Transcript הספק אירובי
היכולת האירובית של הספורטאי .יכולת אירובית (Cardio-respiratory Fitness Aerobic Power מאת :ד"ר עמוס גרודזינובסקי ()Ph.D. VO2max סף חומצת חלב ריצות בינוניות אנרגיה • היכולת להפעיל את גופינו מותנה ביכולת הגוף לספק אנרגיה בהתאם למאמצים הנדרשים • אנרגיה מוגדרת כיכולת לבצע עבודה • ועבודה = כוח(ק"ג) Xדרך (מטרים) = קג"מ • הספק = לעבודה חלקי זמן = לקג"מ לדקה חלבונים פחמימות חומצות אמיניות גלוקו ז שומנים גליצרול חומצות שומניו ת אנרגיה מיידית חומצה פרובית ATP-CP חומצת חלב מעגל קרבס CO2 H2O ATP ד”ר עמוס גרודזינובסקי מרכיבי הכושר הגופני לפי Hebbelinck סבולת לב ריאה יכולות מוטוריות סבולת וכוח שרירים גמישות מהירות התנגדות למחלות זריזות קואורדינציה שיווי משקל דיוק מוטיבציה כוח דינמי סטטוס תזונתי ועוד הגדרה של סבולת לב ריאה (הספק אירובי) • יכולתו של האדם לעמוד בעומס תת מרבי לאורך זמן ארוך ככל האפשר וברמה הגבוהה ביותר האפשרית • הספק אירובי מרבי מוגדר כצריכת חמצן מרבית • מותנה במערכות המרכזית ובפריפרלית המערכת המרכזית והפריפרלית • שרשרת הנשימה • בצורה פשוטה יכולתו של הספורטאי לקלוט חמצן מהאוויר ולהעביר אותו לכל תאי הגוף • לב ריאות וכלי הדם -מערכת מרכזית • חמצן מהדם אל התאים למיטוכנדריות ויצירת ATPבמיטוכונדריות -מערכת פריפרלית הסעת החמצן מהסביבה החיצונית לשרירים הפעילים חמצן שרירים מערכת ההובלה HRXSV נימות דם ,סוגי סיב, יכולת חימצון איוורור הריאות =Q VO2=Qx(a-v)O2 Ve = F x Vt דו תחמוצת הפחמן ועכשיו נרחיב מעט על שלושת המדורים האחראים על פיתוח הסבולת אצל הספורטאי .1מערכת הריאות – איוורור הריאות .2מערכת הלב וכלי הדם .3הפקת האנרגיה -חילוף החומרים בשריר איוורור הריאות • Ve = F X Vt • איוורור הריאות = תדירות הנשימה Xנפח הנשימה • = Fמספר הפעמים בדקה Vt Xנפח במ"ל -או בליטרים כמות האוויר הנינשפת בנשיפה אחת Ve 110 Vo2ל'/ד' 2 ל'/ד' נתונים • במנוחה • מספר הנשימות = ל – 15 – 12עמק הנשימה כ – 500מ"ל איוורור הריאות = כ – 6ליטרים • במאמץ מרבי • מספר הנשימות = כ 50 – 40ויותר ,עומק הנשימה = כ 2-3 -ליטרים איוורור הריאות יכול להגיע ל – 180ואפילו ל – 200ליטרים לדקה נוסחת FICK • VO2 = Q x (A – VO2)diff • צריכת חמצן = לתפוקת הלב Xההפרש בכמות החמצן העורקי והורידי הגדרות ומושגים נוסחת Fick • • • • Q = HR X SV Qנפח הדם הנזרק מהחדר השמאלי לדקה ( מ – 5ל' במנוחה ועד ל – 35ל' ויותר אצל ספורטאי סבולת) HRמספר הפעמים שהחדר השמאלי (והימני) מתכווץ בדקה (במנוחה בין 40פ'/ד' לרצי מרתון ועד ל – 100 פ'/ד' ללא מאומנים .במאמץ מרבי כ – 190פעימות לדקה) SVכמות הדם היוצאת מהחדר השמאלי (והימני) לכיווץ יחיד ( בין 80 – 70מ"ל במנוחה ועד כ – 180 מ"ל ויותר אצל ספורטאי סבולת עילית) הגדרות ומושגים נוסחת Fick • • • • צריכת חמצן – VO2 נפח החמצן נצרך על ידי השרירים ורקמות אחרות בגוף נמדד (ומבוטא): במ"ל חמצן לק"ג גוף (יחסי – במנוחה 3.5מ"ל לק"ג גוף לדקה -במאמץ מרבי ספורטאים עד כ – 80מ"ל לק"ג גוף לדקה) מבטא את יכולת שרשרת הנשימה להעביר חמצן מהאוויר אל השרירים הפעילים ד"ר עמוס גרודזינובסקי נוסחת פיק צ"ח = תפוקת הלב X ההפרש בין ריכוז החמצן בעורק ובווריד צריכת חמצן מרבית מצביעה במיוחד על תפקוד המערכת המרכזית ,ריאות ,הלב וכלי הדם ) Vo2 = HR X SV X (A – VO 2 תפוקת הלב נמדדת בליטר לדקה ההפרש בריכוז החמצן נמדד במ"ל O2ל 100 -מ"ל דם )(A – VO2 מצביע על התפקוד הפריפרלי או מקומי משתנים המשפיעים על יכולת המאמץ לטווח ארוך (בין 30דקות לשעה – הספק אירובי) צריכת חמצן מירבית אינזימים סוג סיבי השריר הספק אירובי אנרגיה לטווח ארוך צפיפות הקפילרות ד"ר עמוס גרודזינובסקי גודל ומספר המיטוכנדריו ת צריכת חמצן מרבית – צח"מ • נפח החמצן הגבוה ביותר שהאדם מסוגל לצרוך בעת מאמץ אירובי מרבי • כאשר צריכת החמצן לא עולה על אף הגדלת המאמץ • אינטגרציה בין המערכות המעבירות את החמצן מהאוויר השאוף אל המיטוכונדריה שבשריר צריכת חמצן מאמץ הסעת החמצן מהסביבה החיצונית לשרירים הפעילים חמצן שרירים מערכת ההובלה HRXSV נימות דם ,סוגי סיב, יכולת חימצון איוורור הריאות =Q VO2=Qx(a-v)O2 Ve = F x Vt דו תחמוצת הפחמן צח"מ אבסולוטי ויחסי • • • • • בספורט – ריצה הספורטאי סוחב את כל משקל הגוף כמו ריצה ,שחיה ואופניים מבטאים את צריכת החמצן המרבית יחסית למשקל הגוף – במ"ל לק"ג לדקה צח"מ יחסי בליטר לדקה מצביע על יכולת הלב ריאות וכלי הדם הספק אירובי ()Aerobic Power הצח"מ הוא ביטוי ליכולת האדם לעמוד במאמצים אירובים עד כ – 30ל – 60דקות ,במיוחד ,5,000 10,000מטרים ובמידה מסוימת חצי מרתון חשוב ביותר גם במאמצים קצרים יותר כגון 1,500 הערכת צח"מ • ריצה על מסילה נעה מעלים את קושי המאמץ בהדרגה (מהירות קבועה שיפוע משתנה) עד שהנבדק מפסיק מאפיסת כוחות • קריטריון להגעה לצח"מ – לא מסוגל להמשיך ,ריכוז חומצת חלב לפחות 12מילימול ,דופק מירבי> RQ , ,1.1ההפרש בין תוצאה אחת לשנייה פחות מ 2מ"ל לק"ג לדקה כאשר המאמץ השני הוא קשה יותר • אם לא הושגו הקריטריונים הללו התוצאה היא שיא ( )Peakצריכת חמצן בדיקת צריכת חמצן מרבית 50 40 משך כל מאמץ כ 6-8-דקות כאשר המאמץ קשה ,אין המתאמץ יכול להגיע לקצב יציב ,הדופק מרבי כ - ,190ריכוז ח"ח 14 – 12 ,מילימול ל- 100מ"ל של דם ויותר = RER ,ל – .1.1ויותר ,המשך המאמץ אינו גורם לעליית צ"ח קושי המאמץ 30 20 10 צריכת חמצן במ"ל לק"ג לדקה 60 איוורור הריאות מטבוליזים אירובי שרשרת הנשימה ריכוז המוגלובין נפח הדם ותפוקת הלב זרימת דם פריפרלית הרווחים כתוצאה מפעילות אירובית • • • • • • • עלייה בצח"מ כתוצאה מהסתגלות המערכת המרכזית וההיקפית ירידה באיוורור הריאות לדקה במאמץ תת מירבי נתון ירידה בעלות האנרגטית של שריר הלב במאמץ תת מרבי נתון ירידה ב HRו – BPבמאמץ תת מרבי נתון עלייה בצפיפות הקפילרות בכלי הדם עליה בסף הגירוי של המאמץ לתחילת עלייה בריכוז חומצת החלב בדם עליה בסף הגירוי של המאמץ להופעת סימני מצוקה של מחלות (תעוקת חזה ,תגובה איסכמית של צניחת קטע ,s-tכאבי רגליים משתנה צ"ח ל'/ד' צ"ח מל' לק"ג ד' Q ל'/ד' SV HR פ'/ד' ל'/ד' הפרש בין דם עורקי לורידי מ"ל לדצליטר דם אדם "רגיל" 70ק"ג אינו ספורטאי מנוחה 0.25 6.1 70 87 4.0 3.5 מאמץ מרבי 17.7 35.0 2.50 190 93 14.0 אתלט ברמה עולמית שוקל 70ק"ג מנוחה 0.25 3.5 6.1 45 136 4.0 מאמץ מרבי 5.60 80 35.0 190 184 16.0 ד"ר עמוס גרודזינובסקי צריכת חמצן מרבית לאוכלוסיות שונות (במ"ל לק"ג לדקה) סוג האוכלוסיה סקי למרחקים ארוכים Cross country צח"מ (מ"ל לק"ג לדקה) 83 - 81 רצים בינונים 80-82 רצי מרתון 80 רוכבי אופניים 75 מאוד מוכשרים ללא אימונים מיוחדים (גנטיקה) חותרים 68 - 65 64 - 62 צריכת חמצן מרבית לאוכלוסיות שונות (במ"ל לק"ג לדקה) -המשך סוג האוכלוסייה צח"מ (מ"ל לק"ג לדקה) שחקני כדור 55-60 רצים קצרים (עד )400 56 - 54 תלמידי חינוך גופני )+( 55 – 52 מרימי משקולות 52 - 50 לא מאומנים ,בריאים ,צעירים 45-35 * נשים כ – 20% – 15פחות סף חומצת החלב סח"ח Lactate Thershold מאת :ד"ר עמוס גרודזינובסקי הבעיה • חשבו הפיזיולוגים כי כל מי שיש לו צח"מ גבוה ינצח בריצות בינוניות וארוכות את אלו שיש להם צח"מ נמוך יותר • והסתבר כי בריצות ארוכות 10,000במיוחד חצי מרתון ומרתון לא תמיד זה קרה • הסבר בעזרת הסח"ח (= סבולת אירובית, הצח"מ = הספק אירובי) התנהגות אופיינית • סח"ח מתרחש ברמה של 55% 50% מהצח"מ אצל לא מאומנים בריאים צעירים • אצל מאומנים הסח"ח יכול להתרחש ברמה של 85 ,80ואפילו מעל 90%מהצח"מ 14 10 8 6 4 2 0 100 25 50 75 עוצמת המאמץ %מתוך צריכת החמצן המרבית) 0 ריכוז ח"ח בדם (מילימול/ל') 12 הסבר מתמטי • שני ספורטאים לאחד צח"מ = ל 78-מ"ל לק"ג לדקה ,לשני צח"מ = ל 70-מ"ל לק"ג לדקה • אצל הראשון הסח"ח מתרחש ב – 70% מהצח"מ דהיינו כאשר המאמץ הוא ברמה של צ"ח של 54.6מ"ל לק"ג לדקה • אצל השני הסח"ח מתרחש ברמה של 85%מהצח"מ ,דהיינו 59.5מ"ל לק"ג לדקה החשיבות • לאחר כ 4 , 3-שנות אימון הצח"מ אינו משתפר • לעומת זאת הסח"ח כ %-מהצח"מ משתפר לכל אורך האימון בהתאם לעיקרון התמורה הפוחתת • כלומר המאומן יוכל לרוץ (לשחות ,לרכב על אופניים) ,מהר יותר ,ולאורך זמן ארוך יותר, לפני שהמערכת האנאירובית תיכנס לפעולה ותגרום לחומצת החלב להצטבר בדם ולעייפות יצירת חומצת חלב • = C3H4O3נוסחת מבנה של חומצה פרובית • = C3H6O3נוסחת מבנה של חומצת חלב • ההבדל שני מימנים (אלקטרונים) הגורמים לעליית ריכוז חומצת חלב בדם • במאמצים קלים עד בינוניים למיטוכנדריה יש את היכולת לחמצן חלק גדול מהחומצה הפירובית המגיעה אליה דרך מעגל קרבס לאנרגיה • חשובה כמות החומצה הפירובית המגיעה ביחידת זמן • חומצת החלב ,שבכל אופן נוצרת ,מתחמצנת על ידי השרירים שאינם מתאמצים (למשל הלב) כך שריכוז החומצה בדם לא עולה – המתאמן נמצא בקצב (מצב) יציב הגורמים לעליית ריכוז חומצת חלב בדם • במאמצים קשים כאשר למיטוכנדריה אין את היכולת לחמצן את המימן למים (המימן- אלקטרונים מוסעים על ידי קואונזימים NADH, FADלמיטוכונדריה) • כלומר קצב הגעת החומצה הפירובית הוא מהיר מעבר ליכולת המיטוכונדריה לטפל בה • המימנים מועברים "חזרה" לחומצה הפירובית ההופכת לחומצת החלב וריכוזה בדם עולה. סף חומצת החלב • ריכוז חומצת החלב בדם תלוי: – ביצור ובסילוק • הייצור תלוי בסוג המאמץ ובעוצמתו ,בכושר האירובי (אימון ,תוספת כלי דם בשריר), בגנטיקה (סוגי סיב השריר) ועוד • סילוק על ידי הלב והשרירים שאינם פעילים (וכנראה גם בכבד) ,מותנה בכמות המיטוכונדריות ,אינזימים אירובים ,סוגי סיב השריר סף חומצת החלב • • • • קצב הייצור תלוי גם בסוג סיב השריר המגויס למאמץ בסיב המהיר (הסיב הלבן) המגויס כאשר המאמץ עולה יש את האינזים Lactate Dehydrogenage LDH אינזים זה "מעדיף" ייצור של חומצת חלב מחומצה פירובית סף חומצת החלב • אם כך עקב הסיבות הנ"ל ריכוז חומצת החלב בדם עולה ככל שהמאמץ נעשה קשה יותר מעבר לסף ח"ח • ככל שהיכולת הארובית גבוהה יותר הריכוז עולה במאמץ אירובי גבוה יותר • כי גנטית יש לרץ יותר סיבים אדומים • או עקב אימון הסיבים הלבנים מגויסים מאוחר יותר סח"ח ו OBLA -הגדרה • סח"ח הרמה הגבוהה ביותר של מאמץ אירובי( -צריכת החמצן הגבוהה ביותר) ,שאינו גורם לעליה ברורה של ריכוז חומצת החלב בדם מעל רמת המנוחה (או המאמץ הנמוך ביותר שגרום לעליה חדה של ריכוז חומצת החלב בדם מעל רמת המנוחה) .רמת מנוחה = ל – 1מילימול לכל 100מ"ל של דם (לערך) • נקודת ה – Onset 0f Blood Lactate ( OBLA )Accumulationרמה שרירותית של 4מילימול של ריכוז חומצת חלב בדם .במאמצים מעל רמה זו רוב (תוספת האנרגיה מעבר לאירובי) האנרגיה המסופקת למאמץ מגיעה ממקורות אנאירוביים) 12 10 צריכת חמצן מאמץ מרבי 4 ח"ח בדם צריכת חמצן מרבית 3 צריכת חמצן ל'/ד' 2 8 ריכוז חומצת חלב בדם 6 מ"ל/ל' 4 1 2 0 12 8 10 תנאי מאמץ %שיפוע (מהירות קבועה 10קמ"ש) 6 4 2 מנוחה 10.0 סף אירובי OBLA נקודת השבירה של חומצת החלב סח"ח 5.0 2.5 ריכוז ח"ח בדם (מילימול/ל') 4מילימול/ל' עוצמת המאמץ 7.5 משמעותו של סח"ח נמוך ויכולתו שהאדם לבצע מאמצים ארוכים • • • • כאשר הספקת ATPנעשית דרך המערכת האירובית המהירות עולה ללא עליה מקבילה בריכוז ח"ח בדם חוסר ביכולת המיטוכונדריה ליצור ATP אירובית המערכת הגליקוליטית (האנאירובית) נכנסת לפעולה מייצרת ,ATPריכוז ח"ח בדם עולה ועייפות מתרחשת קצב הנשימה עולה (היפרוונטילציה) לסילוק מוגבר של ה CO2העוזר להורדת ח"ח בדם, עוזר חלקי הריכוז עולה ומתחילה "התמוטטות" סח"ח ומאמץ גופני • • • • קינדרמן מציע שלוש רמות של מאמצים (לרצי 10,000 ומעלה) סף גירוי אירובי (סח"ח) 2מילימול מתאים למאמצים בין אימונים השפעה על לב ריאה וכלי הדם ,דופק כ – ,150 משך מאמץ שעה ומעלה מעבר בין אירובי ואנאירובי – בין 2ל – 4מילימול ,דופק כ – 170משפיע גם על השרירים – מערכת היקפית סף אנאירובי ( 4 )OBLAמילימול ומעלה דופק 180 ומעלה ,עד כ – 45דקות השפעה מקומית(שרירים). 10.0 7.5 אנאירובי סף אנאירובי ריכוז ח"ח בדם (מילימול/ל' OBLA 4.0 מעורב מעבר אירובי -אנאירובי 2.5 סף אירובי /סח"ח אירובי עוצמת המאמץ) הסברים פיזיולוגים לשלושת הרמות • רמה :1ריכוז ח"ח אינו עולה משמעותית ,מקורות האנרגיה הן בעיקר חומצות השומן ומעט גליקוגן – גלוקוז – סילוק וייצור שווים • רמה :2ריכוז ח"ח עולה במשך כ – 15דקות ראשונות מתייצב ואפילו יורד מעט ,מקורות אנרגיה גליקוגן- גלוקוז ,חומצות שומן חופשיות • רמה :3מאמצים קרובים או ברמת הצח"מ ,ריכוז חומצת החלב עולה בהתמדה עד לתשישות ,מקורות אנרגיה גלוקוז (דרך גליקוזה אנאירובית) ,גליקוגן (ריקון המקורות מסיבי השריר) מעט שומנים ריכוז ח"ח בדם מילימול/ל' ריכוז ח"ח לספורטאים עם יכולת אירובית שונה 14 12 10 8 6 4 2 24 22 20 18 16 14 12 10 8 מהירות המסילה בקמ"ש עם שיפוע של 1.5% השפעות האימון • לזכור עליית ריכוז ח"ח מתרחשת כאשר המיטוכונדריה אינה יכולה "לטפל" בכמויות הגדולות של החומצה הפירובית המגיעות לתאים ואז האלקטרונים (המימנים) נקלטים על ידי החומצה הפירובית ההופכת לחומצת חלב. • אימון גורם להגדלת כמות המיוגלובין בשריר ,כמות כלי הדם המגיעים לשריר ,גודל ומספר המיטוכונדריות, הגדלת כמות האינזימים האירוביים .כתוצאה מהכך הסח"ח מתרחש ב %גבוה יותר מהצח"מ או במהירות גבוהה יותר של ריצה (שחיה ,אופניים וכו') התרסה נשימתית של ח"ח • למעשה כל חומצת החלב המגיעה לדם מהשריר הופכת ללקטאט (יון של חומצת החלב) ,כדלקמן: Na Lactate + H2CO3 H2O + CO2 Lactic acid + NaHCO3 • תודה על ההקשבה ד"ר עמוס גרודזינובסקי ()Ph.D.