مصرف انرژي در بدن

مصرف انرژي در بدن

انرژي آزاد شده در اثر شكسته شدن مواد غذايي مستقيماً براي سلول هاي عضلاني قابل استفاده نمي باشد، بلكه اين نوع انرژي داراي تركيب شيميايي خاصي به نام  آدنوزين تري فسفات است و مخفف آن ATP مي باشد كه در عضلات مورد استفاده قرار مي گيرند.ATP در تمام سلول هاي عضلاني و كبد ذخيره مي گردد و به هنگام احتياج سلول عضلاني به انرژي، تجزيه مي شود و انرژي ذخيره شده در آن آزاد شده صرف انقباض عضلاني مي گردد. به بيان ديگر شكسته شدن ATP در واقع منبع فوري انرژي براي فرآيند انقباض تارهاي عضلاني به حساب مي آيد.( فرآيند انقباض عضلاني عبارت است از در هم لغزيدن رشته هاي پروتئيني آكتين و ميوزين در تارچه هاي عضلاني)

ATP داراي سه گروه فسفات با انرژي بالا مي باشد. در ضمن شكسته شدن ATP، يكي از پيوندهاي فسفات از بقيه ملكول جدا مي گردد و تقريباً ۸۰۰۰ كالري ( ۸ كيلو كالري ) انرژي آزاد شده و فسفات آزاد و آدنوزين دي فسفات ( ADP ) تشكيل مي گردد.

كراتين فسفات ( PC )

علاوه بر ATP، كراتين فسفات يا مخفف آن PC ماده شيميايي مهم ديگري است كه بخشي از انرژي ذخيره را تامين مي كند. PCبطور مستقيم به عنوان منبع انرژي مورد استفاده قرار نمي گيرد و در عوض براي ساخته شدن مجدد ATP از ADP مورد استفاده واقع مي شود ( موقعي كه PC شكسته مي شود مقدار زيادي انرژي آزاد شده و كراتين و فسفات آزاد تشكيل مي شود، اين انرژي براي توليد مجدد ATP در دسترس قرار خواهد گرفت).

سيستم هاي انرژي

فعاليت هاي ورزشي با توجه به شدت فعاليت و مدت آن از طريق سه مسير سوخت و سازي، نيازهاي انرژيكي خود را تامين مي كنند. روش توليد و ذخيره سازي ATP در هر سه سيستم يكسان است. اين سيستم ها يا دستگاه هاي انرژي در دو دسته كلي بي هوازي و هوازي قرار مي گيرند.

۱- دستگاه هاي انرژي بي هوازي(سيستم ATP-CP)

بي هوازي به معني بدون اكسيژن است در حالي كه لفظ سوخت و ساز مستلزم حضور اكسيژن مي باشد، لذا سوخت و ساز بي هوازي يا منابع بي هوازي ATP به دوباره سازي ATP از طريق واكنش هاي شيميايي اطلاق مي گردد كه مستلزم حضور اكسيژن تنفسي نيست. به عبارت ديگر زمان كافي براي رسيدن اكسيژن تنفسي به سلول هاي عضلاني در برخي از فعاليت ها وجود ندارد و به همين دليل سلول ناچار است از موجودي اكسيژن در اختيار استفاده كرده و ATP مورد نياز انقباض عضلاني را دوباره سازي كند.

به زبان ساده تر: در ورزش هايي چون: پرتاب نيزه ، پرتاب ديسك ، دو ۱۰۰ متر و شيرجه يا فعاليت هايي كه زمان اجراي آن بسيار كم است (حدود ۱۰ ثانيه) و با حداكثر شدت انجام مي شوند انرژي مورد نياز را از اين سيستم تأمين مي كنند. ATP و CPموجود در عضله به صورت ذخيره وجود دارند و به هنگام فعاليت انرژي مورد لزوم را تهيه مي كنند. در اين سيستم براي تأمين انرژي احتياجي به حضور اكسيژن نيست. سؤال اين است كه با توجه به محدود بودن ذخيره اكسيژن موجود در عضلات و سلول ها، چه نوع فعاليت هايي مي تواند به اتكاء دستگاه بي هوازي انجام شوند ؟ دو مسير از سه مسير ذكر شده در تأمين انرژي مورد نياز فعاليت ها جزو دستگاه بي هوازي مي باشند. اين دو مسير متابوليكي انرژي در بدن عبارتند از :

۱-سيستم فسفاژن ( به ATP و كراتين فسفات مجموعاً فسفاژ گفته مي شود).

۲-سيستم اسيد لاكتيك: اين سيستم را گليكوليز به معني « تجزيه قند » نيز مي گويند و دليل آن نيز اين است كه اين سيستم منحصراً از گلوكز براي دوباره سازي ATP استفاده مي كند.

۱-سيستم فسفاژن

مقدار ATP موجود در عضله حتي در يك ورزشكار تمرين كرده فقط براي حفظ حداكثر قدرت عضله به مدت ۵ تا ۶ ثانيه يعني مثلاً براي يك دوي سريع ۵۰ تا ۶۰ متر كفايت مي كند. به بيان ساده تر انرژي قابل دسترس فوري كه از طريق تجزيه ATP در اين سيستم بوجود مي آيد فقط مي تواند پاسخگوي نياز انرژي مورد مصرف تمرين هاي سريع با حداكثر شدت و زمان بسيار كم باشد.بنابراين تصور كنيد در يك فعاليت شديد انرژي ذخيره شده كه بصورت ATP در دسترس فوري عضلات مي باشد به سرعت تخليه مي شود و ضروري است كه ATP بطور مداوم جايگزين ATP مصرفي شود. لذا در اين شرايط اين كراتين فسفات است كه به سرعت و به سهولت به ATP تبديل مي شود.

به اين ترتيب مي توان گفت كه غلظت atp در ازاي مصرف كراتين فسفات در يك حد ثابت نگهداري مي شود. بطور خلاصه نتيجه مي گيريم كه atp و Pc روي هم مي توانند حداكثر انقباض عضلاني را براي حداكثر ۱۰ ثانيه يعني فقط براي يك دوي سريع ۸۰ تا ۱۰۰ متري حفظ كنند. از جمله فعاليت هايي كه انرژي مورد نياز عضلاني خود را از اين سيستم ( فسفاژن ) كسب مي كنند مي توان به پرتاب نيزه، پرتاب ديسك پرش طول، پرش ارتفاع، شيرجه، اسپك قدرتمند در واليبال، شيرجه يك دروازه بان و … اشاره نمود.

توجه به چند نكته ضروري است :

۱- ذخيره PC در عضلات بيش از ذخيره ATP است.

۲-  با شكسته شدن ۱ مول ( مقدار معيني از وزن يك تركيب شيميايي را مول مي گويند) كه بستگي به تعداد ملكول ها و نوع اتم هاي سازنده آن دارد ATP ، بين ۷ تا ۱۲ كيلو كالري انرژي قابل استفاده آزاد خواهد شد.

۳-تنها بين ۵۷۰ تا ۶۹۰ ميلي مول فسفاژن در مجموع وزن عضلات بدن ذخيره گرديده است. اين مقدار بين ۷/۵ تا ۹/۶ كيلو كالري انرژي ATP است كه بسيار ناچيز مي باشد. به همين دليل اين سيستم تنها پاسخگوي انرژي مورد نياز فعاليت هاي شديد و با زمان بسيار كوتاه مي باشد.

۴- بدون اين سيستم ( دستگاه انرژي ) حركات سريع و قدرتي انجام نمي گيرد. زيرا اين شكل از فعاليت ها نياز به ذخيره سريع انرژي ATP دارند.به بيان ديگر دستگاه فسفاژن نماينده سريع ترين و در دسترس ترين منبع ATP عضلاني است.

۲- سيستم اسيد لاكتيك ( گليكوليز بي هوازي)

 گليكوليز بي هوازي به تجزيه گليكوژن و يا گلوكز در غياب اكسيژن اطلاق مي شود، دستگاه بي هوازي ديگري كه در آن ATP در عضلات دوباره سازي مي شود به عنوان  گليكوليز بي هوازي خوانده مي شود. در تأمين انرژي مورد نياز اين سيستم كربوهيدارت ( قند ساده ) بطور ناقص تجزيه شده و توليد انرژي و تركيب ديگري به نام اسيد لاكتيك مي شود. به همين دليل است كه اين دستگاه به نام اسيد لاكتيك نيز معروف مي باشد.

به زبان ساده تر:در ورزش هايي كه زمان اجراي آن ها بين ۱ تا ۳ دقيقه طول مي كشد انرژي مورد نيازشان را از اين طريق تأمين مي كنند مثل دوهاي ۴۰۰ و۸۰۰ متر و كشتي. هنگام اجراي اين فعاليت ها اكسيژن به قدر كافي در عضله موجود نيست لذا گلوكز موجود در عضله به اسيدلاكتيك و ATP تبديل مي شود. در حقيقت در اين سيستم گلوكز عامل اصلي تأمين كننده انرژي عضله است. لازم به يادآوري است كه در بدن همه كربوهيدرات ها به قند ساده يعني گلوكز كه مي تواند سريعاً به همين شكل مورد استفاده قرار گيرد تبديل مي گردد و يا در كبد و عضلات به صورت گليكوژن جهت استفاده بعدي ذخيره مي شود.

اسيد لاكتيك كه يكي از توليدات جانبي گليكوليز بي هوازي تجزيه قند در سيستم بي هوازي  مي باشد وقتي به مقدار زيادي در عضلات و خون انباشته شود ، سبب خستگي عضلاني مي گردد و اين موضوع بعنوان يك عامل محدود كننده براي استفاده بيشتر از اين سيستم جهت تامين انرژي عمل مي كند. در اثناي تجزيه گليكوژن، انرژي آزاد مي شود و اين انرژي جهت دوباره سازي ATP مورد استفاده قرار مي گيرد.

در مقايسه با دستگاه هوازي و در حضور اكسيژن، گليكوليز بي هوازي تنها قادر به توليد چند مول ATP است. براي مثال هنگام گليكوليز بي هوازي فقط ۳ مول ATP مي تواند از تجزيه ۱ مول گليكوژن بازسازي شود و دليل آن هم همانگونه كه ذكر شد اين است كه هنگام تمرينات ورزشي خسته كننده، عضلات و خون تحمل تجمع مقدار معيني اسيد لاكتيك را تا قبل از آغاز خستگي دارند و بروز خستگي از بازسازي انرژي مصرف شده به سرعت جلوگيري مي كند. با اين شكل گليكوليز بي هوازي، مانند دستگاه فسفاژن، هنگام تمرينات ورزشي براي ما كمال اهميت را دارد. زيرا آن نيز مقدمتاً توليد و ذخيره ATP نسبتاً سريعي را تهيه مي بيند. به عنوان مثال، تمرينات ورزشي كه با حداكثر سرعت بين ۱ تا ۲ دقيقه ( حداكثر ) به طول مي انجامد جهت تامين ATPبستگي شديد به دستگاه فسفاژن و گليكوليز بي هوازي دارد.

به طور خلاصه گليكوليز بي هوازي :

۱-سبب توليد اسيد لاكتيك شده كه خستگي عضلاني را به همراه دارد.

۲-حضور اكسيژن را لازم ندارد.

۳-تنها كربوهيدارت ( قندها : شامل گليكوژن و گلوكز ) را به عنوان سوخت مورد استفاده قرار مي دهد.

۴-مقدار انرژي جهت بازسازي فقط چند مول ATP آزاد مي كند.

۵-فعل و انفعالات اين سيستم در ساركوپلاسم ( سيتوپلاسم سلول عضلاني ) سلول صورت مي گيرد.

۳- دستگاه انرژي هوازي(  سيستم هوازي )

هنگامي كه اكسيژن به مقدار كافي در دسترس باشد متابوليسم هوازي انرژي مورد لزوم سلول هاي بدن را تامين مي كند. در اين سيستم در نتيجه تجزيه گلوكز و گليكوژن، اسيد لاكتيك توليد نمي شود بلكه اين مولكول ها به درون قسمت ديگري از سلول به نام ميتوكندري رفته و در آنجا فعل و انفعالات كامل شيميايي صورت مي گيرد. در نتيجه آن دي اكسيد كربن، آب و ATP به مقدار زياد توليد مي شود. به بيان ديگر هنگامي كه اكسيژن به ميزان كافي در دسترس است و عضلات تحت فشار شديد نيستند هر مولكول گلوكز بطور كامل شكسته شده و دي اكسيد كربن، آب و ۳۸ مولكول ATP توليد مي شود.

چنانچه متوجه شديم عامل اصلي در اين سيستم، اكسيژن است كه مقاومت در مقابل تمرينات را امكانپذير مي سازد. يك مولكول گلوكز در اين سيستم چندين برابر سيستم اسيد لاكتيك ATP توليد مي كند. درك اين مطلب ما را كمك مي كند تا بدانيم چرا يك دونده ماراتن يا يك كارگر مي توانند در يك زمان طولاني و با سرعتي پايين تر از حداكثر و با حالت ثابت و يكنواخت به كار ادامه بدهند.

خصوصيات سيستم هاي انرژي در بدن به طور خلاصه در جدول زير نشان داده شده است.