مقدمه‌ای به فیزیولوژی ورزش

فیزیولوژی عضلات به عنوان عضوی از سیستم عضلانی، مسئول تبدیل مواد غذایی به انرژی مکانیکی یا کار می‌باشد. ما می‌دانیم که حرکات بدن از انقباض عضلات ناشی می‌شوند، به این معنی که عضلات متصل به استخوان‌های بدن، تحت کنترل اراده فرد، انقباض می‌کنند و حرکت و جابجایی را در بدن امکان‌پذیر می‌سازند.

در بدن انسان، سه نوع عضله وجود دارد:

عضلات مخطط یا اسکلتی، عضلات صاف و عضله قلب. در این بخش، تمرکز ما فقط بر روی عضلات مخطط خواهد بود. عضلات مخطط شامل ۷۰ درصد آب، ۲۰ درصد پروتئین، و ۱۰ درصد کربوهیدرات، چربی، نمک‌های معدنی و املاح است. البته، ترکیبات عضلات در اعضای مختلف بدن تغییرات گسترده‌ای دارند.

در بخش عضلات مخطط، دو موضوع را بررسی می‌کنیم:

۱- انقباض عضله، ۲- منابع انرژی عضله.

انقباض عضله: اگر هنگام انقباض، طول عضله تغییر نکند، این نوع انقباض را “هم طول” می‌نامیم. در این نوع انقباض، جسم مقاوم جابه‌جا نمی‌شود و تمام انرژی مشتق از انقباض به حرارت تبدیل می‌شود. اما اگر انقباض عضله به کوتاه شدن آن منجر شود، این نوع انقباض را “هم تنش” می‌نامیم که باعث جابه‌جایی جسمی که در برابر عضله قرار می‌گیرد می‌شود.

سرعت انقباض عضله به مقدار وزنی که در برابر آن قرار می‌گیرد، رابطه عکس دارد. در صورتی که هیچ نیرویی در برابر عضله وجود نداشته باشد، عضله به سرعت انقباض می‌پردازد. اما در صورتی که نیروی مخالف به تدریج افزایش یابد، سرعت انقباض کاهش می‌یابد. تا زمانی که میزان نیروی مخالف با نیروی عضله برابر شود، سرعت کوتاه شدن یا انقباض عضله به صفر می‌رسد.

برای انقباض عضله،

منابع انرژی لازم است. منبع اصلی انرژی عضله، آدنوزین تری فسفات (ATP) است که در مقدار کمی در عضله وجود دارد، اما مقدار زیادی انرژی را آزاد می‌کند. کراتین فسفات (CP) نیز یک منبع دیگر از انرژی است که در سلول‌های عضلانی ذخیره می‌شود. اگر مقدار ATP در سلول بیش از حد لازم باشد، انرژی اضافی برای تولید CP صرف می‌شود و در نتیجه مقدار بیشتری از انرژی ذخیره می‌شود. با ذخیره ATP در عضله، CP به سرعت و سهولت به ATP تبدیل می‌شود و در نتیجه CP باعث ثابت ماندن مقدار ATP در عضله می‌شود.

انرژی حاصل از CP و ATP برای مدت زمان کوتاهی انرژی لازم را تأمین می‌کنند. بنابراین، در فعالیت‌های شدید بدنی که بیش از چند دقیقه طول می‌کشد، باید منبع دیگری از انرژی وجود داشته باشد. این انرژی از تجزیه گلیکوژن به دست می‌آید و زیرا این واکنش در حضور اکسیژن اتفاق می‌افتد، به آن هوازی یا با اکسیژن می‌گویند.

اگر مقدار کافی از اکسیژن برای واکنش‌های شیمیایی در عضلات وجود نداشته باشد،

اسید لاکتیک در عضلات تولید می‌شود. بخش عمده‌ای از این اسید لاکتیک مجدداً به گلوکز و گلیکوژن تبدیل می‌شود و مقداری از آن در عضلات باقی می‌ماند. در ورزش‌های سخت و طولانی، و به ویژه در افرادی که از آمادگی جسمانی کمی برخوردارند، خستگی عضلات پس از ورزش به اسید لاکتیک باقی‌مانده در عضلات نسبت داده می‌شود. میزان خستگی با مقدار اسید لاکتیک موجود در عضلات رابطه مستقیم دارد.

تولید انرژی در بدن به سه روش انجام می‌شود

که دو روش از آن‌ها برای تولید ATP بدون نیاز به اکسیژن استفاده می‌کنند (بدون هوازی)، و در روش سوم، حضور اکسیژن به طور کامل ضروری است که به آن (هوازی) گفته می‌شود. برای اطلاعات بیشتر درباره مصرف انرژی در بدن و سیستم‌های انرژی، به منبع مراجعه کنید.

همانطور که گفته شد، برای تبدیل بدن از حالت استراحت به حالت فعالیت، فعالیت و واکنش‌های متعددی در عضلات انجام می‌شود تا انرژی مورد نیاز به دست آید. همچنین، بازگشت بدن از حالت فعالیت به حالت استراحت نیز بسیار مهم است و به آن بازیابی (Recovery) می‌گویند. در طی فعالیت‌های شدید، ذخیره اکسیژن بدن به مصرف سوخت و ساز بدن می‌رسد؛ بنابراین، در زمان استراحت، مقدار اکسیژنی که از ذخیره بدن گرفته شده باید به بدن بازگردانده شود و اسید لاکتیک متراکم شده در عضلات نیز باید از سلول‌های عضلانی خارج شود، که هر دوی آنها فرایندهای هوازی هستند. این انرژی از دست رفته را به عنوان وام اکسیژن (Oxygen Debt) می‌نامند. مقدار وام اکسیژن برابر با مقدار اکسیژن مورد نیاز در زمان فعالیت است؛ اگر فعالیت شخص ملایم، طولانی و یکنواخت باشد، بدن می‌تواند انرژی مورد نیاز را از هوا بگیرد و وام اکسیژن به وجود نمی‌آید؛ اما اگر فعالیت شخص شدید باشد به طوری که او مجبور باشد با کمبود انرژی به فعالیت خود ادامه دهد، او مبتلا به وام اکسیژن می‌شود.

زمانی که بدن به حالت اولیه بازمی‌گردد، به مدت زمانی بستگی دارد که به مدت، شدت و آمادگی جسمانی فرد بستگی دارد. پس از فعالیت، در ۲ یا ۳ دقیقه اول، مصرف اکسیژن به شدت کاهش می‌یابد، اما سپس به تدریج کاهش یافته و به حالت یکنواخت می‌رسد. اگر شخص پس از فعالیت ورزشی خود به جای استراحت، فعالیت‌های سبکی مانند راه رفتن یا دویدن به آرامی (سرد کردن) را انجام دهد، اسید لاکتیک موجود در بدن به سرعت از بین می‌رود. درباره این موضوع، توضیحات کاملی در فصل علم تمرین آمده است.

دستگاه گردش خون شامل رگها و قلب است، که خون تیره و روشن در آن جریان دارد. قلب به صورت یک تلمبه قوی، خون روشن را از طریق راه سرخرگ آئورت و سرخرگ ششی به سراسر بدن ارسال می‌کند و از طرفی، سیاهرگهای اجوف بالا و پایین، خون تیره را از بدن به قلب بازمی‌گردانند. به‌جز سیاهرگ ششی که خون روشن و تیره را از شش جهت به قلب بازمی‌گرداند.

سلول‌های بدن به طور مداوم در حال فعالیت هستند و برای ادامه حیات و فعالیت خود، موادی را می‌سوزانند و مواد دیگر را دفع می‌کنند. دستگاه گردش خون مسئول حمل مواد سوختنی به سلول‌ها و دفع مواد زائد است. قلب از چهار حفره تشکیل شده است، دو حفره در طرف راست و دو حفره در طرف چپ قلب قرار دارد. حفره‌های بالایی به نام دهلیز و حفره‌های پایینی به نام بطن شناخته می‌شوند. بطن باعث پمپاژ خون در سراسر بدن می‌شود و اگر بطن تنگ شود، جریان خون متوقف می‌شود. شکل قلب شبیه یک مخروط است که قاعده آن در بالا و نوک آن در پایین و در انتهای بطن‌ها قرار دارد.

در هنگام ضربان، دو دهلیز قلب با هم انقباض می‌کنند و سپس بعد از مدتی نسبتاً کوتاه، دو بطن نیز انقباض می‌کنند. پس از این انقباض، یک مدت توقف بیشتر و بلندتری وجود دارد که به عنوان استراحت قلب شناخته می‌شود. مدت انقباض بطن‌ها در افراد بالغ حدود ۳/۰ ثانیه است و مدت انبساط آن‌ها ۵/۰ ثانیه طول می‌کشد. در مجموع، یک دوره کامل قلبی حدود ۸/۰ ثانیه طول می‌کشد. بنابراین، تقریباً ۷۰ دوره قلبی در هر دقیقه اتفاق می‌افتد و این عدد به عنوان ضربان قلب شناخته می‌شود. همانطور که می‌دانید، خون به اندازه وزن بدن تولید می‌شود، یعنی یک شخص معمولی با وزن تقریباً ۷۰ کیلوگرم حدود ۵ تا ۶ لیتر خون دارد. بخش عمده‌ای از خون توسط گلبول‌های قرمز تشکیل می‌شود.

کمبود اکسیژن به طور معمول منجر به افزایش تعداد گلبول‌های قرمز خون می‌شود. به همین دلیل، در ارتفاعات بالا، ورزشکاران استقامتی قادر به برتری در رکوردهای جهانی نیستند. در محیط‌های با ارتفاع بالا، فشار نسبی اکسیژن در هوای تنفسی کاهش می‌یابد و ورزشکار قادر به تامین اکسیژن مورد نیاز خود در حین ورزش از هوا به طور آسان نیست. به همین دلیل، این موضوع تأثیر منفی بر عملکرد ورزشکار می‌گذارد.

با توجه به تعاریفی که در کتاب‌های فیزیولوژی وجود دارد، تنفس به معنای جذب اکسیژنبا توجه به تعاریفی که در کتاب‌های فیزیولوژی مطرح شده است، تنفس به معنای جذب اکسیژن و دفع دی‌اکسیدکربن توسط سلول‌های زنده است، بدون تفاوتی بین سلول‌های حیوانی و گیاهی. فرایند تنفس به دو مرحله متمایز تقسیم می‌شود: تنفس خارجی که شامل ورود هوا به ریه‌ها، انتقال اکسیژن از ریه‌ها به خون و دفع دی‌اکسیدکربن از خون به ریه‌ها است. تنفس سلولی یا داخلی که شامل جذب اکسیژن و تولید دی‌اکسیدکربن توسط سلول‌ها است. انقباض حجاب حاجز یا دیافراگم و فشرده شدن محیط شکم باعث افزایش حجم قفسه سینه از بالا به پایین می‌شود.

همزمان با این عمل، عضلات شکم به تدریج رخ تر می‌شوند و با انقباض عضلات بین دنده‌ای، دنده‌ها به سمت بالا کشیده می‌شوند و استخوان جناغ به جلو حرکت می‌کند. این عمل باعث انتقال قفسه سینه از جلو به عقب و افزایش اندازه آن از طرفین می‌شود؛ با افزایش حجم قفسه سینه، فشار درون ریه‌ها از فشار جو کاهش می‌یابد و باعث جابجایی هوا به داخل ریه‌ها می‌شود. این عمل تا زمانی ادامه پیدا می‌کند که فشار هوا در ریه‌ها با فشار جو برابر شود. تمامی این اقدامات را به عنوان دم طبقه‌بندی می‌کنند. اما عمل بازدم به دنبال رخ تر شدن عضلات دمی و بازگشت ریه‌ها به حالت اولیه اتفاق می‌افتد. با بالا رفتن عضله دیافراگم و بازگشت حجم قفسه سینه به حالت استراحت، فشار درون ریه‌ها از جو بیشتر می‌شود و به اندازه کافی هوا از ریه‌ها خارج می‌شود تا فشار درون ریه‌ها دوباره با فشار جو برابر گردد.

همزمان با این عمل، عضلات شکم به تدریج رخ تر می‌شوند و با انقباض عضلات بین دنده‌ای، دنده‌ها به سمت بالا کشیده می‌شوند و استخوان جناغ به جلو حرکت می‌کند. این عمل باعث انتقال قفسه سینه از جلو به عقب و افزایش اندازه آن از طرفین می‌شود؛ با افزایش حجم قفسه سینه، فشار درون ریه‌ها از فشار جو کاهش می‌یابد و باعث جابجایی هوا به داخل ریه‌ها می‌شود. این عمل تا زمانی ادامه پیدا می‌کند که فشار هوا در ریه‌ها با فشار جو برابر شود. تمامی این اقدامات را به عنوان دم طبقه‌بندی می‌کنند. اما عمل بازدم به دنبال رخ تر شدن عضلات دمی و بازگشت ریه‌ها به حالت اولیه اتفاق می‌افتد. با بالا رفتن عضله دیافراگم و بازگشت حجم قفسه سینه به حالت استراحت، فشار درون ریه‌ها از جو بیشتر می‌شود و به اندازه کافی هوا از ریه‌ها خارج می‌شود تا فشار درون ریه‌ها دوباره با فشار جو برابر گردد.

حجم هوایی که هر بار با ورود به ریه‌ها جریان پیدا می‌کند،

به عنوان حجم جاری شناخته می‌شود و مقدار آن معمولاً بین ۴۰۰ تا ۵۰۰ میلی لیتر است. تهویه ریوی به معنای حاصل ضرب حجم جاری در تعداد حرکات تنفسی در یک دقیقه است و معمولاً در حالت استراحت بین ۱۰ تا ۲۰ بار قرار دارد. در هنگام ورزش، تعداد حرکات تنفسی افزایش می‌یابد و عمق آن افزایش می‌یابد. در فعالیت‌های شدید ورزشی، عضلات دم و بازدم فعال می‌شوند و تهویه ریوی به حدود ۱۰۰ لیتر در دقیقه افزایش می‌یابد. حداکثر تهویه ریوی ممکن است به ۱۵۰ لیتر در دقیقه برسد، اما افزایش تهویه ریوی بیش از ۱۰۰ لیتر در دقیقه به افزایش جذب اکسیژن کمک نمی‌کند، زیرا به نظر می‌رسد حداکثر انتقال اکسیژن به بافت‌ها توسط عضلات قلب و تنفس محدود می‌شود.