1. Prof. Fadhel K Mathkor PhD
/ 4
Source : S.A. Plowman; Denise L. smith ; Exercise Physiology For Health, Fitness, and Performance 3ed USA

2. أهداف الفصل الأيض الهوائي خلال التمرين
توضيح وتثبيت المتغيرات الرئيسة المستعملةلوصف استجابة الايض الهوائي للتمرين .
توضيح اجراءات المساعدة الميدانية والمختبرية المستعملة لتحصيل المعلومات على الايض الهوائي خلال التمرين .
مقارنة ومباينة الاوكسجين المستهلك خلال :
أ. تمرين بشدة خفيفة الى متوسطة / قصير الزمن .
ب. تمرين بشدة عالية متوسط الى دون القصوي / طويل الزمن .
ت. تمرين هوائي متزايد الى قصوي .
ث. تمرين المقاومة المتحرك والثابت .
ج. تمرين لاهوائي بشدة عالية / زمن قصير جداً .
وصف كيفية انفاق الاوكسجين على تغيرات التنفس خلال التمرين .
حساب نسبة التبادل التنفسي وتفسير ماذا يقصد باستعمال مصادر الطاقة .
الاختلاف بين الكفاءة الكلية وصافي الكفاءة ودلتا الكفاءة , الاختلاف بين كفاءة واقتصادية الحركة .
تثبيت الطرق التي تمكن الفرد زيادة كفائته .
مقارنة اقتصادية الركض والمشي بين الاطفال والكبار مع الشباب ومتوسطي العمر ومناقشة الاسباب المحتملة للاختلافات .
توضيح لماذا تعد الكفاءة والاقتصادية مهمتان لاداء التمرين .

3. القياسات المختبرية للايض الهوائي
جهاز قياس السعرات الحرارية : Calorimeter
تسمية الجهاز مستمدة من Calorie وهي الوحدة الاساسية لطاقة الحرارة .
وهو قياس مباشر , حيث يتطلب غرفة يسخن الهواء بداخلها من جراء حرارة الشخص ثم تقاس الحرارة .

4. جهاز سبايروميتر Spirometer
قياس غير مباشر لقياس انتاج الحرارة حيث يقاس هواء الزفير ويحلل بمعرفة مقدار الاوكسجين المستهلك ومقدار CO2 المنتج , وهوطريقة مباشرة لقياس هواء التنفس .
تعرف هذه الطريقة على اساس حقيقة ان استهلاك O2 أثناء الراحة وخلال التمرين دون القصوي تعد نسبيا طريقة مباشرة للانتاج الهوائي ATP عندما يعبر عنها كسعرات حرارية ومساويا للحرارة المنتجة في الجسم كمقياس مباشر للسعرات الحرارية , مع ذلك عندما لا تقاس الحرارة بشكل مباشر فان هذا الجهاز هو مقياس غبر مباشر .
في حالة النظام المغلق Closed system Spirometer , فان الشخص يتنفس من الحاوية المملوءة بالغاز لغاز يتركب من 9و99% O2 , عادة CO2 الزفير يمتص , ان معدل O2 المتوفر بعدها يتم تحديده . ان في هذا الجهاز خطأ كبير ونادر الاستعمال .
في حالة النظام المفتوح Open system Spirometer : يوضع داخل غرفة أو محيط خارجي ويكون O2 93و20% . يتم تحليل عينة هواء الزفير لمعرفة محتوى الهواء من O2 و CO2 .
تعد هذه الطريقة من طرق قياس O2 المستلك وهي طريقة غير مباشرة باستخدام سبايروميتر ولتقدير الايض الهوائي أثناء التمرين والحالة الثابتة خلال التمرين دون القصوي , وهي تظهر العلاقة الخطية بين O2 المستهلك وانتاج ATP , ويمكن قياس ذلك بالتمرين اللاهوائي لكن العلاقة لا تبقى خطية لفترة طويلة .
يمكن استخدام الطريقة المفتوحة لقياس O2 المستهلك لأي نشاط بدني .
الى الان هنالك صعوبات ومحدودية في تطبيق الاختبار مختبريا أو ميدانيا .

5. الاستجابات للتمرين الهوائي : O2 المستهلك وانتاج CO2 ,
من المهم تحديد مقدار O2 في هذه الطريقة لعلاقته مع ATP , وكذلك يعد تحليل CO2 مهما أيضا للدور الذي يؤديه في الوقود المستخدم والحرارة المصروفة . ان استهلاك O هو مقدار O2 المستنشق والمنقول والمستعمل من قبل الخلية . ويمكن ان يسمى حجم الاوكسجين المستهلك .
وكذلك انتاج CO وهو مقدار CO2 المتولد خلال الايض وبشكل أساسي من التنفس الخلوي الهوائي وهو يساوي مقدار CO2 الزفير مطروحا منه CO2 الشهيق .
ان حجم هواء الشهيق لا يساوي بالضبط حجم هواء الزفير .
FIGURE 4.2. Subject Undergoing Assessment of Aerobic
Metabolism During Exercise.

6. 6و5كم/س

7. تمرين بشدة دون القصوي خفيف الى متوسط / قصير الزمن
- عند النظر الى الجدول (4-1) من 1-8د , يوجد اختلاف قليل جدا من دقيقة الى دقيقة في جميع المتغيرات وان مقارنة معدل O2 المنفق لهذه 8 د 13و24 لتر /كغم/د مع VO2max 4و47ملل/كغم/د يظهر ان الشخص يعمل بشدة 50% من VO2max
- عند التمرين بشدة 70% من VO2max لمدة 5-10د فان O2 المستهلك يبقى ثابتا نسبيا للوقت الذي يلي بداية التمرين . وهذا ما يعرف بالحالة الثابتة (steady state ) . ان الزمن للوصول ال الحالة الثابتة 1-3 د للشباب بشدة منخفضة الى متوسطة لكنه يزداد مع تمرين بشدة عالية . اما الكبار فان الزمن يكون أطول .

8. تمرين بشدة دون القصوي متوسط الى عالي/ طويل الزمن
تمرين بشدة دون القصوي متوسط الى عالي/ طويل الزمن
عند النظر بعناية الى الجدول 4-1 الى الدقيقة 33 حتى 37 , فان زيادة ندريجية تحدث في المتغيرات , عند أداء التمرين بمستوى اعلى من 70% من VO2max أو أقل ولكن لفترة طويلة أو جو حار ورطب , تعرف هذه الظاهرة بحدوث تغير O ( Oxygen drift ) في هذه الحالة يزداد استهلاك O2 على الرغم من حقيقة ان O2 المطلوب للنشاط لم يتغير . يحدث تغير O2 للاسباب :
ارتفاع مستويات الدم بسبب الكاتيكولامينات ( ابنفرين و نور ابنفرين ) .
تراكم اللاكتات .
تبدل استعمال مواد الطاقة . كربوهيدرات أكثر )
زيادة في التهوية الرئوية .
زيادة في حرارة الجسم .

9. التمرين الهوائي المتزايد الى القصوي
يظهر ان الشخص المختبر لائق جداً ومشارك في منافسات مسافات طويلة ( ركض , دراجات , dauthlon )
في هذا الاختبار يطلب من الشخص الاستمرار حتى التعب .
يتم زيادة السرعة والانحدار تدريجيا بحيث يصبح التمرين صعبا .
يستعمل اختبار Balke المعدل , تبقى السرعة ثابتة 5و3ميل/س (94م/د), الانحدار 0% في الدقيقة الاولى و 2% في الدقيقة الثانية , ويزداد 1% لكل دقيقة.
درجة الانحدار في Treadmill 25%
تزداد السرعة 4و13م/د لكل 1د . الاداء د .
وبسبب اللياقة العالية في هذا المثال فان بامكان الرياضي الاستمرار الى 28 د .
جميع قيم VE و VO2 و VCO2 تزداد كنتيجة لزيادة الطلب لأنتاج الطاقة . يرتفع هواء الزفير حتى الدقيقة 28 , وهذا يوضح القابلية الاحتياطية reserve capacity للنظام الرئوي .
يزداد استهلاك O2 من قليل الى 1لت/د (غالبا 17مل/كغم/د) الى 5ل/د عند القصوي , عند هذه اللحظة فان الشخص ينتج اكبر ما يمكن من ATP هوائيا .
ان أعلى مقدار من O2 لشخص يستنشقه وينقله ويستعمله لانتاج ATP هوائيا وهو يتنفس خلال التمرين بشدة عالية يسمى الاستهلاك القصوي O2 . -

10. عوامل فسلجية تحديد قصوية الاختبار
قيمة اللاكتات أكبر من 8 ملمول/ل .
معدل ضربات القلب ±12 ض/د من معادلة التنبؤ القصوي ( 220 – العمر ).
نسبة التبادل الغازي RER 1.0 أو 1.1 بالاعتماد على عمر الشخص .
هضبة استهلاك O2 ( الهضبة هي ارتفاع 2.1 مل/كغم/د أو أقل أو أرتفاع 0.15 ل/د أو أقل في استهلاك O2 VO2 مع زيادة في الجهد الذي يمثل التغير في الانحدار 2.5% عند الركض بسرعة 7ميل/س ( 11.2 كم/س ) بثلاث دقائق .
تعريف اخر , زيادة قليل عن النصف للارتفاع النظري المتوقع على اساس التغير في السرعة أو الانحدار أو السرعة والانحدار .
يظهر في جدول 4-2
كنتيجة لزيادة انتاج ATP فان مقدار CO2 المنتج يزداد , وان مقدار CO2 المنتج VCO2 عموما لا يساوي مقدار O2 المستهلك VO2 , وان نسبة O2% و CO2% لا تختلف كثيرا , ويوجد انحدار طفيف في O2% ويوازيه ارتفاع في CO2% بعد 10 د . يرتفع O2% 17% و CO2% خفيف 3% .

11. تمرين المقاومة الثابت والمتحرك
ان الاستجابة الوظيفية للتمرين الثابت والمتحرك توصف بعلاقتها بنسبة حجم الانقباض الارادي القصوي MVCاعتمادا على المجموعة العضلية المستعملة .
الانقباض الثابت دون 15-25% من MVC لا يقيد بشكل كامل جريان الدم .ينتقل O2 الى العضلات العاملة .
النسبة العالية MVC والضغط العضلي الداخلي الكبير يؤدي على الارجح الى ضعف جريان الدم .
اذا لم يكتمل انسداد جريان الدم يزداد استهلاك O2 .
الاختلافات بين تمرين التحمل المتحرك والثابت :
عند توقف التمرين الثابت وعودة جريان الدم تحدث زيادة مفاجئة في استهلاك O2 . ( الشكل الاعلى )
ان مصدر الطاقة لتمرين المقاومة المتحرك مثل رفع الاثقال والمصارعة هو اللاهوائي .
التكرارات الكثيرة والفترة الزمنية الطويلة يكون الاسهام الكبير هوائي . ( الشكل أسفل )
ان الاسهام الهوائي خلال تمرين رفع الثقل يمكن ان يكون متوقعا قليلا عما هو O2 المنفق لاغلب نشاطات التحمل الهوائي ولكن أعلى من التمرين الثابت الكلي .

12. التمرين اللاهوائي عالي الشدة / زمن قصير جداً
تاريخيا لم يثبت لدى العلماء اسهام الايض الهوائي بالتمرين القصير الشديد بسبب صعوبة الحصول على القياسات الدقيقة , مع ذلك فان المعلومات المتوفرة المستعملة في اختبار Wingate (30ثا) اللاهوائي فيه اسهام طاقة هوائي على الاغلب بنسبة 25-30% .
اوكسجين التنفس المنفق :
يستعمل قسم من O2 لكل من الراحة وخلال التمرين يذهب الى العضلات العاملة , وهذه القيمة لا تبقى ثابتة وانما متغيرة مع تغير شدة التمرين .
خلال الراحة , يستعمل الجهاز التنفسي 1-2% من O2 من مجموع ما يستهلكه الجسم أو 5و2 مل/د و O2 المنفق يكون عاليا خلال التهوية الرئوية عند الاطفال ومتوسطي العمر والكبار .
أثناء التمرين , خلال التمرين الهوائي المتحرك الخفيف الى متوسط دون القصوي , حيث VE أقل من 60ل/د فان انفاق O2 التنفس يتغير الى مل/د .
عند التمرين دون القصوي العالي , عندما تكون VE بين ل/د فان O2 التنفس قد يرتفع ال مل/د.
خلال التمرين المتزايد الى القصوي فان VE في بداية التمرين وخلال مراحل التمرين بشدته المنخفضة يظهر ارتفاعا تدريجيا بشكل منحني مضلع ,يعكس التغيرات دون القصوية .
عند الاحمال الاعلى يتطلب VE أكبر من 120ل/د , يحدث منحنى أسي مثير .في هذا المنحنى بمرور الوقت فان VE 180ل/د تصل عند الاشخاص اللائقين بدنيا جداً و مل/د من O2 يستعمل لدعم التنفس .

13. حاصل التنفسRQ / نسبة التبادل الغازي RER
RQ نسبة مقدار CO2 المنتج الى O2 المستهلك في الخلية .
RQ = CO2 / O2 وهي تمثل أكسدة الكربوهيدرات والدهون والبروتينات في الخلية
- ان مقدار O2 المستهلك ومقدار CO2 المنتج متنوع بين مصادر الوقود الرئيسة بسبب الاختلافات في التركيب الكيميائي

14. ان معرفة RQ : 1. لتقدير الوقود المستعمل في النشاطات المختلفة. 2
ان معرفة RQ : 1. لتقدير الوقود المستعمل في النشاطات المختلفة . 2. في الراحة , اذا كان RQ فان ذلك يعني الاعتماد على الكربوهيدرات RQ 0.75 فان ذلك يعني الاعتماد على الدهون RQ 0.81 فان ذلك يعني الاعتماد على البروتين ( الموت جوعا ) توجد صعوبات لتفسير RQ أثناء التمرين : أ. ان القيم المقاسة O2 و CO2 في الطريقة المفتوحة تمثل تغير الغاز لمجموع الجسم وليس فقط للعضلات العاملة . ب. ان فرط التنفس لأي سبب سينتج عنه زيادة في CO2 وهو ارتفاع كاذب في النسبة . وهذا غالبا يحدث في حالات الضغط مثل بداية فترة اعادة البناء بعد جهد قصوي . ت. اذا كان التمرين بشدة عالية بما يكفي ليشمل الايض اللاهوائي مؤديا الى زيادة في الحامضية ( نقصان pH ) فان RQ يمثل الوقود المستعمل . 4. اذا كانت قيمة النسبة 1.0 فان الوقود هو كربوهيدرات , اما اذا زاد CO2 فان الايض لاهوائي وهذا ما يحدث أيضا في اعادة البناء . لهذه الاسباب فان RER أكثر دقة من RQ لوصف نسبة VCO2 المنتج الى VO2 المستهلك باستخدام الطريقة المفتوحة . الا انه لا يمكن تمييز الاشكال المختلفة للوقود مثل الكلوكوز أو الكلايكوجين والاحماض الدهنية والاجسام الكيتونية . 5. لقياس استعمال البروتين فان مقدار النايتروجين المفرز ( في الادرار والتعرق ) يجب ان يقاس , هذا العمل في احسن الاحوال بطيء وفي أسوأ الاحوال مستحيل لأداءه في حالات التمرين . وهكذا فان RER الذي يقاس عن طريق VCO2 ل/د ÷ VO2 ل/د خلال التمرين هي ليست RER بروتينية بسبب ان البروتين لا يعتقد انه يستعمل كوقود الى ان يصبح النشاط طويل الزمن .

16. تقدير السعرات الحرارية المصروفة
الطاقة الاساسية للكربوهيدرات تعنمد على شكلها ( كلوكوز 3.75ككالور/غم , كلايكوجين 4.17 ككالور/غم )
الاحماض الامينية 3.76ككالور/غم .
السعرات الحرارية المصروفة لاي نشاط (ككالور /د) = استهلاك O2 × مكافئ السعرات ( ككالور /لO2 )
Assume that an individual had an RER of 0.91 during exercise that used 2.15 L O2·min−1. The caloric equivalent for an RER of 0.91 is 4.936 kcal·L−1 O2, so the calculation become 2.15 L O2·min–1 x 4.936 kcal·L–1 O2 = 10.61 kcal·min–1
السعرات المنفقة Caloric cost : هي الطاقة المصروفة للنشاط . يمكن تقدير قيمة السعرات لأي نشاط بضربها 5 ككالور/لO2 .
مكافئ الايض The Metabolic EquivalenT (MET) يمثل 1MET معدل , وهو يعادل طاقة وقت الراحة منفقة لشاب عند 3.5 ملل/كغم/دO2 .
تختلف معدلات الايض حسب الفروق الفردية وقت الراحة .
اذا كان النشاط يؤدى بمستوى 5MET فان الحاجة للطاقة وقت الراحة 5 × 3.5 مللتر/كغم/د = 17.5 مللتر/كغم/د
لحساب مستويات MET من قياسات استهلاك O2 المستعمل يقسم على 3.5 , مثال :
For example, if an individual expends 29mL·kg−1·min−1 of O2 on a task, the MET level is
29 mL·kg−1·min−1 ÷ 3.5 mL·kg−1·min−1 = 8.3 METs

17. - لتحويل MET الى ككالور/د من الضروري معرفة BW للشخص واستعمال العلاقة

20. اجهزة استشعار الحركة
لقد افترض ان الحركات الكثيرة تعني صرف طاقة كبير . يقاس حساس نوع الحركة بوساطة جهاز Pedometer ( عداد الخطى ) بالقدمين . لقد وجد ان الدقة في هذا الجهاز تكون عند قياس الخطوات وليس المسافة لحساب السعرات الحرارية المصروفة .
قياس التسارع Accelerometer : جهاز محمول يحمل عن طريق الجسم يقيس الحركة من حيث التسارع .
السرعة تغير وضع الجسم نسبة الى الزمن .
التسارع تغير السرعة نسبة الى الزمن .
اجهزة حديثة تستعمل لاستقبال اشارات مختلفة من مناطق الجسم العديدة مثل الذراع والخصر والركبة , أو تسارع مركب مثل معدل ضربات القلب ودرجة حرارة الجلد ودرجة حرارة الجسم .
تكنولوجيا الاجهزة مستمر بالتطور في محاولة للحصول على أفضل التقديرات لحساب الطاقة المصروفة

21. Economy of Walking and Runningالاقتصاد في المشي والركض