חומצת חלב היא תוצר של תהליך אספקת אנרגיה לפעילות גופנית. הצטברותה בכמות גדולה מהווה מגבלה להפעלת השרירים (שבהם הצטברה), אך אין היא קשורה לתופעות שליליות אחרות כפי שנוטים 'להאשימה' לעתים, כגון כאבי שרירים שלאחר אימון או כאבים בצד הבטן או החזה במהלך הריצה. בטרם נדון בתהליך היווצרותה ובהשפעותיו של תהליך זה על הגוף, נסקור בקצרה את מנגנוני אספקת האנרגיה לפעילות השרירים.

אספקת אנרגיה לפעילות גופנית
תהליך התכווצותם של השרירים מותנה בקיומה של מולקולת ATP (Adenosin Tri Phosphate). זהו החומר הבלעדי, שבהתפרקותו משתחררת אנרגיה כימית שתגרום להתכווצות השריר (ראה איור 1)

בכל תא שריר מצוי מאגר מוגבל של מולקולות ATP, ובשל גודלן לא ניתן להעבירן מתא לתא. לכן, כדי להתמיד בהפעלת השריר יש צורך לחדש ברציפות את מלאי ה-ATP. למעשה, מטרתם של מסלולי אספקת האנרגיה שיפורטו בהמשך הוא ליצור אנרגיה כימית (על-ידי פירוק מולקולות), שבאמצעותה ייבנו מחדש מולקולות ה-ATP.
בתא קיימים שלושה תהליכים (מסלולים מטבוליים), המסוגלים לטעון מחדש ATP. כל שלושת התהליכים מתרחשים בו-זמנית, אך הדומיננטיות משתנה בהתאם לעצימות המאמץ ולמשכו.

איור 1. מבנה מולקולת ATP

בכל תא שריר מצוי מאגר מוגבל של מולקולות ATP, ובשל גודלן לא ניתן להעבירן מתא לתא. לכן, כדי להתמיד בהפעלת השריר יש צורך לחדש ברציפות את מלאי ה-ATP. למעשה, מטרתם של מסלולי אספקת האנרגיה שיפורטו בהמשך הוא ליצור אנרגיה כימית (על-ידי פירוק מולקולות), שבאמצעותה ייבנו מחדש מולקולות ה-ATP.

בתא קיימים שלושה תהליכים (מסלולים מטבוליים), המסוגלים לטעון מחדש ATP. כל שלושת התהליכים מתרחשים בו-זמנית, אך הדומיננטיות משתנה בהתאם לעצימות המאמץ ולמשכו. התהליכים הם אלה:

1. פירוק מולקולות CP (קריאטין פוספט)

זהו חומר המצוי בתא השריר. האנרגיה המשתחררת מפירוק מולקולה אחת של CP משמשת ישירות לבניית מולקולה אחת של ATP. מלאי מולקולות ה-CP בתא השריר מוגבל, אך הזמינות ומהירות התהליך מאפשרות להפיק אנרגיה במערכת הנשימה או הדם במהירות ובכמות גבוהה, ללא תלות בפירוק חומרי מזון, במערכת הנשימה או הדם, אך לזמן קצר מאוד. יחד עם מלאי ה-ATP מספיק תהליך זה לפעילות עצימה מאוד של כ- 10 שניות. דוגמאות לפעילות שבה מסלול זה הוא דומיננטי הן הטלת כידון, הדיפת כדור ברזל וריצות קצרות (60, 100 מ'). כדי להמשיך בפעילות עצימה מעבר ל- 10 שניות יש לחדש את מאגרי ה-ATP. תהליכים אלה מתבססים על פירוק חומרי המזון.

2. מסלול הגליקוליזה האנאירובית

במסלול זה מופקת האנרגיה לחידוש מאגרי ה-ATP מפחמימות בלבד (גלוקוז וגליקוגן), בתהליכים כימיים ללא חמצן (ראה איור 2). הגליקוגן, כמאגר הפחמימות, מצוי בעיקר בתאי השריר (כ- 400 גרם) ובכבד (כ- 100 ג'). תוצר פירוק הגלוקוז (גליקוליזה) הוא חומר הנקרא חומצה פירובית, תהליך שבו משתחררת אנרגיה המאפשרת חידוש של שתי מולקולות ה-ATP. החומצה הפירובית נמצאת ב'צומת' של תהליכים כימיים בהתאם לקצב הגליקוליזה, או במילים אחרות עצימות הפעילות. בעצימות נמוכה תעבור החומצה הפירובית למסלול האנרגיה האירובי, שעליו נפרט בהמשך. אך בפעילות בעצימות גבוהה, שבה קצב הגליקוליזה גבוה, תהפוך החומצה הפירובית לחומצת חלב [חומצה לקטית (Lactic Acid)]. ייצור חומצת חלב מאפשר את המשך הגליקוליזה בקצב גבוה, אך הצטברותה בשריר בריכוז גבוה יגרום תוך זמן קצר להאטה ואף להפסקת התהליך (ראה פירוט בהמשך).

מסלול אנרגטי זה ייכנס לפעולה כמסלול העיקרי לאספקת אנרגיה רק בפעילות בעצימות גבוהה, והדומיננטיות שלו תימשך עד כ- 90 שניות. לדוגמה: רצי 400 ו- 800 מ'.

כדי להמשיך בפעילות יש להקטין את עצימותה ולבסס את מקורות האנרגיה על מסלול מטבולי אחר - המסלול האירובי.

איור 2. תהליך הגליקוליזה האנאירובית

 במסלול זה מתבצעים תהליכים כימיים בנוכחות חמצן, תוך פירוק פחמימות (גלוקוז וגליקוגן) ושומנים (חומצות שומן) במקביל (ראה איור 3). יתרונותיו העיקריים של תהליך זה הם כמות האנרגיה הרבה (מספר מולקולות ATP) שניתן להפיק ומשך הזמן שבו ניתן להפיק אנרגיה זו. חסרונותיו הם מהירות-תגובה איטית יחסית (הצורך להוביל חמצן וחומצות שומן אל התא) וקצב ייצור אנרגיה איטי יחסית (שרשרת תהליכים ארוכה). מסלול אנרגטי זה הוא הדומיננטי בכל מצב של מנוחה ופעילות בעצימות קלה ולמעשה כמעט בלתי מוגבל, מפני שתוצריו (פחמן דו-חמצני ומים) אינם מהווים גורם מגביל, ומאגריו (בעיקר השומנים) מכילים אנרגיה בכמות עצומה.

איור 3. סכימה של התהליך האירובי

שיווי משקל בריכוז חומצת חלב

חומצת חלב היא מולקולה קטנה, שעוברת דרך קרום התא בפעפוע (דיפוזיה). כאשר ריכוזה בתא השריר עולה על ריכוזה מחוץ לתא היא מפעפעת מהתא אל הדם. בכל רמת פעילות ואף במנוחה נוצרת חומצת חלב בשרירים ומפעפעת לדם, ואכן בבדיקת ריכוזה בדם במנוחה נמצא ריכוז של 1 - 1.5  מילימול/ליטר.

כל עוד נבצע פעילות בעצימות נמוכה, שאינה מסתמכת על המסלול האנאירובי, יהיה קצב ייצור חומצת החלב נמוך, ומנגנוני סילוקה מהדם יעמדו בקצב הדרוש לשמירה על שיווי משקל בריכוזה, אף שיהיה גבוה מערכי מנוחה.

כיצד מתמודד הגוף עם 'עודפי' חומצת חלב?

קיימות שלוש דרכים עיקריות שבהן הגוף משתמש בחומצת החלב ומפנה אותה מהדם:

א. הדרך העיקרית היא העברת חומצת החלב דרך מחזור הדם אל רקמות ושרירים פעילים פחות (בעצימות שבה מסלול אספקת האנרגיה הוא אירובי), הפיכתה בתאי שריר אלה בחזרה לחומצה פירובית (זוכרים -  'הצומת') והמשך התהליך האירובי לייצור ATP. תהליך זה יכול להתבצע בשרירי שלד (בזמן ריצה - בשרירי הידיים) ובאיברים פנימיים כמו הלב והקיבה.

ב. העברת חומצת החלב אל הכבד והפיכתה לגליקוגן. תהליך זה נקרא מעגל קורי.

ג. סתירה (ניטרול) על-ידי בסיס בשם נתרן ביקרבונט בתהליך המתרחש בדם, ותוצריו הם מים ופחמן דו-חמצני.

הצטברות חומצת חלב בשרירים ובדם

במאמץ מתגבר, שבו תרומת המסלול האירובי הולכת ופוחתת לעומת המסלול האנאירובי ההולך ומתגבר, כמות חומצת החלב הנוצרת בשרירים תעלה בעוד יכולת סילוקה יילך ויירד. במצב זה יופר שיווי המשקל ותחל הצטברות מהירה של חומצת חלב בשריר ובדם, עד להופעה של רמת חומציות גבוהה שתגרום לעייפות ולהפסקת העבודה (ניתן להגיע לערכים מרביים של 15 - 20 מילימול/ליטר חומצת חלב בדם).

העלייה של ריכוז חומצת חלב בשרירים ובדם לערכים גבוהים גורמת לעלייה בחומציות השריר ועקב כך:

א. תיגרם פגיעה באנזימים שונים הפעילים בפירוק הגלוקוז, שתביא לירידה בקצב הגליקוליזה. במילים אחרות - הצטברות חומצת חלב בשריר עוצרת את התהליך שיוצר אותה.

ב. תיגרם פגיעה במנגנון הכיווץ בשריר (בחלבוני הכיווץ), שתביא להרגשת עייפות ולירידה בקצב עבודת השריר.

ג. החומציות מגרה קולטני כאב עצביים מסביב לתאי השריר, תהליך שיגרום לתחושת כאב.

סף חומצת החלב (OBLA - Onset of Blood Lactate Accumulation)

המצב שבו מופר האיזון והצטברות חומצת החלב עולה בתלילות נקרא סף חומצת החלב או הסף האנאירובי. זהו קצב הפעילות שבה מתרחשת העלייה התלולה בריכוז חומצת חלב, או העצימות שבה ניתן להתמיד מבלי שיעלה ריכוז חומצת החלב בדם לערכים שימנעו את המשך הפעילות.

 קביעת סף חומצת חלב: הסף נקבע בבדיקה שבמהלכה נלקחות מהנבדק דגימות דם לצורך קביעת ריכוז חומצת החלב שבו. הנבדק מבצע מאמץ המתגבר בכל 4 - 5 דקות. בסיום כל דרגת מאמץ נלקחת דגימת דם, לרוב מהאצבע או מתנוך האוזן. בדרך כלל סף חומצת החלב מתרחש סביב ריכוזי חומצת חלב בדם של 4 מילימול/ליטר. כלומר, עד ריכוז זה קיים איזון בין קצב ייצור חומצת החלב בשרירים לבין קצב  פינויה מהדם, מצב המצביע על יכולת להסתמך על המנגנונים האירוביים בהפקת האנרגיה ובניצול חומצת החלב הנוצרת. העלייה התלולה בריכוז חומצת חלב בעצימות שמעבר לסף מצביע על חוסר יכולתה של המערכת האירובית לעמוד בקצב האנרגיה הדרוש והפיכת המסלול האנאירובי לדומיננטי. את עצימות הפעילות אפשר לבטא במהירות ריצה, בקצב לב או באחוז מצריכת החמצן המרבית.

 
איור 4. שינויים בריכוז חומצת חלב בדם בביצוע מאמץ מדורג

הקו המקווקו באיור מתאר נבדק בעל סף חומצת חלב גבוה יותר. העלייה התלולה בריכוז חומצת החלב בדמו מתרחשת בדרגת עצימות גבוהה יותר של פעילות. כלומר, הוא יכול להתמיד לאורך זמן במאמץ קשה יותר לעומת הנבדק המתואר בקו מלא. ניתן לומר ששיפור המנגנונים האירוביים מאפשר לו להתמיד במאמץ עצים יותר, מבלי להסתמך על המסלול האנאירובי. איור זה יכול לתאר גם את אותו אדם לאחר תהליך אימון, כאשר הקו המקווקו מתאר את השיפור. כלומר, ככל שהאדם משפר את כושרו האירובי הוא דוחה את סף חומצת החלב לדרגת פעילות עצימה יותר.

 ירידה בריכוז חומצת החלב בהתאוששות

הרחקת חומצת חלב עד חזרתה לרמת המנוחה הוא תהליך איטי שעשוי להימשך בין 20 דקות לשעה ותלוי בגורמים הבאים:

א.    ריכוז חומצת החלב בדם בסיום הפעילות

ב.    סוג הפעילות המבוצעת בהתאוששות

ג.      כושרו של הספורטאי ותכונות אישיות / גנטיות.

ההתאוששות הטובה ביותר היא התאוששות אקטיבית (ריצה קלה) ברמה של 35 - 50 אחוז מהיכולת המרבית (מצריכת חמצן מרבית). פעילות זו יעילה יותר מהתאוששות פסיבית, מפני שהיא שומרת על זרימת דם לשרירים ומקלה בכך על פינוי חומצת החלב. כמו כן, חומצת החלב נצרכת כמקור אנרגיה אירובי לשרירים הפועלים.

בגיליון מגזין "עולם הריצה" הבא (חודש אפריל) יוצגו היבטים אימוניים הקשורים לחומצת החלב.

לשאלות נוספות לשי יהל -[email protected]

 מאמר נוסף באנגלית באתר וולוניוז -  The Bike Doc: Lactate threshold

רשימת מקורות

1. דותן, ר. (1987). מקורות האנרגיה לעבודה שרירית. עולם הריצה, 26, עמ' 31 - 33.

2. רוטשטיין, א. (1992). ביולוגיה ופיזיולוגיה של האדם במאמץ. מכון וינגייט: הוצאת ספרים ע"ש עמנואל גיל.

3. Bowers, R.W., Fox, E. L. (1992). Sports Physiology. Brown publishers dubuqe IA.

4. Brooks, G. A. (1991). Current concepts in lactate exchange. Med. Sci. Sport Exerc.23(8): 895-906.  

5. McArdle, W. D., Katch, F. I. (1986). Exercise physiology: Energy, nutrition, and human performance. Philadelphia: Lea and Febiger.

כתבה זו התפרסמה באדיבות מגזין "עולם הריצה"