عضلات اسکلتی: نیروگاه‌های بدن و سازگاری شگفت‌انگیز با کمبود اکسیژن
عضلات اسکلتی چیستند و چگونه کار می‌کنند؟
عضلات اسکلتی آن دسته از عضلاتی هستند که به استخوان‌های بدن متصل شده‌اند و مسئول حرکات ارادی ما مانند راه رفتن، دویدن و بلند کردن اجسام هستند. این عضلات از واحدهای کوچکی به نام تار عضلانی5 ساخته شده‌اند. هر تار عضلانی حاوی رشته‌های نازکی است که می‌توانند درون هم بلغزند و باعث انقباض عضله شوند. برای این انقباض، عضله به انرژی نیاز دارد. این انرژی به صورت مولکولی به نام آدنوزین تری‌فسفات6 یا ATP در سلول ذخیره می‌شود.
مثلاً وقتی یک کتاب را از روی میز برمی‌دارید، مغز شما فرمان انقباض را به عضلات دستتان می‌فرستد و آن عضلات با مصرف ATP، این کار را انجام می‌دهند.
| ویژگی | تنفس هوازی | تخمیر اسید لاکتیک (بی‌هوازی) |
|---|---|---|
| نیاز به اکسیژن | دارد | ندارد |
| محل انجام | میتوکندری7 | سیتوپلاسم8 سلول |
| میزان ATP تولیدی | 36 مولکول (بسیار زیاد) | فقط 2 مولکول (کم) |
| محصول نهایی | دی‌اکسید کربن و آب | اسید لاکتیک |
| مثال فعالیت | پیاده‌روی آرام | دوی سرعت 100 متر |
وقتی اکسیژن کم می‌آید: آغاز تخمیر اسید لاکتیک
هنگامی که فعالیت بدنی شدیدی مانند دویدن سریع یا بلند کردن وزنه‌های سنگین انجام می‌دهیم، بدن ما به سرعت به انرژی زیادی نیاز پیدا می‌کند. در این شرایط، سیستم تنفسی و گردش خون نمی‌توانند به سرعت اکسیژن کافی را به عضلات در حال کار برسانند. اینجاست که عضلات از راهکار جایگزین و فوری به نام تخمیر اسید لاکتیک استفاده می‌کنند.
در این فرآیند، مولکول قند (گلوکز) که منبع اصلی سوخت سلول است، بدون نیاز به اکسیژن تجزیه می‌شود. این تجزیه در چند مرحله انجام می‌شود که به آن گلیکولیز9 می‌گویند. حاصل نهایی گلیکولیز، تولید مقداری ATP و همچنین یک ماده به نام اسید لاکتیک10 است.
$ C_6H_{12}O_6 \xrightarrow[\text{گلیکولیز}]{} 2 C_3H_6O_3 + 2 ATP $
(گلوکز) (اسید لاکتیک)
اسید لاکتیک: مقصر خستگی عضلانی یا پیام‌رسان هوشمند؟
برای مدت‌ها تصور می‌شد که تجمع اسید لاکتیک در عضله، تنها دلیل احساس سوزش و خستگی در حین ورزش شدید است. اگرچه این ماده در ایجاد این حس نقش دارد، اما دانشمندان امروزه می‌دانند که اسید لاکتیک یک "مقصر" ساده نیست، بلکه یک منبع انرژی موقت و یک پیام‌رسان مهم است.
اسید لاکتیک تولید شده می‌تواند:
- به عنوان سوخت توسط خود همان عضله یا عضلات مجاور در حالت استراحت استفاده شود.
- به کبد فرستاده شود و در آنجا دوباره به گلوکز تبدیل گردد (چرخه کوری11).
- به عنوان یک سیگنال، به بدن هشدار دهد که شدت فعالیت بسیار بالا است و نیاز به کاستن از آن وجود دارد.
مثلاً در پایان یک دوی سرعت، ورزشکار برای بازسازی ATP و پاکسازی اسید لاکتیک، به نفس‌نفس عمیق (جبران اکسیژن) نیاز دارد.
از کلاس زیست‌شناسی تا زمین ورزش: کاربرد عملی این دانش
درک این فرآیند به ما کمک می‌کند تا برنامه‌ریزی بهتری برای ورزش و فعالیت‌های بدنی خود داشته باشیم. یک ورزشکار استقامتی مانند یک دونده ماراتن، عمدتاً از سیستم هوازی استفاده می‌کند و باید توانایی قلب و ریه‌های خود را تقویت کند. در مقابل، یک وزنه‌بردار یا دونده سرعت، بیشتر بر سیستم بی‌هوازی تکیه دارد و باید قدرت و توان عضلانی خود را افزایش دهد.
همچنین، انجام حرکات کششی و سرد کردن بعد از ورزش، به گردش خون کمک می‌کند تا اسید لاکتیک تجمع یافته را سریع‌تر از عضلات پاکسازی کند و از درد عضلانی روز بعد (کوفتگی12) بکاهد.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
خیر. این یک باور غلط رایج است. اسید لاکتیک معمولاً ظرف یک ساعت پس از پایان ورزش از عضلات پاک می‌شود. درد درد عضلانی با شروع تأخیری یا DOMS که روز بعد احساس می‌شود، ناشی از پارگی‌های میکروسکوپی در فیبرهای عضلانی و فرآیند ترمیم و بازسازی آن‌ها است.
خیر، کاملاً برعکس. این یک مکانیسم تکاملی و نجات‌بخش برای بدن است. اگر این سیستم وجود نداشت، در هنگام فعالیت‌های شدید و فرار از خطر (مانند دریدن از دست یک حیوان درنده)، عضلات ما به سرعت از کار می‌افتادند. تولید اسید لاکتیک به عضلات اجازه می‌دهد برای مدت کوتاهی اما با حداکثر قدرت به کار خود ادامه دهند.
با تمرینات ورزشی منظم و تخصصی، بدن یاد می‌گیرد که:
- مقدار کمتری اسید لاکتیک در شدت فعالیت یکسان تولید کند.
- اسید لاکتیک تولید شده را سریع‌تر پاکسازی و دفع نماید.
- توانایی بیشتری برای خنثی کردن حالت اسیدی ایجاد شده پیدا کند.
به این حالت "سازگاری" عضله می‌گویند.
پاورقی
1 عضلات اسکلتی (Skeletal Muscles)
2 تخمیر اسید لاکتیک (Lactic Acid Fermentation)
3 گلوکز (Glucose)
4 آدنوزین تری‌فسفات (Adenosine Triphosphate) - مولکول حامل انرژی در موجودات زنده.
5 تار عضلانی (Muscle Fiber)
6 آدنوزین تری‌فسفات (Adenosine Triphosphate)
7 میتوکندری (Mitochondrion) - اندامک تولیدکننده انرژی در سلول.
8 سیتوپلاسم (Cytoplasm) - ماده ژلهlike درون سلول که اندامک‌ها در آن شناورند.
9 گلیکولیز (Glycolysis) - فرآیند شکستن گلوکز به مولکول کوچکتر (پیرووات).
10 اسید لاکتیک (Lactic Acid)
11 چرخه کوری (Cori Cycle)
12 کوفتگی (Muscle Soreness)