استجابة العضوية للجهد العضلي: تأثير الجهد على الوتيرة القلبية والتنفسية وسبب التغيرات والتدريب - السنة الأولى ثانوي

عندما تجري مسافة قصيرة تلاحظ أن قلبك يخفق بسرعة وأنك تلهث وتتنفس بسرعة، ثم يعود كل شيء إلى حاله بعد دقائق من الراحة. فما سبب هذه التغيرات؟ وماذا تفيد؟ هذه هي موضوعات الوحدة الأولى في برنامج السنة الأولى ثانوي جذع مشترك علوم وتكنولوجيا من مجال علوم الطبيعة والحياة: استجابة العضوية للجهد العضلي. تعرض هذه الصفحة تعريف الوتيرتين القلبية والتنفسية، ثم تأثير الجهد عليهما، ثم تفسير ذلك، ثم الاستجابة الأيضية، ثم أثر التدريب، ثم الاستنتاج، وتنتهي بأخطاء متكررة وأسئلة محلولة.

الوتيرة القلبية والوتيرة التنفسية

• الوتيرة القلبية: عدد ضربات القلب في الدقيقة الواحدة. نقيسها بجس النبض في المعصم أو العنق خلال دقيقة. وقيمتها عند الراحة نحو ⁦70⁩ ضربة في الدقيقة عند البالغ.
• الوتيرة التنفسية: عدد الحركات التنفسية (شهيق وزفير) في الدقيقة. وقيمتها عند الراحة نحو ⁦15⁩ حركة في الدقيقة.

تأثير الجهد العضلي

نقيس الوتيرتين في ثلاث مراحل: قبل الجهد (راحة)، وأثناء الجهد (جري أو دراجة)، وبعد الجهد (فترة الاسترجاع).

النتائج

ونلاحظ أن الارتفاع يتناسب مع شدة الجهد: كلما زاد الجهد زادت الوتيرتان، حتى حد أقصى. وبعد التوقف لا تعودان فورًا إلى القيمة الأولى بل بعد مدة استرجاع.

تفسير التغيرات

حاجة العضلات المتزايدة

أثناء الجهد تحتاج العضلات إلى طاقة أكبر لتنقبض، وتحصل عليها بهدم الغلوكوز بوجود الأكسجين (التنفس الخلوي):

⁦C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O⁩ مع تحرر طاقة.

ولذلك تحتاج العضلات إلى كمية أكبر من الأكسجين والغلوكوز، وتنتج كمية أكبر من ثاني أكسيد الكربون ⁦CO₂⁩.

دور الجهاز التنفسي والدوري

• الجهاز التنفسي: يزيد عدد الحركات التنفسية وعمقها فيدخل أكسجين أكثر إلى الرئتين ويطرح ⁦CO₂⁩ بسرعة.
• الجهاز الدوري: يرتفع عدد ضربات القلب وحجم الدم المدفوع في كل ضربة، فيصل الدم أسرع إلى العضلات حاملًا الأكسجين والغلوكوز ويحمل منها ⁦CO₂⁩ والفضلات.

والنتيجة: تلبية الحاجة المتزايدة للعضلات.

التنظيم العصبي

تعمل مراكز عصبية في البصلة السيسائية على مراقبة نسبة ⁦CO₂⁩ في الدم، فإذا ارتفعت أرسلت أوامر عصبية إلى القلب والعضلات التنفسية لتزيد من نشاطها. وهذا يوضح أن الاستجابة منسقة بين الجهازين.

استجابة العضلة نفسها

• ترتفع درجة حرارة الجسم بسبب الطاقة الحرارية الناتجة، فنتعرق ليتبرد الجسم.
• عند الجهد الشديد لا يكفي الأكسجين، فتتخمر بعض خلايا العضلة وتنتج حمض اللبن الذي يسبب التعب والتشنج.

أثر التدريب الرياضي

عند الشخص المدرب مقارنة بغير المدرب:

• الوتيرة القلبية عند الراحة أقل (قلب أقوى يضخ دمًا أكثر في كل ضربة).
• ارتفاعها أثناء الجهد أقل.
• العودة إلى الراحة أسرع.
• سعة رئوية أكبر.

وهذا يدل على أن الجسم يتكيف مع الجهد بالتدريب المنتظم.

الاستنتاج

يؤدي الجهد العضلي إلى زيادة حاجة العضلات للأكسجين والغلوكوز، فتستجيب العضوية برفع الوتيرة القلبية والتنفسية لتأمين ذلك، وتعود إلى حالتها بعد الراحة. وتنخفض كلفة الاستجابة عند الرياضي المدرب.

أخطاء شائعة

• الخلط بين الوتيرة القلبية والتنفسية.
• القول إن الوتيرتين تبقيان مرتفعتين بعد التوقف مباشرة. تنخفضان تدريجيًا.
• القول إن سبب الارتفاع هو الخوف. السبب حاجة العضلات.
• نسيان دور القلب والدم في نقل الأكسجين.
• الخلط بين التنفس الخلوي (في العضلة) والتنفس الرئوي (تبادل الغازات).
• كتابة نتائج دون وحدات (ض/د).

أسئلة للتدرب

1. عرّف الوتيرة القلبية والتنفسية.
2. ماذا يحدث لهما أثناء الجهد؟ وماذا يحدث بعده؟
3. فسر ارتفاع الوتيرة القلبية أثناء الجهد.
4. لماذا يتعب الرياضي عند الجهد الشديد؟
5. ما الفرق بين الرياضي المدرب وغير المدرب عند الراحة؟

الأجوبة النموذجية:

1. القلبية: عدد ضربات القلب في الدقيقة. التنفسية: عدد الحركات التنفسية في الدقيقة.
2. ترتفعان أثناء الجهد وتنخفضان تدريجيًا بعده حتى القيمة الأولى.
3. لأن العضلات تحتاج إلى أكسجين وغلوكوز أكثر، فيسرع القلب بالدم لإيصالهما.
4. لتراكم حمض اللبن الناتج عن تخمر العضلة عند نقص الأكسجين.
5. المدرب وتيرته القلبية أقل عند الراحة.

الشرح المصوّر

لمن يفضل المتابعة بالصوت والصورة، يقدم الفيديو «أقوى ملخص شامل حول الوحدة الأولى: استجابة العضوية للجهد العضلي، علوم طبيعة، للسنة الأولى ثانوي» من قناة دروس وتمارين تدعيمية هذا الملخص في نحو تسع عشرة دقيقة، مبتدئًا بتأثير الجهد العضلي على الوتيرة القلبية والتنفسية، وموضحًا ما المقصود بالوتيرة القلبية بأنها عدد ضربات القلب في الدقيقة.