الطاقة الحيوية وأنظمة إنتاج الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP)

الطاقة الحيوية هي دراسة كيفية تحويل الخلايا للطاقة الكيميائية لأداء العمل. في العضلات أثناء التمرين، يتم دفع ثمن كل انقباض بواسطة الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP)، ومع ذلك، تخزن العضلات كمية كافية من ATP فقط لبضع ثوانٍ من الجهد المكثف، لذا يجب عليها إعادة تصنيع ATP باستمرار من خلال ثلاثة أنظمة مترابطة: نظام الفوسفاجين (ATP-PCr)، والتحلل اللاهوائي للجلوكوز، والفسفرة التأكسدية.

Definition

الطاقة الحيوية للتمارين هي مجموعة المسارات الكيميائية الحيوية التي من خلالها تعيد العضلات الهيكلية تصنيع ATP لتغذية الانقباض، وتشمل نظام الفوسفاجين، والتحلل اللاهوائي للجلوكوز، والفسفرة التأكسدية.

Scope

يغطي هذا الموضوع ATP كعملة الطاقة للخلية، وأنظمة توفير الطاقة الثلاثة والجداول الزمنية التي يسود فيها كل منها، وكيف تتداخل لتلبية متطلبات التمارين ذات الشدة والمدة المختلفة. يعالج هذا الموضوع الطاقة الحيوية كمادة فسيولوجية ولا يتناول أنظمة المكملات الغذائية أو وصف التدريب الفردي.

Core questions

• لماذا يجب إعادة تصنيع ATP باستمرار أثناء التمرين بدلاً من مجرد تخزينه؟
• ما هي الأدوار التي يلعبها الفوسفوكرياتين، والتحلل اللاهوائي للجلوكوز، والفسفرة التأكسدية، وعلى أي جداول زمنية؟
• كيف تتداخل أنظمة الطاقة الثلاثة بدلاً من التبديل بشكل منفصل؟

Key concepts

• ATP كعملة طاقة فورية
• نظام الفوسفاجين (ATP-PCr)
• الفوسفوكرياتين وتفاعل كيناز الكرياتين
• التحلل اللاهوائي للجلوكوز
• الفسفرة التأكسدية
• استمرارية نظام الطاقة والتداخل مع الشدة والمدة

Mechanisms

يطلق ATP طاقة قابلة للاستخدام عند تحلل رابطة الفوسفات الطرفية، ويجب تجديد مخزون ATP الصغير داخل العضلات بالسرعة التي يتم بها استخدامه. يوفر نظام الفوسفاجين أسرع إعادة إمداد: يتبرع الفوسفوكرياتين بفوسفاته إلى ADP من خلال تفاعل كيناز الكرياتين، مما يحافظ على مستوى ATP خلال الثواني الأولى من الجهد المكثف (Wyss, 2000). مع استمرار الجهد، يقوم التحلل اللاهوائي للجلوكوز بتكسير الجلوكوز والجليكوجين إلى البيروفات، مما ينتج ATP بسرعة ولكن بكمية محدودة ويشكل اللاكتات عندما يتجاوز معدله القدرة التأكسدية (Gladden, 2004). للنشاط المستمر، تقوم الفسفرة التأكسدية في الميتوكوندريا بأكسدة الكربوهيدرات والدهون لإنتاج الجزء الأكبر من ATP، مع اعتماد مزيج الوقود على الشدة والمدة (Romijn, 1993). تعمل هذه الأنظمة في وقت واحد وتتداخل بدلاً من التبديل بشكل منفصل (McArdle, 2015).

Clinical relevance

يشكل إطار نظام الطاقة الأساس الذي يتم من خلاله وصف استجابات اختبارات التمارين والتدريب وكيفية توصيف القدرات الأيضية في الأبحاث والفسيولوجيا التطبيقية. يتم تقديمه هنا كخلفية مرجعية ولا يشكل نصيحة بشأن المكملات الغذائية أو التدريب أو العلاج.

Evidence & guidelines

تستند الأوصاف إلى المراجعات الكيميائية الحيوية والفسيولوجية وتوليفات الكتب المدرسية لأيض طاقة العضلات بدلاً من الإرشادات السريرية؛ وتستمد البيانات الكمية للمواد الأساسية من دراسات التتبع والخزعات (Romijn, 1993; Wyss, 2000).

History

لقد أحدث الاعتراف بـ ATP كعملة طاقة عالمية وتوضيح مخزن الفوسفاجين لكيناز الكرياتين، والتحلل اللاهوائي للجلوكوز، والفسفرة التأكسدية تحولاً في فسيولوجيا العضلات في القرن العشرين، مما سمح بوصف التمارين على أنها توظيف متدرج لأنظمة طاقة متداخلة (Wyss, 2000; McArdle, 2015).

Key figures

• Markus Wyss
• L. Bruce Gladden
• Edward F. Coyle

Seminal works

• wyss-2000
• gladden-2004
• romijn-1993

Frequently asked questions

ما هي أنظمة الطاقة الثلاثة المستخدمة أثناء التمرين؟

نظام الفوسفاجين (ATP-PCr)، والتحلل اللاهوائي للجلوكوز، والفسفرة التأكسدية. تختلف هذه الأنظمة في مدى سرعة وكمية ATP التي يمكنها توفيرها وتعمل معًا بدلاً من أن يعمل كل منها على حدة.

لماذا لا تستطيع العضلات تخزين كل ATP الذي تحتاجه؟

تخزن العضلات كمية كافية من ATP فقط لبضع ثوانٍ من الجهد المكثف، لذا يجب عليها إعادة تصنيعه باستمرار من الفوسفوكرياتين والكربوهيدرات والدهون لمواصلة الانقباض.