• ĆWICZENIA II
• Czynniki decydujące o sprawności zaopatrzenia tlenowego
• Zmiany adaptacyjne w czynności układu krążenia podczas wysiłków dynamicznych i statycznych
• Mechanizmy i znaczenie zmian wysiłkowych w układzie krążenia
• Zmiany przystosowawcze w czynności układu oddechowego podczas wysiłków fizycznych
• Mechanizmy fizjologiczne reakcji układu krążenia na wysiłki
Reakcja układu krążenia na wysiłki fizyczne bezpośrednio kształtowana jest przez 3 mechanizmy:
• Zmiany aktywności unerwienia autonomicznego serca i naczyń krwionośnych, oraz działanie hormonów, takich jak krążące we krwi aminy katecholowe, angiotensyna II, kortyzol i wazopresyna
Hamowanie aktywności układu przywspółczulnego jest częściowo spowodowane przez tzw. mechanizm ośrodkowy, który polega na projekcji impulsów z ośrodków ruchowych kory mózgowej inicjujących ruch do ośrodków pnia mózgu kontrolujących funkcję układu krążenia.
Aktywność układu współczulnego stymulowana jest również na drodze odruchu za pośrednictwem receptorów metabolicznych w komórkach mięśni. Podejrzewa się, że w tej reakcji mogą również uczestniczyć mechanoreceptory komórek mięśni
• Oddziaływanie mechaniczne na naczynia żylne tzw. pompy mięśniowe i pompa oddechowa powodujące zwiększenie dopływu krwi do serca
• Czynniki miejscowe, działające na naczynia krwionośne w różnych narządach
• Pojemność minutowa (Q)
Objętość minutowa serca rośnie pod wpływem wzrostu częstości skurczów serca (HR) i objętości wyrzutowej serca.
ü Po rozpoczęciu wysiłku zmniejsza się aktywność unerwienia przywspółczulnego serca (zahamowanie aktywności nerwu błędnego), powodując wzrost HR już w pierwszych sekundach wysiłku
ü Powyżej 130-170 uderzeń na minutę serce jest już niemal całkowicie uwolnione od hamującego wpływu układu przywspółczulnego,
ü dopiero około 5-20 sekundy od rozpoczęcia pracy zaczyna wzrastać aktywność unerwienia współczulnego serca i naczyń krwionośnych
• Większa aktywność układu współczulnego powoduje wzrost siły i szybkości skurczu mięśnia sercowego, co prowadzi do zwiększenia frakcji wyrzutowej
• Wzrost aktywności unerwienia współczulnego tętniczek prowadzi do ich skurczu, zmniejszając w ten sposób przepływ krwi przez tkanki. Efekt ten bardzo wyraźnie występuje w naczyniach narządów jamy brzusznej, nerek i niepracujących mięśni. W mięśniach pracujących tętniczki nie ulegają zwężeniu dzięki mechanizmowi pompy mięśniowej i czynnikom działającym lokalnie (mniejsza prężność O2, większa prężność CO2, niższe pH, bradykinina i wiele innych). Podobne mechanizmy regulują przepływ wieńcowy.
• Przepływ skórny regulowany jest również przez unerwienie współczulne
• Objętość wyrzutowa (SV)
Wzrost objętości SV jest spowodowany:
ü Zwiększonym dopływem krwi żylnej do serca, którego przyczyną są rytmiczne skurcze mięśni (pompa mięśniowa) i obniżeniem ciśnienia w klatce piersiowej w związku z pogłębieniem oddechów (pompa oddechowa)
ü Zwiększenie wypełnienia jam serca, powodując rozciągnięcie mięśnia sercowego, zwiększa siłę jego skurczu na zasadzie prawa Franka-Starlinga
ü Czynnikiem ograniczającym wzrost SV jest większa częstość skurczów serca, która powoduje skrócenie czasu wypełniania serca i wzrost średniego ciśnienia krwi w aorcie.
• Reakcja układu krążenia na wysiłki dynamiczne (1)
ü Objętość minutowa serca (Q) podczas wysiłku dynamicznego zwiększa się proporcjonalnie do zapotrzebowania na tlen (intensywność wysiłku). Zwiększeniu zapotrzebowania na tlen o 1l towarzyszy zwiększenie objętości minutowej o 5l.
REAKCJA HIPERKINETYCZNA układu krążenia polega na zwiększeniu stosunku wzrostu Q do wzrostu pobierania tlenu w czasie wysiłku i występuje czasem u ludzi zdrowych o niskiej wydolności.
ü U ludzi o przeciętnej wydolności fizycznej wartości pojemności minutowej sięgają 15 – 25l przy maksymalnym obciążeniu (sportowiec wytrzymałościowy >40l)
ü Wzrost wartości Q podczas wysiłku zachodzi poprzez zwiększanie częstości skurczów serca (HR) i objętości wyrzutowej (SV)
• Q = HR x SV
• Częstość skurczów serca (HR) – wzrasta niemal natychmiast po rozpoczęciu pracy i po upływie 2-5 min stabilizuje się na poziomie odpowiadającym intensywności pracy lub osiąga wartość maksymalną (HRmax)
Ø Tempo zwiększania częstości skurczów serca (na początku wysiłku) jest wyższe u dzieci niż u osób dorosłych
Ø Wartości HRmax wykazują niewielkie różnice międzyosobnicze, natomiast wyraźnie zmieniają się z wiekiem
HRmax = 220 – wiek
• W czasie wysiłku dynamicznego HR wzrasta proporcjonalnie do wielkości obciążenia, przyrost ten maleje po przekroczeniu progu mleczanowego
• Przebieg linii przedstawiającej zależność HR-obciążenie bezwzględne [W] jest bardziej stromy dla ludzi nie wytrenowanych, natomiast kąt nachylenia linii obrazującej zależność HR-VO2max% (obciążenie względne) nie różni się dla osób trenujących i nie wytrenowanych. Oznacza to, że częstość skurczów serca u osób w tym samym wieku nie zależy od wydolności.
• Na podstawie tej zależności można więc w przybliżeniu oszacować wielkość VO2max i obciążenia względnego przy którym wystąpi maksymalny pobór tlenu
• Objętość wyrzutowa serca (SV) – w czasie wysiłku u ludzi o niskiej wydolności może osiągać wartości 100 – 140 ml (sportowcy 200 ml)
Ø Wartości maksymalne osiąga już przy obciążeniu, przy którym zapotrzebowanie na tlen wynosi 30-50% VO2max
Ø Dalsze zwiększanie obciążenia nie wpływa znacząco na wartości SV ponieważ na skutek dużej częstości skurczów serca skrócony jest czas wypełniania komór
• Frakcja wyrzutowa – stosunek objętości wyrzutowej serca do objętości całkowitej krwi w lewej komorze. Podczas wysiłku wartość tego wskaźnika wzrasta z 60% do około 85%. Frakcja wyrzutowa zależy od siły i szybkości skurczu mięśnia sercowego jest więc wskaźnikiem jego kurczliwości.
• Zmiana dystrybucji przepływu krwi w organizmie – jest powodowana działaniem czynników nerwowych i hormonalnych powodujących rozszerzenie lub zwężenie tętniczek doprowadzających krew do narządów
• Reakcja układu krążenia na wysiłki dynamiczne
• Ciśnienie tętnicze
a) Średnie – jest wynikiem zmian w objętości minutowej serca (która wzrasta) i oporu tętniczego (który maleje na skutek rozszerzenia tętnic). W wyniku tych zmian ciśnienie średnie wzrasta proporcjonalnie do obciążenia.
b) Skurczowe – rośnie proporcjonalnie do wielkości obciążenia osiągając (przy maksymalnych obciążeniach) wartości 200 – 240 mmHg
c) Rozkurczowe – wykazuje nieznaczny wzrost, nie zmienia się lub nawet obniża
• Ilość transportowanego tlenu
Ø Wysiłek nie powoduje zmniejszenia zawartości tlenu we krwi tętniczej (sprawna wymiana gazowa w płucach)
Ø Wysiłek powoduje zmniejszenie różnicy tętniczo-żylnej (AVd) zawartości tlenu, jest to więc dobry wskaźnik wychwytu tlenu przez pracujące komórki mięśni
Ø W spoczynku różnica zawartości tlenu między krwią tętniczą, a krwią powracającą do prawego przedsionka wynosi około 60ml/l krwi, podczas wysiłku może osiągnąć wartości maksymalne w zakresie 150-160 ml/l krwi
• Reakcja układu krążenia na wysiłki statyczne
ü Reakcja układu krążenia na wysiłek statyczny jest proporcjonalna do siły względnej skurczu mięśni, czyli do proporcji między siłą aktualnie rozwijaną, a siłą maksymalną pracującej grupy mięśni
ü Podczas wysiłku statycznego dochodzi do mechanicznego ucisku na naczynia krwionośne przez napięte mięśnie, co utrudnia (20-30% siły maksymalnej), a często uniemożliwia (>60-70% siły maksymalnej) odpływ krwi żylnej z komórek mięśni pracujących
ü Już wysiłek o intensywności 30% siły maksymalnej powoduje:
wzrost częstości skurczów serca (100 – 120 uderzeń/minutę)
wzrost wartości ciśnienia skurczowego (200-250mmHg)
wzrost wartości ciśnienia rozkurczowego (130-150mmHg)
ü Przyczyną wzrostu ciśnienia tętniczego jest wzrost objętości minutowej serca (Q) przy niezmienionym lub rosnącym oporze naczyniowym
ü Wzrost objętości minutowej (Q) podczas wysiłku statycznego zależy wyłącznie od wzrostu częstości skurczów serca (HR) ponieważ wartość objętości wyrzutowej nie zmienia się lub nawet zmniejsza
ü Układ współczulny jest aktywowany na drodze odruchu z receptorów metabolicznych
• Reakcja układu oddechowego na wysiłki dynamiczne (1)
• Wentylacja płuc (VE) – już pierwszy wdech lub wydech po rozpoczęciu wysiłku jest głębszy i szybszy. Do zwiększenia wentylacji dochodzi więc w tym samym momencie, w którym zaczynają się kurczyć mięśnie
• Początkowy wzrost VE powodowany jest głównie przez mechanizm ośrodkowy, który polega na bezpośredniej aktywacji ośrodków oddechowych w mózgu przez impulsy dochodzące z ośrodków ruchowych kory. Za szybkie przyśpieszenie i pogłębienie oddechów odpowiadają również mechanoreceptory mięśni i ścięgien.
• W późniejszej fazie ważną rolę odgrywają receptory metaboliczne mięśni
Ø Pierwsza bardzo szybka faza wzrostu wentylacji (VE) trwa kilka sekund, po niej następuje wolniejsza faza wzrostu tzw. faza przejścia i wreszcie po 4-5 minutach, stabilizacja na poziomie odpowiadającym zapotrzebowaniu.
Ø W czasie bardzo intensywnych wysiłków praktycznie nie występuje faza stabilizacji lecz ciągły wzrost VE
Ø VE rośnie liniowo wraz ze wzrostem poboru tlenu, aż do osiągnięcia wartości 50-70% VO2max. Po przekroczeniu tego poziomu zaczyna wrastać gwałtownie i nieproporcjonalnie do poboru tlenu. Ten moment określa się mianem progu wentylacyjnego lub progiem hiperwentylacji
• Reakcja układu oddechowego na wysiłki dynamiczne (2)
Ø Podczas wysiłku o wzrastającym obciążeniu przed osiągnięciem progu wentylacyjnego wzrost częstości oddechów jest powolny, a zmiany VE zależą w znacznym stopniu od zwiększania się objętości oddechowej. Po przekroczeniu progu częstość oddechów wzrasta bardzo szybko, a głębokość oddechów ulega ograniczeniu
Ø Maksymalna ilość oddechów w ciągu minuty wynosi 40-60, a objętość oddechowa waha się w przedziale od 30-60% pojemności życiowej płuc (4800ml)
Ø Przy niewielkich obciążeniach wysiłkowych najczęściej występuje oddychanie przez nos i usta jednocześnie, jednak gdy wentylacja osiągnie wartości 35-40l/min następuje „przełączenie” na oddychanie przez usta
Ø ...
Aguuul6