هل سألت نفسك متى يتم حرق العضلات ؟
تحتاج كل وظيفة تقوم بها الخلايا إلى الطاقة ، والطاقة هي القوي الأساسية الموجهة للحركة ، لذلك عليك فهم أنظمة إنتاج الطاقة داخل أجسامنا جيداً.
إنتاج الطاقة في جسم الانسان :
تقوم الخلايا بتحويل الطاقة الكيميائية المتوفرة فى الطعام المتناول إلى أشكال أخري من الطاقة للحفاظ على وظائف الجسم الطبيعية ، فالطاقة الميكانيكية هي التي تحدث الحركة ، و الطاقة الحرارية هي التى تجعل الجسم دافئاً ، والطاقة الكهربائية هي التي تعمل على توصيل الإشارات العصبية فى مسارها ، و هذه العمليات جميعها والتى يتم خلالها تحويل الطاقة و إستهلاكها تجعل الجسم بيئة ديناميكية متغيرة مع إستمرارية دخول و خروج المواد منه ، وهناك تفاعلين أساسيين للتمثيل الغذائي ، أحد هذين التفاعلين هو " الهدم " وذلك عندما تحدث تفاعلات لتكسير الجزئيات الكبيرة إلى جزئيات صغيرة وجزئيات أبسط للطاقة ، وعندما تحدث عملية عكسية وتعمل التفاعلات على البناء وتكوين الجزئيات الكبيرة من الجزئيات الصغيرة والبسيطة فتسمي هذه العمليات " البناء ".
التمثيل الغذائي = تفاعلات هدم + تفاعلات بناء
التمثيل الغذائي وبناء العضلات :
التمثيل الغذائي هو عملية هامة للتزويد بالطاقة اللازمة للجسم ويمكن الحصول على الطاقة الكيميائية من خلال نظامنا الغذائي في مراحل متدرجة ، ويعتبر ثلاثي فوسفات الأدينوسين Adenosine Triphosphate - ATP أكثر هذه المواد أهمية بالجسم والتى تساعد على تحرر الطاقة ، ويمكن الحصول على جميع أشكال الطاقة الكيميائية من الطعام الذي نأكله والذي يجب أن يتحول إلى الـ ATP قبل إستخدامه بالخلايا.
- الجدير بالذكر أنه لا يتم بناء أو إعادة تركيب الـ ATP فى أحد الأنسجة ثم يتم نقله حول الجسم ، ولكن كل خلية حية لها المقدرة على بناء و إستخدام الـ ATP بنفسها ، ولا تخزن الطاقة علي شكل الـ ATP ولكن يمكن إنتاجها عن طريق التمثيل الغذائي عند الحاجة إليها ، ولهذا يجب أن يعرف كلاً من المدرب و الرياضى بأن الـ ATP فى حد ذاته ليس مهماً بقدر أهمية المقدرة على تخليقة ، كما يمكن إستخدام الـ ATP لتوفير أي طاقة تحتاجها الخلية.
يتكون كل جزئ من ATP من مركب يسمي أدينوسين Adenosine وثلاثة مكونات بسيطة تسمي مجموعات الفوسفات Phosphate Group والتى تعطينا مادة ثلاثي الفوسفات ، ويمكن أن تتحرر الطاقة بداخل جزيئي الـ ATP وتستخدم فى جميع التفاعلات الكيميائية داخل الخلية وتشمل أيضاً الإنقباضات العضلية ، وترتبط مجموعات الفوسفات فى الـ ATP بجزيئ الأدينوسين بواسطة رابطة طاقة عالية تجعله أحد المركبات الغنية بالطاقة ، وليتم تحريرالطاقة العالية الموجودة داخل الـ ATP يجب فصل إحدي مجموعات الفوسفات وبذلك يبقي مجموعتين من الفوسفات فقط ويتحول ثلاثي فوسفات الأدينوسين ATP إلى ثنائي فوسفات الأدينوسين ADP.
ثلاثي فوسفات الأدينوسين ATP = ثنائي فوسفات الأدينوسين ADP + فوسفات + طاقة
تعتبر كمية الـ ATP فى أي خلية بما فى ذلك الخلية العضلية محدودة جداً ويمكن أن تستنفذ في خلال النشاط لمدة 1 : 2 ثانية ولكن يمكن بصفة عامة إعادة تحول الـ ADP إلى ATP بواسطة إضافة مجموعة فوسفاتية أخري ، ويعرف نوع التفاعل الذي يتحول من خلاله الـ ADP إلى ATP بإعادة البناء.
ثنائي فوسفات الأدينوسين ADP + فوسفات + طاقة = ثلاثي فوسفات الأدينوسين ATP
ويجب أن يكون هناك توازن بين كتلتا العمليتين والتى يستخدم فى أحداها الطاقة و الأخرى التى ينتج فيها الطاقة ، فعملية الهدم لتكسير الـ ATP إلى ADP يجب أن يقابلها تحويل الـ ADP إلى ATP ، كما أن عدم التوازن ف معدلات الإنتاج داخل هذه الدورة يمكن أن يؤدي إلى تقليل مستويات الـ ATP مع توالى بطء أو توقف النشاط البيولوجي.
- وتدخل كثير من التفاعلات فى التمثيل الغذائي لإنتاج الـ ATP بالإعتماد على الدور الرئيسي للإنزيمات ، و الإنزيمات هي عبارة عن بروتينات توجد فى الجسم ولها دور فى التحكم بتفاعل مفرد أو فى مجموعة صغيرة من التفاعلات ، ويستطيع الجسم تغيير مستويات الأنزيمات الرئيسية بالألياف العضلية وخلايا الجسم الأخري للسماح بالتكيف مع زيادة أو تقليل الطاقة المطلوبة ، ومثل هذه الإنزيمات يمكن تثبيتها بواسطة التدريب والسماح لوقود معين له ضرورته لنمط معين من النشاط العضلي أن يقوم بدوره بسرعة و فاعلية أكبر.
ويقودنا الدور الحيوي للـ ATP فى إنتاج الطاقة للعمليات البيولوجية إلى ما يسمي بالطاقة المتداولة للحياة ، فإن كل خلية تخزن كمية قليلة جداً من الـ ATP ، والوزن الكلي للـ ATP الذي يتحول أو يتكسر ويعاد بناءه داخل دورة الطاقة لكل فرد فى كل يوم يساوي حوالى وزن الجسم الكلي ، وتحتاج عمليات إعادة بناء الـ ATP توليد طاقة بالخلية ، وهذه الطاقة يتم توفيرها بواسطة ثلاثة نظم مختلفة ولكنها مكملة بعضها لبعض.
نظم إنتاج الطاقة في الجسم :
يعتبر إنتاج وإعادة بناء الـ ATP فوراً ضرورى للحفاظ على النشاط العضلي ، وبمصطلحات بسيطة يمكن التعبير عن ذلك بأن كل خلية من خلايا الجسم لديها مخزن الـ ATP مثل مخزن البنزين بالسيارة لذلك يجب أن يكون مخزن الـ ATP مملوءاً بالكامل أو قريباً من ذلك بقدر الإمكان لكي تسطيع الخلايا القيام بوظائفها على الوجه الأمثل ، وهناك ثلاثة أنظمة أو طرق واضحة متوفرة للإمداد بالطاقة المطلوبة لإعادة بناء الـ ATP وإعادة ملئ المخزن ، وهذه النظم تعتمد على كلاً من شدة وفترة إستمرارالتمرينات ، والجدير بالذكر أن الأنظمة الثلاثة لا تعمد الجسم بالطاقة للإنقباض العضلي مباشرة ، ولكنها تستخدم كطرق مختلفة لإعادة بناء الـ ATP ، حيث أن تكسير الـ ATP إلى ADP ، ومجموعات الفوسفات هى التى تمدنا دائماً بالطاقة النهائية للعمليات البيولوجية ، وهذه الأنظمة الثلاثة هم :-
- نظام PC - ATP.
- نظام اللاكتات Lactic Acid System.
- النظام الهوائي Aerobic System.
الجدير بالذكر أن لكل نظام من نظم إنتاج الطاقة نشاط بدني معين يعتمد على متطلبات الطاقة والتى ترتبط مباشرة بشدة وفترة إستمرار التدريب ، عند بذل الجهد فأن كمية الـ ATP المخزنة فى العضلات لا تكفي إلا لمدة حوالى 1 : 2 ثانية فقط من النشاط ، ويزود نظام PC – ATP الجسم بالطاقة مباشرة عند أداء مجهود عالى الشدة ويصبح المصدر السائد للطاقة ، وهو نظام ذو مدي قصير جداً ويستطيع أن يمد ذلك الـ ATP لمدة 5 : 7 ثانية.
الجهد الأقصي يكون محدد بفترة تتراوح ما بين 6 : 9 ثواني وذلك بناء على المجموع الكلي لجزئيات الـ ATP المخزونة بالعضلات والذي يمكن إعادة بناءه عن طريق نظام ATP – PC ، ويساهم النظام اللاكتيكي أيضاً خلال الجهد الأقصي لفترة قصيرة ويصبح النظام السائد عندما تزيد فترة الإستمرار فى أداء التمرينات حتي 45 ثانية ، ومن 45 ثانية إلى دقيقتان من التدريبات ذات الشدة العنيفة يظل النظام اللاكتيكي هو النظام السائد ولكن مع مساهمة للنظام الهوائي وتزيد مساهمته تدريجياً مع زيادة الوقت ، وبعد دقيقتين من الأنشطة العنيفة يكون النظام الهوائي هو المصدر الأساسي للطاقة.
النظام الهوائي لتوليد الطاقه داخل الجسم :
نظام الطاقة الذي يستخدم الأكسجين للإمداد بالطاقة لإعادة بناء الـ ATP يسمي النظام الهوائي ، وهذا النظام يمكنه أن يكون وقوداً للأنشطة ذات الشدة المنخفضة نسبياً والتى تستمر لفترة زمنية طويلة ، وفى الحقيقة فأن هذه النظام يعمل طوال الحياة فيما عدا حينما نريد أنشطة ذات شدة مرتفعة فى خلايا معينة مثل الخلايا العضلية أثناء التدريب.
- ويعتبر النظام الهوائي نظام مركباً حيث يستخدم الكربوهيدرات و الدهون و أحيانا البروتين كنقط بداية للإمداد بالطاقة ، وكل من هذه الأنواع من الوقود يمكن أن تحترق في وجود الأكسجين لتحرر الطاقة لإعادة بناء الـ ATP ، وقبل إستخدام الوقود فى الإنسان يتم أولاً تعبئة المخزون ويشمل ذلك تكسير مكونات المخزون الكبيرة إلى أخري أصغر و أبسط بحيث يمكن أكسدتها.
وتتم عمليات الأكسدة فى الميتوكوندريا داخل الخلايا ، ونظراً للدور الذي تقوم به الميتوكوندريا فى التمثيل الغذائي الهوائي يطلق عليها " بيوت الطاقة فى الخلية " كما يطلق على المخلفات أو المنتجات المستهلكة لعمليات التمثيل الغذائي " الأيض " ، وتعتمد فاعلية النظام الهوائي فى الحقيقة على نوعية الوقود الذي سيكون نقطة البداية.
- وينتج عن عملية الأيض للتمثيل الغذائي الهوائي كل من ثاني أكسيد الكربون و الماء ، ويتم تحرك مخلفات عملية الأيض بسهولة من موقع إنتاجها إلى أعضاء الجسم حيث أن نقص الوقود فقط سوف يحد من قدرة نظام الطاقة الهوائي لمقابلة متطلبات الأنشطة التى تستمر لفترات زمنية طويلة مثل التمرينات التى تستمر لعدة ساعات.
الإنتاج الهوائي للـ ATP من الكربوهيدرات :
تتكسر الكربوهيدرات فى الجسم للإمداد بالجلوكوز الذي يدور ضمن الدورة الدموية فى الدم ويخزن فى العضلة والكبد على شكل جليكوجين ، ويتم تحويل مخزون الكبد من الجليكوجين إلى جلوكوز بصورة سريعة لنقله من الجهاز الدوري إلى المناطق ذات النشاط الخلوي المرتفع مثل العضلات أثناء التدريب ، هناك ثلاث مراحل للإنتاج لـ ATP من الكربوهيدرات وهي :-
- الجلكزة Glycolysis.
- دورة كربس Krebs Cycle.
- سلسلة النقل الإلكتروني Electron Transport Chain.
- تعرف الخطوة الأولى لإنتاج الـ ATP هوائياً من الكربوهيدرات داخل الأياف العضلية "بالجلكزة الهوائية " ويتم تكسير الجليكوجين فى وجود الأكسجين حيث ينشطر جزئ الجليكوجين إلى جزيئين من حامض البيروفيك Pyruvic Acid ، ليتوفر بذلك كمية كافية من الطاقة لإعادة بناء 3 مول من الـ ATP ، ويتم إستمرار حامض البيروفيك خلال سلسلة من التفاعلات الكيميائية تسمي دورة كربس ، وهي المرحلة الثانية للتمثيل الغذائي للكربوهيدرات وتسمي كذلك بدورة حامض السيتريك Citric Acid Cycle ، وينتج عن ذلك مخلفات أيضية مثل ثاني أكسيد الكربون وذرات الهيدروجين ، وينتشر ثاني أكسيد الكربون خارج الميتوكوندريا و الخلايا بسهولة وينقل عن طريق الدم إلى الرئتين حيث يتم إخراجه فى عملية الزفير.
- ويتم أكسدة ذرات الهيدروجين الناتجة عن دورة كربس بعزل الإلكترونات فى شكل ذرات الهيدروجين عن ذرات الكربون التى يتكون منها حامض البيروفيك وكذلك الجليكوجين ، ويستمر التحويل النهائي للجليكوجين حتي يأخذ الشكل النهائي له في صورة ماء بواسطة أيونات الهيدروجين والإلكترونات التى عزلت بواسطة دورة كربس و أكسجين هواء التنفس ، و تسمي سلسلة التفاعلات الكيميائية التى تشكل الماء بسلسلة النقل الإلكتروني.
- يتم التزويد بالطاقة لتكوين مقادير كبيرة من الـ ATP عن طريق الإتحاد البنائي لكل من الـ ADP ومجموعات الفوسفات ، والمخلفات الإيضية لهذه العملية هي الماء حيث تتحد ذرات الهيدروجين مع الأكسجين ، والماء مثل ثاني أكسيد الكربون يتحرر بسهولة من الميتوكوندريا والخلية ، وعندما تنتهي المراحل الثلاث للتمثيل الغذائي الهوائي للكربوهيدرات فأن الطاقة التى يمكن الحصول عليها من وحدة واحدة من الجليكوجين تبلغ 38 وحدة ATP.
الإنتاج الهوائي للـ ATP من الدهون :
عندما يحتاج الجسم إلى الطاقة يمكن أيضاً إستخدام الدهون ، ويمكن أن تعتبر الدهون مخزن مثالي للطاقة ومصدر متوفر للتزويد كمادة غنية جداً بالطاقة ، فهي تحتوي على ضعف الطاقة أو أكثر إذا ما تم مقارنة محتوي الجرام الواحد من الدهون من السعرات الحرارية بمحتوي جرام الكربوهيدرات من السعرات الحرارية ، وحيث أن معظم الدهون فى الجسم يخزن فى خلايا منعزلة عن الخلايا العضلية ، لذلك يجب أن تحول أولاً إلى صورة يمكن نقلها ، وينشط مخزون الدهون بواسطة الهرمونات التى تحول الدهون إلى الأحماض الدهنية الحرة ( FAA ) وهذه الأحماض لديها القدرة على دخول الدم حيث يتم نقلها إلى المناطق التى فى حاجة إليها.
- وتحدث الخطوة الأولى عندما تتحول الدهون فى الأمعاء الدقيقة إلى جلسرين و أحماض أمينية وبعد مرور هذه المواد من جدران الأمعاء تتحول مرة أخري إلى دهون حيث يتم إمتصاصها فى الليمف والجزء الأقل منها ينقله الدم إلى الأنسجة لإستخدامه فى بناء الطاقة حيث تدخل الدهون فى بناء غشاء الخلايا ومكونات الخلايا ، كما يمكن تخزين الدهون فى الجسم ويبلغ الحجم العام للدهون فى الإنسان من 10 : 12 % تقريباً من وزن الجسم وفي حالة السمنة يمكن أن تصل هذه النسبة إلى 40 : 50 %.
ويمكن إستخدام الدهون فى إمداد الجسم بالطاقة حيث ينتج من أكسدة جرام واحد من الدهون طاقة تعادل 9.45 سعر حراري ولكن الدهون تحتاج إلى كمية أكسجين أكثر مما تحتاجه أكسدة الكربوهيدرات ، وتستخدم الدهون فى إمداد الجسم بالطاقة عند أداء النشاط البدني منخفض الشدة لفترة زمنية طويلة أكثر من 20 دقيقة ، حيث يبدأ الجسم بإستخدام الكربوهيدرات فى بداية العمل العضلي ، ثم يقل مخزون الجليكوجين ويزيد الإعتماد على الدهون حيث تبلغ نسبة مساهمتها 80% إلى جانب الكربوهيدرات.
متى يتم حرق العضلات ؟
مصطلح حرق العضلات هو تعبير مجازى يعبرعن إستخدام الجسم للعضلات لتوليد الطاقة ، ويحدث هذا الأمر عندما يكون مخزون الجلايكوجين قليل فى الجسم بجانب ممارسة تمارين متوسطة أو فوق متوسطة الشدة ، قد يكون مخزون الجلايكوجين قليل نتيجة لأسباب مثل سوء النظام الغذائى أو عدم تناول وجبة قبل التمرين أو فى حالة التدريب صائم ، هنا وفى هذه الحالة يبدأ الجسم بتكسير العضلات ( الأحماض الأمينية ) لتعويض الـ ATP المستهلك ومن ثم إعادة تخزينه داخل الخلايا ، وهذه العملية تؤثر بالسلب على المكاسب العضلية.