ระบบพลังงานงานในร่างกายคืออะไร
สิ่งสำคัญที่ทำให้เราสามารถเคลื่อนไหว ออกกำลังกาย หรือเล่นกีฬาได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากสมรรถภาพร่างกายที่แข็งแรงแล้ว “ระบบพลังงาน” ก็สำคัญเช่นเดียวกัน
พลังงานที่สำคัญในร่างกายที่ใช้ในการดำรงชีวิต นั่นคือ Adenosine Triphosphate (ATP)
ในขณะที่เราพักผ่อนนอนหลับร่างกายเราก็มีการใช้ ATP ในการหายใจ การเต้นของหัวใจ รวมถึงในการรักษาสภาพการทำงานของเซลล์ต่างๆ ในร่างกายให้อยู่ในภาวะปกติ
ดังนั้นเมื่อเราเล่นกีฬาหรือออกกำลังกาย มีการใช้กล้ามเนื้อในการทำงานมากขึ้น ร่างกายก็ย่อมมีความต้องการใช้ ATP มากขึ้นเช่นเดียวกัน
ในเมื่อ ATP มีความสำคัญกับร่างกายอย่างมาก ร่างกายเราจึงมีระบบพลังงาน 3 ระบบ ที่ช่วยกันสร้าง ATP ให้คงอยู่อย่างเพียงพอในร่างกายของเราเสมอ ระบบพลังงานทั้ง 3 ระบบ ได้แก่
- Phosphagen system
- Glycolysis system
- Oxidative system
ระบบพลังงานทั้ง 3 ระบบนี้ ทำงานร่วมกันในการสร้าง ATP แต่สัดส่วนการสร้าง ATP จะสามารถเปลี่ยนแปลงได้ขึ้นอยู่กับความหนัก (Intensity) และระยะเวลาของกิจกรรมนั้นๆ (Duration)
ทีนี้เราลองมาดูความแตกต่างของทั้ง 3 ระบบพลังงานกัน
ความแตกต่างของระบบพลังงานในร่างกายทั้ง 3 ระบบ
1. Phosphagen System
เป็นระบบที่ให้พลังงานได้อย่างรวดเร็ว เพราะในกล้ามเนื้อเรามี ATP สะสมอยู่แล้วในจำนวนหนึ่ง นอกจากนี้ยังมีสารที่ให้พลังงานสูงที่เรียกว่า Creatine Phosphate (CP) สะสมอยู่ในกล้ามเนื้อด้วยเช่นเดียวกัน
หลักการของระบบพลังงานนี้ คือให้พลังงานแบบไม่ใช้ออกซิเจน (Anaerobic) เป็นการให้หมู่ฟอสเฟต และมีการตัดสายพันธะเคมีที่มีพลังงานสูง ทำให้ได้พลังงานอิสระออกมา ซึ่งเหตุการณ์ต่างๆ จะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว
ดังนั้นเมื่อร่างกายเรามีความต้องการใช้พลังงานเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ระบบพลังงานตัวนี้จะทำหน้าที่หลักในการสร้างพลังงานในช่วงนั้น หากเป็นการเล่นกีฬาก็อย่างเช่น จังหวะการออกตัวจาก Block Start หรือกีฬาประเภททุ่ม พุ่ง ขว้าง การกระโดด
อย่างไรก็ตามเนื่องจาก ATP และ CP มีสะสมอยู่ในจำนวนจำกัด ดังนั้นจึงไม่สามารถใช้เป็นระบบพลังงานหลักในกิจกรรมที่ต่อเนื่องยาวนาน Phosphagen system สามารถให้พลังงานได้ในช่วงเวลาสั้นๆ ประมาณ 5 วินาทีเท่านั้น และความสามารถในการสร้างพลังงานก็จะลดลง
หากต้องการใช้พลังงานจากระบบนี้ จำเป็นต้องมีการพักด้วยระยะเวลาที่เหมาะสมเพียงพอ เพื่อให้มีการสะสม ATP ในกล้ามเนื้อขึ้นมาใหม่นั่นเอง เช่น การยกน้ำหนักด้วยความความหนักสูง 80-90% 1RM ต้องมีการพักระหว่างเซต 2-5 นาที เพื่อเตรียมสะสม ATP ในกล้ามเนื้อ เพื่อใช้ในเซตถัดไป
ระบบพลังงาน Phosphagen system นี้ อาจจะเคยได้ยิน หรือผ่านตาในอีกชื่อที่เรียกว่า Anaerobic alactic system เนื่องจาก เป็นระบบพลังงานที่ไม่ใช้ออกซิเจน และไม่เกิดกรดแลคติกนั่นเอง
2. Glycolysis System
เป็นระบบพลังงานที่ต้องสร้าง ATP ขึ้นมาจากกลูโคส โดยไม่ใช้ออกซิเจนในการสร้างพลังงาน ATP ที่ได้จาก Glycolysis system มีจำนวนเยอะกว่าที่ได้จากระบบ Phosphagen
Glycolysis system ทำหน้าที่ในการสร้างพลังงานอย่างรวดเร็ว และได้ผลิตภัณฑ์จากกระบวนการสร้าง ATP ออกมา เจ้าผลิตภัณฑ์นี้เรารู้จักกันในชื่อของกรดแลกติก (Lactic acid) และอาจจะเคยได้ยินว่ากรดแลคติคทำให้เราเกิดการปวดเมื่อยกล้ามเนื้อ (Fatigue) ดังนั้น จึงเป็นที่มาของชื่อระบบพลังงานที่เรารู้จักกันในอีกชื่อว่า Anaerobic lactic system
แต่อย่างไรก็ตาม กรดแลคติคที่ถูกสร้างขึ้นมานี้จะคงอยู่เพียงแค่ชั่วคราว และถูกเปลี่ยนให้ไปอยู่ในรูปของแลคเตท (Lactate) และ H+ ที่มีฤทธิ์เป็นกรดแก่ ซึ่งเจ้าตัวกรดแก่นี่แหละที่ทำให้เรารู้สึกปวดเมื่อยกล้ามเนื้อ
ส่วนแลคเตทจริงๆ แล้วสามารถนำไปใช้ในการสร้าง ATP ขึ้นมาใหม่ได้ โดยถูกเปลี่ยนให้เป็นกลูโคสที่ตับ และนำเข้าสู่กระบวนการในการสร้างพลังงานต่อไป
Glycolysis system นี้จะมีสัดส่วนการใช้มากขึ้น เมื่อการเล่นกีฬา การออกกำลังกาย หรือกิจกรรมที่เราทำนั้นมีความหนักสูง (High Intensity) และใช้เวลายาวนานประมาณ 1 – 2 นาที
และเมื่อระยะเวลายาวนานขึ้น Glycolysis system จะถูกจำกัดความสามารถในการสร้าง ATP ลง จากการเปลี่ยนแปลงทางเคมีในระดับเซลล์ ทำให้ประสิทธิภาพในการสร้าง ATP ลดลง
3. Oxidative System
ระบบพลังงานนี้เป็นตัวหลักที่ใช้สร้าง ATP ในขณะที่เราพักหรือใช้ชีวิตประจำวันทั่วไป เป็นระบบพลังงานที่สามารถสร้าง ATP ขึ้นมาได้อย่างไม่จำกัด โดยสารตั้งต้นที่นำมาสร้างพลังงานสามารถเป็นได้ทั้งคาร์โบไฮเดรต ไขมัน และโปรตีน
แต่กระบวนการขั้นตอนในการสร้างพลังงานมีความซับซ้อนและใช้ระยะเวลานาน รวมทั้งมีการใช้ออกซิเจนมาเกี่ยวข้อง (Aerobic system) ดังนั้นกิจกรรมที่มีความหนักต่ำ (Low intensity) หรือการออกกำลังกาย การเล่นกีฬาที่ใช้ระยะเวลานาน (Endurance sport) เช่น วิ่งมาราธอน ปั่นจักรยาน ว่ายน้ำ ร่างกายจะใช้พลังงานจากระบบนี้เป็นหลัก
หากมองกันให้ลึกถึงระดับเซลล์ Oxidative system จะเป็นระบบพลังงานเดียวที่มีการใช้ออกซิเจน (O2) ในการสร้าง ATP โดยตำแหน่งที่เกิดการสร้าง ATP นี้อยู่ในส่วนของเซลล์ที่เรียกว่า Mitochondria ดังนั้น จึงเป็นที่มาของคำว่า การหายใจระดับเซลล์ (Cellular respiration)
มาถึงตรงนี้ อยากให้สังเกตกันอีกหนึ่งอย่าง คำว่า “สร้างพลังงานแบบไม่ใช้ออกซิเจน” ไม่ได้หมายความว่าในขณะนั้นเรากลั้นหายใจ หรือไม่มีออกซิเจนเข้าไปในร่างกาย แต่หมายถึงว่า กระบวนการนั้นไม่ได้มีออกซิเจนเข้าไปเกี่ยวข้อง สามารถสร้าง ATP ได้เลย และเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว
หากมองในภาพรวมกว้างๆ ในขณะที่เรามีกิจกรรมทางกายที่ความหนักต่ำ เช่น นั่งเล่น นอนหลับ อ่านหนังสือ ซึ่งเราสามารถทำกิจกรรมเหล่านี้ได้ในระยะเวลานานโดยที่ไม่รู้สึกเหนื่อย เนื่องจากร่างกายสามารถใช้พลังงานจาก ATP ได้อย่างเพียงพอ จึงมีสัดส่วนของระบบพลังงานแบบ Oxidative system มากที่สุด
แต่เมื่อเราเริ่มออกกำลังกาย เช่น วิ่ง ปั่นจักรยาน ยกน้ำหนัก ร่างกายมีสัดส่วนความต้องการใช้พลังงานเพิ่มขึ้น และมีความต้องการพลังงานที่ต้องการใช้ ณ ขณะนั้นอย่างรวดเร็ว สัดส่วนของระบบพลังงานจึงเปลี่ยนไป เริ่มมีการใช้พลังงานจากระบบ Phosphagen system และ Glycolysis system มากขึ้นนั่นเอง
ยิ่งการออกกำลังกายหรือเล่นกีฬานั้นมีความหนักมากเท่าไหร่ ระยะเวลาที่จะสามารถทำได้ก็จะยิ่งสั้นลง ลองนึกถึงตอนเราวิ่งด้วยความเร็วสูงสุด เราจะสามารถวิ่งได้เพียงแค่ระยะเวลาสั้นๆ แล้วรู้สึกหมดแรง แต่ถ้าเราอยากจะวิ่งให้นานขึ้น เราจะผ่อนความเร็วลง นั่นก็คือ การลดความหนักลง
ซึ่งสอดคล้องกับระบบพลังงานที่เมื่อความหนักลดลง ร่างกายก็เพิ่มสัดส่วนของ Oxidative system มากขึ้น ทำให้สามารถวิ่งต่อเนื่องต่อไปได้ด้วยความเร็วที่ลดลง
สรุปแล้วควรเลือกฝึกระบบพลังงานแบบไหนดี
จะเห็นได้ว่าทั้งสามระบบพลังงานมีจุดมุ่งหมายเดียวกันคือการให้พลังงานจาก ATP ดังนั้นหากเราเป็นนักกีฬาหรือผู้ฝึกสอนกีฬาเราก็ควรที่จะเข้าใจระบบพลังงานเพื่อไปกำหนดโปรแกรมการฝึกซ้อมที่เหมาะสมกับชนิดกีฬาหรือแม้แต่ในกีฬาชนิดเดียวกันตำแหน่งของผู้เล่นก็มีความต้องการของระบบพลังงานที่แตกต่างกัน
หากเราฝึกซ้อมระบบพลังงานให้พัฒนาได้อย่างเฉพาะเจาะจงก็จะทำให้เรามีพลังงานอย่างเพียงพอ อย่างมีประสิทธิภาพและส่งผลให้ความสามารถในการเล่นกีฬาของเราดีขึ้นได้เช่นเดียวกัน
ข้อมูลอ้างอิง
- Haff, G. G., & Triplett, N. T. (Eds.). (2015). Essentials of strength training and conditioning 4th edition. Human kinetics.
- www.techiescientist.com/ph-of-lactic-acid
- www.depositphotos.com/vector-images/adenosine.html?qview=180887754
- www.ecampusontario.pressbooks.pub/humannutrition/chapter/food-supplements-and-food-replacements
