Energy metabolism and exercise

لا يمكن للكائنات الحية أن تعيش بدون طاقة. يستمد جسم الإنسان الطاقة من الأطعمة النباتية والحيوانية. يتم تخزين مصدر الطاقة الأصلي لكل حياة - الإشعاع الشمسي - كيميائيًا في العناصر الغذائية بشكل محوّل. من أجل استخدام هذه الطاقة ، يجب على الجسم أولاً إطلاق هذه الطاقة من العناصر الغذائية ثم تحويلها إلى طاقة ميكانيكية - الحركة العضلية. يحتاج الجسم إلى الطاقة للوظائف الأساسية لدعم الحياة (مثل ضربات القلب والتنفس والهضم ونشاط الدماغ) ، والحفاظ على درجة حرارة الجسم والنشاط البدني.

​

​

 

 

تُعرف العمليات المعقدة لتحويل الطاقة في الجسم من شكل (مثل السكر) إلى آخر (مثل الحرارة ، النشاط البدني) باسم استقلاب الطاقة. يبدأ الهضم في الفم ، حيث يتم سحق الطعام. ثم يتم تقسيم الكيموس الموجود في الأمعاء إلى مكونات فردية ، ويتم امتصاصه من خلال الغشاء المخاطي ويتم تصفيته بواسطة الكبد. يضمن مجرى الدم توزيع العناصر الغذائية في الجسم ، حيث يتم تخزينها واستهلاكها.

إن موردي الطاقة من الغذاء هم:
 

الكربوهيدرات (السكر أو النشا) ،

الدهون

البروتينات.

يتم إعطاء كمية الطاقة المستهلكة مع الطعام والتي يستهلكها الجسم أيضًا بالسعرات الحرارية (كيلو كالوري) أو كيلو جول (كيلوجول)

   1 كيلو كالوري = 4.184 كيلو جول
 

وقود النشاط البدني   

العناصر الغذائية الحاملة للطاقة هي الكربوهيدرات والدهون والبروتين. يتم تقسيم العناصر الغذائية في الأمعاء: يتم تقسيم الكربوهيدرات في الطعام إلى جزيئات السكر الفردية (خاصة الجلوكوز والجلاكتوز والفركتوز) والبروتينات إلى الأحماض الأمينية. تتكون الأحماض الدهنية والجلسرين من الدهون الغذائية. تدخل المواد الغذائية الدم من الأمعاء. يتم تحويل جزيئات السكر الجلاكتوز والفركتوز إلى الجلوكوز (الجلوكوز) في الكبد. من الكبد ، تدخل المغذيات في الدورة ، حيث يتم نقلها إلى خلايا الجسم. في خلايا الجسم ، يتم استهلاك مصادر الطاقة أو حرقها أو تخزينها
 
يتم تخزين الجلوكوز الذي لا يتم استهلاكه على الفور على شكل جليكوجين في خلايا العضلات ، بينما يتم ترسب الدهون في مخازن الدهون تحت الجلد. يتم تفكيك هذه المستودعات إذا لزم الأمر. على المدى الطويل ، يتم تخزين أي طاقة غذائية غير مستخدمة كدهون. البروتين هو في المقام الأول مادة بناء لجميع هياكل الجسم وفقط في حالات استثنائية وقود (استقلاب الجوع)

مخازن الطاقة في الجسم

يحتوي الجسم على مخازن طاقة مختلفة. إنها عازلة بحيث لا يجب إطعام الطعام باستمرار ، ولكن أيضًا احتياطيًا لفترات نقص الغذاء لفترة أطول

   تخزين الدهون: أكبر مخزن للطاقة في الجسم هو الخلايا الدهنية. تؤمن الدهون المحايدة المخزنة في المقام الأول معدل دوران الطاقة أثناء الراحة وبأعمال التحمل المكثفة بشكل معتدل (مثل الإجهاد اليومي). ومع ذلك ، لا يستطيع الجسم تكسير الدهون بدون الكربوهيدرات. قام الأشخاص ذوو الوزن الطبيعي بتخزين 80.000 إلى 100000 كيلو كالوري على شكل دهون
   تخزين الكربوهيدرات: يتم تخزين الجلوكوز غير المستخدم في خلايا العضلات مثل الجليكوجين. يحتوي 1 كجم من العضلات على حوالي 15 جم من الجليكوجين. مخزن ثاني أكبر من الجليكوجين هو الكبد (حوالي 80 جم من الجليكوجين) ، والذي يمكن أن يطلق الجلوكوز في مجرى الدم. يحتوي الجسم على ما مجموعه حوالي 1500 إلى 2000 كيلو كالوري على شكل جليكوجين عضلي وكبد

    لا يوجد مخزن بروتين خاص. لذلك ، يجب على الجسم الوصول إلى بروتين العضلات في حالة عدم كفاية تناول البروتين - وهو "مخزن البروتين" الوحيد المتاح. يستخدم البروتين بكميات صغيرة جدًا (حوالي عشرة بالمائة من إجمالي حجم دوران الطاقة) لتوليد الطاقة. تتمثل المهمة الحقيقية للبروتينات في بناء هياكل الجسم الخاصة ، على سبيل المثال خلايا العضلات والعظام والقرنية وما إلى ذلك.

لاحظ

وبالتالي فإن الإمداد الكافي بالبروتين هو شرط أساسي للحفاظ على الأداء البدني أو تحسينه.

تشارك سلسلة كاملة من الأعضاء الفردية في استقلاب الطاقة (التنفس والقلب والدورة الدموية وخلايا العضلات). لا يتم ضمان الأداء الصحيح لسلسلة الأعضاء هذه إلا من خلال الحد الأدنى من الجهد البدني. بالإضافة إلى ذلك ، تؤثر الحركة أيضًا على الأعضاء التي لا تشارك بشكل مباشر في استقلاب الطاقة (مثل الدماغ والكبد والجهاز المناعي). يتكيف استقلاب الطاقة بالكامل مع النشاط البدني المنتظم من خلال القدرة في نهاية المطاف على نقل ومعالجة المزيد من الأكسجين.

لاحظ

تنشأ السمنة من توازن الطاقة الإيجابي على المدى الطويل: يتم إضافة المزيد من الطاقة إلى الطعام أكثر من استهلاكه من خلال التمرين. ينقص الوزن الزائد فقط إذا تم استهلاك سعرات حرارية أكثر مما تمت إضافته على مدى فترة زمنية أطول: توازن الطاقة السلبي.

يمكنك العثور على المزيد حول هذا الموضوع في مقال "النظام الغذائي وممارسة الرياضة".

هكذا تستهلك العضلات الطاقة

الجسم مجهز بنظام تزويد طاقة معقد من أجل أن يكون قادراً على توفير الأداء الضروري في المواقف المختلفة. الشرط الأساسي لكل نشاط بدني هو مصدر طاقة خاص ، أدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP). يجب أن يتوفر هذا المركب عالي الفوسفات بكميات كافية في خلايا عضلات الهيكل العظمي.

توجد كميات صغيرة فقط من ATP في خلايا العضلات نفسها ، والتي يمكن استخدامها بسرعة. اعتمادًا على مدى شدة المجهود البدني ومدة استمراره ، تحتاج خلايا العضلات إلى تجديد ATP. إذا لم يكن هناك تجديد كافٍ ، فلن تتمكن الخلية العضلية من العمل.
التمثيل الغذائي للطاقة مع الأكسجين - الحالة الطبيعية

أهم عملية لإنتاج الطاقة في الجسم - أي إنتاج ATP - هي حرق الأحماض الدهنية
اقرأ عن الجلوكوز. في معظم الأحيان ، تحصل العضلات على الطاقة اللازمة من خلال هذا المسار. تُعرف هذه العملية أيضًا باسم التمثيل الغذائي الهوائي (المستهلك للأكسجين).

في حالة الراحة ومع القليل من الحمل المعتدل ، يتم توفير الوقود من الطعام أو من الكربوهيدرات ومخازن الدهون ويتم نقله إلى خلايا العضلات عبر مجرى الدم. يتم توفير الأكسجين من خلال التنفس والدورة الدموية. يمكن الحفاظ على الإجهاد لفترة طويلة. المنتج النهائي للاحتراق هو ثاني أكسيد الكربون والماء.

تشمل الأنشطة ذات التمثيل الغذائي الهوائي بشكل أساسي معظم الأنشطة اليومية مثل الجلوس أو المشي أو الوقوف أو الأعمال المنزلية الخفيفة أو الأعمال المكتبية. أي نشاط رياضي يستمر لمدة أطول من حوالي ثلاث دقائق لا يمكن أن يتم إلا بعملية التمثيل الغذائي الهوائي بشكل أساسي.

اعتمادًا على شدة النشاط الهوائي ، تتقلب حصة مخزون الكربوهيدرات والدهون في إمدادات الطاقة:

كثافة معتدلة ، على سبيل المثال مع العمل المكتبي المستقر ، والمشي البطيء إلى الوتيرة البطيئة: حوالي 70 إلى 80 بالمائة من مخازن الدهون ، و 20 إلى 30 بالمائة من متاجر الجلوكوز.
مع زيادة الشدة (على سبيل المثال ، الجري الأسرع والسباحة وتسلق السلالم) ، يزيد جزء الجلوكوز في الاحتراق إلى 100 في المائة.

استقلاب الطاقة بدون أكسجين - الاستثناء

في بعض المواقف المجهدة في حالات استثنائية ، يمكن للجسم أيضًا التصوير في طاقة قصيرة المدى بدون أكسجين (لا هوائي) بالإضافة إلى التمثيل الغذائي الهوائي. هذا هو الحال عندما تتطلب الحركة المكثفة طاقة أكثر مما يمكن أن يوفره الاحتراق.

ومع ذلك ، يمكن لإمدادات الطاقة اللاهوائية سد هذه المواقف فقط لفترة قصيرة جدًا (حوالي ثلاث دقائق) لأن العضلات تتعب بسرعة كبيرة جدًا.
المواقف النموذجية هي على سبيل المثال رفع أو رمي أشياء ثقيلة ، وجولات قصيرة وسريعة (العدو) وما إلى ذلك.

تجديد الطاقة لمحرك العضلات

يتم احتراق الجلوكوز أو الأحماض الدهنية لإنتاج ATP في محطات توليد الطاقة من خلايا العضلات ، الميتوكوندريا. يتم توليد ATP في بلازما الخلية اللاهوائي عن طريق تحلل السكر (من الجلوكوز) و / أو من فوسفات الكرياتين. فقط ATP يمكن أن يوفر الطاقة للأجهزة المتقلصة - التي تتكون من الليف العضلي.

يمكن للجسم استخدام حوالي ربع إجمالي الطاقة المولدة أثناء الاحتراق للحركة. تقريبا. يتم إطلاق 60 في المائة كحرارة. يحتاج باقي الجسم إلى الحفاظ على الوظائف الحيوية.

في حالة الراحة أو النشاط المكثف المعتدل ، يتم تخزين ما يقرب من 90 بالمائة من الكربوهيدرات المستهلكة في العضلة على شكل جليكوجين ومتوفرة هناك للنشاط العضلي اليومي. يتم استخدام العشرة بالمائة المتبقية على الفور.

​