व्यायाम के प्रति उपापचयी प्रतिक्रियाएँ

व्यायाम के प्रति उपापचयी प्रतिक्रियाएँ यह बताती हैं कि शरीर मांसपेशियों के कार्य के लिए आवश्यक रासायनिक ऊर्जा की आपूर्ति कैसे करता है और जैसे-जैसे उस कार्य की तीव्रता और अवधि बदलती है, वह ईंधनों के बीच कैसे बदलाव करता है। आराम से व्यायाम की ओर बढ़ने पर पूरे शरीर की ऊर्जा का टर्नओवर (energy turnover) कुछ ही सेकंड में कई गुना बढ़ सकता है, और इस मांग को पूरा करने के लिए संग्रहीत फॉस्फेजेन (phosphagens), कार्बोहाइड्रेट और वसा से एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (ATP) के समन्वित उत्पादन की आवश्यकता होती है, साथ ही ऑक्सीजन की मिलान वाली डिलीवरी और उपयोग की भी।

Definition

व्यायाम के प्रति उपापचयी प्रतिक्रियाएँ ऊर्जा-उत्पादक जैव रासायनिक मार्गों और सब्सट्रेट (substrate) उपयोग में होने वाले परिवर्तन हैं जो शारीरिक गतिविधि के दौरान कंकाल की मांसपेशियों द्वारा एटीपी की मांग बढ़ने पर होते हैं, जिसमें फॉस्फेजेन का टूटना, कार्बोहाइड्रेट और वसा का ऑक्सीकरण, लैक्टेट का आदान-प्रदान और ऑक्सीजन का अवशोषण शामिल है।

Scope

यह क्षेत्र पाठक को व्यायाम शरीर विज्ञान के उपापचयी पक्ष से परिचित कराता है: एटीपी-आपूर्ति करने वाले मार्ग (फॉस्फेजेन, ग्लाइकोलिटिक और ऑक्सीडेटिव), ईंधन के रूप में कार्बोहाइड्रेट और वसा का उपयोग और व्यायाम की तीव्रता और अवधि के साथ उनके सापेक्ष योगदान कैसे भिन्न होते हैं, लैक्टेट का उत्पादन और निकासी, और एरोबिक ऊर्जा टर्नओवर के एकीकृत मार्कर के रूप में ऑक्सीजन की खपत। यह एक संदर्भ अवलोकन है; इसके बाल विषय विस्तृत उपचार प्रदान करते हैं।

Sub-topics

• जैव ऊर्जा विज्ञान और एटीपी उत्पादन प्रणालियाँ
• व्यायाम के दौरान कार्बोहाइड्रेट चयापचय
• व्यायाम में वसा ऑक्सीकरण और लिपिड चयापचय
• लैक्टेट उत्पादन और निकासी
• ऑक्सीजन की खपत और एरोबिक क्षमता

Core questions

• व्यायाम की शुरुआत में जब मांसपेशियों की ऊर्जा की मांग बढ़ती है तो एटीपी की पुनःपूर्ति कैसे होती है?
• ऊर्जा आपूर्ति में कार्बोहाइड्रेट और वसा का सापेक्ष योगदान व्यायाम की तीव्रता और अवधि के साथ कैसे बदलता है?
• व्यायाम के दौरान लैक्टेट क्यों उत्पन्न होता है, और इसे कैसे साफ और पुन: उपयोग किया जाता है?
• अधिकतम प्रयास के दौरान शरीर कितनी ऑक्सीजन का उपभोग कर सकता है, यह क्या निर्धारित करता है?

Key concepts

• तत्काल ऊर्जा मुद्रा के रूप में एटीपी
• फॉस्फेजेन, ग्लाइकोलिटिक और ऑक्सीडेटिव ऊर्जा प्रणालियाँ
• सब्सट्रेट उपयोग और तीव्रता के साथ वसा से कार्बोहाइड्रेट में क्रॉसओवर
• लैक्टेट उत्पादन, विनिमय और लैक्टेट शटल
• ऑक्सीजन अवशोषण (VO2) और अधिकतम ऑक्सीजन अवशोषण (VO2max)
• व्यायाम के दौरान ऊर्जा टर्नओवर और उपापचयी दर

Mechanisms

व्यायाम की शुरुआत में तत्काल एटीपी की मांग संग्रहीत फॉस्फेजेन द्वारा पूरी की जाती है, जिसके बाद ग्लाइकोलिसिस और ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन प्रमुख पुनःपूर्ति मार्ग बन जाते हैं। जैसे-जैसे तीव्रता बढ़ती है, शरीर ऊर्जा की एक निश्चित मात्रा के लिए कार्बोहाइड्रेट पर उत्तरोत्तर अधिक और वसा पर कम निर्भर करता है, यह बदलाव क्रॉसओवर अवधारणा द्वारा दर्शाया गया है; कम से मध्यम तीव्रता पर वसा ऑक्सीकरण ऊर्जा का एक बड़ा हिस्सा प्रदान कर सकता है, जबकि उच्च तीव्रता पर कार्बोहाइड्रेट प्रमुख होता है और लैक्टेट उत्पादन बढ़ता है (रोमिजन, 1993)। लैक्टेट केवल एक अपशिष्ट उत्पाद नहीं है, बल्कि एक शटल ईंधन है जिसे मांसपेशियों, हृदय और अन्य ऊतकों द्वारा ऑक्सीकृत किया जा सकता है और ग्लूकोनियोजेनेसिस (gluconeogenesis) के लिए उपयोग किया जा सकता है (ग्लैडेन, 2004; ब्रूक्स, 2018)। इन एरोबिक प्रक्रियाओं की एकीकृत क्षमता ऑक्सीजन की खपत में परिलक्षित होती है, जिसकी अधिकतम सीमा मुख्य रूप से काम करने वाली मांसपेशियों तक ऑक्सीजन की डिलीवरी द्वारा निर्धारित होती है (बैसेट, 2000)।

Clinical relevance

व्यायाम के प्रति उपापचयी प्रतिक्रियाओं को समझना कार्डियोपल्मोनरी व्यायाम परीक्षण की व्याख्या, स्वास्थ्य और उपापचयी रोग में सब्सट्रेट उपयोग का वर्णन, और उपापचयी स्वास्थ्य में शारीरिक गतिविधि के औचित्य को रेखांकित करता है। यह प्रविष्टि बताती है कि व्यायाम उपापचय का अध्ययन और वर्णन कैसे किया जाता है; यह शैक्षिक है और व्यक्तिगत निदान, नुस्खे या उपचार निर्णयों का आधार नहीं है।

Evidence & guidelines

यहां दिए गए विवरण शास्त्रीय शारीरिक अध्ययनों और सब्सट्रेट उपापचय, लैक्टेट विनिमय और ऑक्सीजन अवशोषण के निर्धारकों की समीक्षाओं पर आधारित हैं, न कि नैदानिक ​​अभ्यास दिशानिर्देशों पर। सब्सट्रेट उपयोग और ऑक्सीजन अवशोषण के बारे में मात्रात्मक दावे नियंत्रित प्रयोगशाला मापों जैसे आइसोटोप-ट्रेसर और गैस-विनिमय अध्ययनों से प्राप्त होते हैं (रोमिजन, 1993; बैसेट, 2000)।

History

आधुनिक व्यायाम उपापचय बीसवीं सदी के शुरुआती दौर में मांसपेशियों की ऊर्जा आपूर्ति और ऑक्सीजन ऋण पर किए गए कार्यों से विकसित हुआ और मध्य और उत्तरार्ध के अध्ययनों के माध्यम से इसका विस्तार हुआ, जिन्होंने आइसोटोपिक ट्रेसर के साथ कार्बोहाइड्रेट और वसा के उपयोग को मापा और लैक्टेट को एक मृत-अंत उत्पाद के बजाय एक विनिमेय ईंधन के रूप में चित्रित किया। लैक्टेट-शटल अवधारणा के माध्यम से लैक्टेट की पुनर्व्याख्या और अधिकतम ऑक्सीजन अवशोषण के निर्धारकों का परिष्करण इस इतिहास के केंद्रीय सूत्र हैं (ग्लैडेन, 2004; ब्रूक्स, 2018; बैसेट, 2000)।

Debates

क्या लैक्टेट मुख्य रूप से एक अपशिष्ट उत्पाद है या एक उपापचयी ईंधन?

लैक्टेट को ऑक्सीजन-सीमित ग्लाइकोलिसिस के उप-उत्पाद के रूप में देखने के पारंपरिक दृष्टिकोण को लैक्टेट-शटल अवधारणा द्वारा फिर से परिभाषित किया गया है, जो यह मानता है कि लैक्टेट ऊतकों में एक ईंधन और सिग्नलिंग अणु के रूप में लगातार उत्पादित और उपभोग किया जाता है; इन विचारों का संतुलन एक सक्रिय चर्चा का विषय बना हुआ है।

अधिकतम ऑक्सीजन अवशोषण को मुख्य रूप से क्या सीमित करता है?

क्या VO2max मुख्य रूप से केंद्रीय ऑक्सीजन वितरण (कार्डियक आउटपुट और ऑक्सीजन-वहन क्षमता) या परिधीय मांसपेशियों के ऑक्सीजन निष्कर्षण द्वारा निर्धारित होता है, इस पर लंबे समय से बहस चल रही है, जिसमें अधिकांश परिस्थितियों में ऑक्सीजन वितरण को मुख्य सीमित कारक के रूप में मानने वाले साक्ष्य का वजन अधिक है।

Key figures

• George A. Brooks
• L. Bruce Gladden
• Edward F. Coyle
• David R. Bassett

Seminal works

• romijn-1993
• gladden-2004
• bassett-2000

Frequently asked questions

व्यायाम के दौरान शरीर ऊर्जा के लिए क्या उपयोग करता है?

सभी व्यायाम अंततः एटीपी द्वारा संचालित होते हैं, जिसकी पुनःपूर्ति संग्रहीत फॉस्फेजेन और कार्बोहाइड्रेट और वसा के टूटने से होती है; कार्बोहाइड्रेट और वसा का सापेक्ष उपयोग इस बात पर निर्भर करता है कि व्यायाम कितनी मेहनत और कितनी देर तक चलता है।

क्या व्यायाम कठिन होने पर वसा और कार्बोहाइड्रेट का सापेक्ष उपयोग बदलता है?

हाँ। कम तीव्रता पर वसा ऊर्जा का एक बड़ा हिस्सा प्रदान कर सकती है, लेकिन जैसे-जैसे तीव्रता बढ़ती है, शरीर उत्तरोत्तर अधिक कार्बोहाइड्रेट पर निर्भर करता है, यह बदलाव क्रॉसओवर अवधारणा द्वारा वर्णित है।