Năng lượng yếm khí so với hiếu khí trong cơ thể

2022-08-23 07:41 AM

Năng lượng ATP có thể sử dụng cho các hoạt động chức năng khác nhau của tế bào như tổng hợp và phát triển, co cơ, bài tiết, dẫn truyền xung động thần kinh, hấp thu tích cực.

Biên tập viên: Trần Tiến Phong

Đánh giá: Trần Trà My, Trần Phương Phương

Năng lượng kỵ khí là năng lượng được giải phóng từ thức ăn được chuyển hoá mà không có sự tham gia của oxy; năng lượng hiếu khí là năng lượng được giải phóng từ chuyển hoá thức ăn có sự tham gia của oxy. Carbohydrate, chất béo, và protein đều có thể bị oxi hoá cho năng lượng ATP. Tuy nhiên, carbohydrate là loại thức ăn chính duy nhất có thể cung cấp ATP qua chuyển hoá yếm khí; chuyển hoá này xảy ra trong quá trình đường phân từ glucose hoặc glycogen thành pyruvic acid. Mỗi phân tử glucose tạo thành hai phân tử pyruvic acid, 2 ATP được tạp thành. Tuy nhiên, khi glycogen dự trữ trong tế bào chuyển hoá thành pyruvic acid, mỗi phân tử glucose trong glycogen có thể tạo nên ATP. Đó là do một phân tử glucose tự do khi vào tế bào phải được phosphoryl hoá bằng cách sử dụng 1 ATP trước khi nó được chuyển hoá; trong khi glucose giải phóng từ glycogen vốn đã ở trạng thái phosphoryl hoá, không cần kết hợp với ATP nữa. Vì vậy nguồn cung cấp năng lượng tốt nhất trong trạng thái yếm khí là glycogen dự trữ trong tế bào.

Năng lượng yếm khí trong trạng thái thiếu oxy

Một ví dụ của yếm khí là trong tình trạng thiếu oxy cấp tính. Khi một người ngừng thở, một lượng nhỏ oxy được dự trữ trong phổi và một lượng nhỏ được lưu trữ trong hemoglobin của hồng cầu. Lượng oxy này chỉ đủ cho quá trình chuyển hoá thực hiện chức năng trong 2 phút. Để cơ thể sống được, cần có một nguồn năng lượng thay thế. Năng lượng này có thể được giải phóng trong một vài phút nhờ quá trình điện phân - là quá trình mà glycogen trong tế bào bị phân giải thành pyruvic acid, và pyruvic acid chuyển thành lactic acid, khuếch tán ra ngoài tế bào.

Năng lượng yếm khí trong hoạt động gắng sức được giải phóng chủ yếu từ con đường đường phân

Cơ xương có thể thực hiện hoạt động gắng sức cực mạnh trong thời gian vài giây nhưng không có khả năng kéo dài được lâu. Phần lớn năng lượng cần thêm cho hoạt động gắng sức không thể được cung cấp bởi hiếu khí bởi vì chúng đáp ứng quá chậm. Thay vào đó, năng lượng này được cung cấp bởi yếm khí: (1) ATP sẵn có trong tế bào cơ, (2) phosphocreatine trong tế bào, và (3) yếm khí bằng con đường đường phân chuyển glycogen thành lactic acid.

Lượng tối đa ATP trong cơ chỉ khoảng 5 mmol/L trong dịch nội bào, và lượng ATP này chỉ đủ để duy trì hoạt động co cơ chưa đầy một giây. Lượng phosphocreatine gấp khoảng 3-8 lần, nhưng dù dùng hết lượng phosphocreatine, co cơ tối đa cũng chỉ duy trì được 5 đến 10 giây.

Năng lượng sinh ra từ con đường đường phân nhanh hơn so với hiếu khí. Dẫn tới, phần lớn năng lượng cần thêm cho hoạt động gắng sức kéo dài trên 5-10 giây nhưng dưới 1-2 phút được cung cấp bởi đường phân yếm khí. Do đó lượng glycogen trong cơ sẽ giảm dần trong thời gian gắng sức, trong khi nồng độ lactic acid trong máu tăng lên. Sau khi gắng sức kết thúc, xảy ra quá trình chuyển hoá hiếu khí để chuyển lactic acid thành glucose; phần còn lại chuyển thành pyruvic acid và đi vào chu trình citric acid. Sự tái tổng hợp glucose xảy ra chủ yếu trong tế bào gan, và glucose đi vào trong máu rồi trở về cơ, nơi nó được dự trữ một lần nữa dưới dạng glycogen.

Việc tiêu thụ thêm oxy để trả nợ sau khi hoàn thành bài tập gắng sức

Sau hoạt động gắng sức, cơ thể tiếp tục thở nhanh và tiêu thụ một lượng lớn oxy ít nhất vài phút và đôi khi tới một giờ sau. Lượng oxy tiêu thụ thêm này dùng để (1) chuyển lactic acid sinh ra trong hoạt động gắng sức thành glucose, (2) chuyển adenosine monophosphate và ADP thành ATP, (3) chuyển creatine và phosphate thành phosphocreatine, (4) thiết lập lại nồng độ oxy trong hemoglobin and myoglobin, và (5) tăng nồng độ oxy trong phổi trở về mức bình thường. Lượng oxy tiêu thụ thêm sau hoạt động gắng sức được gọi là trả nợ oxy.

Nguyên lý nợ oxy có mối liên quan với sinh lý thể thao. Khả năng nợ oxy đặc biệt quan trọng đối với các vận động viên điền kinh.

Tóm tắt về chuyển hoá năng lượng của tế bào

Chuyển hoá yếm khí của glycogen và glucose tạo thành ATP và chuyển hoá hiếu khí hợp chất hữu cơ như carbohydrate, chất béo, protein, và những chất khác để tạo thêm ATP. Ngoài ra, luôn có quá trình chuyển hoá thuận nghịch giữa ATP và phosphocreatin trong tế bào, và vì lượng phosphocreatin trong tế bào nhiều hơn ATP nên năng lượng được lưu trữ chủ yếu dưới dạng này.

Sơ đồ chuyển giao năng lượng từ thực phẩm

Hình. Sơ đồ chuyển giao năng lượng từ thực phẩm đến hệ thống axit adenylic và sau đó đến các phần tử chức năng của tế bào.

Năng lượng ATP có thể sử dụng cho các hoạt động chức năng khác nhau của tế bào như tổng hợp và phát triển, co cơ, bài tiết, dẫn truyền xung động thần kinh, hấp thu tích cực, và các hoạt động chức năng khác. Nếu phần lớn năng lượng cần cho hoạt động sống của tế bào được cung cấp bởi chuyển hoá hiếu khí, dự trữ phosphocreatine được sử dụng đầu tiên, sau đó chuyển nhanh sang chuyển hoá yếm khí glycogen. Dù chuyển hoá hiếu khí không thể cung cấp lượng lớn năng lượng nhanh như chuyển hoá yếm khí, nhưng do được sử dụng muộn hơn, chuyển hoá hiếu khí có thể tiếp tục, miễn là nguồn dự trữ năng lượng (chủ yếu là chất béo) vẫn còn.

Bài viết cùng chuyên mục

Hệ số lọc của mao mạch

Để ngăn chặn sự tích lũy của dịch dư thừa trong khoảng kẽ sẽ yêu cầu tốc độ dòng chảy chất lỏng vào hệ thống bạch huyết tăng 68 lần, một lượng mà là 2-5 lần cũng là quá nhiều cho các mạch bạch huyết mang đi.

Tiêu hóa chất béo khi ăn

Bước đầu tiên trong tiêu hoá chất béo là phá vỡ tự nhiên các giọt mỡ thành kích thước nhỏ để những enzyme tiêu hoá tan trong nước có thể tác động lên bề mặt các giọt mỡ.

Chức năng của vỏ Limbic

Kích thích vùng khác nhau của vỏ Limbic sẽ gợi ra chức năng thực sự của mỗi vùng. Tuy nhiên, nhiều hành vi có thể được suy ra do kích thích một số vùng đặc biệt của vỏ Limbic.

Sinh lý nội tiết tuyến giáp

Tuyến giáp nằm trước khí quản, dưới sụn giáp, nặng 20-25g, gồm 2 thùy, có eo ở giữa, cao 6cm, rộng 3cm, dày 2cm. Cấu trúc gồm nhiều nang giáp, trong chứa đầy dịch keo, xen lẫn hệ thống mạch máu rất phong phú (1% lưu lượng tim), ở đây tổng hợp và dự  trữ hormon T3, T4.

Chức năng của vùng hải mã: vùng kéo dài của vỏ não

Hải mã và các cấu trúc nằm cạnh thùy thái dương và thùy đỉnh, được gọi là khối hải mã liên kết chủ yếu gián tiếp với nhiều phần của vỏ não cũng như các cấu trúc cơ bản của hệ limbic – thể hạnh nhân, vùng dưới đồi, vách trong suốt và thể vú.

Synap thần kinh trung ương: Receptor kích thích hay ức chế tại màng sau synap

Thay đổi về quá trình chuyển hóa nội bào ví dụ như làm tăng số lượng thụ thể màng kích thích hoặc giảm số lượng thụ thể màng ức chế cũng có thể kích thích hoạt động của tế bào thần kinh.

Cân bằng dinh dưỡng trong cơ thể

Ngay lập tức sau một bữa ăn gồm cả carbohydrates, protein và chất béo, phần lớn thức ăn được chuyển hóa là carbohydrates, vì thế thương số hô hấp tại thời điểm đó tiệm cận một.

Giải phẫu và sinh lý cơ quan sinh dục nam

Hai túi tinh nằm ở 2 bên tuyến tiền liệt, dẫn tinh trùng vào tuyến tiền liệt và tận cùng ở bóng tinh. Niệu quản là nơi cuối cùng dẫn tinh trùng từ tinh hoàn ra bên ngoài.

Điều soát kích thước đồng tử của mắt

Vai trò của phản xạ ánh sáng là để giúp cho mắt đáp ứng ngay lập tức với sự thay đổi cường độ ánh sáng. Giới hạn của đường kính đồng tử vào khoảng 1.5 milimet ở trạng thái co nhỏ nhất và 8 milimet ở trạng thái giãn rộng nhất.

Dược lý của hệ thần kinh tự chủ

Các thuốc có tác dụng gián tiếp lên hệ giao cảm tại vị trí các cơ quan đích của hệ giao cảm bị kích thích trực tiếp. Bao gồm các thuốc ephedrine, tyramine, và amphetamine.

Ức chế thần kinh: thay đổi điện thế

Ngoài sự ức chế được tạo ra bởi synap ức chế ở màng tế bào thần kinh (được gọi là ức chế sau synap), có một loại ức chế thường xảy ra ở các cúc tận cùng trước synap trước khi tín hiệu thần kinh đến được các khớp thần kinh.

Chuyển hóa ô xy và chất dinh dưỡng của não

Phần lớn sự chuyển hóa của não xảy ra ở các neuron mà không phải ở các tế bào thần kinh đệm. Nhu cầu chuyển hóa chính của các neuron là để bơm các ion qua màng, chủ yếu là vận chuyển natri, canxi và kali.

Các đặc trưng của hệ thống điều hòa cơ thể

Một yếu tố nào đó quá tăng hoặc quá giảm, hệ thống điều khiển sẽ thực hiện cơ chế điều hòa đưa nó trở về giá trị bình thường nhờ hàng loạt các biến đổi trong cơ thể, cũng vì thế mà hằng tính nội môi luôn được giữ ổn định.

Thuốc và vận động viên thể thao

Một vài vận động viên đã được biết đến là chết trong các sự kiện thể thao vì sự tương tác giữa các thuốc đó và norepinephrine, epinephrine được giải phóng bởi hệ thống thần kinh giao cảm trong khi tập luyện.

Vận chuyển thyroxine và triiodothyronine tới các mô

Hầu hết chu kỳ tiềm tàng và phát huy tác dụng của hormon có thể do gắn với protein cả trong huyết tương và trong tế bào mô, và bởi bài tiết chậm sau đó.

Thị giác từ hai mắt: hợp nhất các hình ảnh

Sự tương tác diễn ra giữa các neuron ở vỏ não để kích thích can thiệp vào các neuron đặc hiệu khi hai hình ảnh thị giác không được “ghi nhận” - nghĩa là, không “hợp nhất” rõ ràng.

Cơ thể cân đối kéo dài cuộc sống với thể thao

Cải thiện cơ thể cân đối cũng làm giảm nguy cơ một vài loại bệnh ung thư như ung thư vú, ung thư tuyến tiền liệt, và ung thư đại tràng. Phần lớn các tác dụng có lợi của tập luyện có thể liên quan đến việc giảm béo phì.

Thông khí phế nang: khoảng chết và tác động của chúng

Trong thì thở ra, khí trong khoảng chết được thở ra đầu tiên, trước khi bất kỳ khí từ phế nang. Do đó, khoảng chết không thuận lợi cho loại bỏ khí thở ra từ phổi.

Giải phẫu và chức năng sinh lý của vỏ não

Cấu trúc mô học điển hình của bề mặt vỏ não, với các lớp liên tiếp các loại tế bào thần kinh khác nhau. Hầu hết các tế bào thần kinh chia làm ba loại: tế bào dạng hạt, tế bào hình thoi, và tế bào hình tháp.

Điều hòa vận động: vai trò thoi cơ trong các vận động chủ động

Bất cứ khi nào phải thực hiện một động tác yêu cầu độ chính xác và tỉ mỉ, sự kích thích thích hợp từ cấu tạo lưới thân não lên các suốt cơ sẽ giúp duy trì tư thế của các khớp quan trọng, giúp thực hiện các động tác chi tiết một cách khéo léo.

Vùng tiền vận động: chức năng vận động của vỏ não và thân não

Vùng tiền vận động nằm trước vùng vận động sơ cấp 1-3 cm. Nó trải dài từ rãnh bên (khe Sylvia) đến khe dọc giữa, nơi nó tiếp giáp với vùng vận động bổ sung (vùng có những chức năng giống với vùng tiền vận động).

Nhãn áp: sự điều tiết nhãn áp của mắt

Trong hầu hết các trường hợp của bệnh tăng nhãn áp, nguyên nhân chính gây nhãn áp cao bất thường là do tăng sức cản khi thoát thủy dịch qua khoảng trabecular vào kênh của Schlemm.

Sinh lý hoạt động ức chế

Mỗi khi có một kích thích mới và lạ, tác động cùng một lúc với kích thích gây phản xạ có điều kiện, thì phản xạ có điều kiện đó không xuất hiện.

Trao đổi canxi giữa xương và dịch ngoại bào

Một phần nhỏ dạng canxi dễ trao đổi này cũng là dạng canxi được tìm thấy trong tất cả các tế bào mô, đặc biệt là trong các tế bào có tính thấm cao như gan và đường tiêu hóa.

Cơ tâm thất của tim: sự dẫn truyền xung động

Các cơ tim bao phủ xung quanh tim trong một xoắn kép, có vách ngăn sợi giữa các lớp xoắn; do đó, xung động tim không nhất thiết phải đi trực tiếp ra ngoài về phía bề mặt của tim.