دیدکلی
طی دهها هزار سال ، تنها شکل انرژی قابل استفاده برای انسان اندیشمند و اهدافش نیروی عضلانی بود. امروزه هم در کشورهای در حال توسعه ، میلیونها انسان ، هنوز هم به نیروی عضلانی خود یا حیواناتشان متکی هستند. سوخت آنها همان غذایی است که میخورند و از حیث بازدهی هزینهها ، گرانترین شکل انرژی مصرفی زارعی ، یا گاو او ، که حتی از حداقل جیرههای غذایی هم استفاده کند بر اساس بهای هر کیلو کالری ، در مقایسه با
انرژی برق حاصل از
نیروگاه هستهای نسبت بار گرانتر است.
به بیان دیگر اگر بخواهیم نیروی عضلانی را به صورت یک مثال ذهنی بیان کنیم، باید بگوییم که اگر قرار بود به جای
کشتیهای مسافری فعلی که
اقیانوس اطلس را میپیماید از
کشتی پارویی استفاده شود، برای هر کشتی 3.5 میلیون پاروزن لازم بود تا این کشتی را دو تا پنج روز از
نیویورک به
بندر نتربورگ فرانسه برسانند.
در حقیقت عضلات و موتورهای گرمایی هر دو سیستمی هستند که بر اثر اکسید کردن
مواد قابل احتراق (ترکیب مواد با اکسیژن) کار ایجاد میکنند. اما شباهت این دو سیستم در همین یک مورد خلاصه میشود. کار عضلات ، در دمای ثابت انجام میشود و به کمک
باتری کار میکند.
انرژی شیمییایی باتری بدون آنکه از قبل به صورت گرما در آید، به کار مکانیکی تبدیل میشود. مصرف روی در باتری ، شبیه مصرف مواد غذایی در عضلات است.
منشا انرژی عضلانی
انرژی عضلانی ، حاصل از ترکیب کربو هیدراتها با
اکسیژن هوا است و در این فرآیند مقادیری
دی اکسید کربن و
آب هم تولید میشود. کربوهیدرات به صورت
گلیکوژن (glycogen) در عضلات ذخیره میشود و بدن میتواند آن را از
پروتئین و
چربی موجود در غذا و سایر کربوهیدراتها کسب کند، اکسیژن هم با
گردش خون در اختیار عضلات قرار میگیرد. ابن اکسیده شدن فرایند پیچیدهای است که
آنزیمهای مختلفی در آن دخالت دارند. فرایند یاد شده به کندی صورت میگیرد و انرژی آزاد شده به شکلی نیست که برای پروتئینهای انقباضی ، یعنی پروتئینهایی که بافتهای کشنده عضلات را تشکیل میدهند، به صورت مستقیم قابل استفاده باشد.
بنابراین ، انرژی حاصل از این
فرآیندهای اکسیژنبر (هوازی) ، برای به جریان انداختن سیستم پیچیدهای از واکنشهای شیمیایی بیهوازی به کار میرود و سرانجام به ساخت کراتین (Creatine
اسید آلی نیتروژندار) فسفات (CP) و
آدنوزین تری فسفات (ATP) میانجامد. ATP در مجاورت آنزیم مربوطه به
آدنوزین دی فسفات (ADP) و انرژی تبدیل میشود و انرژی حاصل در اختیار پروتئینهای انقباضی قرار میگیرد. مقدار ATP ، با انجام عکس واکنش یاد شده در بالا به سرعت تجدید میشود و انرژی مورد نیاز این واکنش معکوس از
هیدرولیز (تجزیه شیمیایی که متضمن افزوده شدن عناصر اضافی تشکیل دهنده آب است)
کراتین فسفات ، تامین میشود.
عملکرد عضلات در وضعیت دشوار
همه عضلات میتوانند
فرآیندهای احتراقی خود را در وضعیت دشوار هم انجام دهند. اما در چنین مواردی شاید خون نتواند اکسیژن مورد نیاز را تامین کند، که در آن صورت اکسیژن لازم از
گلیکوژن بدن تامین میشود. تهیه اکسیژن از طریق گلیکوژن به
اسید لاکتیک صورت میگیرد. اسید لاکتیک اضافی توسط جریان خون به
کبد و عضلات غیر فعال منتقل میشود و در آنجا حدود 20 درصد آن به منظور تولید دی اکسید کربن و آب میسوزد. انرژی حاصل برای تبدیل مجدد 80 درصد باقی مانده به
گلیکوژن ، مصرف میشود. در این روش ، بار متابولیکی به جای اینکه منحصر به عضلات فعال باشد، به تمامی بدن پخش میشود.
مکانیزم کار عضلات
هنگامی که
عضله فعالیت میکند، به اکسیژن اضافی نیاز دارد. بنابراین ، رگهای داخلی عضله باز میشود و حداکثر خون به سوی ناحیه فعال متوجه میشود. اگر شدت فعالیت زیاد باشد، لازم است که تغییرات متعادل کنندهای در سایر قسمتهای
دستگاه گردش خون به وجود آید. رگهای پوست آشکارا ، بسته میشوند و قلب برای به گردش در آوردن سریعتر خون با آهنگ بیشتر و نیروی بیشتری میتپد. عضلات فعال
دی اکسید کربن اضافی تولید میکنند، و این دی اکسید کربن ، بخشهای حساس
یاختههای مغز را تحریک میکند. این جریان باعث میشود که نفس کشیدن عمیقتر و سریعتر صورت گیرد تا دی اکسید کربن به نحو موثرتری از خون زدوده و اکسیژن بیشتری به آن جذب شود.
این مکانیزمهای جبران کننده این امکان را فراهم میآورند که انتقال اکسیژن بیش از معمول انجام شود، هرچند که تعداد اکسیژن به هر حال از حدود معینی تجاوز نمیکند. حتی ورزشکارانترین آدمها هم نمیتواند در هر دقیقه بیشتر از 4.5 لیتر
اکسیژن جذب کند ( و این کمیت تقریبا 20 برابر جذب اکسیژن در هنگام استراحت اوست) ، و برای اینکه این مقدار اکسیژن به بافتها برسد، هر
نیمه قلب باید در دقیقه تقریبا سی لیتر خون را با تلمبه زدن جابجا کند. از آنجا که هر لیتر اکسیژن مصرف شده ، حدود 5000 کالری انرژی تولید میکند، بنابراین بیشترین آهنگ تولید مستمر انرژی در انسان تقریبا 1.5 کیلو وات است که با در نظر گرفتن
بازده 25 درصد ،
کار مکانیکی تولید شده ، 0.5 قوه
اسب بخار خواهد بود.
این کمیت تقریبا برابر است با تعداد حاصل از
اندازه گیری مستقیم کاری که یک مرد در هنگام پارو زدن شدید انجام میدهد. دلیل این محدودیت ، بیشتر به جریانهای متاثر از
انتقال انرژی مرتبط است تا محدودیتهای درونی عضلات. اگر به جای هوا مقدار زیادی اکسیژن متراکم تنفس شود، این اکسیژن به نحو موثرتری به جریان خون جذب میشود، و به این معناست که میتوان بدون ناراحتی و زحمت ، با شدت بیشتری کار کرد. تاثیر مفید تنفس اکسیژن تنها هنگامی ظاهر میشود که اعمال زیستی مانند
ورزش شدید یا قرار گرفتن در ارتفاع زیاد ، دچار اشکال شده باشد. در اوضاع عادی ، فایده محسوسی (از تنفس اکسیژن) مشهود نیست.
مباحث مرتبط با عنوان