دویدن یکی از در دسترس‌ترین و محبوب‌ترین اشکال ورزش فیزیکی است. از انفجارهای قدرتمند دو ۱۰۰ متر گرفته تا تلاش پایدار و مستمر ماراتن، سیستم‌های انرژی بدن به طور خستگی‌ناپذیر برای پاسخگویی به نیازهای فعالیت بدنی کار می‌کنند. درک این سیستم‌ها برای ورزشکارانی که به دنبال بهینه‌سازی عملکرد خود هستند و مربیانی که برنامه‌های تمرینی را برای رویدادهای خاص طراحی می‌کنند، بسیار مهم است. سه سیستم اصلی انرژی که در این فرایند دخیل هستند شامل سیستم ATP–PC، سیستم گلیکولیز بی‌هوازی و سیستم هوازی هستند. این سیستم‌ها به صورت پیچیده و پویا با هم تعامل دارند و انرژی لازم برای حرکت انسانی را فراهم می‌کنند.
سیستم‌های انرژی دویدن: از سرعت تا استقامت
سیستم‌های انرژی دویدن براساس نوع ماده‌ای که دونده انجام می‌دهد می‌تواند متفاوت باشد. هر چند همه سیستم‌ها در تمامی ماده‌ها به کار گرفته می‌شوند اما معمولا با توجه به مسافت و شدت اعمال شده یکی از سیستم‌های تولیدکننده انرژی در دویدن غالب می‌شود. در زیر به تشریح این سیستم‌ها در انواع ماده‌های دو خواهیم پرداخت.
۱. سیستم ATP-PC: تأمین انرژی برای حرکات انفجاری
سیستم ATP-PC (آدنوزین تری فسفات-فسفوکراتین) سریع‌ترین راه بدن برای تولید انرژی است. ATP واحد اصلی انرژی سلول‌ها، به راحتی در دسترس است اما در مقادیر محدودی در بافت عضلانی ذخیره می‌شود. در طول فعالیت‌های با شدت بالا مانند دوی سرعت (sprint)، ATP به سرعت تجزیه شده و انرژی فراهم می‌کند. هم‌زمان، فسفوکراتین (PC) در عضلات ATP را بازسازی می‌کند و گروه فسفات را به ADP (آدنوزین دی فسفات) منتقل می‌کند.
این فرایند به صورت بی‌هوازی انجام می‌شود، به این معنی که نیاز به اکسیژن ندارد. به همین دلیل، برای مدت کوتاهی از فعالیت‌های انفجاری که تا ۱۰ ثانیه طول می‌کشند، بسیار کارآمد است، مانند دوی ۱۰۰ متر. با این حال، به دلیل محدودیت ذخایر PC ، سیستم ATP-PC فراتر از این مدت کوتاه قابل نگهداری نیست. پس از اتمام، بدن به سیستم‌های دیگر انرژی برای حفظ عملکرد منتقل می‌شود.
تمرین می‌تواند ظرفیت و بازیابی سیستم ATP-PCr را بهبود بخشد. تمرینات سرعتی، به عنوان مثال، توانایی عضلات برای ذخیره و استفاده از فسفوکراتین را بهبود می‌بخشد و به دونده‌ها امکان می‌دهد قدرت انفجاری خود را برای مدت زمان طولانی‌تری حفظ کنند.
۲. سیستم گلیکولیز بی‌هوازی: پلی به تلاش پایدار
هنگامی که فعالیت با شدت بالا بیشتر از ۱۰ ثانیه طول می‌کشد و ذخایر PC تخلیه می‌شود، بدن به سیستم گلیکولیز بی‌هوازی روی می‌آورد. این مسیر شامل تجزیه گلوکز یا گلیکوژن به پیرووات از طریق گلیکولیز است که در این فرایند ATP تولید می‌شود. در شرایط کمبود اکسیژن، پیرووات به لاکتات تبدیل می‌شود، فرایندی که به گلیکولیز اجازه ادامه می‌دهد اما منجر به تجمع یون‌های هیدروژن می‌شود و خستگی عضلانی و حس “سوزش“۱ مشخص را ایجاد می‌کند (نکته زیر در این رابطه مطالعه شود).
سیستم گلیکولیز بی‌هوازی در فعالیت‌هایی که بین ۱۰ ثانیه تا ۲ دقیقه طول می‌کشند غالب است، مانند دوی ۲۰۰ متر یا دو ۴۰۰ متر. این سیستم ATP را کندتر از سیستم ATP-PC تولید می‌کند اما می‌تواند تولید انرژی را برای مدت طولانی‌تری نگه دارد. با این حال، کارایی کمتری دارد و می‌تواند به دلیل تجمع محصولات جانبی متابولیک مانند لاکتات و یون‌های هیدروژن، منجر به خستگی شود (نکته زیر در این رابطه مطالعه شود).
۱. نکته: در گذشته، اسیدلاکتیک به‌عنوان محصولی زائد در متابولیسم شناخته می‌شد (در متن بالا هم این‌طور نوشتیم؛ چون که هنوز چنین تصوری در جامعه ورزشی حتی منابع خارجی حاکم است) که تجمع آن در عضلات طی ورزش‌های شدید، عامل اصلی سوزش و خستگی تلقی می‌گردید. با این حال، پژوهش‌های اخیر (پانویس منبع بده) نشان می‌دهند که لاکتات نه تنها محصولی زائد نیست، بلکه به‌عنوان یک سوخت مهم در تولید انرژی در حین فعالیت‌های شدید عمل می‌کند. افزایش سطح لاکتات در خون، نشان‌دهنده رسیدن ورزشکار به آستانه لاکتات است؛ یعنی نقطه‌ای که تولید لاکتات از میزان حذف آن فراتر می‌رود. این افزایش، بخشی از مکانیسم‌های طبیعی بدن برای تأمین انرژی در شرایط کمبود اکسیژن است. احساس سوزش و خستگی ناشی از تجمع لاکتات، واکنشی حفاظتی از سوی بدن محسوب می‌شود که با هدف کاهش فشار و جلوگیری از آسیب‌های بیشتر به عضلات ایجاد می‌گردد.
تمرینات اینتروال به طور خاص در بهبود کارایی سیستم گلیکولیز بی‌هوازی مؤثر هستند. با قراردادن بدن در معرض دوره‌های متناوب ورزش با شدت بالا و استراحت یا فعالیت با شدت کم، ورزشکاران می‌توانند تحمل خود به لاکتات و توانایی استفاده از آن به عنوان یک سوخت کلیدی را بهبود بخشند و شروع خستگی را به تعویق بیندازند.
۳. سیستم هوازی: پایداری استقامت
برای فعالیت‌هایی که بیش از چند دقیقه طول می‌کشند، سیستم هوازی منبع اصلی انرژی می‌شود. این سیستم به اکسیژن متکی است تا کربوهیدرات‌ها، چربی‌ها و به مقدار کمتری پروتئین‌ها را متابولیزه کرده و ATP تولید کند.
سیستم هوازی بسیار کارآمد است و قادر است مقادیر زیادی ATP را برای مدت زمان طولانی تولید کند. در طول ورزش با شدت متوسط، کربوهیدرات‌ها منبع اصلی سوخت هستند. با ادامه ورزش و تخلیه ذخایر گلیکوژن، بدن به تدریج به متابولیسم چربی متکی می‌شود. این تغییر به ویژه در رویدادهای استقامتی مانند ماراتن اهمیت دارد، جایی که نیازهای انرژی برای ساعت‌ها ادامه دارد.
سازگاری‌های تمرینی در سیستم هوازی شامل افزایش تراکم میتوکندری، شبکه‌های مویرگی پیشرفته‌تر و فعالیت بیشتر آنزیم‌های هوازی است. این تغییرات توانایی بدن را برای رساندن اکسیژن به عضلات فعال و استفاده از چربی به عنوان منبع سوخت بهبود می‌بخشند و عملکرد استقامتی را افزایش می‌دهند.
تعامل سیستم‌های انرژی در انواع دویدن
در هر رویداد دو، سهم هر سیستم انرژی بسته به شدت و مدت زمان فعالیت متفاوت است. در حالی که این سیستم‌ها اغلب به صورت جداگانه مورد بحث قرار می‌گیرند، آن‌ها به طور هم‌زمان عمل می‌کنند و معمولاً یک سیستم غالب است:
- دوی ۱۰۰ متر: سیستم ATP-PC منبع اصلی انرژی است و قدرت انفجاری مورد نیاز برای مدت کوتاه مسابقه را فراهم می‌کند. سهم ناچیزی از سیستم گلیکولیز بی‌هوازی وجود دارد.
- دوی ۴۰۰ متر: این فاصله نیاز به تلاش پایدار با شدت بالا دارد، که باعث می‌شود سیستم گلیکولیز بی‌هوازی منبع اصلی انرژی باشد. سیستم ATP-PC در ابتدا کمک می‌کند، در حالی که سیستم هوازی نقش کمتری در بازیابی دارد.
- مسابقات ۵-کیلومتر و ۱۰-کیلومتر: سیستم هوازی منبع اصلی انرژی است، با کمک‌هایی از سیستم گلیکولیز بی‌هوازی در طول افزایش سرعت یا در شروع مسابقه.
- ماراتن‌ها: سیستم هوازی غالب است و از ذخایر کربوهیدرات و چربی برای تولید انرژی استفاده می‌کند. سیستم گلیکولیز بی‌هوازی ممکن است در دوره‌های افزایش شدت، مانند صعودهای تپه یا سرعت‌های پایانی، وارد عمل شود.
استفاده از سوخت و مسیرهای انرژی
انتخاب سوخت بدن به شدت و مدت زمان فعالیت بستگی دارد:
- کربوهیدرات‌ها: به صورت گلیکوژن در ماهیچه‌ها و کبد ذخیره می‌شوند و منبع سوخت ترجیحی بدن برای ورزش با شدت متوسط تا بالا هستند. گلیکوژن به گلوکز تجزیه شده و سپس برای تولید ATP استفاده می‌شود. با این حال، ذخایر گلیکوژن محدود است و می‌تواند در طول فعالیت‌های طولانی‌مدت تخلیه شود، که منجر به خستگی می‌شود (که معمولاً به آن “برخورد با دیوار” در ماراتن‌ها گفته می‌شود).
- چربی‌ها: چربی منبع انرژی تقریباً نامحدودی فراهم می‌کند اما برای متابولیزه شدن نیاز به اکسیژن بیشتری دارد. در طول ورزش با شدت کم تا متوسط و در رویدادهای استقامتی طولانی‌مدت که ذخایر گلیکوژن تخلیه می‌شوند، منبع سوخت غالب می‌شود.
- پروتئین‌ها: پروتئین‌ها نقش کمتری در تولید انرژی ایفا می‌کنند و معمولاً کمتر از ۱۰٪ از کل انرژی را تأمین می‌کنند. استفاده از آن‌ها در طول ورزش طولانی‌مدت یا در شرایط تخلیه گلیکوژن افزایش می‌یابد.
نقش ریکاوری در کارایی سیستم‌های انرژی دویدن
بازیابی یا ریکاوری برای حفظ و بهبود کارایی سیستم‌های انرژی بسیار مهم است. پس از ورزش با شدت بالا، سیستم ATP-PC ذخایر PC را از طریق فرایندهای هوازی بازسازی می‌کند که ممکن است چند دقیقه طول بکشد. بازیابی فعال – ورزش با شدت کم پس از فعالیت شدید – به پاکسازی لاکتات از جریان خون کمک می‌کند، اسیدیته عضلات را کاهش داده و بازیابی را تسریع می‌کند.
برای ورزشکاران استقامتی، استراتژی‌های بازیابی شامل مصرف کربوهیدرات‌ها برای بازسازی ذخایر گلیکوژن و اطمینان از مصرف پروتئین کافی برای حمایت از ترمیم ماهیچه‌ها است. هیدراتاسیون و تعادل الکترولیت نیز نقش اساسی در بهینه‌سازی بازیابی و عملکرد دارند.
تمرین برای سیستم‌های انرژی در دویدن
هدف قراردادن تمرین برای سیستم‌های انرژی خاص می‌تواند عملکرد را در رویدادهای مختلف دویدن افزایش دهد. در اینجا نحوه تمرین هر سیستم آورده شده است:
- سیستم ATP-PC: دوی سرعت کوتاه (۵-۱۰ ثانیه) با حداکثر شدت و استراحت طولانی بین تکرارها به بهبود ظرفیت و بازیابی این سیستم کمک می‌کند.
- سیستم گلیکولیز بی‌هوازی: تمرینات اینتروال با شدت بالا (۲۰ ثانیه تا ۲ دقیقه) با فواصل کوتاه استراحت، توانایی بدن برای تحمل و حذف لاکتات را افزایش می‌دهد.
- سیستم هوازی: دوهای طولانی با شدت کم تا متوسط برای ساخت استقامت پایه و دوهای سریع طولانی (tempo runs) برای بهبود آستانه لاکتات ایده‌آل هستند. نکته: البته بعضی مطالعات نشان داده‌اند که تمرینات مخصوص بهبود سرعت حداکثری که سیستم‌های فسفاژن و گلیکولیز را به کار می‌گیرد می‌تواند در بهبود سرعت دونده‌های استقامت تاثیر بسزایی داشته باشد.
نتیجه‌گیری
سیستم‌های انرژی در دویدن به عنوان موتورهای پشت صحنه عملکرد انسانی عمل می‌کنند و به ورزشکاران کمک می‌کنند تا به اهداف خود دست یابند. با درک چگونگی عملکرد و تعامل این سیستم‌ها، می‌توانید برنامه‌های تمرینی خود را بهینه کنید، بازیابی را تسریع کرده و بهترین عملکرد خود را در مسابقات ارائه دهید. تمرکز بر تمرین هدفمند و استراتژی‌های بازیابی مناسب، کلید موفقیت در دویدن است. در نهایت، سیستم‌های انرژی در دویدن به ما نشان می‌دهند که چگونه بدن انسان با شگفتی و کارایی با چالش‌های فیزیکی روبرو می‌شود.
منابع:
American College of Sports Medicine (ACSM) Guidelines
Brooks, G. A., Fahey, T. D., & Baldwin, K. M. (2019). Exercise Physiology: Human Bioenergetics and Its Applications
Powers, S. K., & Howley, E. T. (2023). Exercise Physiology: Theory and Application to Fitness and Performance
Bassett, D. R., & Howley, E. T. (2000). “Limiting factors for maximum oxygen uptake and determinants of endurance performance.” Medicine & Science in Sports & Exercise.
Gastin, P. B. (2001). “Energy system interaction and relative contribution during maximal exercise.” Sports Medicine.
Journal of Applied Physiology
