دستگاه‌ها و منابع‌ سوخت‌و‌ساز انرژی در بدن

بدن ما برای انجام فعالیت‌های مختلف روزمره مانند مطالعه، استراحت، ورزش، انجام کار و شغل، تفکر، حرکت و سایر امور دیگر به انرژی نیاز دارد. این انرژی نیز توسط دستگاه‌های تولیدانرژی داخل بدن و مواد غذایی که ما می‌خوریم، تامین می‌شود که در زیر ابتدا دستگاه‌های مولد انرژی و در ادامه منابع غذایی تولید انرژی به‌صورت مبسوط توضیح داده شده‌اند. شکل انرژی بدن نیز به‌صورت آدنوزین تری فسفات هست که معادل انگلیسی ATP هست.

بدن ATP مورد نیاز را به کمک 3 دستگاه جایگزین می‌کند:

1-  دستگاه ATP-PCr یا فسفاژن

این دستگاه برای تولید انرژی در ورزشهای بی هوازی (یعنی فعالیتهای ورزشی انفجاری و کوتاه مدت) است و وظیفه اصلی آن حفظ مقدار ATP مورد نیاز در فعالیت‌هایی را دربرمی‌گیرد که بسیار شدید و سریع انجام می‌شوند و مدت زمان انجام آنها بسیارکم است. در این دستگاه، ذخایر کراتین فسفات برای 10 ثانیه انرژی لازم برای انقباض عضلانی را تامین می‌کند. منبع اصلی انرژی این دستگاه، کربوهیدرات است. برای مثال دوی 100 متر، وزنه‌برداری، ست‌های بدنسازی، پرش طول و ارتفاع، تست چابکی ایلینویز یا 4 در 9 متر و …

در این دستگاه فسفات تحت تاثیر عمل آنزیم کراتین کیناز از کراتین فسفات (PCr) جدا می شود، انرژی آزاد شده از تجزیه PCr سبب ترکیب فسفات با آدنوزین دی فسفات (ADP) شده تا دوباره ATP تشکیل شود که در هنگام فعالیت‌های بسیار شدید و سریع بدون نیاز به اکسیژن باعث تولید انرژی می‌شود. اما نکته مهم آن است که ذخیره این منبع انرژی در بدن انسان بسیار اندک است و در صورت انجام فعالیت بسیار شدید و سریع، در کمتر از ده ثانیه تمام می‌شود؛ بنابراین، بدن قادر به انجام فعالیت‌های بسیار شدید و سریع بیشتر از ده ثانیه نخواهد بود، چرا که ذخیره انرژی آن تمام می‌شود و برای بازسازی آن نیاز به زمان دارد.

2- دستگاه گلیکولیتیک یا اسید لاکتیک

در این دستگاه ماده قندی تجزیه می شود، یعنی گلوکز یا گلیکوژن به اسید پیروویک تبدیل و طی این فرآیند ATP تولید می شود. گلیکولیز (بی هوازی) تا 3 دقیقه انرژی عضلات در سیتوپلاسم سلول را انجام می‌دهد. در تأمین انرژی مورد نیاز این سیستم، کربوهیدارت (قند ساده) تولید انرژی و ترکیب دیگری به نام اسید لاکتیک می‌شود. به همین دلیل است که این دستگاه به نام اسیدلاکتیک نیز معروف می‌باشد. برای مثال دوی 400 و 800 متر و …

در فعالیت‌هائی که بیش از ده ثانیه و کمتر از سه دقیقه طول کشیده و شدت آن زیاد است، گلیکوژن که یک ترکیب قندی پیچیده و ذخیره در عضلات (و نیز در کبد) می‌باشد، مورد استفاده قرار می‌گیرد و از آنجائی که فرصت ترکیب با اکسیژن وجود ندارد، گلوکز بدون ترکیب با اکسیژن، باعث تولید انرژی می‌شود. اما در فر‌آیند گلیکولیز بی‌هوازی، اسیدلاکتیک که خود شامل یون هیدروژن و لاکتات است از یک میلی‌مول در هر کیلوگرم عضله به 25 میلی‌مول می‌رسد و در نتیجه تجمع و افزایش غلظت اسیدلاکتیک را در پی دارد. در واقع یون هیدروژن جدا شده از اسیدلاکتیک تجزیه شده است که باعث اسیدی بودن محیط شده، ظرفیت پیوستن کلسیم به تار عضلانی کاهش یافته و انقباض عضلانی با محدودیت مواجه می‌شود، در نتیجه: خستگی، درد و احساس کم‌توانی می‌شود. اما لاکتات تجزیه شده از اسیدلاکتیک، نمکی است که از ترکیب یون پتاسیم با یون سدیم ایجاد شده و مستقیماً سبب خستگی یا درد نمی‌شود بلکه مشکلی که با تولید لاکتات همراه است وجود اسیدوز است نه خود مولکول لاکتات چرا که نه تنها لاکتات زیانبار نیست بلکه خود عاملی مفید برای سوبسترای متابولیسم در بافت‌های دیگر بدن است.

3- دستگاه هوازی از طریق میتوکندری

این دستگاه در اصل شامل اکسایش کربوهیدرات، چربی و پروتئین می‌باشد که اکسایش کربوهیدرات شامل گیکولیز هوازی، چرخه کربس و زنجیره انتقال الکترون است. اسیدلاکتیکی که در حین گلیکولیز بی هوازی آزاد می‌شود، خود یک منبع انرژی ذخیره شده است و تنها باید منتظر بماند تا اکسیژن کافی وارد سیستم گردد. زمانی که شدت تمرین ورزشی کاهش یابد و اکسیژن کافی به بدن ورزشکار برسد، سیستم تولید انرژی و ATP مجدداً به گلیکولیز هوازی یا ایروبیک تغییر می‌یابد و اسید لاکتیک تبدیل به اسید پیروویک می‌شود و از طریق گلیکولیز هوازی انرژی و ATP تولید می‌کند. متابولیسم اکسیداتیو که برای چند ساعت تامین انرژی عضلات را تامین می‌کند از سوبستراهایی شامل کربوهیدرات، چربی و پروتئین استفاده می‌کند و منبع اصلی تامین انرژی در فعالیت های طولانی مدت است و هر چه طول فعالیت ورزشی بیشتر باشد از ذخایر چربی بیشتر مصرف می‌شود.

این دستگاه، در فعالیت‌هایی عمل می‌کند که بیشتر از سه دقیقه طول می‌کشد، شدت فعالیت متوسط و یا کمتر از متوسط است؛ بنابراین چنین شرایطی، یعنی شدت کم و زمان طولانی، فرصت را فراهم می‌کند تا بدن با استفاده از اکسیژن و به‌صورت هوازی بتواند از قندها و چربی‌ها برای تأمین انرژی استفاده نماید. در این دستگاه، محدودیت تولید انرژی از نظر مقدار و زمان وجود ندارد، در ضمن، مقدار تولید انرژی بسیار بیشتر از دستگاه‌های قبلی است. البته نباید فراموش کرد که در دستگاه هوازی، قندها (کربوهیدرات‌ها) در اولویت هستند و پس از پایان سوخت قندها، با توجه به زمان فعالیت، نقش چربی‌ها در تأمین انرژی بیشتر می‌شود. مانند ورزش‌های: شنا، جاگینگ، دوی استقامت، صحرانوردی و کوهنوردی، دوی ماراتن، دوچرخه‌سواری، تمرینات اینتروال شدید با استراحت فعال، تمرینات ایستگاهی و متناوبی، ورزش‌های سه‌گانه و پنج‌گانه و …

برای مطالعه بیشتر و تخصصی‌تر درخصوص فرایند دستگاه هوازی مطلب زیر را بخوانید:

الف- اکسایش کربوهیدرات:

تولید اکسایشی ATP در کربوهیدرات ها سه مرحله را طی می کند:

الف: گلیکولیز هوازی     ب: سیکل یا چرخه کربس     ج: زنجیره انتقال الکترون.

گلیکولیز هوازی: در متابولیسم کربوهیدرات ها، گلیکولیز در شرایط هوازی و بی هوازی نقش تولید ATP را دارد و وجود اکسیژن (در شرایط هوازی) تنها سرانجام فرآورده نهایی یعنی اسید پیروویک را تعیین می کند و این اسید پیروویک در این شرایط به ترکیبی بنام استیل کوآنزیم A (استیلCOA) تبدیل می شود.

سیکل کربس: وقتی که چرخه کربس تشکیل شد استیلCOA وارد آن می شود و طی یک سلسله واکنش شیمیایی بطور کامل اکسیده می شود. در انتهای چرخه کربس ۲مول دیگر ATP هم بطور مستقیم تشکیل می گردد و سوبسترای اصلی (کربوهیدرات اصلی) به دی اکسید کربن و آب تجزیه می گردد.

زنجیره انتقال الکترون: در خلال گلیکولیز علاوه بر تولید اسید پیروویک یون های هیدروژن هم آزاد می شوند. در واکنش های چرخه کربس هم یون هیدروژن آزاد می شود که اگر این یونها در دستگاه مولد انرژی تجمع پیدا کنند درون سلول بیش از حد اسیدی می شود، پس این یون ها بوسیله ۲کوآنزیم نیکوتین آمید آدنین دی نوکلئوتید (NAD) و فلاوین آدنین دی نوکلئوتید (FAD) به زنجیره انتقال الکترون می روند و در آنجا پروتون و الکترون اتم هیدروژن از هم جدا شده و در انتهای زنجیره یون (H+) با اکسیژن ترکیب شده و آب تشکیل می دهد تا به این طریق از اسیدی شدن محیط جلوگیری کند و الکترونهایی که از هیدروژن جدا شده بودند از میان زنجیره ای از واکنش ها عبور می کنند تا سرانجام انرژی لازم را برای فسفوریلاسیون آدنوزین دی فسفات (ADP) مهیا کنند و از این راه (ATP) بدست آید. چون این فرآیند به اکسیژن نیاز دارد به آن فسفوریلاسیون اکسایشی می گویند. اکسایش کامل کربوهیدرات، مثل یک ملکول گلیکوژن عضله می تواند ۳۷ تا ۳۹ ملکول ATP تولید کند.

ب- اکسایش چربی:

بیشتر ترکیبات شیمیایی مانند تری گلیسریدها، فسفولیپیدها و کلسترول جزو چربی ها به شمار می روند ولی فقط تری گلسریدها جزو منابع انرژی هستند که باید ابتدا به واحدهای سازندهء خود یعنی یک ملکول گلیسرول و ۳ ملکول اسیدچرب آزاد تجزیه شوند که به این فرآیند لیپولیز و آنزیم آن را لیپاز می گویند. اسیدهای چرب آزاد از طریق انتشار ساده (Simple diffusion) و یا انتشار تسهیل شده (Transporter-mediated) وارد تارهای عضلانی می شوند و باید با استفاده از انرژی حاصل ATP از لحاظ آنزیمی فعال شوند تا برای کاتابولیسم (تجزیه) در میتوکندری ها آماده شوند. به کاتابولیسم چربی که به کمک آنزیم ها در میتوکندری انجام می شود اکسیداسیون-بتا می گویند. در این فرآیند زنجیرهء کربنی اسیدهای چرب آزاد میشکند و به دو واحد مجزای ۲کربنیِ اسید استیک تبدیل می شود و از این زمان به بعد متابولیسم چربی ها هم همان مسیر متابولیسم اکسایشی کربوهیدرات ها را طی می کند (چرخه کربس و زنجیره انتقال الکترون) و تولید ATP , آب و دی اکسید کربن می نماید و ATP حاصل ازآن از اکسیداسیون کربوهیدرات ها بیشتر می باشد.

نکته مهم:

با این که هر گرم چربی نسبت به کربوهیدرات انرژی بیشتری تولید می کند، ولی نیازمند اکسیژن بیشتری نیز هست، یعنی در اکسیداسیون چربی به ازای هر ملکول اکسیژن مصرفی ۵.۶ ملکول ATP به دست می آید، در صورتی که مصرف همین مقدار اکسیژن در اکسیداسیون کربوهیدرات ۶.۳ ملکول ATP می دهد و چون اکسیژن رسانی دستگاه انتقال اکسیژن محدود است، بنابراین استفاده از منابع سوختی کربوهیدرات ها در تمرینات شدید بسیار با صرفه تر است.

ج- اکسیداسیون پروتئین:

پروتئین ها، یا در واقع واحدهای سازندهء آنها یعنی اسیدهای آمینه هم به عنوان مادهء سوختی مورد استفاده قرار می گیرند، در این میان بعضی از اسیدهای آمینه به گلوکز و برخی دیگر به مواد مختلف بینابینی متابولیسم اکسایشی مانند پیرووات یا استیل کوآ تبدیل شده و وارد فرآیند اکسایشی می گردند، ولی نکته اینجاست که چون پروتئین ها حاوی ازت می باشند و در زمان تجزیه اسیدهای آمینه مقداری از این ازت صرف تولید دوباره آمینو اسیدها و مازاد آن نیز پس از تبدیل شدن به اوره از طریق ادرار دفع میگردد و این تغییر و تبدیل نیاز به صرف ATP دارد، انرژی حاصل از پروتئین ها به سادگی انرژی کربوهیدرات ها و چربی ها بدست نمی آید و بنابراین کربوهیدرات ها و چربی ها مواد سوختی برتری محسوب می شوند.

جمع‌بندی

به‌طور خلاصه باید یادآور شد که در فعالیت‌های بسیار شدید و سریع و کوتاه‌مدت، منبع انرژی دستگاه فسفاژن است که ذخیره آن بسیار اندک است و در کمتر از ده ثانیه به پایان می‌رسد. در فعالیت‌های شدید، قندها بدون حضور اکسیژن (بی‌هوازی) باعث تولید انرژی می‌شوند که باعث به وجود آمدن اسیدلاکتیک می‌شود که تجمع آن باعث خستگی و درد شده و بیش از سه دقیقه نمی‌توان به آن ادامه داد. نوع سوم، فعالیت‌های متوسط و طولانی بودند که به خاطر استفاده از اکسیژن، هوازی نامیده می‌شوند و از قندها و چربی‌ها برای تولید انرژی غالب یعنی دستگاهی که نقش بیشتری در تأمین انرژی دارد، در فعالیت‌های بسیار شدید و زیر ده ثانیه، دستگا غالب: فسفاژن، در فعالیت‌های شدید و کمتر از سه دقیقه دستگاه غالب: گلیگولیز بی‌هوازی و در فعالیت‌های متوسط و طولانی دستگاه غالب: هوازی است.
با دانستن این مفاهیم، ورزشکار می‌داند که توانایی انجام کار با نهایت شدت، هیچ‌وقت بیشتر از ده ثانیه نمی‌تواند دوام بیاورد. از طرفی فعالیت‌های شدید می‌توانند باعث تولید اسیدلاکتیک و خستگی و درد و ناتوانی شوند، بنابراین توان آن نیز کمتر از سه دقیقه است اما در فعالیت‌های متوسط می‌توان به مدت زیادی فعالیت انجام داد.

تهیه و تنظیم

drsportyar.com

منابع

تغذیه قدرتی برای بدنسازان، دکتر کلاینر سوزان

تغذیه کامل ورزشی، فردریک هاتفیلد

تجویز فعالیت ورزشی ترجمه گائینی

فیزیولوژی ورزشی 5 استاد

https://vista.ir/