فیزیولوژی و متابولیسم ورزش

۱-۲- مقدمه:
ورزشهای فیزیکی نیازمند عکس العمل های فیزیولوژیکی متناسب هستند این عکس العملها مرتبط با کاروکرد بین دو دسته از سیستم ها می باشند. یک دسته سیستمهای مسئول در افزایش انرژی متابولیسم و فراهم کننده اکسیژن و اجزاء فرعی دیگر برای انقباض ماهیچه های اسکلتی و نقل و انتقال محصولات زائد متابولیکی و گرما می باشد و دسته دیگر حفظ کنندة حالت سیال و الکترولیت می باشند.

برای فهم مکانیزم پتانسیل که کدام تغذیه می تواند روی اجزاء تمرینهای ورزشی تأثیر بگذارد آگاهی به مسئولیت سیستمهای ذکر شده مهم می باشد.
توضیح این سیستمها به صورت جزء به جزء خارج از هدف این بخش می باشد.
با اینحال این بخش قصد دارد برخی از جنبه های مهم فیزیولوژیکی و متابولیکی واکنشها در ورزش را مشخص کند.
۲-۲- ماهیچه های اسکلتی:

ماهیچه های اسکلتی %۴۵ جرم کل بدن را تشکیل می دهند. این ماهیچه بافت مسئول تولید نیروی مورد نیاز برای تحرک مفصلها در طول ورزش می باشد.
فاکتورهای تأثیرگذار روی توانایی ماهیچه ها در تولید این نیرو شامل سطح مقطع کل و نوع بافت و تعداد واحدهای حرکتی فعال بسامد پرتاب نورونهای حرکتی، طول ماهیچه و سرعت انقباض آن می باشد.

زنجیزه رویدادهایی که در انقباض ماهیچه موثر است به صورت زیر خلاصه شده است:
۱- فعالیت غشای حرکتی و برانگیختگی آلفای نورون حرکتی
۲- ورود تکانة الکتریکی در نقطة اتصال اعصاب و عضلات عصبی
۳- انتشار عمل بالقوه ماهیچه ها در طول Sarcolemma

۴- برانگیختگی جفت یونهای انقباض
a: انتقال برانگیختگی در لوله های کوچک t

b: آزاد کردن کلسیم از شبکه های Sarcoplasmic
c: تأثیر کلسیم روی actin myfi lament

۵- تشکیل پیوند Actin~myosin و رشد کششی
۶- جذب دوبار کلسیم توسط شبکه های Sarcoplasmic و آزاد شدن ماهیچه ها
انرژی شیمیایی مورد نیاز برای اینکه ماهیچه های اسکلتی بتوانند کارهای مکانیکی را به عهده بگیرند، توسط هیدولیز (ATP) (نوکلئوزیدی به فرمول و تری فسفات) فراهم می شود.

کاتالیزور این واکنش my osion ATP ase می باشد.
تا زمانی که ذخیره های ATP درون ماهیچه ها نسبتاً کوچک هستند(تقریباً mmol/kg 5 (ww) راههای دیگر متابولیکی برای سنتز دوباره ATP مورد نیاز برای حفظ حالت انقباض مسئول هستند. این راههای انرژی در شکل ۲-۱ خلاصه شده اند.

Cp یک ترکیب شیمیایی با انرژی بالا می باشد که در مقادیر زیادی ذخیره می شود.(تقریباً mmol/kg20) که در داخل ماهیچه های اسکلتی قرار دارد.
در طول فعالیت شدید Cp به سرعت تجزیه می شود و انرژی مورد نیاز برای سنتز دوباره ATP را فراهم می کند. علاوه بر این ATP می تواند از ADP نیز بدست آید. که در این واکنش (تبدیل ADP به ATP) adeny late kinose کاتالیزور می باشد.

این واکنشها از سیستمی هستند که آلاکتیک یا فسفازن نامیده می شود. دیگر سیستمهای بی هوازی انرژی سیستم اسید لاکتیک و سیستم بی هوازی گلیکولیسیس می باشد. در سیستم بی هوازی گلیکولیسیس واحدهای گلوگز در وهلة اول از ذخیره های گلوگژن داخل ماهیجه حاصل می شوند.
سپس این واحدها به اسید لاکتیک تجزیه می شوند.

این سیستمهای انرژی بی هوازی بیشتر در طول فعالیتهایی با مدت کم اما شدید فعال می شوند. در طول تمرین طولانی، سیستم اروبیکی فراهم کنندة غالب انرژی مورد نیاز برای انقباض ماهیچه ها می باشد عمدة اکسیدکننده ها کربوهیدراتها و لیپیدها می باشند.
یکی از جنبه های فیزیولوژی ماهیچه ها که در طی سالهای اهمیت بسیار زیاد پیدا کرده است، ارتباط بالقوه بین بافت تشکیل دهندة ماهیچه ها و انجام تمرینهای ورزشی می باشد.

ماهیچه های اسکلتی انسان ترکیب دو نوع بافت اصلی می باشند:
۱- تیک آرام (ST)
2- تیک سریع (FT)
FT به نوبة خود به دو دستة FTb, FTa تقسیم می شوند این تقسیم بندی بر پایة تفاوت بالقوه آنها در گلیکولیتیک و اکسید کردن می باشد انواع بافت ها در انقباض متمایز هستند. و معمولاً نحوة شیمیایی اکسیداسیون آنها برای myosin ATP ase متمایز می باشد.
بافتهای ST در وهلة اول به متابولیسم اکسیداسیون متکی هستند این بافتها مویرگهای فراوانی دارند و ضد خستگی می باشند.
تعجبی ندارد که آنها برای تمرینهای طولانی اما با شدت کم مناسب هستند. بر عکس بافت های FT گلیوکولیتیک بیشتری دارند (FTb>FTa) و ظرفیت اکسید شدن پائین تر (FTb>FTa) و آنها بیشتر قابلیت کوفتگی و خستگی دارند.

این بافت ها بیشتر برای تمرینهای شدید مناسب هستند.
در طول یک تمرین فزاینده بافتهای ST در قسمتی که تمرین شدت کمتری دارد شرکت دارند و به محض اینکه شدت تمرین افزایش پیدا می کند، جذب بافتهای ST و شمار بافت های FT افزایش می یابد.

الگوی عمومی جذب بافتهای ماهیچه ای در طول تمرین در انسانهایی که از گلیکوژن مشخص جهت کاهش الگوها به عنوان شاخص درگیری بافت استفاده می کنند دائمی می باشد.

در طول فعالیت طولانی بافت های ST با قائل شدن حقوق امتیازی نیروی تازه می گیرند.
اگر چه ممکن است بافتهای FTa نیز در مراحل بعدی درگیر شوند.

با بالارفتن شدت فعالیت بافت های FT نیز نیرو می گیرند. بنابراین در طول فعالیت با حداکثر بازده تمام انواع بافت ها درگیر می شوند (Vollestad & Blom 1985) این الگوهای جذب نیرو به خاطر علاقه به ارتباط بین ترکیب بافت های ماهیچه ای و انجام فعالیت در ورزشکاران آموزش دیده ناشی می شود.
حقیقتاً ورزشکاران نخبه استقامتی دارای درصد بالای بافت های ماهیچه ای ST (%90-70) می باشند، در حالی که ورزشکاران دو سرعت و ورزشکاران قدرتی نسبتاً دارای بافت های FT بیشتر می باشند. (Costil et al 1975) ترکیب بافت ماهیچه ها بستگی به دو فاکتور دارد یکی فاکتور ژنتیکی و دیگری تغییرات ناشی از تمرین های ورزشی می باشد.

۳-۲- متابولیسم تمرین
در طول یک تمرین فعال با شدت زیاد مانند: مسابقة سرعت تجزیه CP, ATP و همچنین تجزیه گلیکوژن به اسید لاکتیک منبع های اصلی انرژی می باشند.
این واکنش دهنده های بنیادی در طول تمرینهای ایستا هم مهم می باشند. شخصاً بالاتر از MCV(30-40%) زمانی که افزایش فشار درون ماهیچه ای سبب کاهش جریان خون می شود. در نتیجه باعث کاهش انتقال اکسیژن و واکنش دهنده های بنیادی که در انقباض ماهیچه های اسکلتی شرکت دارند می شود.
فعالسازی تجزیه فسفازن و گلیکوژن ماهیچه ها با شروع فعالت اتفاق می افتد.

اگر چه ظرفیت تولید ATP برای سیستم گلیکولیتیک از سیستم فسفاژن بیشتر است، انرژی تولیدی آن کمتر است در مقایسه با به همین دلیل وقتی که سطح cp با افزایش فعالیت کاهش می یابد، سرعت نقل و انتقال بی هوازی نمی تواند مستمر بماند (نمودار ۲-۲)
و این کمک می کند به کاسته شدن از مدتی که به عنوان بازده در طول فعالیت مشاهده می شود.

در حین فعالیت طولانی متابولیسم اکسیداسیون کربوهیدراتها و لیپیدها بخش اعظمی از ATP مورد نیاز برای انقباض ماهیچه ها را تهیه می کند. اگر چه اکسیداسیون آمیواسید در دامنة محدودی اتفاق می افتد. کربوهیدراتها و لیپیدها مهمترین واکنش دهنده های اکسید کننده می باشند. نسبت همکاری کربوهیدراتها و لیپیدها تحت تأثیر شدت و زمان فعالیت، رژیم قبلی وجود واکنش دهنده های بنیادی وضع تمرین فاکتورهای محیط زیستی قرار دارد.
گلیکوژن ماهیچه واکنش دهندة بنیادی مهم در طول فعالیت شدید یا زمان کم و فعالیت طولانی می باشد. آهنگ بهره برداری در طول قسمت اولیه فعالیت سرعت بیشتری دارد و به شدت فعالیت مربوط می باشد. (Vollestal et al. 1984, Volletatd 1992) .

با ادامه پیدا کردن فعالیت گلیکوژن ماهیچه کاهش می یابد و گلوگز خون به عنوان یک سوخت کربوهیدراتی مستمر می شوند میزان جذب گلوگز با افزایش شدت فعالیت و همچنین زمان انجام آن افزایش می یابد. راههای فعالیت متابولیکی مسئول متابولیسم گلوگز و انتقال بهتر گلوگز ناشی از جریان خون ماهیجه های اسکلتی می باشد. (Hargreaves 2000).

افزایش میزان جذب گلوگز در ماهیچه ها همزمان با افزایش گلوگز تولیدی کبد به گونه ای است که سطح گلوگز خون معمولاً در همان سطح گلوگز به هنگام استراحت باقی می ماند یا نسبتاً مقداری زیاد می شود. گلیگوژن سازی کبد قسمت اعظم گلوگز تولیدی کبد را فراهم می کند. در طول مراحل بعدی فعالیت طولانی، زمانی که سطح گلوکژن کبد پائین می آید گلوکوژن سازی یک منبع مهم گلوگز می باشد.
تحت چنین شرایطی گلوگز تولیدی کبد ممکن است، جذب گلوگز در ماهیچه را عقب بیندازد که این عمل منجر به hypoglyramia می شود.
خستگی در حین فعالیت طولانی بیشتر اوقات خستگی بوقوع می پیوندد اما همیشگی نسبت این خستگی با کاهش گلیکوژن و یا hypoglycaemia ارتباط دارد. (Hargreves 1999).
به این ترتیب توجهات قابل ملاحظه ای روی تغذیه توسط کربوهیدراتها و نحوة انجام فعالیت متمرکز شده است و ورزشکاران به داشتن رژیم غذایی سرشار از کربوهیدراتها قبل و بعد و حین فعالیت تشویق می شوند (Hargreves 1999)

مدارک زیادی وجود دارد که نشان می دهد لاستیک حاصل از انقباض و عدم فعالیت ماهیچه یک اکسید کنندة مهم و صورت اولیه گلیکوژنیک و همچنین یک واسطه متابولیکی ارزشمند می باشد به جای اینکه صرفاً یک محصول بیهوده حاصل از گلیکوژن سازی بی هوازی باشد.
انقباض ماهیچه های اسکلتی همچنین باعث آزاد شدن انرژی از اکسیداسیون B (بتای FFA) می باشد.
(FFA که از لیپیدسازی بافت چربی حاصل می شود)

سطح پلاسمای FFA معمولاً بعد از گذشت ۲ الی ۴ ساعت از فعالیت به حداکثر خود می رسد. در چنین زمانی پلاسمای FFA واکنش دهندة اصلی برای ماهیچه می باشد.

میزان جذب و بهره وری FFA توسط ماهیچه تا اندازه ای توسط تراکم FFA شریانی و توانایی ماهیچه در اکسیدکردن FFA مشخص می شود.
افزایش حضور و بهره وری پلاسما ممکن است سبب کاهش تکیه بر گلیکوژن و گلوگز خون شود و همچنین این افزایش علاقه به استراتژی هایی برای اکسیداسیون بهتر FFA را سبب می شود. (به عنوان مثال رژیم های پر چربی، بلع کافئین و لیپید و فرآورده های کارنتین) اگر چه نتیجه ها در نوشته ها مبهم باقی می ماند.

باید توجه شود که عمده سازگاری متابولیکی در تمرین استقامتی افزایش ظرفیت برای اکسیداوسیون لیپیدها می باشد. تری گلیسیریدهای ماهیچه هم می تواند برای انقباض ماهیچه مصرف شوند و تصور می شود که آنها در ابتدای فعالیت و همچنین در طول ان زمانی که به علت شدت فعالیت فراهم FFA از بافت چربی متوقف می شود. (Coyle 1995) نیز مصرف می شوند.

در طول فعالیت شدید اکسیداسیون میتوکندری FFA که از بافت چربی و تری گلیسرید ماهیچه استخراج می شود و همچنین اکسیداسیون کربوهیدراتها کاهش می یابد، اکثراً گلیکوژن در ماهیچه ها مهمترین (اصلی ترین) سوخت می باشد.
همان طور که پیش تر ذکر شد آمینواسیدها و بخصوص آمینواسیدهای چندشاخه ای زنجیره ای می توانند در طول فعالیت طولانی اکسید شوند کمک حاصل از آمینواسیدها هنگامی که ذخایر کربوهیدراتها پائین می باشد، بهتر می شود. که این مسأله بخصوص برای ورزشکارانی که تمرینهای سنگین انجام می دهند و می خواهند فشار زیادی بر ذخایر کربوهیدراتی خود وارد کنند صادق می باشد. و همچنین برای ورزشکارانی که رژیم غذایی آنها بر پایه پروتئین می باشد نیز صدق می کند.