فیزیولوژی ورزش
فصل اول پاورپوینت
کنترل محیط داخلی
اهداف
از دوران کودکی فرا گرفته ایم که ۳۷ درجه سانتیگراد یک دمای طبیعی برای بدن است و ارقام بالاتر یا پایین تر از آن غیر طبیعی است . چگونه بدن قادر است که دمای بدن را در یک دامنه کم ثابت نگهدارد ؟ علاوه بر این ، چگونه است که وقتی بدن به هنگام ورزش گرمای زیادی تولید می کند ما با مشکل گرمازدگی مواجه نمی شویم ؟ چه عاملی دمای بدن را بخوبی در حد طبیعی حفظ می کند ؟
کلودو برنارد ، فیزلوژیست فرانسوی ، در یکصد سال پیش مشاهده کرد که melieu interior یا محیط داخلی بدن علی رغم تغییر شرایط محیط
خارج به طور قابل توجهی ثابت باقی می ماند . در واقع حفظ محیط داخلی بدن در یک حالت نسبتا پایدار ، با وجود تاثیر عوامل مختلف مانند ورزش ، گرما ، سرما یا روزه یک امر تصادفی نیست بلکه سیستمهای کنترل پیچیده ای در این امر دخالت دارند.
هومئوستاز : پویایی پایدار
واژه هومئوستاز بنا به اظهار والترکانون (۱۹۳۲) یعنی ابقا ء پایا یا بدون تغییر محیط داخلی . واژه حالت پایدار نیز اغلب به وسیله فیزیولوژیستهای ورزشی به جای هومئوستاز به کار می رود که مبین شرایط فیزیولوژی ثابت است . اگر چه واژه های » هومئوستاز » و » حالت پایدار » به جای یکدیگر به کار می روند ولی در اصل هومئوستاز به شرایطی اطلاق که محیط داخلی بدن در حالت معمولی و تحت هیچ فشاری نیست .
بر عکس یک » حالت پایدار » لزوما به این معنی نیست که محیط داخلی کاملا در سطح معمولی است ، بلکه تنها مبین این است که شرایط محیط داخلی تغییری نمی کند . به عبارت دیگر ، در حالت پایدار میان نیاز ناشی از فشارهایی که بر بدن اعمال می شود و پاسخی که بدن به آن نیاز می دهد یک تعادل نسبی برقرار است. وضعیت دمای بدن به هنگام ورزش مثال بسیار مناسیی برای مشخص کردن تفاوت میان این دو واژه است . تغییرات دمای داخلی بدن به هنگام اجرای ۶۰ دقیقه فعالیت ورزشی زیر بیشینه و مستمر را در یک شرایط عادی ( رطوبت کم وگرمای کم ) نشان مید هد .
همان طور که مشاهده می کنید دمای داخلی بدن پس از ۴۰ دقیقه ازشروع فعالیت به یک سطح پایدار رسیده است . این فلات دمای داخلی بدن نشانه یک » حالت پایدار » است ، زیرا که دما ثابت و بدون تغییر است ، در حالی که مقدار این دمای ثابت بالاتر از حد طبیعی است و با شرایط هومئوستاز که دمای مرکزی بدن در سطح معمولی ( ۳۷ درجه سانتیگراد ) است تفاوت دارد . بنابراین واژه هومئوستاز برای بیان شرایط داخلی بدن به هنگام فعالیت استفاده می شود که ممکن است هر یک از متغیرهای فیزیولوژیکی ثابت باشند ولی مقدار آنها با مقدار واقعی زمان استراحت متفاوت باشد .
گرچه مفهوم هومئوستاز به این معنی است که محیط داخلی بدن تغییر نمی کند،ولی نباید تصور کرد که به طور مطلق ثابت است . در واقع اغلب متغیرهای فیزیولوژیکی دریک دامنه تغییر معینی نوسان دارند و به این دلیل شرایط هومئوستاز نشانه یک حالت پویایی نسبتا پایدار است . تراکم انیدرید کربنیک در خون شریانی ( تنش یا فشار هم نامیده می شود ) نشانه خوبی از یک حالت » پویایی پایدار » است .
سیستمهای کنترل بدن
تقریبا تمامی سیستمها در اندامهای مختلف بدن به حفظ و بقای شرایط هومئوستاز کمک می کنند . برای مثال ریه ها (سیستم تهویه ) و قلب ( سیستم گردش خود )در جایگزینی اکشیژن مصرف شده و دفع انیدرید کربنیک تولید شده با یکدیگر همکار ی دارند .
ماهیت سیستمهای کنترل
برای درک بهتر از نقشی که بدن در حفظ و کنترل محیط داخلی دار د می توان عمل یک سیستم کنترل ساده غیر زیستی مانند دما پای را که برای تنظیم گرمای منزل به کار می رود مورد توجه قرار داد . فرض بر این است که دستگاه دما پای بر روی ۲۰ درجه سانتیگراد تنظیم شده است . هر تغییری که در گرمای منزل به وجود آید که با درجه تنظیم شده متفاوت باشد سبب میشود که دستگاه های گرما زا یا سرما زا شروع به کار کنند .
یک سیستم کنتر ل زیستی را می توان به مثابه یک رشته اجزا ء به هم پیوسته تلقی کرد که در حفظ و بقای پارمترها ی فیزیکی و شیمیایی بدن نقش دارند . اجزاء عمده یک سیستم کنتر ل زیستی شامل : ۱- گیرنده ، ۲- مرکز در هم آمیختن و ۳- عمل کننده است .
عاملی که سیستم کنترل را فعال می سازد یک محرک یا برانگزنده مانند یک ردیاب تغییر شرایط محیطی مثل دمای بدن ،فشار خون و غیره است . یک محرک سبب برانگیخته شدن یک » گیرنده » ( جزئی که قادر به تشخیص تغییر عامل مورد نظر است ) می شود . این گیرنده پیامی را به » مرکز بر آمیختن » که مشابه یک جعبه کنترل عمل می کند ارسال می دارد .
شکل ۳-۱ یک دما پای که سیستم حرارتی را کنتر ل می کند ، افزایش گرما بیش از درجه تعیین شده پیامهایی را به دستگاه خنک کننده ارسال می دارد و آن ر اروشن می سازد . کاهش گرما کمتر از درجه معین سبب به کار افتادن دستگاه گرمازا میشود . این فرایند نشانگر کار سیستم کنترل غیر زیستی است
قدرت و شدت محرک پیامی را به جزء عمل کننده یا موثر می فرستد . جزء‌عمل کننده تغییراتی را که در محیط داخلی به وجود آمده است تنظیم و به حد طبیعی برمی گرداند .
برگشت شرایط محیط داخلی به حد طبیعی سبب میشود تا از قدرت وشدت محرک اولیه که آغازگر فعالیت سیستم کنترل زیستی بود کاسته شود . یک چنین فرایندی بازخورد منفی نامیده می شود که در ادامه مورد بحث قرار می گیرد .
باز خورد منفی
غالب سیستمهای کنترل شرایط داخلی بدن نقش » باز خورد منفی ” را بر عهده دارند . یک نمونه بارز از بازخورد منفی تنظیم تراکم انیدرید کربنیک مایع برون سلولی است .
در شرایطی که تراکم انیدرید کربنیک از حد طبیعی بالاتر برود گیرنده ای را تحریک می کند . این گیرنده اطلاعاتی را برای مرکز کنترل کننده تنفسی ( مرکز بر آمیختن ) ارسال می دارد تا بر شدت تنفس افزوده شود . عضلات تنفسی دراین فرایند به عنوان کننده یا موثر عمل می کنند. افزایش تنفس از تراکم انیدرید کربنیک در مایع برون سلولی می کاهد و آن را به حد طبیعی بر می گرداند و حالت هومئوستاز را دوباره برقرار می سازد . این نوع بازخورد به این دلیل منفی نامیده می شود که پاسخ سیستم کنترل به محرک یک پاسخ منفی ( مخالف ) است .
بهره وری یک سیستم کنترل
وقتی که یک سیستم کنترل به کار می رود تاشرایط هومئوستاز بدن را پایدار نگهدارد بهره وری آن سیستم نامیده میشود . » بهر ه وری » را می توان به مثابه قوت یک سیستم تلقی کرد . یک سیستم کنترل با بهره وری زیاد بهتر از یک سیستم کنترل با بهره وری کم ، قادر است که تغییرات هومئوستاز را اصلاح کند .
به مثالی که در مورد بهره وری با زخوردی یک سیستم کنتر ل دمای بدن به هنگام مواجه شدن با یک محیط سرد آورده شده است .
توجه بفرمائید ، شخصی با پیراهن آستن کوتاه از یک اطاق راحت به یک اطاق سرد ( یعنی صفر درجه سانتیگراد ) وارد بشود و برای مدت ۲۰ دقیقه توقف به ·۳۶ C کاهش پیدا می کند . هنگام قرار گرفتن شخص در اتاق سرد ، سیستمهای کنتر ل متعددی به طور خودکار جریان خون را به طرف پوست ، برای جلوگیری از دفع دمای بدن کاهش می دهند . در این حالت برای ممانعت از افت بیش از حد دمای بدن عمل لرزش برای تولید گرما انجام می گیرد . بهره وری باز خوردی یک چنین سیستم کنترل را می توان به شکل زیر محاسبه کرد .
تنظیم فشار خون شریانی
سیستم گیرنده فشار که در تنظیم فشار خون شریانی نقش دارد و از روند بازخورد منفی بهره می گیرد نمونه بسیار خوبی از کنترل هومئوستاز است .گیرنده های فشار که نسبت به اعمال فشار حساسند در شریانهای کاروتیدی و قوس آئورتی قرار دارند . وقتی فشار شریانی از مقدار طبیعی فزونی می یابد ، این گیرنده ها فعالی می شوند و ایمپالسهایی را ازطریق تارهای عصبی به مرکز کنترل قلبی عروقی در پیاز مغز ارسال می دارند . ،
درنتیجه ، مرکز کنترل کننده سیستم قلبی عروقی از تعداد ایمپالسهایی که به قلب می فرستد می کاهد . این عمل موجب می شود که خون کمتری از قلب بیرو ن بریزد و فشار شریانی به مقدار طبیعی بر گردد .
تنظیم گلوکز خون
سیستم غدد درون ریز نیز در حفظ هومئوستاز بدن نقش دارند .بدن دارای هشت غده دورن ریز اصلی است که مواد شیمیایی تولید خود را که هورمون نامیده میشوند به داخل خون می ریزند هورمونها ازطریق سیستم گردش خون به تمام قسمتهای بدن برده میشوند و بر تنظیم جریان مواد و مایعات و همچنین اعمال سوخت و سازی بافتها اثر می گذارند .
برای مثال ، انسولین جذب گلوکز و سوخت و ساز آن را به وسیله سلول تنظیم می کند . بنابر این میزان تراکم قند خون به وسیله این هورمون کنترل میشود . پس ازخوردن یک غذای پرکربوهیدرات سطح گلوکز خون افزایش پیدامی کند واز حد طبیعی بالاتر می رود . افزایش سطح گلوکز خون غده لوزالمعده را تحریک و فعال می کند تا هورمون انسولین را به داخل خون رها سازد . این امر سبب میشود تا افزایش جذب قند خون به وسیله سلولها از تراکم آن کاسته شود . به همین ترتیب ، سطح گلوکز در خون موجب کاهش آ‍زاد شدن انسولین میشود و در نتیجه گلوکز کمتری به وسیله سلولها از خون جذب میشود .