معلومة

كيف تختلف الحرارة الناتجة عن التمثيل الغذائي مقارنة بالحرارة الناتجة عن التمرين؟


أنا من خلفية رياضية لذلك ليس لدي الكثير من المعرفة في علم الأحياء. أقوم ببناء نموذج رياضي للتنبؤ بتوليد الحرارة باستخدام معلمات توليد الحرارة الأيضية وممارسة توليد الحرارة.

إن توليد الحرارة الأيضية بقدر ما أفهم هو الحرارة الناتجة عن العمليات الكيميائية للجسم ، وهضم الطعام ، والتخلص من النفايات.

في هذه المقالة هنا ، قيمة توليد الحرارة الأيضية هي 33800 $ W / m ^ 3 $. لكن شدة التمرين كما هو موضح هنا لها قيم تبلغ حوالي 582 دولارًا أمريكيًا / م 2 دولارًا أمريكيًا فقط.

أعتقد أننا ننتج المزيد من الحرارة عند ممارسة الرياضة أكثر من الأنشطة الأيضية وحدها. هل هذا صحيح؟

إذا كان الأمر كذلك ، فلماذا هذا الاختلاف الكبير في قيم 33800 و 582؟ لماذا تكون الحرارة الناتجة عن التمرين منخفضة القيمة؟ (بالطبع لا يتم قياسها بنفس الوحدات.)

هل هناك أي وحدة أخرى غير $ W / m ^ 2 $ تقيس الحرارة المتولدة من خلال التمارين بحيث تعطي قيمة أقرب على الأقل لتوليد الحرارة الأيضية؟


أولاً ، عليك تحويل الأرقام الخاصة بك إلى نفس الوحدات لأية مقارنة لتكون منطقية. ضع في اعتبارك أن متوسط ​​مساحة جسم الإنسان تبلغ حوالي 1.8 مليون دولار ^ 2 دولار وحجم حوالي 66 لترًا = 0.066 مليون دولار ^ 3 دولار. إذن ، فإن الأرقام الخاصة بك تعادل 2230 واط للحرارة الأيضية و 1050 واط من حرارة التمرين للشخص العادي.

القيمة 2230W لمعدل الأيض الأساسي (من الجدول 1 في ورقة Bagum et al) ليست قريبة مما تم قياسه في الممارسة العملية. معدل الأيض الأساسي ("مكافئ التمثيل الغذائي" ، 1 MET) سيكون 105W للشخص العادي وفقًا لصفحة ويكيبيديا التي استشهدت بها ، والتي تساوي 2150 كيلو كالوري في اليوم. هذا يتعلق بالمدخول اليومي الموصى به من السعرات الحرارية ، لذلك فمن المنطقي. لا أعرف من أين تأتي قيمتها البالغة 33800 وات / م ^ 3 دولار لـ "توليد الحرارة الأيضية" ، ربما يعني أنها تمثل شيئًا آخر (لا يمكنني القول أنني أفهم المقالة) ولكنها ليست معدل التمثيل الغذائي متوسط ​​الأنسجة البشرية.


الفرق بين الهدم والابتناء

المعرفة حول عمليات التمثيل الغذائي للجسم بين الناس في الغالب على الجانب السفلي بسبب التعقيد ، والابتناء والتقويض هما من تلك العمليات الهامة. بسبب الفهم غير الكافي لهذه العمليات ، يمكن للمصطلحين بسهولة إرباك أي شخص. لذلك ، سيكون من المفيد فقط متابعة بعض المعلومات ، وتحاول هذه المقالة مناقشة هذه بطريقة موجزة ودقيقة. تميز المقارنة المقدمة في نهاية المقال بعض الاختلافات المهمة بين الابتنائية والتقويض.

ما هو الهدم؟

في فهم عملية الهدم ، سيكون من الأفضل النظر في عملية التمثيل الغذائي الشاملة ، ويتم حرق الجزيئات تقنيًا لاستخراج الطاقة. التنفس الخلوي هو عملية تقويضية ، ويتفاعل الجلوكوز والدهون بشكل أساسي مع الأكسجين للحرق لإطلاق الطاقة مثل ATP (أدينوزين ثلاثي الفوسفات). عادة ، يعمل التقويض على حرق السكريات الأحادية والدهون ، ويتم استخدام كمية صغيرة جدًا من البروتينات أو الأحماض الأمينية لحرق الطاقة. الهدم هو عملية أكسدة ، يتم خلالها إطلاق جزء من الطاقة كحرارة. تعتبر الحرارة المتولدة من خلال الهدم مهمة للحفاظ على حرارة الجسم. ثاني أكسيد الكربون هو أحد منتجات النفايات الرئيسية للتنفس الخلوي أو التقويض. يتم نقل هذه النفايات إلى مجرى الدم الوريدي عبر الشعيرات الدموية ، ثم يتم نقلها إلى الرئتين للزفير. يتطلب نمو وتطور خلايا الكائنات الحية قدرًا كبيرًا من ATPs ، ويتم استيفاء متطلبات ATP بالكامل عن طريق التنفس الخلوي. لذلك ، فإن التقويض له أهمية كبيرة في إنتاج الطاقة. بمعنى آخر ، الهدم هو عملية التمثيل الغذائي الأساسية لاستخراج الطاقة الكيميائية من الطعام.

ما هو الابتنائية؟

الأيض هو مسار التمثيل الغذائي الذي هو حيوي للغاية لجميع الكائنات الحية. المعنى العام للابتناء بسيط ، لأنه يبني الجزيئات من وحدات أساسية صغيرة. أثناء عملية الابتنائية ، يتم استخدام الطاقة المخزنة مثل ATP. لذلك ، من الواضح أن الابتنائية تتطلب طاقة منتجة من الهدم. يعد تخليق البروتين مثالًا رئيسيًا على عملية الابتنائية ، حيث ترتبط الأحماض الأمينية معًا بواسطة روابط الببتيد لتكوين جزيئات بروتينية كبيرة وتستخدم العملية ATP المنتج من الهدم. يعد نمو الجسم ، وتمعدن العظام وزيادة كتلة العضلات بعضًا من عمليات الابتنائية الأخرى. يتم التحكم في جميع عمليات التمثيل الغذائي عن طريق الهرمونات (الستيرويدات الابتنائية) وفقًا للساعة البيولوجية للجسم. لذلك ، فإن الاختلافات في الأنشطة الأيضية مرتبطة بالوقت وهو أمر مهم في البيئة ، حيث أن بعض الحيوانات تنشط أثناء الليل والبعض الآخر في النهار. عادةً ما تكون الأنشطة الابتنائية أكثر فاعلية أثناء النوم أو الراحة.

ماهو الفرق بين الابتنائية و الهدم؟

كل من التمثيل الغذائي والتقويض هما عمليتان استقلابيتان ، لكنهما يختلفان بشكل متباين عن بعضهما البعض.

• الهدم ينتج الطاقة ولكن الابتنائية تستخدم الطاقة.

• في المسارات التقويضية ، يتم تقسيم الجزيئات الكبيرة إلى مونومرات صغيرة ، بينما في عملية الاستقلاب ، ترتبط الجزيئات الصغيرة ببعضها البعض لتكوين جزيئات كبيرة.

• الهدم مستقل عن الابتنائية. ومع ذلك ، فإن الابتنائية يتطلب إنتاج ATP عن طريق الهدم.

• التقويض وظيفي بمعدل أعلى أثناء النشاط ، والذي يحتاج إلى طاقة لتقلص العضلات ، بينما يكون التمثيل الغذائي أكثر فاعلية أثناء النوم أو الراحة.

• تميل العمليات التقويضية نحو استخدام الطعام المخزن لإنتاج الطاقة ، بينما من المحتمل أن تؤدي العمليات الابتنائية إلى تشكيل الأنسجة والأعضاء وإصلاحها وتأثيثها.


الفرق بين التمثيل الغذائي والتقويض

سيكون من المهم جدًا فهم الفرق بين التمثيل الغذائي والتقويض ، حيث غالبًا ما يتم فهم هذه المصطلحات عن طريق الخطأ. عادة ، لا يفضل معظم الطلاب دراسة علم وظائف الأعضاء بسبب الصعوبات في فهم المسارات الكيميائية الحيوية المعقدة للغاية. ومع ذلك ، إذا تم فهم العملية الكلية بحس جيد ، فسيكون من السهل اتباع هذه المسارات الأيضية. لذلك ، ستكون هذه المقالة مهمة لأي شخص لم يكن في علم وظائف الأعضاء ، حيث إنها تصف بإيجاز ما هو المقصود بعملية التمثيل الغذائي والتقويض بشكل منفصل. بالإضافة إلى ذلك ، سيكون من المثير للاهتمام متابعة المقارنة المعروضة بين الموضوعين.

التمثيل الغذائي هو مجموعة حيوية للغاية من التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تحدث ، مما يحافظ على حياة الكائنات الحية. عمليات التمثيل الغذائي ضرورية للحفاظ على نمو وتطور الكائنات الحية ، واستخراج الطاقة من خلال مسارات التمثيل الغذائي. يتكون التمثيل الغذائي بشكل أساسي من عمليتين رئيسيتين تعرفان باسم التقويض والتمثيل الغذائي ، وهما المسؤولتان عن حصاد الطاقة وإنفاقها. علاوة على ذلك ، يتم تكسير المواد العضوية من خلال عمليات الهضم التقويضية ويتم حرقها عن طريق التنفس الخلوي لاستخراج الطاقة. يتم إجراء عمليات الابتنائية باستخدام الطاقة من الهدم لبناء المكونات الحيوية. البروتينات والأحماض النووية للحفاظ على الحياة في الكائن الحي. يتم تنظيم التفاعلات الأيضية بشكل جيد كمسارات يتم التحكم فيها باستخدام الهرمونات والإنزيمات. مع اكتشاف عملية التمثيل الغذائي للكائنات المختلفة ، لوحظ أن هذه المسارات الأيضية متشابهة بشكل ملحوظ حتى في الأنواع المميزة جدًا. يقدم علم البيئة وعلم الأحياء التطوري تفسيرات لهذه التشابهات الرائعة. هذا يعني أن إمكانات النشاط الأيضي تحدد استدامة حياة كائن حي معين.

في فهم عملية الهدم ، سيكون من الأفضل النظر في عملية التمثيل الغذائي الشاملة ، ويتم حرق الجزيئات تقنيًا لاستخراج الطاقة. التنفس الخلوي هو عملية تقويضية ، ويتفاعل الجلوكوز والدهون بشكل أساسي مع الأكسجين للحرق لإطلاق الطاقة مثل ATP (أدينوزين ثلاثي الفوسفات). عادة ، يعمل التقويض على حرق الدهون الأحادية السكرية ، ويتم استخدام كمية صغيرة جدًا من البروتينات أو الأحماض الأمينية للحرق للحصول على الطاقة. الهدم هو عملية أكسدة ، يتم خلالها إطلاق جزء من الطاقة كحرارة. تعتبر الحرارة المتولدة من خلال الهدم مهمة للحفاظ على حرارة الجسم. ثاني أكسيد الكربون هو أحد منتجات النفايات الرئيسية للتنفس الخلوي أو التقويض. يتم نقل هذه النفايات إلى مجرى الدم الوريدي عبر الشعيرات الدموية ، ثم يتم نقلها إلى الرئتين للزفير. يتطلب نمو وتطور خلايا الكائنات الحية قدرًا كبيرًا من ATPs ، ويتم استيفاء متطلبات ATP بالكامل عن طريق التنفس الخلوي. لذلك ، فإن التقويض له أهمية كبيرة في إنتاج الطاقة. بمعنى آخر ، الهدم هو عملية التمثيل الغذائي الأساسية لاستخراج الطاقة الكيميائية من الطعام.

ما هو الفرق بين التمثيل الغذائي والتقويض؟

• الهدم هو نوع واحد من التمثيل الغذائي. بمعنى آخر ، الهدم هو جانب واحد في حين أن التمثيل الغذائي هو مجموعة من جانبين.

• يتم استخراج الطاقة أو حصادها في عملية الهدم ، ولكن عملية التمثيل الغذائي تستهلك ، وكذلك تحصد الطاقة.

• يكون معدل التقويض أعلى أثناء إنفاق الشخص للطاقة بنشاط ، في حين أن معدل الأيض يكون أعلى في كل مرة يحدث فيها كل من الهدم والتمثيل الغذائي.

• تميل العمليات التقويضية إلى تحطيم الطعام إلى مونومرات صغيرة واستخدام الطعام المخزن لإنتاج الطاقة ، في حين أن عمليات التمثيل الغذائي بأكملها من المحتمل أن تشكل ، وترمم ، وتؤمن الأنسجة والأعضاء من خلال إنتاج واستخدام الطاقة.


الديناميكا الحرارية

ينص القانون الأول للديناميكا الحرارية على أن الكمية الإجمالية للطاقة في الكون ثابتة ومحفوظة. بعبارة أخرى ، كان هناك دائمًا وسيظل دائمًا نفس القدر من الطاقة في الكون. توجد الطاقة في العديد من الأشكال المختلفة. وفقًا للقانون الأول للديناميكا الحرارية ، يمكن نقل الطاقة من مكان إلى آخر أو تحويلها إلى أشكال مختلفة ، ولكن لا يمكن إنشاؤها أو تدميرها. تحدث عمليات نقل وتحولات الطاقة من حولنا طوال الوقت. تحول المصابيح الكهربائية الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية وطاقة حرارية. تعمل مواقد الغاز على تحويل الطاقة الكيميائية من الغاز الطبيعي إلى طاقة حرارية. تقوم النباتات بأحد أكثر تحولات الطاقة المفيدة بيولوجيًا على الأرض: تحويل طاقة ضوء الشمس إلى طاقة كيميائية مخزنة داخل الجزيئات العضوية (الشكل 3). تظهر بعض الأمثلة على تحولات الطاقة في (الشكل 3).

الشكل 3. المعروض هو بعض الأمثلة على نقل الطاقة وتحويلها من نظام إلى آخر ومن شكل إلى آخر. يزود الطعام الذي نستهلكه خلايانا بالطاقة اللازمة لأداء وظائف الجسم ، تمامًا كما تزود الطاقة الضوئية النباتات بالوسائل اللازمة لتوليد الطاقة الكيميائية التي تحتاجها. (الائتمان & # 8220ice cream & # 8221: تعديل العمل بواسطة D.

التحدي الذي يواجه جميع الكائنات الحية هو الحصول على الطاقة من محيطها في أشكال يمكنها نقلها أو تحويلها إلى طاقة قابلة للاستخدام للقيام بالعمل. تطورت الخلايا الحية لمواجهة هذا التحدي. يتم نقل الطاقة الكيميائية المخزنة داخل الجزيئات العضوية مثل السكريات والدهون وتحويلها من خلال سلسلة من التفاعلات الكيميائية الخلوية إلى طاقة داخل جزيئات ATP. يمكن الوصول بسهولة إلى الطاقة في جزيئات ATP للقيام بالعمل. تتضمن أمثلة أنواع العمل الذي تحتاجه الخلايا القيام به بناء جزيئات معقدة ، ونقل المواد ، وتشغيل حركة الأهداب أو الأسواط ، وتقلص ألياف العضلات لخلق الحركة.

قد تبدو المهام الأساسية للخلية الحية المتمثلة في الحصول على الطاقة وتحويلها واستخدامها لإنجاز العمل بسيطة. ومع ذلك ، يشرح القانون الثاني للديناميكا الحرارية سبب كون هذه المهام أصعب مما تبدو عليه. جميع عمليات نقل وتحولات الطاقة ليست فعالة تمامًا أبدًا. في كل عملية نقل للطاقة ، يتم فقد قدر من الطاقة بشكل غير صالح للاستعمال. في معظم الحالات ، هذا النموذج هو الطاقة الحرارية. من الناحية الديناميكية الحرارية ، تُعرَّف الطاقة الحرارية بأنها الطاقة المنقولة من نظام إلى آخر لا تعمل. على سبيل المثال ، عند تشغيل المصباح الكهربائي ، يتم فقدان بعض الطاقة التي يتم تحويلها من الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية كطاقة حرارية. وبالمثل ، يتم فقدان بعض الطاقة كطاقة حرارية أثناء تفاعلات التمثيل الغذائي الخلوي.

مفهوم مهم في النظم الفيزيائية هو مفهوم النظام والفوضى. كلما زادت الطاقة التي يفقدها النظام إلى المناطق المحيطة به ، كلما كان النظام أقل ترتيبًا وأكثر عشوائية. يشير العلماء إلى مقياس العشوائية أو الاضطراب داخل نظام ما على أنه إنتروبيا. الانتروبيا العالية تعني الفوضى العالية والطاقة المنخفضة. الجزيئات والتفاعلات الكيميائية لها إنتروبيا متفاوتة أيضًا. على سبيل المثال ، تزداد الإنتروبيا عندما تنتشر الجزيئات ذات التركيز العالي في مكان واحد وتنتشر. ينص القانون الثاني للديناميكا الحرارية على أن الطاقة ستُفقد دائمًا عند نقل الحرارة أو تحويلها.

يتم ترتيب الكائنات الحية بدرجة عالية ، وتتطلب مدخلات طاقة ثابتة يتم الحفاظ عليها في حالة انخفاض الانتروبيا.


تحويل الطاقة

جيل تشاتاك. مصطفى أوزيلجن ، نظم الطاقة الشاملة ، 2018

4.29.4.2 التغذية كمصدر للطاقة للأنظمة الحية

الكربوهيدرات التي يتم إنتاجها من خلال عملية التمثيل الضوئي هي المواد الخام لعملية التمثيل الغذائي للطاقة (الشكل 9). الكربوهيدرات والدهون والبروتينات هي المكونات الرئيسية للطعام ولديها روابط في تركيبها الكيميائي ، حيث يتم تخزين الطاقة الداخلية. بعد أكسدة مكونات الطعام ، تصبح الطاقة الداخلية المخبأة في هياكلها الكيميائية متاحة لعملية التمثيل الغذائي. توفر الدهون أعلى طاقة عند تقويضها (حوالي 35 إلى 45 كيلو جول / جرام من الدهون) بينما تزود الكربوهيدرات والبروتينات نفس الكمية تقريبًا من الطاقة (حوالي 16 كيلو جول جم -1 من الكربوهيدرات والبروتين) [45]. على الرغم من أن الكربوهيدرات هي أول مصدر مفضل للطاقة من قبل الجسم ، إلا أن الجسم لا يمتلك سوى كمية صغيرة من مخزون الكربوهيدرات الاحتياطي مثل الجليكوجين. لهذا السبب ، إذا استمر الجوع بعد استخدام الكربوهيدرات ، يتم استخدام الدهون المخزنة كأهم وأكبر احتياطي حتى نفاد المخزونات ومن ثم يتم الكشف عن البروتينات في الجسم كمصدر للطاقة التالي [2].

الشكل 9. وصف تخطيطي لدورة التغذية. يوضح الرسم التوضيحي أعلاه دورة التغذية من التمثيل الضوئي في الخلية النباتية إلى الفسفرة المؤكسدة في الميتوكوندريا في الخلية الحيوانية. تبدأ العملية بإنتاج مركبات غنية بالطاقة داخل الخلية النباتية عند التمثيل الضوئي. تستهلك الثدييات المركب الغني بالطاقة المنتج ، الجزء الأول من عملية التمثيل الغذائي للطاقة هو المضغ ، يليه السفر عبر الجهاز الهضمي ، حيث يتم نقل سلائف المركب الغني بالطاقة إلى مسارات متميزة ، بما في ذلك تحلل السكر ودورة حمض الكربوكسيل. (TCA) ، وسلسلة نقل الإلكترون ، إما بشكل مباشر (الجلوكوز) أو بشكل غير مباشر (تحويل الدهون ، أكسدة بيتا) عبر مجرى الدم.

تسمى مجموعة التحولات الكيميائية التي تحافظ على الحياة والتي تحدث داخل خلايا الكائنات الحية التمثيل الغذائي. تدير الأحداث الأيضية موازين المواد والطاقة للخلايا الحية. ينتهي المطاف بمعظم الكربوهيدرات التي يتم تصنيعها عن طريق التمثيل الضوئي كمغذيات للكائنات الأخرى وتدخل في النهاية في مساراتها الأيضية. تقوم الخلية الحية بآلاف التفاعلات المترابطة بما في ذلك كل من التكوين والتدهور لتوفير النظام في الخلية لكل عملية من هذه العمليات وظيفة محددة ويسود الانسجام المستمر بينها من أجل بقاء الخلية. يجب أن تسير كل آليات الوجود والانقراض هذه وفقًا لقوانين الديناميكا الحرارية. يُعرف تقسيم المواد الكبيرة إلى جزيئات أصغر باسم "التقويض" ، ويُعرف التخليق الحيوي للمواد الأكبر من المواد الأصغر للحفاظ على بقاء الخلية باسم "الابتنائية". كل من الهدم والابتناء ضروريان للبقاء والنمو والتطور والتكاثر. في هذه العمليات ، يحدث تحول الطاقة كما هو موضح في القانون الأول للديناميكا الحرارية. تستخرج الأنظمة الخلوية الطاقة من المصادر الخارجية في شكل مغذيات كبيرة ، أي الأطعمة ، التي يتم تقويضها أولاً ، ثم يتم استخدامها على الفور أو تخزينها للاستخدام المستقبلي. نظرًا لأن الجزيئات العضوية المعقدة والكربوهيدرات والدهون والبروتينات لها طاقة كيميائية مخزنة في روابطها الكيميائية وأثناء تقويض هذه الجزيئات ، يتم حصاد بعض الطاقة المخزنة من خلال سلسلة تفاعلات الأكسدة (بسبب القانون الثاني للديناميكا الحرارية). تبدأ آلية التقويض بتدهور الجزيئات الكبيرة إلى وحدات فرعية ، ومن ثم تدخل هذه الوحدات الفرعية العصارة الخلوية للخلية تبدأ عملية الأكسدة هنا [46]. في تفاعلات الأكسدة هذه ، يتم فسفرة جزيئات ADP إلى ATP ، ويتم الاحتفاظ بالطاقة المستخرجة في طاقة الرابطة الكيميائية بين ADP والفوسفات الثالث. أثناء تكوين ATP ، يتم فقدان ما يقرب من 35 ٪ من الطاقة القادمة من المغذيات على شكل حرارة. يتم تخزين باقي الطاقة في روابط جزيء ATP [2]. بعد هذه النقطة ، تعمل جزيئات ATP كناقلات طاقة قصيرة المدى ويمكن أن تنتشر في الخلايا بسهولة. عندما يتم استخدام جزيء ATP في أحداث التمثيل الغذائي ، يتم تحويل جزء من طاقته إلى حرارة مرة أخرى. في النهاية ، يمكن استخدام الحد الأقصى البالغ 27٪ من إجمالي الطاقة التي توفرها المغذيات في الأحداث الخلوية. في النهاية ، تصبح الطاقة المخبأة في روابط جزيئات الطعام شكلاً مفيدًا للخلايا. عندما تكون كمية الـ ATP أعلى بكثير من المطلوب ، يتم تخزينها على شكل فسفوكرياتين في الخلية وإذا لزم الأمر يمكن أن تتحول إلى ATP مرة أخرى. هذا النظام هو نوع من النظام البديل لأنه يوفر تركيزًا ثابتًا تقريبًا من ATP [2].

دراسة حالة 5: لماذا تتولد الحرارة في عملية التمثيل الغذائي

وفقًا للقانون الثاني للديناميكا الحرارية ، يكون التفاعل تلقائيًا إذا زاد الانتروبيا الكلية:

هذا التفاعل الكيميائي العفوي له تغير سلبي في طاقة جيبس. يتكون التمثيل الغذائي من العديد من التفاعلات المتسلسلة.عندما يتم استخدام مول واحد من الجلوكوز في استقلاب الطاقة للخلايا العصبية نتيجة لهذه التفاعلات المتسلسلة ، يتم إطلاق 788.6 كيلو جول مول -1 من الحرارة في السيتوبلازم ويتم إطلاق 989.0 كيلو جول / مول من الحرارة في الميتوكوندريا كما تم تلخيصه في الجدول 5 [47]. يتم إطلاق الحرارة في جميع خلايا الجسم بطريقة مماثلة أثناء نشاط التمثيل الغذائي.

الجدول 5. إطلاق الحرارة وتدمير الطاقة في استقلاب الطاقة لخلية عصبية

تفاعلاتس (كيلوجول)فقدان Exergy (kJ)
السيتوبلازم العام
جلوك + 28 ATPc + 28H2O + 2NADc → 2PYRc + 28ADPc + 28Pأناج + 2 NADHc788.6931.3
الميتوكوندريا بشكل عام
2PYRم+ س2 م+ 28 م + 28 صأنا أكون+ 2 NADHم→ 28ATPم+ 2 نادم+ 6CO2 م+ 24 ساعة2ام989.01247.6
الخلايا العصبية الشاملة
Glu + O2+ 4 ح2O → 6CO217782179

يرافق إطلاق الحرارة أداء العمل العضلي ، حيث يتم تحقيق أداء العمل العضلي باستخدام ATP. كلما زاد مقدار العمل العضلي المنجز ، زادت كمية ATP المستخدمة وزادت كمية ATP المنتجة ، وبالتالي زادت الحرارة المنبعثة. يزداد معدل الدورة الدموية لنقل الحرارة من العضلات إلى سطح الجسم ، حيث يزيل تبخر الماء المصاحب للعرق الحرارة.

دراسة حالة 6: استنتاجات القانون الثاني للديناميكا الحرارية على الرجيم

يقول القانون الثاني أن جزءًا بسيطًا من الطاقة الداخلية المتاحة للعناصر الغذائية يُفقد كحرارة وفي إعادة الترتيب الداخلي للمركبات الكيميائية ، ويتم تخصيص جزء آخر لتوليد الانتروبيا. على الرغم من أن الطاقة لا تزال محفوظة وأن القانون الأول قائم في عملية لا رجعة فيها ، فإن القانون الثاني يقول أن جزءًا بسيطًا من الطاقة يضيع بطريقة غير قابلة للاسترداد بسبب توليد الانتروبيا [48]. في نظام غذائي نموذجي ، يتم تحويل ما يقرب من 2-3٪ من الطاقة الداخلية للدهون ، و6-8٪ من الكربوهيدرات ، و 25-30٪ من البروتينات إلى حرارة. في نظام غذائي 2000 كيلو جول يتكون من 55٪ كربوهيدرات و 30٪ دهون و 15٪ بروتينات ، يكون العائد الفعال 1848 كيلو جول. تزداد الطاقة الداخلية المهدرة بسبب توليد الحرارة مع تقليل نسبة الكربوهيدرات في النظام الغذائي.

يختلف إنفاق الطاقة بين الأفراد وفقًا لحجم الجسم وتكوينه والجنس والعمر ودرجة حرارة الجسم وسلوك التمرين والأنشطة الهرمونية [49]. تم الإبلاغ عن القيم النموذجية بترتيب زيادة كثافة الطاقة للنشاط البدني على النحو التالي: للنوم ، 272 J h −1 جالسًا في حالة راحة ، 418 J h −1 المشي بوتيرة 4 كم ساعة −1 ، 837 J ساعة - 1 سباحة ، 2092 J ساعة −1 ركض ، 2385 J ساعة −1 صعود سريعًا ، 4602 J ساعة −1. تنظيم درجة حرارة الجسم الداخلية له أهمية حيوية. بشكل عام ، تظل ثابتة عند درجة حرارة تتراوح بين 36.6 و 37 درجة مئوية [2]. هذه هي درجة الحرارة المثلى لمعظم التفاعلات الأنزيمية في الجسم ويتم التحكم فيها عن طريق منطقة ما تحت المهاد. من ناحية أخرى ، تتأثر درجة حرارة الجلد بدرجة الحرارة المحيطة ، حيث أن الجسم ليس نظامًا معزولًا ويحدث انتقال الحرارة مع البيئة الخارجية عبر الجلد. تعمل طبقة الدهون الموجودة تحت الجلد كنوع من المواد العازلة ، لكن انتقال الحرارة لا يزال حتميًا وضروريًا للبقاء على قيد الحياة. يتم إنتاج بعض الحرارة نتيجة لعملية التمثيل الغذائي ، وبالتالي فإن معدل إنتاج الحرارة يرتبط ارتباطًا مباشرًا بمعدل التمثيل الغذائي ، وهذا ما يفسر سبب حدوث أدنى درجة حرارة للجسم أثناء النوم (في ظل الظروف العادية). أو أثناء المشي صعودًا ونزولًا على الدرج بسرعة أو الجري بسرعة كبيرة ، تزداد حرارة الجسم بسبب زيادة معدل الأيض. تعتمد درجة حرارة الجسم على الحرارة الناتجة والمفقودة وكما قيل من قبل ، فإنها تتأثر باختلاف درجة الحرارة مع البيئة. يحدث فقدان الحرارة من الجسم بشكل رئيسي مع التوصيل والحمل الحراري والإشعاع. يحدث فقدان الحرارة بالتوصيل (حوالي 3٪ من إجمالي فقدان الحرارة من الجسم) عن طريق التلامس المباشر للجسم مع سطح آخر أو مع الحمل الحراري (حوالي 15٪ من إجمالي فقدان الحرارة من الجسم) ، حيث تعمل جزيئات الهواء بمثابة حاملات الحرارة ، أو عن طريق الإشعاع عبر الموجات الكهرومغناطيسية (حوالي 60٪ من مجموع فقدان الحرارة من الجسم) [2]. هناك آلية تغذية مرتدة للمساعدة في تنظيم درجة حرارة الجسم ، والتي تشمل المستقبلات الموجودة في العديد من المواقع داخل الجسم والتي تُعلم مراكز التحكم في درجة الحرارة في منطقة ما تحت المهاد. توجد هذه المستقبلات الحرارية في الغالب على جلد جميع أجزاء الجسم ومستقبلات الإحساس بالبرودة موجودة أكثر من مستقبلات الإحساس بالدفء. تصبح مستقبلات الإحساس بالدفء نشطة حيث تصل درجة حرارة الجلد إلى 30 درجة مئوية ، وعند حوالي 42 درجة مئوية يصبح معدل إطلاقها أسرع. تصبح مستقبلات الإحساس بالبرودة نشطة حيث تتراوح درجة حرارة الجلد بين 10 و 40 درجة مئوية إذا كانت قيمة درجة الحرارة أقل من 10 درجات مئوية ، فإنها تحفز مستقبلات الألم [50].

دراسة حالة رقم 7: التوازن المفرط حول الجسم البشري لضمان الراحة

يجب إزالة الحرارة الأيضية من سطح الجسم لضمان راحته. يمكن استخدام الطبقة الرقيقة الموجودة على سطح الجسم لأداء توازن القوى لضمان راحة الجسم (الشكل 10). شروط الإدخال لتوازن exergy لكل متر مربع من الجسم (القيم الموجودة بين قوسين مقتبسة من Shukuya وآخرون. [51]) عندما تكون درجة الحرارة المحيطة 25 درجة مئوية ومتوسط ​​درجة حرارة إشعاع الجسم 19 درجة مئوية ، هي

الشكل 10. زيادة امتصاص الجسم وامتصاصه. النظام المستخدم لتحقيق التوازن لحساب إزالة الإجهاد اللازم لضمان راحة الجسم. يتم تحديد مآخذ وامتصاص الطاقة الرئيسية على النحو التالي: إرهاق الهواء المستنشق ، والإجهاد المستخدم للعرق ، الناتج عن التمثيل الغذائي ، والإرهاق المشع الذي يمتصه الجلد وسطح الملابس بالكامل ، والطاقة المشعة المنبعثة من الجلد والملابس.

نشأت الحساسية عن طريق التمثيل الغذائي (7.6 واط م 2) ،

طرد الهواء الرطب المستنشق (1.1 واط م 2) ، و

طاقة مشعة يمتصها الجلد بالكامل وسطح الملابس (2.5 واط م −2).

شروط الإخراج لتوازن الطاقة هي

زيادة الطاقة المستخدمة للتعرق (3.1 واط م 2) ،

طرد الهواء الرطب الزفير (1.6 واط م 2) ، و

قوة مشعة يتم تفريغها من الجلد والملابس (5.6 واط م −2).

شوكويا وآخرون. [51] ذكرت أن مدخلات ومخرجات الطاقة مع العمليات الأخرى لا تكاد تذكر. يجب أن تكون مدخلات ومخرجات Exergy للطبقة الرقيقة على السطح هي نفسها لضمان راحة الجسم. من أجل منع تراكم أو استنفاد الطاقة ، يجب أن يكون انتقال الحرارة بالحمل الحراري من الجلد وأسطح الملابس إلى الهواء المحيط 0.9 وات م 2. هناك عامل آخر يمكن التلاعب به وهو الإفرازات الشديدة من الجلد والملابس ، والتي يمكن تحقيقها عن طريق تغيير الملابس.

تعتبر الكربوهيدرات ، التي يتم إنتاجها من خلال عملية التمثيل الضوئي ، من بين أهم العناصر الغذائية وهي المدخل الرئيسي لعملية التمثيل الغذائي للطاقة. تستخدم الأنظمة البيولوجية ، مثل جسم الإنسان أو الحيوان ، هذه الطاقة للقيام بعمل بدني ، والحفاظ على درجة حرارة الجسم ، وتبادل الحرارة مع البيئة ، وتوليد ، ونقل ، واستبدال اللبنات الأساسية الخاصة بهم [3]. يتم مشاركة إجمالي exergy المتاح في النظام البيئي من قبل جميع الأنواع التي تتعايش داخل حدود النظام. الجوانب الديناميكية الحرارية لتوزيع المغذيات بين الأنواع لها أهمية مركزية في ظهور واستقرار النظم البيئية [17-19]. الأنواع الأكثر كفاءة في استخدام الطاقة تزدهر ، بينما الأنواع غير الفعالة تنقرض [19]. يتم استخدام مثل هذه الدراسات لتقييم مدى توافر الأنواع ذات القيمة التجارية.

الكائنات الحية بعيدة عن أنظمة التوازن المفتوحة ، فهي تأخذ المغذيات والأكسجين من البيئة وتخرج ثاني أكسيد الكربون والماء واليوريا وغيرها من النفايات الأيضية والحرارة في المقابل [52]. يتم إنشاء الانتروبيا في هذه العمليات التي لا رجعة فيها ويتم التخلص منها في البيئة من خلال تيارات فضلات الطعام ، والتعرق ، ونقل الحرارة عبر الجلد ، للحفاظ على عملية المعيشة في الحالة الحرارية المستقرة [53]. على عكس المحركات الحرارية التقليدية ، حيث يتم تحويل الطاقة الكيميائية للوقود أولاً إلى طاقة حرارية ثم إلى عمل ميكانيكي ، فإن الأنظمة البيولوجية قادرة على تحويل جزء صغير فقط من الطاقة الكيميائية للعناصر الغذائية مباشرة إلى عمل. هذا ممكن بسبب أكسدة العناصر الغذائية خلال مراحل عديدة من التمثيل الغذائي الخلوي ، مما يسمح بالتقاط بعض الطاقة في ATP. ثم يتم استخدام جزيئات ATP بشكل حصري تقريبًا بواسطة جميع الأنظمة البيولوجية للتحول المباشر إلى عمل ميكانيكي بالإضافة إلى دعم العديد من التفاعلات البيولوجية [53].

التغذية هي أحد مجالات تطبيق الديناميكا الحرارية [48،54-57]. ماضي وآخرون. تطبيق تحليل exergy لتقييم عمليات تحويل الطاقة التي تحدث في جسم الإنسان ، بهدف تطوير الترابط بين exergy المدمر وكفاءة الطاقة مع ثوابت نظام التنظيم الحراري لنموذج بشري [58]. ماضي وآخرون. ذكرت أن جزء من زيادة الطاقة من العناصر الغذائية المحتفظ بها داخل حدود ATP في الجسم كان حوالي 60٪ [59]. دراسة تفصيلية حول التمثيل الغذائي للطاقة الناتجة عن استخدام الكربوهيدرات في الجسم كانت مؤخرًا موضوع دراسات رودريغيز-إليرا وآخرون. [7]. تحدد معادلة توازن الكتلة الأساس للعديد من أنظمة التغذية والنظام الغذائي (الجدول 6). من المتوقع أن تضمن الأنظمة البيولوجية المتكاملة ، مثل الجهاز الدوري للعديد من الأعضاء ، حالة مستقرة لتجنب المشاكل الصحية. أي اضطراب في أحد شروط موازين الكتلة أو الطاقة أو الانتروبيا أو exergy من شأنه أن يزعج الآخرين بسبب ترابطهم. فينتورا كلابير وآخرون. [60] الدمام وآخرون. [61] وأورميرود وآخرون. [62] راجع الأدبيات ويمكن استخدام بياناتهم لتأسيس العلاقات بين شروط المعادلات الواردة في الجدول 6.

الجدول 6. معادلات توازن الكتلة والطاقة والنتروبيا والطاردة الخارجية كما هي مطبقة على الأنظمة البيولوجية

∑ in m ̇ in - out m ̇ out = d m system d t
∑ in [m ̇ (h + ep + ek)] in - out [m ̇ (h + ep + ek)] خارج + ∑ i Q ̇ i - W ̇ = d [m ̇ (u + ep + ek) ] نظام د
∑ في [m ̇ s] في - ∑ خارج [m ̇ s] خارج + ∑ i Q ̇ i T b، i - S ̇ gen = d [m ̇ s] النظام d t
∑ في [m ̇ ex] في - ∑ خارج [m ̇ ex] خارج + ∑ i (1 - T 0 T b، i) Q ̇ i - E ̇ x التدمير = d [m ̇ ex] النظام d t

تم اقتراح تفاعلات الانتروبيا في الأنظمة الحية بواسطة دينبيغ [63] وبريغوجين [64] في شكل

أين دس هو التغيير في الانتروبيا في النظام ، دسأنا هي الانتروبيا الداخلية الناتجة عن العمليات التي لا رجعة فيها التي تحدث في النظام ، و دسه هو إنتروبيا تبادل في البيئة. بينما ساهمت مساهمة كبيرة في دسأنا يتم من خلال معالجة العناصر الغذائية في مسارات التمثيل الغذائي ، المصطلح دسه يتولد عن الطعام والنفايات الأيضية ، مثل البول والبراز وثاني أكسيد الكربون2، وبخار الماء نتيجة للتغذية والنشاط الأيضي. اعتبر بالمر الكائنات الحية كنظم مفتوحة وأثناء مناقشة تطبيقات القانون الثاني ، جادل بأن العناصر الغذائية لها بنية أكثر تنظيمًا من الطعام ونفايات التمثيل الغذائي ، لذلك بينما توفر التغذية الطاقة للجسم ، فإنها أيضًا تصدر الإنتروبيا إلى البيئة [65]. (تتوافق هذه الحجة مع آراء الحكام.سه يجب أن تكون مساوية أو أكبر من دسأنا.)

المضغ هو المرحلة الأولى من معالجة العناصر الغذائية في الجسم ، لجعلها جاهزة لاستخراج جزيئاتها الغنية بالطاقة لتوفير المواد الخام لعملية التمثيل الغذائي للطاقة. تشاتاك وآخرون. قدم مناقشة شاملة لتطبيق قوانين الديناميكا الحرارية على عضلات الماضغة ، والتي تستخدم لمضغ الأطعمة [67]. ينص القانون الثاني للديناميكا الحرارية على أن كل انتقال حراري غير حراري يزيد من إنتروبيا الكون. ينص مفهوم الانتروبيا مدى الحياة على أن قدرة توليد الانتروبيا للكائنات محدودة وعندما تصل إلى هذا الحد فإنها تموت. سيلفا وأنامالاي [53] وتشاتاك وآخرون. [67] ربط جيل الانتروبيا مدى الحياة بامتصاص المغذيات وجادل بأن توليد الانتروبيا مدى الحياة بواسطة العضلة الماضغة ، بالاقتران مع عملية مضغ الطعام ، مرتبط بمتوسط ​​العمر المتوقع للشخص الذي يمتص طاقة المغذيات على النحو الموصى به من قبل معهد طاقة وطاقة الشخص البدين [67]. أشارت نتائج هذه الدراسة إلى أن مفهوم الانتروبيا مدى الحياة كما اقترحه هيرشي [68] وهيرشي ووانغ [69] وسيلفا وأنامالاي [53،70] صحيح بالفعل حتى على مستوى العضلات الفردية. الاحتكاك هو أحد الأسباب الرئيسية التي تسبب كلًا من التآكل والانتروبيا في الأنظمة الميكانيكية ، ويمكن اعتبار توليد الانتروبيا على أنه النظير البيولوجي لنفس الظاهرة. Kuddusi [71] ، بعد ملاحظة أن الأشخاص الذين يعيشون في مناطق مختلفة من تركيا لديهم عادات غذائية مختلفة ، حسبت جيل الانتروبيا مدى الحياة لكل وحدة كتلة للشخص ووجدت اختلافات جوهرية بين متوسط ​​العمر المتوقع.

يتم هضم العناصر الغذائية ثم نقلها إلى الخلايا عبر الدورة الدموية. يقوم الجهاز الدوري أيضًا بجمع السوائل وفضلات الطعام الصلبة لإخراجها من الجسم. عندما يتم تناول الطعام ، يتم هضمه إلى الكربوهيدرات والدهون والبروتينات الموجودة في المعدة. تنتقل الدهون إلى الأمعاء الدقيقة. في تلك اللحظة ، يفرز الكبد الصفراء من المرارة ، والتي تشمل الأملاح الصفراوية والليسيثين الفسفوليبيد. هذا السائل له طابع برمائي ويقلل من التوتر السطحي للجزيئات الدهنية ، ويقسمها إلى قطع صغيرة مع حركة الجهاز الهضمي وتشكيل هياكل micelle. بينما يستمر تكوين الميلي في الأمعاء الدقيقة ، يصبح إنزيم الليباز البنكرياس نشطًا بسبب بيئة مذيبات الدهون والماء ويحفز تفاعل تحلل الدهون الثلاثية (تكسير روابط الإستر) إلى الأحماض الدهنية ومكونات الجلسرين. يتم تحفيز تحلل الفسفوليبيد باستخدام إنزيم الفوسفوليباز A2 ويتم تحفيز تحلل الكوليسترول باستخدام إنزيم الكوليسترول إستر هيدرولاز. عند هذه النقطة ، لا يزال شكل الميسيل محميًا ويتم نقل المكونات التي تم الحصول عليها إلى الخلايا الظهارية (الغشاء المخاطي) لجدار الأمعاء عن طريق امتصاص العصارة الصفراوية المتبقية لتكرار نفس العملية مرارًا وتكرارًا. بعد الدخول في الخلايا الظهارية ، تتحد المكونات معًا لإنتاج الدهون الثلاثية والفوسفوليبيد والكوليسترول مرة أخرى. تندمج هذه الجزيئات وكمية صغيرة من الأحماض الدهنية الحرة والكوليسترول الحر معًا ويتم تغطيتها بالبروتين B. هذا المركب الجديد يسمى chylomicron. تنتقل الجزيئات الدهنية داخل الكيلومكرونات إلى الجهاز اللمفاوي وتنضم في النهاية إلى مجرى الدم. يتم نقل الكيلومكرونات الموجودة في الدم إلى الأنسجة الدهنية والكبد حيث يوجد إنزيم البروتين الدهني ليباز. يحلل الدهون الثلاثية ويطلق الأحماض الدهنية والجلسرين. تدخل هذه الأحماض الدهنية والجليسرول الخلايا الدهنية والكبد عن طريق الانتشار ويتم تخزينها هنا مرة أخرى ليتم تحويلها إلى الدهون الثلاثية [72].

المهمة الرئيسية للقلب هي ضخ الدم في جميع أنحاء الجسم. يمكننا أن نرى هذه العملية على مرحلتين: مرحلة الانكماش الميكانيكي ، والتي تُعرف باسم الانقباض ، ومرحلة الاسترخاء الميكانيكية ، والتي تُعرف باسم الانبساط. ستضغط عضلات القلب على نفسها وتدفع الدم من داخل القلب عبر باقي الجسم. عندما تسترخي العضلات ، يتحسن الحجم الداخلي للقلب مرة أخرى ، مما يخلق ضغطًا سلبيًا ، وسيسحب الدم من الجانب الوريدي من الدورة الدموية. ستستمر الدورة مرة أخرى ، ويضخ الدم في جميع أنحاء الجسم [73]. يشترك القلب والأوردة والشرايين في الدور المركزي في الدورة الدموية. هنريك وآخرون. طور نموذجًا قويًا لقلب الإنسان يتكون من مجلدين تحكم [74]. يضخ القلب الأيسر الدم الشرياني من الرئتين إلى الأعضاء ، ويقوم القلب الأيمن بضخ الدم الوريدي من الأعضاء إلى الرئتين. الانقباض القلبي هو نشاط يتطلب الطاقة ويعتمد على توافر الأكسجين ومصدر الكربون للأكسدة في عملية التمثيل الغذائي. الحصول على الطاقة إلى حيث هو مطلوب هو المشكلة في القلب الفاشل [75]. عضلة القلب عبارة عن نسيج مؤكسد للغاية يولد أكثر من 90٪ من طاقته من تنفس الميتوكوندريا. تلتقط الميتوكوندريا ما يقرب من 30 ٪ من مساحة عضلة القلب وهي منظمة أسفل غشاء الخلية العضلية وتبطن خيوط العضلات بحيث يحدث حيز انتشار مستمر بين الميتوكوندريا ومركز الخيوط. خلال فترة التمرين القصوى ، يستخدم القلب أكثر من 90٪ من قدرته على التأكسد ، مما يوضح أنه لا توجد سعة زائدة لتوليد الطاقة للتعويض عن الاستخدام المفرط للطاقة [76]. انخفاض كفاءة العضلات له عواقب حيوية ، مثل قصور القلب [75،77،78]. يموت حوالي 600000 شخص بأمراض القلب في الولايات المتحدة كل عام [79]. يحدث انخفاض كفاءة العضلات ، والذي يمكن التعبير عنه أيضًا باسم "ضعف العضلات" ، لدى 30 إلى 50٪ من مرضى قصور القلب [78]. هناك ارتباط كبير في المختبر وفي الجسم الحي بين استخدام الأكسجين وعمل القلب الذي يحدث بتركيزات ATP الخلوية العالمية الثابتة والفوسفوكرياتين. وبالتالي ، كان من الأفضل حدوث مسار قوي لإشارات الطاقة لتأكيد مطابقة مماثلة بين استخدام الأكسجين واستخدام الطاقة. ركيزة توافر الأكسجين تحد من تغيرات ATP و ADP و phosphocreatine P.أنا تعتبر حالة أكسدة الكالسيوم وأنظمة نقل الفوسفور من العوامل المؤدية إلى قصور القلب. يلعب Ca 2+ دورًا أساسيًا في بدء وتنظيم قوة تقلص القلب [80]. تم العثور على فشل هذه الخطوات في المسار النشط للقلب في العديد من متلازمات القلب والأوعية الدموية [81]. قد يؤدي الانخفاض الكبير في إنتاج الفوسفات عالي الطاقة في القلب الفاشل إلى تقييد نقل المغذيات والأكسجين إلى الخلايا العضلية للقلب في أعباء العمل العالية [82،83]. يعد الحفاظ على التوازن النشط على الرغم من تقلب متطلبات الطاقة شرطًا مسبقًا أساسيًا لكفاءة الانقباض. عندما تكون هناك مشكلة في إمدادات الطاقة ولكن إمدادات الطاقة لم تتسبب في أي مشاكل هيكلية حتى الآن ، فقد يعمل القلب الفاشل عند مستوى مرتفع ولكن للأسف لا يوفر الطلب.عندما يكون هناك أي مشاكل هيكلية في العضلات ، فمن المحتمل أن تعمل عند انخفاض الطلب [84-86]. إن الخلل الناتج عن أي سبب يوجه إلى الانقباض غير المنتظم والاسترخاء في القلب الفاشل يشتمل على اضطرابات في المسار الأيضي تؤدي إلى انخفاض إنتاج الطاقة ونقلها واستخدامها. انخفاض التعبير عن عوامل نسخ الميتوكوندريا وبروتينات الميتوكوندريا تشارك في الآليات التي تسبب سوء تغذية الطاقة في قصور القلب [60].

تتمثل الوظيفة الأساسية للقلب في زيادة ضغط الدم للتغلب على انخفاض الضغط في الأوردة والشرايين. الأشخاص الذين يعانون من مشاكل في الأوردة أو الشرايين ، أو الذين فقدوا جزءًا كبيرًا منها لسبب ما ، قد يصابون بنوبة قلبية. عندما يعاني الناس من بتر أحد الأطراف ، يتم إزالة جزء من الجسم يتسبب في انخفاض ضغط الدم. لذلك ، قد يعود الدم إلى القلب دون انخفاض كافٍ في ضغطه. إذا فشل القلب في تعديل معدل الضخ إلى حالة الاستقرار الجديدة ، فقد يصاب الشخص المبتور بنوبة قلبية. معدلات قصور القلب مرتفعة بين الأشخاص الذين بُترت أطرافهم [87،88].


الخلاصة ووجهات النظر المستقبلية

لتلبية احتياجات الطاقة المتزايدة للتمرين ، تمتلك العضلات الهيكلية مجموعة متنوعة من المسارات الأيضية التي تنتج ATP على حد سواء اللاهوائي (لا تتطلب الأكسجين) والهوائي. يتم تنشيط هذه المسارات في وقت واحد من بداية التمرين لتلبية متطلبات حالة تمرين معينة بدقة. على الرغم من أن المسارات الهوائية هي المسارات الافتراضية المهيمنة لإنتاج الطاقة أثناء تمرين التحمل ، فإنها تتطلب وقتًا (ثوانٍ إلى دقائق) لتنشيطها بالكامل ، وتوفر الأنظمة اللاهوائية بسرعة (بالمللي ثانية إلى الثواني) الطاقة لتغطية ما لا يستطيع النظام الهوائي توفيره . يعد توفير الطاقة اللاهوائية مهمًا أيضًا في حالات التمرينات عالية الكثافة ، مثل الركض السريع ، حيث تتجاوز متطلبات الطاقة بكثير المعدل الذي يمكن أن توفره الأنظمة الهوائية. هذا الموقف شائع في رياضات التوقف والانطلاق ، حيث تكون التحولات من احتياجات الطاقة المنخفضة إلى احتياجات الطاقة الأعلى عديدة ، ويساهم توفير كل من الطاقة الهوائية واللاهوائية في الطاقة لتحقيق النجاح الرياضي. معًا ، فإن إنتاج الطاقة الهوائية باستخدام الدهون والكربوهيدرات كوقود وتوفير الطاقة اللاهوائية من انهيار PCr واستخدام الكربوهيدرات في مسار تحلل السكر يسمح للرياضيين الأولمبيين بتلبية احتياجات الطاقة العالية لأحداث أو رياضات معينة.

يتم تنظيم مسارات التمثيل الغذائي المختلفة من خلال مجموعة من الإشارات العضلية والهرمونية التي تؤثر على تنشيط الإنزيم وتوافر الركيزة ، وبالتالي ضمان أن معدل إعادة تخليق ATP يتطابق بشكل وثيق مع متطلبات ATP للتمرين. تم استخدام التدريب المنتظم والتدخلات الغذائية المختلفة لتعزيز مقاومة التعب من خلال تعديل توافر الركيزة وتأثيرات المنتجات الأيضية النهائية.

لقد زاد فهم توفير طاقة التمرين وتنظيم التمثيل الغذائي واستخدام الدهون ووقود الكربوهيدرات أثناء التمرين على مدى أكثر من 100 عام ، على أساس الدراسات التي تستخدم طرقًا مختلفة بما في ذلك القياس غير المباشر ، وعينات الأنسجة من تقلص العضلات الهيكلية ، والتمثيل الغذائي- أخذ عينات التتبع ، والمستحضرات العضلية الهيكلية المعزولة ، وتحليل عينات الدم الشرياني الوريدي لكامل الجسم والدم. ومع ذلك ، في جميع مجالات تنظيم التمثيل الغذائي للدهون والكربوهيدرات ، يبقى الكثير غير معروف. أتاح إدخال تقنيات البيولوجيا الجزيئية فرصًا لمزيد من الأفكار حول الاستجابات الحادة والمزمنة للتمرين وتنظيمها ، ولكن حتى تلك الدراسات محدودة بالقدرة على أخذ عينات متكررة من العضلات في المشاركين البشريين لفحص الدورات الزمنية المتنوعة للأحداث الرئيسية بشكل كامل . تظل القدرة على الترجمة الكاملة للنتائج المستخلصة من التجارب المختبرية والدراسات على الحيوانات لممارسة البشر في البيئات التنافسية محدودة.

يواصل الحقل أيضًا صراعه مع المقاييس الخاصة بالمقصورات المختلفة الموجودة في الخلية ، ولا تزال المعرفة مفقودة فيما يتعلق بالهياكل المادية والسقالات داخل هذه الأجزاء ، والتواصل بين البروتينات والمسارات الأيضية داخل المقصورات. من الأمثلة الواضحة على هذه المشكلات دراسة الأحداث التي تحدث في الميتوكوندريا أثناء التمرين. إحدى المجالات التي لم تتقدم بالسرعة المطلوبة هي القدرة على قياس الوقود والمستقلبات والبروتينات بشكل غير جراحي في مختلف أقسام خلايا العضلات المهمة التي تشارك في تنظيم التمثيل الغذائي أثناء التمرين. على الرغم من أن التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي كان قادرًا على قياس بعض المركبات غير الغازية ، إلا أن قياس التغييرات التي تحدث مع التمرين على المستويين الجزيئي والخلوي غير ممكن بشكل عام.

يدرس بعض الباحثين عملية التمثيل الغذائي للتمارين الرياضية على مستوى الجسم بالكامل من خلال نهج فسيولوجي ، ويفحص آخرون تعقيدات إشارات الخلية والتغيرات الجزيئية من خلال نهج اختزالي. توجد فرص جديدة للاستخدام المتكامل لعلم الجينوم والبروتيوميات والأيض وأساليب بيولوجيا الأنظمة في تحليل البيانات ، والتي ينبغي أن توفر رؤى جديدة في التنظيم الجزيئي لعملية التمثيل الغذائي للتمارين الرياضية. تظل العديد من الأسئلة في كل مجال من مجالات استقلاب الطاقة ، وتنظيم التمثيل الغذائي للدهون والكربوهيدرات أثناء التمرين ، وتدخلات التدريب المثلى وإمكانية التلاعب في الاستجابات الأيضية لفوائد مولد الطاقة. وبالتالي ، ستستمر بيولوجيا التمرين في كونها مجالًا بحثيًا مثمرًا لسنوات عديدة حيث يسعى الباحثون إلى فهم أكبر لقواعد التمثيل الغذائي للنجاحات الرياضية التي سيتم الاستمتاع بها والاحتفال بها خلال المهرجان الأولمبي الرياضي الذي يُقام كل أربع سنوات.


تعريف الابتنائية

الابتنائية أو التخليق الحيوي هو مجموعة من التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تبني جزيئات من مكونات أصغر. التفاعلات الابتنائية هي تفاعلات مفعمة بالحيوية ، مما يعني أنها تتطلب مدخلات من الطاقة للتقدم وليست تلقائية. عادة ، تقترن التفاعلات الابتنائية والتقويضية ، مع التقويض الذي يوفر طاقة التنشيط للابتناء. يساعد التحلل المائي لثلاثي فوسفات الأدينوزين (ATP) على العديد من عمليات الابتنائية. بشكل عام ، التكثيف وردود الفعل الاختزالية هي الآليات الكامنة وراء الابتنائية.


المواد والأساليب

الحيوانات

سبعة طيور غاق بالغة مزدوجة القمة فالاكروكوراكس أوريتوستم استخدام الدرس ، كتلة الجسم 2.10 ± 0.01 كجم (متوسط ​​± sem ، النطاق 1.81-2.21 كجم) ، في هذه الدراسة. تم أسر ستة من الطيور ككتاكيت (5-6 أسابيع من العمر) من مستعمرة التكاثر في جزيرة ماندارت ، كولومبيا البريطانية ، كندا ، بينما تم تربية طائر واحد في بيئتنا الأسيرة. كانت جميع الطيور راسخة في الأسر. يتم نشر تفاصيل ظروف الاحتفاظ والعناية بالحيوان في مكان آخر (Enstipp et al.، 2006a). تمت الموافقة على جميع الإجراءات التجريبية من قبل لجنة رعاية الحيوان بجامعة كولومبيا البريطانية (شهادات رعاية الحيوان رقم A02-0122 و A06-0421) وكانت متوافقة مع المبادئ الصادرة عن المجلس الكندي لرعاية الحيوان.

قياسات التنفس

معدلات استهلاك الأكسجين (الخامسا2) وإنتاج ثاني أكسيد الكربون (الخامسكو2) أثناء التجارب باستخدام نظام قياس التنفس بدائرة مفتوحة (Sable Systems ، Henderson ، NV ، USA). دلو سعة 55 لترًا (قطره 0.35 مترًا × ارتفاعه 0.65 مترًا) بغطاء زجاجي محكم الإغلاق يعمل كغرفة قياس التنفس ، يتم من خلالها سحب الهواء عبر أربعة ثقوب جانبية صغيرة بالقرب من قاعها. تم الحفاظ على تدفق الهواء أثناء التجارب عند 10-11 لتر دقيقة -1 باستخدام مضخة تفريغ (Gast Manufacturing Inc. ، بينتون هاربور ، ميتشيغن ، الولايات المتحدة الأمريكية). تم تجفيف تدفق الهواء الرئيسي من غرفة التنفس باستخدام هلام السيليكا قبل توجيهه إلى مقياس تدفق الكتلة (Sierra Instruments Inc. ، Monterey ، CA ، الولايات المتحدة الأمريكية) ، والذي قام تلقائيًا بتصحيح التدفق المقاس إلى stpd (273 K و 101.3 كيلو باسكال). تم نزف عينة فرعية من 8 لترات دقيقة -1 في مشعب من خلاله أكسجين (بارامغناطيسي O2-محلل PA-1B ، دقة أنظمة السمور: 0.0001٪) و CO2 محلل (Beckman LB2 Medical CO2-محلل ، شيلر بارك ، إلينوي ، الولايات المتحدة الأمريكية ، دقة الوضوح: 0.01٪) تم أخذ عينات منها بالتوازي. تم إجراء جميع التوصيلات بين المكونات المختلفة لنظام قياس التنفس باستخدام أنابيب Tygon ™ غير منفذة للغاز.

كان تركيز الأكسجين داخل غرفة التنفس أعلى من 20.5٪ وثاني أكسيد الكربون2 كان التركيز أقل من 0.4٪ خلال جميع التجارب. تمت معايرة أجهزة تحليل الغاز قبل كل تجربة باستخدام 99.995٪ نيتروجين20.95٪ كو2 (براكس اير ، ريتشموند ، كولومبيا البريطانية ، كندا) والهواء الخارجي (تم ضبطه على 20.95٪ O2 و 0.03٪ من ثاني أكسيد الكربون2). كان انحراف المحلل ضئيلًا ولكن ، إذا حدث أي شيء ، فقد تم تصحيحه أثناء تحليل البيانات. قبل التجربة ، تم اختبار النظام بأكمله بحثًا عن التسريبات عن طريق غرس N النقي2غاز. تم حساب التأخير الزمني بين خروج الهواء من غرفة التنفس والوصول إلى محللات الغاز بقسمة الحجم الإجمالي للأنابيب وأعمدة التجفيف على معدل التدفق. تم العثور على التأخير ليكون 13 ثانية لكلا المحللين وأخذ في الاعتبار عند الحساب الخامسا2 و الخامسكو2 وربطها بإطعام الأحداث. تم حساب الوقت الثابت لغرفة التنفس ليكون 5.5 دقيقة. تم إدخال البيانات من مقياس التدفق وأجهزة تحليل الغاز في واجهة عالمية (دقة 16 بت ، أنظمة Sable) وتم تسجيل القيم المتوسطة كل 5 ثوانٍ على كمبيوتر سطح المكتب باستخدام Datacan (أنظمة Sable).

درجة حرارة المعدة

بالتوازي مع قياسات قياس التنفس ، تم نشر أجهزة تسجيل درجات الحرارة (طول MiniTemp-xl 70 مم ، القطر 16 مم ، الكتلة 25 جم ، الدقة 0.03 Kearth & ampOCEAN Technologies ، كيل ، ألمانيا) في جميع الطيور لمراقبة درجة الحرارة داخل البروفنتريكولس (يشار إليها فيما بعد باسم درجة حرارة المعدة ') أثناء تجارب التغذية كمؤشر لدرجة حرارة الجسم. تمت برمجة أجهزة تسجيل درجات الحرارة لتسجيل درجة حرارة المعدة كل 15 ثانية وتم إطعامها للطيور داخل رنجة مبردة قبل بدء التجربة. خلال تجارب HIF ، مكنتنا تسجيلات درجة الحرارة من تحديد الوقت اللازم لتسخين الأسماك الباردة المبتلعة لدرجة حرارة الجسم. علاوة على ذلك ، في تجارب منفصلة ، تم تغذية خمسة طيور بكميات مختلفة من الرنجة والرائحة (أوسميروس مورداكس) (مبرد عند -5 درجة مئوية) عند الراحة في قلمهم. تمت ملاحظة الكميات الدقيقة (المدى: 19-118 جم) وأوقات التغذية للتحقق من العلاقة بين كمية الأسماك التي يتم تناولها ووقت التسخين المطلوب. تم تجهيز الحطابين بتاج زنبركي ولم تتقيأ من قبل الطيور ولكن تم استعادتها من خلال تنظيف المعدة في نهاية التجربة ، بعد حوالي 10 أيام (لمزيد من التفاصيل ، انظر Wilson and Kierspel ، 1998). عند استرجاع البيانات تم تنزيلها على جهاز كمبيوتر محمول.

أمثلة على التغيرات في معدلات استهلاك الأكسجين (الخامسا2) المرتبطة بالابتلاع الطوعي لرنجة واحدة. (أ) كان الطائر يستريح داخل منطقته المحايدة حراريًا (TNZ) ويطعم سمك رنجة 100 جم في الوقت صفر. (ب ، ج) كانت الطيور تستريح في ظروف متعادلة الحرارة (أقل من -9 درجة مئوية) وتغذي 100 جم ( ب) أو 60 جم ​​من الرنجة (C) على التوالي في الوقت صفر. الذروة الأولية في الخامسا2 يرتبط بالحركات أثناء حدث التغذية وتم استبعاده (باستخدام الاستيفاء الخطي ، انظر الخط المكسور) عند حساب HIF (المشار إليه بالمنطقة المظللة). الخط الأفقي المكسور يدل على الراحة الخامسا2، التي أنشئت من الفترة المستقرة السابقة للتغذية.

أمثلة على التغيرات في معدلات استهلاك الأكسجين (الخامسا2) المرتبطة بالابتلاع الطوعي لرنجة واحدة. (أ) كان الطائر يستريح داخل منطقته المحايدة حراريًا (TNZ) ويطعم سمك رنجة 100 جم في الوقت صفر. (ب ، ج) كانت الطيور تستريح في ظروف متعادلة الحرارة (أقل من -9 درجة مئوية) وتغذي 100 جم ( ب) أو 60 جم ​​من الرنجة (C) على التوالي في الوقت صفر. الذروة الأولية في الخامسا2 يرتبط بالحركات أثناء حدث التغذية وتم استبعاده (باستخدام الاستيفاء الخطي ، انظر الخط المكسور) عند حساب HIF (المشار إليه بالمنطقة المظللة). الخط الأفقي المكسور يدل على الراحة الخامسا2، التي أنشئت من الفترة المستقرة السابقة للتغذية.

التجارب

أجرينا سلسلتين من التجارب. (1) في تشرين الثاني (نوفمبر) - كانون الأول (ديسمبر) 2003 ، شاركت ثلاثة أنواع من طيور الغاق في تجارب التغذية في درجات حرارة بيئية أقل من درجة حرارتها الحرجة المنخفضة [محسوبة بـ -9 درجة مئوية ، مكافئ 11.9 (Ellis and Gabrielsen ، 2002)]. خلال هذه التجارب ، تم وضع مقياس التنفس في الخارج (متوسط ​​درجة حرارة الهواء: 6.6 ± 0.4 درجة مئوية: 4.0-8.6 درجة مئوية) وتم تغذية الطيور برنجة واحدة من الكتلة إما 60 جم ​​أو 100 جم. (2) في تشرين الثاني (نوفمبر) 2006 ، أجرينا تجارب تغذية على خمسة طيور غاق تم خلالها إطعامهم سمكة رنجة بسعة 100 غرام. تم الاحتفاظ بجهاز قياس التنفس أثناء هذه التجارب داخل غرفة ذات درجة حرارة مضبوطة ، مع تهوية مستمرة من الخارج. كان متوسط ​​درجة حرارة الهواء خلال هذه التجارب 21.1 ± 0.2 درجة مئوية (المدى: 20.0 - 22.6 درجة مئوية) وكان داخل المنطقة المعادلة حراريًا (TNZ) للغاق مزدوج الذروة (Ellis and Gabrielsen ، 2002). تمت مراقبة درجات حرارة الهواء في غرفة التنفس باستخدام مقياس حرارة رقمي (Oregon Scientific ، Portland ، OR ، USA) ولم تتقلب بأكثر من ± 2 درجة مئوية خلال جميع التجارب.

تم صيام جميع الطيور لمدة 16 ساعة (المدى: 13-29 ساعة) قبل التجارب. في بداية التجربة ، تم القبض على طائر في قلم الإمساك به ، ووزنه ووضعه في مقياس التنفس. بعد الإثارة الأولية ، استقرت الطيور بسرعة داخل الغرفة المظلمة وجلست عادةً على قطعة من الستايروفوم ™ في قاع الحجرة. عندما يكون مستوى مستقر من O2 وشارك2 تم الوصول إليه وصيانته لمدة 10 دقائق على الأقل (عادةً بعد ∼1 ساعة) ، تم تحريك غطاء الغرفة قليلاً إلى جانب واحد وعرض على الطائر رنجة واحدة. في التجارب الأولية ، لم تكن الطيور تبتلع الأسماك المعروضة طواعية وبالتالي تم إطعامها قسراً. نظرًا لأن هذا تسبب في اضطراب كبير للطيور ، فقد تجاهلنا هذه التجارب. ومن ثم ، يتم الإبلاغ هنا فقط عن التجارب التي قام خلالها الطائر بأخذ الرنجة بسهولة وعرضها عليه طواعية. بمجرد أن يبتلع الطائر سمكة ، تم إغلاق الغطاء بسرعة مرة أخرى وترك الطائر دون إزعاج لبقية المحاكمة. عادة ما يستغرق إجراء التغذية 30 ثانية. تم تبريد الأسماك المعروضة خلال التجارب طوال الليل إلى درجات حرارة طبيعية واجهتها الطيور خلال ذلك الوقت من العام (∼5 درجة مئوية). تم تغذية الرنجة مباشرة بعد إخراجها من الثلاجة. انتهت المحاكمة عندما رصد O2 وشارك2 يبدو أن المستويات تعود إلى مستوى الراحة (أي مستوى ما قبل التغذية). أجريت جميع التجارب خلال ساعات النهار واستمرت في المتوسط ​​بين 3.5 ساعات (60 جم ​​من الرنجة) و 6.5 ساعات (100 جم من الرنجة).

تحليل البيانات والإحصاء

تم حساب معدلات استهلاك الأكسجين [باستخدام eqn 3b من ويذرز (ويذرز ، 1977)] وإنتاج ثاني أكسيد الكربون في داتاكان (أنظمة السمور) لكل دقيقة من التجربة. من هذا تم تحديد نسبة التبادل التنفسي على أنها RER =الخامسكو2/الخامسا2. يستريح الخامسا2 لكل تجربة فردية وعملت كمقياس تحكم لكل تحديد HIF. تم حسابه على أنه المتوسط الخامسا2 خلال فترة 10 دقائق مستقرة تسبق الرضاعة مباشرة. بعد تناول سمك الرنجة ، الخامسا2إلى قيمة الذروة قبل أن تنخفض خطيًا نحو قيمة الراحة. تم حساب HIF على أنه الارتفاع في استهلاك الأكسجين على معدل الراحة أثناء عملية الهضم (انظر الشكل 1). لاحظ ، مع ذلك ، أن HIF المحسوب بهذه الطريقة يعكس المقدار الإجمالي للحرارة المتولدة كمنتج ثانوي للهضم فقط ، عندما يكون الحيوان في ظروف متعادلة الحرارة (انظر أدناه). كان الابتلاع دائمًا مصحوبًا بارتفاع قصير في الخامسا2(الشكل 1) ، على الأرجح بسبب الحركات المرتبطة بحدث التغذية. تمت إزالة هذا الارتفاع الأولي (باستخدام الاستيفاء الخطي) قبل حساب حجم HIF (المشار إليه بالمنطقة المظللة في الشكل 1A-C). في حالات قليلة لم تصل الطيور التي تتغذى على سمك رنجة 100 جرام إلى فترة الراحة الخامسا2 بنهاية تجربة التغذية. حيث الخامسا2 انخفض بطريقة خطية بعد الوصول إلى القمة ، وقمنا بحساب الانحدار الخطي بين الوقت و الخامسا2 واستقراء هذا الخط إلى القيمة الباقية (انظر Green et al. ، 2006).

تم التحقيق في الاستبدال الحراري من خلال مقارنة حجم HIF في ظروف متعادلة حراريًا وشبه حرارية. في حين أن HIF المحسوب في الظروف المحايدة يعكس إجمالي كمية الحرارة المتولدة كمنتج ثانوي للهضم ، فإن هذا ليس هو الحال بالضرورة في ظروف محايدة حراريًا (أي في حالة حدوث استبدال حراري). عند الراحة في ظروف متعادلة الحرارة ، ينتج الحيوان حرارة إضافية (توليد الحرارة) لتعويض فقدان الحرارة المتزايد. إذا حدث استبدال بعض أو كل الحرارة المتولدة كمنتج ثانوي للهضم من أجل التوليد الحراري أثناء الراحة ، سيبدو HIF أقل حجمًا و / أو مدة عند مقارنته بحالة التعادل الحراري. ومع ذلك ، فإن الكمية الإجمالية للحرارة الناتجة عن عملية الهضم لا تعتمد على درجة الحرارة المحيطة ولكن على حجم وتشكيل الوجبة. افترضنا أن الاستبدال حدث إذا كان HIF المحسوب أقل في ظروف شبه محايدة (Lovvorn ، 2007).

تم تحليل درجات حرارة المعدة باستخدام Multitrace (Jensen Software Systems ، Laboe ، ألمانيا). لكل تحديد HIF ، تم حساب متوسط ​​درجة حرارة المعدة على فترات 5 دقائق طوال التجربة. عندما كان الطائر يتغذى على سمكة باردة ، انخفضت درجة حرارة المعدة التي سجلها المسجل بشكل حاد. بعد الوصول إلى الحد الأدنى ، بدأت درجة الحرارة في الارتفاع تدريجياً نحو قيمة ما قبل التغذية. يجب أن تعكس درجة حرارة المعدة المسجلة درجة حرارة جسم الطائر قبل الرضاعة ومرة ​​أخرى من -1 ساعة بعد التغذية ، عندما تم إعادة درجة حرارة ما قبل التغذية. من التغييرات في درجة حرارة المعدة (حذف الساعة الأولى بعد الرضاعة) قمنا بحساب تخزين الحرارة طوال التجربة كـ تيبمبجأين؟ تيب هي التغيرات في درجة حرارة الجسم (بالدرجات المئوية) ، مب هي كتلة الجسم (بالكيلوغرام) ، و ج هو متوسط ​​السعة الحرارية النوعية للأنسجة [تؤخذ على أنها 3.5 كيلوجول كيلوغرام -1 درجة مئوية -1 (داوسون وويتو ، 2000)]. لحساب الوقت اللازم للطيور لتسخين كميات مختلفة من الأسماك المبتلعة عند الراحة في حظائرها ، اخترنا أولاً أحداث التغذية من آثار درجة حرارة المعدة حيث عادت درجة الحرارة إلى قيمة ما قبل التغذية. لم يكن هذا هو الحال دائمًا ، خاصة بعد الوجبات في وقت متأخر من بعد الظهر ، عندما بدأت درجة الحرارة في الانخفاض نحو القيمة المنخفضة التي تم الحفاظ عليها طوال الليل (انظر Enstipp et al. ، 2006a). لكل حدث تم اختياره ، قمنا بعد ذلك بحساب درجة حرارة خط الأساس قبل التغذية ، حيث تم أخذها على أنها متوسط ​​درجة الحرارة خلال 5 دقائق قبل الرضاعة مباشرة. في الخطوة الثانية ، تم قياس الوقت المطلوب للوصول إلى درجة حرارة ما قبل الابتلاع.

تم إجراء جميع التحليلات الإحصائية باستخدام برنامج SigmaStat (Jandel Scientific ، San Rafael ، CA ، USA). تم استخدام تحليل التباين أحادي الاتجاه (ANOVA) مع مقارنات Tukey الزوجية المتعددة لمقارنة تأثيرات درجة الحرارة البيئية وحجم الوجبة على حجم ومدة HIF. عندما تم إجراء مقارنات فردية ، كما هو الحال في مقارنة قيم الراحة والذروة الخامسا2، تلاميذ ر- تم استخدام الاختبار. تم تطبيع جميع قيم النسبة المئوية عن طريق التحويل القوسي مسبقًا. تم قبول الأهمية في ص& lt0.05. القيم المعطاة هي وسائل كبرى تم إنشاؤها من وسائل فردية للطيور ويتم تقديمها مع الخطأ المعياري للمتوسط ​​(± sem).

حساب فائدة التنظيم الحراري

لاستكشاف الفائدة الشاملة للتنظيم الحراري التي يمكن أن تعود على طيور الغاق ذات الذروة الشتوية في كولومبيا البريطانية من الاستبدال الحراري عبر لقد قدرنا HIF تكاليف الصيانة ، ونفقات الطاقة اليومية (DEE) ، وكمية الغذاء اليومية (DFI). عادة ما تتقلب درجات حرارة الهواء في جميع أنحاء كولومبيا البريطانية الساحلية خلال فصل الشتاء بين 0 و 10 درجات مئوية. ومن ثم ، قمنا بحساب تكاليف صيانة الغاق (معدل الأيض الأساسي وتكاليف التنظيم الحراري) لدرجة حرارة محيطة تبلغ 5 درجة مئوية (متوسط ​​درجة الحرارة أثناء تجارب الهواء البارد لدينا) باستخدام قيم من الجدول 1 وعامل تحويل الطاقة 19.7 كيلو جول لتر. - 1 س2(إنستيب وآخرون ، 2006 أ). تم تقدير DEE من خوارزمية أنشأها Enstipp et al. (Enstipp et al. ، 2006b) ، تم تعديلها للغاق مزدوج الذروة. تجمع هذه الخوارزمية بين بيانات الوقت والنشاط مع معدلات التمثيل الغذائي الخاصة بالنشاط لتقدير DEE. افترضنا ميزانية النشاط الزمني التالية (بناءً على الأنماط العامة التي لوحظت في طيور الغاق الكبيرة): تطير الطيور لمدة ساعة واحدة ، وتغوص لمدة ساعتين (تم أخذ متوسط ​​عمق الغوص ودرجة حرارة الماء على أنه 10 أمتار و 6 درجات مئوية ، على التوالي) ، و استرح على الأرض لبقية اليوم. تم أخذ معدلات التمثيل الغذائي الخاصة بالنشاط من Enstipp et al. (Enstipp et al. ، 2006a) ، باستثناء تكاليف الطيران ، والتي تم حسابها باستخدام نموذج Pennycuick الديناميكي الهوائي (Pennycuick ، ​​1989). تتغذى طيور الغاق على مجموعة متنوعة من أنواع الأسماك ذات المكونات الغذائية المختلفة وكثافة الطاقة. افترضنا كثافة طاقة مركبة للأسماك المبتلعة تبلغ 5 كيلوجول جم -1 كتلة رطبة ، لتحويل DEE إلى DFI. علاوة على ذلك ، افترضنا أن الطيور تحصل على DFI الخاصة بها خلال نوبتي علف تنتشر على مدار اليوم ، وذلك لتحقيق أقصى استفادة من HIF لتوفير التنظيم الحراري. من HIFصافي تم قياسه في طيور الغاق التي تهضم 100 غرام من الرنجة (الجدول 2) و DFI المقدر ، قمنا بحساب HIF اليوميصافي، على افتراض أن حجم HIF يتغير بالتناسب مع تناول الطعام (Bech and Præsteng ، 2004 Green et al. ، 2006) ويمكن مقارنته أيضًا بأنواع الأسماك ذات كثافة الطاقة المتغيرة. صحيفة HIF اليوميةصافي يمثل أقصى قدر ممكن من توفير الطاقة عبر HIF ، إذا اكتمل الاستبدال الحراري.

الظروف التجريبية وتأثير ابتلاع الأسماك على معدلات استهلاك الأكسجين (الخامسا2) من طيور الغاق مزدوجة الذروة

شرط . ن . ن . كتلة الجسم (كجم). درجة حرارة الهواء (درجة مئوية). يستريح الخامسا2 (مل دقيقة -1). كتلة الوجبة (جم). قمة الخامسا2 (مل دقيقة -1). يزيد (٪) . HIF * (ml O2) . مدة HIF * (دقيقة).
دافئ ، 100 جرام سمك 5 14 2.08±0.07 21.1±0.2 26.13±1.37 101.03±0.66 44.23±2.54 69.8±4.0 2697±294 328±28
بارد ، 100 جرام سمك 3 6 2.13±0.04 5.5±0.7 35.57 ± 0.72 أ 100.84±0.65 49.74±1.42 39.8 ± 4.0 أ 1391 ± 271 أ 228 ± 6 أ
بارد ، 60 جم ​​سمك 3 9 2.10±0.04 7.6±0.3 33.46 ± 0.29 أ 60.12±0.57 43.31±0.48 29.7 ± 2.0 أ 539 ± 85 أ ، ب 100 ± 10 أ ، ب
شرط . ن . ن . كتلة الجسم (كجم). درجة حرارة الهواء (درجة مئوية). يستريح الخامسا2 (مل دقيقة -1). كتلة الوجبة (جم). قمة الخامسا2 (مل دقيقة -1). يزيد (٪) . HIF * (ml O2) . مدة HIF * (دقيقة).
دافئ ، 100 جرام سمك 5 14 2.08±0.07 21.1±0.2 26.13±1.37 101.03±0.66 44.23±2.54 69.8±4.0 2697±294 328±28
بارد ، 100 جرام سمك 3 6 2.13±0.04 5.5±0.7 35.57 ± 0.72 أ 100.84±0.65 49.74±1.42 39.8 ± 4.0 أ 1391 ± 271 أ 228 ± 6 أ
بارد ، 60 جم ​​سمك 3 9 2.10±0.04 7.6±0.3 33.46 ± 0.29 أ 60.12±0.57 43.31±0.48 29.7 ± 2.0 أ 539 ± 85 أ ، ب 100 ± 10 أ ، ب

القيم هي الوسائل الكبرى ، والتي تم إنشاؤها من وسائل الطيور الفردية. الذروة الخامسا2هو الحد الأقصى لمتوسط ​​قيمة دقيقة واحدة أثناء التجربة ، باستثناء الارتفاع الأولي المرتبط بحركات التغذية. تشير "الزيادة" إلى النسبة المئوية للزيادة في الخامسا2 من الراحة إلى مستوى الذروة الذي تم الوصول إليه بعد تناول الطعام

ن، عدد الطيور ن، عدد من المحاكمات

بينما يمثل HIF في ظروف متعادلة حراريًا ("دافئ") إجمالي كمية الحرارة المتولدة كمنتج ثانوي للهضم ، فإن هذا ليس هو الحال بالنسبة للتجارب في ظروف متعادلة الحرارة ("باردة"). قيم أقل في ظروف متعادلة الحرارة الفرعية والمدة الأقصر لـ الخامسا2 يشير الارتفاع إلى الاستبدال الحراري. لحساب HIF ، الارتفاع المختصر الأولي في الخامسا2، المرتبطة بالحركات أثناء حدث التغذية ، من جميع الآثار باستخدام الاستيفاء الخطي (انظر الشكل 1)

فرق كبير من التجارب في ظروف متعادلة الحرارة

اختلاف كبير عن التجارب ذات الحجم الأكبر للوجبات

تقديرات حجم ومدة HIF في أنواع الطيور في ظروف متعادلة الحرارة

صنف . طعام . كتلة الوجبة (رطبة) كنسبة مئوية مب . كثافة الطاقة (كيلو جول جم -1 كتلة رطبة). كمية GE (kJ). HIFصافي (كيلوجول). HIFصافي كنسبة مئوية من تناول GE. مدة HIF (ح). يذاكر .
طائر الغاق مزدوج القمة الرنجة في المحيط الهادئ 4.8 9.3 930.0 38.9 4.2 5.5 1 الدراسة الحالية
(فالاكروكوراكس أوريتوس) (كلوبيا بالاسي)
البطريق الصغير سردين غرب أستراليا 2.9 5.1 155.6 15.6 10.0 3.1 2 (جرين وآخرون ، 2006)
(يوديبتولا طفيفة) (السردينوب neopilchardus) 7.0 5.1 382.0 38.2 10.0 6.3
سكاوب أقل بلح البحر الأزرق 20.2 أ 118.8 24.8 20.9 3 (كاسيلو ولوفورن ، 2006)
(أيثيا أفينيس) (Mytilus edulis)
بومة سمراء مصفرة فئران المختبر 5.3 8.9 200.0 14.2 8.0 10.0 4 (Bech and Præsteng ، 2004)
(ستريكس ألوكو) (موس العضلات)
مالارد حبوب مختلطة 17.5 أ 4.1 5 (كاسيلو ولوفورن ، 2003)
(أنس بلاتيرهينشوس)
Brünnichs Guillemot سمك القد في القطب الشمالي 2.3 4.9 92.6 6.5 7.0 1.4 6 (هوكينز وآخرون ، 1997)
(يوريا لومفيا) (بوروغادوس صيدا)
نمنمة البيت (الفراخ) الصراصير 6.4 6.2 6.3 7 (تشابيل وآخرون ، 1997)
(Troglodytes aedon) (أشيتا دومستيكا)
Adélie penguin (فراخ) كريل 26.4 22.6 أ 10.0 10.0 8 (جينس وشابيل ، 1995)
(Pygoscelis adeliae) (يوبوزيا ص.)
صنف . طعام . كتلة الوجبة (رطبة) كنسبة مئوية مب . كثافة الطاقة (كيلو جول جم -1 كتلة رطبة). كمية GE (kJ). HIFصافي (كيلوجول). HIFصافي كنسبة مئوية من تناول GE. مدة HIF (ح). يذاكر .
غاق مزدوج القمة الرنجة في المحيط الهادئ 4.8 9.3 930.0 38.9 4.2 5.5 1 الدراسة الحالية
(فالاكروكوراكس أوريتوس) (كلوبيا بالاسي)
البطريق الصغير سردين غرب أستراليا 2.9 5.1 155.6 15.6 10.0 3.1 2 (جرين وآخرون ، 2006)
(يوديبتولا طفيفة) (السردينوب neopilchardus) 7.0 5.1 382.0 38.2 10.0 6.3
سكاوب أقل بلح البحر الأزرق 20.2 أ 118.8 24.8 20.9 3 (كاسيلو ولوفورن ، 2006)
(أيثيا أفينيس) (Mytilus edulis)
بومة سمراء مصفرة فئران المختبر 5.3 8.9 200.0 14.2 8.0 10.0 4 (Bech and Præsteng ، 2004)
(ستريكس ألوكو) (موس العضلات)
مالارد حبوب مختلطة 17.5 أ 4.1 5 (كاسيلو ولوفورن ، 2003)
(أنس بلاتيرهينشوس)
Brünnichs Guillemot سمك القد في القطب الشمالي 2.3 4.9 92.6 6.5 7.0 1.4 6 (هوكينز وآخرون ، 1997)
(يوريا لومفيا) (بوروغادوس صيدا)
نمنمة البيت (الفراخ) الصراصير 6.4 6.2 6.3 7 (تشابيل وآخرون ، 1997)
(Troglodytes aedon) (أشيتا دومستيكا)
Adélie penguin (فراخ) كريل 26.4 22.6 أ 10.0 10.0 8 (جينس وشابيل ، 1995)
(Pygoscelis adeliae) (يوبوزيا ص.)

في جميع الدراسات ، باستثناء 4 و 7 و 8 ، تناولت الطيور الطعام طواعية. في الدراسة 3 ، غطس البط طواعية على عمق 2 متر ، حيث تناول بلح البحر الأزرق (تمت إزالة القشرة) ، بينما تناول البط الطعام عند الطفو على السطح في الدراسة 5

HIFصافي يستثني التكاليف التي يتم تكبدها عند تسخين الطعام المبتلع من درجة حرارة المحيط إلى درجة حرارة الجسم ، وبالتالي يمثل مقدار الحرارة المتاحة للتنظيم الحراري. GE ، الطاقة الإجمالية مب، كتلة الجسم كثافات الطاقة المذكورة في kJ g –1 الكتلة الجافة


استتباب الطاقة: آليات فعالة ☆

يرتجف توليد الحرارة

يحدث ST عندما يتم دفع جميع مجموعات العضلات الهيكلية عمليًا بشكل لا إرادي للتقلص بشكل متزامن (عند -40 و 31 هرتز في الماوس والفأر ، على التوالي) ، مما ينتج عنه حرارة (الكفاءة الميكانيكية للارتعاش هي 0٪).

يمكن زيادة HP أثناء التعرض للبرد بمقدار 3 إلى 4 أضعاف عن طريق الارتعاش. تعمل درجات حرارة الجلد والجوهر بشكل تآزري في تنشيط الارتعاش (ولكن يُفترض وجود علاقة مضافة أبسط في النموذج الموضح في الشكل 2). على الرغم من أن الارتعاش يمكن أن يزيد من Tcore بمقدار 0.5 درجة مئوية في البشر ، فإن هذا الوضع الحراري غير فعال لأنه يزيد من نقل حرارة الجسم بعيدًا عن القلب عن طريق زيادة تدفق الدم في العضلات ، ويزيد من فقدان الحرارة بالحمل الحراري إلى البيئة عن طريق الحركة الجسدية الإجمالية (هواء بارد).

الشكل 2 . نموذج للتحكم في توليد الحرارة المرتعشة. يؤدي انخفاض النشاط العصبي الحساس لـ POAH W إلى تثبيط DMH والخلفية العصبية (PH) التي تشير إلى الخلايا العصبية في النواة الحمراء (RN) والتكوين الشبكي (RF). هذا يسمح بزيادة الدافع الاستثاري لجاما (γ) [وربما ألفا (α)] العصبونات الحركية في القرن البطني (VH) للحبل الشوكي. زيادة إفراز γ للألياف داخل الصفائح (IF) في العضلات الهيكلية (SM) تزيد من الدافع الاستثاري إلى العصبونات الحركية α (مماثلة لانعكاس التمدد) ، مما يتسبب في تقلصات لا إرادية لألياف العضلات الهيكلية (SF). DH = القرن الظهري للنخاع الشوكي.


معدل الأيض والتمارين الرياضية

على الرغم من الكم الهائل من الوثائق البحثية المتزايدة ، إلا أن قصة التمرين / حرق السعرات الحرارية لا تزال بعيدة عن الوضوح. هناك & # 8217s بعض الأدلة على أن التمارين يمكن أن تعزز معدل الأيض الخاص بك & # 8211 ، ولكن المربك ، يبدو أن النشاط المنتظم يؤدي إلى انخفاض معدلات التمثيل الغذائي لبعض الناس. فيما يلي ملخص للنتائج التي تم التوصل إليها حتى الآن ، وموجزًا ​​لأحدث التفسيرات الأكثر شيوعًا لما يجري.

لفك شفرة البحث ، هناك بعض التعريفات الأساسية التي يجب فهمها أولاً. في أي فترة 24 ساعة ، نحرق عددًا معينًا من السعرات الحرارية & # 8211 التي يشار إليها باسم إجمالي نفقات الطاقة اليومية (). يتكون هذا المجموع من عدد من أنواع مختلفة من إنفاق الطاقة. كبداية ، هناك & # 8217s الطاقة التي يستخدمها معدل الأيض في الراحة () ، كمية السعرات الحرارية التي يتم حرقها فقط لإبقائك على قيد الحياة ، مع تذبذب جميع أنظمة الجسم. هذا يمثل جزءًا كبيرًا & # 8211 60-75٪ & # 8211 من إجمالي نفقات الطاقة اليومية.

ثانيًا ، هل لاحظت أن الأكل يميل إلى الشعور بالدفء ، حتى عندما تتناول طعامًا باردًا؟ إشارة إلى التأثير الحراري للتغذية () ، الطاقة الإضافية التي يتم حرقها أثناء وبعد تناول أي شيء. يرجع هذا التأثير إلى العمل الذي ينطوي عليه امتصاص الطعام ، واشتغال الإنزيمات الهضمية ، وزيادة تدفق الدم ، وما إلى ذلك. هذا يعتني بحوالي 10٪ من نفقات الطاقة اليومية. أخيرًا ، يستهلك النشاط البدني السعرات الحرارية. يتضمن النشاط تمرينًا رسميًا ، بالإضافة إلى حركة & # 8216 عارضة & # 8217 ، مثل التململ أو الارتعاش! يشكل هذا المكون بشكل عام ما بين 15 و 30٪ من نفقات الطاقة اليومية.

لذا ، فإن ممارسة الرياضة تزيد من السعرات الحرارية المستخدمة بسبب الحاجة إلى زيادة النشاط في ذلك الوقت. لكن السؤال الذي أبقى العلماء مفتونين (وما زال في حيرة من أمرهم) هو: هل ممارسة الرياضة لها تأثير على آليات حرق السعرات الحرارية الأخرى؟ هل ستؤدي جلسة الركض أو الرقص الهوائية إلى زيادة كمية الطاقة التي تحرقها أثناء نومك؟ الجواب حتى الآن؟ يمكن.

التمارين الهوائية: تأثيرات حادة
وجد عدد من الدراسات أن التمارين الهوائية تزيد من إنفاق الطاقة في الفترة الزمنية التي تلي النشاط مباشرة. ولكن قد تكون هناك عتبة للتسلق قبل أن يبدأ التأثير. يبدو أن التمارين الهوائية الخفيفة (حوالي 50٪) أقل احتمالية لإحداث فرق ، بينما من المرجح أن تحدث فرقًا معتدلة أو شديدة. على سبيل المثال ، خلصت إحدى المراجعات إلى أنه من المتوقع أن تؤدي التمارين الخفيفة إلى حرق 5-10 سعرات حرارية إضافية بعد ذلك باعتدال إلى 12-35 سعرًا حراريًا إضافيًا. في المقابل ، تبين أن التمارين الشاقة تزيد من حرق الطاقة بعد التمرين بمقدار 180 سعرًا حراريًا (& # 8216 & # 8211 الحجم والآليات والآثار العملية & # 8217 ، Bahr et al ، Acta Physiol Scand ، ملحق 605 ، الصفحات 1-70 ).

بشكل عام ، هناك & # 8217s أدلة مقنعة على التأثير الحاد للتمرين على إنفاق الطاقة. قامت معظم الدراسات التي وجدت ارتفاع معدل الأيض أثناء الراحة بإجراء قياساتها في غضون 24 ساعة من جلسة التمرين. وجد أحد التحقيقات أن أي زيادة بعد التمرين في RMR قد تلاشت بين 24 و 39 ساعة. بالنظر إلى المعلومات المتاحة حاليًا ، يبدو أنه لزيادة إنفاق الطاقة بشكل كبير بعد التمرين ، يجب أن يكون النشاط مكثفًا (أكثر من 70٪ VO2max) وطويلًا (أكثر من 90 دقيقة) سيكون التأثير أكثر وضوحًا في أول 12 ساعة بعد -ممارسه الرياضه.

آثار التدريب على المدى الطويل
ركز بعض الباحثين على التدريب طويل الأمد ، في محاولة لمعرفة ما إذا كان الرياضيون الذين يشاركون بانتظام في تمارين التحمل قد تأثرت معدلات الأيض لديهم. هذا يختلف عن النظر إلى الآثار الفورية لجلسة تمرين لمرة واحدة. راجع أحد الخبراء الأدلة وخلص إلى أن معدل الأيض أعلى بنسبة تتراوح بين 5 و 19٪ في النشاط العالي مقارنة بالأفراد المستقرين (& # 8216 تأثير تناول الطاقة وممارسة الرياضة على معدل الأيض أثناء الراحة & # 8217 ، Mole et al ، الطب الرياضي ، المجلد 10 ، ص 72-87).

ولكن قد يكون هناك اختلاف بين الجنسين في الاستجابة الأيضية للتمرين. ركزت غالبية الدراسات على الرجال. لا يدعم البحث الموجود على النساء بشكل مقنع الاختلاف في RMR بين النساء المدربات وغير المدربات. وجدت ما لا يقل عن أربع دراسات بحثت في كل من الرجال والنساء أن إجمالي الإنفاق اليومي على الطاقة لم يزد بشكل ملحوظ بعد التدريب لدى النساء ، ولكنه زاد عند الرجال. يبدو أن النساء يحافظن على الطاقة بشكل أكثر كفاءة (أي يحرقن سعرات حرارية أقل) عند الراحة واستجابة للتمارين الرياضية.

تمرين المقاومة
تمرين المقاومة هو أي نشاط يزيد من كتلة عضلاتك ، مثل رياضة تدريب الأثقال مثل ركوب الدراجات والتجديف لها أيضًا عناصر مقاومة. لا يوجد الكثير من البيانات البحثية المتاحة حول هذا النوع من النشاط مقارنة بالتمارين الهوائية. لكن الأدلة الناشئة تشير إلى أن تمارين المقاومة قادرة على زيادة حرق السعرات الحرارية بشكل عام.

تحرق أنسجة العضلات المزيد من الطاقة بمجرد دقاتها أكثر من الأنسجة الدهنية. لذلك ، من المتوقع أن تؤدي زيادة عضلاتك إلى نسبة الدهون إلى زيادة معدل الأيض أثناء الراحة.

الدكتورة كاثرين جيسلر هي خبيرة تغذية في King & # 8217s College ، لندن ، ولها اهتمام خاص بكيفية استخدام الجسم للطاقة. وتقدر أن الزيادة المرتبطة بالتمرينات يمكن أن تزيد من إجمالي الإنفاق اليومي على الطاقة بنسبة تتراوح بين 8٪ (143 سعرة حرارية في اليوم) بالنسبة لشخص نشط بشكل معتدل إلى 14٪ (286 سعرة حرارية في اليوم) للشخص شديد النشاط.

هل تمارين المقاومة لها تأثير يتجاوز مجرد تغيير العضلات: نسبة الدهون؟ حتى الآن ، القصة ليست واضحة. قام إريك بولمان ، الخبير في جامعة ماريلاند ، بمراجعة نتائج البحث حول تأثيرات تمرين المقاومة (& # 8216 تأثيرات التمرين على إنفاق الطاقة اليومي & # 8217 ، Poehlman & amp Toth ، مراجعات التغذية ، المجلد 54 ، الصفحات S140-149).

وخلص إلى أن هذا له تأثير على معدل الأيض أثناء الراحة (بغض النظر عن أي تغيير في كتلة العضلات) لمن هم فوق الخمسينيات ولكن ليس لدى الأفراد الأصغر سنًا. لذلك ، قد يكون هذا النوع من التمارين وسيلة فعالة لتعويض الانخفاض في إجمالي نفقات الطاقة اليومية التي تحدث عادةً مع تقدم العمر.

دور كفاءة الطاقة
وجد بعض الباحثين معدلات استقلاب أقل لدى الرياضيين النشطين للغاية. تتمثل إحدى طرق فهم هذا التناقض الواضح في مراعاة عاملين متصلين: توازن الطاقة وكفاءة الطاقة.

هنا ، تعني & # 8216energy & # 8217 الطاقة المتوفرة من الطعام ، وتقاس بالسعرات الحرارية. عندما تكون كمية الطاقة التي تستهلكها (السعرات الحرارية المستهلكة) مساوية لكمية الطاقة التي تستهلكها (حرق السعرات الحرارية) ، يُقال إنك & # 8217re في توازن الطاقة & # 8217. إذا كنت & # 8217 تحرق سعرات حرارية أكثر مما تأكل ، فأنت & # 8216 توازن سلبي & # 8217 على العكس من ذلك ، فإن تناول سعرات حرارية أكثر مما تحرق يضعك في & # 8216 توازن إيجابي & # 8217.

يعتقد بعض الخبراء أن كونك في حالة توازن طاقة سلبي يضع جسمك في وضع خاص للحفاظ على الطاقة. بمعنى آخر ، يعتقد الجسم أن هناك ندرة في السعرات الحرارية ، وعليه أن يحافظ على الطاقة المتاحة. أصبح هذا ممكنًا لأن هناك بعض الفسحة فيما يتعلق بمدى كفاءة التمثيل الغذائي لدينا في استخدام الطاقة. في وضع أقل كفاءة ، يمكن أن يهدر الجسم السعرات الحرارية ، ويؤدي مهام التمثيل الغذائي بطريقة تستهلك الكثير من الطاقة. في وضع الحفاظ على الطاقة ، يتم تنفيذ وظائف الجسم الأساسية بأقل تكلفة للطاقة.

من المحتمل أن تكون هناك اختلافات محددة وراثيًا بين الأفراد من حيث مدى كفاءة أجسامهم في استخدام الطاقة بشكل عام. ولكن يبدو أيضًا أن درجة الكفاءة تتأثر بما إذا كان الجسم يعتقد أن هناك ندرة أو وفرة من السعرات الحرارية المتاحة. وبالتالي ، أفاد بعض الرياضيين أنهم اضطروا إلى تناول كميات أقل من الطعام للحفاظ على وزنهم المثالي مع زيادة مدة تدريبهم. يبدو أن معدل الأيض لديهم يتباطأ للحفاظ على السعرات الحرارية كآلية دفاع ، على غرار الطريقة التي يبطئ بها التمثيل الغذائي في النحيفين كدفاع ضد الجوع. تتمثل إحدى طرق تجنب هذا التأثير في تناول المزيد من الطعام إذا كنت & # 8217re تمارس المزيد & # 8211 بهذه الطريقة ، فأنت أقل عرضة للدخول في دوامة نزولية تتمثل في الاضطرار إلى تناول سعرات حرارية أقل فأقل للحفاظ على نفس وزن الجسم.

كيف يكون لممارسة الرياضة تأثير؟
عندما يؤدي التمرين إلى زيادة إجمالي الإنفاق اليومي على الطاقة ، فهناك عدد من الآليات المحتملة:
1. زيادة النشاط الهرموني وجدت بعض الدراسات أن زيادة معدل الأيض أثناء الراحة بعد تمارين التحمل مرتبطة بارتفاع مستويات الأدرينالين والنورادرينالين في الدم. يتم التحكم في هذه الهرمونات من خلال الأعصاب الموجودة داخل العضلات ، والمعروفة باسم الأعصاب السمبثاوية. نظر بعض العلماء مباشرة إلى الأعصاب السمبثاوية في العضلات ووجدوا أن التمارين تحفز نشاط العصب. تميل هذه الهرمونات بدورها إلى تحفيز عمليات التمثيل الغذائي المختلفة التي لها تأثير صافٍ لزيادة معدل RMR. قد تلعب الهرمونات الأخرى دورًا أيضًا. هناك بعض الأدلة على أن التمارين تؤدي إلى زيادة إنتاج هرمون الغدة الدرقية ، والذي بدوره يؤدي إلى زيادة نشاط التمثيل الغذائي العام.

2. إعادة تركيب البروتين تشير عدة أسطر من الأدلة إلى أن زيادة معدل الأيض بعد التمرين يرتبط بتغيير التمثيل الغذائي للبروتين. تظهر بعض البيانات أن التمارين الرياضية تزيد من تكسير البروتين. للحفاظ على حالة البروتين ثابتة ، يجب تكثيف تخليق البروتين بعد التمرين. هناك بعض الدلائل على أن التمارين الرياضية تسبب زيادة في مستويات الإنزيمات المرتبطة بصنع البروتينات.ومع ذلك ، لا يوجد حتى الآن أي دليل تجريبي مباشر يؤكد وجود صلة مباشرة بين زيادة معدل دوران البروتين ومعدل التمثيل الغذائي.

3. تدفق عالي للطاقة يمكن أن يكون كلاهما في حالة توازن في الطاقة ، لكن عدد السعرات الحرارية التي يتم استهلاكها وحرقها يمكن أن يختلف اختلافًا كبيرًا. يعتقد عدد من الباحثين أن مفهوم & # 8216 تدفق الطاقة & # 8217 بالغ الأهمية. في الأساس ، توجد حالة تدفق عالي للطاقة عندما تقترن الزيادة في السعرات الحرارية المحروقة بسبب برنامج التمرين بزيادة تناول السعرات الحرارية.

على سبيل المثال ، نظرت إحدى الدراسات في المتطوعين الشباب الذين تم التحكم في مستويات نشاطهم ومقدار السعرات الحرارية بشكل صارم على مدى فترة 10 أيام (& # 8216 آثار زيادة استهلاك الطاقة و / أو النشاط البدني على إنفاق الطاقة لدى الشباب الأصحاء & # 8217 ، جوران وآخرون آل ، جي أبل فيسيول ، المجلد 77 ، ص 366-372). شوهدت زيادة كبيرة في RMR في المتطوعين الذين كانوا في توازن الطاقة عند مستوى تدفق الطاقة العالي. لذلك ، قد تحدث زيادة في معدل RMR بعد تدريب تمارين التحمل إذا تم زيادة المدخول الغذائي لتتناسب مع زيادة استهلاك السعرات الحرارية في التمرين.

4. النشاط يولد المزيد من النشاط بصرف النظر عن أي تأثيرات مباشرة على معدل الأيض ، هناك بعض الأدلة على أن ممارسة الرياضة بانتظام تعزز النشاط البدني العام على مدار اليوم. ببساطة ، كلما كنت أكثر لياقة ، زادت طاقتك & # 8217 من المحتمل أن تكون في حياتك اليومية ، تهاجم مهامك اليومية بحماسة إضافية! على سبيل المثال ، وجدت إحدى الدراسات أن ثلاثة شبان أظهروا زيادة كبيرة في إجمالي نفقات الطاقة اليومية بعد تسعة أسابيع من تدريب التحمل. كان لدى هؤلاء الرجال RMR دون تغيير ، وتم وضع زيادة إنفاق الطاقة على زيادة النشاط البدني العام.

الاستنتاجات
على الرغم من الكم الهائل من المؤلفات حول هذا الموضوع ، فإن الاختلافات في الإجراءات التجريبية تعني أنه من الصعب إجراء مقارنات ذات مغزى واستخلاص استنتاجات عامة. حتى الآن لا يمكننا سوى إجراء تخمينات مستنيرة:
1 قد تزيد التمارين الرياضية بشكل كبير من معدل الأيض لمدة تتراوح بين ست و 36 ساعة بعد التمرين
2 قد يكون هناك تأثير حد للشدة والمدة & # 8211 ربما 70٪ VO2max ، لمدة 90 دقيقة أو أكثر
3 قد تؤدي ممارسة التحمل المنتظمة إلى زيادة مستويات النشاط خلال بقية اليوم
4 يبدو أن الجنس هو عامل يبدو أن معدلات الأيض لدى النساء أقل تأثراً بالتمارين الرياضية
5 قد تكون تمارين المقاومة طريقة جيدة لتعويض انخفاض معدل الأيض الموجود عادة مع تقدم العمر
6 قد لا يعمل اتباع نظام غذائي صارم يحد من السعرات الحرارية بالإضافة إلى ممارسة التمارين الرياضية كطريقة لفقدان الوزن & # 8211 ، قد يكون من الأفضل لك تناول المزيد.


شاهد الفيديو: فضيحة وله تسوي حركة حرام وعيب باصابعها! الله يهديها (كانون الثاني 2022).