Postoje tri procesa kojima se sintetiše ATP. Svaki proces se razlikuje po svojoj sposobnosti da obezbedi energiju za mišićne aktivnosti različitog intenziteta i trajanja. Brze, eksplozivne aktivnosti kao što je sprint na 100 metara zahtevaju brzi dotok energije, dok se aktivnosti dužeg trajanja i manjeg intenziteta kao što je maraton oslanjaju na energiju iz drugih izvora. Osnovni izvor energije za aktivnosti između ova dva ekstrema zavisi prevashodno od intenziteta fizičke aktivnosti, a zatim i od njenog trajanja.
Tri metabolička puta za stvaranje energije su: ATP-fosfokreatinski sistem (ATP-PC) ili fosfageni sistem, glikolitički sistem i oksidativni sistem. Sinteza ATP-a putem ATP-PC i glikolitičkog sistema ne zahteva prisustvo kiseonika i naziva se anaerobni put (tj. energija se stvara bez prisustva kiseonika). Oksidativno stvaranje ATP-a je aerobni proces i zahteva prisustvo kiseonika. lako svaki energetski sistem ima posebne karakteristike, ni u jednom momentu ni jedan energetski sistem sam ne obezbeđuje celokupnu potrebnu energiju.
Adenozin trifosfat - fosfokreatinski sistem (ATP - PC)
Pošto energija koja se oslobađa razlaganjem ATP-a zadovoljava sve forme bioloških aktivnosti, ATP se smatra "energetskom monetom" ćelija. Pretvaranje ATP-a u ADP i njen neorganski fosfat P. omogućava ćeliji da stvara energiju za neposredno korišćenje tokom kratkotrajne fizičke aktivnosti velikog intenziteta (npr. sprint ili skokovi). Tokom prvih nekoliko sekundi mišićne aktivnosti ATP-PC sistem održava koncentraciju ATP-a u ćeliji na relativno konstantnom nivou, pošto ćelija koristi PC, dragi visokoenergetski fosfagen. Kada se PC razloži na kreatin i P. joslobođena energija se koristi zaponovno spajanje ADP-a i P. u ATP, koji se zatim koristi kao energetski izvor za mišićnu kontrakciju. Pošto ne postoje receptori za PC na mišićima, energija iz PC se ne koristi direktno.
U svakom kilogramu mišića uskladišteno je oko 5 mmol ATP-a i 15 mmol PC. lako ATP-PC sistem ima najveću stopu oslobađanja energije, njen kapacitet je limitiran na samo 3 do 7 sekundi. Tokom anaerobne kratkotrajne fizičke aktivnosti visokog intenziteta kao što je udarac, skok u dalj i sprinterska takmičenja, količina intramuskularnog visoko energetskog fosfagena je od velike važnosti. Na primer, tokom trke na 100 metara visokoenergetski fosfati obezbeđuju energiju za inicijalno ubrzanje do maksimalne brzine. Tokom druge faze trke, kada je cilj održavanje brzine, drugi izvori energije (npr. glikoliza) preuzimaju značajniju ulogu u obezbeđivanju energije.
Glikolitički sistem
Glikolitički sistem (nazvan i glikoliza) obezbeđuje anaerobno oslobađanje energije razlaganjem glukoze ili glikogena tokom multiplih enzimskih reakcija razgradnje. Da bi se rezerve glikogena u jetri ili mišićima koristile za oslobađanje energije, on mora prvo u procesu nazvanom glikogenoliza da se razloži na glukozo-1-fosfat. Da bi se koristio za stvaranje energije, glukozo-1-fosfat se prvo mora pretvoriti u glukozo-6-fosfat, čime počinje proces glikolize. Glikoliza je u osnovi serija enzimski kontrolisanih hemijskih reakcija koja se koristi za transfer vezane energije iz glukoze u ponovo vezani ADP i P. Glikolitički enzimi se nalaze u citoplazmi ćelija ili sarkoplazmi mišićne ćelije. Zbog velikog sadržaja glikolitičkih enzima i brzine hemijske reakcije, glikoliza može brzo obezbediti značajnu količinu energije za mišićnu kontrakciju. Ipak, glikoliza ne može obezbediti tako mnogo energije u sekundi kao ATP-PC sistem. Najveće oslobađanje energije tokom glikolize odigrava se tokom prvih 10 do 15 sekundi mišićne kontrakcije, pošto acidifikacija mišićnih vlakana usporava stepen razgradnje glukoze i glikogena. Dodatno, acidifikacija mišićnih ćelija smanjuje potencijal vezivanja kalcijuma za mišićna vlakna što može dodatno ometati mišićnu kontrakciju. Kapacitet ćelija za anaerobnu glikokzu obezbeđuje energiju za oko 1 do 3 minuta fizičke aktivnosti.
Aktivnosti kao što je plivanje slobodnim stilom na 200 metara, sprint na 400 metara i treninzi snage sa kratkim periodima odmora između sesija (npr. 30 sekundi) oslanjaju se prvenstveno na glikolizu kao izvor energije. Anaerobni energetski sistemi doprinose produkciji energije na početku manje intenzivne fizičke aktivnosti kada metabolizam kiseonika "kasni" za ukupnim energetskim potrebama. Glikolizom se stvara ukupno 2 molekula ATP-a (3 molekula ako se stvara iz glikogena) i 2 molekula piruvata ili mlečne kiseline po molekulu glukoze. Ako nema kiseonika piruvat se pretvara u mlečnu kiselinu. Ova reakcija je katalizovana enzimom laktat dehidrogenaza. Mlečna kiselina brzo disocira i formira se so koja se zove laktat. Glavno ograničenje anaerobne glikolize je akumulacija mlečne kiseline u mišićima i telesnim tečnostima. Ako je kiseonik prisutan u mitohondrijama piravat se može uključiti u aerobno stvaranje ATP-a. Na ovaj način glikoliza se može smatrati prvim korakom u oksidaciji ugljenih hidrata.
Početak akumulacije laktata
Koncentracija mlečne kiseline može tokom maksimalne fizičke aktivnosti porasti od vrednosti u stanju mirovanja koje su oko 1 mmol na kg, do preko 25 mmol/kg. Tokom testa sa rastućim spoljašnjim opterećenjem koncentracija laktata u krvi (kao indirektna mera produkcije laktata u kontrahujućim mišićima) ostaje približno ista tokom prvih nekoliko minuta testa pošto su energetske potrebe adekvatno zadovoljene reakcijama koje koriste kiseonik. Zatim će u određenom momentu koncentracija laktata porasti eksponencijalno. lako postoje neslaganja u terminologiji, ova tačka porasta se često naziva početkom akumulacije laktata u krvi (OBLA) koja se uobičajeno odigrava kad koncentracija laktata dostigne vrednost od oko 4 mmol/1 (anaerobni prag, prag respiratorne kompenzacije, tačka respiratorne kompenzacije). Netrenirane osobe dostižu ovu koncentraciju laktata na oko 50 do 60% V02 max, dok sportisti u sportovima izdržljivosti ovu vrednost dostižu na oko 80 do 90% V02 max.
Faktori koji doprinose akumulaciji laktata uključuju malu koncentraciju kiseonika u tkivima, oslanjanje na glikolizu, aktivaciju brzo kontrahujućih mišićnih vlakana i smanjeno odvođenje laktata. Ako se trening izdržljivosti odvija blizu ili preko nivoa OBLA, akumulacija laktata događa se kasnije i na većim intenzitetima fizičke aktivnosti. Ova adaptacija omogućiće sportistima da treniraju na većim procentima V02 max sa stvaranjem manje laktata. lako V02 max ili srčana frekvencija mogu biti korišćene za praćenje intenziteta fizičke aktivnosti na kojoj gore pomenuta adaptacija može da se odigra, moramo napomenuti da mogućnost da se održi željeni intenzitet fizičke aktivnosti ne može biti procenjena precizno na ovaj način. Akumulirani laktat se brže otklanja ako se posle fizičkog napora upražnjava aktivnost malog intenziteta (npr. lagani džoging) umesto odmora.Kod netrenirane osobe uočava se brzi porast koncentracije laktata u krvi, a rast opterećenja povezan je sa akumulacijom laktata. Karakteristika laktatne krivulje kod maratonaca je plato koji se javlja sa porastom opterećenja i koji je rezultat aerobne adaptacije koja je postignuta treningom izdržljivosti. Vrednost OBLA postiže se na većim vrednostima aerobne sposobnosti kod ovog sportiste. Ovaj povoljni aerobni odgovor može biti prouzrokovan smanjenjem proizvodnje mlečne kiseline i/ili njenim bržim pretvaranjem na svakom nivou intenziteta fizičke aktivnosti. Uz to, sportisti koji upražnjavaju trening izdržljivosti mogu da stvaraju veće količine ATP-a tokom razgradnje masnih kiselina i na taj način očuvaju skladišta glikogena.
Trkač na 400 metara pokazuje raniji porast akumulacije laktata nego maratonac, zbog njegove specifične metaboličke adaptacije koja je posledica anaerobnog treninga. Anaerobni trening dovodi i do posebnog tipa adaptacije koje se ogleda u dugom i po-stepenom porastu laktata preko vrednosti anaerobnog praga (4 mmol/1) omogućavajući mišićnoj ćeliji bolju toleranciju acidifikacije koje je posledica povećanog nivoa laktata u krvi.
Oksidativni (aerobni) sistem
Anaerobni energetski sistem oslobađa brzo velike količine energije, ali je ograničen. Mišićima je potrebno konstantno obezbeđivanje energije tokom mirovanja i tokom fizičke aktivnosti manjih intenziteta i dužeg trajanja. Za razliku od anaerobnog stvaranja ATP-a, kada se energija brzo oslobađa ali ima mali kapacitet, energija u oksidativnom sistemu se sporije oslobađa ali ima ogroman kapacitet. Zato je aerobni metabolizam osnovni način stvaranja energije tokom fizičke aktivnosti tipa izdržljivosti kao što je trčanje na 5 000 metara.lako oksidativni sistem ne može da proizvede dovoljno ATP-a u sekundi, kojim bi se omogućilo izvođenje maksimalnih anaerobnih aktivnosti, ipak se na kraju aktivnosti aerobni izvori energije koriste za dopunjavanje anaerobnih izvora. Na primer, ubrzano disanje na kraju trčanja na 800 m koristi se da nadoknadi anaerobne izvore energije. Aerobna produkcija ATP-a odvija se u mitohondrijama i uključuje interreakciju Krebsovog ciklusa (koji se zove i ciklus limunske kiseline) i transportnog lanca elektrona. Kiseonik ne učestvuje u reakcijama Krebsovog ciklusa, ali vezuje vodonik na kraju transportnog lanca elektrona. Maksimalna količina kiseonika koju organizam može da produkuje u aerobnim procesima zavisi od toga koliko kiseonika može da preuzme i iskoristi. Izraz maksimalna kiseonična potrošnja, maksimalna potrošnja kiseonika ili V02 max predstavlja brzinu kojom kiseonik može biti transportovan kardiorespiratornim sistemom do aktivnih mišića. Oksidativni sistem koristi prevashodno ugljene hidrate i masti kao energetski supstrat.
