Acid lactic là một hợp chất hữu cơ sinh học, nó được sản sinh từ quá trình oxy hóa glucid yếm khí hay còn gọi là quá trình đường phân (glycolysise). Quá trình này là dạng trao đổi năng lượng phổ biến trong cơ thể sinh vật. Các tổ chức tiêu hao năng lượng tương đối lớn như tế bào thần kinh, võng mạc, hồng cầu…quá trình đường phân rất mãnh liệt. Hàm lượng acid lactic trong tế bào nhiều hay ít đều phụ thuộc vào cường độ hoạt động và điều kiện môi trường.
Trong lĩnh vực hoạt động thể dục thể thao, acid lactic là chỉ số được quan tâm chú ý trong nhiều thập niên qua đặt biệt ở những nước có nền thể thao phát triển như Nga, Đức, Pháp, Mỹ, Trung Quốc…
Nhiều chuyên gia cho rằng: trong vận động, diễn biến nồng độ acid lactic trong máu ở những cường độ tập luyện của Vận động viên nhạy cảm hơn tầng số mạch đập và VO2max. Do đó người ta tiến hành đo acid lactic trong máu để tìm hiểu đặc điểm trao đổi năng lượng, để làm căn cứ (cùng với mạch đập) xác định cường độ vận động đánh giá năng lực ưa-yếm khí, khả năng hồi phục và còn có thể dự báo thành tích qua một chu kỳ tập luyện. Chính vì thế, trong lĩnh vực Y sinh học TDTT, chỉ số acid lactic được nhiều huấn luyện viên, các chuyên gia Y sinh học quan tâm và đặt biệt trong nhiều đề tài nghiên cứu khoa học ở bậc Cao học và Tiến sĩ đều có đề cập đến và nghiên cứu chỉ số này trên nhiều đối tượng ở các môn thể thao khác nhau.
Để phục vụ cho công tác nâng cao huấn luyện thể thao, công tác giảng dạy, nghiên cứu khoa học trong trường đại học TDTT, chúng tôi muốn trình bày một số vấn đề liên quan đến chỉ số này.
II. Cấu tạo hóa học hợp chất acid lactic
Acid lactic đã được cô lập đầu tiên vào năm 1780 bởi một nhà hóa học Thụy Điển Carl Wilhelm Scheele.
Tên hóa học: 2-hydroxypropanoic acid
Công thức thô: C3H6O3
Công thức hóa học: CH3-CHOH-COOH
Công thức hình:
Trọng lượng phân tử: 90.08g/mol
Điểm nóng chảy:
- L : 530C
- D : 530C
- D/L : 530C
Điểm sôi: 1220C @ 12mmHg
Đơn vị tính: Hàm lượng acid lactic có trong huyết tương được tính bằng đơn vị mg/dl (mg% mg/100ml), mMol/lít. Để chuyển đổi mg% thành mMol/lít thì nhân với 0,11.
Acid lactic có 2 dạng đồng phân quang học L-(+)- lactic acid hay (S)- lactic acid và dạng D-(-)- lactic acid hay (R)- lactic acid. Trong đó dạng đồng phân L-(+)-lactic acid quan trọng hơn. ở động vật, L-(+)-lactic acid thường được tạo ra từ pyruvate qua xúc tác của men lactate dehydrogen (LDH) trong quá trình lên men của quá trình chuyển hóa bình thường và tập luyện của cơ thể. Cấu trúc phân tử, acid lactic có một nhóm hydroxyl (-OH) nằm kề bên nhóm carboxyl (-COOH) tạo thành ion lactate có dạng: CH3CH(OH)COO- . Về đặt tính Acid lactic hòa tan với nước hay ethanol và có tính hút ẩm.
III. Nguồn gốc sản sinh acid lactic:
Vào đầu thế kỷ 20, nhà sinh hóa học người Đức là Otto Meyerhof đã tiến hành thí nghiệm như sau: Ông cho chân ếch vào một lọ kín không có oxy và tiến hành kích thích. Chân ếch co cho đến khi cạn nguồn glycogen trong cơ. Từ đó ông đi đến kết luận rằng: Glycogen là nguồn cung cấp năng lượng cho quá trình co cơ. Nhưng trong điều kiện yếm khí không có oxy, glycogen đã biến thành acid lactic.
Từ đó Otto Meyerhof đã tìm ra con đường thoái hóa glucid mà theo ông quá trình oxy hóa glucid để cung cấp năng lượng cho cơ thể theo hướng tạo ra dạng đường Hexozdiphosphat (HDP), hay đúng hơn là glucoz được phosphoryl hóa 2 lần, trước khi tham gia vào quá trình oxy hóa tiếp theo, và quá trình này có thể được tiến hành trong 2 hoàn cảnh: yếm khí và hiếu khí. Ở điều kiện bình thường của cơ thể, các quá trình chuyển hóa năng lượng trong cơ thể đều diễn ra theo hướng oxy hóa ưa khí. Nhưng khi hoạt động cơ tăng cường mãnh liệt, khả năng hấp thụ oxy không đáp ứng nhu cầu oxy, dẫn đến sự nợ oxy của cơ thể thì quá trình chuyển hóa năng lượng diễn ra theo hướng yếm khí.
Trong điều kiện yếm khí của tế bào, quá trình oxy hóa glucoz tự do hay glucoz có nguồn gốc glycogen diễn ra trong bào tương của tế bào gồm 3 giai đoạn được biểu diễn qua sơ đồ:
Giai đoạn oxy hóa yếm khí là giai đoạn khởi đầu và tất yếu của quá trình phân giải glucid, nghĩa là ngay trong hoàn cảnh bình thường của cơ thể khi cơ thể được cung cấp đầy đủ oxy, giai đoạn oxy hóa glucid từ glucoz đến acid pyruvic cũng vẫn xảy ra.
Do hoàn cảnh tế bào thiếu oxy, 2 phân tử NADH,H+ được sinh ra trong phản ứng thứ 5 (phản ứng oxy hóa đầu tiên) thay vì chuyển photon và điện tử qua chuỗi hô hấp tế bào đến Oxy để tạo ra H2O, nó chuyển proton và điện tử cho acid pyruvic và tạo thành acid lactic theo phản ứng sau:
CH3-CO-COOH + NADH,H+ à CH3-CHOH-COOH+ NAD+
(Acid pyruvic) (Acid lactic)
Trong trường hợp này Acid lactic coi như là sản phẩm phân giải cuối cùng của sự oxy hóa yếm khí tuyệt đối của glucid. Quá trình oxy hóa glucid yếm khí này là một quá trình oxy hóa không hoàn toàn hay là một quá trình tự lên men lactic. Kết quả của sự phân giải 1 phân tử glucoz tự do cung cấp cho tế bào 2 phân tử ATP và tạo ra 2 phân tử Acid Lactic. Nếu quá trình này bắt đầu từ glycogen dự trữ trong cơ thì cung cấp cho tế bào được 3 phân tử ATP và cũng tạo ra 2 phân tử Acid Lactic.
Ở trạng thái yên tĩnh, hầu hết các cơ quan, tổ chức trong cơ thể duy trì hoạt động nhờ vào quá trình cung cấp năng lượng hiếu khí. Nhưng có một số ít các cơ quan như tổ chức của da, võng mạc mắt, dịch hoàn, tủy thượng thận, hồng cầu…sử dụng toàn phần hay một phần năng lượng từ nguồn oxy hóa glucid yếm khí và sản sinh acid lactic khuếch tán vào máu. Do đó ở trạng thái yên tĩnh, trong máu vẫn duy trì một nồng độ acid lactic nhất định. Nồng độ acid lactic lúc yên tĩnh ở động mạch khoảng 0,4-0,8 mmol/l trong máu tĩnh mạch 0,45-1,3 mmol/l. Chỉ số này ở người bình thường và vận động viên không có khác biệt lớn. Tuy nhiên ở vào thời kỳ huấn luyện trước thi đấu nồng độ này của VĐV cao hơn bình thường gấp 2-3 lần.
Nguồn gốc sản sinh acid lactic đến nay người ta đã hiểu rõ ràng khi mà những hoạt động của cơ thể nhu cầu về oxy không được đáp ứng đầy đủ và cơ thể phải sử dụng năng lượng từ quá trình đường phân (glycolysis). Trong hoạt động thể thao, đặt biệt khi thực hiện các bài tập ở vùng cường độ tối đa và gần tối đa, sẽ dẫn đến nợ oxy cao và quá trình cung cấp năng lượng chủ yếu bằng đường hướng yếm khí, trong đó quá trình đường phân diễn ra mãnh liệt tạo ra nhiều acid lactic. Khi tốc độ sản sinh acid lactic nhanh hơn khả năng khuếch tán và tiêu trừ dẫn đến sự gia tăng và tích tụ acid lactic. Sự gia tăng nồng độ này nó chịu sự chi phối bởi một số nhân tố như: Sự vận chuyển của Monocarboxylate, nồng độ, dạng đồng phân của LDH, khả năng oxy hóa của mô bào. Nồng độ của áp lực máu bình thường từ 1-2mmol/l lúc nghỉ ngơi, nhưng có thể tăng trên 20mmol/l khi tập luyện cường độ cao.
Biểu đồ acid lactic
IV. Nguyên nhân gây nên mệt mỏi và đau nhức cơ:
Tương ứng với sự gia tăng cường độ vận động là sự gia tăng nồng độ acid lactic, PH nội môi nghiêng về acid và cũng đồng thời sự mệt mỏi và đau mỏi cơ cũng nhanh chóng gia tăng. Nguyên nhân của mệt mỏi và đau cơ trong hoạt động ở vùng cường độ cao gồm nhiều tác nhân khác nhau gây nên. Nhưng trong đó nguyên nhân chủ yếu là độ PH nội môi giảm, dẫn đến sự rối loạn các quá trình chuyển hóa năng lượng của tế bào cơ và thần kinh-cơ. Như thế có phải chăng acid lactic là “ thủ phạm chính” gây nên mệt mỏi và đau nhức cơ khi tực hiện các bài tập ở cường độ cao? Sự tác động của acid lactic đến sự nhiễm acid là đề tài của nhiều cuộc hội thảo gần đây của lĩnh vực sinh lý vận động.
Từ “acid lactic” được dung để diễn tả nhiều bởi các vận động viên diễn tả cảm giác đau mỏi dữ dội khi thực hiện những bài tập tối đa, đặt biệt trong các cự ly 400m và 800m. khi năng lượng cung cấp cần cho thực hiện bài tập nó được cung cấp từ sự phân giải ATP. Nồng độ ATP dự trữ của cơ thể có giới hạn, vào khoảng 85grms và bị tiêu hao nhanh chóng nếu cơ thể không có những đường hướng tái tổng hợp chúng. Ở đây có 3 hệ thống sản xuất năng lượng để tái tổng hợp ATP là: ATP-CP có sẵn trong cơ, quá trình đường phân yếm khí (glycoglysise) và quá trình đường phân ưa khí (aerobic).
Trái ngược với quan niệm phổ biến là sự tập trung gia tăng acid lactic không phải là nguyên nhân trực tiếp làm acid hóa, mà nó cũng không chịu trách nhiệm về nguyên nhân gây ra đau đớn cho cơ. Robergs và cộng sự đã sử dụng phương pháp hóa học lượng pháp để theo dõi sự vận chuyển của proton xuất hiện trong chu trình đường phân. Ông đã cho rằng ion H+ có thể biến đổi độc lập và được xác định chính sự tập trung của nó. Nhưng trong một bài viết phản biện gần đây của Lindinger và cộng sự đã bác bỏ cách tiếp cận dung hóa học lượng pháp của Robergs và cộng sự vì ông đã bỏ qua các yếu tố làm gia tăng ion H+ như những ion mạnh khác nhau (SID), PCO2- và những hệ đệm acid yếu. lactate là một anion mạnh (các anion này là nguyên nhân gây gia tăng H+) để duy trì sự bảo hòa điện tử. (SID), PCO2- và đệm acid yếu đã được đo khi thực hiện bài tập của Jones và cộng sự. cũng như Peter Stewart đã quan tâm đến sự cân bằng acid-baz khi thực hiện bài tập được giới thiệu trong các bài tham luận.
Khi thực hiện các bài tập cường độ cao, quá trình trao đổi chất ưa khí không thể tổng hợp ATP nhanh chóng đủ cung cấp cho tế bào cơ. Kết quả là quá trình yếm khí trở nên chếm ưu thế cung cấp năng lượng đưới dạng ATP với nhịp độ cao. Khi ATP thủy phân, một ion hydro được giải phóng. Ion hydro có nguồn gốc từ ATP chính là nguyên nhân chủ yếu gây ra sự giảm độ PH. Do một số lượng lớn ATP được tạo ra và được phân giải trong một thời gian ngắn hệ thống đệm của mô bào không trung hòa kip gây ra sự giảm độ PH, gây nên trạng thái nhiễm acid. Đây có thể là một trong nhiều nhân tố góp phần làm cho cơ đau buốt, hoạt động mệt mỏi khó khăn sau khi thực hiện bài tập với cường độ cao. (2/2007)
Cấu tạo phân tử ATP
Chính vì nguyên nhân lactate tự nó không có khả năng tách proton và hai là dạng acid của lactate tức acid lactic không thể hình thành trong hoàn cảnh bình thường ở mô bào của người. Phân tích quá trình đường phân ở người đã chỉ ra rằng ở đây không đủ sự hiện diện của ion hydro trong những sản phẩm trung gian của quá trình đường phân tạo ra lactic hay các acid khác.
Sự acid hóa có liên quan đến sự gia tăng tập trung lactate trong khi thực hiện những bài tập nặng và xuất hiện từ một phản ứng riêng biệt. hệ thống glycolysise là hệ thống có khả năng giải phóng năng lượng để tái tổng hợp ATP mà không có sự tham gia của oxy và gọi là quá trình đường phân yếm khí. Quá trình phân giải carbonhydrat (glycolysis) kết quả tạo ra acid pyruvic và ion hydro( H+ ) . sự tích lũy H+ sẽ tạo cho tế bào cơ có tính acid và gây trở ngại cho hoạt động cơ . Coenzim NAD+ nhận H+ thành dạng NADH và chuyển H+ đến chuỗi hô hấp tế bào để kết hợp với oxy không khí tạo ra nước. Nếu trong hoàn cảnh tế bào không có oxy thì NADH không thể giải phóng H+ làm cho H+ bị tích lũy bên trong tế bào. Để ngăn ngừa sự gia tăng của H+, acid pyruvic nhận và trở thành acid lactic và sau đó tách ra thành lactate và H+ . Một số lactate khuếch tán vào dòng máu và giữ lấy H+ . Bằng cách đó làm giảm ion H+ đã tập trung trong tế bào cơ. Độ PH trung bình của tế bào cơ là 7,1 nhưng nếu bị tích tụ tiếp tục nhiều ion H+ thì độ PH sẽ giảm xuống còn 6,5 làm khả năng co cơ giảm sút và PH thấp sẽ gây kích thích lên đầu mút giây thần kinh trong cơ gây nên cảm giác đau đớn. Thời điểm này thường được gọi là ngưỡng lactate hay ngưỡng yếm khí hay thời điểm tích lũy acid lactic máu (OBLA). Điều này gây nên sự “hiểu lầm” khi có xuất hiện mệt mỏi và đau nhức cơ đồng thời với sự tập trung gia tăng acid lactic.
Cấu tạo phân tử Coenzyme NAD và NADH