انرژی چگونه تولید می شود؟

بدن سه دستگاه تولید انرژی اصلی دارد که از آنها برای انواع گوناگون فعالیت بدنی استفاده می کند و عبارت اند از:

۱٫ دستگاه ATP – PC (فسفاژن)

 ۲. دستگاه اسید لاکتیک یا گلیکولیز بی هوازی

۳. دستگاه های هوازی که از گلیکولیز (کربوهیدرات) و لیپولیز (چربی) تشکیل می شود.

در شرایط استراحتی، سلول های عضلانی مقادیر خیلی کمی  ATP دارند که صرفا برای تأمین انرژی پایه کفایت می کند و امکان فعالیت ورزشی با حداکثر شدت را به مدت ۱ ثانیه فراهم می آورد. برای ادامه فعالیت ورزشی، ATP باید در یکی از سه دستگاه انرژی بازسازی شود که هر یک مسیر بیوشیمیایی و مقدار ATP  تولیدی بسیار متفاوتی دارد.

دستگاه فسفاژن چگونه کار می کند؟

این دستگاه از ATP و فسفوکراتین (PC) ذخیره در سلول های عضلانی برای تولید انفجارهای بیشینه قدرتی و سرعتی به مدت شش ثانیه استفاده می کند. برای مثال، فسفاژن هنگام دوی سرعت ۲۰ متر، بلندکردن وزنه با سرعت نزدیک به بیشینه در باشگاه یا در پرش تکی استفاده می شود. فسفوکراتین ترکیبی پر انرژی است که از پیوند پروتئین، کراتین با ملکول فسفات تشکیل می شود. دستگاه فسفاژن را می توان پشتیبانی برای ATP درنظر گرفت. وظیفه فسفاژن تولید سریع ATP است. فسفوکراتین به کراتین و فسفات تجزیه می شود و با پیوند فسفات آزاد به ملکول ADP، یک ملکول ATP جدید می سازد. دستگاه فسفاژن خیلی سریع انرژی تولید می کند اما متاسفانه ذخیره خیلی کمی دارد و تنها ۳-۴ کیلوکالری انرژی تولید می کند. پس از آن، مقدار انرژی تولیدی دستگاه فسفاژن به طور چشمگیری کاهش می یابد و ATP باید از سوخت های دیگری مثل گلیکوژن یا چربی تولید شود. در این هنگام سایر دستگاه ها غالب می شوند.

دستگاه گلیکولیز بی هوازی چگونه کار می کند؟

دستگاه گلیکولیز بی هوازی بلافاصله پس از شروع فعالیت ورزشی خیلی شدید فعال می شود. این دستگاه در رویدادهایی که بیش از ۹۰ ثانیه به درازا می انجامند، مثل تمرینات با وزنه در باشگاه یا دوی سرعت ۴۰۰ تا ۸۰۰ متر غالب است. برای تامین نیازهای خیلی زیاد و فوری انرژی، آن دسته از مسیرهای تولید انرژی که به طور طبیعی از اکسیژن استفاده می کنند، نمی توانند از گلوکز استفاده کنند و مسیر دیگری که به اکسیژن نیاز ندارد، جایگزین آن می شود. این شرایط باعث می شود تا زمان زیادی صرفه جویی شود. پس از ۳۰ ثانیه فعالیت ورزشی خیلی شدید، این دستگاه بیش از ۶۰ درصد برون ده انرژی را تامین می کند؛ پس از دو دقیقه سهم آن به فقط ۳۵ درصد کاهش می یابد.

دستگاه گلیکولیز بی هوازی از کربوهیدرات به شکل گلیکوژن عضلات یا گلوکز برای سوخت استفاده می کند. گلیکوژن به گلوکز تجزیه می شود که در نبود اکسیژن سریعاً به ATP و اسیدلاکتیک تجزیه می شود. در شرایط بی هوازی هر ملکول گلوکز، دو ملکول ATP تولید می کند؛ بنابراین، از این لحاظ دستگاه بسیار ناکارآمدی است. ذخایر گلیکوژن بدن سریعاً کاهش می یابد و نشان می دهد که دستگاه انتقال سریع چقدر با ارزش است. تولید تدریجی اسید لاکتیک در نهایت به خستگی می انجامد و از انقباض عضلانی بیشتر جلوگیری می کند (برخلاف عقیده رایج، اسیدلاکتیک موجب خستگی نمی شود، بلکه این یون های هیدروژن و اسیدیته ناشی از آن است که باعث احساس ناتوانی هنگام یا بلافاصله پس از فعالیت ورزشی بیشینه می شود.

دستگاه هوازی چگونه کار می کند؟

دستگاه هوازی با تجزیه کربوهیدرات (از راه گلیکولیز) و چربی (از راه لیپولیز) در حضور اکسیژن ATP تولید می کند. هر چند این دستگاه به همان سرعت دو دستگاه بی هوازی ATP تولید نمی کند، در عوض مقادیر انرژی بیشتری تولید می کند. هنگام شروع فعالیت ورزشی، ابتدا دستگاه های فسفاژن و گلیکولیز بی هوازی استفاده می شوند، اما پس از گذشت دقایقی، تامین انرژی به تدریج به سوی دستگاه هوازی تغییر می یابد.

بیشتر کربوهیدراتی که به منزله سوخت در گلیکولیز هوازی استفاده می شود ریشه در گلیکوژن عضلانی دارد. به علاوه، گلوکز موجود در خون مادامی اهمیت بیشتری دارد که فعالیت ورزشی از یک ساعت فراتر می رود و مقادیر گلیکوژن عضلانی نیز کاهش می یابد. انتظار می رود پس از دو ساعت فعالیت ورزشی خیلی شدید (بیش از ۷۰ درصد حداکثر اکسیژن مصرفی)، تقریباً همه گلیکوژن عضلات تخلیه می شود. بنابراین، گلوکز خون به موازات مقادیر زیادی چربی (گلیکولیز لیپولیزی) برای سوخت عضلات استفاده می شود. گلوکز موجود در خون ممکن است پیامد تجزیه گلیکوژن کبد یا کربوهیدرات مصرفی هنگام فعالیت ورزشی باشد.

در فعالیت ورزشی هوازی، انرژی موردنیاز روندی کندتر و کمتر از یک ساعت فعالیت ورزشی بی هوازی دارد؛ بنابراین زمان بیشتری طول می کشد تا اکسیژن از ریه ها برای تولید ATP از گلوگز به کمک اکسیژن به سلول های عضلانی منتقل شود. در همه این شرایط، یک ملکول گلوگز ۳۸ ملکول ATP تولید می کند. بدین ترتیب، تولید انرژِی در دستگاه هوازی ۲۰ برابر کارآمدتر از تولید انرژی در دستگاه بی هوازی است.

فعالیت ورزشی بی هوازی تنها از گلیکوژن استفاده می کند در حالی که فعالیت ورزشی هوازی از گلیکوژن و چربی استفاده می کند، بنابراین در مدت زمان طولانی تری حفظ می شود. به نظر می رسد محدودیت این دستگاه ریشه در تولید آهسته انرژی دارد.

چربی ها نیز برای تولید انرژی در دستگاه هوازی استفاده می شوند. یک ملکول چربی بسته به نوع آن تقریباً ۸۰ تا ۲۰۰ ملکول ATP تولید می کند. بنابراین، در تولید انرژی چربی ها کارآمدتر از کربوهیدرات هایند. با وجود این، تنها در شرایط هوازی یعنی هنگامی که انرژی موردنیاز به نسبت کم و تولید انرژی آهسته تر است به ATP تجزیه می شوند.