Μάθε τα πάντα για το γαλακτικό οξύ
Η Φωτεινή Δαγκλή-Παγκότο μας βοηθά να κατανοήσουμε τη διαφορά ανάμεσα σε γαλακτικό οξύ και γαλακτικό. Ποια είναι τελικά η αιτία της κόπωσης και ποιος ο ρόλος του περιβόητου οξέος; Πώς και πόσο επηρεάζονται οι δρομείς αντοχής και το τρέξιμο;
Τι είναι το Γαλακτικό και τι το Γαλακτικό οξύ;
Ο A. V. Hill, θεμελιωτής της εργοφυσιολογίας, και δαφνοστεφής με το βραβείο Nobel το 1922 για την αποκάλυψη των μηχανισμών λειτουργίας του ανθρώπινου σώματος και των ορίων που διέπουν την απόδοσή του, υποστήριζε πως «αν έχεις μια λαμπρή ιδέα οφείλεις να τη δοκιμάσεις. Το αποτέλεσμα αυτής, μπορεί να είναι πολύ πιο ευχάριστο και αποτελεσματικό από αυτό που αρχικά προσδοκούσες».
Το 1780 ο Σουηδός χημικός Carl Whilhelm Sheele ανακάλυψε το γαλακτικό οξύ. Ο Sheele απομόνωσε ένα οξύ σε δείγματα ενός προϊόντος του γάλακτος (ξινόγαλο).
H προέλευση αυτή του έδωσε και το όνομά του «γαλακτικό οξύ».
Το γαλακτικό οξύ (lactic acid) και το γαλακτικό (lactate) δεν είναι η ίδια ένωση.
Τι είναι το γαλακτικό οξύ; Το γαλακτικό οξύ είναι ένα οξύ με τον χημικό τύπο C3H6O8. Το γαλακτικό προέρχεται από το γαλακτικό οξύ. Όταν το γαλακτικό οξύ απελευθερώνει ιόντα υδρογόνου (H+), μετατρέπεται σε γαλακτικό και η υπόλοιπη ένωση ενώνεται με ιόντα νατρίου (Na+) ή ιόντα καλίου (K+) για να σχηματίσει ένα άλας. Η αναερόβια γλυκόλυση παράγει γαλακτικό οξύ, το οποίο διασπάται γρήγορα, με αποτέλεσμα να σχηματίζεται το γαλακτικό.
Αναερόβια γλυκόλυση
Η ενέργεια στους χημικούς δεσμούς των μορίων των τροφών απελευθερώνεται χημικά, μέσα στα κύτταρά μας και στη συνέχεια απελευθερώνεται υπό τη μορφή μιας ένωσης υψηλής ενέργειας, αποκαλούμενης τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP).
Τα βασικά ενεργειακά συστήματα είναι:
Το φωσφορογόνο σύστημα (αναερόβιος αγαλακτικός μηχανισμός), δραστηριοποιείται σε υπερεντατικές προσπάθειες βραχείας διάρκειας.
Το γλυκολυτικό σύστημα (αναερόβιος γαλακτικός μηχανισμός), σε προσπάθειες παρατεταμένης ταχύτητας διάρκειας 1-2 λεπτά. Το οξειδωτικό σύστημα (αερόβιος μηχανισμός) σε προσπάθειες μεγάλης διάρκειας, παρέχει ενέργεια μακροπρόθεσμα.
Συνοπτικά, η γλυκόλυση (η διάσπαση, δηλαδή, της γλυκόζης μέσω ειδικών γλυκολυτικών ενζύμων), παράγει το πυροσταφυλικό οξύ.
Το ένζυμο φωσφοφρουκτοκινάση, θεωρείται βηματοδότης της αναερόβιας γλυκόλυσης, της οποίας τελικό προϊόν είναι το πυροσταφυλικό οξύ. Η τύχη του πυροσταφυλικού οξέος, εξαρτάται από την προμήθεια οξυγόνου. Όταν παρατηρείται ανεπάρκεια οξυγόνου, όπως συμβαίνει σε πολύ έντονες προσπάθειες που διαρκούν μέχρι ένα ή δύο λεπτά, το πυροσταφυλικό οξύ ανάγεται σε γαλακτικό.
Οι τιμές του γαλακτικού
Η παραγωγή του γαλακτικού οξέος έχει πολύ μεγάλη σπουδαιότητα γιατί γίνεται το σταυροδρόμι του ενεργειακού μεταβολισμού και επιτρέπει τη συνέχιση παραγωγής ενέργειας κατά τη μυϊκή προσπάθεια υψηλής έντασης.
Στα δρομικά αγωνίσματα ταχύτητας που διαρκούν έως και 120 δευτερόλεπτα, οι απαιτήσεις από το γλυκολυτικό σύστημα είναι υψηλές, και τα επίπεδα γαλακτικού οξέος των μυών μπορούν να αυξηθούν από μία τιμή ηρεμίας περίπου 1 mmol/kg μυός σε περισσότερο από 25 mmol/kg μυός. Αυτή η οξέωση των μυϊκών ινών εμποδίζει την περαιτέρω διάσπαση του γλυκογόνου. Το οξύ περιβάλλον μειώνει την ικανότητα των μυϊκών ινών να δεσμεύουν ασβέστιο, με αποτέλεσμα να μειώνεται η συστολή των μυών.
Πολλοί, πιστεύουν ότι το γαλακτικό οξύ (lactic acid) είναι η αιτία της κόπωσης των μυών κατά τη διάρκεια έντονης άσκησης. Κατά πόσο, όμως, ισχύει η άποψη αυτή;
Κόπωση
Η αίσθηση της κόπωσης είναι υποκειμενική και διαφορετική όταν ένα άτομο ασκείται μέχρι εξάντλησης σε αγωνίσματα που διαρκούν 45-60 δευτερόλεπτα, όπως είναι τα 400μ., απ’ ό,τι κατά τη διάρκεια μιας παρατεταμένης, εξαντλητικής μυϊκής προσπάθειας, όπως ο Μαραθώνιος.
Γαλακτικό οξύ και κόπωση
Το γαλακτικό οξύ συχνά έχει κατηγορηθεί για την κόπωση, στην πραγματικότητα, όμως, τα H+ που παράγονται από το γαλακτικό οξύ, είναι αυτά που οδηγούν στην κόπωση. Η συσσώρευση H+ μειώνει το pH του μυός (κάτω από 7.0), γεγονός που εξασθενίζει τις κυτταρικές διαδικασίες που παράγουν την ενέργεια για τη μυϊκή συστολή. Αυτή η συσσώρευση Η+ προκαλεί αύξηση της οξύτητας στο εσωτερικό των μυών με συνέπεια μια κατάσταση γνωστή ως οξέωση.
Πολλές έρευνες έχουν δείξει ότι το γαλακτικό οξύ καταβολίζεται και παράγει ενέργεια για τους μυς και για άλλα όργανα όπως την καρδιά, το συκώτι και τους νεφρούς, τόσο κατά την άσκηση, όσο και κατά την αποκατάσταση (Brooks 1986, Bangsbo 1991, Bahr 1992).
Αναπόφευκτο γνώρισμα μιας υπερμέγιστης προσπάθειας είναι η αίσθηση της κόπωσης. Χαρακτηρίζεται από μείωση της απόδοσης που κυμαίνεται έως και 60% για μια βραχύβια προσπάθεια 30-40 δευτερολέπτων (Maughan et al 1997). Η κόπωση και το είδος της κόπωσης, λοιπόν, εξαρτάται από την ένταση, τη διάρκεια, τη συχνότητα, το είδος της μυϊκής προσπάθειας, καθώς και από την προθέρμανση.
Κατά τη διάρκεια της έντονης άσκησης, οι απαιτήσεις σε τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP) για τη σύσπαση των μυών είναι σημαντικές. Κάθε φορά που ένα μόριο ΑΤΡ χρησιμοποιείται για την παραγωγή ενέργειας, διασπάται σε διφωσφορική αδενοσίνη (ADP) και ανόργανο φωσφορικό μόριο με την απελευθέρωση ενός ιόντος υδρογόνου.
Η αύξηση των ιόντων υδρογόνου (H+) είναι αυτή που καθορίζει και προκαλεί την οξέωση στο αίμα. Η κόπωση σε αγωνίσματα μικρής διάρκειας πιθανότατα προκύπτει από τη συσσώρευση των μεταβολικών υποπροϊόντων, όπως γαλακτικό και Η+ μέσα στους μυς. Μερικές ακόμη αιτίες κόπωσης κατά την άσκηση, μπορεί να είναι, η διαταραχή της νευροδιαβίβασης (μετάδοση της νευρικής ώσης στη μεμβράνη των μυϊκών ινών) και το κεντρικό νευρικό σύστημα (ΚΝΣ).
Το γαλακτικό οξύ, είναι ένα υποπροϊόν της αναερόβιας γλυκόλυσης. Το γαλακτικό οξύ, λανθασμένα θεωρείται ότι ευθύνεται για την κόπωση και την εξάντληση που αισθανόμαστε, κατά τη διάρκεια όλων των μορφών άσκησης. Το γαλακτικό, αντιπροσωπεύει κατά την άσκηση μία κυρίαρχη καύσιμη πηγή, καθώς και μία προδρομική ουσία της γλυκονεογένεσης.
Σε έρευνες που πραγματοποιήθηκαν σε πειραματόζωα, βρέθηκε πως οι μύες σταματούν να συστέλλονται, όταν η συγκέντρωση του γαλακτικού φτάνει τα 33 mmol/g μυός, ενώ συμπτώματα κόπωσης αρχίζουν να εμφανίζονται, όταν η συγκέντρωσή του είναι κοντά στα 9 mmol/g μυός (Hill et al, 1929).
Ο εργοφυσιολόγος Lars Hermansen, πρωτεργάτης στον αναερόβιο μεταβολισμό της μυϊκής προσπάθειας, έδειξε ότι κατά την εξαντλητική άσκηση υπερμέγιστης άσκησης και μικρής διάρκειας, το pH του αίματος κατεβαίνει σε τιμές κάτω από το 7.0 και μπορεί να φτάσει στο 6.8 στο αίμα και 6.4 στα μυϊκά κύτταρα. Η αυξημένη παραγωγή γαλακτικού οξέος σχετίζεται με τη διαταραχή της οξεοβασικής ισορροπίας που οδηγεί στην μυϊκή κόπωση. Η συσσώρευση του γαλακτικού είναι ένας εξαιρετικός έμμεσος δείκτης για τη μεταβολική κατάσταση του κυττάρου.
Προσαρμογές
Κατά τη διάρκεια της προπόνησης υψηλής έντασης, το σώμα κινητοποιεί περισσότερες κινητικές μονάδες ταχείας συστολής για να ξεπεραστούν τα φορτία της προπόνησης. Στην υψηλής έντασης προπόνηση η ενέργεια προέρχεται κυρίως από τον αναερόβιο μεταβολισμό. Οι ταχείας συστολής μυϊκές ίνες έχουν λιγότερα μιτοχόνδρια (όπου εμφανίζεται η κυτταρική αναπνοή και η πρόσληψη των Η+) από τις βραδείας συστολής μυϊκές ίνες. Έτσι, κατά τη διάρκεια της υψηλής έντασης προπόνησης, λόγω της εκτεταμένης χρήσης των ταχείας συστολής μυϊκών ινών (με λίγα μιτοχόνδρια και μικρότερη απορρόφηση των Η+), υπάρχει μεγαλύτερη συσσώρευση των Η+ που προκαλούν οξέωση.
Μαραθώνιος
Σε μαραθωνοδρόμους, ακόμη και μετά το τέλος ενός αγώνα 42.195 μέτρων, τα επίπεδα γαλακτικού οξέος είναι κοντά σε εκείνα της ηρεμίας παρά την εξάντλησή τους. Η κόπωση, προκαλείται από τον ανεπαρκή ενεργειακό ανεφοδιασμό, και όχι από το υπερβολικό γαλακτικό οξύ. Στα αγωνίσματα αντοχής, ένα βασικό χαρακτηριστικό των αθλητών είναι ότι οι τιμές του γαλακτικού οξέος δεν ξεπερνούν συνήθως τα 4-6 mmol/l.
Από τι επηρεάζεται
• Η συγκέντρωση του γαλακτικού στο αίμα εξαρτάται από την ένταση της μυϊκής προσπάθειας. Οι τιμές του γαλακτικού, για παράδειγμα, αυξάνονται απότομα και εκθετικά, σε εντάσεις που αντιστοιχούν περίπου στο 50-60% της VO2max σε αγύμναστα άτομα και στο 65-80% της VO2max σε πιο έμπειρους και υψηλού επιπέδου αθλητές (Gollnick et al, 1986).
• Η συγκέντρωση του γαλακτικού στο αίμα επηρεάζεται από τη διάρκεια της άσκησης. Μετά από ένα δρόμο 30 χλμ. η τιμή του γαλακτικού στο αίμα δε διαφέρει από αυτή της ηρεμίας. Σε μία μελέτη προσομοίωσης του μαραθωνίου δρόμου στο δαπεδοεργόμετρο, δύο ομάδες μαραθωνοδρόμων, εξομοιωμένες ως προς τη VO2max, έτρεξαν σε διαφορετικές ταχύτητες που αντιστοιχούσαν στο 73% και στο 65% της VO2max. Η συγκέντρωση γαλακτικού παρέμεινε στα επίπεδα ηρεμίας για την πιο αργή ομάδα, ενώ για τη γρήγορη αυξήθηκε ελαφρώς (O’Brien et al, 1993).
• Στη διαλειμματική προπόνηση, παρατηρείται μεγαλύτερη συσσώρευση γαλακτικού στο αίμα, αρκεί, όμως, η άσκηση να γίνεται σε υψηλά επίπεδα έντασης. Έχει παρατηρηθεί πως η μέση ανώτατη τιμή μετά από διαλειμματική προπόνηση μπορεί να ξεπεράσει τα 25 mmol/l (Hermansen 1971).
• Χαμηλότερη συγκέντρωση γαλακτικού παρατηρείται όταν μια άσκηση με σταθερή ένταση γίνεται σε θερμό (36oC) παρά σε ψυχρό (20oC) φυσικό περιβάλλον.
• Η άσκηση με σταθερή ένταση παρουσιάζει χαμηλότερη συγκέντρωση γαλακτικού σε επίπεδο θαλάσσης από ό,τι σε υψόμετρο που κυμαίνεται από 580-4000 m.
• Η προθέρμανση συμβάλλει στη μικρότερη παραγωγή γαλακτικού, ακόμη κι αν έχει προηγηθεί άσκηση μέγιστης μυϊκής προσπάθειας. Η τελευταία περίπτωση, ίσως, oφείλεται στη βελτίωση της νευρομυϊκής συναρμογής στην επιτάχυνση των μεταβολικών διεργασιών στο μυϊκό κύτταρο ή στην αύξηση της ροής αίματος στους εργαζόμενους μυς.
• Το γαλακτικό οξύ απομακρύνεται πιο γρήγορα κατά την ενεργητική αποκατάσταση, δηλαδή, κατά τη συνέχιση της μυϊκής προσπάθειας σε χαμηλότερη και πιο ήπια ένταση. Ο χρόνος που απαιτείται για την πλήρη αποκατάσταση κατά τις μεταβολικές διεργασίες του γαλακτικού, αντιστοιχεί σε 90 λεπτά.
Η σημασία του
Το γαλακτικό κατώφλι (το σημείο καμπής της συγκέντρωσης του γαλακτικού στο αίμα κατά την προοδευτικά αυξανόμενη άσκηση που αντικατοπτρίζει το αναερόβιο κατώφλι) είναι, ίσως, ο πιο σημαντικός δείκτης προσδιορισμού της φυσικής κατάστασης (Yoshida et al 1987). Είναι γνωστό, επίσης, πως το αναερόβιο κατώφλι συσχετίζεται άμεσα με την αερόβια ικανότητα του κάθε ατόμου ξεχωριστά. Άρα, η τιμή γαλακτικού οξέος στο αίμα αποτελεί μια πολύ πρακτική μέθοδο μέτρησης της αερόβιας ικανότητας. Πολλές έρευνες κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι το αναερόβιο κατώφλι είναι ο πιο αξιόπιστος δείκτης διαφοροποίησης δρομέων μεγάλων αποστάσεων (Farell et al 1979; Tokmakidis et al 1998).
Όσο μεγαλύτερες είναι οι απαιτήσεις ενός αθλήματος (όπως, για παράδειγμα, ο μαραθώνιος δρόμος), τόσο υψηλότερο θα είναι το αναερόβιο κατώφλι αθλητών που συμμετέχουν σε τέτοια αθλήματα. Η δρομική ταχύτητα, στην οποία αντιστοιχεί το αναερόβιο κατώφλι (4mmol/l) είναι σημαντικά μεγαλύτερη σε δρομείς αντοχής απ’ ό,τι σε δρομείς ημιαντοχής ή ταχύτητας (Hollman et al 1986). Τέλος, οι περισσότεροι ερευνητές (Beneke et al 1996; Weltman et al 1995) συμφωνούν πως η βέλτιστη προπονητική ένταση για αερόβια αθλήματα είναι η ταχύτητα πάνω στο αερόβιο κατώφλι του κάθε αθλητή ή ασκούμενου. Με αυτόν τον τρόπο βελτιώνονται οι καρδιαναπνευστικές και φυσιολογικές προσαρμογές, καθώς και η ενεργειακή οικονομία του κάθε αθλητή ξεχωριστά.
Γαλακτικό οξύ και αθλητές
Με βάση τη σειρά σπουδαιότητάς τους, τα τέσσερα βασικότερα χαρακτηριστικά ενός αθλητή αντοχής είναι:
1. Υψηλή τιμή VO2max
2. Υψηλό γαλακτικό κατώφλι ως ποσοστό της VO2max
3. Υψηλή οικονομία της προσπάθειας, ή χαμηλή τιμή VO2 για τον ίδιο ρυθμό παραγωγής έργου
4. Υψηλό ποσοστό μυϊκών ινών βραδείας συστολής
Γαλακτικό οξύ: Με απλά λόγια
Όταν είμαστε προπονημένοι μπορούμε να ασκούμαστε σε ένα υψηλότερο ποσοστό της VO2max, πριν αρχίσει να συσσωρεύεται γαλακτικό στο αίμα μας. Επειδή ο ρυθμός της κούρσας στα αερόβια αγωνίσματα αντοχής συνδέεται πολύ με το κατώφλι του γαλακτικού, αυτό μεταφράζεται σε έναν πολύ γρήγορο ρυθμό κούρσας. Η μείωση των τιμών του γαλακτικού σε προσπάθεια ίδιας έντασης πιθανώς οφείλεται στο συνδυασμό της μειωμένης παραγωγής γαλακτικού και της αυξημένης αποβολής του (Bergman, B. C., Brooks, G.A., et al, 1999). Μέσα από την προπόνηση, η συγκέντρωση του γαλακτικού στο αίμα γίνεται χαμηλότερη για τον ίδιο ρυθμό παραγωγής έργου.
Δημοσίευση στο Runner 103, της Φωτεινής Δαγκλή Παγκότο, Κ.Φ.Α, M.Sc.
