شرح مسارات الطاقة الهوائية

لطالما كانت السمة الأساسية للياقة البدنية هي سعينا الدؤوب لأفكار جديدة عندما يتعلق الأمر بالبرمجة. سواء كانت تطورية أو تدريجية في الطبيعة ؛ الاتجاه أو الموضة ، يبدو أننا نجتهد في تحدي الوضع الراهن في سعينا لتحقيق الأفضل أو الأكبر أو الأقوى أو الأسرع.

بعيدًا عن التكنولوجيا القابلة للارتداء ، ربما كان أكبر اتجاه للياقة البدنية خلال السنوات القليلة الماضية هو تزايد شعبية التدريبات ذات الفواصل الزمنية الأقصر والأكثر كفاءة من حيث الوقت والتي يتم إجراؤها بكثافة أو معدلات عمل أعلى (على سبيل المثال ، Tabata ، HIIT).

بالتزامن مع تلك التدريبات القصيرة عالية الكثافة ، قد تسمع مصطلحات مثل "الحرق اللاحق" أو "EPOC" في محادثة عادية.

على الرغم من أن تنسيق التدريب هذا ليس جديدًا بأي حال من الأحوال ، حيث يعود تاريخه إلى أوائل إلى منتصف التسعينيات في تكييف الرياضة ، إلا أن تقديمه مؤخرًا لعامة الناس هو الذي زاد من أهمية طريقة التمرين هذه.

ما الذي قد يبدأ بهوسنا بفقدان الوزن؟ تتبع النشاط والسعرات الحرارية. وقلة الوقت المتاح لدينا لممارسة الرياضة ؛ لقد غيّر الآن نهجنا الفلسفي بالكامل لبرمجة التمارين وألقى اهتمامًا أكبر بعملية التمثيل الغذائي ومسارات الطاقة واستخدام الوقود.

علاوة على ذلك ، أثار هذا أيضًا الاهتمام بمجموعة متنوعة من الممارسات غير التقليدية مثل تمارين القلب السريعة والكيتونات. لسوء الحظ ، أدى تعقيد هذه الأنظمة البيولوجية أيضًا إلى حدوث الكثير من المعلومات الخاطئة وسوء الفهم حول هذه الموضوعات أيضًا.

وباعتبارنا ممارسين للياقة البدنية ، فإننا ملتزمون بمعيار توفير التعليم والبرمجة القائمة على الأدلة للجمهور ، وبالتالي نحتاج إلى فهم استخدام الوقود والأدوار ذات الصلة في مسارات الطاقة. الغرض من هذه المقالة هو تقديم الأساسيات الأساسية لمسارات الطاقة لدينا ومناقشة الممارسة الشائعة لأمراض القلب السريعة.

مسارات الطاقة

يتم إنتاج الطاقة اللازمة للعمل البيولوجي بشكل هوائي في وجود الأكسجين ، أو بشكل لاهوائي في حالة عدم وجود الأكسجين (1).

كما هو موضح في الشكل 1-1 ، ينتج المسار الهوائي كميات كبيرة من الطاقة ، وإن كانت أبطأ ، ويمكن أن تستخدم جميع المغذيات الكبيرة كمصدر للوقود.

على النقيض من ذلك ، فإن المسارات اللاهوائية ، التي تضم كلاً من نظام الطاقة Phosphagen (الفوري) ومسار التحلل السريع للجلوكوز ، تنتج الطاقة بسرعة ، ولكن بكميات محدودة ، ويمكنها فقط استخدام الجلوكوز كمصدر للوقود (2). ومع ذلك ، نظرًا لنطاق هذه المقالة ، سنراجع المسار الهوائي فقط لأنه يعكس أكبر مصدر لسعراتنا الحرارية في يوم واحد ويتضمن جميع المغذيات الكبيرة الثلاثة المستهلكة في نظامنا الغذائي.

الشكل 1-1:نظرة عامة على مسارات الطاقة الحيوية

التنفس الهوائي:تنفس الميتوكوندريا

يحدث التنفس الهوائي داخل الميتوكوندريا ، وهي العضيات الموجودة داخل الخلايا التي تنتج الطاقة. جميع أنواع الوقود الثلاثة تخضع لبعض التحضير الأولي من أجل تحضيرها لدخول الميتوكوندريا. تم توضيح مسارات جميع المغذيات الكبيرة في الشكل 1-2 ، ولكن قبل مناقشة كل منها ، دعنا أولاً نحدد الوقود:

• الدهون الثلاثية (TG) - دهون بسيطة تمثل شكل التخزين الأساسي للدهون في الجسم. تتكون الدهون الثلاثية من جزيء الجلسرين الذي يشكل العمود الفقري للجزيء المرتبط بثلاثة أحماض دهنية حرة (FFA). هذه الأحماض الدهنية الحرة هي التي يعرفها الكثير منا حيث يمكن تصنيفها حسب طولها على أنها قصيرة السلسلة أو متوسطة السلسلة أو طويلة السلسلة ؛ وتصنف حسب بنيتها على أنها مشبعة أو أحادية غير مشبعة أو متعددة غير مشبعة. قبل الدخول إلى المسار التنفسي ، يجب فصل TGs إلى لبنات البناء الجلسرين و FFA ، وبعد ذلك يتم تحضير FFAs للدخول في دورة كريبس عن طريق أكسدة بيتا التي تقسم سلاسل الكربون الأطول إلى شظايا ثنائية الكربون (3).
• توجد الكربوهيدرات داخل الجسم إما بشكل مخزن يسمى الجليكوجين أو جلوكوز عند امتصاصها واستخدامها على الفور كوقود. تخضع جميع الكربوهيدرات لتحلل السكر (التمثيل الغذائي للكربوهيدرات اللاهوائية) ، وهي عملية تحدث خارج الميتوكوندريا. المنتج النهائي لتحلل السكر هو تكوين البيروفات التي تعبر إلى الميتوكوندريا لتستمر في المسار الهوائي ، أو تتحول إلى اللاكتات (اللاهوائية) - كلاهما يمكن أن يحدث في وقت واحد. إن توفر الأكسجين الذي يتم توصيله إلى الميتوكوندريا هو الذي يحدد مقدار البيروفات الذي سينتقل إلى الميتوكوندريا (أي أن المزيد من الأكسجين يساوي دخولًا أكبر للبيروفات إلى الميتوكوندريا). لا يمكن أن يبقى أي فائض في صورة بيروفات في الخلية لأن هذا يؤدي إلى إبطاء تحلل السكر - وبالتالي يتم تحويله إلى لاكتات من خلال الانضمام إلى أيونات الهيدروجين ، والتي يتم إنتاجها أيضًا أثناء تحلل السكر. عادة ، يتم نقل أيونات الهيدروجين أيضًا إلى الميتوكوندريا لاستكمال التنفس ، ولكن الفائض يمثل مشكلة لأنه يخفض درجة الحموضة في الأنسجة ، مما يضعف وظيفة العضلات ومسارات الطاقة. بشكل أساسي ، فإن الجمع بين البيروفات وأيونات الهيدروجين لتكوين اللاكتات يمكّن العضلات من مواصلة العمل لفترة أطول من المعتاد. ويتضح ذلك من خلال الرقم 1 في الشكل 1-2.
• تختلف البروتينات عن الدهون والكربوهيدرات في أنها تحتوي على عنصر النيتروجين الذي لا يؤدي وظيفة في التنفس. بعد ذلك ، يجب إزالته (نزع الأمين) ، وإنتاج الأمونيا التي يحتمل أن تكون ضارة للجسم (4). يتم تحويل الأمونيا بسرعة إلى يوريا في الكبد ثم تفرز في المقام الأول عن طريق البول عن طريق الكلى. ويتضح ذلك من خلال الرقم 6 في الشكل 1-2.

الشكل 1-2:الطاحونة الأيضية - استخدام الوقود في مسارات الطاقة

في الانطباعات الأولى ، تبدو مطحنة التمثيل الغذائي معقدة ومربكة ، لكننا سنستخدم تشبيهًا نعرفه أكثر للمساعدة في فهم تعقيداته. لنبدأ بإلقاء نظرة على دورة كريبس - إنها النقطة التي تلتقي فيها جميع المغذيات الكبيرة الثلاثة في الميتوكوندريا. فكر في دورة كريبس على أنها بار أو ملهى ليلي ، وهو المكان الذي يريد الجميع الالتقاء فيه.

• فكر في TGs التي تمثل سيدات عازبات قادمًا إلى شريط دراجات Krebs من جزء TG من المدينة. يصلون وهم يرتدون ملابس للرقص والتواصل الاجتماعي مثل acetyl-CoA (المركب الذي يدخل دورة كريبس) - اعتبر تحضيرهم للمساء بمثابة أكسدة بيتا. يتضح هذا من خلال الرقم 3 في الشكل 1-2. لسوء الحظ ، فإن شريط Krebs للدراجات لديه سياسة للأزواج فقط ، لذلك تحتاج جميع السيدات العازبات إلى شريك للدخول. في العادة ، يعتمدون على مقابلة الرجال غير المتزوجين الذين يتقاربون أيضًا على شريط Krebs للدراجات من جزء مختلف من المدينة (أي الكربوهيدرات). ما يعنيه هذا بشكل أساسي هو أنه لكي يتم التمثيل الغذائي للدهون تمامًا ، يجب أن تحتوي على الكربوهيدرات.
• فكر الآن في مصير الكربوهيدرات. كما ذكرنا سابقًا ، ينتج تحلل السكر البيروفات وهو فريد من نوعه لأنه يمكن أن ينتج إما سيدات عازبات (أسيتيل كوا) أو رجال عازبون (أوكسالو أسيتات). يتضح هذا من خلال الرقم 2 في الشكل 1-2. بالرجوع إلى تشبيهنا بالبار ، مع الأخذ في الاعتبار كيف يوفر جزء TG من المدينة عددًا وافرًا من السيدات العازبات ، فإن الجزء الكربوهيدراتي من المدينة يوفر بشكل عام الرجال العزاب (أي أوكسالأسيتات). بشكل جماعي ، تنضم السيدات العازبات من الجزء TG من المدينة إلى الرجال غير المتزوجين من جزء الكربوهيدرات بالمدينة ويدخلون إلى بار Curbs للدراجات.

طوال فترة وجودنا ، كان على البشر أن يتحملوا فترات المجاعة ، حيث كان الطعام نادرًا أو غائبًا. في حالة نضوب أو ندرة مخازن الكربوهيدرات المتوفرة لدينا (فكر في الأنظمة الغذائية المقيدة للكربوهيدرات اليوم) ، فإننا نحد من توافر الرجال غير المتزوجين الذين يصلون من منطقة الكربوهيدرات في المدينة. هذا يفرض حالة من البقاء على قيد الحياة الأيضية حيث يضطر الجسم للتكيف للبقاء على قيد الحياة وليس الفناء.

• بالرجوع إلى تشبيهنا بالبار ، فكر في الحانة التي لا تتلقى نشاطًا تجاريًا كافيًا بسبب نقص الرجال غير المتزوجين من الجزء الذي يحتوي على الكربوهيدرات في المدينة. في محاولة لتنمية الأعمال التجارية ، يختار المدير الاتصال بصديقه الذي يدير حانة رياضية في الجزء البروتيني من المدينة (ضع في اعتبارك الأعمال والربحية إنتاج الطاقة). إنه يقدم عرضين للرواد في البار الرياضي في أرض البروتين - انضم إلى السيدات العازبات للاختلاط الاجتماعي في النادي أو التسلل سراً في الباب الخلفي للاستمتاع بعروض المشروبات الخاصة (أي صنع الطاقة).
• أولئك الذين يرغبون في الاختلاط بالسيدات العازبات (الأحماض الأمينية الجلوكوجينية) يتم نقلهم عبر الجزء الكربوهيدراتي من المدينة ويصلون كرجال غير متزوجين. يعني مصطلح الجلوكوجينيك إنتاج الجلوكوز. بعبارة أخرى ، نقوم بتحويل البروتينات إلى كربوهيدرات لمواصلة عملية التمثيل الغذائي للدهون ، ولسوء الحظ ، فإن 99٪ من البروتين القابل للاستخدام في جسم الإنسان هو نسيج حي يسمى العضلات. ويتضح ذلك من خلال الرقم 5 في الشكل 1-2 من الجزء الأول).
• ومع ذلك ، قد لا يكون هذا التحويل كافيًا لتلبية احتياجات الجسم من الطاقة ، لذلك قد يلزم أيضًا استخدام بروتين إضافي لإنتاج الطاقة. يمثل هذا الرجال في البار الرياضي المهتمين بزيارة بار Krebs للدراجات ، ولكن فقط لعروض المشروبات الخاصة (أي لتوليد الطاقة). يتم تسللها في الباب الخلفي للشريط وتسمى الأحماض الأمينية الكيتونية لأنها تنتج الطاقة في المقام الأول. ومع ذلك ، يمكنهم أيضًا إنتاج الكيتونات التي سنناقشها بعد ذلك. تذكر أن هذه البروتينات تنشأ أيضًا من أنسجة العضلات.

إذن ماذا يحدث للسيدات العازبات الزائدات المتراكمات خارج الحانة اللائي لا يستطعن ​​الدخول بسبب عدم كفاية الرجال العزاب؟ يخبر المدير ، في إطار قوانين المدينة التالية ، هؤلاء السيدات أنهن لا يمكنهن التسكع خارج الحانة وعليهن الابتعاد. للسماح باستمرار تنفس الميتوكوندريا ، يتم تحويل السيدات العازبات الزائدات (acetyl-CoA) إلى كيتونات يمكن إزالتها بعد ذلك من الميتوكوندريا ووضعها في الدورة الدموية عبر الدم.

يتضح هذا من خلال الرقم 4 في الشكل 1-2 في الجزء الأول. تمثل الكيتونات المركبات التي يتم تصنيعها نتيجة التمثيل الغذائي غير الكامل للدهون (وربما البروتينات الكيتونية). الكيتونات الأولية المصنعة هما acetoacetone و β-hydroxybutyrate والتي يمكن استخدامها كوقود من قبل كل خلية في الجسم تقريبًا باستثناء الكبد وخلايا الدم الحمراء التي تحتاج إلى الجلوكوز (1 ، 2). يتم تحويل أي كيتونات لا يستخدمها الجسم بسرعة إلى أسيتون لإزالتها من الجسم لأن الكيتونات تخفض درجة حموضة الدم (الحماض) مما قد يؤدي إلى حالة مهددة للحياة تسمى الحماض الكيتوني عندما تتراكم بكميات كبيرة. الأسيتون هو نفس المركب الموجود في مزيل طلاء الأظافر وأحيانًا عندما ترتفع مستويات الكيتون في الدم ، قد تكون رائحة "الأسيتون" الحلوة ملحوظة في البول أو التنفس أو العرق ، مما يشير إلى حالة الأيض.

الوجبات الجاهزة - جميع المغذيات الكبيرة الثلاثة لا غنى عنها في إنتاج الطاقة ، ولكن حذف أو تقييد الكربوهيدرات من النظام الغذائي ، خاصة لفترات طويلة يمكن أن يغير مسارات الأيض الطبيعية لدينا والتي يمكن أن يكون لها عواقب وخيمة (أي تعزيز مفهوم الدهون النحيلة من خلال مهاجمة بروتين العضلات والذي بدوره سيبطئ أيضًا معدلات التمثيل الغذائي في الجسم).

المراجع:

1. Kenny WL و Wilmore H و Costill DL. (2015). فسيولوجيا الرياضة والتمارين الرياضية (الإصدار السادس). شامبين ، إلينوي. حركية الإنسان.
2. Pocari J و Bryant CX و Comana F. (2015). فسيولوجيا التمرين ، شركة FA Davis ، فيلادلفيا ، بنسلفانيا.
3. Juekendrup AE. (2002). تنظيم التمثيل الغذائي للدهون في العضلات والهيكل العظمي. حوليات أكاديمية نيويورك للعلوم ، ٩٦٧:٢١٧ - ٢٣٥.
4. Brooks GA. (1987). استقلاب الأحماض الأمينية والبروتينات أثناء التمرين والانتعاش. الطب والعلوم في الرياضة والتمارين الرياضية ، 19:S150-S156.