نگارش و گردآوری : ابوالفضل باباپور خاروانا

مفهوم کار و انرژی :

در علم فیزیک انرژی به معنای توانایی انجام کار است.کار وقتی صورت می‌گیرد که نیرویی بتواند جسم را در راستای غیر عمود جابجایی کند. در پزشکی و زیست شناسی اعمالی از قبیل تکثیر ، بازسازی و رشد ، حفظ پتانسیل غشاء در هدایت عصبی ، ترشحات سلولي ، انقباض عضلانی و بیولومینانس (=توليد انرژي تابشی در جانوران شب تاب) به انرژی نیاز دارند. 15 تا 30 درصد از کل انرژی روزانه صرف فعالیت های جسمانی می‌گردد و در این راستا تامین انرژی سلول جهت اجرای فعالیت های فیزیکی شایان توجه است. به پروتئین‌ها ، کربوهیدرات‌ها و چربی‌‌ها  ماکروناترینت‌ها یا درشت مغذی (= macronutrients) گویند.سلول‌ها به صورت مستقیم توانایی استفاده از انرژی درشت مغذی‌ها را ندارند بلکه انرژی درشت مغذی‌ها بایستی به انرژی قابل استفاده سلول که همان آدنوزین تری فسفات (ATP) است تبدیل گردد. . آدنوزین تری فسفات (ATP) در سیتوزول و میتوکندری سنتز می گردد.تقریبا 50 درصد انرژی موجود در مواد غذایی برای ساختن ATP  به گرما تبدیل می شود که در تعادل حرارتی بدن موجود زنده ایفای نقش می‌نماید .

چیست ؟  (Adenosine Triphosphate) آدنوزین تری فسفات  

آدنوزین تری فسفات  (ATP) مولکولی است با پیوندهای پرانرژی که انرژی مورد نیاز واکنش های انرژی خواه را در سلول ها فراهم می کند. بنابراین ATP یک ماده ناقل انرژی محسوب می شود. متابولیسم مواد سوختی همانند کربوهیدرات ها و چربی ها در همه سلول ها به تولید آدنوزین تری فسفات یا ATP می انجامد و واکنش های فیزیولوژیک بدن جهت تامین انرژی خود به این ترکیب پرانرژی وابسته هستند.

اجزای آدنوزین تری فسفات (ATP) عبارتنداز:

*یک باز آلی آدنین

*یک قند ریبوز

*سه گروه فسفات (سه رادیکال فسفات)

تصویر زیر:

در فرمول مولکول  ATP، یکی از فسفات ها (فسفات آلفا) به واسطه یک پیوند استری به قند ریبوز متصل است و دو فسفات دیگر(دو فسفات آخری) با پیوند فسفوانیدرید که پیوندهایی پرانرژی می باشند به یکدیگر و فسفات آلفا متصل هستند. در اثر شکسته شدن پیوندهای فسفوانیدرید مولکول ATP، انرژی زیادی تولید می شود. به این ترتیب آدنوزین تری فسفات (ATP) می تواند به آدنوزین دی فسفات (ADP) و آدنوزین منو فسفات (AMP) تبدیل گردد.هر اتصال پرانرژی در آدنوزین تری فسفات توانایی آزادسازی 7300 کالری (7.3 کیلوکالری) انرژی را دارد.

هیدرولیز ATP و تشکیل ADP :

ATP + H₂O  ADP + H₃PO₄ + 7300 Cal

هیدرولیز ADP و تشکیل AMP :

ADP + H₂O  AMP + H₃PO₄ + 7300 Cal

نیروی ماهیچه

همانطور که می‌دانید حدود ۴۰ درصد وزن بدن را ماهیچه تشکیل می‌دهد این ماهیچه‌ها در خود تولید انرژی می‌کنند که این نیرو ، نیروی ماهیچه نامیده می‌شود که البته قابل اندازه‌گیری نیز هست. مهم‌ترین عامل شناخته شده در آمادگی جسمانی استعداد و توانایی ماهیچه‌ها در وارد کردن نیرو یا مقاومت در برابر آن است. تمرینات قدرتی از عواملی است که سبب حجیم شدن تارهای ماهیچه‌ای می‌شود و توانایی فرد را در تولید نیروی بیشتر افزایش می‌دهد، این افزایش می‌تواند به دلایل عصبی (فراخوانی تارهای بیشتر و تحریک واحدهای عصبی-ماهیچه‌ای بزرگتر)باشد یا به دلیلی مثل افزایش رها سازی یون کلسیم یا افزایش تماس تارهای اکتین و می‌وزین. قدرت ماهیچه اهمیت بسیاری در ورزشهای مختلف و البته فعالیت‌های روزانه دارد بسیاری از مردان و حتی زنان از ماهیچه‌ها بازو و سرشانه ضعیفی برخوردار هستند که باعث ضعف در فعالیت‌های ورزشی و روزانه و ایجاد درد و بیماری در سنین بالا می‌شود.

سامانه ATP-CP یا سامانه فسفوژن (Phosphogen system)

در ورزشهایی چون همانند پرتاب نیزه، پرتاب دیسک و شیرجه یا فعالیتهایی که زمان اجرای آن بسیار کم است (حدود ۱۰ ثانیه) و با حداکثر شدت انجام می‌شوند انرژی مورد نیاز را سامانه ATP-CP تأمین می‌کنند. آدنوزین تری فسفات و کراتین فسفات (CP) موجود در ماهیچه 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 (بی هوازی).لازم به ذکر است که در ضمن شكسته شدن ATP ، يكي از پيوندهاي فسفات از بقيه ملكول جدا مي گردد و تقريباً 7300 كالري بر مول ( 7.3 كيلو كالري بر مول ) انرژي آزاد شده و فسفات آزاد و آدنوزين دي فسفات ( ADP ) تشكيل مي گردد . كراتين فسفات ( CP ) ماده شيميايي مهم ديگري است كه همانند ATP در سلول‌های ماهیچه‌ای ذخیره شده و بخشي از انرژي ذخيره را تامين مي‌كند . لازم به ذکر است میزان CP و ATP ذخیره شده در سلول‌های ماهیچه‌ای بسیار محدود است.از این رو انرژی حاصل از این سیستم نیز اندک است و برای فعالیت‌هایی که زمان اجرای آنها اندک است ، مناسب است.كراتين فسفات ( CP ) بطور 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. به انتقال انرژی از کراتین فسفات  ( CP) جهت تولید ATP ، سیستم انرژی فسفوژن می گویند.

سامانه اسیدلاکتیک یا سامانه بی‌هوازی (Anaerobic system)

در ورزشهایی که زمان اجرای آنها بین 0.5 تا 3 دقیقه طول می‌کشد انرژی مورد نیازشان را از طریق سامانه اسیدلاکتیک (C₃H₆O₃) تأمین می‌کنند مثل دو ۴۰۰ متر و دو  ۸۰۰ متر و کشتی. این سامانه اسیدلاکتیک در ابتدای فعالیت از دم دست ترین منبع انرژی یعنی گلیکوژن ذخیره شده در ماهیچه‌ها استفاده می‌کند و بعد به سراغ گلیکوژن موجود در کبد و گلوکز خون می‌رود.تجزیه گلوکز بصورت غیر هوازی بخاطر شدت زیاد تمرین است که کمبود اکسیژن دریافتی را موجب میشود. محصول نهایی این سیستم پس از تولید ATP ، اسیدلاکتیک است.انرژی مورد نیاز جهت ساخت ATP از شکستن پیوندهای گلوکز (پدیده قندکافت یا گلیکولیز= Glycolysis)  تامین می‌شود. اسید لاکتیک از متابلیزه شدن بی‌هوازی گلوکز حاصل می‌شود. اسید لاکتیک باعث افزایش یون‌های هیدروژن (H⁺) در ماهیچه‌ها می‌شود و متعاقب آن pH خون از 7.1 (هفت و یکدهم) به 6.5 (شش و نیم) کاهش یافته و خون اسیدی می‌شود . ماهیچه‌ها زود خسته می‌شوند . افزایش بیش از حد اسیدلاکتیک در عضلات می تواند منجر به گرفتگی عضلانی گردد. در سامانه اسید لاکتیک چند مول ATP بصورت بی‌هوازی و بطور محدود ساخته می‌شود. از این رو به این سیستم نمی توان بمدت طولانی متکی بود.

سامانه هوازی (Aerobic system)

هر موجود زنده‌ای برای ادامه زندگی و فعالیت احتیاج به اکسیژن دارد. بعد از چند دقیقه که اکسیژن به بدن نرسد، نه آدنوزین تری فسفات در بدن ساخته می‌شود و نه انرژی وجود دارد و در نتیجه زندگی پایان می‌یابد. در ورزشهایی که بیش از ۳ دقیقه طول می‌کشد ماهیچه‌ها انرژی مورد نیاز را از تجزیه مواد غذایی در مقابل اکسیژن بدست می‌آورند. در دوهای ماراتن، کوهنوردی و... آدنوزین تری فسفات مورد نیاز ماهیچه‌ها از این طریق تأمین می‌گردد. انرژی مورد نیاز این سیستم از دو منبع 1-گلیکوژن  موجود در ماهیچه ها و کبد و گلوکز خون  2-چربی‌ها حاصل می شود. گلیکوژن دم دست ترین و اولین منبع انرژی مورد استفاده می باشد اما پس از حدود 30 دقیقه ذخایر  چربی  بدن مورد استفاده قرار می گیرند. نکته مهم این است که چربی‌ها بدون حضور گلیکوژن درون ماهیچه ، نمی توانند کاری انجام دهند. از این رو دونده های ماراتن مسابقه خود را با سرعت زیاد آغاز نمی‌کنند تا ذخایر گلیکوژن ماهیچه خود را زود از دست ندهند. حتی این دونده ها سعی می کنند که گلوکز از دست داده خود را با نوشیدن مایعات شیرین در طول مسیر جبران کنند. در فعالیت‌هایی که بیش از 4 ساعت طول می‌کشند پروتئین بافت عضله ای  بدن به عنوان منبع انرژی به کار گرفته می شود. هر چند که این انرژی بی نهایت ناکافی است اما آخرین تلاش بدن برای زنده ماندن میباشد.