FIZJOLOGIA (V WYKŁAD, 24.03.2011)

I. Rodzaje skurczów mięśni szkieletowych

Pojedyncze pobudzenie błony komórki mięśniowej, przejawiające się potencjałem czynnościowym trwającym kilka milisekund (5 ms), wyzwala skurcz pojedynczy.

Pobudzenie mięśnia seria bodźców, w której przerwa między bodźcami jest krótsza niż cały czas skurczu, to mięsień wykona skurcz tężcowy. Jeżeli następne (kolejne) pobudzenie następuje w momencie, gdy mięsień zaczął się już rozkurczać, to mięsień wykona skurcz tężcowy niezupełny.

Skurcz tężcowy zupełny występuje wtedy kiedy bodźce pobudzają mięsień w odstępach czasu krótszych niż trwa skurcz pojedynczy.

W czasie skurczu izotonicznego komórki mięśniowe skracają się i cały mięsień ulega skróceniu , jego napięcie zaś nie zmienia się. Przyczepy mięśnia w układzie szkieletowym zbliżają się do siebie.

Skurcz izometryczny charakteryzuje się zwiększeniem napięcia bez zmian jego długości. Przyczepy mięśnia w układzie szkieletowym nie zmieniają swojej odległości.

Ruchy kończyn i całego ciała są spowodowane przede wszystkim skurczami tężcowymi mięśni szkieletowych o typie skurczów auksotonicznych, czyli z jednoczesnym zbliżeniem przyczepów i zwiększeniem napięcia.

II. Wysiłek fizyczny - praca mięśni szkieletowych wraz z całym zespołem towarzyszących jej czynnościowych zmian w organizmie.

a) Charakter procesów zachodzących w pracujących mięśniach i innych narządach w czasie wysiłku zależy od:

- rodzaju skurczów mięśni,

- wielkości grup mięśniowych zaangażowanych w wysiłku,

- czas trwania wysiłku,

- intensywności pracy.

b) Zdolność wykonywania wysiłku fizycznego zależy od:

- procesów energetycznych, które są podstawą każdego wysiłku, w tym wykorzystanie metabolizmu tlenowego i beztlenowego jako źródła energii do pracy oraz od wielkości mięśniowych i pozamięśniowych rezerw substratów energetycznych, a także od regulacji neurohormonalnej wykorzystania tych substratów,

- koordynacji nerwowo- mięśniowej, szybkości, siły i umiejętności technicznych,

- sprawności termoregulacji,

- czynników psychologicznych i motywacji do pracy.

c) W zależności od rodzaju skurczów mięśni:

- wysiłki dynamiczne - wykonywane są z przeważającym udziałem skurczów izotonicznych ( w takim skurczu włókien mięśniowych zmienia się długość mięśnia, a napięcie mięśnia pozostaje bez zmian) i krótkotrwałych skurczów izometrycznych np. bieg, jazda na rowerze,

- wysiłki statyczne - wysiłki wykonywane z przewagą aktywności mięśni gdzie dłużej utrzymywane są podczas wysiłku skurcze izometryczne ( w takim skurczu mięśni wzrasta napięcie mięśni, ich długość nie ulega zmianie) np. utrzymywanie ciężaru.

d) W zależności od wielkości grup mięśniowych zaangażowanych w wysiłku wyróżnia się:

- wysiłki lokalne - obejmujące mniej niż 30% całej masy mięśni ( jedna lub obie kończyny górne)

- wysiłki ogólne - ponad 30% masy mięśni ( obie kończyny dolne)

e) W zależności od czasu wykonywania pracy:

- krótkotrwałe - do kilkunastu minut

- o średniej długości - od kilkunastu minut do 30-60 minut

- długotrwałe - dłużej niż 60 minut

Tabelka:

Obciążenie organizmu	Pobieranie tlenu (w l/min)	Częstość skurczów serca (/min)	Temperatura ciała (^0C)
Bardzo małe	0,5	75
Małe	0,5 - 1,0	75 - 100	37,0 - 37,5
Średnie	1,0 - 1,5	100 - 125	37,5 - 38,0
Duże	1,5 - 2,0	125 - 150	38,0 - 38,5
Bardzo duże	2,0 - 2,5	150 - 175	38,5 - 39,0
Krańcowo duże	> 2,5	> 175	> 39,0

f) W zależności od procesów energetycznych:

- wysiłki beztlenowe

- wysiłki tlenowe

- wysiłki tlenowo- beztlenowe

g) Wskaźniki ciężkości pracy:

- bezwzględne

- względne

Klasyfikacja ciężkości pracy na podstawie wydatku energetycznego:

Wydatki energii (kJ/ min)

Praca	Mężczyźni	Kobiety
Lekka	8,4 - 20,5	6,3 - 14,2
Umiarkowanie lekka	20,9 - 30	14,7 - 22,6
Ciężka	31,4 - 41,4	23,0 - 30,0
Bardzo ciężka	41,9 - 51,9	31,4 - 39,3
Niezwykle ciężka	> 52	> 39,8

h) Wydolność fizyczna - zdolność do ciężkich lub długotrwałych wysiłków fizycznych wykonywanych z udziałem dużych grup mięśniowych, bez szybko narastającego zmęczenia i warunkujących jego rozwój zmian w środowisku wewnętrznym organizmu. Pojęcie to również obejmuje również tolerancję zmian zmęczeniowych i zdolności do szybkiej i likwidacji po zakończeniu pracy.

i) Tolerancja wysiłkowa - zdolność do wykonywania określonych wysiłków bez głębszych zakłóceń homeostazy lub zaburzeń czynności narządów wewnętrznych.

Miarą wydolności fizycznej jest czas wykonywania tego wysiłku do momentu wyczerpania się zdolności wysiłkowych.

Miarą tolerancji wysiłkowej jest czas pojawienia się pierwszych objawów jakiś zaburzeń.

Pułap tlenowy/ wydolność aerobowa (VOmax) - wskaźnik zdolności do pobierania tlenu przez organizm. Mówi o tym, jaką mamy maksymalną wydolność.

j) Obciążenia względne - oznacza proporcję pomiędzy zapotrzebowaniem na tlen podczas wykonywania pracy a maksymalnym pochłanianiem tlenu prze organizm ( VO2 max).

k) Wysiłek maksymalny - wysiłki, podczas których zapotrzebowanie na tlen jest równa indywidualnej wartości ( VO2max)

Wysiłek supramaksymalny - zapotrzebowanie na tlen przekracza ( VO2max)

Wysiłek submaksymalny - zapotrzebowanie na tlen mniejsze niż ( VO2max)

Klasyfikacja ciężkości pracy na podstawie wielkości obciążenia względnego ( % VO2max)

praca	% VO2max
lekka	<10%
średnio ciężka	10-30%
ciężka	30-50%
bardzo ciężka	>50%

Wysiłki submaksymalne - są to wysiłki tlenowe, długotrwałe, duża ilość energii pochodzi ze spalania wolnych kwasów tłuszczowych. Kobiety radzą sobie lepiej w tego typu wysiłkach, gdyż mają więcej tkanki tłuszczowej.

Skala subiektywnej oceny ciężkości pracy w punktach według Borga:

punkty	praca
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20	wyjątkowo lekka bardzo lekka dosyć lekka dosyć ciężka ciężka bardzo ciężka niezwykle ciężka

l) Z punktu widzenia statycznego jak oceniać ciężkość:

- kryterium bezwzględne - wielkość ciężaru podnoszonego

- kryterium względne - wielkość siły zaangażowanej w czas wykonywania oporu, która wyrażona jest w % siły uzyskiwanej podzas maksymalnego skurczu dowolnego ( Maxima voluntary contr action - MVC)

Wysiłki przy użyciu siły nie przekraczającej 15% MVC - wysiłki lekkie, 15-30% MVC - wysiłki średnio ciężkie, 30-50% MVC - wysiłki ciężkie, powyżej 50% MVC - wysiłki bardzo ciężkie.

III. ATP musi być resyntezowane. ATP powstaje w procesach energetycznych: glukoza, kwasy tłuszczowe, aminokwasy.

Składniki energetyczne i budulcowe CO₂ + H₂O

glukoza, aminokwasy

kwasy tłuszczowe Oddychanie wewnętrzne

ADP + P ATP

BIOSYNTEZA TRANSPORT RUCH

a) Energia wyzwalana w czasie rozpadu ATP zostaje zużyta na:

1. Transport aktywny jonów i substancji drobnocząstkowych przez błonę komórkową wbrew gradientowi stężenia oraz transport wewnątrzkomórkowy.

2. Do syntezy składników komórkowych takich jak DNA, RNA, białka, lipidy oraz do resyntezy glukozy i polimeryzacji glikogenu komórkowego.

3. Na pracę mechaniczną komórki polegająca na ruchu cytoplazmy komórkowej lub skracaniu się białek kurczliwych w komórkach mięśniowych.

b) Kolejność resyntezy ATP ( pozyskiwanie energii w organizmie w zależności od czasu trwania wysiłku):

- na drodze beztlenowej - z fosfokreatyny (w organizmie jest jej 4-6x więcej niż ATP),

- następnie z glikogenu zmagazynowanego w mięśniach - na drodze beztlenowej,

- w dalszej części jeśli wysiłek ma trwać dalej ( dłużej niż parę minut), to energia czerpana na drodze metabolizmu tlenowego: utlenianie węglowodanów, tłuszczy i w niewielkim stopniu białek.

Ilość i tempo syntezy ATP:

Proces	Maksymalna ilość ATP możliwa do uzyskania	Maksymalna tempo syntezy ATP (mmol x min^-1)
Rozkład fosfokreatyny	600	3600
Glikoliza	1200	1600
Fosforyzacja oksydatywna	praktycznie nieskończona	1000

Dane dotyczą człowieka o masie ciała 70 kg

c) 2 formy oddychania wewnątrzkomórkowego:

- tlenowe

- beztlenowe

A)

Mleczan

Glikogen Pirogronian glikoliza beztlenowa - na

terenie cytoplazmy

ADP + P ATP

B)

Glikogen

Pirogronian CO₂ + H₂O

ADP + P ATP

A - warunki tlenowe; B - warunki beztlenowe

Glikogen w procesie glikolizy ( na terenie cytoplazmy) do glukozy, powstaje kwas pirogronowy, jak dalej to powstaje kwas mlekowy.

W tlenowym kwas pirogronowy ( cykl Krebsa w mitochondriom) utleniany do CO₂ i wody

I - przemiana beztlenowa

C₆H₁₂O₆ -> 2 CH₃CHCOOH + 57 kcal

glukoza OH kwas mlekowy

II - przemiana tlenowa

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ = 6CO₂ +6H₂O + 677 kcal

1 kcal= 4,1868 kJ 1 kJ= 0,24 kcal

Kwas pirogronowy kwas mlekowy

CH₃ CH₃

C = O + CHOH + 2NAD

O

O C

C OH

OH

d) Znaczenie glikolizy jest podwójne:

Po pierwsze skurcz mięśnia może być utrzymywany nawet wówczas gdy dostępność tlenu jest ograniczona. Po drugie szybkość tworzenia ATP w procesie glikolizy jest ok. półtora razy szybsza w porównaniu z szybkością jego resyntezy w reakcjach z wykorzystaniem tlenu.

glukoza glikogen

glukozo-6-fosforan

pirogronian

kwas mlekowy

0,3-0,4% masy mięśniowej jest zakwaszona mięśnie tracą zdolność kurczenia się, jest to tzw. zmęczenie mięśniowe. 20% kwasu mlekowego spalane do CO₂ i wody, 80% kwasu mlekowego resyntezowane

do glukozy.

Wykres: Czerpanie energii z przemian beztlenowych lub tlenowych w zależności od intensywności i czasu trwania wysiłku

---