Fizjologia wysiłku fizycznego seminarium, cz.1

2

Regulacja ośrodkowa

Podwzgórze Regulacja miejscowa (receptory w mięśniach i stawach)

RP

Nadnercza

Uwolnienie katecholamin

Naczynia krwionośne

Skurcz naczyń tętniczych i żylnych

Serce

↑ HR+ Inotropizm+ Dromotropizm

Hamowanie przywspółczulne

Aktywacja współczulna

Wysiłek fizyczny

Regulacja ośrodkowa Regulacja miejscowa

↑ napięcia współczulnego↓ napięcia przywspółczulnego

↑ HR ↑ SV, ↑ CO

Skurcz większości

łożysk naczyniowych

(płucnych, śledziony, wątroby,

nerek)

Skurcz naczyń żylnych

↑ przepływu krwi przez mięśnie

↑ metabolitów o działaniu naczynio-rozszerzającym

↑ rozszerzenie naczyń w mięśniach↓ TPRCO=HR x SV

Istotą adaptacji układu krążenia w czasie wysiłku fizycznego jest utrzymanie dużych wartości

przepływu krwi przez pracujące mięśnie szkieletowe.

?

Podstawowe mechanizmy zapewniające wzrost przepływu w pracujących mięśniach:

1. rozkurcz mięśniówki gładkiej ich naczyń oporowych

2. wzrost ciśnienia tętniczego (przepływ=ciśn perfuzyjne/opór naczyniowy)

F = MAP/R ( F – wielkość przepływu w danej tkance w jednostce czasu; MAP – średnie ciśnienie tętnicze,

R – opór naczyniowy w danej tkance)

3. Wzrost CO ( CO - ang. cardiac output, pojemość minutowa serca)

CO to pochodna zmian wielkości powrotu żylnego prawo zachowania ciągłości przepływu (Zakładając że dla płynu nieściśliwego, przy stałej i

jednakowej temperaturze dla każdego przekroju przewodu, objętość płynu wpływającego i odpływającego w ciągu 1 sek. z dowolnego przekroju przewodu jest stała)

Opór jest wprost proporcjonalny do długościnaczynia i lepkości krwi, a odwrotnieproporcjonalny do promienia naczynia

Rozkurcz mięśniówki gładkiej naczyń oporowych (w pracujących

mięśniach szkieletowych)

Mechanizmy odpowiedzialne za przekrwienie czynnościowe w pracujących mięśniach

• Czynnik inicjujący procesy przekrwienia czynnościowego w mięśniach szkieletowych (i w większości innych tkanek) spadek prężności O2

• Rola hipoksji w rozkurczu naczyń

• Brak teorii całościowo ujmującej mechanizm przekrwienia czynnościowego w pracujących mięśniach.

• ↑ ciepłoty, ↓ pH przesunięcie krzywej dysocjacji oksyhemoglobiny w prawo ↓ powinowactwa Hb do O2 przy danej wartości tkankowej prężności O2, Hb oddaje więcej O2

• B ważny mechanizm!! umożliwia wzrost podaży O2 bez zmiany przepływu

• ↑ różnicy w zawartości O2 pomiędzy krwią tętniczą i żylną w pracujących mięśniach jest spowodowany łatwiejszym oddawaniem tlenu przez Hb

Mechanizmy odpowiedzialne za przekrwienie czynnościowe w pracujących mięśniach

Rola komórek endotelium + produkowany przez nie NOw przekrwieniu czynnościowym

• Udział NO w przekrwieniu czynnościowym zależy od intensywności wysiłku

• W miarę zwiększania pracy mięśniowej zahamowanie syntezy NO powoduje coraz wyraźniejsze ograniczenie wzrostu przepływu mięśniowego

• Silny bodziec powodujący wzrost uwalniania NO naprężenie ścinające (odpowiednik – siły tarcia krwi o wewnętrzną ścianę naczyń)

Przekrwienie czynnościowe

• Powoduje, że strata ciśnienia na pokonanie wysokooporowego odcinka naczyń tętniczych jest mniejsza, a tym samym ciśnienie transmularne (powodujące rozciągnięcie naczyń mikrokrążenia) w naczyniach mikrokrążenia staje się większe

Wzrost ciśnienia tętniczego

Wzrost ciśnienia tętniczego• ↑ aktywności układu współczulnego ↑ RR

podczas wysiłku

• ↑ RR to wynik ↑ CO i TPR (MAP = CO x TPR)

• Czy wielkość wzrostu RR zależy od rodzaju wysiłku dynamicznego?

• Czy udział dużej masy mięśniowej spowoduje większe ograniczenie wzrostu TPR wynikającego z pobudzenia ukł. współczulnego niż miałoby to miejsce w przypadku pracy wykonywanej przez pojedynczy mięsień?

Wzrost ciśnienia tętniczego• Mniejszemu wzrostowi TPR towarzyszyć będzie większy

wzrost CO, podczas gdy w przypadku pracy mniejszej grupy mięśniowej – odwrotnie. Wielkość iloczynu obu tych parametrów się nie zmieni

• Wzrost ciśnienia związany z różnymi formami aktywności fizycznej, np. biegiem, pływaniem, będzie zatem porównywalny

• Podczas wysiłków dynamicznych wzrost MAP osiąga wartość 20-40 mmHg

• Wysiłek statyczny większe wzrosty ciśnienia duży wzrost oporu naczyniowego zaciśnięcie się naczyń przez pozostające w skurczu izometrycznym mięśnie szkieletowe

• Wzrost MAP podczas wysiłków statycznych może przekraczać 170 mmHg

• Wzrost ciśnienia skurczowego (SBP – ang.

systolic blood pressure) do 150-170 mm Hg podczas wysiłku dynamicznego;ciśnienie rozkurczowe pozostaje bez zmian (ew. minimalny spadek).

• Wysiłek statyczny, wzrost SBP nawet do250 mmHg, a DBP(ang. diastolic blood

pressure) do 180 mmHg.

Ciśnienie krwi podczas wysiłku fizycznego

Wzrost pojemności minutowej serca

Wzrost i redystrybucja CO

• Wysiłek fizyczny skurcz dużych łożysk naczyniowych (w przewodzie pokarmowym, nerkach i skórze oraz w niepracujących mięśniach)

• Gdyby nawet wysiłkowi fizycznemu nie towarzyszył ↑CO, ↑RR ani ↓oporu w naczyniach kurczących się mięśni, to i tak doszłoby do wzrostu perfuzji w łożysku pracujących mięśni

• Dlaczego?

Wzrost i redystrybucja CO

• Redystrybucja CO

• Ilość krwi przepływająca przez dany narząd w przeliczeniu na 100g masy jest odwrotnie proporcjonalna do oporu jego łożyska naczyniowego.

• Prawo ciągłości przepływu

• Wielkość redystrybucji CO do pracujących mięśni będzie tym większa, im mniejszy będzie opór naczyniowy w ich łożysku naczyniowym oraz im większa będzie CO

Zakładając że dla płynu nieściśliwego, przy stałej

i jednakowej temperaturze dla każdego przekroju

przewodu, objętość płynu wpływającego

i odpływającego w ciągu 1 sek. z dowolnego

przekroju przewodu jest stała

Prawo zachowania ciągłości przepływu

Czynniki decydujące o wielkości powrotu żylnego

• Mechanizm wspomagający powrót żylny pompa mięśniowa, pompa oddechowa

• Jak działa pompa mięśniowa?

•Duże naczynia żylne zastawki -jednokierunkowy ruch krwi w stronę serca.•Żyły te przebiegają między włóknami mięśni szkieletowych.•Skurcz mięśni, ściskając naczynia żylne, powoduje jednokierunkowe przemieszczanie się krwi.•Rytmiczne skurcze mięśni kończyn dolnych podczas, np. biegu decydują o utrzymaniu dużego powrotu żylnego•Pompa mięśniowa nie działa podczas wysiłków statycznych

Czynniki decydujące o wielkości powrotu żylnego

• Jak działa pompa oddechowa?

• Wdech – wzrost powrotu żylnego do serca, dzięki spadkowi ciśnienia w klatce piersiowej

Istotą adaptacji układu krążenia w czasie wysiłku fizycznego jest utrzymanie dużych wartości

przepływu krwi przez pracujące mięśnie szkieletowe.

?

Mechanizmy determinujące wzrost przepływu krwi przez mięśnie w warunkach wysiłku

dynamicznego - podsumowanie

1. Wzrost i redystrybucja CO

2. Wzrost ciśnienia tętniczego

3. Przekrwienie czynnościowe

Morfologiczna adaptacja do powtarzanego wysiłku fizycznego

• Przerost mięśnia sercowego

• Wzrost gęstości naczyń mikrokrążenia

Morfologiczna adaptacja do powtarzanego wysiłku fizycznego

Przerost mięśnia sercowego

• Długotrwale powtarzany wysiłek fizyczny o odpowiednio dużym natężeniu przerost komór serca

• Czynnik inicjujący przerost kardiomiocyta rozciągnięcie, wzrost napięcia

• Prowadzi to do wzrostu syntezy lokalnej angiotensyny II i endoteliny (czynniki wzrostowe, udział w przeroście serca)

• Wielkość przerostu serca nie zależy wyłącznie od charakteru wysiłku, intensywności, czasu trwania, istotną rolę pełni czynnik genetyczny

• „serce sportowca” bradykardia spoczynkowa, arytmia oddechowa, ↑SV

Morfologiczna adaptacja do powtarzanego wysiłku fizycznego

Wzrost gęstości naczyń mikrokrążenia

• Systematyczny trening nowe naczynia mikrokrążenia w pracujących mięśniach ↓ oporu naczyniowego, a tym samym ↑ przepływu w łożysku mięśniowym oraz znaczne ułatwienie dyfuzji

• ↑ Dyfuzji, to wynik skrócenia odległości pomiędzy naczyniami a pracującymi miocytami mięśni szkieletowych

REAKCJE KRĄŻENIOWO-ODDECHOWE PODCZAS WYSIŁKU FIZYCZNEGO

• Wentylacja minutowa płuc (VE)

• Częstość skurczów serca (HR)

• Objętość wyrzutowa serca (SV)

• Pojemność minutowa serca (CO)

• Ciśnienie tętnicze krwi

• Przepływ krwi przez mięśnie w spoczynku i podczas wysiłku

Adaptacja układu

oddechowego do wysiłku fizycznego

Dostarczenie dodatkowego

O2

Usunięcie nadmiaru CO2

Zapobieganie kwasicy

metabolicznej

Dzięki ↑ VE oraz ↑ pojemności dyfuzyjnej płuc

Wentylacja minutowa płuc VE

• VE to objętość powietrza w litrach przepływająca przez płuca w czasie jednej minuty

• VE = TV x fTV (tidal volume, objętość oddechowa)• W spoczynku częstość oddechów (f-frequency)

f = 12-16 oddechów/min• W spoczynku VE = 8-12 l x minˉ¹• W spoczynku VE sportowcy = VE niewytrenowani• Wysiłek o stopniowo wzrastającej intensywności (nie

przekraczający LT) - ↑VE bo ↑TV• Po przekroczeniu LT – gwałtowny ↑ VE, bo ↑ TV i ↑f• Przy VO2max, VE = 100-140 l x minˉ¹ (osoby młode

zdrowe); VE = 200 l x minˉ¹ (sportowcy); • Przy wysiłku o maksymalnej intensywności

f = 45 oddechów/min lub nawet f = 60 oddechów/min

Wentylacja minutowa płuc VE

• Początkowe zwiększenie VE

mechanizm ośrodkowy bezpośrednia aktywacja ośrodków oddechowych w mózgu przez impulsy pochodzące z ośrodków ruchowych kory

• Do przyspieszania i pogłębiania oddechów przyczyniają się odruchy z mechanoreceptorów mięśni i ścięgien

Variable Rest Mild exercise

Moderateexercise

Heavy exercise

Maximal exercise

Endurance athlete maximal exercise

VE (Lxmin-1) 8.0 22 51 90 113 183

VT (Lxmin-1) 0.6 1.2 2.2 2.7 2.7 3.1

f per min 12 18 23 33 42 59

Wpływ wysiłku fizycznego na VE

• Lekka do umiarkowana aktywność fizyczna - ↑ VE, bo ↑ VT

i ↑ f

• Wraz ze wzrostem intensywności wysiłku fizycznego, VT ustala się na stałym poziomie, więc ↑ VE spowodowany jest ↑ f

Transport O2

• O2 we krwi transportowany jest w postaci rozpuszczonej oraz w połączeniu z Hb.

• 1 g Hb przy pełnym wysyceniu przenosi 1,34 ml O2

• Przy prawidłowej zawartości Hb krew może przenosić 20,1 ml tlenu na każde 100 ml swej objętości

• Ilość O2 przenoszona przez krew w postaci rozpuszczonej wynosi około 0,3ml/100 ml krwi.

• W czasie wysiłku fizycznego proces oddawania O2 w tkankach

przez Hb jest ułatwiony przesunięcie krzywej dysocjacji Hb w prawo

• Zjawisko to spowodowane jest przez: ↓ PO2 w pracujących mięśniach, ↓ pH w mięśniach, ↑ ich temp. wewnętrznej

Temperatura

pH

Pobieranie tlenu w czasie wysiłku

• Zapotrzebowanie na tlen proporcjonalne do intensywności wysiłku

• Różnica pomiędzy zapotrzebowaniem na tlen a jego pobieraniem deficyt tlenowy (pokrywany przez procesy beztlenowe)

• Wysiłki submaksymalne deficyt O2

występuje w początkowym okresie pracy

• Wysiłki supramaksymalne deficyt utrzymuje się

Pobór tlenu[litr/min]

V02max

Obciążenie [W]

↑ wysiłku fizycznego↑ zużycia O2

maksymalny pobór tlenu (VO2max)

Pobieranie tlenu w czasie wysiłku

Wielkość VO2max zależy od:

• pojemności tlenowej mięśni,

• zdolności zwiększania wentylacji płuc,

• pojemności dyfuzyjnej płuc,

• COmax,

• maksymalnego przepływu krwi przez pracujące mięśnie,

• pojemności tlenowej krwi

VO2max• l/min

• ml/kg masy ciała/min

• l x min-1 używane do oceny sprawności fizycznej w sytuacjach (wiosłowanie, jazda na rowerze na płaskiej powierzchni)

• ml x kg-1 x min-1 używane do oceny sprawności fizycznej w sytuacjach (bieganie, jazda na rowerze „pod górkę”).

• Do określenie wydatku energetycznego

• Dobry wskaźnik wydolności fizycznej określa zakres obciążeń przy którym możliwe jest pełne pokrycie zapotrzebowania na tlen

• Tolerancja wysiłku zależy od tego, jaki % VO2max jest wykorzystywany podczas pracy

• ♂ VO2max 40-50 ml/kg/min; ♀ VO2max 30-40 ml/kg/min

Pobieranie tlenu w czasie wysiłku

• Po zakończeniu wysiłku VO2 (pobór tlenu, zużycie tlenu) zmniejsza się, ale pozostaje ono większe niż w spoczynku przed wysiłkiem

• nadwyżka VO2 po zakończeniu pracy w stosunku do wartości przedwysiłkowych (kilka, kilkanaście godz.) dług tlenowy

Pobieranie tlenu w czasie wysiłku

Zwiększenie zapotrzebowania na O2 po wysiłku spowodowane jest:

• koniecznością uzupełnienia zapasów O2

(w hemoglobinie i mioglobinie),

• odbudowy zużytych w trakcie wysiłku zasobów ATP, fosfokreatyny i glikogenu w mięśniach

• usunięcia z tkanek i z krwi LA

• wzmożoną wentylacją płuc (usuwanie z tkanek nadmiaru CO2)

• Utrzymywaniem się podwyższonej temp ciała

Próg beztlenowy, próg mleczanowy

• Wysiłek o stopniowo wzrastającej intensywności nieliniowe zwiększanie się stężenia kwasu mlekowego (LA) we krwi

• Po przekroczeniu obciążenia 50-70% VO2max

gwałtowne zwiększenie stężenia LA (zwiększenie udziału glikolizy w pokrywaniu zapotrzebowania energetycznego pracujących mięśni)

Próg mleczanowy – obciążenie, przy którym zaczyna się szybka akumulacja LA we krwi

Próg mleczanowy

Próg mleczanowy

• Przyczyna występowania rekrutacja szybkich komórek mięśniowych o małej zdolności pozyskiwania energii w procesach tlenowych.

• Im większa jest intensywność wysiłku odpowiadająca progowi mleczanowemu, tym większa zdolność do wykonywania wysiłków wytrzymałościowych.

Próg mleczanowy (LT)• Wzrost intensywności wysiłku fizycznego po poziomu

ok. 60-70% VO2max powoduje ponowny wzrost udziału glikolizy beztlenowej w pokrywaniu zapotrzebowania energetycznego mięśni znaczny wzrost poziomu mleczanów w mięśniach i we krwi.

• Wydolność fizyczną można wyznaczać poprzez określenie intensywności wysiłku, przy którym zostaje osiągnięty próg metabolizmu beztlenowego, czyli tzw. próg mleczanowy

• W praktyce gwałtowny wzrost stężenia mleczanów we krwi

• W zależności od progu mleczanowego wysiłki fizyczne dzieli się na:

- Podprogowe (intensywność wysiłku < LT)

- Ponadprogowe (intensywność wysilku > LT)

Próg wentylacyjny

Próg wentylacyjny – obciążenie, przy którym następuje nieproporcjonalny

do pobierania tlenu wzrost wentylacji(po przekroczeniu

50-70% VO2)

• podczas wysiłku fizycznego o rosnącej intensywności (od łagodnej do umiarkowanej) VE wzrasta liniowo, później zaś gwałtownie, gdy intensywność wysiłku dalej wzrasta

• obciążenie, przy którym następuje gwałtowny wzrost VE –próg wentylacyjny (próg hiperwentylacji)

• próg ten pokrywa się na ogół z progiem mleczanowym.

Próg mleczanowy

Próg wentylacyjny

Wpływ treningu na układoddechowy

• Trening wytrzymałościowy prowadzi do:

- zwiększenie pojemności dyfuzyjnej płuc w wyniku poprawy stosunku wentylacji do przepływu krwi,

- zwiększenia przepływu przez szczytowe części płuc,

- zwiększenia pojemności życiowej płuc, maksymalnej dowolnej wentylacji płuc oraz nasilonej objętości wydechowej w następstwie zwiększenia siły mięśni oddechowych i ruchomości klatki piersiowej.

Częstość skurczów serca (HR, heart rate)

• W spoczynku HR=70 sk. x minˉ¹ (osoby młode zdrowe);

• U sportowców, w spoczynku, HR 45-60 sk. x minˉ¹ (nawet 28-32 sk. x minˉ¹ ) BRADYKARDIA SPORTOWCÓW

• HRmax=220 – wiek (w latach)

• HRmax= 208 – 0,7 x wiek (w latach)

• Przyspieszenie HR prawie natychmiast po rozpoczęciu pracy

• Po ok. 5 min stabilizuje się na poziomie odpowiadającym intensywności pracy (stan równowagi czynnościowej) lub osiąga swoją max wielkość

• Wysiłki dynamiczne HR wykazuje prawie liniową zależność od intensywności wysiłku

• U osób o niskiej wydolności fiz. przyrosty HR w stosunku do obciążenia są wyższe i HRmax osiągana jest przy mniejszej intensywności pracy niż u osób o dużej wydolności

Częstość skurczów serca (HR, heart rate)

BRADYKARDIA SPORTOWCÓW

• przejaw wzmożonego napięcia układu przywspółczulnego,

• zmniejszenie aktywności unerwienia współczulnego –mniejszy wzrost stężenia NA we krwi,

• zmiany właściwości wewnętrznych serca: zwiększenie SV poprzez zwiększenie dopływu krwi do serca na skutek wzrostu objętości krwi krążącej (o 15-20%), wydłużania czasu napełniania serca, zwiększenia objętości serca, usprawnienia czynności mięśnia sercowego, zmniejszenia oporu obwodowego

Pojemność minutowa serca (CO, cardiac output)

• ↑ wzrost napięcia współczulnego, (↓ napięcia przywspółczulnego) ↑ CO, [ skurcz dużych łożysk naczyniowych z wyj. mięśni, serca i mózgu]

• ↑ CO ↑ HR & ↑ kurczliwość (↑ SV)

• ↑ CO ↑ powrotu żylnego (Frank-Starling) skurcz naczyń żylnych ukł.współczulny i działanie pompy mięśniowej.

Prawo Franka-Starlinga

Większa ilość krwi wpływająca do serca w

trakcie rozkurczu powoduje wpłynięcie większej ilości

krwi w trakcie skurczu (SV). Siła skurczu mięśnia jest

wprost proporcjonalna do długości początkowej jego

włókien.Długość włókien zależy od

stopnia wypełnienia komór serca krwią, a te z kolei od

dopływu krwi do serca

Pojemność minutowa serca (CO, cardiac output)

• CO = SV x HR• W odniesieniu do minutowego przepływu przez

płuca Q• W spoczynku, CO = 5-6 l/min• COmax » VO2max

• Na 1 litr pobranego tlenu na poziomie VO2max

przypada 5,9 – 7,5 l krwi/min• U os. o przeciętnej wydolności fizycznej Qmax ok.15-

25 l x minˉ¹»VO2max ok. 2,5-3,5 l O2 x minˉ¹• U sportowców z VO2max= 6 l O2 x minˉ¹» Qmax ok.

40 l x minˉ¹

Objętość wyrzutowa serca (SV, stroke volume)

• W spoczynku, u osób niewytrenowanych wynosi ok. 55-75 ml., a u osób wytrenowanych ok. 80-120 ml.

• W wysiłku maksymalnym u os. o przeciętnej wydolności fizycznej SV=80-110ml., os. wytrenowane SV=130-170ml.

• U sportowców przyVO2max SV może przekraczać 200ml.

• Przy wysiłku ↑ SV następuje szybko – SV max już przy 30-50% VO2max

Stan równowagi czynnościowej

• Stabilizacja wskaźników funkcji układu krążenia na poziomie odpowiadającym zapotrzebowaniu tlenowemu

• Utrzymuje się podczas długotrwałych wysiłków tylko przy niskiej ich intensywności.

• Podczas wysiłków o średniej i dużej intensywności obserwuje się stopniowe ↑HR w miarę kontynuowania pracy.

• ↑ EDV & ↓ESVprzyczyniają się do ↑ SV & ↑ CO podczas wys.fiz.

• u osób słabo- lub niewytrenowanych, po osiągnięciu 40% -50% VO2max , SV ustala się (osiąga plateau). Po przekroczeniu tego poziomu obciążeń, ↑ CO spowodowany będzie ↑ HR

• Wzrost ciśnienia skurczowego (SBP – ang.

systolic blood pressure) do 150-170 mm Hg podczas wysiłku dynamicznego;ciśnienie rozkurczowe pozostaje bez zmian (ew. minimalny spadek).

• Wysiłek statyczny, wzrost SBP nawet do250 mmHg, a DBP(ang. systolic blood

pressure) do 180 mmHg.

Ciśnienie krwi podczas wysiłku fizycznego

Ciśnienie tętnicze krwi• W wysiłkach o stopniowo wzrastającej mocy ciśnienie tętnicze

skurczowe (RRs) rośnie do ok. 200-240mmHg przy VO2max

• ↓ RRs przy wysiłku (dynamicznym) – reakcja patologiczna (ChNS, wada zastawkowa, kardiomiopatia, zaburzenia rytmu serca; u pacjentów bez klinicznie istotnej chs przy stosowaniu leków przeciwnadciśnieniowych, w tym beta-blokerów)

• ↑ intensywności wysiłku » niewielki ↓ ciśnienia tętniczego rozkurczowego (RRr) lub utrzymuje się na stałym poziomie (przedwysiłkowym)

• U os. zdrowych przy VO2max – RRr jest o ok. 10 mmHg niższe niż przed rozpoczęciem wysiłku

• ↑ RRr podczas wysiłku (dynamicznym) – reakcja patologiczna (ChNS, chwiejne nadciśnienie tętnicze, które prowadzi do choroby wieńcowej)

!! UWAGA !!: podczas wysiłku dynamicznego skurczowe ciśnienie tętnicze krwi uzyskuje wartość równą niemal podwojonej wielkości ciśnienia spoczynkowego, podczas gdy rozkurczowe ciśnienie krwi zwykle obniża się lub pozostaje bez zmian

Przepływ krwi przez mięśnie w spoczynku i podczas wysiłku

• W spoczynku MBF (muscular blood flow, mięśniowy przepływ krwi) to ok. 15-20% CO (ok.750-1000 ml x minˉ¹)

• W przeliczeniu na masę tkanki mięśniowej, przez mięśnie w spoczynku przepływa ok. 1,5-6 ml krwi x 100g tkanki ˉ¹ x minˉ¹

• MBF w różnych grupach mięśni jest zróżnicowany (nawet w spoczynku)

• Mięsień czworogłowy uda 10-12 ml krwi x 100g tkanki ˉ¹ x minˉ¹ (w spoczynku)

Przepływ krwi przez mięśnie w spoczynku i podczas wysiłku

• ↑ aktywności mięśniowej ↑ MBF

• W początkowej fazie wysiłku kinetyka wzrostu MBF jest szybsza niż kinetyka poboru tlenu

• W wysiłku o maksymalnej intensywności, przy VO2max, MBF~80-90%CO (tj.100-150 ml krwi x 100g aktywnej tkanki mięśniowej ˉ¹ x minˉ¹);

• ↓ relatywnego & absolutnego przepływu krwi przez nerki, wątrobę, trzustkę

Przepływ krwi przez mięśnie w spoczynku i podczas wysiłku

• Praca o max. intensywności np.:

ruch zgięcia & wyprostu kończyny w st. kolanowym z udziałem mm. uda MBF w mięśniu czworogłowym uda~300 ml krwi x 100g tkanki ˉ¹ x minˉ¹

• Włączenie do pracy 30% masy mięśniowej zapotrzebowanie na całą CO osiąganą podczas wysiłku fizycznego

• Głównym czynnikiem warunkującym VO2max jest dostarczenie tlenu do pracujących mięśni.

Redystrybucja przepływu krwi w trakcie wysiłku fizycznego

W jaki sposób utrzymać duże wartości przepływu

krwi przez mięśnie szkieletowe?

ZMIANY ADAPTACYJNE W UKŁADZIE SERCOWO-NACZYNIOWYM POD WPŁYWEM RÓŻNEGO TYPU WYSIŁKÓW FIZYCZNYCH

Aktywność mięśni w czasie wysiłków statycznych i dynamicznych

Aktywność mięśni w czasie wysiłków statycznych i dynamicznych

• Praca statyczna - stosunkowo małe zużycie energii.

• Nawet duże obciążenie powoduje znacznie mniejszy wydatek energetyczny niż np. w czasie wykonywania lekkiej pracy dynamicznej. Koszt fizjologiczny pracy statycznej nie może być zatem wyrażony w kaloriach lub kilodżulach (kcal, kJ).

• Mimo niewielkiego zapotrzebowania energetycznego, w statycznie pracującym mięśniu powstają warunki do tworzenia się długu tlenowego i wzrostu znaczenia przemian beztlenowych (poczucie dyskomfortu i osłabienie mięśni, odpowiadające zmęczeniu).

• Obciążenia statyczne wzrost ciśnienia tętniczego krwi niewspółmierny do wydatku energetycznego.

• Reakcja presyjna podczas wysiłków statycznych intensywne drażnienie receptorów mięśniowych powoduje wzmożony przepływ bodźców do ośrodków mózgowych oraz ich odpowiedź w postaci stymulowania wzrostu ciśnienia tętniczego.

Wysiłki dynamiczne• Cykliczna praca dużych grup mięśniowych wyższy wydatek

energetyczny energia z beztlenowych i tlenowych procesów resyntezy ATP (w zależności od czasu trwania i intensywności pracy)

• Praca krótkotrwała z dużą intensywnością szybkokurczliwe jednostki motoryczne IIA i iIX

• Praca długotrwała z niewielką intensywnością wolnokurczliwe jednostki motoryczne I

• Rozpoczęcie wysiłku wzrost zapotrzebowania na tlen (a w pierwszych sekundach pracy jest ono wyższe niż możliwość jego dostarczenia) deficyt tlenowy dług tlenowy (EPOC – ang. excess postecercise oxygen consumption) – „spłacany” po zakończeniu wysiłku

• Powstający podczas pracy względny brak tlenu nasilenie pracy układu krążenia i oddychania ↑ HR, ↑ SV ↑ CO, ↑ RRs, ↑ różnicy tętniczo-żylnej wysycenia krwi tlenem, ↑VE, zużycia tlenu i ilości wydychanego CO2

• „pompa mięśniowa”, „pompa oddechowa”

Wysiłki dynamiczne

• Intensywność wysiłku dynamicznego a zapotrzebowanie na tlen zależność wprost proporcjonalna

• Parametry związane z pracą układu krążenia i oddychania – HR, zużycie tlenu – dobre wykładniki intensywności wysiłku dynamicznego

• Intensywność wysiłku rozwijana moc (w watach) ergometr

Reakcja układu krążenia na wysiłki dynamiczne

• Proporcjonalnie do zapotrzebowania na tlen ↑ CO (bo ↑ SV i ↑ HR)

• ↑ SV tylko do poziomu obciążeń 50% VO2max

• ↑ HR – progresywnie, maksymalna wartość przy maksymalnym obciążeniu

• HRmax ↓ się wraz z wiekiem, począwszy od 20 rż

Reakcja układu krążenia na wysiłki dynamiczne

Przepływ krwi przez narządy:

• ↑ przepływu przez mięśnie szkieletowe, mięsień sercowy i skórę;

• ↓ przepływu krwi przez nerki i narządy trzewne

Ciśnienie tętnicze:

• ↑ RRs proporcjonalnie do obciążenia

• RRr wykazuje niewielkie zmiany

Reakcja układu krążenia na wysiłki dynamiczne

• Całkowity opór obwodowy zmniejsza się

• Kontrolowana przez AUN, hormony & czynniki humoralne działające lokalnie na naczynia krwionośne w pracujących mięśniach

• Zwiększony dopływ krwi do serca działanie pompy mięśniowej i oddechowej (wdech wzrost powrotu żylnego do serca dzięki spadkowi ciśnienia w klatce piersiowej)

Wysiłki statyczne• skurcz izometryczny ↑ napięcia mięśni bez zmiany ich długości

• wyższy „koszt fizjologiczny” (w porównaniu z wysiłkami dynamicznymi) ograniczenie czasu wykonywania

• ↑ RR (↑RRs & ↑RRr) ↑NA we krwi, ↑ pobudzenia układu współczulnego, (wysiłki statyczne nie polecane dla os. starszych i/lub z chorobami ukł. sercowo-naczyniowego)

• ↑ HR

• ↑ CO, bo ↑ HR (w mniejszym stopniu spowodowany wzrostem SV)

Indywidualne reakcje układu krążenia zależą od obciążenia względnego w procentach maksymalnej dowolnej siły izometrycznej (%MVC – maximal voluntary contraction)

• Praca do 20%MVC – wzrost CO nieznaczny lub wcale

• Przy obciążeniach > 20%MVC – ↑ HR przez cały czas trwania wysiłku, np. 30-50%MVC HR=120-160 sk./min

• HR nigdy nie osiągnie wartości max krótki czas trwania wysiłku

Wysiłki statyczne• Skurcze izometryczne mięśni zmniejszenie światła lub zaciśnięcie

naczyń krwionośnych znajdujących się w tych mięśniach

• Już od 15%MVC niewystarczający przepływ krwi (potrzeby metaboliczne) niedotlenienie komórek nerwowych i mięśniowych skrócenie czasu wykonywania wysiłku

• Niedotlenienie ośrodków nerwowych szybkie narastanie objawów zmęczenia ośrodkowego (zwolnienie przewodnictwa w motoneuronach, ↓ siły skurczu pracujących mięśni)

• Utrzymywanie mięśni w stanie napięcia bez faz rozluźnienia ciągły dopływ do OUN impulsów z receptorów metabolicznych w mięśniach i proprioreceptorów ↓ sprawności funkcjonalnej pobudzanych komórek nerwowych

• Szybko postępujący proces zmęczenia utrudnione usuwanie ciepła, utrudnione odprowadzanie produktów przemiany materii –CO2 i kwasu mlekowego

Wysiłki statyczne• Długotrwałe stanie (bez możliwości poruszania się) szybkie narastanie

zmęczenia, nawet omdlenia, utrata świadomości brak wspomagania przepływu krwi w kierunku do serca przez tzw. „pompę mięśniową”

• Podczas wysiłków statycznych z udziałem mięśni obręczy barkowej i tułowia ↑ ciśnienia w obrębie klatki piersiowej (ciśnienie śródpiersiowe) ↓ objętości serca, presyjne zwężenie lub zamknięcia światła dużych naczyń żylnych dochodzących do serca utrudniony dopływ krwi żylnej do serca, ↓ SV

• ↑ ciśnienia w śródpiersiu „parcie” (wydech z zamkniętą głośnią); charakterystyczne dla sportów siłowych

• Manewr Valsalvyw czasie wysiłków, takich jak np. podnoszenie ciężarów, sportowcy wykonują często nasilony wydech z udziałem mięśni brzucha przy zamkniętej głośni, czyli tzw. manewr Valsalvy. Powoduje to ucisk na naczynia żylne doprowadzające krew do serca i w efekcie gwałtowne zmniejszenie CO, co z kolei na drodze odruchowej wywołuje przyspieszenie HR i ↑RR.

• Zmiany ciśnienia w śródpiersiu wpływ na CT: po początkowym ↑-zmniejsza się; po krótkim okresie spadku RRs i RRr ponownie wzrasta (warunki Valsalvy)

Wysiłki statyczne

• Unieruchomienie klatki piersiowej podczas np. podnoszenia ciężarów zmiana mechaniki oddychania mniejsza skuteczność wymiany gazowej, przy znacznym obciążeniu zatrzymanie oddechu (ograniczające czas trwania wysiłku)

• Po wysiłku w warunkach utrudnionego lub zatrzymanego oddychania szybki dopływ krwi do krwioobiegu płucnego z przepełnionych żył obwodowych oraz nasilenie oddychania ↑HR, ↑ VO2, ↑ VE (w porównaniu z ich wartościami podczas wysiłku).

Wpływ treningu na układ krążenia

• Zmiany treningowe w naczyniach krwionośnych:

- ↑ zdolności relaksacyjnej tętnic,

- ↑ liczby naczyń włosowatych w trenowanych mięśniach

• Trening siłowy i szybkościowo-siłowy powodują mniejsze zmiany w układzie krążenia niż trening wytrzymałościowy

Reakcja układu krążenia na wysiłki statyczne

• Nie wykazuje zależności od zapotrzebowania na tlen

• Duży ↑ RRs&RRr,

• Umiarkowany ↑ HR i CO

• Całkowity opór obwodowy wzrasta (lub nie zmienia się)

• Zależy od siły skurczu mięśni wyrażonej w procentach siły maksymalnej

Wpływ treningu na układ krążenia

• Trening wytrzymałościowy powoduje ↓ HR i ↓ RR w spoczynku

• Podczas wysiłków submaksymalnych taka sama CO osiągana jest przy mniejszym wzroście HR, a większej SV

• Przy ↑ VO2max, zwiększa się maksymalna SV i CO, a maksymalna HR nie ulega zmianie

• Wzrost maksymalnej SV , bo poprawa funkcji rozkurczowej serca i przerost mięśnia sercowego

• Przerost treningowy zwiększenie rozkurczowego wymiaru wewnętrznego komór i pogrubienie mięśnia sercowego.

♥ sportowca• ↑ objętości i masy serca, ↓ HR w spoczynku

• ↑ objętości serca podczas treningu, bo ↑ grubość mięśnia sercowego i ↑ jam serca

• ↑ średnicy i długości komórek mięśnia sercowego (przerost), ich liczba nie ulega zmianie

• Przerost koncentryczny – mięsień sercowy ulega pogrubieniu, rozmiary wewnętrzne zmniejszają się .

• Przerost ekscentryczny – rozmiary wewnętrzne jam serca zwiększają się.

• Przerost treningowy charakteryzuje się zwiększeniem rozkurczowego wymiaru wewnętrznego komór i pogrubieniem mięśnia sercowego.

• W naczyniach krwionośnych – ↑ zdolności relaksacyjnej tętnic, ↑ liczby naczyń włosowatych w trenowanych mięśniach

• Trening siłowy i szybkościowo-siłowy powodują mniejsze zmiany w układzie krążenia niż trening wytrzymałościowy

• ↑ średnicy & długości komórek mięśnia sercowego (przerost), ich liczba nie ulega zmianie.• Stosunek objętości ♥ do jego masy nie zmienia się pod wpływem treningu.

Kraemer, Fleck, Deschenes ExercisePhysiology. Integratingtheory and ApplicationWolters KluwerLippincottWiliams&Wilkins 2012

Górski J (red) Fizjologiczne podstawy wysiłku fizycznego PZWL 2008

Schemat przerostu treningowego serca

Grubość myokardium vs. adapt do wysiłku różnice

• Trening aerobowy – wzrost EDV, co powoduje wzrost SV, trening oporowy nie wpływa na EDV znacząco

• Trening aerobowy powoduje wzrost funkcji rozkurczowej, zmiany w funkcji skurczowej są obserwowane (ale nie we wszystkich badaniach)

• Trening siłowy – brak lub niewielkie zmiany w funkcji skurczowej i rozkurczowej

Kraemer, Fleck, Deschenes Exercise Physiology. Integrating theory and Application Wolters KluwerLippincott Wiliams&Wilkins 2012

EDV – ESV = SV110ml-40ml=70mlobjętość późnorozkurczowa –objętość poźnoskurczowa= objętość wyrzutowa

Restytucja – istotą wypoczynku nie jest proste odwrócenie szeregu procesów fizjologicznych i biochemicznych

prowadzących podczas pracy do zmęczenia. Jest to aktywny i złożony proces prowadzący do:

• Odbudowy zużytego potencjału energetycznego

• Przywrócenia sprawności wszystkim narządom i układom

• Przywracania spoczynkowej homeostazy ustroju

Jest dynamicznie zmiennym stanem organizmu, zależnym od nasilenia zaburzeń w środowisku wewnętrznym.

Powrót do norm zmian zmęczeniowych odbywa się w różnym czasie i z różną szybkością.

Restytucja

Procesowi wypoczynkowemu towarzyszy wzmożone zużycie tlenu, które ma na celu:

• Wyrównanie długu tlenowego

• Usuwanie produktów przemiany materii

• Pokrycie zużycia tlenu w czasie wzmożonej lipolizy

• Spadek stężenia amin katecholowych

Restytucja

• W łańcuchu przemian reakcji restytucyjnych, kosztem przemian tlenowych, następuje resynteza ATP i fosfokreatyny, glikogenu i białek

• W końcowy efekcie dochodzi do odbudowy zużytego potencjału energetycznego oraz przywrócenia obniżonej zdolności do pracy

Dziękuję