Nhu cầu năng lượng căn cứ vào sự tiêu hao năng lượng của bản thân cơ thể. Trong việc đánh giá dinh dưỡng người ta thường dùng phương pháp quan sát hoạt động, hoặc phương pháp cân bằng trọng lượng cơ thể.
Dựa vào cường độ hoạt động khác nhau được trình bày ở bảng sau đây để tính lượng năng lượng cần thiết cho mỗi ngày.
Bảng 1.3. Nhu cầu năng lượng của các hoạt động cĩ cường độ khác nhau[6]
Dạng hoạt động Năng lượng cần thiết (Kcal/1 kg thể trọng/1ngày) Lao động rất nhẹ Lao động nhẹ Lao động trung bình Lao động nặng Lao động rất nặng 35-40 40-45 45-50 50-60 60-70 1.1.3.4. Năng lượng co cơ
Cơ co bĩp được là nhờ năng lượng của quá trình hố học. Quá trình này được chia làm 2 pha: pha khơng cĩ sự tham gia của oxy, cịn gọi là pha yếm khí và pha cĩ sự tham gia của oxy, cịn gọi là pha hiếu khí. Trong mỗi pha đều cĩ sự phân giải các chất, sự giải phĩng năng lượng và sự tái tổng hợp các chất bị phân giải trước đĩ. Trong pha yếm khí sự thuỷ phân ATP bởi ATPase chiếm vị trí đầu tiên. ATP bị tách nhĩm acid phosphoric lúc đầu chuyển thành
ADP, sau đĩ mất nhĩm acid phosphoric thứ hai sẽ chuyển thành acid adenylic.
Thuỷ phân 1 mol ATP thành ADP và acid phosphoric giải phĩng 7 kcal/mol, cịn thành acid adenylic giải phĩng khoảng 14 kcal/mol. Năng lượng được giải phĩng khi phân giải ATP được sử dụng để co cơ. Trong co cơ ATP bị tiêu hao, do đĩ cần phải cĩ sự tái tổng hợp ATP mới cĩ thể bảo đảm hoạt động của cơ kéo dài được. Năng lượng cần cho tái tổng hợp ATP được lấy từ quá trình khử nhĩm phosphoryl của creatinphosphast thành creatin và acid phosphoric. Khi khử 1 mol creatinphosphat như vậy sẽ giải phĩng được khoảng 6,5 kcal. Một quá trình khác diễn ra chậm hơn đĩ là tách hexosophosphoric thành acid phosphoric và acid lactic, đồng thời giải phĩng khoảng 14,5 kcal. Acid phosphoric được giải phĩng do khử creatinphosphat và tách hexosophosphoric kết hợp với acid adenylic để tạo thành ATP. Việc tái tổng hợp ATP diễn ra trong một thời gian rất ngắn, chỉ vài phần nghìn giây. Tái tổng hợp creatinphosphat được thực hiện do sự kết hợp creatin với acid phosphoric.
Trong pha hiếu khí, năng lượng được giải phĩng với số lượng nhiều nhất. Năng lượng này được sử dụng cho việc co cơ và tái tổng hợp các chất bị thuỷ phân trong pha yếm khí. Ở pha này cĩ sự thuỷ phân glucose và tách hexosophosphat tạo ra các acid lactic. Chỉ khoảng 1/6 lượng acid lactic được tạo ra được oxy hĩa thành CO và H O.2 2 Khi oxy hố mỗi mol acid lactic sẽ giải phĩng được 204,3 kcal. Năng lượng của phản ứng oxy hố này được sử dụng để tái tổng hợp glucose và glycogen từ lượng acid lactic cịn lại, để tái tổng hợp ATP và creatinphosphat. Như vậy, khi cơ hoạt động, năng lượng được giải phĩng nhiều nhất là do oxy hố glucid. Ngồi ra cũng cĩ sự thuỷ phân một phần protein và lipid. Khi tuần hồn máu đến cơ tốt, lượng glucose
và oxy đầy đủ, cơ sẽ hoạt động bằng năng lượng của quá trình oxy hố, sự tái tổng hợp các chất bị phân giải khi cơ hoạt động sẽ được tăng cường nên việc sử dụng các chất và năng lượng sẽ tiết kiệm hơn và cơ lâu mệt hơn.
Các yếu tố quyết định việc sử dụng loại nhiên liệu nào - glycogen hay chất béo - phụ thuộc vào cường độ, thời gian tập ngắn hay dài, tình trạng tập luyện (đã quen hay lạ), chế độ ăn... (Hargreaves, 1991). Cường độ tập hay thi đấu càng cao như bĩng đá, bĩng rổ,... dựa chủ yếu vào nguồn glycogen. Thời gian thi đấu càng dài, như chạy maratơng, đua xe đạp đường trường, tỷ lệ năng lượng do glycogen cung cấp giảm dần và chất béo cung cấp năng lượng ngày càng tăng lên, tăng đến 50%. Ðiều đĩ là do lượng glycogen hao hụt dần và khả năng sử dụng axit béo tăng lên. Tập luyện buộc các cơ hoạt động nhận nhiều oxy từ máu đưa tới và quá trình chuyển hố năng lượng ưa khí tăng, tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng thêm các axit béo tự do và tiết kiệm lượng glycogen chỉ cĩ hạn chế trong cơ thể.
Tuy nhiên khơng bao giờ chất béo là nguồn nhiên liệu duy nhất. Ngược lại, các loại hình địi hỏi thời gian thi đấu cực ngắn, như nhảy cầu, nhảy xa, ném tạ, ... chủ yếu sử dụng ATP-creatin photphat. Nếu thời gian dài hơn chút nữa thì dựa hồn tồn vào chuyển hố yếm khí và sau đĩ là hiếu khí glycogen. Thí dụ, chạy 2 phút (800m) thì 50% năng lượng từ chuyển hố yếm khí và 50% năng lượng từ chuyển hố hiếu khí.
Cần chú ý là, bất cứ hoạt động nào được thực hiện đều sử dụng và làm hao hụt dự trữ glycogen. Cường độ hoạt động càng cao, thời gian hoạt động càng dài địi hỏi càng nhiều dự trữ glycogen để liên tục tổng hợp ATP cung cấp đủ năng lượng cực lớn. Nếu khơng đủ năng lượng, cách đuy nhất để cân bằng là cường độ và thời gian vận động sẽ giảm xuống. Ðiều đĩ cũng cĩ nghĩa là, nếu dự trữ glycogen khơng đầy đủ thì khả năng thực hiện vận động
ở mức độ cao sẽ bị ảnh hưởng. Ðiều này khơng chỉ quan trọng trong các cuộc thi đấu, mà cịn cần thiết cho các được tập luyện. Bởi vì chỉ cĩ qua tập luyện thành tích mới được nâng dần lên và điều đĩ chỉ thực hiện được nếu cơ thể dự trữ tốt glycogen trước mỗi được tập luyện.
Bảng 1.4. Dự trữ năng lượng dưới dạng mỡ và glycogen ởđàn ơng nặng 70kg (Newsholme và Leech, 1983) Nguồn dự trữ E, năng lượng Thời gian chạy (phút) Cự ly (Km) Mơ mỡ 337.500 4.018 0,880 –1,008 Glucogen/gan 1.160 20 4,8-6,4 Glucogen/cơ 5.880 71 16-22,4 Glucoza/máu 48 <1 1.1.3.5. Sự mệt mỏi của cơ
Một trong những câu hỏi lớn mà đến nay vẫn chưa cĩ lời giải đáp thuyết phục trong lĩnh vực sinh lý học đĩ là: Tại sao cơ lại mỏi. Hiện tượng này phổ biến ở tất cả những sinh vật cĩ cơ, nhưng câu trả lời thì vẫn chưa thể nắm bắt cho đến bây giờ.
Sự mệt mỏi được hiểu là sự giảm tạm thời khả năng hoạt động của các tế bào, cơ quan và tồn bộ cơ thể. Sự mệt mỏi xuất hiện khi hoạt động và mất đi sau khi nghỉ ngơi. Cơ co mạnh và kéo dài sẽ dẫn đến tình trạng mệt cơ.
Ở những vận động viên điền kinh, người ta nhận thấy hiện tượng mệt cơ tăng tỷ lệ thuận với mức giảm glycogen cơ. Mệt cơ là do những biến đổi trong cơ gây ra bởi thiếu oxy và bởi sự tích luỹ các chất chuyển hĩa trong cơ. Tuần hồn máu cĩ thể chống lại những biến đổi này, nhưng sự lưu thơng của máu trong lúc cơđang co cĩ thể bị giảm vì khi cơ co, sức căng trong cơ tăng lên đè vào các mạch máu.Thực nghiệm cho thấy sự dẫn truyền xung động qua xinap thần kinh - cơ cĩ thể bị giảm sau những hoạt động cơ kéo dài, do đĩ cũng làm giảm khả năng co cơ. Xinap thần kinh - cơ thường bị mệt sớm hơn so với cơ. Ngồi ra sự giảm hoạt động co của cơ cịn liên quan tới sự mệt mỏi của các trung khu thần kinh điều hồ hoạt động của các cơ.
Theo một nghiên cứu của nhà sinh lý học người Anh Archibald Hill, acid lactic, sản phẩm phụ tạo ra trong qua trình chuyển hĩa đường, là nguyên nhân gây ra sự mõi cơ. Quan niệm này vẫn tiếp tục được nhiều học giả cơng nhận,
Tuy nhiên, Nhà sinh học George Brook thuộc Đại học California, người đi tiên phong trong việc tìm hiểu sự mỏi cơ hiện nay, thì cho rằng: Thường thì dịng canxi trong tế bào sẽ kiểm sốt sự co cơ, nhưng khi các cơ trở nên mỏi mệt, các ống nhỏ trong cơ làm thất thốt canxi khiến sự co cơ bị suy yếu. Cùng lúc đĩ, lượng canxi thốt ra kích thích hoạt động cho một loại enzim ăn mịn các sợi cơ, gĩp phần tạo nên hiện tượng mỏi cơ.
Hình 1.5 : Mối liên hệ giữa hoạt động của cơ và bơm canxi (Nguồn: The New York times)
Ngồi ra, Brooks cịn chỉ ra rằng lactate từ acid lactic là một nhiên liệu quý giá mà cơ thể cĩ được khi nĩ phân huỷ carbonhydrate. Cơ khơng chỉ tiêu thụ acid lactic mà não và tim cũng hấp thụ nĩ từ dịng máu để vận hành hệ thống. Mức acid lactic cao cĩ thể gây cảm giác bỏng cơ trong suốt thời gian khi luyện tập song nĩ khơng kéo dài. Cảm giác bỏng cơ là do các ion hydro được giải phĩng khi acid lactic bị phân huỷ thành lactate.