بیشترین غلظت بافتی کراتین در عضله اسکلتی دیده شده، و تقریبا دوسوم کل آن به شکل PCr است. غلظت PCr در عضله در حال استراحت تقریباً ۳ تا ۴ برابر ATP است. مقدار ATP در سلول­های عضلانی اندک است و تنها بخشی از آن را می­توان به مثابه منبع ذخیره انرژی دانست. وقتی غلظت ATP سلولی کاهش فراوانی پیدا می­ کند، خستگی عارض می­ شود. نظراتی وجود دارد مبنی بر اینکه میزان ATP بعضی از تارهای منفرد پس از تمرینات خیلی شدید در اسبها به حد صفر می­رسد، اما این حالت درانسان گزارش نشده است. در حین خستگی در تمرینات شدید، کل میزان ATP عضله به ندرت بیشتر از۲۰- ۳۰ درصد کاهش می­یابد.
به دلیل آنکه خستگی با کاهش غلظت داخل سلولی ATPهمراه است، برای به تأخیر انداختن خستگی، بازسازی ATP با سرعتی تقریباً مشابه هیدرولیز ATP ضروری است. انتقال گروه فسفات (pi) از PCr به ADP توسط آنزیم CK تسهیل می شود، و منجر به بازسازی ATP و آزاد شدن کراتین آزاد می­ شود. این وضعیت را می­توان به شکل زیر نشان داد:
ATP → ADP + Pi
و
PCr + ADP → ATP + Cr
سرعت هیدرولیز ATP با بازده توان عضله تنظیم می­ شود. در انقباضات ایزومتریک عضله چهارسر با مدت زمان ۲۶/۱ ثانیه، سرعت سوخت و ساز ATP تقریبا ۱۱ میلی مول در هر کیلوگرم عضله خشک در ثانیه گزارش شده است. میزان ATP عضله در حال استراحت تقریباً ۲۴ میلی مول در کیلوگرم است، اما این مقدار بیش از ۳۰ درصد کاهش نمی­یابد، چرا که نیاز به فسفوریلاسیون مجدد ADP تشکیل شده در حین انقباض، آشکار است. واکنش CK بی­نهایت سریع است و چون غلظت PCr عضله می ­تواند به صفر برسد، بنابراین PCr می تواند سهم عمده­ای در تامین انرژی مورد لزوم برای حرکات انفجاری کوتاه با شدت خیلی زیاد داشته باشد. با این همه، ذخائر PCr کاملاً مشخص است و افزایش غلظت PCr عضله امکان کار بیشتر را می­دهد.
در حین فرایند بازگشت به حالت اولیه پس از ورزش، واکنش CK با بهره گرفتن از انرژی حاصل از سوخت و ساز اکسیداتیو درون میتوکندری­ها بر عکس می­ شود:
Cr + ATP → PCr + ADP
→ ATP سوخت و سازADP + Pi +
در تمرینات شدید، گلیکولیز با سرعتی بیشتر از آنچه توسط سوخت و ساز اکسیداتیو دفع می­ شود، پیروات می­سازد و منجر به تجمع لاکتات درون عضله می­ شود. یون H+ حاصل از گلیکولیز می ­تواند باعث افت PH شود، و این افت PH در فرایند خستگی دخیل است. تعدادی از مواد خنثی­گر درون عضله با تغییرات PH مقابله می­ کنند که تجزیه PCr از این نوع سازوکارهاست. واکنش CK را می­توان چنین نوشت:
PCr ۲- + ADP ۳- + H+ → ATP ۴- + Cr
افزایش میزان PCr در دسترس برای تجزیه، ظرفیت خنثی­گری داخل عضلانی را افزایش داده و باعث تاخیر در افت PH می­ شود.
فسفوکراتین نقش مهم دیگری نیز در سلول عضله بر عهده دارد، که عبارت است از انتقال معادل­های ATP از درون میتوکندری­ها یعنی جاییکه ATP بر اثر فسفوریلاسیون اکسیداتیو تولید می­ شود به سیتوپلاسم یعنی جاییکه برای سوخت و ساز سلولی لازم است. با این همه­، شواهدی مبنی بر اینکه این فرایند تحت تأثیر میزان در دسترس بودن کراتین است در دست نیست و گفته شده که این ممکن است در عضله اسکلتی اهمیتی کمتر از عضله قلبی داشته باشد (هارگریوس، ۱۳۷۸).
۲-۲-۱-۵ – عوارض جانبی
استفاده گسترده کراتین توسط ورزشکاران، باعث توجه به تأثیرات جانبی آن می­ شود. علیرغم مطالعات فراوان درباره مکمل­سازی کراتین هیچ شاهدی به اینکه مکمل­سازی دارای تأثیرات مضر بر سلامتی می­باشد، وجود ندارد. عمده نگرانی­ها مربوط به اثرات احتمالی مصرف بلند مدت کراتین بر عملکرد کلیه­هاست، به ویژه در افرادی که ظرفیت کلیوی کاهش یافته­ای دارند. هر چند دلایل کمی برای باور تأثیر مضر مصرف طولانی مدت کراتین بر اعمال کلیوی، وجود دارد. نشان داده شده است وقتی مقدار زیادی کراتین در رژیم غذایی مصرف شده است سنتز در بدن کاهش یافته است اما وقتی کراتین اضافی از رژیم غذایی حذف می­ شود، سنتز درونی به حالت طبیعی باز می­گردد(مارک و دان، ۲۰۰۰). استفاده مزمن کراتین نیز می ­تواند منجر به اختلال در حالت ایزوفرمهای ناقل کراتین در عضلات اسکلتی شود که این نیز با توقف مصرف مکمل کراتین برگشت­پذیر می­باشد (هافمن و همکاران، ۲۰۰۵) به طور خلاصه اکثر محققان معتقدند که مکمل­سازی کراتین در مقادیر توصیه شده و در افراد سالم ایمن می­باشد (مارک و دان، ۲۰۰۰).
۲-۲-۲- آمونیاک
اغلب در برسی متابولیسم و ورزش، به دو دلیل برجسته، پروتئین و اسیدهای آمینه مطالعه می­گردد، نخست سهم اندک انرژی زایی اسیدهای آمینه است که تقریباً ۵ تا ۱۵ درصد از هزینه انرژی لازم یاخته­های فعال را به هنگام ورزش تأمین می­ کند، نکته دوم بر سوخت و ساز اسیدهای آمینه متمرکز است که تاکنون بدرستی شناخته نشده است. پاره­ای از گزارش های علمی روشن می­سازد که عامل آمین در پیدایش خستگی پیرامونی (موضعی) یا کانونی (مرکزی) اثرگذار بوده است. مسیرهای متابولیک اسیدهای آمینه طیف وسیعی از گلیکولیز بی­هوازی تا سوبسترا و فراورده­های واسطه چرخه اسید تری کربوکسیلیک (TCA) در بر می گیرد. به هر حال این نکته قابل تأمل است که حین اجرای ورزش­های کوتاه مدت و درازمدت (بیشینه یا زیر بیشینه) آمونیاک در عضله اسکلتی تولید می­ شود. شایان توجه است که آمونیاک و یون آمونیوم (NH4) در وضعیت فیزیولوژیک یافت می­شوند( هر مولکول NH3 محصول این دو ترکیب شیمیایی را در بر دارد). بررسی­های تجربی روشن می­سازد که هنگام ورزش کوتاه مدت و شدید یا دراز مدت و استقامتی، سرچشمه فرآورده آمونیاک، استقرار واکنش و آمیناز AMP در چرخه نوکلئوتیدپورین (PNC[10]) است. به علاوه در مسیر کاتابولیسم اسیدهای آمینه محصول نهایی NH3 خواهد بود (لمون و همکاران، ۱۹۹۲).
۲-۲-۲-۱- متابولیسم بنیان آمین در عضله اسکلتی
در یک عضله اسکلتی فعال، متعاقب اکسایش اسکلت‌های کربن اسیدهای آمینه، گروه‌‌های آمین آزاد می‌شود. آلانین و گلوتامین از مهمترین حامل‌های آمونیاک به شمار می‌رود (لمون،۲۰۰۰).
۲-۲-۲-۲- پاسخ‌های آمونیاک هنگام ورزش
در برخی از مطالعات آزمایشی، مقدار NH3 پلاسمایی بهنگام ورزش اندازه‌گیری شده است، اما برآورد کمی غلظت‌های آمونیاک درون عضلانی یا رهایش NH3 عضله‌ای[۱۱] بندرت صورت می‌گیرد. انباشت آمونیاک تولیدی متناسب با شدت کار، ۴۰ درصد یا بیشتر، اکسیژن مصرفی بیشینه (Vo2max%) افزایش پیدا می‌کند، در حالی که خروج NH3 عضلانی در شدت‌های پایین‌تر ورزش به منظور برقراری توازن سوخت و سازی رخ می‌دهد. بنابراین اندازه پالایش و دگرگونی مقدار آمونیاک پلاسمایی اندک خواهد بود. به هر حال غلظت‌های NH3 پلاسما و عضله حین ورزش بسرعت افزایش پیدا می‌کند، زیرا اندازه پالایش عضله ورزیده همسنگ رهایش آمونیاک نیست. برخی پژوهشگران انباشت NH3 پلاسمایی افراد تندرست را در دامنه ۲۰۰-۲۵۰ میکرو مول دانسته و این ارزش را در آستانه درماندگی ورزش، ۱۰۰ تا ۱۵۰ میکرومول گزارش می‌کنند. برای سنجش رهایش آمونیاک، تغییرات کیفی باید با دگرگونی‌های کمی آن متجانس باشد. اندازه فرآورده NH3 در ورزش‌های سنگین چشمگیر است، اما هنگام فعالیت بدنی طولانی مدت، تولید تام NH3 در سطح بیشینه خواهد بود. «اریکسون و همکارانش»[۱۲] پیشتر بیان نمودند که جذب آمونیاک درون کبدی هنگام ورزش زیر بیشینه، معادل ۴۰ تا ۵۰ درصد حداکثر اکسیژن مصرفی تغییر نمی­ کند. بنابراین، انباشت اندازه NH3 پلاسمایی در ورزش، بازتابی از افزایش NH3 تولیدی در عضلات فعّال است؛ نه کاهش سطح برداشت یا پایش آن. به طور کلی انباشتگی آمونیاک پلاسمایی حین ورزش، به غلظت NH3 عضلانی و خروج آمونیاک عضله ورزیده وابسته است (لمون و همکاران، ۱۹۹۲).
۲-۲-۲-۳- سایر حامل‌های بنیان آمین[۱۳]
گلوتامین و آلانین از حامل‌های عمده عامل آمین به شمار می‌آیند. این ویژگی به ساخت گلوتامات عضله وابستگی دارد. افزایش غلظت حامل‌های آمینی در ورزش، مرهون انتقال زیاد آن عضله ورزیده به گردش خون است. اندازه رهایش گلوتامین و آلانین به موازات اوج‌گیری بازده توان و مدت ورزش افزایش می‌یابد. بعلاوه، سطح رهایش چنین حامل‌هایی در ورزش، همسان با ارزش‌های آمونیاک یعنی، ۱۰۰-۱۵۰ میکرومول در دقیقه گزارش شده است (لمون و همکاران، ۱۹۹۲).
اندازه آزادسازی NH3 گلوتامین و آلانین عضلات چهارسرران انسان، متعاقب اجرای ۶۰ دقیقه حرکت ورزشی بازکردن پا با شدت ۸۰ دقیقه درصد Vo2max، تعیین گردید، به طوری که رهایش خالص آمونیاک ۴/۴ میلی‌مول و اندازه رهایش خالص گلوتامین و آلانین، بترتیب ۴/۳ و ۵/۲ میلی‌مول به دست آمد. بعلاوه، رهایش آمونیاک بمراتب پایین‌تر از اندازه کل رهاسازی آمین بود.
رهایش آمونیاک حین ورزش‌های کوتاه‌مدت و سنگین، به ۳۰۰ میکرومول در دقیقه می‌رسد. شواهد تجربی اندک، آشکار می کند که در این وضعیت کاربدنی، آلانین و گلوتامین درون عضله نیز آزاد می‌شود. نویسندگان اثر حاضر در یک تحقیق انتشار نیافته، تبادل اسیدهای آمینه عضله فعّال رانی را در سه مرد جوان که حدود ۳ دقیقه تا سرحد واماندگی به ورزش پرداختند، سنجیدند. با آنکه رهایش آمونیاک حین ورزش ۵/۰ میلی‌مول و در دوره بازیافت کار ۷/۱ میلی‌مول مشاهده گردید، اما اندازه خروج گلوتامین و آلانین اندک و بسیار دگرگون بود. شاید دلیل این امر به شدت رقابت گلوتامات با پیروات درون عضلانی و با حضور آنزیم­ های گوناگون متکی باشد. از این رو، اندازه ساخت آلانین و گلوتامین اندک خواهد بود، با این تفاوت که واکنش‌های سازنده گلوتامین از نوع انرژی‌خواه است (لمون و همکاران، ۱۹۹۲).
۲-۲-۲-۴- انتقال آمونیاک[۱۴] از عضله اسکلتی
اغلب چنین بیان شده است که آمونیوم (شکل متداول NH3) قادر به عنوان به عبور از غشای سلول نمی‌باشد و آمونیاک نفوذ‌پذیر است. با آشکار شدن اسیدوز متابولیک در ورزش، بخش بزرگ NH3 به شکل آمونیوم در درون سلول انباشته می‌گردد. با آزمون این فرضیه دریافتیم که «عکس این موضوع صدق می‌کند! )، زیرا با اجرای یک نوبت ورزش بیشینه، پدیده شیمیایی اسیدوز در درون عضله رخ می‌دهد و به دنبال آن رهایش NH3 در حد قابل ملاحظه به وقوع می‌پیوندد؛ به بیان دیگر، در ظرف ۳ دقیقه اجرای ورزش طاقت‌فرسا، ۲۵ درصد از حجم NH3 خالص تولید شده، آزاد می‌گردد. بعلاوه، بر پایه این نظریه، دیگر نسبت انباشتگی آمونیاک عضله به سطح پلاسمایی افزایش نخواهد یافت. با این حال به نظر می‌رسد که ورزش، رهاسازی NH3 را تسهیل می‌سازد.
چنانچه موضوع را از جنبه PKa آمونیوم بنگریم، انباشت یون هیدروژن حین ورزش اندک خواهد بود. این نکته روشن است که تأثیر این سازه بر توزیع ناچیز نسبت آمونیوم به آمونیاک به کمتر از یک درصد می‌رسد. پس گمان نمی‌رود که یون هیدروژن در دستگاه‌های فیزیولوژیک در نقش مهارکننده انتقال NH3 ظاهر شود. البته امکان دارد که گرادیان پروتون در تسهیل رهایش NH3، نقش اساسی را ایفا کند. این نکته نه تنها در آزادسازی NH3 درون‌بافتی، بلکه برای تداوم حرکت‌های درون عضله حائز اهمیت است. چنانچه GDH و BCOADH میتوکندری به منزله عناصر کلیدی ساخت متابولیت NH3 تلقی گردد، در این صورت، ریزش NH3به بیرون از فضای میتوکندری در حد قابل توجه خواهد بود، با این حال، تفسیر این مهاجرت بر پایه «نظریه یون هیدروژن یون هیدروژن» کمی دشوار است و فرایندهای اختصاصی گذار NH3از غشاهای سلولی به گردش خون هنوز ناشناخته مانده است. با این حال، فرایند انتشار آمونیاک بسیار حیاتی است. برخی از گزارش‌های علمی نشان می‌دهد که آمونیوم برای دهلیزهای K+ با یون‌های پتاسیم رقابت می‌کند.
«واگن ماکروز و دستیارانش» بیان‌ کرده‌اند که سلول‌های اندوتلیال کشت شده آزمایشگاهی، سرشار از گلوتامیناز هستند. در نتیجه، این امکان را فراهم می‌سازد که بخشی از مهاجرت آمونیاک به شکل گلوتامات، فضای یاخته عضلانی را ترک کرده و پس از گذار از متابولیسم در درون سلول‌های اندوتلیال، سرانجام به صورت NH3 به درون پلاسمای خون راه می‌یابد. این فرایند مزیت مهار شدن کاهش سریع برخی از ذخایر گلوتامات عضلانی را مشخص می‌سازد. بنابراین فعالیت آنزیم گلوتامیناز در تقسیم سریع سلولی در حد بیشینه است. سرچشمه کاوش این نوع یافته‌ها در این است که ویژگی و شرایط آزمایشگاهی کشت سلولی را باید عمیقاً مورد بررسی قرار داد. «وایلهوف و همکارانش»[۱۵] با بهره‌گیری از روش ایمنوسیتوشیمیایی[۱۶] و آنزیمولوژی[۱۷] دریافتند که سطح فعالیت آنزیم گلوتامیناز، در عضله پلانتاریس پای موش­های صحرایی، پایین‌تر از شرایط ساخت گلوتامین است. به هر حال، آنها به این نتیجه رسیدند که اندازه غلظت گلوتامیناز درون یاخته چندان اهمیتی ندارد. در این پژوهش، فعالیت سنتاز گلوتامین در تارهای اکسایش کند تنش (ST) بیش از گونه تند تنش (FT) بود. این نکته روشن می‌کند که در تارهای سرخ و سفید که آنزیم و آمیناز AMP و آمونیاک چیره هستند، حامل‌های بینان آمین متفاوتند. به هر حال این موضوع با تحقیقات متعدد بتدریج روشنتر خواهد گشت (لمون و همکاران، ۱۹۹۲).
۲-۲-۲-۵- پالایش آمونیاک پلاسمایی
عضله فعّال می‌تواند چندین میلی‌مول NH3 در پلاسما آزاد کند. به عبارت دیگر، در وضعیت پایه و آرامش، بار آمونیاک سرخرگی برابر ۲۰ تا ۵۰ میکرومول است. می‌دانید که فراورده‌های گلوتامین و آلانین عضله اسکلتی در بستر احشایی متابولیزه می‌شوند. حاصل کار این است که رهایش آمونیاک افزایش می‌یابد. کبد، آمونیاک را در مسیر چرخه اوره متابولیزه می‌کند. برخی شواهد آزمایشی نشان می‌دهد که علی‌رغم افزایش غلظت NH3 پلاسمایی، اندازه جذب آمونیاک احشایی در ورزش، با شرایط پایه فیزیولوژیک چندان متفاوت نبوده است. سایر پژوهش‌ها آشکار می کند که دست کم مقدار اوره پلاسمایی در ظرف ۶۰ دقیقه فعالیت ورزشی بدون تغییر مانده است. از این رو، بافت کبد به هنگام ورزش در نقش یک پالایشگر اصلی آمونیاک ظاهر نمی‌شود. «لیمون»[۱۸] بیان می‌کند که بخش بزرگی از نیتروژن (۸۵ درصد) از مولکول‌های پروتئینی به صورت متابولیت اوره دفع می‌گردد و سرانجام از راه ادرار پالایش می‌شود. به هر حال این رخدادهای شیمیایی متعاقب ورزش و حتی چند روز در دوره بازیافت تمرین، به طور برجسته تداوم می‌یابد. در این زمینه، جریان خون کلیوی و ساخت ادرار حین ورزش و ریکاوری نیز کاهش می‌یابند. نتیجه آن است که پالایش نیتروژن چندان قابل توجه نیست، گزارش «ریناین» نشان می‌دهد که NH3 ادراری، تنها معرّف ۱۰ تا ۱۵ درصد نیتروژن تام دفع شده نسبت به وضعیت استراحت است، چنانکه در پذیرش این مفهوم وفادار بمانیم که: «آمونیاک یکی از فراورده‌های گلوتامین است»، در این حالت این متابولیت از مسیر گردش خون به درون بافت کلیه راه‌یافته اما در آنجا جذب «لیمون» بروشنی اظهار می‌دارد که پدیده عرق‌ریزی یکی از راه‌های دیگر دفع اوره است. با این حال، اندازه مطلق این متابولیت اندک می‌باشد. «چورنوفسکی و گورسکی»[۱۹] خاطر نشان می‌کنند که امکان دارد مایع عرق محتوی مقدار زیاد NH3 فراورده نهایی پالایش پلاسمایی است یا محصول کارکرد غدد عرق؟
مطالعات فراوان پژوهشگران مشخص می کند که سرنوشت پایانی آمونیاک در دو مسیر ۱- جذب در عضله آرامش یافته و ۲- توزیع مایعات بدن تعیین می‌گردد، بدین ترتیب که در نخستین لحظه‌های دوره بازیافت ورزش، سطح انباشت NH3 سرخرگی بالا می‌رود. با این حال، در عضله ورزیده ظرف ۱ تا ۲ دقیقه، اندازه رهاسازی آمونیاک بسرعت تا ۵۰ درصد کاهش می‌یابد. این مفهوم بر این نکته دلالت دارد که کاهش روند پالایش و برداشت NH3 درون عضلانی بسیار تندتر از رهایش آن رخ می‌دهد. سازوکارهای اثرگذار بر سقوط فرایند پالایش در کبد، کلیه، عضله آرامش یافته و غده‌های عرق به همان سرعت پاسخ نمی‌دهند. این ویژگی در مورد اندام پالایشگر دستگاه تنفس حین ورزش مورد بررسی قرار گرفت، به طوری که در دوره بازیافت تمرین، با کاهش سریع تهویه ریوی، میزان جریان برداشت NH3 نیز کاهش پیدا کرد. با آنکه در ترکیب هوای بازدم، آمونیاک یافت می‌شود، اما تاکنون در وضعیت ورزش، سرنوشت این متابولیت به طور دقیق وارسی نشده است.
علی‌رغم رهایش و جابه‌جایی آلانین و گلوتامین و رهایش اسیدهای آمینه زیاد دیگر، هنوز تغییرات اندکی در غلظت اسیدهای آمینه سرخرگی به چشم می‌خورد. پاره‌ای از اسیدهای آمینه (بویژه آلانین) در دسته گلوکونئوژنیک[۲۰] جای می‌گیرند. از این رو، احتمال فراوان می‌رود که بافت کبد این مواد را درست با همان سرعت آزادسازی درون عضله، از جریان خون پالایش کند.
هنگام ورزش دو سرچشمه آمونیاک درون عضله، یکی در آمیناسیون BCAA و دیگری دآمیناسیون AMP، که قسمتی از چرخه نوکلئوتید پورین را تشکیل می‌دهند، اهمیت دارند. اکسایش اسیدهای آمینه همواره اذهان پژوهشگران علوم روزش را به خود جلب کرده است. با وجود این، دانشمندان جایگاه اسیدهای آمینه را در نقش سرچشمه NH3، درخشان تلقی نکرده‌اند، بلکه به جای آن به چگونگی ساخت متابولیت آمونیاک در مسیر واکنش‌های PNC حین ورزشهای گوناگون بی‌هوازی و هوازی پرداخته‌اند. اینک توانمندی مسیر PNC را در تولید NH3 بررسی می‌کنیم (لمون و همکاران، ۱۹۹۲).
۲-۲-۲-۶- آثار مرکزی و محیطی آمونیاک
موضوع اثر فیزیولوژیک ساخته شدن NH3 در ورزش، توجه دانش‌‌پژوهان را به خود معطوف داشته است، در این زمینه، چگونگی ارتباط آمونیاک و خستگی و نیز تأثیر آن بر تهویه ریوی از درخشش بیشتری برخوردار است.
اولین اثر مرکزی و محیطی آمونیاک خستگی مرکزی می باشد. نظریه‌های گوناگونی درباره الگوی دگرگونی غلظت آمونیاک پلاسمایی یا انحراف از نیمرخ اسید آمینه پلاسما ارائه شده است که همگی پیدایش احساس خستگی متفاوت را یادآوری می­ کنند. شواهد آزمایشی آشکار می کند که ورزش طاقت‌فرسا شاید به بروز حالت مسمومیت حاد آمونیاک منجر شود و به دنبال آن کارکرد دستگاه اعصاب مرکزی (CNS) و عملکرد حرکتی دچار نارسایی گردد. در این باره «ایلیس و جک»[۲۱] اشاره کرده‌اند که غلظت‌های بیشتر آمونیاک به پیدایش نشانه‌هایی چون خواب‌آلودگی، تشنّج، آتاکسیا و حتی بیهوشی منجر می‌شود. سازوکارهای اثرگذار بر بروز نارسایی در عمل CNS ممکن است به این دلیل پایدار نباشد:
۱- دگرگونی PH درون سلول
۲- تغییر غلظت الکترولیت‌های برون سلول
۳- انحراف از خاصیت هیپرپلاریزه توازن پتانسیل عمل IPSP به سوی پتانسیل آرامش اعصاب حرکتی کورتیکال و مراکز عصبی پایین‌تر
۴- دگرگونی در واکنش‌های CNS و سطوح پیام‌برهای شیمیایی-عصبی (نروترانس میترها)[۲۲] نظیر گلوتامات، گلوتامین، GABA.
البته چنین پاسخ‌هایی در شرایط انسفالوپاتی‌ها و دستکاری‌های فارماکولوژیک که در آن غلظت معین NH3 پلاسمایی را می‌توان برآورد نمود، صدق می‌کند. اما به یاد داشته باشید که چنین غلظت‌های آمونیاکی در شرایط طبیعی موجود زنده (in vivo)، بندرت مورد آزمایش قرار می‌گیرد. با این حال، هنوز شواهدی در دسترس نیست که به نشانه اثرگذاری آمونیاک پلاسمایی بر کارکرد دستگاه اعصاب مرکزی انسان یا حیوا نات ورزیده بوده باشد. بنابراین متابولیت NH3 به منزله علامت برجسته خستگی مرکزی، تا کنون به صورت نظریه‌ باقی مانده است. بعلاوه، طرح آزمون درستی یا بی‌اعتباری این فرضیه نیز بسیار دشوار خواهد بود.
آمونیاک بر پایه سازوکار انتشار، از سدّ خون و مغز گذر می‌کند. اندازه PH بالاتر خون، روند انتشار متابولیت را تسهیل می‌سازد. همچنین پیدایش اسیدوز در ورزش شدید، جذب آمونیاک را در دستگاه اعصاب مرکزی تسهیل نمی‌کند. بافت مغز، بیدرنگ آمونیاک را برداشت می‌کند و یاخته‌های استروسیت‌ عصبی به صورت «سدّ آنزیمی»[۲۳] ظاهر می‌شود. در این گونه یاخته‌ها، غلظت گلوتامین سنتاز بیشتر بوده و آمونیاک، در حد گسترده به گلوتامین متابولیزه می‌شود و دوباره به جریان گردش خون و CSF رها می‌گردد. رهایش گلوتامین یک زنجیره کربن را روی سلول‌های استروسیت می‌نشاند. چنانچه این فرایند در استروسیت‌ها در زمان طولانی تداوم یابد، مخزن گلوتامات را انباشته‌تر می‌سازد. در واقع چنین آشفتگی‌هایی در غلظت‌های گلوتامین، گلوتامات و سایر سوبستراها در سلول‌های عصبی خواهد انجامید. در این باره «کوپر و پلوم»[۲۴] خاطر نشان کرده‌اند که غلظت طبیعی آمونیاک در مغز نزدیک ۵/۱ تا ۳ برابر بافت خون است و NH3 خون و مغز بی‌واسطه ترکیب نمی‌شوند. پیش از آنکه غلظت فزاینده آمونیاک، دستگاه CNS را تحت تأثیر گذارد، دگرگونی در متابولیت NH3 روی خواهد داد.
نظریه دیگر پیرامون سازوکار خستگی کانونی بر نیمرخ اسید آمینه پلاسما بهنگام ورزش متمرکز است. داده‌های پژوهشی نشان می‌دهد که نسبت تریپتوفان به اسیدهای آمینه زنجیره‌دار، بر کارکرد دستگاه اعصاب مرکزی اثر می‌گذارد. تریپتوفان، پیش‌ساز ساخت نور ترانس میتر(میانجی شیمیایی) سروتونین (۵- هیدروکسی تریپتامین) است. بعلاوه، شواهد آزمایشی روشن می‌کند که غلظت بالاتر سروتونین، موجب نارسایی عملکرد ذهنی و قوای فکری و نیز خواب‌آلودگی شده است. تصور بر این است که منبع تریپتوفان پلاسما، انرژی لازم را برای ساخت سروتونین فراهم می‌سازد. سطح تریپتوفان پلاسمایی پایین است و این اسید آمینه به دو شکل رها و ترکیب با آلبومین در جریان خون یافت می‌شود. این امکان هست که برنامه غذایی، ساخت سروتونین اندوژنی را افزایش دهد. برای نمونه، هنگامی که کربوهیدرات در برنامه غذایی گنجانده شود، در این صورت با تحریک شدن انسولین، جذب BCAA پلاسمایی به سوی بافت‌ها- بویژه سلول‌های عضله- افزایش خواهد یافت. هنگامی که غلظت تریپتوفان اندک باشد، برای انتقال از سدّ خون- مغز با چندین اسید آمینه (BCAA) به رقابت برمی‌خیزد. بنابراین انسولین در مقدار پایین BCAA پلاسما، قادر است که با جذب تریپتوفان، امکان ساخت سروتونین را افزایش دهد.
گزارش تحقیق «بلوم استراند و دستیارانش» [۲۵] آشکار می کند که سطح BCAA پلاسما حین دو ماراتن و دیگر اشکال ورزش‌های استقامتی، بر اثر سوخت وساز عضله اسکلتی تقلیل می‌یابد و در مقابل، به دلیل جایگزینی بیشتر اسیدهای چرب آزاد با برخی پیوندهای تریپتوفان، غلظت تریپتوفان آزاد افزایش پیدا می‌کند. این پژوهشگران، هنگامی که ورزشکاران درک عمیقی از خستگی داشتند، همین اثر متابولیک را بر غلظت سروتونین CNS مطالعه کردند و به نتایج همسانی دست یافتند. بعلاوه، به منظور ارزیابی این نظریه هنوز شواهد استواری در دسترس نیست و این نکته در قالب یک فرضیه باقی مانده است .
دومین اثر مرکزی و محیطی آمونیاک خستگی پیرامونی[۲۶]می باشد. نخستین پیش‌فرض آن است که آمونیاک یا رخدادهای متابولیک همراه با فرآورده‌های آن در عضله اسکلتی، با روند پیدایش خستگی ارتباط پیدا می‌کند. این فرایندها همچون افزایش NH3 درون عضله، موجب تحریک اعصاب‌آوران گشته و آن هم به نوبه خود به ایجاد آشفتگی در عمل جبرانی، نسبت به واکنش‌های اسیدهای آمینه در چرخه کربس یا نارسایی PNC در رفسفوریلاسیون مناسب ADP برای توازن با دفسفوریلاسیون ATP، خواهد انجامید.
افزون برآوران‌های Ib , Ia و II، که از دوک‌های عضله ریشه می‌گیرند، اندام‌های گلژی تاندون و اجسام پاسینی و نیز عضله اسکلتی از گروه آوران های III و IV برخورداند. این نوع گیرنده‌های عصبی از پایانه‌های عصب با کپسول یا بی‌کپسول رها هستند، آنها وظیفه بازتاب واکنش‌های قلب و عروق را حین تنش‌های عضلانی ایستا بر عهده دارند. گروه دیگر به نام گیرنده‌های «دردزا»[۲۷] اطلاق می‌گردند که به وسیله محرک‌های شیمیایی برانگیخته شده تا احساس‌های درد عضلانی را به کانون‌های عصبی ارسال کنند. در این باره «روتوو کافمن»[۲۸] خاطر نشان می­ کنند که لاکتات، آدنوزین و فسفات کانی از عوامل محرک بی‌اثر آوران‌های III و IV هستند اما اسید لاکتیک و فرآورده‌های سایکلو- اکسیژناز (پروستا گلاندین‌ها و ترمبوکسان‌ها) از پتانیسیل بالایی در تحریک‌ گیرنده‌های اعصاب آوران برخوردارند.
پاره‌ای از یافته‌های آزمایشی آشکار می کند که احتمالاً در بیماری مک‌آردل با ساخت پیش‌رونده آمونیاک یا هنگام اجرای ورزش‌های پویا، پاسخ‌های عوامل فشارزا بروز می‌کند و آمونیاک به منزله تحریک کننده آوران‌های گروه‌های سوم و چهارم عمل خواهد کرد. درک این نکته اهمیت دارد که TCA یک مدار بسته متابولیک نیست، زیرا در مسیر سلسله واکنش‌های هوازی، شماری از واسطه‌گرهای شیمیایی به عنوان سوبسترا یا فرآورده، برای انجام واکنش های بیرون از چرخه TCA رفتار می‌کنند. بعلاوه، عوامل واسطه شیمیایی در چرخه کربس در عضله اسکلتی فعّال، ساخته شده یا به مصرف می‌رسد. با این حال درباره اثر حجم یا اندازه چنین واسطه‌گرهایی در تنظیم واکنش‌های TCA، هنوز اطلاعات اندک در دسترس است. با این حال، برخی پژوهشگران یادآوری می‌کنند که در وضعیت ورزش دراز مدت استقامتی، امکان دارد برداشت چنین مواد شیمیایی میانجی یا نارسایی در نگهداشت غلظت‌های بالاتر واسطه‌گرها، به افت روند فعالیت چرخه TCA و سرانجام تامین ناکافی ATP مورد نیاز عضله اسکلتی فعّال منجر شود و این نکته بروشنی مشخص شده که بخشی از فرایند متابولیک درون عضله اسکلتی انسان حین ورزش استقامتی به ساخت خالص آمونیاک اختصاص دارد. آستانه ساخت این متابولیت، در مراحل نخست ورزش آغاز گشته و سپس با تداوم فعالیت استقامتی، میسر پیش‌رونده‌ای را دنبال می‌کند. مطالعات دیگر نشان می‌دهد که برخی واسطه‌گرهای TCA همچون سیترات در شروع فعالیت بدنی افزایش یافته و سپس با تداوم ورزش استقامتی، از غلظت آن کاسته می‌گردد. با این حال، اندازه سیترات در دوره بازیافت تمرین (ریکاوری) چندبرابر سطح پایه است. در این مورد «ساهلین و همکارانش» گزارش کرده‌اند که حتی در یک دوره فعالیت بدنی به مدت پنج دقیقه، غلظت واسطه‌گرهای چرخه کربس نظیر مالات، سیترات، فومارات، و اگزالوستات به ۵ تا ۶ برابر اندازه استراحت افزایش یافته و سپس بتدریج کاهش پیدا کردند. از طرف دیگر، افزایش استیل کارنیتین همانند الگوی تغییر واسطه‌گرهای یاد شده در ادامه ورزش استقامتی نبود. این پژوهشگران مطرح نموده‌اند که با تداوم ورزش‌های هوازی دراز مدت از سطح فعالیت مسیرهای گلیکوژنولیز و گلیکوژنولیز و گلیکولیز کاسته می‌شود. نتیجه آن است که برای انجام واکنش‌های جبرانی، اندازه‌های کمتر پیروات در دسترس قرار می‌گیرد:
آلانین + ۲-اگزوگلوتارات پیروات + گلوتامات
PC
AT
اگزالواستات + Pi + ADP ATP + CO2+ پیروات
PEPCK
ITP + اگزالواستات Co2 + IDP +فسفوانول پیروات
MDH
مالات + NAD Co2 + NADH + پیروات
در این سلسله واکنش‌ها، نشانه‌های نمادین به شرح زیر است:
ترانس آمیناز آلانین = AT، کربوکسیلاز پیروات = PC
کربوکسیلاز فسفوانول پیروات = PEPCLK، دهیدروژناز مالات = MDH
پاره‌ای از شواهد تجربی باواسطه روشن می‌سازد که در مجموعه واکنش‌های فوق، ترانس آمیلاز الانین فعّال است. در عضله اسکلتی ورزیده، ابتدا، وقوع کاهش سریع در گلوتامات و افزایش غلظت آلانین، مبیّن آن است که واکنش ترانس دآمیناز پیروات- گلوتامات در افزایش نخستین واسطه‌گرهای چرخه TCA نقش دارد.
به هر حال درباره سایر واکنش‌های متابولیسم پروتئین حین ورزش، اطلاعات بسیار محدودی در دسترس است. این شواهد اندک نشان می‌دهد که واکنش ترانس آمیناز آلانین در ورزش دراز مدت، در الگوی تغییر واسطه‌گرهای چرخه کربس دخالت می‌کند. در واقع باید گفت جذب گلوتامات و رهایش آلانین عضله اسکلتی در مرحله‌های نخستین یا حتی در سراسر فعالیت ورزش استقامتی تداوم پیدا می‌کند. افزون بر این، رهایش آلانین در عضله فعّال با ۸۰ درصد اکسیژن مصرفی بیشینه، تنها ساخت یک درصد پیروات خالص را نشان می‌دهد. اما بعید به نظر می‌رسد که دگرگونی غلظت پیروات موجود، اثر غالب بر محدود شدن فرایند ترانس آمیناز آلانین داشته باشد.
چنانچه سرچشمه سرعت‌گیری روند ساخت آمونیاک حین ورزش استقامتی، کارکرد آنزیم دهیدروژناز گلوتامات باشد، در این صورت در چنین فرایندی، باید ترکیب ۲- اگزوکلوتارات ساخته شود . همچنین اگر سرچشمه چرخه PNC باشد، بنابراین فومارات کافی تأمین خوهد شد. بعلاوه در صورتی که در این چرخه، اسپارتات در پرتو حضور ترانس آمیناز آسپارتات از BCAA مشتق شده باشد، به بیان دیگر، واکنش زیر روی می‌دهد.

بنابراین BCAA به منزله سرچشمه ترکیب‌های واسطه چرخه TCA خواهد بود. از آنجا که مسیر واکنش دآمیناسیون AMP و در نتیجه انباشت AMP نمی‌تواند سرچشمه اصلی ساخت آمونیاک هنگام ورزش استقامتی باشد، از این رو، فراسوی منشأ نخستین آمونیاک در ورزش‌های دراز مدت، ساخته شدن این ماده متابولیت باید به کارکرد جبرانی وابسته باشد. زیرا روشن است که این رفتار با پیدایش خستگی، ارتباط غیرمستقیم پیدا می‌کند.
آخرین نیمرخ خستگی پیرامونی این است که امکان درد روند رفسفوریلاسیون در حد کافی تداوم نیابد. این نکته واضح است که با اجرای ورزش هوازی، دگرگونی اندک یا ثبات در حجم مخزن نوکلئوتیدی یا IMP رخ می‌دهد. از دیدگاه خستگی‌شناسی، نشانه بارز زیست شیمی در عضله اسکلتی، افزایش برجسته غلظت‌های AMP و IMP است. در این زمان دآمیناز AMP فعّالانه شرکت می‌کند. یافته‌های آزمایشی روشن می‌سازد که فعّال گشتن این آنزیم، احتمالاً به ناتوانی درفرایندهای متابولیسم برای واکنش سریع و کافی رفسفوریلاسیون ATP، بازگشت می‌کند [۱۱]. این پژوهشگران چندین گمان را مطرح می‌سازند به طوری که افت روند گلیکولیز متناسب با کاسته شدن غلظت گلیکوژن، موجب می‌گردد تا اندازه پیروات و واکنش‌های گوناگون جبرانی را، در جهت ساخته شدن پیروات و فسفواونول پیروات، با محدودیت مواجه سازد. نتیجه نهایی این است که با کاهش غلظت واسطه‌گرهای TCA، سرانجام از اندازه رهایش چرخه کربس و نیز سرعت فسفوریلاسیون اکسیداسیون می‌کاهد. پی‌آمد همه این دگرگونی‌ها آن است که در درون سیتوزول، ADP و AMP افزایش یافته و فسفوکراتین کاهش پیدا می‌کند. اگر چه بیان این فرایند منطقی به نظر می‌رسد، اما پژوهش‌های علمی که بیانگر کاهش‌هایی در هزینه اکسیژن میتوکندری یا غلظت NADH باشد، هنوز در دسترس نیست. چنانچه در چرخه TCA، اندازه رهایش تقلیل یابد، انتظار می‌رود که هر دو رویداد فوق روی دهد.
تاکنون چندین نظریه درباره پیدایش خستگی ارائه شده است، اما درستی یا نادرستی آزمایشی آن دشوار خواهد بود. زیرا پژوهشگر باید از اندازه متابولیت‌های آزاد و غلظت‌ یک متابولیت در بخش‌های مختلف فرایندهای شیمیایی، آگاهی لازم را داشته باشد.
درباره الگوی تغییر اسیدهای آمینه و آمونیاک، درک فرایندهای گوناگون خستگی قابل توجه است. اما هنوز هیچ یک از فرضیه‌های موجود، عینیت پیدا نکرده است. از این رو، نمی‌توان به یک نتیجه قطعی و روشن دست یافت. با این حال بخش گسترده‌ای از اطلاعات، وابستگی مستقیمی را بین خستگی پیرامونی یا کانونی در انسان‌های تندرست و فعّال با متابولیسم آمونیاک نشان نمی‌دهد (لمون و همکاران، ۱۹۹۲).
۲-۲-۲-۷- متابولیسم آمونیاک و اسید آمینه در عضله اسکلتی ورزیده
«هولوزی و کویل»[۲۹] در سال ۱۹۸۴، قلمرو متابولیسم آمونیاک و ورزش استقامتی را بازبینی کردند. نخستین پیش‌فرض این بود که در یک عضله ورزیده با گنجایی بزرگتر میتوکندری، آدنوزین دی فسفات به مقدار اندک، افزایش می‌یابد، آنگاه غلظت‌های،MP AMP و NH3 عضله کمتر می‌شود. این سازگاری، سرانجام به مهار نسبی گلیکولیز (تجزیه گلیکوژن و بازسازی لاکتات) منجر می‌شود. اگر چه اینک درباره فرضیه‌های پیشنهاد شده متابولیسم آمونیاک، اطلاعات بیشتری دردست داریم، اما که هنوز برای سنجش رفتار آمونیاک در انسان‌های ورزشکار، به بررسی‌های عمیقتری نیاز داریم. همان‌گونه که پیشتر آموختیم، موقعیت NH3 در زنجیره واکنش‌های زیست- شیمی چنان است که طرح سرنوشت آن را قدری پیچیده‌تر می‌سازد. برای نمونه، «هولوزی و کویل» تنها به رویدادهای آزادسازی PNC تأکید ورزیده‌اند، در حالی که کانون توجه باید بر متابولیسم اسیدهای آمینه متمرکز بوده باشد.