Fizjologia (gr. Physis - natura) - nauka o czynnościach organizmów żywych. Zakres fizjologii obejmuje badania czynności organizmów jako całości, a także poszczególnych narządów, tkanek, komórek.

Fizjologia komórki (cytofizjologia) - Bada czynności, funkcje życiowe komórki jako podstawowej jednostki budującej organizm człowieka, jak i również jako podstawowej jednostki funkcjonalnej w fizjologii człowieka.

Fizjologia specjalistyczna - bada funkcje poszczególnych organów (nerki, serce-kardiologia).

Fizjologia układów - zajmuje się wszystkimi aspektami układów.

Fizjologia patologiczna - Bada wpływ chorób na funkcje organizmów i układów w organizmie. Tutaj niezwykle ważne jest, aby zrozumieć na czym polega stan normalny i patologiczny fizjologii badanej struktury w organizmie.

Patofizjologia, Fizjopatologia, Fizjologia patologiczna - Nauka o zaburzeniach czynności organizmu w przebiegu chorób. Jest to drugi obok anatomii patologicznej (patomorfologii) dział patologii. Podział patologii na patologię i anatomię patologiczną jest stosowany między innymi ze względu na odrębne metody badawcze. Główną metodą badawczą w patofizjologii jest doświadczenie (eksperyment) na żywym organizmie. Dlatego też patofizjologia nazywa się często patologią doświadczalną. Eksperyment daje możność stworzenia dowolnych warunków w celu zbadania jakim zaburzeniom ulegną czynności danego organizmu.

Fizjologia pracy - Dział fizjologii, nauka badająca czynniki kształtujące zdolności do pracy mięśniowej w różnych warunkach otoczenia, wpływ wysiłku fizycznego na funkcje różnych narządów oraz mechanizmy przystosowania tych funkcji do pracy mięśniowej. Badania wchodzące w zakres fizjologii pracy służą rozwiązaniu praktycznych zagadnień medycyny pracy, ergonomii, profilaktyki i rehabilitacji w chorobach wewnętrznych, chorobach narządu ruchu oraz medycyny sportowej.

BUDOWA KOMÓRKI

POZIOMY ORGANIZACJI ORGANIZMU

1.Molekuły - atomy i pierwiastki (gł. tlen, węgiel, azot)

2.Makromolekuły - związki chemiczne (białka, kwasy)

3.Komórka

4.Tkanka - komórki o podobnej funkcji

5.Organ - (np. tkanka mięśniowa + łączna + tłuszczowa)

6.Układy - zespół organów i tkanek (np. sercowo-naczyniowy = serce + naczynia krwionośne [tętnice, żyły, naczynia włosowate])

7.Organizm - połączone układy

UKŁAD NERWOWY

• Ciężar to ok. 1,5kg

• Dorosły człowiek posiada ok. 15-22 miliardów komórek nerwowych - neuronów w ośrodkowym układzie nerwowym

• Człowiek ma około 100 miliardów neuronów, ogromnie zróżnicowanych

• Oprócz neuronów występują również komórki glejowe (makroglej: astrocyty, oligodendrocyty; mikroglej: fagocyty)

Niekontrolowany przyrost makrogleju i mikrogleju prowadzi do tworzenia się guzów mózgu.

astrocyty- jest ich najwięcej, są komórkami podporowymi

oligodendrocyty - wytwarzają osłonki wokół włókien nerwowych (mieliny)

fagocyty - likwidują uszkodzone komórki

Ogólnie układ nerwowy dzielimy na dwie części: ośrodkową i obwodową

• Ośrodkowy układ nerwowy to mózgowie i rdzeń kręgowy

• Układ nerwowy obwodowy tworzą leżące poza wymienionymi strukturami skupiska komórek zwane zwojami nerwowymi oraz nerwy czaszkowe i rdzeniowe

• Autonomiczny układ nerwowy (współczulny i przywspółczulny)

Nerwy czaszkowe i rdzeniowe - skupiska komórek łączące receptory i efektory (reagują na bodziec). Docierają do wszystkich komórek.

Opony mózgowe: miękka, pajęcza, twarda

Pomiędzy półkulami mózgowymi występuje spoidło wielkie

Astrocyty są najliczniejsze - pełnią funkcje podporowe

Oligodendrocyty są mniej liczne i wytwarzają mielinę (otaczającą włókno nerwowe)

Mikroglej - fagocyty - fagocytują, czyli usuwają zbędne uszkodzone komórki

BUDOWA KOMÓRKI NERWOWEJ

Dendryty odbierają impuls elektryczny

Akson przewodzi impulsy droga odśrodkowa (eferentna), osiąga długość do 1m, otoczony osłonką mielinową z przewężeniami Ranviera, które przyspieszają przewodzenie impulsu

Drzewko presynaptyczne (końcówka) - przyczepienie do innych komórek

Neuron dwubiegunowy - 2 wypustki, dendryt, akson (siatkówka oka i nabłonek węchowy)

Pseudo jednobiegunowy - komórki czuciowe, odbierają bodźce bólowe i mechaniczne

Wielobiegunowy - najbardziej powszechny, 1 długi akson i rozgałęzione dendryty

Bodziec - jest to każda zmiana zachodząca w środowisku wewnętrznym lub zewnętrznym ustroju, która wywołuje zmianę właściwości błony komórkowej lub metabolizmu wewnątrzkomórkowego

Bodźce: podprogowe, progowe, nadprogowe, maksymalne

Bodziec podprogowy - jest to bodziec zbyt słaby do wywołania pobudzenia komórki

Bodziec progowy - jest to najsłabszy bodziec zdolny do wywołania w danych warunkach określonej reakcji, np. osiągnięcie wartości krytycznej potencjału błonowego wyzwalającego potencjał czynnościowy.

Bodziec podprogowy - podobnie jak bodziec maksymalny jest to bodziec o sile większej niż bodziec progowy. Komórki nerwowe charakteryzują się pobudliwością i zdolnością do przenoszenia informacji zakodowanej we wzrastającej lub malejącej częstotliwości przewodzonych impulsów nerwowych.

Pobudliwość - jest to zdolność żywych komórek i tkanek do reagowania na bodźce czyli umiejętność odbioru informacji powstającej pod wpływem bodźca.

Pobudzenie - jest to w układzie nerwowym podstawowy, oprócz hamowania, proces przejawiający się przewodzeniem impulsacji nerwowej przez komórkę nerwową. Jest to zmiana właściwości błony komórkowej lub metabolizmu komórkowego pod wpływem czynników działających z zewnątrz komórki, czyli pod wpływem bodźca.

Impuls nerwowy - Jest to stan pobudzenia, przewodzony wzdłuż wypustek (włókien) nerwowych. Salwy impulsów są to przesuwające się potencjały czynnościowe wzdłuż wypustek nerwowych

Przewodzenie ortodromowe - Jest to przewodzenie fizjologiczne. Impuls przepływa dendrytami przez ciało komórkowe do aksonu.

Przewodzenie antydromowe - Jest to przewodzenie impulsu z aksonu przez ciało komórkowe do dendrytów.

Neurony aferentne (czuciowe)- nazywane czuciowymi, przewodzą informacje bezpośrednio od receptorów, ich ciała komórkowe leżą na obwodzie (głównie w zwojach rdzeniowych i czaszkowych), a aksony zmierzają do ośrodkowego układu nerwowego

Neurony eferentne - są to takie neurony, których ciało wraz z dendrytami leży w rdzeniu kręgowym lub pniu mózgu, a akson biegnie na obwód, prosto do efektora. Jeżeli efektorem są włókna mięśniowe poprzecznie prążkowane, mówimy o neuronach ruchowych (motoneuronach).

Neurony pośredniczące (wstawkowe, interneurony), których ciała wraz z wypustkami w całości znajdują się w ośrodkowym układzie nerwowym. Przekazują one informacje pomiędzy jedną, a drugą komórką nerwową. Tutaj są to np. interneurony kojarzeniowe lub projekcyjne, posiadające długie aksony, łączące odległe piętra włókien nerwowych, jak i interneurony z krótkim aksonem, które włączone są w łuki odruchowe lub lokalne sieci nerwowe. (im jesteśmy inteligentniejsi tym więcej mamy neuronów pośredniczących)

Człowiek ma długi okres dojrzewania, ponieważ jego układ nerwowy jest bardzo skomplikowany.

Połączenia synaptyczne:

•Akson łączy się z drugim neuronem (połączenie nerwowo - nerwowe)

•Akson łączy się z mięśniem (nerwowo - mięśniowe)

•Akson łączy się z komórkami gruczołowymi (nerwowo - gruczołowe)

Typy połączeń synaptycznych:

•Aksonalno-dendrytyczne - wypustka aksonalna spoczywa na dendrycie

•Aksonalno-somatyczne - wypustka aksonalna spoczywa na ciele komórki

•Aksonalno-aksonalna - wypustka aksonalna spoczywa na wypustce aksonu

Czasem występują połączenia dendrytyczno - dendrytyczne

Typy synaps:

•Elektryczne - przepływ informacji jest bardzo szybki. Przepływ jonów między komórkami bardzo szybki, przesyłanie dwukierunkowe, rzadkie.

•Chemiczne - pod wpływem pobudzenia jonowo—elektrycznego (progowego) potencjał czynnościowy wywołuje zmiany - komórka wydziela substancje na poziomie egzocytozy (dostają się na zewnątrz komórki), następuje wydzielanie substancji chemicznych, tzw. Transmiterów lub modulatorów synaptycznych

•Każda synapsa składa się z części presynaptycznej, postsynaptycznej i szczeliny synaptycznej

Pompa sodowo-potasowa

Adenozynotrójfosforan (ATP) powstaje w mitochondriach, potrafi on przemieszczać jonu sodu na zewnątrz komórki, a jony potasu do środka komórki

Stan pobudzenia komórki: komórka ma białkową otoczkę, jeśli komórka nie jest pobudzona błona komórkowa jest spolaryzowana. Na zewnątrz komórki znajduje się dużo kationów sodu, mało kationów potasu. W środku dużo jest kationów potasu a mało sodu, aniony białczanowe. Powstaje dążenie do wyrównania tego poziomu i zachodzi migrowanie zgodnie ze stężeniami (od większego do mniejszego) - kiedy różnice potencjału są wyrównane nic ciekawego się nie dzieje i komórka nie jest pobudzona. Dlatego istnieje pompa sodowo-potasowa. Adenozynotrójfosforan powstaje w mitochondrium i utrzymuje stałą różnicę stężeń (stosunek 3 na zewnątrz : 2 wewnątrz komórki)

Dłużej nie pobudzone komórki umierają.

Depolaryzacja błony lipidowej - tworzy się potencjał czynnościowy

Sumowanie przestrzenne bodźców jest to algebraiczne sumowanie się postsynaptycznych potencjałów pobudzających powstałych wskutek pobudzenia różnych synaps umożliwiających osiągnięcie takiej depolaryzacji błony neuronu, przy której dochodzi do generacji potencjału czynnościowego. Jest to sumowanie algebraiczne w tym sensie, że zmiany potencjału o przeciwnych znakach (depolaryzacja i hyperpolaryzacja) oraz o podobnej amplitudzie znoszą się wzajemnie.

Sumowanie czasowe bodźców jest to stopniowe zwiększanie depolaryzacji błony komórkowej neuronu wskutek pobudzenia wywołanego przez kolejne bodźce z pobudzeniem powodowanym przez poprzednie bodźce i prowadzi do stopniowego zwiększania się pobudliwości neuronu.

Lokalna depolaryzacja nazywa się EPSP - postsynaptyczny potencjał pobudzający, natomiast hyperpolaryzacja nosi miano IPSP, czyli postsynaptyczny potencjał hamujący (informacja zablokowana).

Neurotransmittery niskocząsteczkowe

•Acetylocholina - obecna np. w neuronach ruchowych oraz w neuronach układu anatomicznego współczulnego i przedzwojowej części układu współczulnego

•Kwas glutaminowy - znajduje się w różnych ośrodkach prawie całego układu nerwowego człowieka

•Kwas gamma aminomasłowy - w komórkach Purkiniego kory móżdżku, neuronach opuszki węchowej i siatkówki oraz w interneuronach hamujących rdzenia kręgowego

•Glicyna - charakterystyczna dla interneuronów hamujących w rdzeniu kręgowym

•Dopamina - w neuronach istoty czarnej śródmózgowia, jej brak objawia się chorobą Parkinsona, nadmiar to między innymi schizofrenia

•Serotonina - neurony pnia mózgu, zaburzenia nastroju, depresja

Transmitery pobudzające - czyli wywołujące postsynaptyczny potencjał pobudzający (acetylocholina, dopomina, noradrenalina, adrenalina, serotonina (nastrój), histamina)

Transmitery hamujące - czyli wywołujące postsynaptyczny potencjał hamujący kwas gamma-aminomasłowy (GABA) oraz glicyna

Ośrodkowy układ nerwowy to mózgowie i rdzeń kręgowy. Podstawowe elementy mózgowia:

•Rdzeń przedłużony

•Most

•Móżdżek

•Śródmózgowie

•Międzymózgowie

•Kresomózgowie

Istota szara - szare komórki. Istota biała - to, co jest pokryte osłonką mielinową

Rdzeń: segmenty szyjne - każdy z segmentów jest oddzielony przez dwa nerwy - każdy dzieli się na korzenie grzbietowe i brzuszne. Każdy segment stanowi parę nerwów czuciowych

Istota szara podzielona jest na rogi przednie i rogi tylne i znajdujące się między nimi istotą szarą pośrednią

Istota biała rdzenia tworzy parzyste sznury: przednie, boszne i tylne, (??)

W rogach przednich znajdują się komórki ruchowe, czyli motoneurony

W rogach tylnych znajdują się komórki czuciowe

W istocie szarej pośredniej mają występować interneurony (pośredniczące) - łączące neurony ruchowe i czuciowe

Pień mózgu tworzą trzy połączone ze sobą struktury położone nad rdzeniem kręgowym: rdzeń przedłużony, most i śródmózgowie.

Móżdżek składa się z robaka, który stanowi wąską część środkową oraz dwóch półkul.

Międzymózgowie tworzą dwie główne struktury: wzgórze i podwzgórze

Móżdżek odpowiedzialny jest m.in. za: planowanie ruchów, postawy ciała, ruchy gałek ocznych, uczenie się ruchu

Wzgórze stanowi ośrodek przekaźnikowy - decyduje o przepływie informacji czuciowych i decyduje co powinno do nas dotrzeć

Podwzgórze - integruje czynności układu autonomicznego, koordynuje wiele działań - odpowiednie ciśnienie, temperatura, metabolizowanie pokarmów, reakcje stresowe

Kresomózgowie - składa się z 2 półkul oddzielonych podłużną szczeliną, każda z nich jest podzielona na 4 płaty: czołowy, ciemieniowy, skroniowy i potyliczny - nazywa się pierwotnym polem ruchowym (w płacie czołowym). Pozostałe regiony tworzą wtórne pola czuciowe i ruchowe. Korę kojarzeniową (asocjacyjną), w której wyodrębnia się trzy główne obszary: pole kojarzeniowe czołowe (albo kora przedczołowa zaangażowana w planowanie ruchów i tworzenie mowy), pole kojarzeniowe ciemieniowo-skroniowo-potyliczne (odpowiedzialne za integrację różnych informacji czuciowych i rozumienie mowy), oraz pole kojarzeniowo-skroniowe (połączone z układem limbicznym i związane z procesami emocjonalnymi oraz pamięcią).

Układ anatomiczny:

•Część współczulna - działa na strefy antagonistyczne, pobudza je.

•Część przywspółczulna - działa na strefy antagonistyczne, hamuje je.

•Część eteryczna

Układ współczulny - neurony zlokalizowane są w istocie szarej rdzenia pomiędzy odcinkiem TH1 piersiowym do lędźwiowego, włókna zwojowe docierają do zwojów, które tworzą pień współczulny i nerwy kierują się do poszczególnych organów organizmu:

• Część przedzwojowa

• Część pozazwojowa

Układ przywspółczulny - z pnia mózgu odchodzą włókna do zwojów, które nie tworzą pnia ale leżą tuż przy narządach.

Układ przywspółczulny

• Część przedzwojowa

• Część pozazwojowa

UKŁAD NEUROHORMONALNY W ZJAWISKU HOMEOSTAZY

3 fazy funkcjonowania w cyklu dniowym:

• Funkcjonowanie fizyczne, umysłowe

• Zmęczenie - zaburzenie homeostazy

• Odpoczynek - homeostaza, dążenie do niej - układy dbają o stałość organizmu bez względu na środowisko zewnętrzne. Kiedy występuje konflikt pomiędzy organizmem a środowiskiem muszą zostać zwiększone możliwości organizmu, bądź środowisko musi ulec zmianie.

Homeostaza (homeo - niezmienny, staza - stałość), w klasycznym ujęciu stałość środowiska wewnętrznego organizmu, na które składają się: płyn śródmiąższowy, płyn mózgowo-rdzeniowy, krew i chłonka

Wyróżnia się kilka typów homeostazy systemów żywych:

•Homeostaza fizjologiczna - regulacja fizjologiczna poszczególnych organizmów

•Homeostaza genetyczna - tendencja mendelistycznej populacji do zachowania swej struktury genetycznej, osiągniętej w procesie ewolucji

•Homeostaza ewolucyjna - określa sposobność do przeżycia populacji przy zmianie jej struktury genetycznej

•Homeoreza - regulacja procesów ontogenezy, polega na utrzymaniu stanu równowagi dynamicznej w ramach normy reakcji osobnika między czynnikami wewnętrznymi organizmu, a ciągle zmieniającymi się czynnikami środowiska zewnętrznego

•Homeostaza komórkowa - określa możliwości komórek do zachowania normalnej struktury wobec oddziaływań czynników zewnętrznych

W mechanizmie regulującym wyróżniamy trzy części:

•Receptor - czuły, wrażliwy na zmiany warunków środowiska lub określony bodziec

•Centrum kontroli lub centrum integrujące - które otrzymuje i przetwarza, przerabia informacje dostarczone przez receptor

•Efektor - komórka lub organ, który odpowiada specyficzną komendą z centrum kontroli, odpowiadając przeciwnie do powstałego bodźca lub pozytywnie, uwydatniając efekt działania bodźca

Autoregulacja - niektóre komórki same regulują pewne procesy (gdy jest za mało tlenu naczynia krwionośne się rozszerzają

Sprzężenie zwrotne

• Ujemne (występuje najczęściej) - fizjologiczne, bodziec powoduje szereg reakcji skierowanych przeciw temu bodźcowi - jeśli temperatura ciała to bodziec powoduje reakcje hamujące wzrost temperatury (sprzężenie ujemne) np. pocenie się, naczynia krwionośne rozszerzają się (oddawanie ciepła, radiacja)

• Dodatnie - przypadku fizjologicznym raczej nie występuje, wzmaga wydzielani substancji w organizmie, których normalnie nie powinno być (sytuacja patologiczna) - jest potrzebne aby obniżyć poziom cukru we krwi (wydzielanie insuliny).

Przykład sprzężenia zwrotnego dodatniego, który nie jest patologiczny - akcja porodowa:

Musi przebiegać bardzo szybko. Przy rozpoczęciu porodu dziecko ustawia się główką i zaczyna napierać, jednocześnie rozpychając się i drażniąc receptory czuciowe w błonie śluzowej macicy, zniekształcając ją -informacja wędruje do podwzgórza, które wydziela oksytocynę (hormon odpowiedzialny za skurcze macicy również przy orgazmie) - ona powoduje nacisk na dziecko, które jeszcze bardziej się rozpycha - zachodzi reakcja łańcuchowa.

Rada na przyszłość: oksytocyna wydziela się przy drażnieniu sutków - powoduje ona także obkurzanie kanałów mlecznych.

Układ nerwowy + układ hormonalny = układ neurohormonalny (zespolony)

W fizjologii nie ma stałej normalnej temperatury, ciśnienia czy stężenia związków (dla każdego organizmu przyjmują one inne wartości). Temperatura ciała zmienia się w zależności od pory dnia (przed snem ciało obniża temperaturę) i od aktywności fizycznej. Występuje zmienność osobnicza (płeć, indywidualna zmienność na tle genetycznym)

Wzgórze + podwzgórze = międzymózgowie - pełni funkcje związane z homeostazą organizmu

Układ wewnątrzwydalniczy

Centralną częścią układu hormonalnego (dokrewnego) jest podwzgórze, które produkuje oksytocynę, ADH, wazopresynę, one spływają do przysadki (tylny płat). Przedni płat wydziela hormon adrenokortykotropowy (ACTH) i FSH.

PODWZGÓRZE

Neurohormony

liberyjny statyny (neurony hamujące)

(neurony pobudzające przysadkę

do wydzielania hormonów tropowych)

działają na inne gruczoły,

które wydzielają

swoje hormony

Nadnercza: (odpowiedzialne za hormony stresu) :

• Rdzeń - epinefryna, norepinefryna (adrenalina),

• Kora - kortyzol, kortykosteron, androgeny

Nerki: EPO - środek dopingujący sportowców - produkuje czerwone krwinki, ale ich zbytnie zagęszczenia może spowodować zator.

Tarczyca: tyroksyna (T4), trójjodotyronina (T3), kalcytonina

Gonady: jądra - androgeny (głównie testosteron), inhibiny, - jajniki - progesteron, estrogeny, inhibiny (takie same hormony występują u obu płci ale w różnych ilościach)

Za libido (chcica ) u kobiety odpowiedzialny jest testosteron.

Obieg hormonów w organizmie:

RH działa na przysadkę, która wytwarza hormon 1 działający na gruczoł wewnątrzwydalniczy, który wydziela hormon 2, który kierowany jest do komórek docelowych. Hormon 2 wysyła informację z powrotem do przysadki, że nie trzeba już wysyłać RH, bo zajdzie nadaktywność (choroba Basedowa)

Kretynizm tarczycowy - hormony tarczycy są odpowiedzialne za osłonki mielinowe na włóknach neuronowych, gdy nie ma osłonki - nie ma przepływu informacji (nie dość że głupie to jeszcze niewyrośnięte).

STRES

Zmiany zachodzące w środowisku wewnętrznym w stosunku do zmian środowiska zewnętrznego określa się mianem stres. Warunki środowiska działają na organizm, który chcąc reagować - przeciwstawia się. Jest to każde obciążenie dla organizmu (fizyczne i psychiczne).

Stres jest to stereotypowa lub niespecyficzna część odpowiedzi organizmu na każde obciążenie.

Stres (w sensie biologicznym - H. Selye) - reakcja organiczna, stan wywołany przez bodziec działający na organizm oraz zapoczątkowana przezeń tzw. ogólna reakcja adaptacyjna przebiegająca przez fazy:

• Alarmową (mobilizacja) - aktywacja ogólnych mechanizmów obronnych ustroju z pobudzeniem układu adrenergicznego i czynności kory nadnerczy. Ten obraz to typowa reakcja alarmowa (zespół ataku - ucieczki: flight - or - fight) ułatwiająca walkę z wpływem stresora (zmniejszenie jego wpływu)

• Adaptacyjną (przystosowania, odporności) - zwiększenie odporności organizmu na działanie stresora będące wynikiem działań steroidów nadnerczowych.

• Wyczerpania (czasami - po załamaniu się mechanizmów obronnych) - zmniejszenie się odporności, załamanie mechanizmów obronnych a nawet śmierć (np. w wyniki zawału), wyczerpanie się możliwości przystosowawczych organizmu (wyczerpanie się energii przystosowania)

Fazy alarmowa i wyczerpania mogą mieć znaczenie w powstawaniu chorób.

Stres psychologiczny oznacza bodźce (trudne sytuacje) i reakcje (mechanizmy radzenia sobie - obronne, np. wybór postępowania - mają charakter działań zamierzonych) rozgrywające się w zakresie zjawisk psychologicznych.

Stres powstaje pod wpływem stresora. Czynnikami stresującymi mogą być:

• Czynniki fizyczne - choroba, uszkodzenie ciała

• Czynniki emocjonalne - strach, depresja

• Czynniki środowiskowe - ekstremalne temperatury

• Czynniki metaboliczne - odwodnienie, głód organizmu

Stres pobudza: podwzgórze => przysadkę => nadnercza => układ adrenergiczny

Po długim stresującym okresie (kiedy funkcjonujemy dobrze mimo wszystko) następuje nagły odpoczynek, w naszym organizmie krąży wiele szkodliwych substancji, które mogą spowodować nawet zawał serca.

STAN ZAGROŻENIA

		Mobilizacja rezerw glukozy
Mózg	Aktywacja układu współczulnego	Zmiany w układzie krążenia (odciąganie krwi z naczyń powierzchniowych i dotlenienie mięśni)
Rdzeń nadnerczy	Adrenalina, noradrenalina	Przyspieszenie rytmu serca i oddechu
		Wzrost zużycia energii przez wszystkie komórki

Przykład radzenia sobie organizmu z zimnem:

ZIMNO (stresor) => kora nadnerczy wydziela hormony steroidowe =>steroidy pobudzają glukoneogenezę (tworzenie glukozy) oraz procesy lipolityczne (rozkładanie tłuszczu i tworzenie wolnych kwasów tłuszczowych - EFA) => odpowiedź na stresor - CIEPŁO

Stres - nadmierna reakcja organizmu na jakiekolwiek obciążenie, obejmujące zmiany neurohormonalne.

Obciążenie fizjologiczne organizmu (strain) - jest wynikiem nie tylko zakłócenia homeostazy, lecz także reakcji układów regulujących, których aktywacja skierowana jest na wyrównanie tego zakłócenia.

Aklimatyzacja - globalne przystosowanie się do warunków zewnętrznych (wiele czynników)

Aklamacja - możliwa tylko w sztucznym środowisku laboratoryjnym - przystosowanie się tylko do 1 istniejącego czynnika.

Im lepiej sobie radzimy ze stresem, tym mniejsze ponosimy koszty fizjologiczne. Na stres można się uodpornić, a przynajmniej na niektóre stresowy sytuacje.

Adaptacja a środowisko

W biologii teoretycznej adaptacja oznacza te przemiany, które zachodzą we właściwościach dziedzicznych populacji w trakcie przystosowania się do warunków konkretnego środowiska. Jest to adaptacja genetyczna polegająca na stopniowym przeobrażeniu struktury genetycznej populacji zachodzącym głównie pod wpływem działania doboru naturalnego. Zjawiska adaptacji genetycznej są uchwytne w obserwacjach przemian międzypokoleniowych a więc możemy brać pod uwagę minimum 2 pokolenia, zmiany te nie dotyczą osobników, jednostek, lecz POPULACJI. Środowisko działa na wszystkie geny populacji (tzw. pula genetyczna).

Genotyp - geny 1 osobnika

Procesy filogenetyczne - procesy związane z ewolucją

Ontogeneza - rozwój

Adaptabilność - np. zmiany w budowie ciała ze względu na dyscyplinę sportową. Każdy ma genetyczne uwarunkowania, które można kształtować.

Zmiany które zaszły w dzieciństwie są trwałe i nieodwracalne - zmiany adaptabilne

Zmiany które zaszły po okresie dojrzewania biologicznego są odwracalne - zmiany adiustacyjne

Zmiany adaptabilne - nieodwracalne, fizjologiczne, dziedziczne

Zmiany adiustacyjne - odwracalne, fizjologiczne, niedziedziczne

Adaptabilność a środowisko

Właściwości biologiczne nabywane są w trakcie rozwoju osobniczego pod bezpośrednim wpływem czynników środowiska (właściwości fenotypowe), które nie SA utrwalone i przekazywane dziedzicznie. Genotyp zapewnia jednostce plastyczność w stosunku do czynników środowiskowych. Środowisko działa bezpośrednio na geny danego osobnika (genotyp) - zmiany stałe.

Adiustacja a środowisko

Rodzaj zmian przystosowawczych zachodzących u osobników i nie utrwalające się w materiale dziedzicznym. Adiustacja określa przemiany, jakie zachodzą u osobników w odcinkach krótszych niż życie w jednostkach czasu i mają charakter odwracalny. Przemiany te nie mają wpływu na dalszy przebieg ontogenezy, wpływają one raczej na kondycję osobnika. Decyduje o poziomie wytrenowania czy aklimatyzacji. Praca fizyczna, trening powoduje wzrost masy mięśni oraz ich twardość.

Adipocyty - komórki tłuszczowe. Ilość adipocytów kształtuje się we wczesnych latach życia.

Proliferacja - namnażanie się komórek tłuszczowych w wieku do 3 lat. Przekarmiane dziecko ma dużą tendencję do gromadzenia tłuszczu.

Podłożem wszelkich zmian organizmu są zmiany morfologiczne, biochemiczne (metaboliczne), fizjologiczne i psychika.

W fizjologii pod pojęciem adaptacji rozumie się reakcję przystosowawczą organizmu czy jego układów, narządów, tkanek jako odpowiedź na zmiany zachodzące w środowisku i wewnątrz organizmu. Zadaniem adaptacji fizjologicznej (adiustacji) jest przeciwdziałanie i lepsze znoszenie efektów zakłócających homeostazę.

Układ ruchu:

Część bierna

- kościec

- wiązadła

Część czynna:

- mięśnie szkieletowe

+ układ nerwowy

Rdzeń kręgowy => nerw motoryczny => włókna mięśniowe

Mięśnie:

• Gładkie (wyścielają naczynia krwionośne)

• Poprzecznie prążkowane szkieletowe

• Poprzecznie prążkowane serca

Struktura mięśnia:

Włókna mięśniowe (miocyt) => mikrofibryla

Mikrofinryla:

• Grube - białko miozynowe

• Cienkie - białko aktynowe => tropomiozyna => tropomina - TIC

Prążkowanie:

Grube ciemne prążki, jasne (izotropowe), sarkomer (siateczka sarkoplazmatyczna)

Skurcz: nitki aktynowe wnikają między miozynowi i prążek izotropowy znika

Synapsa cholinergiczna - przekazuje impuls z neuronu na mięsień za pomocą acetylocholiny

Mechanizm skurczu mięśnia poprzecznie prążkowanego:

1. Potencjał czynnościowy osiąga akson neuronu ruchowego.

2. Potencjał czynnościowy aktywuje kanały wapniowe zależne od napięcia zlokalizowane w błonie komórkowej aksonu co powoduje gwałtowne wnikanie jonów wapnia Ca2+ do wnętrza komórki.

3. Pod wpływem kaskady sygnałowej uruchomionej zwiększonym stężeniem wapnia, pęcherzyki zawierające acetylocholinę łączą się z błoną komórkową uwalniając neurotransmiter do szczeliny złącza nerwowo-mięśniowego.

4. Acetylocholina dyfunduje przez szczelinę, łącząc się na jej drugim końcu z receptorami nikotynowi, co powoduje otwarcie kanałów sodowych i potasowych zlokalizowanych w błonie komórkowej miocytu. Przewaga jonów sodu powoduje depolaryzację błony komórkowej i powstanie dodatniego potencjału czynnościowego.

5. Pod wpływem potencjału czynnościowego retikulum endoplazmatyczne komórki mięśniowej uwalnia jony wapnia.

6. Jony wapnia łączą się z białkiem troponiną połączoną z aktyną i tropomiozyną. Troponina zmienia konfigurację przestrzenną tropomiozyny, co doprowadza do odsłonięcia miejsc kontaktu znajdujących się na włóknie aktynowym, umożliwiając przyłączenie się miozyny.

7. Główki miozyny po połączeniu z aktyną, pod wpływem ATP przesuwają się, doprowadzając do przemieszczenia się włókienek względem siebie.

8. Główki miozyny pod wpływem ATP odłączają się od aktyny.

9. Etap 7 i 8 powtarzane są cały czas, kiedy obecne są jony wapnia.

10. Wapń jest aktywnie wpompowywany z powrotem do zbiorników retikulum endoplazmatycznego. Tropomiozyna wraca do pierwotnej konfiguracji, blokując miejsca wiązania miozyny na aktynie.

Bardziej po polsku:

Acetylocholina zmienia błonę komórkową - jest ona depolaryzowana (aktywowana) => błona jest połączona z układem sarkotubularnym i impuls dociera do zbiorników końcowych z jonami wapnia => jony wapnia wnikają pomiędzy komórki kurczowe => troponina aktywuje aktynę => aktywuje się miozyna => rozkład ATP => uwalnianie energii => uwolnienie adenozynodwufosforanu => zmiana konformacji (np. z kulistej na elipsoidalną) i wciąganie nitek aktynowych powoduje SKURCZ.

Uruchamiane są pompy pompujące jony wapnia powrotem do zbiorników końcowych - rozkurcz.

Enzymy - białka

Czerpanie z hydrolizy (rozkładu) ATP energii niezbędnej do czynności mechanicznej nosi nazwę sprzężenia mechaniczno - chemicznego (mechaniczny skurcz przy hydrolizie - chemia)

Zjawisko otwarcia się kanału wolnego jonów wapniowych i zsuwanie się nitek aktynowych między miozynowi nosi nazwę sprzężenia elektro - mechanicznego.

Włókna motoryczne:

• Szybkokurczące (FT - fast tension)

Uzyskuje szybko max napięcie i potrafi wydobyć większą siłę niż ST.

Włókna FT (inaczej białe) wykorzystują procesy glikolityczne (beztlenowe) glikoliza jako źródło energii

- FTa - o małym potencjale oksydacyjnym (tlenowym), rozpad fosfokreatyny

- FTb - o dużym potencjale oksydacyjnym

- FTc - niezbadane

• Wolnokurczące (ST - slow tension)

Wytrzymałość, niewielka siła ale duża wytrzymałość

Włókna ST (inaczej czerwone) do pozyskiwania energii wykorzystują procesy oksydacyjne (tlenowe)

Każdy organizm ma włókna FT i ST tyle że w różnych proporcjach.

Rodzaje skurczów mięśni szkieletowych

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

Pobudzenie mięśnia serią bodźców, w której przerwa między bodźcami jest krótsza niż cały czas skurczu, to mięsień wykona skurcz tężcowy.

Skurcz tężcowy niezupełny występuje kiedy następne (kolejne) pobudzenie następuje w momencie, gdy mięsień zaczął się już rozkurczać

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

Rodzaje skurczu ze względu na rodzaj wykonanej pracy

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 mięśnia bez zmian jego długości. Przyczepy mięśnia w układzie szkieletowym nie zmieniają swojej odległości.

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

Wysiłek fizyczny - mianem wysiłku fizycznego określa się pracę mięśni szkieletowych wraz z całym zespołem towarzyszących jej czynnościowych zmian w organizmie.

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

• Rodzaju skurczów mięśni

• Wielkości grup mięśniowych zaangażowanych w wysiłku

• Czasu trwania wysiłku

• Intensywności pracy

Zdolność wykonywania wysiłków fizycznych zależy przede wszystkim od:

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

• Koordynacji nerwowo-mięśniowej, szybkości, siły i umiejętności technicznych

• Sprawności termoregulacji

• Czynników psychologicznych i motywacji do pracy

W zależności od rodzajów 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. chód, bieg, jazda na rowerze)

• Wysiłki statyczne - wysiłki wykonywane z przewagą aktywności mięśni gdzie dłużej utrzymywane są podczas wysiłku skurcze izometryczne (w takich skurczach mięśni wzrasta napięcie mięśni, natomiast ich długość nie ulega zmianie (np. utrzymanie ciężaru)

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

• Wysiłki lokalne, obejmujące mniej niż 30% całej masy mięśniowej (np. praca wykonywana za pomocą jednej lub obu kończyn górnych)

• Wysiłki ogólne, podczas których zaangażowanych jest ponad 30% masy mięśni (np. praca wykonywana za pomocą obu kończyn dolnych)

W zależności od czasu wykonywania pracy wysiłki można podzielić na:

• Wysiłki krótkotrwałe, trwające do kilkunastu minut

• Wysiłki o średniej długości, trwające od kilkunastu do 30-60 minut

• Wysiłki długotrwałe, wykonywane dłużej niż 60 minut

W zależności od procesów energetycznych wysiłki można podzielić na:

• Wysiłki beztlenowe

• Wysiłki tlenowe

• Wysiłki mieszane tlenowo-beztlenowe

Wskaźniki ciężkości pracy

Obciążenie organizmu	Pobieranie tlenu w l/min	Częstotliwość skurczu serca	Temperatura ciała w odbytnicy (^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

Klasyfikacja ciężkości pracy na podstawie wydatku energetycznego

Praca	Wydatek energii (kJ/min)
		mężczyźni	Kobiety
Lekka	8,4-20,5	6,3-14,2
Umiarkowanie ciężka	20,9-30,0	14,7-22,5
Ciężka	31,4-41,4	23,0-30,0
Bardzo ciężka	41,9-51,9	31,4-39,3
Niezwykle ciężka	>52,0	>39,8

Wydolność fizyczna - oznacza 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 obejmuje również tolerancję zmian zmęczeniowych i zdolność do szybkiej ich likwidacji po zakończeniu pracy.

Miarą wydolności fizycznej jest czas wykonywania wysiłku o określonej stałej, lub zwiększającej się intensywności wysiłków do całkowitego wyczerpania.

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

Miarą tolerancji wysiłkowej jest czas wykonywania wysiłków o określonej intensywności do momentu pojawienia się wymienionych wyżej zaburzeń homeostazy lub o określonej wielkości obciążenia, przy których w krótkim czasie pojawiają się te zaburzenia.

Zdolność pobierania tlenu przez organizm to pułap tlenowy (V_O2max) [cząsteczka tlenu max]

Obciążenia względne - oznacza proporcję pomiędzy zapotrzebowaniem na tlen podczas wykonywania pracy, a maksymalnym pochłanianiem tlenu przez organizm (V_O2max).

Wysiłki, podczas których zapotrzebowanie na tlen jest równe indywidualnej wartości (V_O2max) noszą nazwę wysiłków maksymalnych.

Wysiłki, podczas których zapotrzebowanie na tlen przekracza (V_O2max), noszą nazwę wysiłków supramaksymalnych.

Wysiłki o zapotrzebowaniu na tlen mniejszym niż (V_O2max) określamy jako wysiłki submaksymalne.

Klasyfikacja ciężkości pracy na podstawie wielkości obciążenia względnego (%V_O2max)

Praca	%VO2max
Lekka	<10%
Średnio ciężka	10%-30%
Ciężka	30%-50%
Bardzo ciężka	>50%

Subiektywne odczucie ciężkości pracy

Skala subiektywnej oceny ciężkości pracy w punktach wg Borga

Punkty	Praca
6, 7, 8	Wyjątkowo lekka
9, 10	Bardzo lekka
11, 12	Dosyć lekka
13, 14	Dosyć ciężka
15, 16	Ciężka
17, 18	Bardzo ciężka
19, 20	Niezwykle ciężka

Praca i wysiłek statyczny - stosuje się kryterium bezwzględne i względne

Bezwzględne - wielkość siły niezbędnej do pokonania oporu zewnętrznego (np. unieść ciężar).

Względne - wielkość siły zaangażowanej w czasie pokonania oporu, wyrażonej w % siły maksymalnego skurczu dowolnego określonej grupy mięśni.

• 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

Zdolność wykonywania wysiłków fizycznych zależy przede wszystkim od:

• Procesów energetycznych, które są podstawą każdego wysiłku, w tym wykorzystaniu 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

Podstawą tworzenia ATP są substraty energetyczne

ATP pozwala na wykonanie kilku skurczów maksymalnych

Transport aktywny jonów, substancje drobnocząstkowe

Energia do syntetyzowania kwasów, tworzenia białek, tłuszczy, resyntetyzowanie glukozy, polimeryzowań (z wielu cząsteczek glukozy, żeby powstał glikogen)

ATP jest hydrolizowane w procesie pracy - musi być mechanizm odkodowy ATP!

Nasze zasoby ATP pozwalają na kilka sekund pracy, ale ATP jest ciągle re syntetyzowane. Nie zużywamy ATP do zera - zawsze coś zostaje, zawartość w komórce nie spada mniej niż do 30% wartość wyjściowej 70% masy ciała zużywamy ATP dziennie

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

• Na drodze beztlenowej fosfokreatyny

• Następnie z glikogenu zmagazynowanego w mięśniach - również na drodze beztlenowej

• W dalszej części jeśli wysiłek ma trwać dłużej niż parę minut to energia czerpana jest na drodze metabolizmu tlenowego: utlenianie węglowodanów, tłuszczy, w niewielkim stopniu białek

Organizm zaczyna spalać własne białka jeśli nie dostarczamy odpowiedniej ilości energii (przy skrajnym wyczerpaniu, gdy zabraknie węglowodanów i tłuszczy)

Głównym źródłem energii w organizmie człowieka są węglowodany i tłuszcze

Fosfokreatyna - PC - 6 razy większa zawartość niż ATP zawiera wysoko energetyczne fosforany i jest magazynem fosforanu do adenozyno trójfosforanu

Oddychanie wewnętrzne (wewnątrzkomórkowe) zachodzi na poziomie komórkowym. Składa się z dwóch ważnych procesów:

• Faza beztlenowa - energia pozyskiwana jest w procesie glikolizy (beztlenowym utlenianiu glukozy). Glukoza w glikolizie przekształcana jest do pirogronianu i nie wymaga dostępu O₂

• Faza tlenowa - dalsze pozyskiwanie energii. Z pirogronianu powstaje CO2 i H2O. W wysiłkach supramaksymalnych pirogronian nie jest utleniony w fazie tlenowej -> kwas pirogronowy -> kwas mlekowy i mleczany

Proces glikolizy przeprowadzany jest w cytoplazmie do etapu kwasu pirogronowego. Dalsze utlenianie w fazie tlenowej przebiega w mitochondriom.

Kwas pirogronowy wchodzi w cykl Krebbsa i cykl łańcucha pirogronowego

Ilość i tempo syntezy ATP (dane dotyczą człowieka o masie ciała 70kg)

Proces	Maksymalna ilość ATPmożliwa do uzyskania (mmol)	Maksymalne tempo syntezy ATP [mmol*min^-1
Rozkład fosfokreatyny	600	3600
Glikoliza	1200	1600
Fosforyzacja oksydatywna	Praktycznie nieskończona	1000

Wytwarzanie energii w komórce

Glikoliza jest bardzo ważnym procesem energii

Tłuszcze - estry wyższych kwasów

Kwasy tłuszczowe przekształcone są w Acetylokoezyn A do mitochondriów -> beta dysocjacja -> cykl Krebsa, łańcuch oddechowy -> energia

Przemiana beztlenowa

glukoza kwas mlekowy

C₆H₁₂O₆ -> 2C₂H₄OHCOOH + 57kcal

Przemiana tlenowa

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ -> 6CO₂ + 6H₂O= 667kcal

1kcal = 4,1868kJ

1kJ = 0,24kcal

Kwas Pirogronowy

CH₃COCOOH + 2NADH₂

Kwas Mlekowy

C₂H₄OHCOOH + 2NAD

Mięśnie - pH: 6,8-7,3 skrajne zakwaszenie może doprowadzić do omdleń, a nawet do śmierci

Ok. 20% kwasu mlekowego powstałego w organizmie ulega spalaniu do CO2 i H2O, a 80% jest resyntetyzowane do glukozy.

Kwas mlekowy zmniejsza możliwości kurczenia się mięśni

W zależności od trwania wysiłku i jego intensywności… ???????????????????????????????????????

Każdy organizm w warunkach beztlenowych pracuje w deficycie tlenowym

Wysiłki - duża intensywność, długi czas trwania - przemiany tlenowe

Fosfageny - organizm czerpie energię z ATP i PC

Wysiłek większy niż 60 sekund - energia musi być dostarczona w procesach metabolizmu tlenowego

W wysiłkach krótkotrwałych o maksymalnej intensywności (od 10s do ok. 2min) energia jest czerpana prawie wyłącznie na drodze procesów beztlenowych, czyli na drodze rozpadu ATP, fosfokreatyny oraz glikolizy beztlenowej.

W optymalnych warunkach układ przemian glikogenu może dostarczyć energii na maksymalnie 1,5min wysiłku.

Wysiłki, w których decydującą rolę w procesie generowania energii niezbędnej do skurczów mięśni pełnią procesy tlenowe nazywamy wysiłkami tlenowymi. Są to wysiłki wykonywane przez dłuższy czas uwarunkowany intensywnością, gdzie po upływie 2-6 minut funkcje zaopatrzenia tlenowego pokrywają zapotrzebowanie, a procesy tlenowe zaczynają dominować w metabolizmie pracujących mięśni.

Przy wysiłkach dłuższych niż 15min udział procesów beztlenowych wynosi około 10%-15%

Substrat	Masa [g]	Energia [kJ]
Węglowodany	375	7800
-glikogen w wątrobie	110	2300
-glikogen w mięśniach	250	5200
-glukoza w płynach ustrojowych	15	300
Tłuszcze	10000	420000
-tkanka podskórna	9800	411600
-mięśnie	200	8400

Przy wysiłkach większych niż 30% VO2max…. ???????????????????????????

Źródła energetyczne w wysiłku trwającym do 90 sekund:

10s -> fosfagenowe 50%, beztlenowe 47%, tlenowe 3%

30s -> fosfagenowi 25%, beztlenowe 50%, tlenowe 25%

90s -> fosfagenowe 5%, beztlenowe 15%, tlenowe 80%

System fosfagenowy (prawie wyłącznie):

• 100m spirnt, skoki, podnoszenie ciężarów, skoki do wody

• Biegi sprinterskie w czasie gry w piłkę nożną, siatkówkę

System fosfagenowy i glikogen - kwas mlekowy:

• Biegi na 200m, koszykówka, hokej na lodzie

System glikogen - kwas mlekowy (głównie):

• 400m biegi, pływanie na 100m, tenis

System glikogen-kwas mlekowy i system tlenowy:

• 800m, pływanie na 200m, łyżwy 1,5km, boks, wioślarstwo 2km, bieg 1,5km, pływanie 400m

System tlenowy:

• Maraton,, łyżwy 10km, jogging

Deficyt tlenowy - występujący podczas pracy niedobór tlenu będący różnicą między zapotrzebowaniem tlenowym, a jego dostarczeniem. Deficyt ten stanowi zadłużenie tlenowe, które musi ulec spłaceniu częściowo jeszcze podczas pracy (jeśli pozwala to na intensywność wysiłku) lub bezpośrednio po jego ukończeniu.

Dług tlenowy - wyrównywany zwykle w nadmiarze w okresie odpoczynku po pracy wysiłkowy niedobór tlenu. Wielkość jego wyznacza ilość tlenu zużytą w fazie wypoczynku w nadmiarze w stosunki do potrzeb spoczywającego organizmu.

Utlenianie

1g węglowodanów lub 1g białek zawartych w pożywieniu wiąże się z uwolnieniem 4kcal (16,7 kJ energii cieplnej). 1g tłuszczów - z uwolnieniem 9 kcal ciepła (37,7kJ)

RQ = Objętość wydalonego O₂ / objętość pobranego O₂

Wielkość zależy od rodzaju substratu oddechowego

RQ=1 - substratem jest cukier, zachodzi typowe oddychanie tlenowe

RQ<1 - substratem oddechowym mogą być tłuszcze RQ=0,7 lub białka RQ=0,82. Są to oczywiście wartości uśrednione, tak więc zużycie tlenu przekracza produkcję CO₂

RQ>1 - dostęp tlenu do oddychającej tkanki jest utrudniony i z tej przyczyny substrat zostaje niezupełnie utleniony. Zachodzi częściowo fermentacja, dotyczy to np. kwasów organicznych

Wydajność energetyczna pracy mięśniowej, tzw. Współczynnik Pracy Użytecznej, określa proporcję pomiędzy wielkością wykonanej pracy mechanicznej, a ilością wydatkowanej energii chemicznej.

Współczynnik pracy użytecznej oblicza się na podstawie wzoru:

e= (W_tot. / E_tot. - E_s ) *100%

gdzie:

e - Współczynnik Pracy Użytecznej

W_tot. - całkowita ilość pracy wykonanej w jednostce czasu J/min

E_tot. - całkowita ilość wydatkowanej energii w J/min

E_s - ilość energii wydatkowanej w spoczynku w okresie przedwysyłkowym w J/min

Wolne kwasy tłuszczowe (WKT, FFA) pochodzą z krwi, do której SA uwalniane z trójglicerydów tkanki tłuszczowej, częściowo z własnych tłuszczów mięśni z tzw. lipoproteidów osocza krwi. Poprzez aktywność fizyczną obniżamy poziom cholesterolu oraz lipoproteidów poprzez spalanie tłuszczów. Nieaktywnym może się odkładać płytka miażdżycowa w naczyniach krwionośnych prowadząc do niedrożności, zawałów i wylewów.

Insulina wydzielana przez trzustkę obniża poziom glukozy, ale pulę glukozową obniża wysiłek fizyczny. Gdy glikogen wątrobowy jest wyczerpany (podczas wysiłku) glukoza gwałtownie spada, co prowadzi do hipoglikemii (która ma przełożenie na układ nerwowy, ponieważ on czerpie energię wyłącznie z glukozy - nie używa kwasów tłuszczowych, stąd efektem hipoglikemii jest otępienie). Glikogen nie może być spalany, tylko glukoza.

Metabolizm węglowodanów obejmuje:

• Glikogen mięśniowy

• Glukozę zawartą w osoczu krwi

• Glikogen wątrobowy

• Glukoza syntetyzowana na bieżąco w wątrobie z kwasu mlekowego, pirogronowego, aminokwasów (głównie alaniny) i glicerolu.

Osoba wytrenowana ma większe zapasy glikogenu, łatwiej akumuluje go w wątrobie. Nieaktywnym nadmiar węglowodanów odkłada się w tkance tłuszczowej.

W spoczynku mięśnie korzystają głównie z kwasów tłuszczowych. Glikogen mięśniowy może być wykorzystywany tylko przez komórki mięśniowe. Glikogen wątrobowy mogą wykorzystywać różne tkanki.

Metabolizm podzielony jest na procesy:

• Anaboliczne - energia czerpana z ATP (przy transporcie substancji i wysiłku fizycznym)

• Kataboliczne - procesy egzoergiczne (związane z wydzielaniem energii)

Udział związków w diecie człowieka:

Węglowodany - 60-70%

Tłuszcze - 30%

Białka - 10-15%

Przy wysiłkach mało intensywnych ale długo trwających zwiększa się ilość kwasów tłuszczowych.

Kwasica metaboliczna - zakwaszenie organizmu zachodzi przy niedoborze tlenu, zmniejsza się wtedy uwalnianie kwasów tłuszczowych i trójglicerydów.

Jeśli wysiłek jest krótkotrwały ale intensywny tkanka tłuszczowa jest słabo mobilizowana (więc jeśli chcemy schudnąć musimy wykonywać długotrwałe wysiłki, powinien być to wysiłek tlenowy aby nie doszło do zakwaszenia. Krótkotrwałe wysiłki mobilizują tylko węglowodany.

Jeśli chcemy uaktywnić, udrożnić układ krwionośny np. po urazie kończyny - wysiłki powinny być krótkie i dynamiczne.

Wyczerpanie glikogenu mięśniowego skutkuje wyczerpaniem - hipoglikemia - wiąże się z tym czasami odwodnienie i wymioty.

Wątroba (1,5 kg masy) gromadzi 10% swojej masy (150 g glikogenu, a u aktywnych potrafi zgromadzić 350g). Maratończycy mimo dużych zapasów potrzebują uzupełniania substratów energetycznych (w płynach) w trakcie.

Mięsień sercowy zużywa wyłącznie kwasy tłuszczowe (zawarte w olejach, rybach, orzechach itp.)

Białka są związkami uczestniczącymi jako enzymy w różnych reakcjach. ATP syntezuje białka w wyniku działań fizycznych. Wtedy rośnie poziom amoniaku, a acetylocholina powstająca na bazie aminokwasów maleje (a ona pobudza mięśnie!).

Zmiany adaptacyjne i wydajności z wiekiem

Zwiększa się zapotrzebowanie na tlen. Im większy wysiłek tym większe zapotrzebowanie.

Stan równowagi czynnościowej - zachodzi w trakcie wykonywania wysiłku, u aktywnych osób zachodzi szybciej.

O zużyciu tlenu przez organizm decydują 3 czynniki:

• Wielkość zapotrzebowania mięśni na tlen

• Ilość tlenu dostarczanego do mięśni

• Zdolność mięśni do wykorzystania dostarczonego tlenu

O wykorzystaniu oferowanego mięśniom tlenu decydują:

• Sprawność enzymatycznych systemu wewnątrzmięśniowego

• Transportu i utylizacji tlenu

Za sprawne zaopatrzenie w tlen decyduje:

• Układ oddechowy

• Układ krążenia

• Krew

Deficyt tlenowy - niedobór tlenu, różnica między zapotrzebowaniem na tlen a dostarczeniem tlenu.

Dług tlenowy - wyrównywany w czasie odpoczynku (sapanie), dostarczamy więcej niż potrzebujemy.

Układ oddechowy - dostarcza tlen do tkanek

Powietrze => płuca => pęcherzyki płucne => krew

Dzięki dyfuzji swobodnej i różnicy ciśnień tlen dostaje się z pęcherzyków do płuc.

Górne drogi oddechowe:

• Jama nosowa

• Gardło

Ogrzewanie i oczyszczanie powietrza

Dolne drogi oddechowe:

• Krtań

• Tchawica

• Oskrzela

Mięśnie odpowiedzialne za oddychanie:

• Przepona

• Międzyżebrowe zewnętrzne

• Mięśnie szyi (dodatkowe)

W normalnych warunkach wdech jest aktem czynnym (kontrolowanym), wydech jest bierny (polega na

sprężystości), ale może być niekiedy aktem czynnym.

Pojemność płuc u dorosłego człowieka: 4-6l (piłka do kosza)

Powierzchnia: 50-100m² - boisko do siatkówki

Pęcherzyki płucne: 300 mln

Przepona jest unerwiona przez neurony ruchowe nerwu przeponowego (drogo korowo-rdzeniowe) - możemy kontrolować jej pracę, ale może też dostawać impuls bez naszej woli.

Ośrodek oddechowy jest w rdzeniu przedłużonym w opuszce mózgu. Tam znajdują się chemoreceptory ośrodkowe wrażliwe na stężenia jonów wodorowych w płynie mózgowo-rdzeniowym. Oddychanie uzależnione jest więc od kwasowości w organizmie (zakwasza CO₂).

Całkowita pojemność płuc (TLC) = pojemność życiowa płuc (VC) + objętość zalegająca (RV)

Pojemność życiowa płuc - maksymalna ilość wydychanego powietrza po maksymalnym wdechu. W jej skład wchodzą:

• Objętość oddechowa (VT)

• Zapasowa objętość wdechowa (IRV)

• Zapasowa objętość wydechowa (ERV)

Objętość oddechowa jest równa objętości powietrza wdychanego lub wydychanego podczas pojedynczego cyklu oddechowego i wynosi u dorosłej osoby około 500 ml.

Wdechowa objętość zapasowa to maksymalna objętość o jaką możemy powiększyć pojemność płuc po zakończeniu spokojnego wdechu - wynosi około 3000 ml.

Wydechowa objętość zapasowa to objętość, którą możemy wydmuchać z płuc po zakończeniu spokojnego wydechu, wynosi ok. 1300 ml.

Objętość zalegająca jest objętością, która pozostaje w płucach nawet po wykonaniu najgłębszego wydechu i wynosi ok. 1200 ml.

Wentylacja minutowa - ilość powietrza przepływającego przez płuca w ciągu minuty.

• 6-8 l/min w spoczynku (13-16 wdechów/min)

• 200 l/min podczas wysiłku (oddech ma tu 3l a nie 0,5l, do 60 wdechów/min)

760Hg = 1013hPa => gdy ciśnienie powietrza = 760Hg to ciśnienie tlenu -21%*760Hg = 160Hg = ciśnienie parcjalne tlenu (dzięki temu ciśnieniu zachodzi swobodna dyfuzja)

40Hg - CO₂ w pęcherzykach płucnych

Ilość tlenu jaką krew może roznieść z płuc po całym organizmie w ciągu minuty zależy od ogólnej ilości hemoglobiny we krwi, ogólnej liczby czerwonych krwinek oraz od ilości hemoglobiny w każdej krwince. Zmniejszenie którejś z tych wielkości (anemia) zmniejsza pojemność tlenową krwi jaką może przenieść każde jej 100ml.

Osocze: 8-10% to substancje stałe, resztę stanowi woda

Elementy morfotyczne - erytrocyty (krwinki czerwone), retikulocyty (nie ma ich w normalnej krwi obiegowej człowieka, mają one jądra - erytrocyty nie), leukcyty (białe krwinki).

Elementy krwi:	W 1mm^3 krwi
Czerwone Białe: - granulocyty - limfocyty - monocyty Płytki krwi	5 000 000 7 000 3830 2500 430 250 000

Człowiek ma 5-6l krwi

Funkcje krwi:

• Transportowa:

- tlen z płuc do tkanek i CO₂z tkanek do płuc

- substancje odżywcze

- usuwa szkodliwe substancje

- transport hormonów

- enzymów

- witamin

• Termoregulacyjna

90% krwi to woda, która ma dużą pojemność cieplną, dużo wody tracimy przez płuca

• Ochronna, obronna

• Zjawisko hemostazy (krzepnięcia)

• Funkcja homeostatyczna

Zdolność buforowania - utrzymywania stałych wartości np. pH

Krew ma zdolność zwiększania objętości (erytropoetyna - hormon wytwarzający czerwone krwinki)

Hemoglobina transportuje tlen. Skład hemoglobiny:

Białko: globina - 96%

Barwnik: hem - 4%

Globina zbudowana jest z 4 łańcuchów polipeptydowych z 2 identycznymi parami.

Hem - każda jego cząsteczka ma zdolność do nietrwałego, luźnego przyłączenia 1 cząsteczki O_2. Tlen wchodzi pomiędzy Fe a jedną z reszt histydyny (aminokwas). Proces luźnego przyłączenia tlenu to utlenowanie. Hemoglobina zawiera 4 hemy więc może przyłączyć 4 cząsteczki tlenu.

Oksyhemoglobina - utlenowana hemoglobina. Rozkłada się ona w tkance potrzebującej tlenu czyli w tkance o podwyższonej temperaturze i kwasowości z niedoborem tlenu.

W transporcie CO₂ większą rolę niż hemoglobina odgrywa osocze. W osoczu CO₂ jest pod postacią HCO₃^- . W hemoglobinie CO₂ transportuje globina, łączy się przez grupy aminowe.

Karbaminohemoglobina - hemoglobina + CO₂.

Hemoglobina broni się prze utlenieniem żelaza, jednak nie zawsze się to udaje, więc hemoglobina z Fe (III) to methemoglobina i jest ona pozbawiona możliwości transportowania tlenu.

Karboksyhemoglobina - hemoglobina z tlenkiem węgla, ni może przyłączyć tlenu, ponieważ wszystkie cząsteczki hemoglobiny są zablokowane.

Mioglobina - przyjmuje tlen podobnie jak hemoglobina, działa w sytuacjach „awaryjnych” i podaje tkankom tlen kiedy w organizmie następuje gwałtowny spadek hemoglobiny. Może przyłączyć tylko 1 cząsteczkę tlenu, znajduje się w mięśniach.

Maksymalna objętość minutowa - jest wykładnikiem czynności serca, jest to maksymalna ilość krwi jaką serce może wtłoczyć do tętnic w minutę podczas ciężkiego wysiłku, zależy od ilości tłoczonej krwi podczas skurczu oraz ilości skurczów na minutę.

Pojemność wyrzutowa serca - ilość tłoczonej krwi z komór podczas 1 skurczu. Zależy od powrotu żylnego do przedsionka.

Poj. minutowa = poj. wyrzutowa * częstość skurczów/min.

Prawo Starlinga - im więcej kro dociera żyłami, tym więcej będzie jej wyrzuconej przez serce.

Uderzenia w spoczynku - 72-80/min (ok. 70 ml krwi w skurczu) => poj. minutowa serca - 4900 ml ~ 5l/min

Komórki układu przewodzącego mają zdolność pobudzania. Z nich zbudowany jest węzeł zatokowo - przedsionkowy (rozrusznik serca - nadaje mu rytm). Znajduje się u ujścia żyły głównej górnej do prawego przedsionka. Jego aktywność to 70-80 pobudzeń/min. Jest mięśniem mimowolno ruchowym, działa na niego układ nerwowy wegetatywny współczulny i przywspółczulny. Układ współczulny uwalnia noradrenalinę, która przyspiesza częstość bicia serca i zwiększa siłę skurczu. Układ przywspółczulny uwalnia acetylocholinę, która spowalnia prace serca i zmniejsza siłę skurczu.

Układ hormonalny również reguluje pracę serca:

Nadnercza => adrenalina i noradrenalina (stres)

Wysoka temperatura podwyższa pracę serca.

Częstość uderzeń serca i pojemność minutowa się zwiększają, wyrzutowa jest mniejsza - skurcze są szybkie i silne, ich ilość może osiągnąć 180-200 min.

Cywilizacja powoduje ubytek komórek mięśniowych i przekształcenie ich w tkankę łączną i tłuszczową, zmniejsza się pojemność minutowa i liczba skurczów.

Maksymalna objętość wyrzutowa: 120-140 skurczów.

Granice maksymalnej objętości wyrzutowej zależą od:

• Wypełnienia serca w fazie rozkurczu komór zależnego od wielkości żylnego dopływu krwi.

• Rozciągliwości (podatności) ścian serca

• Siły skurczu jaką mięsień może rozwinąć (ściślej - stosunku tej siły do ciśnienia krwi w aorcie i tętnicy płucnej)

Krew z lewej komory => tkanki => naczynia włosowate (krew oddaje tlen, zabiera dwutlenek węgla) => wraca do przedsionka => prawa komora => tętnica płucna => płuca (oddaje CO₂, pobiera tlen)

Tętnice - krew utlenowana

Żyły - odtlenowana

Zawartość tlenu we krwi odpływającej żyłami z tkanek i narządów jest niższa niż we krwi, która tętnicami do nich dopływa. Z tego wynika różnica tętniczo-żylna (w spoczynku tętniczo-żylna różnica zawartości tlenu wynosi 5-7 ml/100 ml krwi, podczas wysiłku 15-17 ml/100 ml)

Tętniczo-żylna różnica zawartości tlenu we krwi mówi o skuteczności ekstrakcji (pozyskiwania) tlenu przez tkanki z przepływającej przez nie krwi.

Podczas wysiłku udrażniają się naczynia włosowate, mięśnie się zakwaszają i rośnie temp. ciała - są to dobre warunki do dysocjacji hemoglobiny (która wtedy łatwo transportuje gazy).

Ciśnie krwi - 120/80 Hg w spoczynku

Do 200/80 Hg podczas wysiłku - tylko ciśnienie skurczowe wzrasta, rozkurczowe balansuje lewie się zmieniając.

• Ludzie o wysokiej wydolności mogą wykonywać wysiłki z obciążeniem 60% maksymalnego obciążenia

• O przeciętnej wydolności 40-50%

• O niskiej wydolności 30-40%

Kobieta	Mężczyzna
Więcej tkanki tłuszczowej niż mężczyźni, słabsze siłowo, ale znoszą lepiej wysiłki submaksymalne, większa temp. wewnętrzna, na zewnątrz zimne.	Mniejsza temp. wewnętrzna, duże wypromieniowywanie ciepła przez pocenie.

Kryterium dopuszczalności obciążeń wysiłkowych w pracy zawodowej (8h/dobę) (dotyczy wysiłków dynamicznych):

• Duża wydolność: 40-50%VO₂max

• Przeciętna wydolność: 35-40%

• Mała wydolność 30-35%

Jeśli chodzi o wysiłki statyczne - praca może być wykonywana długotrwale, gdy siła wymagana do pokonania oporu nie przekracza 15-20% siły maksymalnej odpowiednich grup mięśniowych.

Choroby cywilizacyjne:

- cukrzyca

-otyłość

-choroba niedokrwienna serca

- siedzący tryb życia

- zaburzenie gospodarki lipidowej (duże stężenie cholesterolu zawartego we frakcjach LDL i VLDL, małe stężenie lipoproteid HDL) - wysiłek obniża LDL i VLDL a podwyższa HDL

Oby dwa cholesterole (zły i dobry) są potrzebne

-nadciśnienie tętnicze

-hiperinsulinemia poposiłkowa (wysiłek fizyczny zmniejsza wydzielanie się insuliny pod wpływem glukozy)

-nietolerancja węglowodanów

Bilans energetyczny - różnica pomiędzy ilością energii uzyskiwanej przez organizm w postaci przyswajalnych składników energetycznych (pokarm) a ilością energii wydatkowanej przez ustrój w określonym czasie.

Podstawowa przemiana materii (BMR) - tempo metabolizmu w ustroju człowieka pozostającego w warunkach zupełnego spoczynku fizycznego i psychicznego, komfortu cieplnego nie mniej niż 12 h po ostatnim wysiłku po co najmniej 8 h snu.

25% energii zużywa układ nerwowy, 40% mięśnie, 1/15 serce.

Osoby głodujące spalają białka, nie tłuszcz, aktywne spalaja tłuszcz.

Body Mass Index - masa ciała w stosunku to wzrostu - 19-25 norma, >30 - otyłość

Aktywność zwiększa wydzielanie insuliny wydajnej, nieroby wydzielają dużo mało przydatnej insuliny.

U starszych ludzi cukier wchodzi w reakcje z białkami (te zamiast tworzyć enzymy tracą aktywność), dochodzi do takich zmian jak np. słaby wzrok.

Osteoporoza - kobiety narażone są bardziej (mało masy kostnej, ciąża, odwapnienie - mleko z cyca), dobrze działa na układ kostny grawitacja - kosmici i kosmonauci tracą masę kostną.

Minimalny wysiłek 3x30 (3 razy w tyg. 30 min.)

WARUNKI WYSOKOGÓRSKIE

>3000m n.p.m. - zaczyna się fizjologia wysokogórska

Hipoksja - obniża prężność tlenu w organizmie

4 rodzaje hipoksji:

• Hipoksyczna - obniżona prężność tlenu we wdychanym powietrzu (samolot, góry)

• Hipoksemiczna - obniżenie prężności tlenu we krwi (niedokrwistość)

• Krążeniowa (zastoinowa)- zmniejszony przepływ krwi przez tkanki

• Cytotoksyczna - tlen nie może być wykorzystany przez tkanki

Prawidłowa prężność tlenu we krwi - 100Hg (75lat-75Hg)

Należna prężność tlenu PO₂ należne (Hg): 102 - 0,33 x wiek w latach

Duża wydajność: 1500-3500

B. duża: 3500-5500

Ekstremalna >5500

Strefa śmierci > 7900m n.p.m. - można wytrzymać kilkanaście godzin

O dopływie tlenu do mitochondriów decyduje:

• Wentylacja płuc

• Dyfuzja pęcherzykowa w płucach

• Krążenie krwi

• Dyfuzja w tkankach

Prężność tlenu w mitochondriach = 1Hg

3 mechanizmy adaptacji do warunków wysokościowych

• Doraźne ostre przystosowanie do hipoksji - 3ooo m (wylatujemy z nizin a lądujemy na Tybecie)

• Aklimatyzacja wysokościowa (stopniowo)

• Trwała adaptacja (mechanizm nie wykształcony u człowieka)

Działanie na układ nerwowy:

• Zakłócenie syntezy rodopsyny w siatkówce - słabe widzenie w ciemnościach

• Zaburzenie koordynacji

• Zaburzenie inteligencji (4500m)

Alpiniści tracą mózg i osobowość

Działanie na układ oddechowy:

Szybszy i głębszy oddech - duża utrata wody

Układ krążenia:

Wzrasta pojemność minutowa, częstość uderzeń, zmniejsza się pojemność wyrzutowa, wzrasta produkcja enzymów i hematokryt - krew gęstnieje, dochodzi do zatorów

Hipotermia - umiarkowana: temp. ciała 32-35^o, głęboka <30^o

Odmrożenia, urazy nieodmrożeniowe (odmrozina - wiatr, pojawiają się cętki; stopa okopowa - wilgoć, stale mokre ciżmy)

Hieproksja - przeciwna do hipoksji, nie występuje naturalnie (przetlenienie jest złe - związki się utleniają)

Poikilodermia - zmiennocieplność, homotermia - stałocieplność

Temp. < 27 zgon > 42^o , 28-25^o - migotanie komór - bezpośrednia przyczyna śmierci

Strefa komfortu cieplnego - pasmo warunków termicznych, w których stała temp., wewnętrzna utrzymywana jest dzięki małym adaptacyjnym zmianom.

Strefa chłodu - skuteczność termoregulacji osiąga granicę, ale nie ma potrzeby zwiększania wytwarzania ciepła.

Strefa zimna - temp. powietrza niższa od krytycznej, trzeba zwiększyć temp. ciała.

Strefa nie tolerowanego zimna - mimo produkcji ciepła homeostaza termiczna jest zaburzona, spada temp. ciała.

Optymalna temp. otoczenia 25-26-28^o

Hipertermia - przegrzanie: tracimy wodę i elektrolity => odwodnienie => wymioty => zatrzymanie pocenia się (by nie tracić wody) => udar cieplny

Reakcja na zimno

Skurczenie naczyń krwionośnych (zmniejszenie skórnego przepływu krwi) => tłoczenie do żył sąsiadujących z tętnicami (tętnice ogrzewają krew w żyłach) => przeciwprądowy wymiennik ciepła (naczynia pulsują w kończynach)

Termogeneza - wytwarzanie ciepła

• Drzeniowa (mięśnie drżą)

• Bezdrżeniowa - hormony ciepłotwórcze: tarczycy i glukagon

Choroba wysokogórska: ból głowy, wymioty, gorączka

Ostra choroba górska: podniecenie emocjonalne (2-3 dni)

Przewlekła choroba górska (Monga) - niemożność aklimatyzacji, obrzęk płuc i mózgu

1

---