كيف يدير جسمك الطاقة: العلاقة المدهشة بين التمرين والصحة

جدول المحتويات

• المقدمة: إعادة التفكير في التمرين وإنفاق الطاقة
• نموذج الطاقة المقيدة: كيف يوازن جسمك الطاقة
• التعويض الطاقي: آلية التكيف في جسمك
• التداعيات الصحية: لماذا يعمل التمرين المعتدل
• تنظيم الجهاز المناعي عبر التمرين
• استجابة الإجهاد والتكيف الهرموني
• الصحة الإنجابية وتوزيع الطاقة
• توصيات عملية للمرضى
• قيود الدراسة والأبحاث المستقبلية
• معلومات المصدر

المقدمة: إعادة التفكير في التمرين وإنفاق الطاقة

لطالما اعتُبر التمرين أساسياً للصحة، حيث أظهرت دراسات عديدة أن النشاط البدني المنتظم يقلل من خطر الوفاة من جميع الأسباب. تثبت الأبحاث أن الأفراد النشطين لديهم معدلات أقل من أمراض القلب والأوعية الدموية، ومرض السكري من النوع الثاني، والعديد من السرطانات، والأمراض النفسية، والتراجع المعرفي. على العكس، يرتبط السلوك الخامل ارتباطاً وثيقاً بزيادة الأمراض الاستقلابية وقصر العمر.

لعقود، افترض العلماء أن زيادة النشاط البدني تترجم مباشرة إلى إنفاق طاقي إجمالي أعلى (TEE - إجمالي السعرات الحرارية التي يحرقها جسمك يومياً). كان التفكير التقليدي أن هذه الزيادة في حرق السعرات الحرارية هي إحدى الفوائد الرئيسية للتمرين. ومع ذلك، كشفت أبحاث رائدة باستخدام تقنيات قياس متقدمة عن علاقة أكثر تعقيداً بكثير بين النشاط وإنفاق الطاقة.

تظهر الدراسات عبر مجموعات سكانية عالمية متنوعة إنفاقاً طاقياً إجمالياً متشابهاً بشكل ملحوظ بغض النظر عن مستويات النشاط. وجدت أبحاث قارنت بين مجتمعات المزارعين النشطين بدنياً في نيجيريا والأمريكيين الحضريين الخاملين عدم وجود فرق في الإنفاق الطاقي الإجمالي أو إنفاق طاقة النشاط (جزء الطاقة المنفق على الحركة بخلاف الوظائف الجسدية الأساسية). ظهرت نتائج مماثلة من دراسات مجتمعات الصيادين-الجامعين في تنزانيا ومجتمعات المزارعين في بوليفيا مقارنة بالسكان الغربيين الخاملين.

نموذج الطاقة المقيدة: كيف يوازن جسمك الطاقة

يقترح نموذج الإنفاق الطاقي الإجمالي المقيد أن البشر والحيوانات الأخرى طوروا آليات للحفاظ على الإنفاق الطاقي اليومي ضمن نطاق ضيق. عندما يزداد النشاط البدني، يعوض جسمك عن طريق تقليل الطاقة المنفقة على الأنشطة الفسيولوجية الأخرى للحفاظ على التوازن الطاقي العام.

لا يحدث هذا التعويض فوراً. عندما تبدأ برنامج تمرين جديد، ستحرق المزيد من السعرات الحرارية في البداية. ومع ذلك، على مدى أسابيع أو أشهر، يتكيف جسمك عن طريق تقليل تخصيص الطاقة للوظائف غير الأساسية. من المحتمل أن يكون هذا التكيف التطوري قد تطور لمساعدة أسلافنا على البقاء في بيئات كانت فيها طاقة الطعام محدودة في كثير من الأحيان.

يحدد جسمك أولويات الوظائف التي يجب تقليلها بناءً على الأهمية التطورية. يتم تقليل النفقات غير الأساسية مثل الالتهاب المفرط أو استجابة الإجهاد أولاً، بينما يتم الحفاظ على الوظائف الأساسية حتى تصبح مستويات النشاط مرتفعة للغاية. يفسر نظام إدارة الطاقة الذكي هذا سبب بقاء الإنفاق الطاقي الإجمالي متسقاً بشكل مدهش عبر أنماط الحياة المختلفة بمجرد أن يتكيف الجسم.

التعويض الطاقي: آلية التكيف في جسمك

يحدث التعويض الطاقي، الذي يسمى أحياناً "التكيف الأيضي"، عندما يستجيب جسمك لزيادة النشاط عن طريق تقليل النفقات الطاقية الأخرى. على سبيل المثال، إذا بدأت في حرق 200 سعرة حرارية إضافية يومياً من خلال التمرين، فقد يعوض جسمك في النهاية عن طريق تقليل الأنشطة الفسيولوجية الأخرى بحوالي 200 سعرة حرارية، مما يبقي إنفاقك الطاقي الإجمالي دون تغيير.

وجدت أبحاث حللت 61 دراسة شملت 928 موضوعاً أن مستويات التعويض تختلف بناءً على مدة الدراسة والعوامل الفردية. بالنسبة للتدخلات التي استمرت 26 أسبوعاً أو أكثر، بلغ متوسط التعويض الطاقي حوالي 80%. هذا يعني أنه إذا أضفت 500 سعرة حرارية من التمرين يومياً، فقد يعوض جسمك عن طريق تقليل النفقات الأخرى بحوالي 400 سعرة حرارية، مما يؤدي إلى زيادة صافية في الإنفاق تبلغ 100 سعرة حرارية فقط.

تؤثر عدة عوامل على التعويض. يُظهر الأفراد الأثقل وزناً مع دهون جسم أكثر تعويضاً أقل، ربما لأن احتياطياتهم الطاقية تخفف الاستجابة الأيضية. يُظهر البالغون الأصغر سناً أيضاً أنماط تعويض مختلفة عن الأفراد الأكبر سناً. لا تؤثر كمية التمرين على نسبة التعويض - سواء مارست التمرين بشكل معتدل أو قوي، سيعوض جسمك بشكل متناسب.

توقيت التعويض حاسم. يستغرق التعويض ذو المعنى عدة أشهر حتى يتطور. تظهر الدراسات قصيرة المدى (أقل من 26 أسبوعاً) تعويضاً متغيراً للغاية يتراوح بين 28-72%، بينما تظهر الدراسات الأطول تعويضاً أكثر اتساقاً حول 80%. هذا يفسر سبب تجربة الناس غالباً لفقدان وزن أقل مما هو متوقع من برامج التمرين في الأشهر القليلة الأولى.

التداعيات الصحية: لماذا يعمل التمرين المعتدل

يوفر نموذج الطاقة المقيدة إطاراً ثورياً لفهم كيف يحسن التمرين الصحة. بدلاً من مجرد حرق المزيد من السعرات الحرارية، يحفز التمرين تخفيضات مفيدة في الأنشطة الفسيولوجية غير الأساسية التي تدفع الأمراض المزمنة عندما تكون مفرطة النشاط.

عند مستويات النشاط المعتدلة، يقلل جسمك من تخصيص الطاقة للعمليات مثل الالتهاب المزمن، واستجابة الإجهاد المفرطة، وفرط نشاط الجهاز التناسلي. تقلل هذه التخفيضات من خطر الإصابة بأمراض القلب والأوعية الدموية، والاضطرابات الاستقلابية، والحالات المزمنة الأخرى. هذا يفسر سبب إنتاج الانتقال من أنماط الحياة الخاملة إلى النشطة بشكل معتدل فوائد صحية مذهلة.

ومع ذلك، عند مستويات النشاط المتطرفة (مثل الرياضيين النخبة الذين يتدربون بشكل مكثف)، قد يُجبر جسمك على تقليل تخصيص الطاقة للوظائف الأساسية. هذا يمكن أن يضر بوظيفة المناعة، والصحة الإنجابية، والعمليات الحرجة الأخرى، مما يفسر بشكل محتمل سبب زيادة مستويات النشاط المرتفعة للغاية في بعض الأحيان للمخاطر الصحية.

يبدو أن العلاقة بين النشاط والصحة تتبع منحنى على شكل حرف U. لدى الأشخاص الخاملين مخاطر عالية للأمراض بسبب الأنظمة غير الأساسية مفرطة النشاط. يتمتع الأشخاص النشطون بشكل معتدل بأدنى خطر حيث يتم تنظيم هذه الأنظمة بشكل مناسب. قد يرى الأشخاص النشطون للغاية زيادة في المخاطر حيث تتضرر الوظائف الأساسية.

تنظيم الجهاز المناعي عبر التمرين

يمثل جهازك المناعي إنفاقاً طاقياً كبيراً، وخاصة الاستجابة المناعية الفطرية (غير النوعية). يتنبأ نموذج الطاقة المقيدة بأن نشاط المناعة سيكون حساساً لمستويات النشاط البدني وتوفر الطاقة.

تظهر الأبحاث أن التمرين له تأثيرات معقدة على الالتهاب. أثناء التمرين، يزداد الالتهاب مؤقتاً بشكل متناسب مع الشدة. ومع ذلك، يخلق التمرين المزمن حالة مضادة للالتهاب بشكل عام. يُظهر الأفراد اللائقون بدنياً مستويات أقل من علامات الالتهاب المؤيدة بما في ذلك بروتين سي التفاعلي، والفيبرينوجين، وأعداد خلايا الدم البيضاء.

وجدت دراسة رئيسية لـ 3,638 بالغاً أمريكياً أصحاء أن الأشخاص الذين أبلغوا عن أربع جلسات تمرين أو أكثر شهرياً لديهم علامات التهاب أقل بشكل ملحوظ من أولئك الذين يمارسون التمرين ثلاث مرات أو أقل. أصبحت الآليات الكامنة وراء هذا التأثير المضاد للالتهاب أكثر وضوحاً. تنتج العضلات المتمرنة إنترلوكين-6 (IL-6)، الذي يحفز بعد ذلك مركبات مضادة للالتهاب. يقلل التمرين أيضاً من خلايا المناعة المؤيدة للالتهاب وحساسيتها لمحفزات الالتهاب.

ومع ذلك، عند المستويات المتطرفة، يمكن أن يثبط التمرين وظيفة المناعة بشكل مفرط. يتميز متلازمة الإفراط في التدريب لدى الرياضيين النخبة بانخفاض أعداد خلايا الدم البيضاء، بما في ذلك العدلات، والخلايا الوحيدة، والخلايا التائية. تزيد هذه المناعة المضعفة من خطر العدوى، مما يخلق "مفارقة الرياضي النخبة" حيث قد يزيد التمرين المتطرف في الواقع من القابلية للإصابة بالمرض.

استجابة الإجهاد والتكيف الهرموني

تستهلك أنظمة استجابة الإجهاد في جسمك - محور الوطاء-النخامية-الكظرية (HPA) والجهاز العصبي الودي (SNS) - طاقة كبيرة عند تنشيطها. تزيد هذه الأنظمة من معدل ضربات القلب، وضغط الدم، وتعبئة الطاقة أثناء الإجهاد.

يرتبط التنشيط المزمن لأنظمة الإجهاد هذه بصحة قلبية وعائية سيئة، والسمنة، ومشاكل الصحة النفسية. يتنبأ نموذج الطاقة المقيدة بأن النشاط البدني سينظم هذه الأنظمة للحفاظ على الطاقة. تظهر الأبحاث باستمرار أن الأفراد اللائقين بدنياً لديهم تفاعلية إجهاد مخفضة مع الحفاظ على الوظيفة الأساسية الطبيعية.

تظهر الدراسات أن الأفراد اللائقين يظهرون زيادات أصغر في الكورتيزول ومعدل ضربات القلب استجابةً لمحفزات الإجهاد النفسي. يمكن أن يخفض التدريب البدني المكثف استجابة الكورتيزول للتمرين دون الأقصى. تشير بعض الأبحاث إلى أن أحمال العمل الأعلى للتمرين قد تقلل من استجابة الكورتيزول عند الاستيقاظ، وهي الذروة الطبيعية للكورتيزول عند الاستيقاظ.

تساهم استجابة الإجهاد المخففة هذه المرتبطة بالتمرين المنتظم بشكل كبير في الفوائد النفسية للنشاط البدني. ترتبط تفاعلية الإجهاد المخفضة بنتائج قلبية وعائية أفضل، وصحة استقلابية، ورفاهية نفسية.

الصحة الإنجابية وتوزيع الطاقة

يمثل الإنجاب نظاماً فسيولوجياً مكثف الطاقة آخر يبدو حساساً لمستويات النشاط البدني من خلال آليات قيد الطاقة. تظهر الأبحاث أن التمرين يؤثر على إنتاج الهرمونات التناسلية ووظيفتها في كل من الرجال والنساء.

في الرجال، ارتبط التمرين المكثف بانخفاض مستويات التستوستيرون. بين النساء، التأثيرات موثقة جيداً بشكل خاص. يمكن أن يثبط التمرين الشديد وظيفة المبيض، ويقلل من مستويات البروجسترون في الطور الأصفري، ويسبب عدم انتظام الدورة الشهرية. تتبع هذه التأثيرات نمط استجابة للجرعة، حيث تنتج أحمال العمل الأكبر للتمرين كبتاً أكثر أهمية.

تظهر دراسات على المزارعين الريفيين في نيبال أن الزيادات الموسمية في حمل العمل البدني تتوافق مع انخفاض وظيفة المبيض. تُظهر النساء في المجتمعات الأكثر نشاطاً بدنياً والأقل تطوراً بشكل عام مستويات بروجسترون أقل من نظيراتهن الخاملات في المجتمعات الصناعية.

غالباً ما تعاني الرياضيات من دورات غير منتظمة وانقطاع الطمث (غياب الحيض) عند التدريب بشكل مكثف. يمثل هذا الكبت الإنجابي مثالاً واضحاً على كيفية تقليل الجسم للنفقات الطاقية غير الأساسية خلال فترات الطلب العالي على النشاط البدني.

توصيات عملية للمرضى

بناءً على هذا البحث، يجب أن يفهم المرضى أن الفوائد الصحية للتمرين لا تأتي فقط من السعرات الحرارية المحروقة أثناء النشاط، ولكن من كيفية إعادة برمجة النشاط لتوزيع الطاقة في جسمك. إليك توصيات قائمة على الأدلة:

1. الاتساق أهم من الشدة - التمرين المعتدل المنتظم يوفر فوائد صحية مثلى من خلال تنظيم الوظائف الفسيولوجية غير الأساسية بشكل مناسب دون المساس بالعمليات الحيوية الأساسية
2. امنح وقتًا للتكيف - يحتاج جسمك إلى عدة أشهر للتكيف الكامل مع مستويات النشاط الجديدة. لا تتوقع نتائج فورية لفقدان الوزن من التمرين وحده
3. الشدة المعتدلة هي الأفضل - قد يزيد التمرين الشديد بالفعل من المخاطر الصحية لبعض الأفراد من خلال المساس بالوظائف الأساسية
4. اجمع مع النهج الغذائي - نظرًا لأن التعويض الطاقي يقلل من فوائد فقدان الوزن للتمرين، فإن الجمع بين النشاط والتغذية المناسبة يعطي أفضل النتائج
5. استمع إلى جسدك - تشمل علامات الإفراط في التدريب: المرض المتكرر، عدم انتظام الدورة الشهرية، الإرهاق المستمر، وضعف التعافي

للمعظم، 150-300 دقيقة من التمرين المعتدل الشدة أسبوعيًا توفر فوائد صحية مثلى. يبدو هذا المستوى من النشاط كافيًا لخفض تنظيم العمليات غير الأساسية الضارة دون دفع الجسم إلى آليات تعويضية تهدد الوظائف الأساسية.

قيود الدراسة والبحوث المستقبلية

بينما يدعم نموذج الطاقة المقيدة (Constrained Energy model) أدلة جوهرية، فإن عدة قيود تستحق الذكر. العديد من دراسات تدخل التمرين لم تقيس مباشرة إجمالي استهلاك الطاقة، مما يصعب فصل التعويض الأيضي عن التغيرات السلوكية. المساهمات النسبية لانخفاض استهلاك الطاقة مقابل زيادة المدخول الطاقي في التعويض تحتاج لمزيد من البحث.

ركز معظم البحث على الأفراد المستقرين الوزن، لذا تبقى آثار تقييد السعرات الحرارية المتعمد إلى جانب التمرين أقل وضوحًا. الآثار التفاعلية المحتملة للنشاط البدني وتقييد الطاقة الغذائي تستحق دراسة إضافية. الآليات الكامنة وراء كيفية قرار الجسم بأي الوظائف يخفض تنظيمها أولاً تتطلب أيضًا بحثًا أعمق.

يجب أن تشمل الأبحاث المستقبلية قياسات أكثر مباشرة لإجمالي استهلاك الطاقة في تدخلات التمرين. ستكون الدراسات التي تفحص كيف تؤثر أنواع مختلفة من التمرين (التدريب التحملي مقابل المقاومة) على التعويض الطاقي ذات قيمة. البحث عبر مجموعات سكانية وفئات عمرية متنوعة سيساعد في توضيح كيف تؤثر عوامل مثل العمر والجنس وتركيب الجسم على أنماط التعويض.

ستوفر الدراسات طويلة المدى التي تتبع تطور التعويض على مدى سنوات بدلاً من أشهر نظرة أعمق في عملية التكيف. يمكن للبحث الذي يفحص الآليات الجزيئية والوراثية الكامنة وراء قيد الطاقة أن يكشف عن أهداف جديدة للتدخلات العلاجية.

معلومات المصدر

عنوان المقال الأصلي: Energy Constraint as a Novel Mechanism Linking Exercise and Health

المؤلف: Herman Pontzer

الانتماء: Evolutionary Anthropology, Duke University, Durham, North Carolina

النشر: Physiology Journal, Volume 33, Pages 384-393, 2018

تاريخ النشر: October 10, 2018

DOI: 10.1152/physiol.00027.2018

هذه المقالة الملائمة للمرضى تستند إلى بحث تمت مراجعته من قبل الأقران ونُشر في مجلة علم وظائف الأعضاء العلمية. جمع البحث الأصلي أدلة من دراسات بشرية وحيوانية متعددة لوضع إطار جديد لفهم كيفية تأثير التمرين على الصحة من خلال آليات تنظيم الطاقة.