بیوانرژتیک و سیستم‌های تولید ATP

بیوانرژتیک مطالعه چگونگی تبدیل انرژی شیمیایی توسط سلول‌ها برای انجام کار است. در عضلات در حال ورزش، هر انقباض با آدنوزین تری‌فسفات (ATP) تأمین می‌شود، با این حال عضله تنها به اندازه کافی ATP برای چند ثانیه تلاش شدید ذخیره می‌کند، بنابراین باید به طور مداوم ATP را از طریق سه سیستم به هم پیوسته بازسنتز کند: سیستم فسفاژن (ATP-PCr)، گلیکولیز بی‌هوازی، و فسفوریلاسیون اکسیداتیو.

Definition

بیوانرژتیک ورزشی مجموعه‌ای از مسیرهای بیوشیمیایی است که توسط آن عضله اسکلتی ATP را برای تأمین سوخت انقباض بازسنتز می‌کند، شامل سیستم فسفاژن، گلیکولیز بی‌هوازی، و فسفوریلاسیون اکسیداتیو.

Scope

این موضوع ATP را به عنوان واحد پول انرژی سلول، سه سیستم تأمین‌کننده انرژی و بازه‌های زمانی که هر یک غالب هستند، و چگونگی همپوشانی آن‌ها برای برآوردن نیازهای ورزشی با شدت و مدت زمان متفاوت را پوشش می‌دهد. این موضوع بیوانرژتیک را به عنوان یک مبحث فیزیولوژیکی بررسی می‌کند و به رژیم‌های مکمل‌گذاری یا تجویز تمرینات فردی نمی‌پردازد.

Core questions

• چرا ATP باید به طور مداوم در طول ورزش بازسنتز شود، به جای اینکه صرفاً ذخیره شود؟
• فسفوکراتین، گلیکولیز و فسفوریلاسیون اکسیداتیو چه نقش‌هایی ایفا می‌کنند و در چه بازه‌های زمانی؟
• چگونه سه سیستم انرژی به جای اینکه به طور مجزا روشن و خاموش شوند، همپوشانی دارند؟

Key concepts

• ATP به عنوان واحد پول انرژی فوری
• سیستم فسفاژن (ATP-PCr)
• فسفوکراتین و واکنش کراتین کیناز
• گلیکولیز بی‌هوازی
• فسفوریلاسیون اکسیداتیو
• پیوستگی سیستم انرژی و همپوشانی با شدت و مدت زمان

Mechanisms

ATP هنگام هیدرولیز پیوند فسفات انتهایی خود، انرژی قابل استفاده را آزاد می‌کند و ذخیره کوچک ATP درون عضلانی باید به همان سرعتی که مصرف می‌شود، بازسازی شود. سیستم فسفاژن سریع‌ترین تأمین مجدد را فراهم می‌کند: فسفوکراتین فسفات خود را از طریق واکنش کراتین کیناز به ADP اهدا می‌کند و ATP را در ثانیه‌های اولیه تلاش شدید بافر می‌کند (Wyss, 2000). با ادامه تلاش، گلیکولیز بی‌هوازی گلوکز و گلیکوژن را به پیروات تجزیه می‌کند و ATP را به سرعت اما در مقادیر محدود تولید می‌کند و زمانی که سرعت آن از ظرفیت اکسیداتیو فراتر رود، لاکتات تشکیل می‌دهد (Gladden, 2004). برای فعالیت پایدار، فسفوریلاسیون اکسیداتیو در میتوکندری کربوهیدرات و چربی را اکسید می‌کند تا بخش عمده ATP را تولید کند، با ترکیبی از سوخت‌ها که به شدت و مدت زمان بستگی دارد (Romijn, 1993). این سیستم‌ها به طور همزمان عمل می‌کنند و به جای اینکه به طور مجزا تغییر کنند، همپوشانی دارند (McArdle, 2015).

Clinical relevance

چارچوب سیستم انرژی زیربنای چگونگی توصیف پاسخ‌های تست و تمرین ورزشی و چگونگی مشخص شدن ظرفیت‌های متابولیک در تحقیقات و فیزیولوژی کاربردی است. این موضوع در اینجا به عنوان یک پس‌زمینه مرجع ارائه شده و به منزله توصیه مکمل‌گذاری، تمرین یا درمان نیست.

Evidence & guidelines

توصیفات بر اساس بررسی‌های بیوشیمیایی و فیزیولوژیکی و سنتزهای کتاب درسی متابولیسم انرژی عضلانی استوار است تا دستورالعمل‌های بالینی؛ داده‌های کمی سوبسترا از مطالعات ردیاب و بیوپسی به دست می‌آیند (Romijn, 1993; Wyss, 2000).

History

شناخت ATP به عنوان واحد پول جهانی انرژی و روشن شدن بافر فسفاژن کراتین کیناز، گلیکولیز و فسفوریلاسیون اکسیداتیو، فیزیولوژی عضلانی قرن بیستم را متحول کرد و امکان توصیف ورزش را به عنوان یک استخدام تدریجی از سیستم‌های انرژی همپوشان فراهم آورد (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

سه سیستم انرژی مورد استفاده در طول ورزش کدامند؟

سیستم فسفاژن (ATP-PCr)، گلیکولیز بی‌هوازی، و فسفوریلاسیون اکسیداتیو. آن‌ها در سرعت و میزان ATP که می‌توانند تأمین کنند متفاوت هستند و به جای اینکه یکی پس از دیگری عمل کنند، با هم کار می‌کنند.

چرا عضله نمی‌تواند تمام ATP مورد نیاز خود را ذخیره کند؟

عضله تنها به اندازه کافی ATP برای چند ثانیه تلاش شدید ذخیره می‌کند، بنابراین باید به طور مداوم آن را از فسفوکراتین، کربوهیدرات و چربی بازسنتز کند تا به انقباض ادامه دهد.