عمليات تحليل الطاقة في النشاط العضلي

تتشارك العلوم المرتبطة بالتدريب الرياضي كالكيمياء والفسيولوجيا وغيرها عند العمل على دراسة الأداء الحركي، وذلك لأن أعضاء الجسم المختلفة عبارة عن وحدة واحدة متكاملة.

عمليات تحليل الطاقة في النشاط العضلي

يعمل التدريب الرياضي على حدوث تغيرات فسيولوجية وكيميائية في عضلات اللاعب الممارس، لإنتاج الطاقة الضرورية للأداء الرياضي بسبب ارتفاع نشاط أجهزة وأعضاء الجسم المختلفة في استهلاك الطاقة، ويعد إنتاج الطاقة بأنواع الأنشطة والتدريبات التي بها الفرد، ويحصل على احتياجه من الطاقة عن طريق المواد الكربوهيدراتية والمواد الدهنية، وتحتاج مختلف الأنشطة الرياضية بنسب مختلفة حسب شد ودوام المثير، حيث يتوقف مستوى تقدم المستوى الرياضي للفرد على مستوى إيجابية التغيرات الكيميائية.

ومن مصادر الطاقة بما يحقق التكيف لأجهزة وأعضاء الجسم؛ لكي يواجه التعب الناتج من الجهد البدني، وتستعمل الطاقة عند قيام الجسم بالعمل سواء أكان عملاً إرادياً أم غير إرادي، وهناك علاقة بين مقدار العمل وكمية الحرارة المتولدة داخل الجسم، فالطاقة هي كمية الحرارة الناتجة من الربط بين الشغل الميكانيكي وحرارة الجسم نفسه، حيث يمكن حسابها من الكمية للعمل الناتج والكفاءة المقدرة للاعب الرياضي.

يعد تفاعل “ATP” وهي اختصار لـ “Adenosine triphosphate” المصدر المباشر للطاقة للنشاط الرياضي، وعند التحليل الأنزيمي يحدث تحرر للطاقة المتكونة في عملية الانقباض العضلي لإنجاز الشغل الميكانيكي، وأثناء التحلل المائي لنهايات روابط “ATP”  تتحرر طاقة تتراوح كميتها بين 30 كيلو جول و 46 كيلو جول لكل غرام جزيئي واحد من المادة المتحللة، وتعتمد كمية الطاقة المتحررة على معيار PH للوسط وتركيز الفوسفات اللاعضوية، وكذلك حالة تركيز كل من “ATP_ ADP” في الخلية، وإن الطاقة في الظروف الفسيولوجية الموجودة في الجسم لتحلل جزئ واحد عن “ATP” تساوي كمية مقدارها 40 كيلو جول تقريباً.

يعد تركيز ATP في العضلات ثابتاً تقريباً، ويساوي هذا التركيز حوالي 5 ملي مول في كل كغم واحد من وزن العضلات الرطبة حوالي 25%، وإن تجميع كمية كبيرة من ATP في العضلة غير ممكن؛ وذلك لأنه سيؤدي إلى فقدان الكفاءة الانقباضية للعضلة إضافة إلى ذلك فإن تركيز ATP في العضلة لا يمكن أن ينخفض إلى أقل من 2 ملي مول لكل كغم واحد من وزن النسيج الرطب، وتتكون خلال هذه التفاعلات مركبات مرحلية تضم مجاميع فسفورية قادرة على اجتيازها مع وجود احتياطي للطاقة من أجل “ADP” وهي اختصار لـ “Adenosine diphosphate”

كما أن تفاعلات الانتقال تحفز بواسطة أنزيمات خاصة، وإن المركبات التي تستعمل لتحلل “ATP” إما أن تكون موجودة بصورة دائمة في الجسم كفوسفات الكرياتين، أو تكون خلال فترة العمل عند التحول التأكسدي لمواد مختلفة، ويمكن لتحلل “ATP” أثناء النشاط العضلي أن يتحقق خلال فترة التفاعل التي تتم من وجود أكسجين، وكذلك من خلال عمليات الأكسدة التي تجري من خلال التحولات في الخلايا التي ترتبط باستهلاك الأكسجين.

وفي الظروف الاعتيادية فإن تحلل “ATP” يجرب بصورة أساسية من خلال التحولات الهوائية، ولكن عند النشاط العضلي المتوتر حيث يكون إيصال الأكسجين إلى العضلات عملية صعبة، كما تقوى في الوقت نفسه في الأنسجة عملية التحلل اللاهوائي، كما أن العمليات الهوائية واللاهوائية في تحويل الطاقة تتميز بصورة ملحوظة في القدرة والحجم والكفاءة، وبموجب هذه المعايير تمتلك العمليات اللاهوائية أرجحية عند العمل على تنفيذ تمارين قصيرة متكررة ذات تحمل عالي، فلها الأغلبية عند العمل الطويل بشدة معتدلة.

 مبدأ تحلل ATP والتفاعل الفسفوري الكرياتيني

ويوجد في العضلات إضافة إلى “ATP” مواد أخرى من المركبات الفسفورية منها فوسفات الكرياتين، ولهذه المادة استجذاب نتيجة العمليات الانقباضية في الألياف العضلية، ويمتلك فسفور الكرياتين في العضلات الهيكلية للإنسان نشاطاً كبيراً، في حين أن فوسفات الكرياتين وثنائي فوسفات الأدينوزين (Adenosine) وهما المواد الأولية في التفاعل الذي يحفز بواسطة الأنزيم، وهذا الشيء يؤدي إلى تعزيز هذا التفاعل مباشرة بعد بداية العمل العضلي، ويمكن بلوغ السرعة القصوى للتفاعل الفسفوري عند بداية اللحظة الثانية من ممارسة النشاط البدني.

كما أن أكبر قدرة يستطيع اللاعب أن يؤمن فيها تفاعل الفوسفات والكرياتين تساوي 3.80 كغم من وزن الجسم في الدقيقة، وفي اللحظات الأولى التي تتبع بداية العمل، وطالما كان تركيز فوسفات الكرياتين في العضلات كبيراً فإن نشاط أنزيم فسفور الكرياتين يبقى محافظاً عليه في مستوى عالي، وبحسب هذا التفاعل فإن جزءاً كبيراً “ADP” المتكون بسبب انحلال “ATP” وهذا هو ما يمنع تعزيز عملية تحرير الطاقة الأخرى، وبعد ذلك وما أن يكون احتياطي فوسفات الكرياتين في العضلات قد نفذ بمقدار الثلث.

فإن سرعة التفاعل الفسفوكرياتين في العضلات يبدأ بالانخفاض وبعد ذلك ستبدأ في عملية إعادة تكوين “ATP” مشاركة متزايدة لتحلل السكر والتنفس، ويحدث مع ذلك زيادة في طول فترة العمل فعند اللحظة 30 ثانية، تنخفض سرعة التفاعل إلى النصف وعندما تمضي دقيقتان أي عند الدقيقة الثالثة، فأن هذه السرعة ستشكل 1.5% فقط من السرعة الابتدائية، وعند العمل على تنفيذ التمرين تكون الأغلبية باتجاه التفاعل المستقيم الذي يؤدي إلى تكوين ATP والكرياتين.

فإن العملية تتعزز والتي تقود لاستعادة احتياطي فوسفات الكرياتين إلى القيمة الأولية، وعندما يكون الجزء الأكبر من ATP اللازم لتفاعل الفسفوكرياتين يتكون نتيجة التحولات التأكسدية، فإن إعادة تكوين فوسفات الكرياتين يكون ممكناً جزئياً طيلة فترة العمل الطويلة الذي ينفذ في ظروف أكسجينية، كما يشكل التفاعل الفسفوكرياتيني أساساً بيو كيميائياً للتحمل العضلي، وهو يلعب الدور الحاسم في العمل على تأمين الطاقة لتمارين قصيرة متكررة بالقدرة العظمى.

طرق إعادة تكوين ATP في عملية تحلل السكر أثناء ممارسة اللاعب للنشاط البدني

وعندما تتوقف عملية الفسفوكرياتين لتأمين السرعة المطلوبة لاستعادة ATP في عملية الشغل العضلي، ويزداد تركيز الجزئيات الحرة ADP يبدأ التحلل السكري اللاهوائي الذي يلعب دوراً أساسياً في إعادة تكوين ATP وفي عملية تحلل السكر فإن الاحتياطي العضلي للسكر الذي يرد إلى الخلية من الدم يدخل بالأنزيمات قبل بداية تكوين حامض اللبنيك.

كما أن جزئيات الكربون في المرحلة الابتدائية لتحلل السكر تنشط بسبب اتحاد مجاميع الفوسفات من ATP، وخلال تفاعلات قادمة تتكون مركبات فسفورية تصلح أن تكون أساساً لعملية أكسدة لاهوائية في واحدة من التفاعلات المركزية لهذه العملية الأنزيمية، وفي المرحلة الختامية لتحلل السكر فإن مركبات الحجم الخاصة بتحلل السكر الذي يمكن العمل على تحديده باحتياطي الكربون الموجود داخل العضلات.

وتتميز عملية التحلل بالسكر بكفاءة غير عالية، إذ تتحرر في عملية التحلل الأنزيمي اللاهوائي للكربونات طاقة مقدارها 240 فقط من الطاقة الإجمالية التي تبلغ قيمتها 28% كيلو جول الموجودة في جزئ واحد، كما أن الجزء الأعظم من الطاقة سيتركز في الجزئيات المتكونة في حامض اللبنيك، ويمكن أن تتحرر من خلال الأكسدة الهوائية وتتحول كمية من الطاقة تتراوح بين 84 و 125 كيلو جول من الطاقة الإجمالية للطاقة أثناء حدوث تحلل السكر بالشكل الذي يمكن استعماله.

كما أن للعلاقات الفوسفاتية ATP  وانطلاقاً من هذا فإن كفاءة تحلل السكر يجب أن يقوم اللاعب بقيم عامل الكفاءة التي تتراوح بين 0.35 و 0.52، وهذا يعني أن نصف كمية الطاقة المتحررة تقريباً من الطاقة الإجمالية المتحررة تتحول إلى حرارة ولا يمكن العمل على استعمالها أثناء العمل، ونتيجة مضاعفة سرعة النواتج الحرارية في العضلات العاملة أثناء عملية تحلل السكر في العضلات العاملة، فإن درجة الحرارة ستزداد لغاية الدرجة 41_ 42.

كما أن تكوين حامض اللبنيك في المرحلة الختامية لتحلل السكر يحدث فقط عند الظروف اللاهوائية، إلا أن السكر في هذه الحالة يمكن أن ينتهي بوجود كميات من الأكسجين، ولكنه في هذه الحالة سينتهي عند مرحلة تكوين العتبة الهوائية الحرارية التي يمكن أن يتعرض فيما بعد إلى تحول تأكسدي في العضلات، وعندما يكون تركيز المركب مركب حامضي فإن جزءاً منه يمكن أن يتحول ويخرج من العضلات حوامض فسفورية تعطي طاقة غنية إلى ADP وبذلك فهي تؤدي إلى إعادة تكوين ATP.

كما أن القدرة القصوى لتحلل السكر تساوي 250 كيلو جول لكل كغم في الدقيقة تقريباً، وهو أقل بعض الشيء من قدرة تفاعل الفسفوكرياتين، ولكنه يتجاوز بمقدار 2_ 3 أضعاف التفاعل الهوائي ويتم التوصل إلى أكبر سرعة لتحلل السكر بعد مضي 20_ 30 ثانية على بداية العمل، وعندما تحل نهاية الدقيقة الأولى للعمل يصبح المصدر الأساسي مرة أخرى للتحلل السكري هو إعادة تكوين ATP، إلا أن الهبوط الحاد الذي يؤدي إلى استهلاك الكميات الغير كبيرة نسبياً لاحتياطي الأنزيمات في العضلات وهبوط نشاط الأنزيمات.