Podstawową rolą układu krążenia w czasie wysiłku fizycznego jest dostarczenie tlenu do pracujących mięsni i usunięcie z organizmu dwutlenku węgla powstałego w czasie procesów utleniania i innych zbędnych produktów przemiany materii . Jest to oczywiście możliwe dzięki połączeniu funkcji układu krążenia i oddychania . Układy te są ze sobą wzajemnie powiązane pod względem funkcjonalnym czego wynikiem jest możliwość pobierania przez organizm tlenu ( maksymalne pobieranie tlenu czyli VO2max - wskaźnik służący do określania zdolności do wysiłków o charakterze wytrzymałościowym ) .
Rola układu krążenia w czasie wysiłku jest ogromna , nie sprowadza się jedynie do transportu tlenu i dwutlenku węgla . Krążąca krew dostarcza do pracujących mięśni substraty energetyczne , takie jak glukoza czy wolne kwasy tłuszczowe i aminokwasy . Krew transportuje również hormony z miejsc ich wytworzenia do tkanek , usuwa z mięśni produkty przemiany materii np. kwas mlekowy oraz ciepło powstałe pod wpływem pracy i tych reakcji.
Energię do pracy uzyskuje się z rozpadu ATP pod wpływem atpazy miofibrylarnej . Na skutek tego procesu następuje zwiększenie ADP . Resynteza ta zależy od intensywności i czasu trwania wysiłku na drodze przemian tlenowych i lub beztlenowych . W czasie wysiłków o wzrastającym natężeniu energia do progu przemian beztlenowych czerpana jest przede wszystkim z przemian tlenowych . Kiedy nastąpi przekroczenie określonego progu intensywności , który zależy od wydolności fizycznej danej jednostki (od 40 -90 % VO2max) energia zaczyna być odtwarzana na drodze przemian beztlenowych czego następującym skutkiem jest wzrost poziomu kwasu mlekowego we krwi i w mięśniach . Źródłem energii do resyntezy ATP może być : 1) rozpad fosfokreatyny , 2) rozpad wysokoenergetycznych związków będących pochodnymi glukozy , 3) fosforylacja oksydacyjna czyli przyłączenie do ADP nieorganicznego fosforu połączone z utlenianiem w mitochondriach pirogronianu oraz wolnych kwasów tłuszczowych , ketokwasów , aminokwasów . Podczas intensywnego wysiłku zasoby fosfokreatyny w mięśniach szybko się zużywają . Wzrost stężenia ADP powstałego na skutek rozpadu ATP i częściowo przez defosforylację kwasu difosfoglicerynowego będącego produktem glikolizy powoduje aktywację rozkładów fosfokreatyny . Glikoliza jest to rozkład glikogenu lub glikozy do kwasu pirogronowego , który w warunkach beztlenowych ulega redukcji do kwasu mlekowego . Poprzez glikolizę dochodzi do wiązania nieorganicznych fosforanów z pośrednimi produktami tego procesu w postaci połączeń wysokoenergetycznych , które przenoszone są na ADP . Wysokie stężenie ADP powoduje gwałtowne rozpoczęcie glikolizy zwiększając aktywność enzymów decydujących o tempie przebiegu tego procesu . Przemiany tlenowe dostarczają duże ilości ATP w porównaniu z przemianami beztlenowymi . Tak więc transport tlenu z płuc do tkanek obwodowych ( głównie mięśnie ) , dwutlenku węgla w kierunku przeciwnym oraz transport substratów energetycznych z ich źródeł pozamięśniowych ( wątroba , tkanka tłuszczowa ) do mózgu i mięśni należą do bardzo ważnych funkcji pełnionych przez układ krążenia . Transport tlenu z płuc do tkanek zależy od pojemności minutowej serca , ilości krążącej krwi , pojemności tlenowej krwi , ilości tlenu ofiarowanego ( ilość tlenu w 100ml krwi razy odżywczy tkankowy przepływ krwi ) ,utylizacji tkankowej tlenu .
Kolejną ważną rolą układu krążenia jest utrzymanie termoregulacji ustroju na odpowiednim poziomie za pośrednictwem krwi . Proces termoregulacji cieplnej ustroju ma za zadanie utrzymać temperaturę ciała na stałym poziomie bez względu na zmieniające się warunki zewnętrzne . Praca fizyczna utrudnia to zadanie ponieważ 80% całej ilości energii wytwarzanej podczas pracy mięśniowej przekształca się w energię cieplną a w warunkach obciążenia bilans cieplny nie zawsze może być wyrównany a ciepłota ciała może wzrosnąć do niebezpiecznej dla życia wartości . Wzrost temperatury powyżej 3° C wywołuje zaburzenia czynności ośrodkowego układu krążenia , nerwowej kontroli czynności układu krążenia , zagrażając niewydolnością krążenia . Podwyższenie temperatury ciała powoduje aktywację mechanizmów termoregulacji polegająca na zwiększeniu usuwanie ciepła do otoczenia . Jeden z mechanizmów polega na tym , że rozszerzają się naczynia krwionośne obwodowe skóry , zwiększa się przepływ krwi , co podwyższa temperaturę skóry . Na skutek tego zjawiska wzrasta usuwanie ciepła z organizmu na drodze przewodzenia , konwekcji i przenoszenia . Utrata ciepła następuje również poprzez parowanie potu .
Układ krążenia wywiera wpływ na gospodarkę wodno - elektrolitowa , która jest niezbędnie ważna podczas wysiłku przez osocze krwi którego woda stanowi ok. 80% . Jak wiemy około 60 % ustroju człowieka stanowi woda z czego około 2/3 znajduje się w obrębie komórek a 1/3 zlokalizowana jest pozakomórkowo co znaczy , że stanowi pozakomórkową przestrzeń płynową . Woda jest niezwykle ważna dla ustroju , jest środkiem roztwarzającym i transportowym . Znaczne ograniczenie dostarczania wody już po dwóch , trzech dniach prowadzi do znacznych zaburzeń metabolicznych . Utrata wody odpowiadająca 15% masy ciała prowadzi do śmierci . Organizm stara się utrzymać swoje zasoby wodne na odpowiednim poziomie . Istotne znaczenie dla ustroju ma regulacja objętości krwi krążącej i tak np: w ciągu jednej minuty ponad 2/3 wody zawartej we krwi ulega wymianie z płynem komórkowym . W warunkach spoczynku dziennie ok. 2,5l wody ulega wydaleniu za pośrednictwem nerek(1,5l) , płuc (0,5l) i skóry (0,5l) . Niezbędne jest wiec dostarczenie 2,5l wody . Połowę dostarczamy wraz ze stałym pożywieniem natomiast pozostałą część musimy dostarczyć w stanie ciekłym . W czasie wysiłku fizycznego wzrastają wymagania metaboliczne co prowadzi do zwiększenia zapotrzebowania na wodę , które jest wynikiem utraty potu (do 0,6l) oraz zwiększonego oddawania wody w skutek nasilenia czynności oddechowych . Deficyt wody i elektrolitów może znacznie ograniczyć zdolność do wysiłków fizycznych , prowadzi do zagęszczanie krwi , a przez to do zwiększania obciążenia serca oraz do zaburzenia prawidłowej koordynacji i termoregulacji . Organizm reguluje nadmiary i deficyty wody poprzez czynność nerek .
Jak już wspomniałem we wstępie układ krążenia transportuje wiele hormonów z gruczołów , które je produkują do miejsc gdzie aktualnie są potrzebne . Organizm człowieka charakteryzuje ogromna różnorodność morfologiczna i czynnościowa tworzących go układów , które połączone są wzajemnymi zależnościami . Warunkiem sprawnego funkcjonowania organizmu jest poprawne koordynowanie procesów przemiany materii odnoszących się do procesów zachodzących w poszczególnych komórkach i narządach jak i w różnych częściach ustroju . I właśnie w tej koordynacji istotna rolę pełnia hormony przy czym regulacja hormonalna jest bardzo ściśle powiązana z innymi mechanizmami regulującymi . Właściwe wykorzystanie i odpowiedni przebieg wewnątrzkomórkowych procesów energetycznych , umożliwiające komórce mięśniowej wypełnienie jej zadań zależy od wpływów czynników hormonalnych i nerwowych . Po przez hormony rozumiemy związki chemiczne , syntetyzowane w odpowiednich miejscach ustroju ( zwykle w gruczołach dokrewnych ) i przenoszone przez krew do innych części ustroju gdzie po działaniu na swoiste tkanki i narządy wywołują reakcje układową pełniąc wewnątrz organizmu funkcje integracyjną . Krew przepływając przez wszystkie narządy i tkanki spełnia za pośrednictwem hormonów bardzo ważną rolę w zakresie koordynacji i adaptacji wielu narządów i układów do wykonywanej pracy . Docierając wraz z krwią i płynami ustrojowymi do wszystkich narządów , tkanek a nawet komórek hormony przestrajają organizm na wyższy poziom czynnościowy .
Pisząc o roli układu krążenia podczas wysiłku nie można zapomnieć o czynności oddechowej krwi . Wiąże się ona ze specyficzna budową erytrocytów , które są przystosowane do przenoszenia tlenu . Można powiedzieć , że najważniejszym składnikiem krwi jest hemoglobina , która jest związkiem białka globiny i hemu zawierającego żelazo . Hemoglobina łatwo łączy się z tlenem (w płucach) i równie łatwo ulega dysocjacji (na odcinku tkanek) . Krew żylna transportująca zwiększone ilości dwutlenku węgla (z tkanek) i zawierająca obniżoną zawartość tlenu(po oddaniu go tkankom) wydala w płucach dwutlenek węgla i ulega nasyceniu tlenem . Ciśnienie parcjalne tlenu w powietrzu pęcherzykowym wynosi ok. 100mmHg a w krwi żylnej ok. 40mmHg w spoczynku . Różnica tych ciśnień doprowadza do dyfuzji tlenu z powietrza pęcherzykowego do krwi przez błonę pęcherzykowo-włośniczkową . Ciśnienie parcjalne CO2 w powietrzu pęcherzykowym wynosi ok. 40mmHg a w krwi żylnej 46mmHg (w spoczynku) . W tym przypadku różnica ciśnień parcjalnych również zapewnia efektywne wydalanie CO2 do płuc . Podobna wymiana gazowa zachodzi między krwią a tkankami . Ciśnienie parcjalne tlenu we krwi jest większe a CO2 mniejsze niż w tkankach . Wobec tego krew dyfunduje z krwi do pracujących tkanek a CO2 przeciwnie czyli z tkanek do krwi . Podczas wysiłku dane liczbowe obrazujące mechanizm wymiany gazowej zmieniają się zależnie od różnych warunków np. intensywności pracy , jej charakteru i czasu trwania , ciśnienia parcjalnego tlenu w powietrzu wdechowym itp. Podczas wysiłków fizycznych wysycenie hemoglobiny tlenem może spadać o kilka mmHg a w warunkach górskich nawet do 60mmHg . Spada również zawartość tlenu w krwi żylnej nawet do 6% natomiast wykorzystanie tlenu krwi tętniczej , wynoszące w spoczynku 6-7% podczas pracy zwiększa się do 15% i więcej . Tak więc można powiedzieć , że rola krwi jako przewoźnika tlenu jest jedna z najważniejszych funkcji układu krążenia .
Pisząc o krwi nie można zapomnieć o jej roli w utrzymaniu stałego środowiska wewnętrznego . Nasz organizm jest bardzo wrażliwy na wszelkie zmiany środowiska wewnętrznego i akceptuje tylko nie wielkie zmiany w zakresie temperatury wewnętrznej , zawartości cukru we krwi i poziomu elektrolitów a w szczególności odczynu chemicznego krwi , pH krwi . Krew jest lekko zasadowa , jej pH=7,34 i nad zachowaniem tego odczynu czuwa szereg mechanizmów fizjologicznych od których sprawnego działania zależy w dużym stopniu wydolność fizyczna . Kwas mlekowy powstający podczas wysiłku dostaje się do krwi zmieniając jej odczyn w kierunku kwaśnym . W normalnych warunkach nie dochodzi do znacznych przesunięć pH krwi ponieważ zawiera ona tzw. bufory , które neutralizują nadmiar kwasu mlekowego . (Bufory krwi to układy związków należących do słabych kwasów i soli tych kwasów z mocnymi zasadami).Tak więc krew jako składowa układu krążenia panuje nad zachowaniem stałego środowiska wewnętrznego niezbędnego do prawidłowego funkcjonowania organizmu w czasie wysiłku jaki i po jego zakończeniu .
Kluczowe znaczenie układu krążenia podczas wysiłku objawia się przez zwiększenie przepływu krwi przez mięśnie , płuca i skórę co wynika jak wiemy ze zwiększonego zapotrzebowania na tlen podczas wysiłków . W układzie krążenia zachodzą zmiany , które są wynikiem wzrostu tempa przepływu krwi przez cały układ krążenia , czyli zwiększenia ilości krwi przepompowywanej przez serce w jednostce czasu (objętości minutowej serca) i zmian dystrybucji przepływu krwi przez różne obszary naczyniowe . Objętość minutowa serca podczas wysiłku dynamicznego zwiększa się proporcjonalnie do zapotrzebowania na tlen (intensywności wysiłku) . Wzrost pojemności minutowej serca w czasie wysiłku zachodzi przez zwiększenie częstości skurczów i objętości wyrzutowej serca . Objętość minutowa serca jest natomiast iloczynem częstości jego skurczów i objętości wyrzutowej czyli objętości krwi wyrzucanej z komory lewej w czasie jednego skurczu .
Bibliografia:
1)Układ krążenia E.Czyżewska,J.Górski,K.Nazar
2)Zarys fizjologii wysiłku i treningu I.Malarecki
3)www.publikacje.edu.pl