ما تحولات الطاقة التي تحدث في العضلات؟ وأنواعها وكيفية الحفاظ عليها هي أسئلة علمية دائمًا ما يتم يطرحها على طلاب الصف الثاني، كما أنه سؤال يلخص مفاهيم ومبادئ الدرس عن تحولات الطاقة في جسم الإنسان، لذا أدعوك للتعرف عليها بالتفصيل عبر موقع البلد .
ما هو الجهاز العضلي؟
- الجهاز العضلي هو الجهاز المسؤول عن حركة جسم الإنسان؛ وترتبط بعظام الهيكل العظمي حوالي 700 عضلة مسماة تشكل نصف وزن جسم الشخص تقريبًا.
- كل من هذه العضلات عبارة عن عضو منفصل يتكون من أنسجة العضلات، والهيكل العظمي، والأوعية الدموية، والأوتار، والأعصاب.
وظائف العضلات في جسم الإنسان
وظيفة العضلات هي الحركة؛ والعضلات تعتبر النسيج الوحيد الذي يمكن أن ينقبض أو ينبسط، وبالتالي يتمكن من حركة أي جزء من الجسم.
- غالبًا ما تنقبض العضلات لإبقاء الجسم ثابتًا أو في وضع معين بدلاً من التسبب في الحركة.
- العضلات المسؤولة عن حالة ووضع الجسم تتمتع بأكبر بقدرة كبيرة على التحمل من بين جميع عضلات الجسم – فهي تحمل الجسم طوال اليوم دون أن تتعب.
- عضلات القلب والعضلات الحشوية هي المسؤلة بشكل أساسي عن نقل المواد مثل الدم أو الطعام من جزء من الجسم إلى جزء آخر.
- برتفع معدل التمثيل الغذائي داخل العضلات المنقبضة، وبذلك ينتج قدرًا كبيرًا من الحرارة الضائعة؛ تنتج العديد من تقلصات العضلات الصغيرة داخل الجسم حرارة الجسم الطبيعية.
- وعندما نجهد أنفسنا أكثر من المعتاد، تؤدي تقلصات العضلات الإضافية إلى ارتفاع درجة حرارة الجسم وفي النهاية التعرق.
ما هو مفهوم الطاقة؟
- قبل الخوض في دروس الفيزياء والعلوم، يجب تعريف الطاقة بمعناها العام، وهو القدرة على إنجاز أو فعل شيء ما.
- أما بالنسبة لجسم الإنسان، فإن الطاقة تسمى أيضًا الهالة البشرية، وهي تصف الحالة الجسدية الصحية للفرد جسديًا ونفسيًا.
- والطاقة الغذائية هي طاقة أو قدرة كيميائية يمدها الطعام للجسم، حيث يحتاج الشخص إلى كميات معينة من الطاقة للحفاظ على تمثيل الطعام وإيصاله إلى العضلات.
ما تحولات الطاقة التي تحدث في العضلات؟
عندما نبحث في ماهية تحولات الطاقة التي تحدث في العضلات، سنجد أن انتقالات هذه الطاقة هي عبارة عن تغيرات في نوع أو شكل الطاقة نفسها، وهي عمليات تحدث بشكل مستمر في العالم، بأنواع ومصادر مختلفة للطاقة، سنذكر منها التحولات التالية:
- أما بالنسبة لجسم الإنسان، فإنه يتم تحويل الطاقة الكيميائية التي تشتق من الغذاء إلى طاقة حرارية من أجل الحفاظ على درجة حرارة الجسم الطبيعية.
- كذلك يتم استخدام الطاقة أيضًا في جميع الوظائف الحيوية مثل النمو؛ وبالنسبة للعضلات، فتنتج طاقة للحفاظ على التوازن وإنتاج الحركة.
- وبالتالي فإن الجواب على السؤال الرئيسي للمقال هو ما تحولات طاقة العضلات التي تحدث في العضلات؟ سيكون هو “طاقة حركية كيميائية”.
أنواع الطاقة المتحولة في العضلات
تشمل إجابة السؤال ما تحولات الطاقة التي تحدث في العضلات؟ البحث عن أنواع الطاقة، وهي مقسمة إلى:
- طاقة كامنة: وهي التي تعرف بطاقة الموضع، وهي الطاقة التي يتم تخزينها بالداخل؛ وتختلف في الفيزياء حسب موقع الجسم النسبي مقارنة ببقية الأجسام في نفس النظام.
- طاقة حركية: بينما الطاقة الحركية هي حركة المواد والجزيئات المختلفة مثل الذرات والإلكترونات.
أصول الطاقة لتقلص العضلات
مصدر الطاقة الذي يستخدم حتى ينشط حركة الانقباض في عضلات العمل هو الأدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP) – طريقة الجسم الكيميائية الحيوية لتخزين ونقل الطاقة.
- ومع ذلك، لا يتم تخزين ATP في الخلايا، وعندما يبدأ تقلص العضلات، يجب أن يبدأ صنع المزيد من ATP بسرعة؛ ونظرًا لأن ATP مهم جدًا، فإن لدى خلايا العضلات عدة طرق مختلفة لصنعه.
- تعمل هذه الأنظمة معًا على مراحل، والأنظمة الكيميائية الحيوية الثلاثة لإنتاج ATP بالترتيب هي:
استقلاب العضلات وإجهادها
تحصل العضلات على طاقتها من مصادر مختلفة اعتمادًا على الموقف الذي تعمل فيه العضلة.
- تستخدم العضلات التنفس الهوائي عندما نطلبها لإنتاج مستوى منخفض إلى متوسط من القوة، ويتطلب التنفس الهوائي الأكسجين لإنتاج حوالي 36-38 جزيء ATP من جزيء الجلوكوز.
- التنفس الهوائي عملية قوية وفعالة، وتظل العملية مستمرة في حالة تلقى العضلات كميات كافية من الأكسجين والجلوكوز للحفاظ على الانقباض.
- عندما نستخدم العضلات لإنتاج مستوى عالٍ من القوة، فإنها تصبح متقلصة بشدة بحيث لا يتمكن الأكسجين الذي يحمل الدم من دخول العضلات؛ تؤدي هذه الحالة إلى إنتاج العضلات للطاقة باستخدام تخمير حمض اللاكتيك، وهو شكل من أشكال التنفس اللاهوائي.
- التنفس اللاهوائي كفائتها قليلة عن التنفس الهوائي – حيث يحدث إنتاج 2 ATP فقط لكل جزيء من الجلوكوز؛ العضلات يحدث لها تعب سريع لأنها تحترق من خلال احتياطياتها من الطاقة فيما يخص التنفس اللاهوائي.
كيفية الحفاظ على عمل العضلات لفترة أطول
تتمكن العضلات من العمل بشكل مستمر من خلال احتوائها على جزيئات الطاقة المهمة؛ يحتوي الميوغلوبين، وهو صبغة حمراء توجد في العضلات، من خلال الحديد وتخزين الأكسجين بطريقة مشابهة للهيموجلوبين في الدم.
- يسمح الأكسجين من الميوجلوبين للعضلات بمواصلة التنفس الهوائي في غياب الأكسجين؛ ونجد أنه توجد مادة تساد على عمل العضلات هي فوسفات الكرياتين.
- تستخدم العضلات الطاقة في شكل ATP، وتحويل ATP إلى ADP لتحرير طاقتها؛ يقدم فوسفات الكرياتين مجموعة من الفوسفات إلى ADP لتحويلها مرة أخرى إلى ATP من أجل توفير طاقة إضافية للعضلة.
إجهاد العضلات
عندما تنتهي الطاقة من خلال التنفس الهوائي واللاهوائي، تتعرض العضلات للتعب بشكل سريع وتفقد قدرتها على الانقباض. تُعرف هذه الحالة بإجهاد العضلات.
- تحتوي العضلة التي يتم إجهادها على القليل جدًا من الأكسجين أو الجلوكوز أو ATP أو لا تحتوي على الإطلاق، ولكن بدلاً من ذلك تحتوي على العديد من نفايات التنفس، مثل حمض اللاكتيك و ADP.
- يجب أن يأخذ الجسم أكسجينًا إضافيًا وذلك بعد التعرض لمجهود ليحل محل الأكسجين الذي تم تخزينه في الميوجلوبين في ألياف العضلات، وكذلك لتشغيل التنفس الهوائي الذي سيعيد بناء إمدادات الطاقة داخل الخلية.
- ديون الأكسجين (أو امتصاص الأكسجين للتعافي) هو اسم الأكسجين الإضافي الذي يجب أن يستوعبه الجسم لإعادة الخلايا العضلية إلى حالة الراحة، وهذا يفسر سبب شعورك بضيق التنفس لبضع دقائق بعد نشاط شاق – يحاول جسمك استعادة نفسه إلى حالته الطبيعية.
في نهاية مقال ما تحولات الطاقة التي تحدث في العضلات، نكون بهذا قد عرضنا أهم التفاصيل حول عضلات الجسم، بما في ذلك وظائفها، وتحولات الطاقة التي تحدث بداخلها، بالإضافة إلى استقلابها وإجهادها والأسباب التي تكمن خلف حدوث ذلك.
