فیزیولوژی ورزشی

فیزیولوژی و آناتومی دو شاخه زیست شناسی هستند که پایه و اساس فیزیولوژی ورزشی را فراهم می کنند.
آناتومی ساختار اصلی بدن و روابط متقابل بین قسمت های مختلف بدن را بررسی می کند.
فیزیولوژی علمی است که به فرایندها یا کارکردهای موجودات زنده یا مطالعه عملکردهای بدن می پردازد و این امکان را به ما می دهد تا واکنش بدن در مورد محرک ها را درک و پیش بینی کنیم. و همچنین درک کنیم که چگونه بدن در حضور یک محیطی که  مداوم در حال تغییر است، شرایط را در محدوده باریکی از مقادیر حفظ می کند.
فیزیولوژی ورزشی از مطالعه آناتومی و فیزیولوژی تکامل یافته است ، که در آن چگونگی تغییر ساختارها و عملکردهای بدن هنگام ورزش پرفشار یا کم فشار بررسی می شود. این امر در درجه اول بررسی چگونگی سازگاری بدن از نظر فیزیولوژیکی با استرس حاد یا کوتاه مدت ورزش و استرس مزمن یا طولانی مدت تمرینات بدنی است.
فیزیولوژی ورزشی در مورد بهبود عملکرد سیستم های بدن است. این علم به شما کمک می کند تا بفهمید بدن در حین ورزش چگونه کار می کند ، و با استفاده از اصول علمی به شما اجازه می دهد که آموزش های بهتری داشته باشید ، بهتر عمل کنید و سریعتر بهبود یابید.
پاسخ فیزیولوژیکی به ورزش بستگی به شدت ، مدت زمان و فراوانی ورزش و همچنین شرایط محیطی دارد. 
دی اکسید کربن، محرکهای شیمیایی ، مکانیکی و حرارتی اگر افزایش می یابد بدن به منظور پاسخگویی به این تقاضاهای افزایش یافته ، تغییراتی در عملکرد متابولیک ، قلبی عروقی و تهویه ایجاد می کند.

اصول اساسی در فیزیولوژی ورزشی

پاسخ بدن به یک دوره تمرین ورزشی تنها با اصل هوموستاز تنظیم می شود. هوموستاز به عنوان توانایی بدن در حفظ محیط داخلی پایدار برای سلولها با تنظیم دقیق متغیرهای مهم بحرانی مانند pH یا تعادل پایه اسید ، تنش اکسیژن ، غلظت گلوکز خون و دمای بدن تعریف می شود.

اصل اضافه بار در تمرینات ورزشی

 

بدن ما با تمرین های منظم و صحیح سازگار می شود و این سازگاری های تمرینی مثبت  هنگامی ایجاد می شود که تمرین مناسب با ظرفیت فیزیولوژیکی فرد باشد. اگر بار تمرینی کمتر از ظرفیت فیزیولوژیکی فرد باشد سازگاری رخ نخواهد داد و چنانچه بار تمرینی بیش از ظرفیت فیزیولوژیکی فرد باشد آن وقت سازگاری منفی رخ خواهد داد که در این صورت سطح عملکرد پایین می آید و فرد اصطلاحا دچار بیش تمرینی خواهد شد.  در این حالت تعادل بین تمرین و ریکاوری بهم خواهد خورد و این یعنی خستگی و فرسودگی را در پی خواهد داشت.
استفاده از یک استرس زای خاص و مناسب بعضی اوقات می تواند به عنوان بارگذاری بیش از حد سیستم شناخته شود. اصل اضافه بار را می توان با توجه به بار (شدت و مدت زمان ورزش) ، تکرار ورزش و استراحت اندازه گیری کرد. منظور از بار برای مثال در تمرینات قدرتی می تواند به مقدار مقاومت یا در شنا به سرعت اشاره داشته باشد. هرچه بار بیشتر باشد ، خستگی و زمان ریکاوری بیشتری لازم است. 
همچنین تکرار به معنای تعداد دفعات اعمال بار است و استراحت به فاصله زمانی بین تکرارها و فرکانس به تعدادجلسات تمرین در هفته اشاره دارد.

اصل برگشت پذيری در تمرینات ورزشی

اگر تمرينات به طور منظم پيگيری نشود بسياری ازسازگاری‌های به دست آمده از تمرين بازگشت پذير هستند. به نوعی دیگر می توان گفت ، اصل برگشت پذیری بیان می کند که در حالی که آموزش ممکن است عملکرد را افزایش دهد ، عدم تحرک منجر به کاهش عملکرد خواهد شد.

اصل تفاوت فردی در تمرینات ورزشی

                     
اصل فردیت بیان می کند که گرچه پاسخ های فیزیولوژیکی به یک استرس زای خاص می تواند عمدتاً قابل پیش بینی باشد ، اما پاسخ های دقیق و سازگاری ها همچنان در بین افراد متفاوت خواهد بود . زیرا انسان موجود منحصر به فرد است و توانايي و واکنش های هر فرد به تمرين های ورزشی خاص خود اوست, بنابراين هيچ برنامه‌ای به عنوان  برنامه تمرينی همگانی مطلوب نيست.
عوامل متعدد که بر طرح تمرين ورزشکار خاص اثر می‌کنند عبارت از:
•    وراثت     
•    سن رشدی         
•    سن تمرينی

اصل تداوم تمرين در تمرینات ورزشی

تمرينات بايد به طور مستمر و درازمدت به انجام برسد. به مربيان توصيه می‌شود که شکيبا بوده و با تمرينات منظم پيشرفت ورزشکاران خود را تعقيب کند.

اصل اعتدال در تمرینات ورزشی        

            
اعتدال در تمرينات ورشی راز موفقيت پايدار است. افراط در تمرين بيش از هر چيز ديگر موجب ملال ورزشکار می‌شود.

اصل ويژگی تمرين در تمرینات ورزشی

تمرين برای هر رشته ورزشی بايد خاص آن رشته باشد که ابعاد مختلفی دارد:
•    ويژگی دستگاه انرژی   
•    ويژگی مربوط به هر تمرين ویژه  
•    ويژگی الگوهای حرکتی و گروه های عضلانی

سیستم اسکلتی عضلانی
                         

ورزش حرکت است و سیستم عضلانی در درجه اول وظیفه ایجاد حرکت را بر عهده دارد. بنابراین ، پاسخ ها و سازگاری های سیستم عضلانی با ورزش بخش های مهمی از فیزیولوژی ورزش است. در حین ورزش تغییرات زیادی در ماهیچه های اسکلتی مانند تغییر دما ، اسیدیته و غلظت یون اتفاق می افتد. این تغییرات بر عملکرد عضلات تأثیر می گذارد و ممکن است منجر به خستگی شود.
بسته به نوع ورزش ، تغییر در غلظت آنزیم ، محتوای پروتئین انقباضی و عروق در توانایی ماهیچه در انجام کار تأثیر می گذارد. به عنوان مثال ، ورزش استقامتی غلظت آنزیم ها را در عضله اسکلتی که در تولید هوازی انرژی نقش دارند افزایش می دهد. در مقابل ، تمرین قدرتی با افزایش در اندازه عضله به دلیل افزایش سنتز (تولید) پروتئین های انقباضی همراه با تغییر اندک در محتوای آنزیم بی هوازی همراه است. 

قدرت عضلات اسکلتی

                                                           
قدرت عضله حداکثر مقدار تنش یا نیرویی است که یک عضله یا یک گروه عضلانی می توانند داوطلبانه با حداکثر تلاش انجام دهند، وقتی نوع انقباض عضلات ، سرعت قطعه و زاویه مفصل مشخص شود.
آزمایش های مربوط به عضله سازی نشان داده است که شش انقباض عضلانی که حداکثر در سه مجموعه ( 3 روز در هفته) انجام می شود ، می تواند قدرت بهینه عضلات را  بدون ایجاد خستگی مزمن ماهیچه ایجاد می کند.
نکته قابل توجه این است که قدرت عضله بیشتر توسط سطح مقطع آن مشخص می شود. بنابراین اندازه عضله مهم است.
توجه: قدرت انقباض عضلات با قدرت عضله متفاوت است زیرا قدرت ، معیار میزان کل کارهایی است که ماهیچه در مدت واحد زمان انجام می دهد و به طور کلی در کیلوگرم بر متر در دقیقه اندازه گیری می شود.

استقامت عضلات اسکلتی

 

مفهوم مهم دیگر، استقامت است که به عنوان توانایی انجام انقباضات مکرر در برابر مقاومت یا حفظ انقباض برای مدت زمانی معین تعریف شده است.

انواع  انقباض های عضلات اسکلتی

 

به طور کلی انواع انقباض عضله را می توان به سه دسته تقسیم نمود:
•    انقباض ایزومتریک
•    انقباض ایزوکینتیک
•    انقباض ایزوتونیک : 
o    انقباض درون گرا 
o    انقباض برون گرا
در برخی منابع از انواع انقباض عضله به این سه نوع اشاره شده است: انقباض درون گرا، انقباض ایستا و انقباض برون گرا

انقباض ایزومتریک یا انقباض ایستای عضله

عضلات می توانند بدون حرکت کردن، عمل کنند. در این حالت ، عضله بدون این که تغییری در طولش به وجود آید، نیرو تولید می‌کند. به این حالت انقباض ایستا یا انقباض ایزومتریک عضله می گویند، زیرا زاویه‌ی مفصل تغییر نمی‌کند. انقباض ایزومتریک زمانی رخ می‌دهد که برای مثال، سعی شود جسمی بلند شود که سنگین تر از نیروی تولید شده توسط عضله باشد، یا زمانی که آرنج خم است و وزنه ای برای مدتی به طور ثابت در دست نگه داشته شود.

انقباض ایزوکینتیک عضله

نوع خاصی از فعالیت دینامیک است که شامل انقباض درون گرا و انقباض برون گرا می‌شود. سرعت انقباض در کل دامنه حرکت ثابت می باشد. در کل دامنه حرکت تنش عضله حداکثر است. انقباض ایزوکینتیک عضله بهترین نوع انقباض برای افزایش قدرت و سرعت عضله می باشد. در انقباض ایزوکینتیک عضله میزان آسیب عضله حداقل است اما دستگاه های مربوط به آن گران قیمت هستند.

انقباض ایزوتونیک عضله

شامل تولید تنش در عضله به منظور ایجاد یا کنترل حرکت در مفصل است. تغییرات تنش در عضله به واسطه تغییر در زاویه مفصل رخ می‌دهد. انقباض ایزوتونیک شامل انقباض درون گرا (انقباض کانسنتریک) و انقباض برون گرا (انقباض اکسنتریک) می باشد.

انقباض برون گرا و انقباض درون گرا ی عضله چیست؟
انقباض درون گرا یعنی موقعی که عضله جمع می شود و انقباض برون گرا یعنی موقعی که عضله طویل می شود. مثلاً در تمرین جلو بازو موقعی که هالتر به سمت بالا آورده می شود عضله جلو بازو جمع می شود؛ نوعی انقباض درون گرا است و موقعی که هالتر به سمت پایین برده می شود؛ نوع انقباض عضله جلو بازو انقباض برون گرا می باشد.

انقباض درون گرای عضله

عمل اساسی عضله که کوتاه شدن است، انقباض درون گرا است که آشناتر از انواع دیگر انقباض است. از آن جایی که حرکت در مفصل ایجاد می‌شود به انقباض درون گرا، انقباض پویا نیز می‌گویند.
•    در انقباض درون گرا هنگام تولید تنش طول عضله کوتاه می شود.
•    هنگامی رخ می دهد که نیروی عضله برای غلبه بر مقاومت موجود کافی باشد.
•    منجر به تغییر زاویه مفصل در راستای نیروی به کار رفته توسط عضله می شود.
•    دلیل حرکت بر علیه جاذبه یا نیروی مقاوم است.
•    به عنوان کار مثبت عضلات توصیف می شود.

انقباض برون گرای عضله

عضلات می‌توانند حتی در حال طویل شدن هم نیرو تولید کنند. این عمل را انقباض برون گرا می‌گویند. از آن جایی که حرکت در مفصل وجود دارد، این عمل نیز یک انقباض پویا است. مثالی از این انقباض، می‌تواند عمل عضله ی دو سر بازویی به هنگام پایین آوردن یک جسم سنگین توسط ساعد باشد. در این حالت، رشته‌های نازک بسیار دورتر از مرکز سارکومر (سلول عضلانی یا تار یا میون) کشیده می شوند و بنابر ضرورت در آن کشش ایجاد می کنند.
•    در انقباض برون گرا در هنگام تولید تنش طول عضله افزایش می یابد.
•    هنگامی رخ می دهد که نیروی عضله برای غلبه بر نیروی مقاوم کافی نباشد.
•    منجر به تغییر زاویه مفصل در راستای نیروی مقاوم می شود.
•    باعث حرکت قسمتی از بدن توسط نیروی جاذبه یا نیروی مقاوم می شود.
•    به صورت کار منفی عضله توصیف می شود.

هایپرتروفی عضلانی 

                        
هایپرتروفی عضلانی ( Hypertrophy ) و یا حجم گیری به افزایش حجم بافت یا اندام که در اثر بزرگ شدن سلول های موجود در آن بافت یا اندام صورت بگیرد ، گفته می‌ شود. در این حالت ، سلول ها آب و غذای بیشتری را جذب می‌ کنند و در نتیجه حجمشان بزرگ‌ تر می‌ شود.

انواع هایپرتروفی عضلانی
هایپرتروفی سارکوپلاسمیک ( افزایش حجم مایع پلاسما)
هایپرتروفی میوفیبریلار

ماهیچه های هایپرتروفیک با این موارد مشخص می شوند:
•    افزایش تعداد میوفیبریل
•    افزایش تعداد آنزیم های میتوکندری.
•    افزایش مقدار ATP و فسفوکراتین موجود؛
•    افزایش گلیکوژن و تری گلیسیرید ذخیره شده.
بنابراین سیستم های هوازی و بی هوازی را افزایش می دهد.

بدنسازها قادرند هایپرتروفی سارکوپلاسمیک ( افزایش حجم مایع پلاسما ) بیشتری را ایجاد کنند که سبب افزایش اندازه عضله بدون افزایش قدرت در عضله می‌ شود. بنابراین شما می‌ توانید بزرگ‌ تر دیده شوید ، اما لزوما قدرت خود را به میزان زیادی افزایش نداده باشید.

عوامل موثر بر قدرت عضلات

 

مقدار نیرویی که یک عضله می تواند ایجاد کند به طور جداگانه متفاوت است. ژنتیک نقش بزرگی در این تولید نیرو دارد .
نیروی تولید شده در هنگام انقباض عضلانی علاوه بر ژنتیک ، به عوامل متعددی دیگری بستگی دارد که عبارتند از :
•    اندازه عضلانی
•    طول اولیه عضله در لحظه فعال شدن
•    تعداد واحد های حرکتی فعال
•    نوع واحد های حرکتی فعال
•    کارآیی عصبی ـ عضلانی
•    عوامل بیومکانیکی
برای اینکه نیروی تولید شده در عضله بیشتر باشد باید عوامل زیر در نظر گرفته شود:
•    اندازه عضله برزگتر و تعداد واحد های حرکتی فعال بیشتر باشد
•    واحد های حرکتی فعال از نوع تند انقباضی باشد
•    کارآیی عصبی – عضلانی بالاتر باشد
•    عوامل بیومکانیکی ( زاویه مفصل ـ راستای تولید نیرو و … ) در وضعیت مطلوبی باشند

سیستم های انرژی در فیزیولوژی ورزشی

انرژی لازم برای ورزش ، به صورت آدنوزین تری فسفات (ATP) ، از تجزیه مواد غذایی از رژیم حاصل می شود. که به شکل پروتئین ، چربی و کربوهیدرات هستند ،
 انرژی از طریق مسیرهای مختلف آنزیمی که مواد غذایی را تجزیه می کنند و در نهایت منجر به تشکیل ATP می شوند، فراهم می شود.
مسیر خاص متابولیک مورد استفاده و مواد غذایی مرتبط با آن، که برای تولید انرژی در نظر گرفته شده اند، تحت تأثیر نوع تمرین و مدت زمانی قرار می گیرند که شخص انجام می دهد و پیامدهایی برای توانایی شخص در انجام آن ورزش دارد. اینها موارد مهمی در فیزیولوژی ورزش هستند زیرا بر تصمیمات مربوط به نوع ، شدت و مدت زمان ورزش که باید برای یک ورزشکار تجویز شود تأثیر می گذارد.
به منظور پاسخگویی به افزایش تقاضا برای ATP هنگام ورزش ،واکنش های تولید کننده ی انرژی افزایش مییابند . در متابولیسم هوازی ، واکنشهای شیمیایی از اکسیژن استفاده می کنند تا کربوهیدرات ها به طور کامل تجزیه شوند ، به عنوان مثال. گلیکوژن ، گلوکز و چربی ها.
 با سطح متوسطی از ورزش ، عضلات می توانند از متابولیسم هوازی برای رفع نیازهای انرژی استفاده کنند. متابولیسم هوازی امکان تولید حداکثر قدرت ماهیچه ها را ندارد اما می تواند برای مدت طولانی ادامه یابد.
 بدن ابتدا از اکسیژن ذخیره شده موجود در بدن استفاده می کند و سپس سطح ورزش با ظرفیت دستگاه های تنفسی و قلبی عروقی محدود می شود تا اکسیژن بیشتری به سلول های فعال وارد کند.

گلیکولیز بی هوازی (سیستم اسید لاکتیک) در فیزیولوژی ورزشی

بدن می تواند گلیکوژن ذخیره شده در عضله را به گلوکز تجزیه کند و سپس از گلوکز برای انرژی استفاده کند. گلیکولیز اولین بخش این فرآیند است که بدون استفاده از اکسیژن رخ می دهد و به همین دلیل گفته می شود متابولیسم بی هوازی است. در طی گلیکولیز ، هر مولکول گلوکز به دو مولکول اسید پیرویک تقسیم می شود و انرژی برای تشکیل چهار مولکول ATP برای هر مولکول گلوکز اصلی آزاد می شود.
سپس این مولکولهای اسید پیرویک می توانند توسط میتوکندری در سلولهای عضلانی مورد استفاده قرار گیرند ، با اکسیژن واکنش نشان دهند و مولکولهای بیشتری ATP (مرحله اکسیداتیو) فراهم کنند ، اما اگر این تمرین خیلی شدید باشد احتمالاً اکسیژن برای این مرحله دوم کافی نیست ، بنابراین پیروویک اسید به اسید لاکتیک تبدیل می شود. با این کار مقدار قابل توجهی ATP بدون اکسیژن ، بلکه از اسید لاکتیک تشکیل می شود که به مایع بینابینی و جریان خون پخش می شود.
ویژگی دیگر سیستم اسید گلیکوژن-لاکتیک این است که می تواند مولکولهای ATP را تقریباً 2.5 برابر سریعتر از مکانیسم اکسیداتیو میتوکندری تشکیل دهد. بنابراین ، هنگامی که مقادیر زیادی ATP برای دوره های کوتاه مدت انقباض عضلات مورد نیاز است ، می توان از این مکانیسم گلیکولیز بی هوازی به عنوان منبع سریع انرژی استفاده کرد. 

فسفوریلاسیون اکسیداتیو (سیستم هوازی) در فیزیولوژی ورزشی

سیستم هوازی اکسیداسیون گلوکز ، اسیدهای چرب و اسیدهای آمینه است. این ترکیبات در ترکیب با اکسیژن قادر به آزادسازی مقدار زیادی انرژی مورد استفاده برای تهیه ATP هستند. این اتفاق در میتوکندری سلول رخ می دهد. دو مسیر متابولیکی ، چرخه کربس و زنجیره حمل و نقل الکترونی با هم کار می کنند. این مسیرها هیدروژن را از کربوهیدرات ها ، چربی ها و پروتئین ها حذف می کنند تا انرژی بالقوه موجود در هیدروژن برای تولید ATP عملی شود.
این سیستم در هر دقیقه ATP کمتری نسبت به سیستم اسید لاکتیک فراهم می کند ، اما می تواند تا زمانی ادامه یابد که مواد مغذی برای سلول وجود داشته باشد.
از این رو سیستم بی هوازی برای فعالیت های هوازی قدرت کمتری دارد اما در طولانی مدت مفید است.

سیستم تأمین انرژی فسفاژن ATP-Pc در فیزیولوژی ورزشی

در ورزشهایی چون: پرتاب نیزه، پرتاب دیسک، دو ۱۰۰ متر و شیرجه یا فعالیت‌هایی که زمان اجرای آن بسیار کم است (حدود ۱۰ ثانیه) و با حداکثر شدت انجام می‌شوند، بدن انرژی مورد نیاز خود را از این سیستم تأمین می‌کنند. آدنوزین تری فسفات وکراتین فسفات موجود در ماهیچه به صورت ذخیره وجود دارند و به هنگام فعالیت انرژی مورد لزوم را تهیه می‌کنند. در این سیستم برای تأمین انرژی احتیاجی به حضور اکسیژن نیست (بی هوازی)

سیستم قلبی عروقی در تمرینات ورزشی
                              

سیستم قلبی عروقی وظیفه انتقال خون و در نتیجه اکسیژن و مواد مغذی را به بافتهای بدن می دهد. به همین ترتیب ، سیستم قلبی عروقی حذف مواد زاید از قبیل دی اکسید کربن از بدن را تسهیل می کند. علاوه بر این ، سیستم قلبی و عروقی به طور مرکزی در اتلاف گرما دخیل است ، که در طول ورزش طولانی مدت بسیار مهم است.
اجزای اصلی سیستم قلبی عروقی قلب است ، که خون را پمپ می کند ، و شریان ها و رگ ها ، که خون را به داخل و از درون بافت ها منتقل می کند. اگرچه تمام سیستم ها (یعنی ریوی ، تنفسی ، عضله اسکلتی و قلب و عروق) در ایجاد پاسخی مناسب به تمرینات ورزشی نقش دارند ، اما سیستم قلبی عروقی می تواند به عنوان قطب مرکزی شناخته شود. بنابراین بخش عمده ای از مطالعه و تحقیقات در فیزیولوژی ورزش بر پاسخ ها و سازگاری های سیستم قلبی عروقی با ورزش متمرکز است.
اثرات مفید مهم ورزش بر روی سیستم قلبی و عروقی شامل کاهش فشار خون در حال استراحت (یک عامل خطر مهم در بیماری های قلبی عروقی) و کاهش سطح کلسترول خون (کاهش خطر ابتلا به آترواسکلروز) است. علاوه بر این ، ورزش یکی از اجزای مهم روند توان بخشی قلبی به دنبال یک رویداد قلبی مانند حمله قلبی است.
کمبود اکسیژن معمولاً موجب افزایش گلبولهای قرمز خون می‌شود به همین دلیل است که در ارتفاعات زیاد ورزشکاران استقامتی قادر نیستند رکوردهای جهانی از خود به جا بگذارند چون در مکان‌های مرتفع فشار نسبی اکسیژن در هوای تنفسی کم است و شخص ورزشکار قادر نیست به راحتی اکسیژن مورد نیاز را در هنگام ورزش از هوا کسب کند لذا این امر در کارایی او اثر نامطلوب می‌گذارد.

دستگاه تنفسی در تمرینات ورزشی

                                  
طبق تعاریف کتاب‌های فیزیولوژی، تنفس عبارت است از جذب اکسیژن و دفع دی اکسید کربن به وسیله سلول زنده، خواه این سلول حیوانی باشد، خواه نباتی.
عمل تنفس طی ۲ مرحله متمایز انجام می‌شود: تنفس خارجی: که عبارت است از حرکت هوا به داخل ریه‌ها، انتقال اکسیژن از ریه‌ها به خون و انتقال دی اکسید کربن از خون به ریه‌ها. تنفس سلولی یا داخلی: که شامل جذب اکسیژن و تولیددی اکسید کربن توسط سلول‌ها می‌شود.

جذب اکسیژن هنگام تمرینات ورزشی            

          
میزان مصرف اکسیژن در اولین دقایق ورزش به صورت نمایی افزایش می یابد و در حدود دقیقه سوم به یک میزان پایدار می رسد و سپس نسبتاً پایدار می ماند. در چنین شرایطی ، انرژی مورد نیاز عضلات در حال کار و تولید ATP در متابولیسم هوازی ، بدون تجمع لاکتات در خون ، متعادل است.
میزان جذب اکسیژن در افراد مختلف متفاوت و به عوامل زیر بستگی دارد:
•    جنسیت
•    قد
•    وزن
•    عملکرد ریه
•    سطح تناسب اندام
•    نوع فعالیتی که انجام می شود.