Transcript Obecná fyziologie dálkaři 2013
Fyziologie pro Mgr. distanční studia
PhDr. Michal Botek, Ph.D.
Fakulta tělesné kultury, UP Olomouc
Tato prezentace byla zpracována v rámci řešení projektu FRVŠ (823/2013) s názvem Implementace poznatků z diagnostiky autonomní kardiální regulace a kardiopulmonálního systému do výuky na Fakultě tělesné kultury UP a Fakultě sportovních studií MU
Metabolismus
METABOLISMUS
… přeměna látek v organismu … Katabolismus Anabolismus proces, při kterém z látek složitějších vznikají látky jednodušší + energie a teplo proces, při kterém z látek jednodušších vznikají látky složitější - energie ? Během zatížení bude převládat v organismu anabolismus x katabolismus ?
ENERGETICKÉ SYSTÉMY
ATP, ATP – CP komplex (makroergní fosfáty): nejrychlejší (pohotovostní) zdroj energie , ALAKTÁTOVÝ ZDROJ ATP ANAEROBNÍ ZISK ATP zpracování pouze cukrů (glykogen a glukóza) LAKTÁTOVÝ systém
AEROBNÍ (KYSLÍKOVÝ) ZISK ATP: zpracování cukrů, tuků i bílkovin (aminokyselin) Krebsův cyklus , dýchací řetězec ALAKTÁTOVÝ SYSTÉM
ENERGETICKÉ SYSTÉMY
jediným PŘÍMÝM zdrojem energie pro svalovou činnost je chemická látka ADENOZINTRIFOSFÁT – ATP !!!
ATP ADP + P i + energie Obnova ATP ADP + CP ATP + C* a teplo
ATP: přirozená koncentrace ve svalu stačí pro činnost v trvání 1–1,5 s
ATP – CP: kreatin fosfát (CP) zásobárna energie pro ,,dobití“ ATP* (2 s)
ANAEROBNÍ ZISK – ATP
300 – 500 g GLYKOGEN A GLUKÓZA
3 ATP
Pyruvát
2 ATP
ATP + LAKTÁT : RYCHLÁ, ale NEHOSPODÁRNÁ cesta k získání ATP,
PUFROVACÍ (NÁRAZNÍKOVÝ) SYSTÉM
Laktát pH H + + HCO 3 H 2 CO 3 H 2 CO 3 CO 2 + H 2 O
CO
2
v KRVI
vede ke
zvýšení CO
2
vydechovaném vzduchu
a tím ke ve
zvýšení ventilace
!
Laktát může být ve svalové tkáni, kde byl vytvořen (většinou bílá svalová vlákna ) nebo ve tkáni, do které se dostal krví a) buď zpátky oxidován na pyruvát a rozložen v mitochondriích (Krebsově cyklu) na CO2, H2O a energii ,
AEROBNÍ ZISK – ATP 36 ATP
sacharidy, lipidy, proteiny mitochondrie Pyruvát KREBSŮV CYKLUS CO 2 H 2 O
AEROBNÍ VZNIK ENERGIE = POMALEJŠÍ ALE EFEKTIVNĚJŠÍ !!!
SACHARIDY LIPIDY /FFA/ Acyl Co A + karnitin Acetyl Co A 36 ATP + CO 2 + H 2 O 8,5n – 7 ATP
Využití energie v organismu
BAZÁLNÍ METABOLIZMUS TRÁVENÍ A VSTŘEBÁVÁNÍ SVALOVOU PRÁCI REGULACI TĚLESNÉ TEPLOTY (termoregulace)
• • • •
Lidský organismus má k dispozici relativně velké množství energie : Zásobní cukr glykogen (muž o hmotnosti 70 kg má asi 500 g glykogenu, z toho 400 g ve svalech a 100 g v játrech – poskytuje energii asi 2500 kcal). Glukóza v krvi (asi 20 g = 100 kcal) Tuk (asi 112.000 kcal, tj. asi 80% všeho paliva v těle) Proteiny (asi 25.000 kcal, tj. asi asi 18%) nejsou běžně využitelné
ENERGETICKÝ METABOLISMUS
•
KALORIE (cal, malá kalorie, gram kalorie) Množství energie zvyšující teplotu 1 g vody z 15 na 16 o C.
Kilokalorie = kcal = 1000 cal = 4,18 kJ
ENERGETICKÝ METABOLISMUS
• •
KALORIMETRIE PŘÍMÁ KALORIMETRIE Běžná potrava
sacharidy = 4,1 kcal/g tuky = 9,3 kcal/g proteiny = 5,3 kcal/g
SPALNÉ TEPLO
ENERGETICKÝ METABOLISMUS
NEPŘÍMÁ KALORIMETRIE
Měření spotřeby kyslíku (VO 2 ), která je úměrná množství vydané energie za jednotku času (s výjimkou situací, kdy vzniká a je splácen kyslíkový dluh).
Přibližně a obecně - 1 litr O 2 uvolní
4,82 kcal
ENERGETICKÝ METABOLISMUS RQ proteinů je asi 0,82 (složitý výpočet - N!)
RQ celkem = 0,82 RQ sacharidů = 1,00 RQ tuků = 0,70 RQ proteinů = 0,82
BAZÁLNÍ METABOLISMUS (BMR) Potřeba energie pro udržení všech vitálních funkcí
1.
2.
3.
BAZÁLNÍ METABOLISMUS závisí na povrchu těla (tělesná výška a hmotnosti) věku (věkem se snižuje) pohlaví (žena menší – tuk menší metabolismus než svaly ) Zdravý dospělý muž mladšího věku
.
BMR = 40 kcal/m 2 /hod
.
= 2000 kcal/den
BAZÁLNÍ METABOLISMUS (BMR)
Dospělý muž asi 40 kcal/m 2 /hod (tzn. asi 2000 kcal/24 hod) Ženy -nižší Starší - nižší (kg) (cm) (roky) BMR muži = 66 + (13,7 . hmotnost) + (5,0 . výška) - (6,8 . věk) BMR ženy = 655 + (9,6 . hmotnost) + (1,85 . výška) - (4,7 . věk)
BAZÁLNÍ METABOLISMUS (BMR)
• •
VLEŽE, KLID, NEUTRÁLNÍ TEPLOTA OKOLÍ 12 - 14 HODIN PO JÍDLE, 24 HODIN BEZ VYČERPÁVAJÍCÍ TĚLESNÉ PRÁCE ve spánku ještě klesá
Transportní systém
(Wasserman, 1999)
O 2 ATP CO 2 O 2 CO 2
DÝCHÁCÍ SYSTÉM
Fce:
-
Výměna plynů mezi vnitřním a vnějším prostředím = VENTILACE
-
okysličování krve a odvod CO 2 = RESPIRACE
Dýchání pomocí dýchacích svalů Průdušnice se větví na průdušky a průdušinky
Průdušinky ústí do plicních sklípků Průdušnice se větví na průdušky a průdušinky
Průdušinky ústí do plicních sklípků Plicní sklípky jsou obklopeny plicními kapilárami
DECHOVÉ OBJEMY
Nádechový rezervní objem asi 1,5 - 2,5 l Dechový objem asi 0,5 l
VITÁLNÍ KAPACITA 3,0 - 5,0 l
Výdechový rezervní objem asi 1,0 - 2,0 l
Fce:
Srdce a krevní oběh
-
SRDCE = pumpa vypuzující krve do krevního oběhu.
-
KREVNÍ OBĚH = vede krev ke svalům a pracujícím orgánům
-
KREV = zejména transport živin, O 2 , CO 2
Krevní oběh
Tvořen: 1) Tepny (artérie) – vedou krev od srdce 2) Kapiláry – předávají O 2 (a odebírají CO 2 ) svalům a tělesným orgánům.
3) Žíly (vény) – vedou směrem k srdci
srdce plíce
Malý plicní oběh
Pravá síň - pravá komora plicní tepna - plicní tepénky - arterioly vlásečnice plicních sklípků (nasytí se kyslíkem a odevzdá se oxid uhličitý) venuly - žilky - 4 plicní žíly - levá śíň
srdce plíce
Velký oběh
Levá síň - levá komora aorta - tepny - tepénky arterioly- kapiláry (odevzdá kyslík a nasytí se oxidem uhličitým) kapiláry - venuly - žilky žíly - horní a dolní dutá žíla - pravá síň
kapiláry žíly žíly z těla srdeční sval plicní tepny tepny tepny do těla žíly z plic
Krev
Funkce:
•
transportní
•
udržování stálosti vnitřního prostředí
•
obranná (imunitní)
Krevní plazma
• •
Anorganické látky ( sodík, chlór ) Organické látky
–
bílkoviny
• • • •
vážou vodu přenašeči hormonů obrana organismu - imunoglobuliny účastní se srážení krve
–
krevní cukr (glukóza)
–
močovina
–
atd.
• •
Formované krevní elementy
Červené krvinky (erytrocyty) – 4,5 mil.mm
3 přenos kyslíku a oxidu uhličitého mezi plícemi a tkáněmi a udržování stálého vnitřního prostředí, obsahují červené krevní barvivo hemoglobin, na který se vážou transportní plyny
• •
Bílé krvinky (leukocyty) 4-7 tis.mm
3 součást specifického (lymfocyty) i nespecifického obranného systému - účastní se na alergických a imunitních reakcích, fagocytóza
• •
Krevní destičky (trombocyty) zajišťují srážení krve 300-400 tis.mm
3
POHYB = STRESOR
STRESOR a STRES – narušení homeostázy Akutní odpověď organismu AKTIVACE STRESOVÉ OSY snížení aktivity PARASYMPATIKU a zvýšení SYMPATIKU + vyplavení KATECHOLAMINŮ / Adrenalin + Noradrenalin / ADRENERGNÍ RECEPTORY α 1 ; α 2 ; β 1 ; β 2 REDISTRIBUCE KRVE ↑↑↑ METABOLISMU
REDISTRIBUCE KRVE Rozšíření svalových tepen + zúžení útrobních tepen (účinek A – kombinace NA β adrenergní ) (α adrenergní) a A REDISTRIBUCE krve z útrob do svalů při zátěži KLID ZATÍŽENÍ
KLID
Cévy svalů Cévy břicha
ZÁTĚŽ
Zesílení vlivu katecholaminů Cévy svalů Cévy břicha
ŘÍZENÍ METABOLISMU
o neurohumorální regulace (ANS + hormonální systém) o odpověď závisí :
DÉLKA + INTENZITA (50 % VO 2 max změny v ANS) : TRÉNOVANOST + VNĚJŠÍ PODMÍNKY NADH FADH Schéma převzato z Máček & Radvanský (2011)
HORMONÁLNÍ ŘÍZENÍ METABOLISMU
o sekrece hormonů se odvíjí od INTENZITY ZATÍŽENÍ o > 50 VO
2 max = odpověď jako POPLACHOVÁ REAKCE (SY+KA) !!! ZATÍŽENÍ = KATABOLICKÉ LADĚNÍ METABOLISMU !!!
ZVÝŠENÁ POTŘEBA ENERGIE PRO PRACUJÍCÍ SVALY
o
↑↑ SEKRECE HORMONŮ: Adrenalin (glykolýza + lipolýza) Somatotropin (lipolýza) Glukagon (glykolýza) ACTH – Kortizol (lipolýza, proteolýza) ZISK ATP ??? SMYSL LIPOLÝZY + UTILIZACE LAKTÁTU ???
o ↓ SEKRECE HORMONŮ:
Inzulín (nejsilnější anabolický hormon)
ČINNOST SRDCE
Naplnění (komor nebo síní)
=
DIASTOLA Vyprázdnění (komor nebo síní)
=
SYSTOLA Za klidových podmínek: SF: 60 – 80 tep/min (trénovaný 40-55) SV: systolický objem 70ml (trénovaný 120ml) MSV = SF x SV 4 900 = 40 x 120 Při maximální intenzitě: u plavců SFmax nižší SF: 220 – věk nebo test vita maxima SV: 130ml 26 000 (ml) = 200 x 130 Trénovaný až 30L
RELATIVNÍ ZATÍŽENÍ OBĚHU MTR – maximální tepová rezerva (SF max – SF klid ) x intenzita zatížení (%) + SF klid
Příklad:
(200 – 50) x 0,5 + 50 = 125 tep/min (50% MTR)
Předsíň Konec naplnění komory Endsystolický objem komora Endiastolický objem Konec vyprázdnění komory Systolický objem cévy
Předsíň Konec naplnění komory Endsystolický objem komora Endiastolický objem Konec vyprázdnění komory Systolický objem cévy
Předsíň Konec naplnění komory
End-diastolický
komora Konec vyprázdnění komory
↑ EJEKČNÍ FRAKCE ↑ = SV / EDV ( 70 / 100) SV = EDV - ESV
↓
End-systolický
cévy
Minutový objem = SV x HR 80 tepů / min . HR = tepová frekvence
MONITOR SRDEČNÍ FREKVENCE + GPS
okamžitou kontrolu SF během tréninku zatížení v individuálně definovaných tréninkových zónách
zvýšit efektivitu tréninkového zatížení lokalizace polohy a průběh zatížení
FYZIOLOGICKÁ KŘIVKA
MONITOR SRDEČNÍ FREKVENCE + GPS
RELATIVNÍ ZATÍŽENÍ OBĚHU MTR – maximální tepová rezerva (SF max – SF klid ) x intenzita zatížení (%) + SF klid
Příklad:
(200 – 50) x 0,5 + 50 = 125 tep/min (50% MTR)
Hodnocení adaptability/trénovatelnosti
na základě změn v SF, které ovlivňuje aktivita ANS
metoda SA HRV, doba trvání cca. 20 min
Sympatikus zrychluje srdeční akci Horní dutá žíla Síňový uzlík Pravá síň Síňokomorový uzlík Pravé a levé raménko Parasympatikus zpomaluje srdeční akci Převodní systém srdce Levá síň Purkyňova vlákna
Autonomní nervový systém sympatikus parasympatikus (n. vagus) Zrychluje SF SF=71 65 69 71 72 Zpomaluje SF VARIABILITA SRDEČNÍ FREKVENCE – (HRV)
VYSOKÁ HRV REDUKOVANÁ HRV
Diagnostickým systém VarCor PF8
DUKLA 2010
Využití SA HRV ve sportovní oblasti
Pro
optimalizaci
zatížení a minimalizuje riziko vzniku přetížení nebo přetrénování
Pro objektivní hodnocení míry vnitřního zatížení organismu a tím i aktuální tréninkové kapacity sportovce
Pro hodnocení
průběhu a kvality zotavení
a stanovení optimálního začátku tréninku („timing“ tréninku a zotavení).
Při výběru talentovaných (,,trénovatelných“) sportovců nebo
nákupu
nových sportovních akvizic.
Pro hodnocení
průběhu aklimatizace
při pobytu ve vyšší nadmořské výšce
DÝCHACÍ SYSTÉM
DÝCHACÍ SYSTÉM ZA BĚŽNÝCH PODMÍNEK Za klidových podmínek Při maximální intenzitě DV = 0,5 l, DF = 10 - 15/min vitální kapacita VC = 5 l VC u elitních plavců – až 7 l DFmax = 50 - 60/min VENTILACE (V) = DV x DF Za klidových podmínek: 5 - 8 l/min Maximálně: 200 l (při vyšší DF nelze využívat celé vitální kapacity, maximálně 60%)
DÝCHACÍ SYSTÉM
DÝCHACÍ SYSTÉM ZA BĚŽNÝCH PODMÍNEK Za klidových podmínek Při maximální intenzitě DV = 0,5 l, DF = 10 - 15/min vitální kapacita VC = 5 l VC u elitních plavců – až 7 l DFmax = 50 - 60/min VENTILACE (V) = DV x DF Za klidových podmínek: 5 - 8 l/min Maximálně: 200 l (při vyšší DF nelze využívat celé vitální kapacity, maximálně 60%)
Podpůrně pohybový aparát člověka
Svaly
Příčně pruhované (kosterní) 1 Sval 2 Svazky svalových vláken 3 Krevní cévy 4 Jádro svalové buňky 5 Myofibrila 6 Svalové vlákno
A) Hladké svaly (útrobní) Nejsou řízeny vůlí (např. svalstvo střevní stěny) B) Myokard Sdružuje vlastnosti svalstva hladkého i příčně-pruhovaného
Typ svalového kontrakce izometrická
- nemění se délka - statická zátěž
izotonická
- nemění se napětí - dynamická zátěž - koncentrická × excentrická
auxotonická
- kombinace obou typů
Typy svalových vláken
TYP I. – pomalá (slow oxidative) : vyšší obsah myoglobinu : větší počet mitochondrií, enzymy aerobního metabolismu : odolávají únavě, vysoce kapilarizované
TYP II. A – rychlá oxydativní (fast oxidative) : snižuje se obsah myoglobinu : vyšší počet glykolytických enzymů než v I.
: méně kapilarizovaná
TYP II. B – rychlá glykolytická (fast glycolitic) : vysoká koncentrace a aktivita glykolytických enzymů : rychle unavitelná : vysoká schopnost generovat svalovou sílu
ÚNAVA
FYZIOLOGICKÁ PATOLOGICKÁ
Fyziologické příčiny únavy: ENERGIE - HOMEOSTÁZA
↓ energetických substrátů (ATP, CP, GLu, GLy) kumulace katabolitů a INT hydrolýza ATP ve svalové b.
anaerob. vznik ATP ↑ H + ↓pH ↓ enzymatické činnosti porušená acidobazická a iontová rovnováha
(Na + ,K + , Ca 2+ Mg 2+ ,Cl , La , Pyr )
SID, hyponatrémie
Radvanský & Vančura (2007)
PROJEVY ÚNAVY
SUBJEKTIVNÍ : předchází objektivní únavu projevy : svalová slabost, neochota pokračovat v pohybu, závratě, nauzea hodnocení: Borgova škála (0-10; 6-20) OBJEKTIVNÍ : je měřitelná (koncentrace La, CP, Glu, Gly, analýza dechových plynů, SF) projevy : snížená koordinace, pokles výkonu
PATOLOGICKÁ ÚNAVA
přepětí, přetížení, schvácení, krátkodobé přetrénování Syndrom přetrénování
SYNDROM PŘETRÉNOVÁNÍ
Sympatikotonická forma Silově – rychlostní sporty Parasympatikotonická forma Vytrvalostní sporty
o narušený spánek o snížená chuť k jídlu o pokles hmotnosti o klidová tachykardie o
vyšší bazální metabolismus
o zpomalení regenerace o deprese o svalový třes • abnormální únava • klidová bradykardie • flegmatičnost • snížená citlivost na A+NA • zpomalená reakční doba • snížená hladina glukózy během
zatížení Pokles výkonnosti a ztráta sportovní formy !!!
Termoregulace
Termoregulace je schopnost organismu udržovat stálou optimální teplotu (kolísání 35,8 o C - 37 o C).
Tvorba tepla zejména v játrech a ve svalech, většinou jako vedlejší produkt při látkové výměně.
• • • •
Výdej tepla sáláním (v podobě infračervených paprsků) vedením (voda odvádí teplo lépe než vzduch) prouděním (vítr) odpařováním (pot)
Mechanismy zvyšování tělesné teploty
• • •
Zúžení podkožních cév „Husí kůže“ Zvýšení tvorby tepla
–
svalový třes
–
hormony štítné žlázy
2. Pocení snižuje plazmatický objem; výsledkem je zvýšení koncentrace krve a zvýšení krevní osmolality 1. Pohybová aktivita podporuje pocení 3. Zvýšení osmolality krve stimuluje hypotalamus 4. Hypotalamus stimuluje zadní lalok hypofýzy 5. Zadní lalok hypofýzy produkuje ADH.
6. ADH působí na ledviny, zvyšuje prostupnost renálních tubulů a sběrných kanálků pro vodu; výsledek = zvýšená reabsorpce vody.
7. Objem plazmy se zvyšuje a osmolalita krve klesá.
Mechanismus, kterým ADH chrání organismus před ztrátou vody.
ŽLÁZY Z VNITŘNÍ SEKRECÍ – HORMONÁLNÍ SYSTÉM hypofýza brzlík šišinka štítná žláza slinivka břišní nadledviny Všechny funkce organismu řízeny a kontrolovány systémy
nervovým
humorálním (hormonálním)
imunitním pohlavní žlázy
•cílený efekt •specifičnost •vysoká účinnost
Osa Hypotalamus – Hypofýza regulační hormony : Slinivka břišní (pankreas) : inzulin, glukagon : metabolismus cukrů Varlata : Testosteron : mužské sek. pohl. znaky : anabolický efekt : růst svalové hmoty : zesiluje kosti Štítná žláza : hormony T3, T4 : ovlivnění metabolismu Příštitná tělíska Parathormon – ovlivňuje Ca 2+ Nadledviny : kůra – kortizol : proteokatabolismus : protizánětlivé účinky, ↓ imunitu : dřeň : A+NA : KVS, metabolismus Vaječníky: Estrogeny : ženské sek. pohl. znaky : ukládání tuku : menstruační cyklus:
Ledviny
•
párový orgán
•
přefiltrují 1700 l krve/den (primární moč 130-170 L/den)
•
vyloučí 1,5 l koncentrované tekutiny s odpadními látkami
•
vylučují z těla škodlivé látky (zplodiny látkové výměny), cizorodé látky (léky), příliš koncentrované látky (ionty, glukóza).
•
udržují stálý objem a složení mimobuněčné tekutiny
•
produkují hormony (renin a erytropoetin) a aktivují vitamín D
•
regulují krevní tlak
POZOR!
Při intenzivní fyzické zátěži klesá prokrvení ledvin ( redistribuce krve ) a snižuje se tvorba moči (takřka až k nule)
Trávící soustava
Funkce trávící soustavy
• • • • •
příjem živin mechanické a chemické zpracování vstřebávání jednotlivých látek do organismu odvádění nestrávených zbytků a nadbytků z organismu umožňuje látkový metabolismus
Stavba trávící soustavy
• • • • • •
Dutina ústní Hltan Jícen Žaludek Tenké střevo Tlusté střevo
Při sportovním výkonu jsou orgány břicha odkrveny, krev je přesunutá do pracujících svalů =
REDISTRIBUCE KRVE
Jak urychlit proces zotavení (regeneraci)?
…
pitný režim
, …
přijímání tekutin v průběhu zatížení :
hypotonický nápoj, ionty a sacharidy
přijímání tekutin ve fázi zotavení:
úkolem je především rehydratace organismu
hypo i izotonický nápoj s obsahem sacharidů, vit. a minerálů převážně K +
kompletní rehydratace trvá i několik hodin!!!
(kontrola)
Jak urychlit proces zotavení (regeneraci)?
…
strava a suplementy
, …
po ukončení zatížení:
•
antioxidanty (vit. C, E, ß - karoten, koenzym Q 10 )
•
sacharidy (maltodextrin, müsly, sacharidový nápoj, banán, …)
•
aminokyseliny ( např . BCCA )
•
proteiny přijímat s odstupem 1,5 až 2hod od ukončení zatížení
•
normální potraviny konzumovat také s odstupem 1,5 až 2hod
•
!!! strava sportovce by měla být pestrá a hlavně vyvážená !!!
Jak urychlit proces zotavení (regeneraci)?
…
obnova glykogenu
, …
zásobní palivo pro svalovou práci
u dospělého člověka 300 – 500g
resyntéza je nejrychlejší do 12hod po zatížení Zásady pro rychlejší resyntézu :
1) normalizace pH ve svalu (aktivní odpočinek) 2) vyplavení katabolitů (laktát) z pracujících svalů 3) dostatečný příjem sacharidů
(rýže, těstoviny, brambory, pečivo,…)
Zotavení superkompenzace
: je proces, kdy ,, jsou obnoveny nejen spotřebované energetické rezervy , ale přechodně vytvořeny i nové , které přesahují výchozí hodnoty energie před zahájením zatěžování organismu.“
(Lehnert, Neuls & Novosad, 2001)
:
čím větší je narušení homeostázy, tím je větší a delší superkompenzace!