การสร้างระบบพลังงานสำหรับนักวิ่ง – ระบบแอโรบิค

ในตอนนี้เรามารู้จักระบบสำคัญสำหรับนักวิ่งอย่างเรากันนะคะ นั่นคือระบบแอโรบิค หรือพลังงานระยะยาวค่ะ
การสร้างพลังงานแบบแอโรบิคต้องใช้ออกซิเจน และเกิดขึ้นในไมโตคอนเดรีย เป็นระบบที่สร้างพลังงานได้ปริมาตรสูงที่สุด อย่างไรก็ตาม ระบบแอโรบิคจะต้องใช้เวลามากกว่าระบบอื่นกว่าจะเร่งความเร็วได้ แม้จะมีออกซิเจนปริมาณหนึ่งอยู่ในกล้ามเนื้อแล้วแต่เมื่อออกกำลังกายแล้วอาจยังไม่เพียงพอ ระบบหัวใจและหลอดเลือดจะต้องใช้เวลา 25 ถึง 30 วินาที และอาจมากถึง 40 วินาทีสำหรับนักวิ่งที่ยังไม่ได้ฝึกซ้อม เพื่อนำส่งออกซิเจนปริมาตรเท่าที่จำเป็นสำหรับการวิ่งส่วนใหญ่ไปให้กล้ามเนื้อ และจนกว่าจะถึงตอนนั้นถ้าเพื่อนๆไม่ใช่นักวิ่งที่วิ่งเร่งได้อย่างง่ายดายแล้ว ระบบแอนแอโรบิคจะเป็นระบบหลักในการสร้างพลังงาน
เมื่อปริมาณออกซิเจนมีอย่างเพียงพอแล้ว ไมโตคอนเดรียของเพื่อนๆจะเปลี่ยนเกียร์ไปเป็นเกียร์ที่สูงขึ้น โดยใช้ประโยชน์จาก 2 กระบวนการ คือ วัฏจักรเครบส์ (Krebs Cycle) และกระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอน (Electron transport chain: ETC) ไมโตคอนเดรียจะสร้างโมเลกุล ATP ได้ 36 โมเลกุลจากโมเลกุลไพรูเวทตั้งต้น 2 โมเลกุล และจะสร้างได้ถึง 38 – 39 โมเลกุลถ้าเพื่อนๆรวม ATP ที่ถูกสร้างจากระบบไกลโคไลซิสด้วย ATP จำนวนมากถึง 6 โมเลกุลถูกใช้โดยไมโตคอนเดรีย จึงทำให้เหลือประมาณ 32 โมเลกุลสำหรับเส้นใยกล้ามเนื้อนำไปใช้ ระหว่างนี้ออกซิเจนจะรออยู่ที่ปลายทางของกระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอน พร้อมที่จะรวมตัวกับอิเล็คตรอน และโปรตรอนเพื่อสร้างเป็นน้ำ ซึ่งเป็นของเสียของระบบสร้างพลังงานจากออกซิเจน
ของเสียอื่นที่เป็นที่รู้จักของระบบแอโรบิคคือคาร์บอนไดออกไซด์ ระดับคาร์บอนไดออกไซด์ที่เพิ่มขึ้นในกระแสเลือดคือเหตุผลหลักที่ทำให้อัตราการหายใจของเพื่อนๆสูงขึ้นระหว่างการออกกำลังกาย (ระดับของออกซิเจนที่ลดลง และภาวะกรดจะมีบทบาทน้อยลง) และการกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ที่มากเกินไปนี้คือเหตุผลใหญ่ว่าทำไมเพื่อนๆยังคงหายใจอย่างหนักต่อไปเมื่อวิ่งหนักๆมาและหยุดวิ่งแล้วค่ะ
อาการล้าระหว่างการออกกำลังแบบแอโรบิคเป็นผลมาจากการหมดไปของคาร์โบไฮเดรต การล้าของระบบประสาท การลดลงของอิเล็คโตรไลท์ และการสะสมของสารอนุมูลอิสระ (Free radical)

39.4 การสร้างระบบพลังงานสำหรับนักวิ่ง 2

แหล่งเชื้อเพลิงตัวสำคัญที่ยังขาดความเข้าใจที่ถูกต้องอีกหนึ่งตัวที่นักวิ่งรู้จักกันดี นั่นก็คือ แลคเตท เรามารู้จักแลคเตทอย่างถูกต้องกันค่ะ
เมื่อนักวิ่งนึกถึงพลังงานจากคาร์โบไฮเดรตสำหรับเส้นใยกล้ามเนื้อ พวกเขามักจะนึกถึงกลูโคส และไกลโคเจน จะไม่มีใครนึกถึงแลคเตทกันมากนัก แต่จริงๆแล้วก็ควรจะคิดถึงแลคเตทกันบ้าง เพราะว่าแลคเตทเป็นแหล่งพลังงานคาร์โบไฮเดรตที่ยอดเยี่ยมในเส้นใยกล้ามเนื้อแบบหดตัวช้า ระหว่างการออกกำลังกาย ไมโตคอนเดรียจะใช้แลคเตทที่สร้างจากระบบไกลโคไลซิสแบบเร็วมากถึง 80% เพิ่อสร้างพลังงานที่ใช้ออกซิเจน สรุปแล้วจะได้โมเลกุล ATP ประมาณ 15 โมเลกุลต่อสารตั้งต้น 1 โมเลกุลของแลคเตท แล้วเพื่อนๆแปลกใจหรือไม่ที่กลูโคส 1 โมเลกุลสามารถเปลี่ยนไปเป็นโมเลกุล ATP ได้ถึง 32 โมเลกุลผ่านทางระบบไกลโคไลซิสแบบช้า ในขณะที่ได้โมเลกุล ATP จากระบบไกลโคไลซิสแบบเร็วเพียง 2 โมเลกุลได้อย่างไร? และตอนนี้เพื่อนๆก็คงรู้แล้วว่ามันไม่ใช่อย่างนั้น จริงๆแล้วมันก็เป็นแค่พลังงานที่เหลือจากระบบไกลโคไลซิสแบบเร็วที่ได้ถูกเก็บไว้ชั่วคราวในรูปของแลคเตท และอีกครั้ง นี่คือตัวอย่างที่โดดเด่นที่แสดงให้เห็นว่าระบบแอนแอโรบิค (ระบบผลิตพลังงานโดยไม่ใช้ออกซิเจน) นั้นเชื่อมต่อกับระบบแอโรบิค (ระบบผลิตพลังงานแบบใช้ออกซิเจน) ได้อย่างไร ระบบไกลโคไลซิสแบบเร็วจะนำส่งพลังงานแอนแอโรบิคที่ผลิตออกมามากนี้ออกไปใช้พร้อมๆกับสร้างเชื้อเพลิงแลคเตทสำหรับระบบแอโรบิคค่ะ
แต่บทบาทของแลคเตทในฐานะแหล่งเชื้อเพลิงไม่ได้จบลงเพียงเท่านี้ เส้นใยกล้ามเนื้อของเพื่อนๆสามารถนำส่งแลคเตทเพื่อไปใช้เป็นเชื้อเพลิงที่อื่นได้ด้วย แลคเตทที่ถูกนำส่งออกมานั้นไม่ใช่แค่เป็นเชื้อเพลิงหลักสำหรับหัวใจ (กล้ามเนื้อหัวใจ) ระหว่างการออกกำลังกายเท่านั้น แต่มันยังเป็นแหล่งเชื้อเพลิงหลักของกล้ามเนื้อที่ทำงานอยู่ และใช้คาร์โบไฮเดรตไปจนจะหมดแล้วด้วยค่ะ
อาจยกตัวอย่างได้ว่า เพื่อนๆกำลังวิ่งซ้ำที่ความเร็ว 5 กิโลเมตร และเมื่อยังคงวิ่งต่อไป เพื่อนๆกำลังใช้ไกลโคเจนที่ถูกเก็บอยู่ในเส้นใยกล้ามเนื้อแบบหดตัวช้าให้หมดไป แต่ไม่ต้องเป็นกังวล ในนักวิ่งที่ได้รับการฝึกมาอย่างเหมาะสมนั้น แลคเตทจากเส้นใยกล้ามเนื้อที่ไม่ได้ถูกใช้งานในเวลานั้นสามารถมาเป็นผู้ช่วยชีวิตได้ ในการศึกษาปี 1998 โดยเราช์ (Rauch), ฮอว์เล่ย์ (Hawley) และเดนนิส (Dennis) พบว่า แลคเตทสามารถแพร่จากเส้นใยกล้ามเนื้อข้างๆที่ไม่ได้ถูกใช้งานไปเป็นพลังงานเสริมให้กับกล้ามเนื้อที่กำลังถูกใช้งานอยู่ได้ และการศึกษาอีก 2 งานโดยออลบอร์ก (Ahlborg) และกลุ่ม (ปี 1982 และ 1986) แสดงว่าไกลโคเจนได้ถูกฝากไว้ที่กล้ามเนื้อที่ยังไม่ได้ถูกใช้งาน (เช่น กล้ามเนื้อที่แขนไม่ได้ถูกได้งานเมื่อเพื่อนๆกำลังใช้ของขาอยู่) และสามารถเปลี่ยนไปเป็นแลคเตท แล้วนำส่งไปทางกระแสเลือด และเปลี่ยนเป็นกลูโคส ซึ่งเป็นแหล่งเชื้อเพลิงสำหรับกล้ามเนื้อที่ทำงานอยู่ได้ ในอีกแง่มุมหนึ่ง ความสามารถของแลคเตทในการเป็นเชื้อเพลิงให้กับกล้ามเนื้อที่ทำงานทั้งทางตรงและทางอ้อมนี้จะแปลงร่างกายทั้งหมดไปเป็นแบตเตอรี่แลคเตทขนาดยักษ์ก้อนหนึ่ง
ด็อกเตอร์ทิโมธี โนกส์ (Dr.Timothy Noakes) ผู้เชี่ยวชาญการออกกำลังกายและวิทยาศาสตร์การกีฬาชาวแอฟริกาใต้แห่งมหาวิทยาลัยเคปทาวน์ และผู้เขียนหนังสือ “ความรู้ของการวิ่ง” (Lore of Running) ได้กล่าวเช่นเดียวกับผู้เขียนงานวิจัยปี 1998 ที่กล่าวไปแล้วข้างบนว่า แลคเตทอาจเป็น “หนึ่งในแหล่งพลังงานที่สำคัญที่สุดของร่างกาย” ในการทดลองปี 1998 ซึ่งให้นักกีฬาออกกำลังกายเป็นเวลานาน 6 ชั่วโมง ที่ความหนัก 60% ของอัตราการใช้ออกซิเจนสูงสุด ระหว่าง 2-3 ชั่วโมงสุดท้ายของการออกกำลังกายนั้น แลคเตทเป็นแหล่งพลังงานให้กับร่างกายประมาณ 1 ใน 6 ส่วนของพลังงานทั้งหมด และให้พลังงานพร้อมกับกลูโคส (ส่วนมากได้จากการทานเข้าไป) และส่วนที่เหลือคือไขมันที่จะเป็นแหล่งพลังงานสุดท้าย ผู้เขียนได้สรุปว่า “ควรจะมีการนึกถึงการแพร่ของแลคเตทที่มาจากการสลายของไกลโคเจนในเส้นใยกล้ามเนื้อที่ไม่ได้ถูกใช้งานใกล้ๆ” ด้วย
การแพร่ของแลคเตทจากเส้นใยกล้ามเนื้อที่อยู่ใกล้ๆและการส่งออกของแลคเตทจากเส้นใยกล้ามเนื้อที่อยู่ไกลออกไป และการเปลี่ยนเป็นกลูโคสในช่วงต่อมา ทำให้มีเหตุผลดีๆเพิ่มขึ้นอีกมากที่จะนำการออกกำลังกายหลายประเภทมาสลับกับการวิ่ง การเพิ่มขึ้นของ MCTs ในเส้นใยกล้ามเนื้อที่สามารถนำส่งแลคเตทออกไปสามารถเพิ่มการนำส่งเชื้อเพลิงคาร์โบไฮเดรตที่ใช้ประโยชน์ให้กับร่างกายได้ค่ะ
คำแนะนำการฝึกซ้อมเพื่อระบบแอโรบิค
การวิ่งเทมโป และการวิ่งซ้ำที่ความเร็ว 5/10 กิโลเมตร เป็นการฝึกไมโตคอนเดรียที่ดีมากในการเผาผลาญคาร์โบไฮเดรตทุกชนิด ทั้งกลูโคส ไกลโคเจน และแลคเตท การออกกำลังกายหลายประเภทสลับกันสามารถเพิ่มทั้งระดับ MCT และไกลโคเจนเข้าสู่ช่วงของเส้นใยกล้ามเนื้อที่สมบูรณ์ ช่วยสร้างโกดังของพลังงานที่ใช้ประโยชน์ได้ (และครั้งหนึ่งจะเปลี่ยนรูปไปเป็นแลคเตท) ระหว่างการออกกำลังกาย นักวิ่งยังสามารถเพิ่มการเก็บไกลโคเจนในกล้ามเนื้อได้ (อาจมากถึง 150% ในนักวิ่งที่ได้ฝึกซ้อมมาอย่างดี) ด้วยการทานอาหารที่มีคาร์โบไฮเดรตสูงคู่กันค่ะ

การสร้างพลังงานจากไขมัน

39.4 การสร้างระบบพลังงานสำหรับนักวิ่ง 3

พลังงานตัวต่อไปที่เราจะทำความรู้จักกันคือ ไขมัน ซึ่งกระบวนการสลายไขมันมีชื่อเรียกว่า ไลโปไลซิส (Lipolysis)
ไขมันเป็นสิ่งที่ดี เมื่อเป็นการวิ่งระยะทางไกล ไขมันจะเป็นสิ่งที่พิเศษมาก และมันจะเป็นพลังงานได้เมื่อคาร์โบไฮเดรตซึ่งเป็นแหล่งพลังงานพื้นฐานในการสร้างพลังงานแบบแอโรบิคสามารถผลิตได้ช้าลง ตอนที่ยังไม่ถูกใช้งาน ไขมันจะยังเป็นก้อนแข็งอยู่ โดยการใช้ประโยชน์จากไขมันจะใช้หลากหลายขั้นตอนของกระบวนการไลโปไลซิส ซึ่งเป็นกระบวนการสลายไขมันไปเป็นเชื้อเพลิงให้กับกระบวนการสร้างพลังงานจากออกซิเจน และไขมันจากก้อนแข็งนั้นจะถูกสลายลงเป็นโมเลกุลเล็กๆ ที่เรียกว่า กรดไขมัน และจะมีการนำส่งกรดไขมันเหล่านั้นไปที่ไมโตคอนเดรีย ซึ่งจะนำไปเข้ากระบวนการเครบส์ไซเคิล (Krebs cycle) และกระบวนการถ่ายทอดอิเล็คตรอน (Electron transport chain) และถ้าเพื่อนๆมีเวลาพอ มันก็คุ้มที่จะรอการสลายไขมัน

กรดไขมันเดี่ยวปาลมิเทต (Palmitate) สามารถสร้าง ATP ได้ถึง 128 โมเลกุล มากถึง 4 เท่าของ ATP รวมกันทั้งหมดที่สร้างได้จากกลูโคสหรือไกลโคเจน แต่เนื่องจากว่ากระบวนการสร้างพลังงานจากไขมันนั้นแสนจะเชื่องช้าเหลือเกิน มันจึงไม่สามารถที่จะทำงานได้ที่ความต้องการพลังงานที่มากกว่าการวิ่งที่ความเร็วมากกว่า 5 กิโลเมตร กล่าวได้ว่า ไขมันนั้นเป็นแหล่งเชื้อเพลิงที่ทรงพลังสำหรับสถานการณ์ต่างๆเหล่านี้คือ
1. ขณะพัก: พลังงานหลักของเพื่อนๆขณะพักนั้นถูกสร้างมาจากไขมันที่เป็นเชื้อเพลิงให้กับระบบสร้างพลังงานโดยใช้ออกซิเจน
2. ระดับต่ำกว่าการใช้ออกซิเจนสูงสุด: ตราบใดที่ความหนักของการออกกำลังกายของเพื่อนๆยังคงต่ำกว่าระดับการใช้ออกซิเจนสูงสุด (ประมาณความเร็วในการวิ่ง 3 กิโลเมตร หรือช้ากว่านั้น) ไขมันจะช่วยเป็นพลังงานให้ โดยประมาณตั้งแต่ 10% – 15% ที่ความเร็วต่ำกว่า 5 กิโลเมตรขึ้นไป จนถึง 85% เมื่อเพื่อนๆเดิน
3. การออกกำลังกายเป็นเวลานาน: ยิ่งเพื่อนๆออกกำลังนานเท่าไร เพื่อนๆยิ่งนำไขมันมาใช้สร้างพลังงานมากเท่านั้น โนค์ส (Noakes) พบว่า นักกีฬาที่ออกกำลังกายเป็นเวลา 3 ชั่วโมง ที่ความหนัก 70% ของอัตราการใช้ออกซิเจนสูงสุดนั้น จะใช้เชื้อเพลิงจากการเผาผลาญไขมัน 6% ที่ตอนเริ่มต้นของการออกกำลังกาย และเพิ่มได้มากถึง 43% เมื่อออกกำลังเสร็จแล้ว
เพื่อนๆสามารถพัฒนาความสามารถในการเผาผลาญไขมันได้โดยเพิ่มจำนวนของเอ็นไซม์เผาผลาญไขมันในไมโตคอนเดรีย และโดยการฝึกซ้อมร่างกายของเพื่อนๆให้มีประสิทธิภาพในการใช้ไขมันเป็นแหล่งพลังงานหลักได้มากขึ้น การศึกษาโดย อี แจนสตัน (E. Jansson) และ แอล ไคจ์เซอร์ (L. Kaijser) พบว่านักกีฬาที่ได้รับการฝึก ออกกำลังกายที่ 65% ของอัตราการใช้ออกซิเจนสูงสุด จะสร้างพลังงานจากออกซิเจนด้วยการใช้แหล่งเชื้อเพลิงจากไขมัน 53% ในขณะที่คนที่ไม่ได้ฝึกซ้อมจะใช้พลังงานจากไขมันเพียงแค่ 33%
อาการล้าระหว่างการใช้พลังงานที่ถูกสร้างจากไขมันนั้นเป็นผลมาจากการล้าทางชีวกลศาสตร์ของร่างกายจากการใช้ความพยายามในการออกกำลังเป็นเวลานาน นั่นก็คือเนื้อเยื่อเกี่ยวพันกับกล้ามเนื้อของเพื่อนๆนั่นเองที่ถูกใช้งานอย่างหนักในการออกกำลังเป็นเวลานาน

คำแนะนำการฝึกซ้อมเพื่อการเผาผลาญไขมัน

วิธีที่ง่ายที่สุดในการฝึกร่างกายให้เผาผลาญไขมันมากขึ้น คือ การรับประทานไขมันมากขึ้น (แค่อย่าหยุดทานคาร์โบไฮเดรตอย่างเด็ดขาด) การฝึกซ้อมขณะที่ไกลโคเจนได้ถูกใช้หมดไปแล้วยังคงเป็นการสอนร่างกายของเพื่อนๆให้เผาผลาญไขมันมากขึ้น เพื่อให้การเผาผลาญไขมันเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น การวิ่งเก็บระยะทาง (Mileage) และการวิ่งระยะไกลคือเคล็ดลับค่ะ

39.4 การสร้างระบบพลังงานสำหรับนักวิ่ง 4

การสร้างพลังงานจากโปรตีน

แหล่งพลังงานตัวสุดท้ายที่เราจะมาทำความรู้จักกันก็คือ โปรตีนค่ะ
โปรตีนคือแหล่งพลังงานที่มักจะถูกลืม โปรตีนควรเป็นที่รู้จักในนามของอิฐบล็อคที่ใช้สร้างเส้นใยกล้ามเนื้อและเอ็นไซม์ แต่โปรตีน เมื่อได้ถูกสลายเป็นกรดอะมิโนแล้วสามารถที่เปลี่ยนรูปเป็นกลูโคสได้โดยการทำงานของตับ และสามารถเปลี่ยนได้มากกว่านั้นอีก มันยังสามารถเปลี่ยนไปเป็นกลูโคสภายในเส้นใยกล้ามเนื้อได้ด้วย หลังจากนั้นจึงถูกป้อนเข้าสู่เตาหลอมไมโตคอนเดรีย เดวิด คอสติล (David Costill) นักวิทยาศาสตร์การกีฬาแห่งมหาวิทยาลัยบอลสเตทประมาณไว้ว่า มีโปรตีนมากถึง 9% ของพลังงานทั้งหมดที่ถูกใช้ไประหว่างการวิ่งมาราธอน แต่นั่นก็ไม่ใช่เส้นทางที่เพื่อนๆต้องใช้ในการเดินทางในช่วงชีวิตปกติ การสลายโปรตีนทำให้เกิดของเสียที่เป็นพิษขึ้นมา เช่น แอมโมเนีย และโปรตีนยังช่วยเสริมสร้างโครงสร้างร่างกาย และสนับสนุนหน้าที่การทำงานของเซลล์ต่างๆในร่างกาย จึงไม่น่าจะถูกดึงมาใช้เป็นพลังงานมากนักค่ะ

คำแนะนำการฝึกซ้อมเพื่อการเผาผลาญโปรตีน

ไม่มีประโยชน์ใดๆที่จะฝึกให้ร่างกายเพื่อนๆเผาผลาญโปรตีนได้มากขึ้น แต่ควรจะฝึกให้ร่างกายมีระดับของคาร์โบไฮเดรตให้สูงแทน และทำให้แน่ใจด้วยว่า ร่างกายมีการเก็บสะสมโปรตีนที่โดนเผาผลาญแล้วอย่างเพียงพอโดยทำให้โปรตีนเป็นเชื้อเพลิงส่วนหนึ่งหลังจากออกกำลังกายเสร็จแล้ว เพื่อใช้ซ่อมแซมส่วนที่สึกหรอจากการออกกำลังกาย หรือส่งเสริมการทำงานของเซลล์ต่างๆที่ใช้ในการออกกำลังกายเท่านั้นค่ะ
ขอให้เพื่อนนักวิ่งสามารถสร้าง ATP จากระบบแอโรบิคมาใช้กันได้มากๆนะคะ

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: