Sportska biohemija – upale mišića

Tvrdnja da upala mišića nastaje kada se u mišićima nagomila izvesna „mlečna kiselina“ je nešto što se već smatra intelektualnom baštinom naroda i stvar je opšte kulture. Međutim, otkud mlečna kiselina tu i čemu zapravo služi, nešto je što se ljudi retko zapitaju. Ono što znamo je da mlečna kiselina nastaje kada se događa mlečnokiselinsko vrenje mleka, pod dejstvom raznih bakterija, što se koristi kao industrijski proces u proizvodnji prehrambenih namirnica kao što su sir ili jogurt. Odkud onda mlečna kiselina u ljudskim mišićima? Da bi se dobili odgovori na ovo pitanje, potrebno je najpre pogledati kako funkcioniše mišićna ćelija i kako se odvija njen energetski metabolizam.

Kako rade mišići?

Kontrakcija mišićne ćelije je biohemijski proces koji se u najkraćim crtama zasniva na delikatnoj regulaciji protoka jona kalcijuma, natrijuma i kalijuma kroz membranske strukture na ćeliji. Mehanizmi za regulaciju protoka jona kroz ćelijske membrane troše neverovatne količine energije, koja se dobija iz molekula adenozin trifosfata (ATP). ATP se može proizvesti na dva načina: u velikim količinama dugotrajnim procesom uz prisustvo kiseonika kao primaoca elektrona u mitohondrijama ili u manjim količinama izuzetno brzo i bez prisustva kiseonika kao primaoca elektrona u citoplazmi ćelije.

Ovaj drugi proces je manje efikasan i ostavlja neke neiskorišćene molekule koji bi dalje mogli da se upotrebe u svrhe dobijanja energije. U oba slučaja gorivo može biti neki šećer (najčešće glukoza), dok se masti mogu metabolisati samo kroz mitohondrije i uz prisustvo kiseonika. U normalnim uslovima ćelija bira ekonomičniji put kojim se dobija više molekula ATP-a uz utrošak kiseonika u mitohondrijama. Ovaj proces se naziva ćelijsko disanje.

Mišićne ćelije poseduju relativno malo mitohondrija i velike rezerve glukoze vezane u obliku polisaharida glikogena. U periodima normalne fizičke aktivnosti, glukoza se u procesu koji se zove glikoliza razlaže do piruvata (grožđane kiseline), a zatim se tako dobijen piruvat u mitohondrijama dalje oksiduje aerobno (u prisustvu kiseonika) do ugljendioksida i vode, oslobađajući velike količine energije u obliku ATP molekula.

U trenucima izuzetnog fizičkog napora ćelije moraju trošiti velike količine energije za kratko vreme, pa se za proizvodnju ATP-a bira brzi, anaerobni put (put bez kiseonika) za razlaganje šećera i proizvodnju ATP-a, koji podrazumeva samo glikolizu (do piruvata). Tu se proces zaustavlja jer je razlaganje piruvata u mitohondrijama spor proces.

Za potrebe problematike upale mišića zanima nas samo ovaj drugi slučaj, kada dolazi do izuzetnog napora i kada do mišića ne stižu dovoljne količine kiseonika, pa se događa samo glikoliza, bez oksidacije piruvata u mitohondrijama.

Do piruvata...

U najkraćim crtama, glikoliza se odvija u citoplazmi, tako što se molekul glukoze ili sličnog šećera sa 6 ugljenikovih (C) atoma cepa na dva dela (po 3 C atoma), oduzimaju im se atomi vodonika (H, po dva sa svakod dela, 4 ukupno) koji se prebacuju privremeno na koenzim NAD (koji onda postaje NADH2, ukupno dva takva). Uprošćeno hemičarski predstavljeno reakcija izgleda ovako:

Ovaj proces je brz i neisplativ jer svaki piruvat bi mogao, kada bi se oksidovao dalje, u mitohondrijama i uz prisustvo kiseonika, da da još po 15 molekula ATP-a. Međutim, mišićna ćelija nema vremena za to, pa mora da preživljava sa onime što ima. I za kratak šprint, ovo je sasvim dovoljno. Nećemo se zadihati dok trčimo za autobusom, već tek kad u njega uđemo. Nevolja nastaje kada ovaj neekonomični proces treba da se održava duže vreme, na duže staze.

Naravno, ćelija odmah počinje da odvodi nastali piruvat i NADH2 u svoje malobrojne mitohondrije, ali to ni izbliza nije dovoljno da se spreči njegovo nagomilavanje u citoplazmi mišićne ćelije. Glavni problem nastaje onda kada se sva količina NAD koenzima, kojeg inače ima vrlo malo u ćelijama, potroši tj. prevede u NADH2. Da priroda nije smislila kako da prevaziđe ovaj problem, proizvodnja energije u ćelijama mišića ovde bi stala.

...i od piruvata!

Došli smo do bitnog momenta kada je ćelija proizvela dramatnične količine piruvata koji ne može sav biti oksidovan dalje, bilo zbog manjka kiseonika, bilo zbog malog broja mitohondrija; sav NAD je preveden u NADH2, ćeliji hitno treba još energije koju će dobiti kroz glikolizu preostalih rezervi šećera, ali za glikolizu je potreban svež NAD! Dakle, deo NADH2 mora se vratiti u NAD da bi glikoliza ponovo krenula.

Ćelija ovde izvodi novi trik: prebacuje vodonikove atome sa NADH2 na piruvat i time ga pretvara u laktat (mlečnu kiselinu). Reakcija, skicirano, izgleda ovako:

Piruvat (grožđana kiselina) je C3H4O3, dok je laktat (mlečna kiselina) C3H6O3. Vidi se da mlečna kiselina ima dva H atoma više. Time je obezbeđen svež NAD i glikoliza se neometano nastavlja, uz proizvodnju male količine preko potrebne energije, a po cenu nagomilavanja mlečne kiseline u citoplazmi ćelije. Ovo nagomilavanje, kombinovano sa smanjenom količinom rezervi šećera, dovodi do osećaja umora.

Identičan proces događa se kada se, pomoću bakterija, mlečni šećer laktoza iz mleka troši za razvoj bakterija bez prisustva kiseonika. Tada mleko postaje kiselo i taj proces se naziva mlečnokiselinsko vrenje. Koristi se za proizvodnju jogurta i sira, kao i pri kišeljenju kupusa gde se koriste biljni šećeri.

Bol i šta s njim?

Na sam pomen reči kiselina u glavi imamo sliku nekog velikog suda punog zelene tečnosti sa mehurovima koja samo čeka da nagrize nešto što bi dotakla. Jasno je da postoji direktna veza između kiseline i bola. Kada mišićno tkivo postane kiselo od mlečne kiseline koja se nagomilala, dolazi do draženja nervnih završetaka i osećaja bola u mišićima.

Mlečna kiselina se tokom dugog vremenskog perioda koji može trajati i više desetina sati razgrađuje, jer organizam gotovo ništa ne baca. Iako bi najlakše bilo da se kiselina preko krvi, bubrega pa do urina izluči iz organizma, mlečna kiselina je energetski bogato jedinjenje. A kako je tokom perioda fizičke aktivnosti organizam napravio „kiseonični dug“ sada, u periodu odmora, vreme je da se taj dug otplati...

Istim procesom koji je gore naveden, mlečna kiselina (odnosno laktat) se prevodi nazad u piruvat, koji se sada može lagano razgraditi u mitohondrijama uz prisustvo dovoljne količine kiseonika.

Oba ova molekula, piruvat i NADH2, mogu se sada postepeno obraditi pomoću mitohondrija do finalnog oblika, ugljen-dioksida i vode. U zavisnosti od količine nagomilane mlečne kiseline, za ovaj proces potrebni su sati, ponekad i dani. Obrada mlečne kiseline može se ubrzati na nekoliko načina:

• Unošenjem velike količine tečnosti, da bi se ubrzala filtracija kiseline preko bubrega i izbacivanje urinom,
• Unošenjem niacina, koji je bitan za sintezu NAD. Ovo je više preventivna mera,
• Laganom mišićnom aktivnošću, upotrebom aspirina, nekog vazodilatatora (sredstva za širenje krvnih sudova) ili utopljavanjem bolnih mesta, kako bi se pojačalo strujanje sveže krvi kroz mišiće,
• Šetanjem na otvorenom i po prirodi (park, šuma...) kako bi se organizam zasitio kiseonikom.

Pored ovoga, postoje tehnike kojima vrhunski sportisti sprečavaju nastanak upale mišića:

• Održavanjem fizičke kondicije, što doprinosi rastu prosečnog broja mitohondrija u skeletnim mišićima, jer su mišići stalno u upotrebi i njihov metabolizam je ubrzan,
• Vežbanjem pravilnog disanja tokom napora. Iako ne osećamo potrebu da ubrzano dišemo, potrebno je svesno disati više i dublje kada se vrši neki fizički napor da bi se smanjio kiseonični dug koji se kasnije otplaćuje.
• Pravilnom ishranom i specijalnim dijetama u zavisnosti od tipa sporta. Vitamini su veoma bitni za metabolizam, od pomenutog niacina, koji gradi NAD, zatim vitamina B kompleksa, koji su veoma bitni za energetski metabolizam, do biotina i folne kiseline.

Minerali koji su značajni za rad mišića i proizvodnju ATP-a, poput magnezijuma i kalcijuma, takođe se moraju unositi, uz dovoljne količine vode i šećera. Zbog ovoga su žitarice veoma bitne kao hrana za sportiste.

Bolje sprečiti...

Iako ima daleko opasnijih i težih bolesti od upale mišića, treba voditi računa i o njoj jer je to neprijatnost koja se uz malo discipline i truda može izbeći. Redovna fizička aktivnost, poput pešaćenja na duge staze, dovoljna je da se održi sasvim dobar nivo fizičke i metaboličke spreme iako se to ne čini kao naročito veliki napor.

Generalno, organizam bolje podnosi dugotrajan napor manjeg intenziteta nego kratkotrajan intenzivan napor jer ima više vremena da se prilagodi promeni. Konačno, ne zavisi samo od mišića da li će doći do upale ili ne. Kiseonik transportuju eritrociti, pa je i njihov broj od značaja za to da li će tkiva biti snabdevena dovoljnom količinom kiseonika. Pluća pušača imaju manji kapacitet, pa je njima potrebno više udisaja da bi se postigao isti efekat. Umor će brzo stići osobu koja nema dovoljno šećera za neki fizički rad, a i same rezerve zavise od intenziteta fizičke aktivnosti u prethodnom periodu.

Zato, pre nego što s proleća odete na maraton ili rešite da obiđete nekoliko krugova oko grada biciklom, prvo prošetajte nekoliko kilometara dnevno da biste dali svom organizmu do znanja da je zima gotova i da je vreme da se metabolizam lagano razbudi, da se podlože furune u mitohondrijama, da se otvori apetit za slatkiše, da se proizvode eritrociti i time ćete, uz lagano intenziviranje umerene fizičke aktivnosti, kroz nekoliko dana biti spremni da bez upale mišića uđete u sportsku sezonu ove godine.