กระบวนการ Muscle Metabolism

โดย...ทนายวิจิตร

ความจริงแล้ว ผมเรียนกฎหมาย จบมาทางด้านนิติศาสตร์ ไม่ได้มีความรู้ ไม่ได้ศึกษามาทางด้านวิทยาศาสตร์การกีฬา สรีรวิทยาการออกกำลังกายเลย แต่ด้วย ความรักและหลงไหลในกีฬาและเป็นมาตั้งแต่เด็กๆจนปัจจุบัน ตอนนี้อายุก็ 54 ปีเข้าไปแล้ว…..แต่ผมก็ยังบ้าอยู่เลย

บ้ากีฬา…..บ้าวิ่ง….บ้าปั่นจักรยาน…..บ้าว่ายน้ำ….บ้าเวทเทรนนิ่ง….บ้าไตรกีฬา

เมื่อผมรู้ตัวว่าตนเองเป็นคนบ้าสิ่งเหล่านี้และก็รู้ตัวว่า ไม่มีความรู้เกี่ยวกับสิ่งที่ตัวเองบ้าอยู่เลย เนื่องจากไม่ได้ร่ำเรียนมาเลยสักแอะเดียว…ด้วยเหตุนี้ ผมจึงเตือนตัวเองให้ทำการศึกษาหาความรู้จากตำหรับตำราอยู่เสมอ บรรดาตำราเกี่ยวกับเรื่องเหล่านี้ที่ใดมีขายในโลก ผมเสาะหาสั่งซื้อนำเข้ามาอ่าน บางทีพรรคพวกเพื่อนฝูงเขาไปต่างประเทศ เขาอยากจะซื้อของมาฝากผม เขาก็เลือกซื้อหนังสือกีฬาเหล่านี้มาฝาก เขารู้นิสัยผม ไม่มีของฝากอะไรทำให้ผมประทับใจมากไปกว่า “หนังสือกีฬา”…เมื่อเป็นภาษาต่างประเทศ ไม่ว่าจะเป็นภาษาอังกฤษ หรือภาษาฝรั่งเศส ผมอ่านรู้เรื่องบ้างไม่รู้บ้างก็เปิด Dictionary เอา…ไม่ว่าจะเป็น Dictionary ธรรมดาหรือ Medical Dictionary บางทีก็เดาเอาบ้าง หลายครั้งที่อ่านแล้วยังไม่รู้เรื่องเพราะมันเป็นเรื่องเกี่ยวกับสรีรวิทยา (Physiology) ก็วิ่งไปถามน้องชายคนที่เป็นหมอ

ถามจนเขารำคาญ…..นี่พี่อู๊ดจะมาแย่งงานผมหรือไง น้องเขาถาม

บางทีอยากรู้เกี่ยวกับเรื่องยาที่จะใช้สำหรับรักษาอาการบาดเจ็บ อยากรู้เรื่องวิตามินก็วิ่งไปหาน้องคนที่เป็นเภสัช….เขาหัวเราะเมื่อผมซักโน่นถามนี่…. “พี่อู๊ดเป็นทนายความไม่ใช่

เหรอ…เจ็บตรงไหนบอกมาจะได้จัดยาให้ไปถูก ไม่ต้องมาซัก…จะรู้ไปทำไม”….น้องชายอีกคนถามด้วยความรำคาญ

เมื่อเป็นเช่นนี้จึงทำให้ผมรู้ และเข้าใจเกี่ยวกับสิ่งที่ผมบ้าอยู่บ้างพอสมควร…แม้ไม่มากเมื่อเปรียบเทียบกับคนที่จบการศึกษามาจากทางด้านนี้โดยตรง

อย่างไรก็ตามสิ่งที่ผมจะเขียนถึงต่อไปนี้ ผมก็ได้มาจากตำรา ซึ่งขอเรียนว่า ผมมีวัตถุประสงค์เพียงอยากจะให้พรรคพวกที่มีเลือดกรุ๊ปเดียวกันกับผม(เลือดบ้ากีฬาครับ)ได้รู้ได้เข้าใจ “วิชาการเกี่ยวกับ สรีรวิทยาการออกกำลังกายเบื้องต้น” บางส่วนเท่านั้น แม้ไม่ละเอียดลึกซึ้ง

ผมเชื่อว่า มันจะเป็นประโยชน์ต่อพวกเรานักกีฬาบ้าง…..เราจะได้รู้และเข้าใจ สิ่งที่เกิดขึ้นในร่างกายของเราเองตลอดเวลาที่ยังมีชีวิตอยู่

เอาล่ะ….เพื่อความถูกต้องอย่างเป็นวิชาการที่พิสูจน์ได้ทางวิทยาศาสตร์และเพื่อประโยชน์ของนักวิ่ง นักไตรกีฬาหรือนักกีฬาประเภท Endurance ทุกคนของประเทศไทยที่ได้เข้ามาอ่านหาความรู้จาก Web นี้ ผมขอนำข้อเขียนบางตอนของนักวิชาการที่เป็นนักกีฬาระดับโลกผู้มีความรู้และมีประสบการณ์มาให้บรรดามิตรรักนักวิ่งชาวไทยรันนิ่งดอทคอมได้พิจารณา

ครับ…..“รู้ไว้ใช่ว่า ใส่บ่าแบกหาม”

อย่างไรก็ตาม เพื่อจะให้ได้อรรถาธิบายที่ชัดเจนไม่ผิดเพี้ยนไปจากความรู้ ความเข้าใจและความคิด ของ Jeff Galloway (ผู้เขียน) ผมขอคัดเอาข้อความหน้า 42 – 45 มาลง

ขอให้ดูรูปกราฟภาพที่ 1 ประกอบไปด้วยนะครับ

Aerobic / Anaerobic Exercise

Aerobic means “ in the presence of oxygen.” You are running aerobically when you run slowly and comfortably and do not exceed the pace or distance for which you have recently trained. Here your muscles are strong enough to carry the load and there is enough oxygen available from the blood stream. The few waste products that are produce are easily whisked away in the blood before building up and obstructing muscle function.

Anaerobic running is when you exceed the speed and/or distance for which you have trained. The muscle are pushed beyond their capacity and need more oxygen than the body can supply. For a limited period of time, muscle continue to function by utilizing chemical processes that free oxygen from with in the muscle itself. The amount of oxygen available this way is quite limited, large amount waste build up and the muscles get tight and sore. You find yourself huffing and puffing, and slowing down. After the exercise is over, this oxygen must be “paid back” to the muscle (the “oxygen debt”). One of the main purposes of speed work is to give you anaerobic experience in measured doses; if you follow it with sufficient rest, you will train your body to deal with oxygen debt.

The Food-Into-Energy Cycle. When you eat carbohydrates (bread, fruit, starches, sugar, etc.), they are broken down into simple sugars, some of which is then re-combined into glycogen and stored in the muscle as fuel. Glucose, lactose (milk sugar) and fructose (fruit sugar) are mono-saccharides and are converted into glycogen in one step. Sucrose (white sugar) is a di-saccharide and requires an additional step, using extra energy and slowing down the process.

After being absorbed through the walls of the stomach, glucose is transported by the blood throughout the system. Muscle cells absorb this energy source and store it as glycogen for use during exercise. Extra supplies are store in the liver. When all storage areas are filled, glucose is converted to fat and store as such.

For the first 10 minutes of aerobic exercise, the exercising muscle will use the most convenient energy source, the glycogen in the muscle cell, almost exclusively. Glycogen combine with oxygen from your blood to produce energy and several waste products, including lactic acid. As long as you are not exercising anaerobically (out of breath, etc.), the percentage of lactic acid will be relatively low and the blood can whisk it away.

After about 10 minutes of exercise, your body will start a transition to fat as a fuel source. It takes this long for the stored fat to release free fatty acids into the blood in sufficient numbers to satisfy the demand of so many hungry muscle cells. After about 30 minutes fat becomes the primary fuel source, with a small (primer) of glycogen. (Just because you’re burning fat doesn’t mean you should be eating a lot of fat. Carbohydrates are the best source of energy; too much dietary fat can hamper your performance.)

A physiological Look at “The Wall.” Fat is a more abundant fuel than glycogen. Whereas glycogen stores are limited (normally about 20 mile worth), even skinny person has enough fat for about 600 miles. The trade-off for this long-range fuel is that fat can only be burned aerobically (in the presence of oxygen). As long as you run with in the pace and at the distance you’ve been training for - you will burn mostly fat. When you run faster than you’ve trained, or farther, you overwhelm the muscles. They are forced beyond their capacity and can not get enough oxygen. In this anaerobic situation glycogen is burned, and large amounts of lactic acid and waste products pour into the muscles faster than they can be removed. This is what causes you to slow down and hit “the wall.” Once the muscles have shifted to glycogen, it’s unlikely that they can shift back to fat. You’ll be depleting your limited supply of glycogen very quickly.

One important objective of training is to teach the body to conserve glycogen and deal with lactic acid buildup. Your base period training will improve the blood’s capacity to deliver oxygen and withdraw wastes. Speedwork and long runs gradually push back the point at which you start becoming anaerobic; they also teach you to deal with the discomfort and burden of lactic acid buildup without slowing down as much as before. When you have fine-tuned the muscles through speedwork, you will accumulate approximately the same amount of waste, but won’t have to slow down as much because now you’re used to the feeling.

By pushing too far beyond your current capabilities you can cause your body some serious damage. When you have run too far or too fast and have shifted to glycogen as a fuel source you’re on unstable ground in a long race. Glycogen is the only fuel used by the brain and the supply of this energy source is greatly limited. At critically low levels of glycogen, your body’s survival defenses take over and reserve what’s left for the brain. When the brain senses a low supply, it protects itself by making it difficult for you to concentrate on finishing the long event – or even telling you to quit. These are warning signs that should put you on alert.

What’s a working muscle to do? There’s not enough oxygen to burn fat, and the glycogen supply has been stolen. Glycogen can be processed from fat, and from muscle protein. This is very uncomfortable process and leaves much waste – but it is done. When nearby fat stores are used up and the exercising muscle absolutely demands glycogen, exercising muscle tissue may be broken down itself.

Remember to take care of your body. An injured body cannot perform. Damaged, overstressed muscles cause you to miss training and retard progress. Stay within the bounds of the training you have done in the recent past and push only slightly beyond this once a week to improve speed and endurance.

สำหรับ Jeff Galloway นี่ ฝีมือระดับไหนต้องอ่านจากข้อความของบุคคลต่อไปนี้ Bill Rodgers นักวิ่งมาราธอนระดับแชมป์ Boston Marathon เขียนไว้ว่า “ Jeff Galloway is perhaps the one individual in the American running community who can combine superior knowledge of our sport with the highest level of achievement – making the Olympic team.”

Kenneth H. Cooper, M.D. นักเขียนด้านการออกกำลังกายประเภท Aerobic เขียนไว้ว่า “ Certainly Jeff Galloway has both the knownledge and the physical ability to speak from experience. His book is an outstanding contribution to competitive running.”

Frank Shorter แชมป์มาราธอนในโอลิมปิค ปี 1972 เขียนถึงเขาไว้ว่า “ Jeff Galloway is one of those rare individuals who not only knows his craft, but also has the ability to convey this knowledge through teaching”

Joan L. Ullyot, M.D. นักเขียน Running Free เขียนถึงเขาว่า “ Jeff Galloway is one of the most experienced, thoughtful and innovative distance runners in America today. His book now allow all runners to benefit from his ideas and to improve their running with field-tested methods. I recommend it highly.”

สำหรับ Bob Anderson นักเขียนเกี่ยวกับ Stretching เขียนถึงเขาว่า “ A book whose time has come…a must for runners of all abilities.”

และ Goerge Sheehan, M.D. นักเขียน Running and Being เขียนถึงเขาว่า “ This is a book for a person interested only in top performance and pain free running. Galloway doesn’t gossip, philosophize or speculate. He just gives you the facts.”

ที่นำมาอ้างถึงทั้งหมดนี้พอจะให้เชื่อได้หรือไม่ว่า Jeff Galloway มีความรู้จริงในเรื่อง สรีรวิทยาการออกกำลังกาย (Physiology of Exercise) เรื่องที่จะนั่งเทียน ยกเมฆเขียน คงไม่มีแน่….เชื่อมั๊ย

เอาล่ะ นั่นเป็นข้อเขียนของฝรั่งเขา ของไทยก็มีครับ ผมขออนุญาตคัดลอกข้อเขียนของท่านอาจารย์ ดร.อนันต์ อัตชู จากภาควิชาพลศึกษา คณะครุศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

อาจารย์เขียนไว้ว่า….กระบวนการ Muscle Metabolism เป็นกระบวนการเปลี่ยนแปลงพลังงานในกล้ามเนื้อ ซึ่งรวมถึงเชื้อเพลิงสำหรับการทำงานของกล้ามเนื้อ ขบวนการสันดาปของเชื้อเพลิงเหล่านั้นและเปลี่ยนพลังงานไปในการหดตัวของกล้ามเนื้อ ทำให้เกิดงานที่ทำโดยกล้ามเนื้อขึ้น เชื้อเพลิงจะได้มาจากอหารที่เรารับประทานเข้าไป อาหารจะถูกย่อยและถูกดูดซึมเข้าไปในกระแสโลหิต กระแสโลหิตจะนำอาหารไปเลี้ยงส่วนต่างๆของร่างกายและที่เหลือจะเก็บไว้ในอวัยวะต่างๆชั่วคราวและเมื่อถึงเวลาที่ร่างกายจำเป็นต้องใช้พลังงาน ร่างกายจึงจะดึงเอาอาหารนั้นๆมาใช้

อาหารหลักที่สำคัญในการทำงานของกล้ามเนื้อ คือ ไขมันและคาร์โบไฮเดรต ซึ่งได้แก่ กรดไขมัน FFA (Free fatty Acid) กลูโคสและไกลโคเจน อาหารทั้งสามชนิดนี้ใช้เพื่อการออกกำลังกาย อาหารแต่ละอย่างจะถูกนำไปใช้ในสถานการณ์ที่แตกต่างกันออกไป ซึ่งแล้วแต่ความหนักเบาของงาน สภาพของบุคคลและชนิดของอาหารที่บุคคลนั้นรับประทาน

กระบวนการผลิตพลังงานของกล้ามเนื้อมีหลายขั้นตอนด้วยกัน

พลังงานที่กล้ามเนื้อจะใช้ได้ทันทีได้แก่ พลังงานที่ได้จาก ATP (adenosine trihosphate) ซึ่งเกิดจาก การสันดาปของอาหารที่รับประทานเข้าไป จะเกิดคาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ และพลังงาน ATP

ATP อาจจะสังเคราะห์ขึ้นใหม่ได้จาก CP (Creatine phosphate ) ซึ่งสะสมอยู่ในกล้ามเนื้อ

กระบวนการ Muscle Metabolism ที่สำคัญมี

1. กระบวนการเมตะโบลิซึมของคาร์โบไฮเดรต
2. กระบวนการเมตะโบลิซึมของไขมัน
3. กระบวนการเมตะโบลิซึมของโปรตีน

กระบวนการเมตะโบลิซึมของคาร์โบไฮเดรต จะเริ่มจากโมเลกุลของกลูโคสซึ่งกระบวนการนี้จะเรียกว่า ไกลโคลิซิส (Glycolysis) ซึ่งเกิดขึ้นในไซโตปลาสซึม (Cytoplasm) ไกลโคลิซิส เป็นกระบวนการผลิต ATP ที่เร็วที่สุดในร่างกาย กลูโคส 1 โมเลกุลจะได้ ATP 2 ตัว ถ้าเป็นไกลโคเจน (Phosphorylated glucose) จะได้ ATP 3 ตัว

ไกลโคลิซิสนี้ จะผลิตพลังงานให้กับกล้ามเนื้อในขณะที่ทำงานหนักๆซึ่งไม่ใช้ออกซิเจน โดยจะเริ่มจากกลูโคสหรือไกลโคเจน แล้วไปสิ้นสุดที่กรดไพรูวิก (Pyruvic acid) กรดLactic acid จะเป็น dead end ของไกลโคลิซิส ช่วงจากกรดไพรูวิก ไปยังกรดแลกติคนั้น มีเพื่อให้ไกลโคลิซิสทำงานได้เร็วมากขึ้น ถ้าไกลโคลิซิสทำงานมากขึ้น

กรดแลคติคก็จะมีมากยิ่งขึ้น

กระบวนการตั้งแต่ไพรูวิกไปนั้นจำเป็นจะต้องใช้ออกซิเจนเพื่อสังเคราะห์ ATP ต่อไปและกระบวนการของ CETS ในไมโตคอนเดรียก็จะต้องใช้ออกซิเจนเช่นเดียวกัน บางทีก็เรียกว่า Oxidative phosphorylation

ขอให้ดูรูปที่ 2 นะครับ

กระบวนการเมตะโบลิซึมของไขมัน เริ่มจาก Triglyceride (Nuetral fats) ซึ่งประกอบด้วย กลีเซอรอลและกรดไขมัน กลีเซอรอลจะแยกทางจากกรดไขมันเข้าไปร่วมกับกระบวนการเมตะโบลิซึมของกลูโคส จนถึง CETS กลูโคสที่เหลือใช้จากการเป็นพลังงานแล้วจะกลายเป็น Neutral fat สำหรับกรดไขมัน ต้องการน้ำย่อย coenzyme A และตัวนำไฮโดรเจน (NAD)

กลีเซอรอล 1 โมเลกุล สามารถให้ ATP 22 ตัว กรดไขมัน 1 ตัว จะให้ ATP ได้ถึง 147 ตัว กรดไขมันที่แตกมาจาก Neutral fat 1 โมเลกุล มีกรดไขมันอยู่ 3 ตัว และกรดไขมัน 3 ตัวนี้จะให้ ATP ถึง 441 ตัวเลยทีเดียว

กระบวนการเมตะโบลิซึมของ Neutral fat นั้น จะช้ากว่ากระบวนการเมตะโบลิซึมของกลูโคส(คาร์โบไฮเดรต)มากและจะต้องใช้ออกซิเจนเพื่อการสันดาปเผาไหม้มากกว่ากลูโคส(คาร์โบไฮเดรต)

ดังนั้น ไขมันจึงเหมาะแก่การออกกำลังที่ต่ำกว่า 75% ของ VO2 Max นั่นก็หมายความถึง……การวิ่งเบาๆนานๆแบบ…Long Slow Distance ไงล่ะ

ขอให้ดูรูปที่ 3 ครับ

กระบวนการเมตะโบลิซึมของโปรตีน เป็นกระบวนการที่ซับซ้อนกว่ากระบวนการเมตะโบลิซึมของไขมันและคาร์โบไฮเดรตมาก เนื่องจากโปรตีนประกอบด้วยกรดอะมีโน(amino acid) อยู่ประมาณ 20 ชนิด ซึ่งล้วนมีโครงสร้างแตกต่างกัน

ATP ที่ได้จากโปรตีน ช่วยในการออกกำลังกายน้อยมากหรือไม่มีส่วนเลย

คำว่า Aerobic และ Anaerobic metabolic pathway เข้าใจว่าทั้งสอง pathway จะทำงานไปพร้อมๆกันทุกๆขณะ เพียงแต่ว่า อย่างหนึ่งอย่างใดจะทำงานมากกว่าในช่วงใดเท่านั้น นั่นก็คือ ขณะที่ร่างกายพัก มันจะทำงานพร้อมกันในอัตราส่วนที่ปกติ แต่เมื่อออกกำลังกายตั้งแต่ 10 % – 75 % ของ VO2 Max พวก aerobic pathway จะทำงานมากกว่าไกลโคลิซิสซึ่งเป็น Anaerobic แต่ในระดับ 10% - 75% นี้ การทำงานของไกลโคลิซิสก็ยังมากกว่าตอนที่มันทำในขณะพักผ่อน แต่เมื่อเปรียบเทียบกับ Aerobic แล้ว ก็ยังน้อยกว่า Aerobic มาก เนื่องด้วย Aerobic pathway ผลิต ATP ได้ช้ามากและใช้ออกซิเจนมาก

อยากจะให้ดูภาพรวมของกระบวนการ Metabolism ของทั้ง ไขมัน โปรตีน และคาร์โบไฮเดรต

ดูภาพที่ 4 นี้ครับ

การฝึกวิ่ง/จักรยาน/ว่ายน้ำประเภททนทาน จะมีผลให้เพิ่ม ไมโตคอนเดรีย (Mitochondria) Mitochondria protein จะเพิ่มขึ้นถึง 50% - 60% ต่อ1 กรัมของกล้ามเนื้อ อีกทั้ง Oxidative enzyme จะเพิ่มขึ้นถึง 2 เท่า จึงส่งผลให้การเมตะโบลิซึมของ กรดไขมัน หรือ FFA เพิ่มมากขึ้นด้วย

มาถึงตอนนี้จะต้องกล่าวถึงเรื่องต่อเนื่องกันไปด้วย นั่นก็คือ การเติมสารอาหารใส่ในกล้ามเนื้อเพื่อเตรียมพร้อมสำหรับ…..การฝึก/การแข่งขันกีฬาที่พวกเรารัก…..วิ่ง…ว่าย….ปั่น…เวทฯ

การบรรจุอาหารให้กล้ามเนื้อ Glycogen Laoding หรือ อย่างที่พวกเรารู้ๆกันทั่วไปว่า คาร์โบโลดดิ่ง มีดังนี้

1. ออกกำลังกายให้หนักมากกว่า 80 % ของ VO2 Max ให้ร่างกายเหนื่อยมากที่สุดเพื่อทำให้ไกลโคเจนลดลงมากที่สุด เพื่อกล้ามเนื้อจะได้เก็บสะสมเชื้อเพลิงสารอาหารไว้มากกว่าเดิม

2. อาหารมื้อแรกหลังจากฝึก/แข่ง ควรเป็นอาหารประเภทโปรตีนสูง เพื่อให้โปรตีนไปซ่อมแซมเนื้อเยื่อที่สึกหรอจากการฝึก/แข่ง นอกจากนี้มันยังจะไปเสริมน้ำย่อย Enzyme ที่ขาดหรือพร่องไปให้กลับสู่สภาพเดิมหรือเพิ่มมากกว่าเดิมอีกด้วย

3. ต่อจากช่วงเวลาตาม 1. และ 2. ให้รับประทานอาหารประเภทคาร์โบไฮเดรตสูงจนกว่าจะถึงการแข่งขัน( 2 วัน หรือ 48 ชั่วโมง) ขณะพักและเติมคาร์โบอยู่นั้น ต้องไม่มีการฝึกหรือออกกำลังกายหนักนะครับ เบาได้ ยืดเส้นยืดสายได้ พอไม่ให้กล้ามเนื้อยึด....แต่อย่าหนัก

คำเตือน….อย่ารับประทานอาหารประเภทคาร์โบไฮเดรตสูงติดต่อกันนานเกินกว่า 7 วัน มิฉะนั้นท่านจะต้องแบกข้าวสารวิ่งแข่งกับคนอื่น ซึ่งเขาวิ่งตัวเปล่า ส่วนตัวเรานั้นเล่าวิ่งไปแบกถุงข้าวสารไป…ใครจะได้เปรียบ ใครจะเสียเปรียบ ลองหลับตานึกภาพดูนะครับ