بیولوژی ورزشی

بیولوژی فعالیت بدنی

هنگامی که هوا از نای عبور می کند و وارد ریه ها می شود این مسیر را از مجاری متعدد هوایی کوچکتر تا رسیدن به کیسه های هوایی پایانی ادامه می دهد برآورده شده است که حدود ۲۵۰ تا ۳۰۰ میلیون کیسه هوایی در ریه های یک انسان بالغ یافت می شود.

عبور هوا از لوله های متعدد کوچکتر و تنگ تر می شوند با مقاومت روبرو می شود برای کمک به کاهش این مقاومت، کیسه های هوایی از مادهای لیپوپروتئینی به نام سرفکتنت (Surfatant) پوشیده شده اند. خون مورد نیاز ریه ها از طریق سرخرگ برانشی به آنها داده میشود و معمولا نیاز متابولیکی ریه ها به خون در زمان استراحت حدود یک درصد برونده قلبی است که هنگام فعالیت به ۱۰ درصد می رسد.

خونی که برای اکسیژن گیری درون مویرگها و اطراف حبابچه های ریوی در گردش است از طریق سرخرگ ششی تامین می شود. تقریبا ۳۰۰ میلیارد مویرگ در ریه ها وجود دارد و سطح تماس مویرگیحبابچه ای نزدیک به ۷۰ متر مربع است.

زمان استراحت هر گلبول قرمز خونی به طور متوسط کمتر از یک ثانیه در تماس با یک کیسه هوایی خواهد بود ولی در زمان فعالیت زمان این تماس خیلی کاهش می یابد ولی باز هم در ریه ها سالم مبادله گازها به مقدار کافی صورت می گیرد به طوری که هموگلوبین از اکسیژن اشباع می شود و CO2 اضافی دفع می شود.

فشار اتمسفر در شرایط عادی تقریبا ۷۶۰ میلی متر جیوه است. هنگام دم و بازدم عادی فشار داخل ریه ها از ۳ تا ۸ میلی متر جیوه نسبت به فشار اتمسفر تغییر می کند و ریه ها هم یک نیروی ارتجاعی تا حدود ۵ میلی متر جیوه دارند.

مجموع نیروهای بازدمی شامل نیروی الاستیکی ریه و فشار داخل ریه ها (5-mhg3) به میزان ۴۲ میلی متر جیوه است که سبب خروج هوای داخل ریه ها به بیرون میشوند (۲ میلی متر جیوه بیشتر از فشار اتمسفر است) در هنگام فعالیت فشار درون ریوی ممکن است از منهای ۸۰ تا مثبت ۱۰۰ میلی متر جیوه تغییر کند و فشارهایی معادل ۶۸۰ تا ۸۶۰ میلی متر جیوه به وجود می آید که سبب ورود و خروج هوا به داخل ریه ها با شدت بیشتر می شوند.

حجمهای تنفسی زنان در شرایط عادی ۶۵ تا ۷۰ درصد حجمهای تنفسی مردان است. در شرایط عادی حجم جاری یک مرد جوان سالم ۵۰۰ میلی لیتر هوا است.

حجم ذخیرۂ دمی حدود ۳۰۰۰میلی متر و حجم ذخیره بازدمی ۱۲۰۰ میلی لیتر است. حجم باقیمانده به طور متوسط ۱۲۰۰ میلی لیتر است. مجموع چهار ظرفیت بالا ظرفیت کل ریه را تشکیل می دهند که حدود ۶۰۰۰میلی لیتر است. ظرفیت حیاتی مجموع حجم های ذخیره دمی جاری و ذخیره باز دمی است که تقریبا ۴۸۰۰ میلی لیتر است.

ظرفیت دمی شامل مجموع حجم هوای جاری و ذخیره دمی و حدود ۳۵۰۰ میلی لیتر است. ظرفیت باقیمانده عملی مقدار هوایی است که پس از یک بازدم عادی در ریه ها باقی می ماند و حدود ۲۴۰۰ میلی لیتر است. فضای مرده شامل مجاری هوایی بین دهان و بینی تا حبابچه ها را شامل می شود که حدود ۱۵۰ میلی لیتر است، در یک فرد عادی حجم جاری عملی عبارت است از تفاضل بين حجم جاری و فضای مرده (۱۵۰_۵۰۰) که تقریبا ۳۵۰ میلی لیتر است.

 

کنترل تهویه ای

تهویه ریوی به وسیله مکانیسم های عصبی و هورمونی کنترل می شود و ظاهرا مکانیسم های عصبی هنگام دم و بازدم عادی فعال ترند و نقش رفلکسی دارند و مکانیسم های هورمونی هنگامی که تراکم مواد شیمیایی خون از مقدار طبیعی بیشتر می شوند فعال می شوند مثل شرایطی در هنگام فعالیت روی می دهد.

 

نسبت تهویه به جذب اکسیژن

نسبت تهویه جذب اکسیژن برای سنجش کارایی تهویه کاربرد مناسبی دارد که در آن نسبت مقدار هوای تهویه شده به جذب اکسیژن سنجیده میشود.

در هنگام استراحت و فعالیت سبک ارزش عددی این نسبت در مردان جوان سالم حدود ۲۵ است (با تهویه دقیقه ای ۶۰۰۰میلی لیتر). با اجرای ورزش این نسبت به ۲۰ نزدیک می شود و با فعالیت شدیدتر اگر اکسیژن مصرفی به ۳ یا ۴لیتر در دقیقه برسد این نسبت به بالاتر از ۲۵ هم می رسد.

بعنوان مثال تهویه دقیقه ای ۱۳۰ ليتر و جذب اکسیژن دقیقه ای اگر ۲/ ۵ لیتر باشد این نسبت ۲۵ خواهد بود. این نسبت در ورزشکاران کمتر است.

 

اندکس مبادله تنفسی

نسب CO2 بازدمی به 02 مصرفی شاخص برای محاسبه انرژی مصرفی بدن به کار می رود. این نسبت را شاخص مبادله تنفسی می نامند (R) و گاهی به اشتباه بهره تنفسی (QR) می نامند.

هنگام فعالیت متوسط کوتاه مدت ارزش عددی R به ۱ نزدیک می شود و در فعالیت شدید تا ۱/ ۲ هم افزایش پیدا می کند. این اعداد مشخص کننده نوع مواد مصرفی سلول ها را نشان نمی دهند ولی به عنوان شاخص برای نشان دادن متابولیسم غیراکسایشی مورد بررسی قرار می گیرند.

افزایش اسیدلاکتیک در خون در نتیجه متابولیسم شدید غیر اکسایشی سبب کاهش PH و در نتیجه دیفوزیون سریع ملکول های CO2 و افزایش مقدار آن در هوای بازدمی می شود و دلیل دیگر ممکن است جدا شدن مولکول های CO2 از بافت ها باشد و یا CO2 ممکن است در سلول ها باقی مانده باشند.

قبل از اینکه متابولیسم بطور کامل غیراکسایشی شده باشد. تمرین استقامتی سبب کاهش ارزش عددی R می شود زیرا مصرف چربی در بافت های فعال زیادتر شده و ارزش R کاهش می یابد .

 

جذب و انتقال اکسیژن

اگر ضربان قلب در زمان استراحت ۶۰ بار در دقيقه و حجم ضربه ۱۰۰ میلی لیتر باشد برونده قلبی برابر با ۱۰۰ میلی لیتر یا ۶ لیتر در دقیقه خواهد بود و اگر تعداد تنفس ۱۲ بار در دقیقه و حجم جاری ۵۰۰ میلی لیتر باشد تهویه ریوی دقیقه ای هم ۶۰۰۰میلی لیتر با ۶ لیتر خواهد بود ولی در هنگام فعالیت ورزشی پرونده قلبی ممکن است به ۲۵ یا ۳۰ لیتر (در بعضی موارد ۳۸ لیتر هم گزارش شده) در دقیقه رسیده و تهویه ریوی هم به ۱۳۳ لیتر در دقیقه (۱۸۰ تا ۲۰۰ لیتر هم گزارش شده) برسد در این حالت اکسیژن مصرفی در دقیقه ممکن است به ۵ لیتر هم برسد.

در زمان استراحت فردی با برونده قلبی ۶ لیتر در دقیقه می تواند به مقدار ۲۵۰ میلی لیتر اکسیژن را در هر دقیقه مصرف کند هنگام فعالیت این مقدار به ۲۰ برابر (حدود ۵ لیتر) زمان استراحت می رسد و برونده قلبی ۵ برابر افزایش می یابد (حدود ۳۰ لیتر یا بیشتر) و اختلاف اکسیژن سرخرگی – سیاهرگی به چهار برابر افزایش می یابد.

افزایش اختلاف اکسیژن سرخرگی – سیاهرگی تا حدودی مربوط به توزیع مجدد برونده قلبی در بافت ها است زیرا در زمان فعالیت بیشینه ممکن است ۹۰ درصد برونده قلبی به عضلات فعال منتقل شوند درحالی که این مقدار از زمان استراحت ۱۵ درصد برونده قلبی است.

تغییر میل ترکیبی هموگلوبین با اکسیژن هم عامل دیگری در تحویل دادن اکسیژن به بافتهای فعال است که در نتیجه کاهش PH، افزایش دما و زیاد شدن تراکم CO2 صورت می گیرد. تغییر میل ترکیبی هموگلوبین با اکسیژن را می توان با منحنی تجزیه اکسیژن هموگلوبین (اکسی هموگلوبین) تشریح کرد.

عوامل محدود کننده جذب اکسیژن اکسیژن مصرفی بیشینه به میزان جذب اکسیژن، انتقال اکسیژن، تحویل اکسیژن و مصرف اکسیژن بستگی دارد.

جذب اکسیژن: اگر در هوای تنفسی اکسیژن کافی وجود داشته باشد، سطح حبابچه های ریوی بیشتر از آن مقداری است که برای جذب اکسیژن و اشباع خون سرخرگی از اکسیژن حتی در هنگام فعالیتهای شدید ورزشی لازم است. سطح تقریبی حبابچه ها برای تبادل اکسیژن ۷۰متر مربع است.

 

بیولوژی ورزشی

 

انتقال اکسیژن

انتقال اکسیژن به بافت ها و سلول های بدن به مقدار خون در گردش و ظرفیت حمل اکسیژن به وسیله خون بستگی دارد. برونده قلبی، میزان هموگلوبین واختلاف اکسیژن سرخرگی – سیاهرگی تعیین کننده ظرفیت حمل اکسیژن به وسیله خون هستند.

اکسیژن مصرفی برابر است با حاصل ضرب برونده قلبی در اختلاف اکسیژن سرخرگی – سیاهرگی، افزایش یا کاهش هر کدام از این عوامل سبب تغییر در مصرف اکسیژن خواهد شد. هر قدر پرونده قلبی بیشتر باشد مقدار جذب و انتقال اکسیژن افزایش خواهد یافت ولی برونده قلبی هم به وسیله حجم خون، حجم ضربه ای و ضربان قلب در دقیقه تعیین می شود که هیچ کدام مستقل از دیگری نیستند.

حجم خون بالاتر پتانسیل انتقال اکسیژن را زیادتر خواهد کرد. تمرین استقامتی حجم خون را افزایش می دهد و در مقابل عدم تمرکز یا بستری شدن طولانی سبب کاهش حجم خون خواهد شد.

اختلاف سطح اشباع سرخرگی س سیاهرگی در ریه ها عامل تعیین کننده دیگر برای مقدار اکسیژن انتقالی است. این عامل هم تحت تاثیر تراکم هموگلوبین و میل ترکیبی اکسیژن با هموگلوبین قرار دارد.

اسیدی بودن خون و تراکم زیاد ۲ و ۳ دی فسفو گلسیرات گلبول های قرمز، میل ترکیبی اکسیژن با هموگلوبین را کاهش می دهد. این امر موجب می شود که اکسیژن زیادتری به بافت ها تحویل داده شود.

در هر حال سطح اشباع خون مویرگهای ریوی از اکسیژن تغییر زیادی نمی کند چون گرادیان غلظتی اکسیژن حبابچه ای – مویرگی به قدری است که هموگلوبین تا ۹۸ درصد اشباع می شود حتی اگر میل ترکیبی آن با اکسیژن کمتر شده باشد.

 

تحویل اکسیژن

گرادیان تراكم اکسیژن از مویرگها به سلول ها تا حدودی مقدار اکسیژنی را که به سلول ها تحویل داده می شود تعیین می کند. کاهش میل ترکیبی اکسیژن با هموگلوبین سبب افزایش سرعت آزاد شدن اکسیژن می شود.

مقدار اکسیژن تحویل داده شده به فاصله انتشار همبستگی دارد (فاصله مویرگ تا مرکز سلول) بافتهای پرعروق که شبکه مویرگی وسیعی دارند و تعداد مویرگهای آن در واحد سطح بیشتر است (نسبت مویرگ به تار عضله) اکسیژن بیشتری دریافت می دارند. این فاصله در تهویه حبابچه ای هم نقش مهمی دارد و هر چه فاصله کمتر بوده و سطح انتشار بیشتر باشد تهویه بیشتر و سریع تر صورت می گیرد.

 

مصرف اکسیژن

شدت مصرف اکسیژن در سلول عامل مهمی در جذب اکسیژن است. عواملی که مصرف اکسیژن در سلول عضلانی را تعیین می کنند عبارتند از: تراکم میوگلوبین، میتوکندری و فعالیت های آنزیم های میتوکندری که قسمت زیادی از غشای آن را در بر می گیرند و با تمرین استقامتی بیشتر می شوند.

 

سازگاری فوری به فعالیت سنگین

شناخت سازگاری های ریه در مردان جوان نسبت به تمرین استقامتی پیچیده است. ولی در تحقیقات مشاهده شده، حیواناتی که در شرایط کم اکسیژنی قرار می گیرند حجمهای ریوی آنها حدود ۲۰ درصد زیادتر می شود که ممکن است ناشی از بزرگتر شدن حبابچه های ریوی باشد دیواره حبابچه های ریوی در اثر تکثیر سلولی ضخیم تر شده و سپس تعداد حبابچه ای ریوی افزایش پیدا می کنند ولی حتی ۴ هفته تمرین استقامتی هم تاثیر قابل توجهی بر رشد ریه ها نشان نداده است کاهش تهویه دقیقه ای در واکنش به تمرین های مناسب نشانه یکی از سازگاریهای اصلی ریوی است که بخصوص در کاهش تعداد تنفس در دقیقه قابل مشاهده است و این امر در فعالیتهای سنگین اهمیت زیادی پیدا می کند که ممکن است دلیل آن افزایش کارایی در تهویه ریوی و افزایش گرادیان غلظتی اکسیژن در بافت هاست که سبب آزاد شدن سریع تر و بیشتر اکسیژن به بافت ها می شود.

علاوه بر این افراد تمرین کرده حساسیت کمتری نسبت به CO2 بدست می آورند و افراد ورزیده نسبت به اثر تحریکی CO2 سازگاری بدست می آورند. در فعالیتهای سنگین ظرفیت انتشار اکسیژن از حبابچه ها به مویرگهای ریوی هم بیشتر می شود و حجم خون در مویرگ های ریوی و شبکه مویرگی افزایش می یابد.

نیازهای پروتئینی در ورزشکاران بیش از سایر افراد است، که البته تامین این نیاز پروتئینی در افرادی با رژیم های عادی، (یعنی افرادی که از گوشت و منابع حیوانی استفاده می نمایند) راحت تر از گیاه خواران می باشد. استفاده از منابع حیوانی و گوشت می تواند تمام اسیدهای آمینه ضروری و پروتئین با ارزش بیولوژیکی بالا را در اختیار بدن قرار دهد.

منابع گیاهی پروتئین اغلب ارزش بیولوژیکی پایینی دارند. برخی از گیاه خواران به جهت استفاده از شیر کم چرب و مشتقات آن، قادرند نیازهای پروتئینی خود را از این طریق برطرف نمایند.

در ورزشکاران گیاه خوار اغلب منابع پروتئین شامل: حبوبات، دانه های روغنی، سویا، غلات سبوس دار، تخم مرغ، شیر و مشتقات آن می باشد.

ویتامین ها: غلات، دانه های روغنی، میوه ها، سبزیجات، حبوبات، محتوی ویتامینهای گروه B (غیر از B12)، ویتامین و فولات که برای ورزشکاران ضروری هستند، می باشند. متاسفانه ویتامین B12 در محصولات گیاهی یافت نمی شود و منبع اصلی این ویتامین غذاهای با منشاء حیوانی و گوشت می باشد. برخی از گیاهخواران از طریق شیر و مشتقات آن و نیز تخم مرغ مقدار ویتامین B12 مورد نیاز خود را تامین می نمایند.

مواد معدنی استفاده از مقادیر زیاد فیتات و اگزالات (غلات با فیبر بالا، سبزی جات برگ سبز و…) می تواند باعث کاهش میزان برخی از مواد معدنی در بدن شود، استفاده زیاد از آهن غیر هم، (آهنی که در منابع گیاهی یافت می شود) فیبرهای غذایی و اسید فیتیک می تواند جذب روی را کاهش دهد.

روی ماده ای است معدنی، که اغلب در رژیم ورزشکاران زن مطرح است و کمبود آن معمولا در زنان ورزشکار مشاهده می شود. از منابع غنی روی می توان به گوشت، حبوبات، محصولات دریایی، غلات سبوس دار و دانه های روغنی اشاره کرد.

 

ورزشکاران زن گیاه خوار باید به دریافت موارد زیر دقت بیشتری نمایند

*آهن    * انرژی    * پروتئین    * ویتامین B۱۲    *کلسیم      *روی

برای اولین بار در سال ۱۹۹۲ کالج پزشکی ورزش آمریکا برای ورزشکاران زن یک مثلثی با ۳ بخش پوکی استخوان، آمنوره و مشکلات غذا خوردن مطرح کرده است. مطالعات انجام گرفته نشان میدهد که، این مشکلات فقط در ورزشکاران حرفه ای مشاهده نمی شود، بلکه در دختران جوانی که ورزش و نرمش می کنند هم مشاهده می گردد.

 

مشکلات دختران جوانی که ورزش و نرمش می کنند

غذا نخوردن: که نتیجه آن کاهش وزن می باشد

آمنوره : شروع نشدن قاعدگی منظم تا سن ۱۶ سالگی در افرادی که حامله نمی باشند را آمنوره گویند. قاعدگی وابسته به تعادل هورمونی مرکبی در بدن می باشد. رژیم های شدید و غیر علمی ورزش های شدید و طاقت فرسا باعث برهم خوردن تعادل هورمونی زنان شده و می تواند باعث برهم خوردن سیکل قاعدگی شود.

در آمنوره مقدار استروژن کاهش می یابد. در ورزشکاران زن به دلیل ورزش های شدید آمنوره مشاهده می شود. دلایل آن عبارتند از کاهش استروژن در بدن، ترکیب بدن، تغذیه نامناسب، نوع و شدت ورزش، شروع ورزش به صورت سریع، شدید و سنگین، استرس .

پوکی استخوان : استروژن برای ساخته شدن استخوان لازم است. کاهش استروژن و استفاده کم از منابع کلسیم به جهت کم خوری با هدف کاهش وزن می تواند باعث ضعیف شدن استخوان شود.

مطالعات انجام گرفته نشان می دهد که، این مشکلات فقط در ورزشکاران حرفه ای مشاهده نمی شود، بلکه در دختران جوانی که ورزش و نرمش می کنند هم مشاهده می گردد.

در مقابله با این مشکلات بهترین و راحت ترین راه، تغذیه صحیح و علمی میباشد که در این صورت مشکلات غذاخوردن، آمنوره و پوکی استخوان نیز خود به خود حل خواهند شد.

 

رعایت نکات تغذیه ای :

* استفاده از ۶ تا ۱۱ واحد گروه نان و غلات

* ۳ تا ۵ واحد سبزی

* ۲ تا ۴ واحد میوه

* ۲ تا ۳ واحد گوشت

* ۲ تا ۳ واحد شیر و مشتقات آن

*روغن ها و شیرینی جات به مقدار کم

جانشین های غذایی از مواد غذایی فوق

* ۱۶ واحد نان و غلات یک سوم لیوان برنج پخته یا نصف لیوان ماکارونی یا ۳۰ گرم نان

*۱ واحد سبزیجات یک لیوان سبزی خام یا نصف لیوان سبزی پخته یا آب، سبزی

*۱ واحد میوہ جات نصف لیوان آب میوه، یا یک چهارم لیوان میوه خشک شده

* ۱ واحد گوشت و ۳۰ گرم از انواع گوشت کم تربیه، مرغ، ماهی و …

* ۱ واحد، شیر و مشتقات آن به یک لیوان شیر، با یک لیوان ماست و …