פרדוקס הרדיקלים החופשיים
הם מיוצרים בתהליכים פיזיולוגים נורמלים לחלוטין, וגורמים נזק לשומנים ולחלבונים. אבל כשצורכים הרבה חמצן בפעילות אירובית, הייצור שלהם דווקא עולה. ניסיון לאתר את הקשר בין הקשר בין אימון גופני, רדיקלים חופשיים וסטרס חמצוני
בחלק לא מבוטל מהמקרים מקור התופעות ברעילות של רדיקלים חופשיים שנוצרים במהלך פעילות גופנית עצימה. מאמר זה יתמקד בתגובות הפיזיולוגיות והביוכימיות המתרחשות בתאי הגוף שלנו כתגובה למאמצים גופניים, ויסקור את הקשר בין הפעילות הגופנית ובין ייצור רדיקלים חופשיים ואנטיאוקסידנטים.
רדיקלים חופשיים הם צורנים כימיים, אטומיים או מולקולריים בעלי מספר אי זוגי של אלקטרונים, המוביל לקיומם של אלקטרונים לא מזווגים. על פי רוב, הם מאוד לא יציבים ומאוד פעילים כימית, ולכן הרדיקלים משתתפים בקלות בתגובות כימיות בגלל הנטייה שלהם לתפוס אלקטרון.
אורך החיים שלהם מאוד קצר (מילישניות-ננושניות), והם נוצרים על ידי העברת אלקטרון שדורש הכנסה אנרגטית גבוה. בזמן שרדיקלים חופשיים מגיבים כימית עם רדיקלים או מולקולות אחרות הם יכולים ליצור רדיקלים חדשים. בקרב משפחת הרדיקלים החופשיים, הרדיקל מסוג ROS (Reactive oxygen species) הוא העיקרי שמשתתף בתהליכים פיזיולוגיים בגוף, הקשורים למערכת החיסונית ולסטרס חמצוני.
רדיקלים נוספים, כמו RSS=Reactive sulphur species ו-RNS=Reactive nitrogen species יכולים
כל התהליכים הללו לוקחים חלק במחלות ניווניות, כמו סרטן, אלצהימר או פרקינסון והזדקנות תאים. רדיקלים חופשיים, ובעיקר ROS יכולים לפגוע כמעט בכל חלק בתא ולחמצן את השומנים, את החלבונים ואף את הקוד הגנטי של התא – DNA.
פגיעה באחד מהמבנים של התא יגרום לשינוי תפקודי של אותו חלק בתא ויחשוף אותו לזיהומים לדלקות ואף למוות של התא. למשל חמצון שומנים בממברנת (מעטפת) התא יגרום לשינוי היכולת הסלקטיבית של הממברנה לכניסת חומרים מסוימים לתא והדבר יכול להוביל לזיהומים ולדלקות בתא.
אנטיאוקסידנט מוגדר כחומר שעוזר להפחית את חומרת "הסטרס החמצוני". פעילותו יכולה להתרחש בשתי צורות, יצירת רדיקלים פחות פעילים או דיכוי ועיכוב של שרשת ריאקציות כימיות ונזק שגורמים רדיקלים חופשיים לחלבונים, לפחמימות, לשומנים או ל-DNA של התא.
ישנן שתי צורות של אנטיאוקסידנטים:
אינזימתים/אנדוגנים – שהגוף מייצר בעצמו.
לא אינזימתים/אקסוגנים – בעיקר ממזון – מקור חיצוני.
שני הסוגים יכולים להתקיים בגוף, בתוך התאים ומחוצה להם. אנטיאוקסידנטים אינזימתים כוללים: Superoxide Dismutase, Catalase, Glutathione Peroxidase, שפועלים כמערכת מגנה שהגוף מייצר לבד. אנטיאוקסידנטים לא אינזימתים כוללים מגוון של חומרים מדכאים לרדיקלים חופשים כגון: ויטמינים מסוג A,C,E, פלבונוידים, חומצה אורית, בילירובין, פריטין, אוביקיונין Q10, מקרונוטריאנס (ברזל, קופר, צינק, סלניום ומנגניס).
יעילות המערכת האנטיאוקסידנטית תלויה בסטטוס התזונתי של הגוף (כמות מספקת של ויטמינים ומיקרונוטריאנס) ובהסתגלות של המערכת האנדוגנית שיכולה להשתנות על ידי מאמץ גופני אקוטי, אימון כרוני, תזונה והזדקנות.
שתי מערכות אלו, האנדוגנית והאקסוגנית, עובדות בשיתוף פעולה מלא בינהן, המספקת הגנה לתאים מפני פעילותם המזיקה של הרדיקלים החופשיים. יתר על כן, יעילות המערכת האנטיאוקסידנטית חשובה מאוד בפיזיולוגיה של הספורט כיוון שמאמץ גופני מעלה ייצור של רדיקלים חופשיים.
"סטרס חמצוני" מוגדר כמצב שבו ייצור רדיקלים חופשיים עולה על פעילות של אנטי-אוקסידנטים וגורם נזק לתאים. הוא מתקיים רק במאמץ קשה וברמות התשה גבוהות יחסית לאותו אינדיבידואל. ככל שהמאמץ עצים יותר כך יהיה ייצור גדול יותר של FR שיגרום ל"סטרס חמצוני". כבר בשנות השמונים נמצא במחקרים שפעילות גופנית מעלה ייצור רדיקלים חופשיים. מאז נערכו מחקרים רבים שבדקו את השפעת המאמץ הגופני על סטרס חמצוני, רובם עסקו בשיטות לבדיקת מאמץ אירובי כגון: ריצה, אופניים ושחייה.
מאמץ אירובי מאופיין בעלייה של צריכת חמצן ליניארית כפונקציה של דרגת מאמץ. פרדוקס החמצן הוא שמצד אחד הוא חיוני ונחוץ ליצירת אנרגיה, ומצד שני צריכה עודפת שלו יכולה להביא לסטרס חמצוני: סיכון לפגיעה במערכות ביולוגיות ולנזק ברוב הצורות של בעלי החיים. במאמץ אירובי צריכת החמצן יכולה לעלות מעל פי 10 מצריכת החמצן במנוחה, עלייה זו יכולה להעלות את ייצור הרדיקלים החופשיים. לכן, מרבית המחקרים התעסקו בפעילות גופנית מסוג זה שמדרבנת ייצור מוגבר של רדיקלים חופשיים בבעלי חיים ואדם.
למרות האמור לעיל, תופעה זו לא תתרחש בדרגות מאמץ נמוכות: פחות מ-50% מ-VO2 max (מהיכולת האירובית המרבית של האדם). במקרים אלו ייצור רדיקלים חופשיים אינו עולה על קיבולת של אנטיאוקסידנטים ולכן לא יתרחש נזק לתאים. יתר על כן, ככל שהפעילות עצימה יותר כך ייצור הרדיקלים החופשיים גדול יותר ודרגת הסטרס החמצוני גבוהה יותר.
הדברים הללו תואמים חלק מהמחקרים שמראים מתאם גבוה בין צריכת החמצן לבין סטרס חמצוני, אך ישנם מחקרים אחרים, שמראים שסטרס חמצוני לא מופיע במאמצים עצימים. חוסר אחדות בממצאי מחקרים אלו נובע בגלל בקרה לקויה על משתנים כמו סטטוס תזונתי, עצימות המאמץ, רמת כושר גופני/ותק באימון ושיטות המחקר שהשתמשו בהן למדידה, שלא תמיד מנורמלות ואחידות.
מאמץ אנאירובי כולל בתוכו וריאציות רבות של פעילות ספורטיבית (ספרינטים, ניתורים או אימוני התנגדות). מידע פחות עשיר קיים על ייצור רדיקלים חופשיים כתוצאה ממאמץ אנאירובי אקוטי בהשוואה לייצורם כתוצאה ממאמץ אירובי. למרות זאת, מרבית המחקרים הראו עלייה בסטרס חמצוני אחרי מאמצים מרביים: ריצות בהפוגות, ספרינטים, ניתורים, אימוני התנגדות קונצנטריים ואקסצנטריים, ומבחן אנאירובי.
העלייה בייצור רדיקלים חופשיים במאמץ אנאירובי קשורה לאפשריות ייצור אחרות של רדיקלים חופשיים בנוסף לייצורם בדליפת אלקטרון כפי שמתרחש במסלול האירובי. ייצור אנזים Xanthine oxidase: תהליך איסכמי של ירידה בפרפוזיה ברקמה, הגורם לחוסר בהספקת חמצן מספקת לתא נראה כגורם העיקרי לייצור רדיקלים חופשיים במאמץ האנאירובי. בנוסף, התופעה של עלייה בריכוזי חומצת חלב, ירידה ב-PH ועלייה בחומציות, עלייה בקטוכולומינים ותהליכי דלקת שלאחר אימונים עצימים מביא לייצור של רדיקלים חופשיים ולסטרס חמצוני.
רובם המכריע של המחקרים מראה ירידה בסטרס החמצוני שלאחר מאמץ וירידה בנזק לשרירים בעקבות תקופת אימונים אירוביים. ממצאים אלו עולים בקנה אחד עם ממצאים קודמים המראים שאימון אירובי כרוני מאפשר להילחם נגד הזדקנות תאים ונגד התפתחות סוגי סרטן מסוימים.
ירידה זו היא בעלת חשיבות עליונה לספורטאי עילית שמתאמנים בעצימות גבוהה משכי זמן ארוכים, כגון טריאתלטים, שאצלם נפוצים מאוד תהליכים דלקתיים לאחר אימון. למרות ממצאים אלו, עדיין לא ידוע בבירור מה המנגנון שמשתפר בעקבות תקופת אימונים: האם זה עלייה באנטיאוקסידנטים אינזימתיים שעוזרים להילחם בהשפעות המזיקות של רדיקלים חופשיים, או ייצור מופחת של רדיקלים חופשיים במאמץ נתון לאחר תקופת אימונים אירוביים.
אימון אנאירובי כרוני - מעט מאוד מידע קיים לגבי השפעת אימון אנאירובי כרוני על סטרס חמצוני. למרות זאת, מהממצאים הקיימים נראה שלאוכלוסיית המאומנים יש דרגות סטרס חמצוני ושרירי נמוכות יותר בהשוואה ללא מאומנים וגם בהשוואה למאומנים אירובית. ממצאי מחקרים אלו אינם אחידים מסיבות מתודולוגיות.
סטרס חמצוני, אימון כרוני ו"אימון יתר" – אימון אירובי, אימון אנאירובי או אימון מעורב למשך תקופה ארוכה, מעורר ירידה ברמת סטרס החמצוני שנגרמת כתוצאה מעלייה ביעילות עבודתה של המערכת האנטיאוקסידנטית בתגובה לתוספת ייצור של רדיקלים חופשיים, שמתרחשת במהלך מאמץ גופני. מכל מקום תכנית האימונים צריכה להיות ארוכה ועצימה בצורה מספקת כדי לגרות את המערכת האנטיאוקסידנטית לתהליך של אדפטציה ושל ירידה בסטרס החמצוני. יתר על כן, לאדפטציה מעין זו יש חשיבות יתרה כאשר רמתו הגופנית של המתאמן נמוכה בתחילת תכנית האימונים.
אימון כרוני זה היוצר שיפור בסטטוס האנטיאוקסידנטי וירידה ברמת הסטרס החמצוני מדווח בהרחבה בספרות. למרות זאת, ישנם מחקרים המדווחים על ירידה ביעילות המערכת האנטיאוקסידנטית במיוחד בספורטאי הישג ברמה גבוהה, בתקופת תחרויות חשובות, בעלי עומסים גבוהים ועם תזונה לא הולמת.
מחקרים אלו מציעים את גבול נפח האימונים, שמעליו צפוי להתרחש סטרס חמצוני ו"אימון יתר". בנוסף, ייצור רדיקלים חופשיים במהלך מאמץ גורם לא רק נזק שרירי אלא גם תהליך פרוגרסיבי של התפתחות דלקת שיכול להביא לפגיעה בתאים. ההשערה מאחורי תיאוריה זו ששילוב של תופעות אלו יכול לשבש תפקוד שרירי תקין ולהוביל לסינדרום "אימון יתר".
רדיקלים חופשיים ובמיוחד ROS מיוצרים במהלך תהליכים פיזיולוגים נורמליים ויכולים לגרום נזק לשומנים, לחלבונים ולחומצות גרעין בתאים. אנטיאוקסידנטים מגנים מפני ההשפעות השליליות של הרדיקלים החופשיים.
פעילות גופנית מעוררת את intracellular homeostasis – (מנגנון מאזן תוך תאי) ומשבשת את המאזן בין pro-oxidants and antioxidants. שרשרת הנשימה המיטוכונדרית, תופעת איסכמיה מקומית בשריר ותגובות דלקתיות הנם מקורות עיקריים לייצור רדיקלים חופשיים במהלך ואחרי, פעילות גופנית.
סטרס חמצוני עלול להופיע בעיקר לאחר מאמצים עצימים וטראומטיים, באנשים שאינם מאומנים ובספורטאים במחסור תזונתי של אנטיאוקסידנטים. אימון גופני כרוני מפחית את רמת הסטרס החמצוני על ידי אדפטציה של מערכת אנטיאוקסידנטית-אינזימתית. אימונים עצימים ומצטברים (תקופות העמסה/תחרויות) יכולים לעורר סטרס חמצוני, להיות מקור לעייפות שרירית, לפציעות ו"לאימון יתר".
הכתבה באדיבות מכון וינגייט
ברוך ויינשלבוים – B.Ed חינוך גופני וספורט, סטודנט לתואר שני, מרצה במועדון הספורט והנופש בווינגייט.
נא להמתין לטעינת התגובות
