مصرف انرژی در بدن و سیستم های انرژی
مصرف انرژی در بدن و سیستم های انرژی بحث جالب و مفیدی برای ورزشکاران است، در این مطلب به خلاصه شما را با این مبحث آشنا می‌کنیم. انرژی آزاد شده در اثر شکسته شدن مواد غذایی مستقیماً برای سلول‌های عضلانی قابل استفاده نمی‌باشد، بلکه این نوع انرژی دارای ترکیب شیمیایی خاصی به نام آدنوزین‌تری فسفات است و مخفف آن ATP می‌باشد که در عضلات مورد استفاده قرار می‌گیرند. با سایت دانستنی های ورزشی همراه باشید.
ATP در تمام سلول‌های عضلانی و کبد ذخیره می‌گردد و به هنگام احتیاج سلول عضلانی به انرژی، تجزیه می‌شود و انرژی ذخیره شده در آن آزاد شده صرف انقباض عضلانی می‌گردد. به بیان دیگر شکسته شدن ATP در واقع منبع فوری انرژی برای فرآیند انقباض تارهای عضلانی به حساب می‌آید. (فرآیند انقباض عضلانی عبارت است از در هم لغزیدن رشته‌های پروتئینی آکتین و میوزین در تارچه‌های عضلانی)
ATP دارای سه گروه فسفات با انرژی بالا می‌باشد. در ضمن شکسته شدن ATP، یکی از پیوندهای فسفات از بقیه ملکول جدا می‌گردد و تقریباً ۸۰۰۰ کالری (۸ کیلو کالری) انرژی آزاد شده و فسفات آزاد و آدنوزین دی فسفات (ADP) تشکیل می‌گردد.
کراتین فسفات چیست؟
علاوه بر ATP، کراتین فسفات یا مخفف آن CP ماده شیمیایی مهم دیگری است که بخشی از انرژی ذخیره را تامین می‌کند. CP بطور مستقیم به عنوان منبع انرژی مورد استفاده قرار نمی‌گیرد و در عوض برای ساخته شدن مجدد ATP از ADP مورد استفاده واقع می‌شود (موقعی که CP شکسته می‌شود مقدار زیادی انرژی آزاد شده و کراتین و فسفات آزاد تشکیل می‌شود، این انرژی برای تولید مجدد ATP در دسترس قرار خواهد گرفت).
سیستم های انرژی
فعالیت‌های ورزشی با توجه به شدت فعالیت و مدت آن از طریق سه مسیر سوخت و سازی، نیازهای انرژیکی خود را تامین می‌کنند. روش تولید و ذخیره‌سازی ATP در هر سه سیستم یکسان است. این سیستم های انرژی در دو دسته کلی بی‌هوازی و هوازی قرار می‌گیرند.
۱- دستگاه‌های انرژی بی‌هوازی (سیستم ATP-CP)
بی‌هوازی به معنی بدون اکسیژن است در حالی که لفظ سوخت و ساز مستلزم حضور اکسیژن می‌باشد، لذا سوخت و ساز بی‌هوازی یا منابع بی‌هوازی ATP به دوباره‌سازی ATP از طریق واکنش‌های شیمیایی اطلاق می‌گردد که مستلزم حضور اکسیژن تنفسی نیست. به عبارت دیگر زمان کافی برای رسیدن اکسیژن تنفسی به سلول‌های عضلانی در برخی از فعالیت‌ها وجود ندارد و به همین دلیل سلول ناچار است از موجودی اکسیژن در اختیار استفاده کرده و ATP مورد نیاز انقباض عضلانی را دوباره‌سازی کند.
به زبان ساده تر: در ورزش‌هایی مانند پرتاب نیزه، پرتاب دیسک، دو ۱۰۰ متر و شیرجه یا فعالیت‌هایی که زمان اجرای آن بسیار کم است (حدود ۱۰ ثانیه) و با حداکثر شدت انجام می‌شوند انرژی مورد نیاز را از این سیستم تأمین می‌کنند. ATP و CP موجود در عضله به صورت ذخیره وجود دارند و به هنگام فعالیت انرژی مورد لزوم را تهیه می‌کنند. در این سیستم برای تأمین انرژی احتیاجی به حضور اکسیژن نیست.
سؤال این است که با توجه به محدود بودن ذخیره اکسیژن موجود در عضلات و سلول ها، چه نوع فعالیت‌هایی می‌تواند به اتکاء دستگاه بی‌هوازی انجام شوند؟ دو مسیر از سه مسیر ذکر شده در تأمین انرژی مورد نیاز فعالیت‌ها جزو دستگاه بی‌هوازی می‌باشند.
این دو مسیر متابولیکی انرژی در بدن عبارتند از:
- ۱-سیستم فسفاژن (به ATP و کراتین فسفات مجموعاً فسفاژ گفته می‌شود).
- 2-سیستم اسید لاکتیک: این سیستم را گلیکولیز به معنی «تجزیه قند» نیز می‌گویند و دلیل آن نیز این است که این سیستم منحصراً از گلوکز برای دوباره‌سازی ATP استفاده می‌کند.
۱- سیستم فسفاژن
اولین گزینه در معرفی سیستم های انرژی بدن است. مقدار ATP موجود در عضله حتی در یک ورزشکار تمرین کرده فقط برای حفظ حداکثر قدرت عضله به مدت ۵ تا ۶ ثانیه یعنی مثلاً برای یک دوی سریع ۵۰ تا ۶۰ متر کفایت می‌کند. به بیان ساده‌تر انرژی قابل دسترس فوری که از طریق تجزیه ATP در این سیستم بوجود می‌آید فقط می‌تواند پاسخگوی نیاز انرژی مورد مصرف تمرین‌های سریع با حداکثر شدت و زمان بسیار کم باشد.
بنابراین تصور کنید در یک فعالیت شدید انرژی ذخیره شده که بصورت ATP در دسترس فوری عضلات می‌باشد به سرعت تخلیه می‌شود و ضروری است که ATP بطور مداوم جایگزین ATP مصرفی شود. لذا در این شرایط این کراتین فسفات است که به سرعت و به سهولت به ATP تبدیل می‌شود.
به این ترتیب می‌توان گفت که غلظت atp در ازای مصرف کراتین فسفات در یک حد ثابت نگهداری می‌شود. بطور خلاصه نتیجه می‌گیریم که atp و CP روی هم می‌توانند حداکثر انقباض عضلانی را برای حداکثر ۱۰ ثانیه یعنی فقط برای یک دوی سریع ۸۰ تا ۱۰۰ متری حفظ کنند. از جمله فعالیت‌هایی که انرژی مورد نیاز عضلانی خود را از این سیستم (فسفاژن) کسب می‌کنند می‌توان به پرتاب نیزه، پرتاب دیسک پرش طول، پرش ارتفاع، شیرجه، اسپک قدرتمند در والیبال، شیرجه یک دروازه بان و … اشاره نمود.
توجه به چند نکته ضروری است:
- ۱- ذخیره CP در عضلات بیش از ذخیره ATP است.
- 2- با شکسته شدن ۱ مول (مقدار معینی از وزن یک ترکیب شیمیایی را مول می‌گویند) که بستگی به تعداد ملکول‌ها و نوع اتم‌های سازنده آن دارد ATP، بین ۷ تا ۱۲ کیلو کالری انرژی قابل استفاده آزاد خواهد شد.
- 3-تنها بین ۵۷۰ تا ۶۹۰ میلی مول فسفاژن در مجموع وزن عضلات بدن ذخیره گردیده است. این مقدار بین ۷/۵ تا ۹/۶ کیلو کالری انرژی ATP است که بسیار ناچیز می‌باشد. به همین دلیل این سیستم تنها پاسخگوی انرژی مورد نیاز فعالیت‌های شدید و با زمان بسیار کوتاه می‌باشد.
- 4- بدون این سیستم (دستگاه انرژی) حرکات سریع و قدرتی انجام نمی‌گیرد. زیرا این شکل از فعالیت‌ها نیاز به ذخیره سریع انرژی ATP دارند. به بیان دیگر دستگاه فسفاژن نماینده سریع‌ترین و در دسترس‌ترین منبع ATP عضلانی است.
۲- سیستم اسید لاکتیک (گلیکولیز بی‌هوازی)
گلیکولیز بی‌هوازی به تجزیه گلیکوژن و یا گلوکز در غیاب اکسیژن اطلاق می‌شود، دستگاه بی‌هوازی دیگری که در آن ATP در عضلات دوباره‌سازی می‌شود به عنوان گلیکولیز بی‌هوازی خوانده می‌شود. در تأمین انرژی مورد نیاز این سیستم کربوهیدارت (قند ساده) بطور ناقص تجزیه شده و تولید انرژی و ترکیب دیگری به نام اسید لاکتیک می‌شود. به همین دلیل است که این دستگاه به نام اسید لاکتیک نیز معروف می‌باشد.
به زبان ساده تر: در ورزش‌هایی که زمان اجرای آن‌ها بین ۱ تا ۳ دقیقه طول می‌کشد انرژی مورد نیازشان را از این طریق تأمین می‌کنند مثل دوهای ۴۰۰ و۸۰۰ متر و کشتی. هنگام اجرای این فعالیت‌ها اکسیژن به قدر کافی در عضله موجود نیست لذا گلوکز موجود در عضله به اسیدلاکتیک و ATP تبدیل می‌شود.
در حقیقت در این سیستم گلوکز عامل اصلی تأمین کننده انرژی عضله است. لازم به یادآوری است که در بدن همه کربوهیدرات‌ها به قند ساده یعنی گلوکز که می‌تواند سریعاً به همین شکل مورد استفاده قرار گیرد تبدیل می‌گردد و یا در کبد و عضلات به صورت گلیکوژن جهت استفاده بعدی ذخیره می‌شود.
در مقایسه با دستگاه هوازی و در حضور اکسیژن، گلیکولیز بی‌هوازی تنها قادر به تولید چند مول ATP است. برای مثال هنگام گلیکولیز بی‌هوازی فقط ۳ مول ATP می‌تواند از تجزیه ۱ مول گلیکوژن بازسازی شود و دلیل آن هم همانگونه که ذکر شد این است که هنگام تمرینات ورزشی خسته کننده، عضلات و خون تحمل تجمع مقدار معینی اسید لاکتیک را تا قبل از آغاز خستگی دارند و بروز خستگی از بازسازی انرژی مصرف شده به سرعت جلوگیری می‌کند.
با این شکل گلیکولیز بی‌هوازی، مانند دستگاه فسفاژن، هنگام تمرینات ورزشی برای ما کمال اهمیت را دارد. زیرا آن نیز مقدمتاً تولید و ذخیره ATP نسبتاً سریعی را تهیه می‌بیند. به عنوان مثال، تمرینات ورزشی که با حداکثر سرعت بین ۱ تا ۲ دقیقه (حداکثر) به طول می‌انجامد جهت تامین ATP بستگی شدید به دستگاه فسفاژن و گلیکولیز بی‌هوازی دارد.
به طور خلاصه گلیکولیز بی‌هوازی
- ۱-سبب تولید اسید لاکتیک شده که خستگی عضلانی را به همراه دارد.
- ۲-حضور اکسیژن را لازم ندارد.
- ۳-تنها کربوهیدارت (قندها: شامل گلیکوژن و گلوکز) را به عنوان سوخت مورد استفاده قرار می‌دهد.
- 4-مقدار انرژی جهت بازسازی فقط چند مول ATP آزاد می‌کند.
- ۵-فعل و انفعالات این سیستم در سارکوپلاسم (سیتوپلاسم سلول عضلانی) سلول صورت می‌گیرد.
۳- دستگاه انرژی هوازی (سیستم هوازی)
سومین مورد در سیستم های انرژی بدن است. هنگامی که اکسیژن به مقدار کافی در دسترس باشد متابولیسم هوازی انرژی مورد لزوم سلول‌های بدن را تامین می‌کند. در این سیستم در نتیجه تجزیه گلوکز و گلیکوژن، اسید لاکتیک تولید نمی‌شود بلکه این مولکول‌ها به درون قسمت دیگری از سلول به نام میتوکندری رفته و در آنجا فعل و انفعالات کامل شیمیایی صورت می‌گیرد.
در نتیجه آن دی اکسید کربن، آب و ATP به مقدار زیاد تولید می‌شود. به بیان دیگر هنگامی که اکسیژن به میزان کافی در دسترس است و عضلات تحت فشار شدید نیستند هر مولکول گلوکز بطور کامل شکسته شده و دی اکسید کربن، آب و ۳۸ مولکول ATP تولید می‌شود.
چنانچه متوجه شدیم عامل اصلی در این سیستم، اکسیژن است که مقاومت در مقابل تمرینات را امکانپذیر می‌سازد. یک مولکول گلوکز در این سیستم چندین برابر سیستم اسید لاکتیک ATP تولید می‌کند. درک این مطلب ما را کمک می‌کند تا بدانیم چرا یک دونده ماراتن یا یک کارگر می‌توانند در یک زمان طولانی و با سرعتی پایین‌تر از حداکثر و با حالت ثابت و یکنواخت به کار ادامه بدهند.