Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

1

BEZPIECZEŃSTWO PRACY

I ERGONOMIA

WYKŁAD II

PRACA FIZYCZNA

P

IOTR

Ł

ASZCZYCA

WB

I

OŚ,

KFZ

I

E,

K

ATOWICE

2003

Zakres wykładu bieżącego

1. Układ ruchu.
2. Fizjologia mięśni.
3. Mechanizm skurczu
4. Czynności układów zabezpieczających zdolność do pracy.

Krew
Układ krwionośny
Układ oddechowy

5. Fizjologia wysiłku fizycznego.

Typologia wysiłków fizycznych i praktyczne konsekwencje zróżnicowania wysiłków; m.in. wysiłki
statyczne i dynamiczne.

6. Koszt energetyczny i fizjologiczny pracy,
7. Wydolność fizyczna.

Podstawy oceny wydolności fizycznej.

8. Trening. Zmęczenie. Wypoczynek.
9. Motoryczność człowieka w procesie pracy.

Postawa ciała i jej zaburzenia w pracy.

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

2

P

RACA PRACY NIERÓWNA

R

ODZAJE PRACY

-

RODZAJE WYSIŁKU FIZYCZNEGO

PRACA
1. dynamiczna - przemieszczanie, np.:

- przeciąganie liny, pływanie, bieg narciarski, rąbanie drewna, wspinaczka ... kopanie rowów, ...
statyczna - podtrzymywanie - unieruchamianie, np.:
- utrzymywanie pozycji ciała, trzymanie rąk nad głową, unieruchamianie przedmiotu, ...

2. o różnym zaangażowaniu ciała

ogólna - całym ciałem np.: - przeciąganie liny, wiosłowanie ...
miejscowa - jednym elementem łańcucha kinematycznego ciała, np.: - mocowanie na rękę, zaciskanie
pięści, ...

3. o różnej dynamice wydatku energetycznego

szybkościowa

sprint, ...

siłowa

podnoszenie ciężarów, ...

wytrzymałościowa

maraton ...

4. różnym czasie trwania

krótkotrwała:

krócej niż 30 min. - krótkotrwała - maksymalne dopuszczalne tętno 170/min

długotrwała:

dłużej niż 60 min. - długotrwała - maksymalne dopuszczalne tętno 130/min

5. różnym stopniu intensywności

wg Astranda - na podstawie indywidualnego wydatku energetycznego (Vo

2max

)

lekka

średnia

ciężka

b. ciężka

optymalna - 8h

0,1 Vo

2max

0,1 - 0,35 Vo

2max

0,35 - 0,5 Vo

2max

0,5 - 1,0 Vo

2max

0,30 - 0,35 Vo

2max

wg Christensena i Buskirka oraz wg FAO - na podstawie wielu zmiennych, tu wydatku energetycznego

(brutto) wyrażonego w kcal/min

spoczynek

b. lekki

lekki

średni

ciężki

b. ciężki

krańcowo

ciężki

1,0

< 2,5

2,5 - 5,0

5,0 - 7,5

7,5 - 10,0

10,0 - 12,5

>12,5

wg Lehmana - na podstawie wielu zmiennych, tu wydatku energetycznego (brutto) wyrażonego w

kcal/min

spoczynek

b. lekki

lekki

średni

ciężki

b. ciężki

krańcowo

ciężki

1,13

1,13-2,17

2,17-3,21

3,21-4,25

4,25-5,29

5,29-6,33

>6,33

6. o różnym rytmie:

krótkotrwała (impulsowa)
interwałowa (przerywana)
ciągła

T

RZEBA MIEĆ CZYM PRACOWAĆ

.

U

KŁAD RUCHU JAKI JEST KAśDY WIDZI

patrz: W.Sylwanowicz: „Mały atlas anatomiczny” PZWL
• U

KŁAD KOSTNY

:

222-223 kości („więcej” w okresie kostnienia), ok. 14% m.c.

• U

RZĄDZENIA POMOCNICZE MIĘŚNI

• M

IĘŚNIE

:

ok. 40% m.c., 300-500 mięśni (zależy jak kto liczy, zdarzają się jednak i niedorozwoje)

• także U

KŁAD NERWOWY

- bo mięśniami coś musi kierować

oraz U

KŁADY ZABEZPIECZAJĄCE WYSIŁEK FIZYCZNY

- u. krążenia, oddechowy, wydalniczy, ...

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

3

K

OŚĆ Z KOŚCI

-

CZYLI

U

KŁAD KOSTNY ALBO

S

ZKIELET

• kości: długie, krótkie, płaskie (w tym: pneumatyczne), różnokształtne

• morfologia kości: główka (koniec), nasada wzrostowa, trzon

• struktura wewnętrzna kości: osteony, jama szpikowa

(patrz: Encyklopedia)

S

ZKIELET OSIOWY

:

Czaszka
- mózgoczaszka:

k.k. czołowa, 2 ciemieniowe, potyliczna,
2 skroniowe, sitowa, klinowa

- trzewioczaszka:

k.k. łzowa, podniebienna, lemiesz, szczękowa,
nosowa, gnykowa, żuchwa, kosteczki słuchowe,

Kręgosłup - Kręgi (każdy z trzonu, łuków i wyrostków):

7 szyjnych ( w tym: dźwigacz i obrotnik), 12 piersiowych,
5 lędźwiowych, 5 krzyżowych (zrośnięte), 1-3 ogonowe

śebra,

7 prawdziwych, 3 rzekome, 2 wolne

Mostek (rękojeść, trzon, wyrostek mieczykowaty

S

ZKIELET KOŃCZYN

:

O

BRĘCZ KOŃCZYNY GÓRNEJ

(

BARKOWA

)

O

BRĘCZ KOŃCZYNY DOLNEJ

(

MIEDNICZNA

)

Obojczyk i Łopatka

Kość miedniczna (zrośnięta) =

= k. biodrowa + kulszowa + łonowa

K

OŃCZYNA GÓRNA WOLNA

K

OŃCZYNA DOLNA WOLNA

K. ramieniowa

K. udowa

K. łokciowa i k. promieniowa

K. piszczelowa, k. strzałkowa, rzepka

K.k. nadgarstka (8)

K.k. stępu (5)

K.k. śródręcza (5)

K.k. śródstopia (5)

K.k. palców (4 x 3 + 2)

K.k. palców (4 x 3 + 2)

P

OŁĄCZENIA KOŚCI

włókniste: szwy (np. czaszki), wklinowania zębów, więzozrosty (np. więzadła stawowe)
chrząstkowe: chrząstkozrosty (krążki miedzykręgowe), spojenia (łonowe)
maziowe: stawy

stawy proste i złożone: płaski, zawiasowy,
zawiasowy kłykciowym obrotowy, siodełkowy,
kulisty
(patrz: „Mały atlas ...”, patrz: Encyklopedia)

U

RZĄDZENIA POMOCNICZE KOŚCI I MIĘŚNI

:

• obrąbek stawowy (chrzęstny)

• więzadła stawowe (połączenia włókniste kości - patrz wcześniej)

• krążki stawowe, np. międzykręgowe złożone z pierścienia włóknistego i jądra miażdżystego (chrzęstne -

chrząstkozrosty - patrz wyżej: połączenia kości)

• łąkotki stawowe

• kaletki maziowe

• kaletki śluzowe podskórne

• pochewki ścięgien

• więzadła pochwowe ścięgien - troczki

• trzeszczki - bloczki (np. rzepka w stawie kolanowym)

• powięzie mięśni

• torebki stawowe

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

4

Kilka ważnych spraw w związku z układem ruchu, o których nie powinno się
zapominać

FIZJOLOGICZNE KRZYWIZNY KRĘGOSŁUPA I ICH ROZWÓJ

• C-kształtny kręgosłup płodu noworodka (także

małp)

• S-kształtny kręgosłup dojrzałego człowieka

Kifozy („garb”):

piersiowa i krzyżowa

Lordozy („wypięty brzuch”):

szyjna i lędźwiowa

Mechanizm rozwojowy kształtowania się krzywizn kręgosłupa, kolejno:

szyjnej

unoszenie głowy,

piersiowej

siedzenie

lędźwiowej

stanie

Znaczenie fizjologiczne krzywizn kręgosłupa

porównaj amortyzujące własności kija od miotły i wygiętego łuku Robin Hooda

przenoszenie obciążeń i wstrząsów przez kręgosłup podczas stania, marszu i biegu …

Masażyści i niektórzy ortopedzi twierdzą, że po odgłosie kroków można poznać,
czy idąca osoba ma zdrowy kręgosłup i umie go właściwie używać.
„Ciężkostępy” tupiąc obciążają kręgosłup - skarżą się na zwyrodnienia i bóle kręgosłupa.

Patologiczne boczne krzywizny kręgosłupa - skoliozy - powodują większe obciążenia i bóle mięśni.

Kręgosłup jako dźwignia przy podnoszeniu ciężarów

Podstawowa zasada szkolenia BHP:
Nie podnoś ciężarów kręgosłupem. Podnoś ciężary nogami (z przysiadu).

Patrz: techniki podnoszenia ciężarów przez ciężarowców.

Trzony kręgów obciążone przy kręgosłupie pochylonym w przód wyciskają jądro
miażdżyste dysków do tyłu - w stronę kanału kręgowego i uciskają na rdzeń kręgowy.
(Jak pestka wiśni spomiędzy palców - mechanika klina albo równi pochyłej).

Kręgosłup można złamać, co zazwyczaj uszkadza rdzeń kręgowy.
Przyczyny złamań kręgosłupa:

- uderzenia w tułów, bezwładny odrzut głowy do tyłu

(wypadki samochodowe – głownie najechanie od tyłu – stąd zagłówki),

upadki na głowę, skoki do wody na głowę

Skutki złamań kręgosłupa:

- przerwanie szlaków nerwowych prowadzących z mózgowia do rdzenia kręgowego sterujących mięśniami

(w tym mięśniami oddechowymi,

także przerwanie odroczone wskutek wylewów krwi, uszkadzających rdzeń

- śmierć z uduszenia, szok rdzeniowy, tetraplegia, hemiplegia, paraplegia ...

(patrz: Encyklopedia)

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

5

M

IĘŚNIE

M

IĘŚNIE

(jako narząd) zbudowane z:

- tkanki mięśniowej typu poprzecznie prążkowanego szkieletowego
- rozpiętej na siatkowatym SPRĘśYSTYM zrębie tkanki łącznej

(śródmięsna, omięsna, namięsna)

- oraz naczyń krwionośnych i włókien nerwowych.
- otoczone powięziami
- zakończone ścięgnami

Każdy mięsień człowieka (z 500 wyróżnianych przez anatomów) ma swoją nazwę,
ale ogólnie mięśnie szkieletowe klasyfikuje się:
• wg położenia punktów przyczepu na:

- skórne (mimiczne),
- szkieletowe (te „zwykłe”)
- i trzewne (zwieracze)

• wg ilości stawów, które uruchamiają na:

- jedno-,
- dwu-
- i wielostawowe

• wg rozległości ruchu i siły skurczu na:

- długie, -
- szerokie,
- krótkie, -
- mieszane
- i zwieracze

• wg kształtu i układu włókien wewnątrz brzuśca

na:
- wrzecionowate, -
- półpierzaste,
- pierzaste,

Od układu włókien zależy pole przekroju
fizjologicznego mięśnia, a od tego pola siał
bezwzględna skurczu mięśnia oraz rozległość
skrócenia całkowitego mięśnia podczas skurczu

• wg kształtu i układu włókien brzuśca na:

- wielogłowe (udo),
- wieloogonowe (przedramię - palce),
- dwubrzuścowe,
- płaskie (brzuch),
- długie z pasmami ścięgnistymi (brzuch),
- zwieracze (zewnętrzne),
- okrężne (ust., oka)

Oprócz mięśnie szkieletowych występują jeszcze dwa inne rodzaje mięsni zbudowane z innych rodzajów tkanki
mięśniowej.

Mięsień szkieletowy

typu podwójnie pierzastego

wrzecionowaty

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

6

T

KANKA MIĘŚNIOWA MA TRZY TYPY

:

P

OPRZECZNIE

PRĄśKOWANA

Własność

S

ZKIELETOWA

S

ERCOWA

G

ŁADKA

forma narządu

odrębna bryła: brzusiec i
ścięgna

odrębna bryła, worek
wielokomorowy

w ścianie narządów
cewkowatych - „rur”

wielkość komórek

5 cm x 50 µm.

1 cm x 15 µm.

0,3 mm x 10 µm.

ilość i położenie jąder

tysiące, obwodowo

setki, centralnie

jedno, centralnie

ułożenie filamentów
aktyny i miozyny

równolegle - sarkomer
(prążkowanie)

równolegle - sarkomer
(prążkowanie)

spiralnie
(brak prążkowania)

kontakt między
komórkami

tylko z neuronami -
(synapsy)

między sobą (wstawki -
złącza elektryczne)

między sobą (złącza
elektryczne) i neuronami

ilość mitochondriów

liczne

bardzo liczne

nieliczne

pobudzanie do skurczu

acetylocholina z komórek
nerwowych

układ bodźczotwórczy
serca - automatyzm

samoczynne, przez
hormony lub mediator

rodzaj skurczu

tężcowy

pojedynczy

toniczny

czas trwania skurczu

ok. 1-10 ms

ok. 300-500 ms

sekundy lub minuty

szybkość skurczu

duża ale różna

średnia

mała

odporność na brak O

2

różna - znaczna

bardzo mała (zawał)

bardzo duża

typy włókien

FTa, FTb, ST

-

wielojednostkowe
trzewne

Włókna mięśnia szkieletowego

MOGĄ NALEśEĆ DO JEDNEGO Z TRZECH TYPÓW

Typ

Inny

skrót

Barwa (ilość

mioglobiny)

Szybkość

skurczu

Podatność

na zmęczenie

Zapotrzebo-

wanie na tlen

Dominujący

proces metab.

Rodzaj wysiłku

FTa FTOG

= II a

czerwona

(dużo Mb)

duża

„szybkie”

mała

lub średnia

duże

niekonieczny

glikoliza,

utlen. mitoch.

„średniody-

stansowiec”

FTb FTG

= II b

biała

(b. mało Mb)

duża

„szybkie”

mała

„męczliwe”

małe

niekonieczny

glikoliza

beztlenowo

„sprinter”

(królik, kura)

ST

STO

= I

czerwona

(dużo Mb)

mała

„wolne”

bardzo mała

„wytrzymałe”

średnie

niezbędny

utlenianie

mitoch.

„turysta”

(kaczka)

Trzy typy włókien mięśniowych mają różny udział w budowie różnych mięśni.

Są różne mięśnie do:
• długiego stania ...

• unoszenia głowy ponad poziom ...

• szybkiego, ale krótkiego uciekania ...

Kilka ważnych spraw, o których warto pamiętać w związku z układem ruchu

1. Udział każdego z trzech rodzajów włókien mięśniowych (FTa, FTb, ST) w budowie mięśni jest

zdeterminowany genetycznie. Tylko w niewielkim stopniu można go zmienić. Każdy ma zatem
predyspozycje do wykonywania określonego rodzaju wysiłków fizycznych.

2. Rozwój tkanki mięśniowej i tkanki kostnej jest pobudzany przez męskie hormony płciowe (androgeny),

szczególnie w okresie dojrzewania. Wtedy kształtują się ostateczne różnice w budowie kośćca i umięśnienia
(biodra, barki, klatka piersiowa ... itd.). Hormony płciowe (męskie) są produkowane również przez korę
nadnerczy - w stresie (np. wysiłkowym) - stąd maskulinizacja zawodniczek sportów siłowych.

3. Hormony męskie powodują przerost mięśni - Zawodnicy sportowi stosują więc niedozwolony doping

hormonalny androgenami (tzw. sterydami anabolicznymi).

4. Pod wpływem androgenów mięśnie przerastają, ale ich ścięgna nie. Łatwo zatem o kontuzje - zerwanie

ścięgien - u tzw. „koksiarzy”.

5. Młodzi chłopcy chcą imponować mięśniami innym chłopcom i dziewczętom. Powstał nowy rodzaj

uzależnień farmakologicznych („narkomanii”) - body building - „szprycowanie” się androgenami, żeby bez
ćwiczeń mieć „takie ciało”.

6. Każda głupota ma jednak krótkie nogi. Uszkadza serce, wątrobę, uszkadza jądra, zmniejsza potencję, ...
7. Wysiłek fizyczny przeregulowuje gospodarkę hormonalną - tzw. hormonalny mechanizm glukostazy.

Uczestniczą w nim: noradrenalina, insulina, glukagon, glikokortykosterydy i H

ORMON

W

ZROSTU

(HGH)

8. Co z tego wynika dla wychowania młodzieży?

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

7

M

IĘŚNIE KURCZĄ SIĘ GDY ICH UśYWAMY

Mnóstwo haseł, które wymagają uporządkowania:

Odruch, Motoneuron, Neuron ruchowy, Jednostka motoryczna, Włókna mięśniowe, Miofibryla,
Miofilamenty, Włókienka kurczliwe, Sarkomer, Mion, Aktyna, Troponina, Miozyna, Siateczka
endoplazmatyczna, Mediator, Acetylocholina, Depolaryzacja, Jony, Drugi przekaźnik, Jony wapnia,
Ślizgowy mechanizm skurczu mięśnia, Skurcz izometryczny, Skurcz izotoniczny, Skurcz tężcowy,
Skurcz pojedynczy, ATP, Katabolizm, Oddychanie komórkowe, Oddychanie beztlenowe i tlenowe,
Kwas mlekowy i mleczany, Źródła energii do skurczu mięśnia, Praca dynamiczna i statyczna, Deficyt i
Dług tlenowy, Zmęczenie.

Mięsień podczas pracy

• Siła - 0,8-4 × 10

-4

N/włókno

15-100 N/cm

2

• Rezerwuar tlenu - 0,1-0,2% Mb (mioglobiny) w mięśniu

• Ukrwienie - 1 500 - 3 000 włośniczek /mm

2

przekroju mięśnia

otwartych w spoczynku 30-100 włośniczek /mm

2

przekroju mięśnia

750 × wzrost przepływu podczas pracy

M

ECHANIZM SKURCZU

K

RÓTKO MÓWIĄC

:

W

IELKI TRYUMF BIOLOGII MOLEKULARNEJ I CHAMSKIEGO REDUKCJONIZMU

Zmiany potencjału błony podczas depolaryzacji i

Schemat budowy sarkomeru

Skurcz - od pobudzenia neuronu do ślizgowego ruchu miofilamentów

t [ms]

E

[mV]

0

-20

-40

-60

(3)

(4)

(5)

(6)

(2)

(1)

L

H

T

Z

I

A

I

II

III

IV i V

VI

VII

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

8

M

ECHANIKA SKURCZU MIĘŚNIA

Mięsień może kurczyć się:

• zmieniając swoją długość - izotonicznie - podczas pracy dynamicznej

• nie zmieniając długości, za to zwiększając napięcie - izometrycznie - podczas pracy statycznej

• w warunkach rzeczywistych zaś skurcz ma charakter mieszany - auksotoniczny

Po pojedynczym pobudzeniu bodźcem pojedynczy skurcz włókna mięśnia trwa kilka tysięcznych sekundy.
„Prawdziwe” skurcze pracujących mięśni trwają kilkaset - kilkadziesiąt tysięcy razy dłużej - sekundy lub
minuty. Aby je uzyskać włókna mięśniowe muszą być pobudzane kilkadziesiąt razy na sekundę. Skurcz
wywołany taką serią pobudzeń zwany jest skurczem tężcowym.

Siła skurczu mięśnia zależy od jego początkowego rozciągnięcia - rosnąc przy niewielkim początkowym
rozciągnięciu mięśnia. Większa jest też gdy mięsień opiera się „biernie rozciąganiu” czyli podczas pracy
ekscentrycznej, takiej jaką wykonują mięśnie nóg podczas schodzenia ze schodów.

S

ZYBKOŚĆ I SIŁA REAKCJA RUCHOWEJ

(Hill) są funkcyjnie powiązane (równanie hiperboli):

(F + a) (V + b) = k

Siła działania mięśnia w zależności

od długości początkowej i od szybkości skurczu

F [N]

l [cm]

F [N]

- 0 +

Ekscentryczna Koncentryczna

Aktywna Elastyczna

v [cm/s]

Sumowanie skurczów pojedynczych w skurczu tężcowym

Skurcz pojedynczy

Wypadkowa siła skurczu

Zapis serii
depolaryzacji

Skurcz tężcowy

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

9

S

KĄD SIĘ BIERZE ENERGIA DO PRACY MIĘSNI

N

AJNOWOCZEŚNIEJSZY OD

3,5

MLD LAT SILNIK WYMYŚLONY PRZEZ EWOLUCJĘ

Prawda jest prosta i banalna:

1. Energia pochodzi z oddychania komórkowego
2. Oddychanie komórkowe to

S

PALANIE

W

ODORU W

T

LENIE

.

3. Przy tym zawsze powstaje dużo energii.
4. Wszystkie komplikacje są tylko po to, żeby ją złapać i się nie poparzyć.
5. Energię łapie się w

UNIWERSALNY NOŚNIK ENERGII

czyli w

ATP

ATP - 12-16 kcal/mol (czyli na 509 g lub jak kto woli 0,5 kg ATP)

(7 kcal/mol wiązania estrowego - 3-8 x więcej niż w innych wiązaniach)

Dziennie nasz organizm musi „wyprodukować” od 45 do 70, a czasami nawet 450 kg ATP

P

OTEM ODZYSKUJE SIĘ ENERGIĘ

ATP → ADP + P

i

+ 7 kcal/mol

tzw. hydroliza ATP - natychmiastowe zużycie

P-Cr + ADP → Cr + ATP

tzw. depozyt fosfagenowy - trwalszy zapas

Z

ASÓB FOSFAGENÓW W MIĘSNIU

(FT

B

>

F

TA

>

ST)

5 mmol ATP / kg mięśnia świeżego

i 15 mM PCr / kg mięśnia świeżego (30 kg mięśni u 70 kg osoby

570-690 mmol fosfagenów)

co wystarcza na:

● 1 minutę szybkiego marszu; ● 20-30 sekund biegu przełajowego; ● 6 sekund sprintu lub pływania

Skąd wziąć wodór do spalania i czy koniecznie trzeba ... już o tym mówiliśmy

O

DDYCHANIE BEZTLENOWE

(

SIC

!)

-

CZYLI

„F

ERMENTACJA MLEKOWA

”:

2 [NAD

+

→ NADH+H

+

]

2 [NADH+H

+

→ NAD

+

]

Glc → 2 ald. P-glic. → 2 kw. 1,3 - dwu P-glic. → 2 kw. pirogr. → 2 kw. mlekowy
2 ATP → 2 ADP

2 x [2 ADP → 2 ATP]

lub prościej

C

6

H

12

O

6

→ 2 CH

3

CHOHCOOH + CO

2

+ 37 kcal /mol

(2 lub 4 ATP zależnie od szlaku)

Owszem, tak można, można ... tylko niedługo ...1,5 minuty, no, może i z 5 minut ...

Potem mięśnie się zakwaszają jak ogórki albo kapusta na bigos.

O

DDYCHANIE TLENOWE PRZEBIEGA W TRZECH ETAPACH

NAJPIERW TRZEBA PRZYGOTOWAĆ SUROWCE DO UZYSKANIA WODORU

CZYLI GLIKOLIZA:

2 [NAD

+

→ NADH+H

+

]

Glc → Fru-1,6-dwu P → 2 ald. P-glic. → 2 kw. 1,3 - dwu P-glic. → 2 kw. pirogr.

2 ATP → 2 ADP

2 x [2 ADP → 2 ATP]

Glc → 680 -738 kcal brutto → 40% w ATP z oddychania = 266 kcal

POTEM TRZEBA WYDOBYĆ Z SUROWCA TEN NIESZCZĘSNY WODÓR

CZYLI CYKL KWASÓW TRÓJKARBOKSYLOWYCH ALBO CYKL KREBSA:

CH

3

COCOO

H

+ CoA-S

H

+ 4 NAD

+

+ FAD + GDP + P

i

+ 2

H

2

O + „C

4

” →

→ CoA-SH + 3 CO

2

+ 4 (NAD

H + H

+

) + FAD

H

2

+ GTP + „C

4

”

bilans wodorów:

przychód: 4 z pirogronianu, 2 z GTP i

Pi

, 4 z 2 H

2

O.

rozchód: 8 w 4 (NADH+H

+

), 2 FADH

2

.

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

10

WRESZCIE TRZEBA SPALIĆ TEN WODÓR BEZ WYBUCHU -

ŁAŃCUCH PRZENOŚNIKÓW ELEKTRONÓW - ODDYCHANIE MITOCHONDRIALNE:

SubH

2

→ NAD

+

→ FAD → CoQ → 2 × {cyt b → cyt c → cyt a} → 1/2 O

2

2 H

+

+ 2 e

-

+ 1/2 O

2

+ 3 ADP + 3 P

i

→ H

2

O + 3 ATP

Tym się właśnie różni mitochondrium od głupich pomysłów Józia Priestleya (1774) oraz od katastrofy Graffa
Zeppelina w Nowym Jorku (1936).

bilans energetyczny oddychania mitochondrialnego z glikolizą:

aktywacja:

- 2 ATP/Glc

glikoliza:

+ 4 ATP/Glc + 2 (NADH+H

+

)/Glc

cykl k.t-k. :

+ 2 GTP/Glc + [8 (NADH + H

+

) + 2 FADH

2

] /Glc

fosforylacja:

2 × 3 ATP/(NADH+H

+

) + 8 × 3 ATP/(NADH+H

+

) + 2 × 2 ATP/ FADH

2

=

= (34 + 4) ATP = 38 ATP

razem:

(34 + 2 + 4 - 2) ATP = 38 ATP ( - 2 ATP straty na transport mitochondrialny)

266 kcal/mol Glk,

40% brutto

jest jeszcze

BETA OKSYDACJA WOLNYCH KWASÓW TŁUSZCZOWYCH:

E

KONOMIA PRACY

:

P

RACA KOSZTUJE ENERGIĘ

Z

WRÓĆ UWAGĘ

,

śE

• ilość wykonanej pracy jest zależna wprost od:

- ilości spalonego wodoru

- ilości tlenu zużytego do spalania wodoru

- i ilości glukozy lub tłuszczów, z których wodór został uzyskany

• glukozę i tłuszcze trzeba zjeść (i uzyskać z jedzenia)

• tlen trzeba pobrać z powietrza

• i tlen i glukozę trzeba przenieść z krwią z płuc i przewodu pokarmowego do mięśni

• podczas spalania uwalnia się ciepło - aż 60% energii oddychania to ciepło

K

OSZT ENERGETYCZNY PRACY

wg Christensena i Buskirka oraz wg FAO - na podstawie wielu zmiennych, tu wydatku energetycznego (brutto)
wyrażonego w kcal/min

spoczynek

b. lekki

lekki

średni

ciężki

b. ciężki

krańcowo

ciężki

1,0

< 2,5

2,5 - 5,0

5,0 - 7,5

7,5 - 10,0

10,0 - 12,5

>12,5

wg Lehmana - na podstawie wielu zmiennych, tu wydatku energetycznego (brutto) wyrażonego w kcal/min

spoczynek

b. lekki

lekki

średni

ciężki

b. ciężki

krańcowo

ciężki

1,13

1,13-2,17

2,17-3,21

3,21-4,25

4,25-5,29

5,29-6,33

>6,33

To się także przelicza na tlen

wg Astranda - na podstawie indywidualnego wydatku energetycznego (Vo

2max

)

lekka

średnia

ciężka

b. ciężka

optymalna - 8h

0,1 Vo

2max

0,1 - 0,35 Vo

2max

0,35 - 0,5 Vo

2max

0,5 - 1,0 Vo

2max

0,30 - 0,35 Vo

2max

Energetyka zużycia tlenu - Współczynnik Oddechowy RQ i Równoważnik Kaloryczny Tlenu EqO

2

Substrat

Cukry

Białka

Tłuszcze

Średnio

RQ

1,00

0,85

0,71

0,75-0,82

EqO

2

[kcal/l O

2

]

5,05

4,86

4,69

4,74-4,825

To można również przeliczyć na ilość spożytego pokarmu

ale a tym - kiedy indziej.

Substrat

Cukry

Białka

Tłuszcze

Wartość energetyczna [kcal/g]

3,8-4,1

4,1

9,1-9,3

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

11

E

KONOMIA PRACY

-

JAK W BANKU

:

K

OSZTY

,

DEFICYT

,

DŁUG I SPŁATA

.

Koszty bywają wyższe od chwilowo dostępnych środków, np.:
• podczas ekstremalnych wysiłków (np. sprintu, ...)

• w niedotlenieniu (w wysokich górach lub podczas nurkowania ...)

• w niewydolności oddechowej lub krążeniowej ...

• na początku każdej pracy zanim „wszystko się rozrusza”

• momenty przestawienia - kryzysy zdolności do pracy ...

Wtedy pojawia się DEFICYT pokrywany przez DŁUG, który później się SPŁACA

DŁUG TLENOWY

:

•

składniki klasyczne:

1. Bezmleczanowy (ubytek zapasu fosfokreatyny i ATP w mięśniu)

5 µmol ATP/ g mięśnia

2. Mleczanowy (z „fermentacji mlekowej” w mięśniu)

z 0,012 g lac/100 ml

do 0,140 g lac/100 ml

wzrasta > 10 ×

z pH 7,4

pH 7,00 lub nawet pH 6,8

częściowo spłacane w czasie wysiłku

•

składniki „nowoczesne”:

koszt tlenowy glukoneogenezy,
reoksygenacja hemoglobiny (10%)
reoksygenacja osocza, płynu tkankowego i mioblobiny (2-5%)
koszt tlenowy metabolizmu wtórnego: transport Ca, Na, K, metabolizm NA i hormonów

Deficyt tlenowy i jego zależność od ubytku fosfagenów oraz powstawania mleczanów
Def O

2

[dcm

3

O

2

]

1

2

3

4

5

6

7

ATP+PCr [mM/kg mięśnia]

3

6

9

12

13,5

14

14

Lac [mM/kg mięśnia]

3,5

7,5

12

17

21

26

Związek między czasem wysiłku maksymalnego a udziałem metabolizmu beztlenowego i tlenowego (za
Gollnickiem P.D. i Hermansenem L 1973, oraz Astrandem P.O. i Rodahlem 1977 )
Czas sekundy/minuty [ .” / ’]

10”

30”

60”

2’

4’

10’

30’

60’

120’

Udział metabolizmu anaerobowego [%] 90

80

70

50

35

15

5

2

1

Udział metabolizmu aerobowego [%]

10

20

30

50

65

85

85

98

99

Szacunkowy wydatek maks. [kcal]

24

50

45

100

245

675

1215

Blood lactate treshold - próg intensywności wysiłku do pojawienia się mleczanów we krwi

Największa akumulacja mleczanów w wysiłkach o czasie trwania 60-180 sekund

Częstość skurczów serca na minutę

Spoczynek Wdrażanie Równowaga Odnowa Spoczynek

0 2 4 6 Czas pracy [minuty]

160

80

120

200

B

A

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

12

Zawartość mleczanów we krwi podczas wysiłków o różnej intensywności

25% Vo

2max

50% Vo

2max

75% Vo

2max

100% Vo

2max

Trenowani

1

1,3

2,1

5,5

wartości względne

Nietrenowani

1

1,3

3,0

4,8

wartości względne

U trenowanych o 20-30% większa zawartość mleczanów [lac] po wysiłku niż u nietrenowanych

W

RÓśNYCH OKRESACH PRACY WYKORZYSTYWANE SĄ RÓśNE ŹRÓDŁA ENERGII

,

CO DAJE RÓśNĄ MOC I NIE JEST OBOJĘTNE DLA SPORTOWCÓW I DBAJĄCYCH O LINIĘ

Coś za coś - im dłużej, tym mniejsza moc, ale większa uzyskana energia

Wiedząc to można powiedzieć, że naukowa metoda na odchudzanie polega na ...

Fosfogeny - Beztlenowo

Glikogen - Beztlenowo

Glikogen - Tlenowo

Kwasy tłuszczowe - Tlenowo

15 30 60 2 4 8 16 32 64 128 sekundy i minuty

Moc pracy

Kryzysy zdolności do pracy - „Drugi oddech”

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

13

E

KONOMIA PRACY

:

P

RACA KOSZTUJE

NIE

TYLKO

ENERGIĘ

K

OSZT FIZJOLOGICZNY PRACY

Zakres zmienności parametrów fizjologicznych podczas pracy

Parametr

Spoczynek

Wysiłek

Ekstremalnie

Jednostka

SV

55 - 90

150

200

ml/1cykl serca

HR

60 - 80

180

200 - 270

cykl/min

AVDo

2

5,0 - 6,9

14,5 - 17,0

17,0

mlO

2

/100ml krwi

Q

4,0 - 6,0

18,5 - 24,1

42,3

l krwi/min

Vo

2

(Vo

2max

)

0,2 - 0,3

2,6 - 4,1

7

l tlenu /min

Ps/P

D

120/80

180/76

250/110

mmHg

f

10 - 20

30 - 33

33 - 50

cykl/min

MV/MMV

8

65 - 100

140 - 260

l powietrza /min

Def. O

2

-

0,1 - 0,25

0,3

10

2

/kg m.c.

T

rect

< 37,5

o

C

37,5 - 38,0

o

C

> 38,0

o

C

o

C

gdzie: SV - pojemność wyrzutowa serca, HR - częstość skurczów, Q - pojemność minutowa serca, Vo

2

-

minutowy pobór i transport tlenu z krwią, Ps/Pd - ciśnienie tętnicze, f - częstość oddechu, MV/MMV -
wentylacja minutowa, Def O2 - deficyt tlenu, T

rect

- temperatura rektalna

P

ODSTAWOWE ZALEśNOŚCI EMPIRYCZNE

-

P

ARAMETRY KRĄśENIOWE A OBCIĄśENIE PRACĄ

Q = SV

×

HR

pojemność minutowa serca – czasami skracana jako CO

Vo

2

= AVD

×

Q

minutowe zużycie tlenu

W =

∆

Vo

2STP

×

EQo

2

×

η

ηη

η

praca użyteczna

I ostatecznie po złożeniu równań –

podstawowe równanie hemodynamiczne

W =

η

ηη

η

××××

EQo

2

(HR

××××

SV

××××

AVD - Vo

2B

)

słuszne dla:

Vo

2

= 0,2 - 0,8 Vo

2max

EQ = 4,9 kcal/1 0

2

(RQ = 0,9)

η

ηη

η

= 0,10 - 0,25

- zależnie od rodzaju pracy i innych czynników

W równaniu zawarte intuicyjnie znane każdemu prawo, że:

W ~ HR

Gdzie oznaczenia jak wyżej oraz: Vo

2

- objętość tlenu (STP), EQo

2

- równoważnik energetyczny tlenu, η

η

η

η -

współczynnik sprawności mechanicznej, W - praca użyteczna, B - indeks wartości spoczynkowej, np.Vo

2B

Wzajemna zależność HR i Vo

2

% max HR

50

60

70

80

90

100

% Vo

2max

28

42

56

70

83

100

Zależność produkcji energii (przemiany energii - metabolizmu - PM) od częstości skurczów serca

PM = 4 × HR – 255

[kcal / godz]

Należna maksymalna częstość skurczów serca i tętna w zależności od wieku i

Wskaźnik Rezerwy Tętna

HR

max

= 220 –A

lub

HR

max

= 210 – (0,65

×××× A) [A] = [lat])

RT = HR

max

- HR

prac

oraz

WRT = (HR

max

- HR

prac

) / (HR

max

- HR

prac

)

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

14

U

KŁADY ZABEZPIECZAJĄCE ZDOLNOŚĆ DO WYSIŁKU

K

REW

-

UDZIAŁ W ZABEZPIECZANIU WYSIŁKU

Krwinki czerwone, hemoglobina i białka osocza w transporcie O

2

i CO

2

Transport O

2

we krwi

Transport CO

2

we krwi

Transport metabolitów

5 × 10

6

E/mm

3

NaHCO

3

- 70%

6-8 g prt/100 ml

265 × 10

6

Hb/E

Hb-NH-COOH - 20%

0,9 g NaCl/100 ml

4 O

2

/Hb

Prt-NH-COOH - 10%

0,08-0,14 g Glc/100 ml

14-16 g Hb/100 ml

pCO

2

- 1%

0,012-0,020-0,140 g lac/100 ml

17-20 ml O

2

/100 ml

50-60 ml CO

2

/100 ml

pH (6,8) -7,00-7,36-7,40

pO

2

= 120-40 mmHg

pO

2

= 46-60 mmHg

Skróty użyte w tabeli:
E - erytrocyty, Hb - hemoglobina, prt - proteiny = białko, Glc - glukoza, lac- kwas mlekowy,
Hb-NH-COOH i Prt-NH-COOH - karbaminohemoglobina i karbaminoproteiny - jako przenośniki CO

2

Efekt Bohra - czyli jak zwiększyć uwalnianie O

2

z HbO

2

przez CO

2

i temperaturę

Hemoglobina może występować w postaci utlenowanej lub odtlenowanej oraz (jeżeli jest odtlenowana)

zredukowanej lub utlenionej (wtedy jako methemoglobina), a także jako karbaminohemoglobina i
karboksyhemoglobina (kiedy i co to znaczy?).

Wiązanie i oddawanie tlenu przez hemoglobinę

można zilustrować wykresem (wykresy trzeba umieć
interpretować).

Na wiązanie tlenu przez hemoglobinę wpływa

pH krwi, pCO

2

, i temperatura. Nazywa się to efektem

Bohra. Obniżenie pH oraz wzrost pCO

2

i temperatury

utrudniają wiązanie O

2

przez Hb. Na wykresie obrazuje

to krzywa B. Krzywa A obrazuje wiązanie O

2

przez Hb

w przeciwnych warunkach.
Efekt ten daje „zysk” w uwalnianiu tlenu w miejscach
„gorących i zakwaszonych przez mleczany i CO

2

.

Bufory ustrojowe - udział względem buforu węglanowego wziętego jako 1

Bufor

Krew

Wszystkie płyny

wodorowęglanowy

-HCO

3

1

1

fosforanowy

-HPO

4

0,3

0,3

karbaminohemoglobinowy

Hb-NH-

5,3

1,5

karbaminoproteinowy

Prt-NH-

1,4

0,8

Krwinki białe – odporność (tym razem nie „oporność”)

Zgodnie z kolejnością na rysunku:

monocyty i limfocyty

– rozpoznają obce białka (wolne lub na obcych

komórkach) i współpracując wytwarzają przeciwciała, które mogą posłużyć do wytworzenia leczniczych
surowic;

neurotycy, bazocyty i eozynocyty

- uczestniczą z pożeraniu obcych komórek, hamowaniu krzepnięcia

i zwiększaniu ukrwienia w miejscach zapalenia – obumarłe w „obronie organizmu” tworzą ropę

%HbO

2

pO

2

A

B

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

15

Układ hemostazy (krzepnięcia krwi)

- w przypadku uszkodzenia naczyń trzeba zabezpieczyć krew przed wylaniem

- układ enzymatycznego aktywacji i kaskadowego wzmocnienia bodźca do krzepnięcia
- wapniozależny mechanizm proteolitycznej (hydroliza) aktywacji enzymów kaskady krzepnięcia

Układ zewnatrzpochodny

- tkankopochodny

- szybkoaktywujący - szybkiego zasklepiania rany (sekundy )

tromboplastyna uwalniana z uszkodzonych komórek tkanek otaczających naczynia

Układ wewnątrzpochodny

- osoczowy

- wolnoaktywujący - odcinania miejsc uszkodzonych (minuty)

tromboplastyna zawarta w krwi

Czynniki krzepnięcia

I

Fibrynogen - prekursor fibryny

II

Protrombina - Trombina - czynnik aktywujący fibrynogen

III

Tromboplastyna - tkankowy enzym inicjujący kaskadę wzmocnienia enzymatycznego

IV

Wapń

V i VI

Proakceleryna i po aktywacji Akceleryna - współaktywator tromboplastyny

VII

Prokonwertyna i po aktywacji Konwertyna

VIII

Globulina antyhemofilowa A (AHG)

niedobór powoduje jeden z rodzajów hemofilii

IX

Osoczowy składnik tromboplastyczny Christmas (PTC)

w niedoborze inny rodzaj hemofilii

X

Czynnik Stuarta-Powera - aktywator tromboplastyny

XI

Czynnik przeciwhemofilowy C (PTC = AHFC)

w niedoborze kolejny rodzaj hemofilii

XII

Czynnik kontaktu Hagemanna - aktywator układu wewnątrzpochodnego

XIII

Czynnik Laki-Loranda - stabilizator fibryny

Retraktoenzym - jeszcze jeden stabilizator skrzepu
Plazminogen i Urokinaza - czynniki ostatniego etapu hemostazy - fibrynolizy

Wrodzony brak czynników krzepnięcia (najczęściej VIII lub IX)

hemofilia czyli krwawiączka

.

Etapy krzepnięcia:

1. aktywacja układu
2. aktywacja trombiny
3. wytwarzanie fibryny

do 2,5 - 4 minut

4. stabilizacja i retrakcja

do 24 godzin

5. fibrynoliza

do 4 tygodni

Ogólna uwaga:

Hemostaza jest procesem:
1/ katalizowanym enzymatycznie,

2/ uruchamianym przez bodziec (jest więc reakcją)

3/ polegającym na kaskadowym wzmocnieniu (wielostopniowym)
4/ zależnym od wapnia (drugi przekaźnik?)
5/ który musi być częściej hamowany niż uruchamiany (zawały!)

Ważne (bo można w mięć kontakt się w osobami poranionymi i krwawiącymi):
1. Krwawienie ma charakterystyczne fazy:

- zaraz po urazie- kilka sekund skurczu naczyń zanim krew zacznie płynąć
- po kilku sekundach wypływ krwi (ważny bo częściowo wypłukuje „bród” z rany) i dostarcza materiału do
krzepnięcia)

2. Tworzenie skrzepu jest procesem enzymatycznym, który przebieg szybciej w optymalnej- fizjologicznej

temperaturze ciała – ochłodzenie zranionego miejsca spowalnia krzepnięcie krwi - krwotok trwa dłużej

3. Wielkość krwawienia zależy od stopnia otwarcia naczyń w okolicy rany – zimno powoduje zwężenie naczyń,

może więc sprzyjać ustaniu krwotoku (ale nie powstaniu skrzepu)

4. Im wyższe ciśnienie krwi w okolicy rany, tym gwałtowniejszy wypływ i wolniejsze krzepnięcie

- uniesienie ponad poziom serca krwawiącej kończyny zmniejszy krwawienie i przyspieszy powstanie
skrzepu

5. Powstawanie skrzepu wymaga obecności jonów wapnia – ich związanie hamuje krzepniecie krwi (nawet

całkowicie)

6. Wewnątrzpochodny układ krzepnięcia, jeśli zostanie zaktywowany w uszkodzonych, miażdżycowych

naczyniach lub przez inne procesy powoduje powstania zakrzepów w naczyniach – blokuje przepływ krwi –
powoduje ZAWAŁ (UDAR), nie tylko serca, także innych narządów.

7. Aspiryna (polopiryna = kwas acetylosalicylowy) hamuje procesy krzepnięcia – po zażyciu krwawienie może

być większe i trudniejsze do opanowania.

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

16

K

RĄśENIE

-

SPOSÓB NA ROZPROWADZENIE KRWI A WRAZ Z NIĄ TLENU I SUBSTRATÓW

Serce - pompa tłocząca

Kierunki przepływu krwi przez serce (widziane od przodu - prawa połowa po lewej stronie rysunku)

Serce samoczynnie pobudza się do skurczu. Kurczy się skurczami pojedynczymi

Pięć załączonych wykresów przedstawia:
I -

kardiogram

czyli zapis skracania się serca podczas skurczu,

gdzie: 1- skurcz przedsionków, 2 - skurcz komór

II -

sfigmogram

- zapis zmian ciśnienia w tętnicach, gdzie:

1 - wyrzut krwi z komór,

2 - zamknięcie zastawek komorowo-aortalnych

3 - przekazywanie ciśnienia ze ścian tętnic do krwi

III -

fonokardiogram

- zapis hałasu podczas skurczów serca

gdzie:

1 - „bum”, ton zamykania zastawek przedsionkowo-komorowych
2 - „tup”, ton zamykania zastawek komorowo-tętniczych
IV -

elektrokardiogram

(EKG), czyli zapis prądów powstających

w całym sercu, gdzie

1 - załamek P - depolaryzacja i skurcz przedsionków

2 - załamek Q - początek depolaryzacji komór

i rozprzestrzeniania się prądu z przedsionka na komory

2, 4 - depolaryzacja komór i ich skurcz

5 - repolaryzacja komór i ich rozkurcz - spoczynek

V -

zapis depolaryzacji pojedynczej komórki serca

Wierzchołki i doliny linii wzajemnie sobie odpowiadają.

Objawem pracy serca który trzeba umieć badać bez żadnych przyrządów jest tętno

(objaw zmian ciśnienia w tętnicach w miarę skurczów serca i wyrzucania krwi do tętnic)

- wystarczy w tym celu odszukać miejsce na ciele, w którym tętnica przebiega płytko pod skórą i ucisnąć je
dwoma - trzema palcami (nie kciukiem!!) – powinniśmy wyczuć tętnienie

- częstość tętna jest (o czym każdy wiem) wskaźnikiem ciężkości pracy i nasilenia emocji
(co zapisane jest też jest w podstawowym równaniu hemodynamicznym)

O

BWODOWY UKŁAD KRĄśENIA

Krew wyrzucona z komór serca płynie kolejno przez:

z komory serca

aortę
tętnice
tętniczki
naczynia przedwłosowate ze zwieraczami

włośniczki czyli kapilary
żyłki
żyły
żyłę główną
do przedsionka serca

Z PŁUC

DO PŁUC

Z TUŁOWIA

Z GŁOWY

DO TUŁOWIA

DO GŁOWY

I

II

IV

V

III

1 2 3

1 2 3

1 2

1 5

2 4

3

1 2 3

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

17

Ciśnienie filtracyjne

Ciśnienie wytwarzane przez serce wyciska płynną cześć krwi - osocze przez ścianę naczyń włosowatych

(kapilar) jak serwatkę z sernika pod prasą serowarską. Przesącz ten przemywa tkankę i jest dalej wchłaniany
na powrót do naczyń. Ciśnieniu wypychającemu przeciwstawia się ciśnienie onkotyczne czyli ciśnienie
roztwórcze białek osocza, wiążących („odsysających”) wodę.

Z przesączu powstaje też:

1. Mocz - w nerkach

(znaczny spadek ciśnienia krwi grozi zatrzymaniem wytwarzania moczu i po kilkunastu godzinach
zatruciem własnymi produktami przemiany materii)

2. Płyn mózgowo-rdzeniowy - pod oponami mózgu
3. Limfa – we wszystkich tkankach
4. Płyn surowiczy w oparzeniach, odparzeniach itp.

Zaburzona równowaga miedzy przesączaniem a wchłanianiem prowadzi do

obrzęków

, szczególnie nóg

w wymuszonej, długotrwałej pozycji stojącej – typowe dla niektórych zawodów

Powrót żylny krwi

Ciśnienie wytwarzane przez serce natrafia na opór w naczyniach i nie jest wystarczające aby „podnieść” na

powrót krew z nóg do serca (na wysokość ok. 1,3 m).
Jest to przyczyną omdleń ludzi stojących nieruchomo przez dłuższy czas (żołnierze na warcie).

Powrót żylny krwi do serca wspomagać muszą cztery czynniki powrotu żylnego krwi do serca i przepływu

limfy

- siła z tyłu

1. hydrostatyczne ciśnienie napędowe sercowej pompy tłoczącej

- siła z boku

2. ciśnienie wytwarzane przez pracujące mięśnie - prasa mięśniowa „zgniatająca żyły”
(stąd praca dynamiczna – np. chodzenie - sprzyja powrotowi żylnemu)

3. ciśnienie wytwarzane przez pulsujące tętnice - masaż żył przez tętnice

- siła od przodu 4. podciśnienie śródpiersiowe - zasysanie wskutek podciśnienia wytwarzanego przez

sprężystość elementów układów oddechowego szczególnie podczas wdechu

Cofaniu krwi zapobiegają działające jednokierunkowo,

zastawki

. Ich uszkodzenie objawia się tzw.

żylakami.

Wektory ciśnienia w naczyniach włosowatych

P

T

P

H

P

O

P

F

śyły

Tętnice

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

18

Regulacja krążenia

Regulacja krążenia zachodzi na

drodze nerwowej (odruchowej) i humoralnej (t.j. miejscowej i hormonalnej)

Funkcje krążeniowe są przykładem homeostazy (co to znaczy?) w trzech aspektach:

1/ że jest dość tlenu dla narządów - szczególnie dla mózgu,
2/ że ciśnienie krwi nie rozerwie naczyń,
3/ że w nerkach jest utrzymane ciśnienie filtracyjne pozwalające wytwarzać mocz.

Krążenie można regulować przez zmiany czynności serca (centralne) lub zmiany rozwartości naczyń

(obwodowe).

M

ECHANIZMY REGULACJI

K

RĄśENIA

OŚRODKOWE (OGÓLNE)

Nerwowe i Hormonalne

TKANKOWE (MIEJSCOWE)

Metaboliczne i Parakrynne

SERCOWE

(ino-, batmo-, dro-, chrono –tropowe)

NACZYNIOWE

(naczyniorozszerzajace, naczynizwęzające)

PRESYJNE

DEPRESYJNE

L

OKALNE CZYNNIKI REGULUJĄCE KRĄśENIE

działające na mięśnie zwieracze przedwłośniczkowe i tętniczki prekapilarne (metaarteriole)

W

AZOKONSTRYKTORY

-

ŚRODKI ZWEśAJACE NACZYNIA I PODNOSZACE CISNIENIE

Noradrenalina – alfa-adrenoceptory mięśniówki z zakończeń sympatycznych (krótkotrwałe działanie na

zwieracze prekapilarne znoszone przez lokalne wazodylatatory)

Adrenalina – z rdzenia nadnerczy: w niskich stężeniach na alfa-adrenoceptory mięśniówki

wazodylatacyjnie, w większych stężeniach na beta-adrenoreceptory wazokonstrykcyjnie)

Serotonina płytkowa -

lokalnie podczas skaleczeń

itp.

Prostaglandyna E (z błonowego kwasu arachidonowego odszczepianego przez PLA2 kataliza przez

syntetazę prostaglandynową blokowaną kwasem acetylosalicylowym lub indometacynę)

Prostaglandyna F2alfa (j.w.)
Tromboksan A [TXA] (płytkowy z błonowego kwasu arachidonowego przez syntetazę

prostaglandynową blokowaną kwasem acetylosalicylowym -

aspiryną

lub indometacyną)

Leukotrieny [LTC, LTD] (z kwasu arachidonowego przez szlak lipooksygenazy przy zahamowanym

szlaku cyklooksygenazy)

Wazopresyna (czyli VA lub ADH)
Angiotensyna (układ: angiotensynogen - renina 42 kd. - kininaza angiotensynowa - angiotensynaza),
Duży wzrost stężenia K

+

- np.

po rozległych uszkodzeniach (zmiażdżeniach, oparzeniach)

W

AZODYLATATORY

-

ŚRODKI ROZSZERZAJĄCE NACZYNIA I PODNOSZACE CISNIENIE

Histamina (komórek tucznych, bazocytów i płytek) – z receptorem H1 i, rzadziej, H2
Kininy osoczowe powstające przez proteolizę kalikreinami (aktywowanych z prekalikrein) z

kininogenów osoczowych (np. bradykinina 9 osoczowa, kalidyna 10 gruczołowa)

Wzrost prężności CO

2

Obniżenie prężności O

2

Wzrost stężenia mleczanu
Zakwaszenie – obniżenie pH
Niewielki wzrost stężenia K

+

Adenozyna i ATP
Prostaglandyny F (z błonowego kwasu arachidonowego przez syntetazę prostaglandynową blokowaną

kwasem acetylosalicylowym lub indometacynę)

Prostacyklina sercowa [PGI2]
Wzrost ciśnienia osmotycznego
Podwyższenie temperatury

także:

pochodne nitrogliceryny i Viagra

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

19

O

DDYCHANIE

Składniki pojemności płuc i zależności między nimi:

(pojemności - capacities - zdolność zbiornika do pomieszczenia pewnej ilości powietrza, miara wielkości

przestrzeni, objętości - volumes - ilość powietrza znajdująca się w zbiorniku, miara ilości)

IRV

Zapasowa objętość

wdechowa

Inspiratory reserve

volume

IC

Pojemność wdechowa

Inspiratory capacity

VC

Pojemność życiowa

Vital capacity

TV

Objętość oddechowa

Tidal volume

TLC

Całkowita pojemność

płuc

Total lung capacity

ERV

Zapasowa objętość

wydechowa

Expiratory reserve

volume

FRC

Czynnościowa

pojemność zalegająca

Functional residual

capacity

RV

Objętość zalegająca

Residual volume

RV

Objętość zalegająca

Residual volume

Mechanika oddychania:

Podczas wdechu skurcze mięśni międzyżebrowych „obracając” żebra i unosząc ich przedni kraniec pogłębiają
klatkę piersiową . Kurcząca się przepona spycha trzewia w dół również pogłębiając klatkę piersiową. Pozwala to
na rozciągnięcie płuc i wdech. Wydech zachodzi biernie dzięki sprężystości płuc i ciężarowi klatki piersiowej.

Wymian gazowa w płucach

Rozmiar powierzchni oddechowej

300 000 000 pęcherzyków płucnych - powierzchnia rozwinięta ok. 100 m

2

(ważne – trucizny świetnie wchłaniają się przez tak wielka powierzchnie

patrz palacze i narkomani)

Wymiana gazowa
• w spoczynku

250 ml O

2

i 200 ml CO

2

• w wysiłku

wzrost 25 krotny,

tj. nawet ok.

5 l O

2

/min

Sprawność wentylacyjna - próba Tiffeneau = próba nasilonego jednosekundowego wydechu

(Forced Expiratory Volume)

FEV

1

/VC = FEV

1

/FVC

> 85%

norma

< 70%

obstrukcja dróg oddechowych (oskrzelików)

Maksymalna minutowa wentylacja dowolna (MMV)

MMV

masc

= 140-180 l /min

mężczyźni

MMV

fem

= 80-120 l/min

kobiety

Trening biegowy nie wpływa decydująco na parametry oddechowe

Zasadowica oddechowa

po hyperwentylacji podczas spoczynku pH 7,63

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

20

Im wolniej oddychasz, tym taniej pracujesz

Koszt energetyczny wentylacji

Koszt oddychania

Częstość
f [1/min]

Wentylacja

MV [l/min]

Zużycie tlenu

Vo

2

[l O

2

/min]

Spoczynek

3% Vo

2max

10-20/min

8

0,3

Wysiłek normalny

10% Vo

2max

< 30-33/min

47-100 (140-260)

5

Wysiłek wyczerpujący

> 30% Vo

2max

> 33 (50) /min

> 140

< 5

Współczynnik Oddechowy i Równoważnik Energetyczny tlenu

RQ I EQ

O2

Ilość energii uwolnionej ze zużycia tlenu zależy od źródła, z którego pozyskiwany jest wodór w mitochondriach.
W oznaczaniu pomocne jest wskaźnik RQ i związany z nim EQ

O2

RQ = V

CO2

/ V

O2

RQ = 0,7 -1,0

Energetyka zużycia tlenu – równoważnik energetyczny tlenu EQo

2

i wskaźnik RQ w zależności od substratu

RQ [l]

EqO2 [kcal / l]

Substrat

1,00

5,05

Cukry

0,85

4,86

Białka

0,71

4,69

Tłuszcze

0,75 - 0,82

4,74 - 4,825

Średnio

Jeśli to wiadomo, to oznaczanie wydatku energetycznego podczas pracy staje się łatwiejsze

PM = Vo

2

××××

EQo

2

i

W = PM

××××

η

ηη

η

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

21

K

OSZT FIZJOLOGICZNY PRACY

-

D

LACZEGO WYSIŁEK STATYCZNY JEST BARDZIEJ UCIĄśLIWY NIś DYNAMICZNY

W

AśNE PYTANIE MA PROSTE ODPOWIEDZI

.

Zmniejszenie czynnościowego przepływu przez mięsień w pracy statycznej

Siła rozwijana

Przepływ krwi

Czas pracy

5% F

max

mięśnia

zmniejszenie przepływu krwi bez znaczenia

10-15% F

max

mięśnia

zmniejszenie przepływu krwi

> 1 godz.

20-30% F

max

mięśnia

zmniejszenie przepływu krwi, dług tlenowy

6-15 min.

30-50% F

max

mięśnia

zmniejszenie przepływu krwi, duży dług tlenowy

1 min..

70% F

max

mięśnia

ustanie przepływu krwi

10 sekund

W

YSIŁEK STATYCZNY JEST BARDZIEJ UCIĄśLIWY OD DYNAMICZNEGO ZE WZGLĘDU NA

:

• zaciśnięcie tętnic utrzymujące się w czasie i powodujące lokalne niedokrwienie mięśni

• utrudnienie powrotu żylnego krwi do serca ze względu na zaciśnięcie żył i brak masującego działania

mięśni na naczynia

• konieczność utrzymywania postawy pod zwiększonym obciążeniem, co wiąże się z utrzymywaniem skurczu

izometrycznego w mięśniach posturalnych

• konieczność usztywnienia klatki piersiowej z uruchomieniem tłoczni brzusznej i ograniczeniem ruchów

żeber oraz przepony

• utrudnienie oddychania

• wzrost ciśnienia śródpiersiowego z uciskiem na worek osierdziowy i ograniczeniem objętości wyrzutowej

serca, wzrostem częstości i ciśnienia krwi.

• W czasie wysiłku statycznego następuje wzrost tętna (120/min.), ciśnienia tętniczego (200/100 mm Hg ).

Bo m.in. (są jeszcze inne łatwe do odgadnięcia przyczyny):

C

HARAKTERYSTYCZNE CECHY DIAGNOSTYCZNE WYSIŁKU STATYCZNEGO

:

•

Efekt Valsalvy:

Częstość skurczów serca (HR) ulega dodatkowemu zwiększeniu ponad poziom podstawowy po zakończeniu
wysiłku statycznego (w warunkach dośw. Valsalvy-Flacka).

•

Zjawisko Linharda:

Skurczowe ciśnienie tętnicze (P

s

) po zakończeniu wysiłku statycznego obniża się w sposób „ortodoksyjny”,

podczas gdy pojemność wyrzutowa (SV) rośnie paradoksalnie.

•

Efekt Hansena:

Częstość tętna (HR) w wysiłku statycznym rośnie asymtotycznie wraz ze wzrostem czasu trwania (t) i
wydatkowanej siły (F).

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

22

O

SZACOWANIE WYSIŁKU STATYCZNEGO

MHT – wskaźnik maksymalnego czasu utrzymania pozycji statycznej
Maximum Holding Time wg Rohmerta (1960)

•

czas do wystąpienia bólu i odmowy wykonania podczas utrzymywania na wyciągniętych
w bok rękach (równocześnie) ciężaru na wysokości odpowiadającej acromiale
- dla rosnących obciążeń mierzony czas oraz HRb i HR0 (15 sek) przed i po odmowie
Interpretacja graficzna - relacja: czas - masa (lub: iloczyn czas × masa vs. tętno)

MHT odnoszony jest do względnej siły mięśni, co eliminuje indywidualne różnice siły mięśniowej,
zmęczenie - gdy napięcie mięsni przekracza 15% maksymalnego napięcia

•

Maksymalny czas utrzymania pozycji MHT

gdy AVC < 15% MVC

patrz tabelka

gdzie: MVC - maksymalna dowolna siła skurczu; AVC – aktualna/chwilowa siła skurczu

Wskaźnik poziomu zmęczenia (Fatigue level)

FL = HT / MHT

gdzie: HT – czas dowolnego utrzymania obserwowany

Dopuszczalny czas utrzymywania pozycji AHT (Acceptable holding time) ≤ 20% MHT

AHT = 20% MHT

Pamiętaj:
Tortury stosowane często w przeszłości (do XIX wieku nagminnie, a zdarza się i obecnie!!)
przez sądy, Inkwizycję, tyranów i zbrodniarzy polegały na wymuszeniu u torturowanej osoby
wysiłku statycznego polegającego na utrzymywaniu nienaturalnej pozycji nawet przez kilka
dni.
Praca nie może być torturą

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

23

M

ETODA

OWAS

M

ETODA

OWAS

OCENY OBCIĄśENIA STATYCZNEGO

(O

VAKO

W

ORKING

P

OSTURE

A

NALYSIS

S

YSTEM

)

Kodowanie obciążeń statycznych w metodzie OWAS – kodowanie wskaźników

A. Pozycja pleców:

1 − wyprostowane,
2 – zgięte do przodu,
3 – skręcone,
4 – zgięte i skręcone,

B. Położenie przedramion:

1 – obydwa poniżej stawu łokciowego,
2 – jedno powyżej stawu łokciowego,
3 – obydwa powyżej stawu łokciowego,

C. Praca nóg:

1 – pozycja siedząca,
2 – stojąca z nogami wyprostowanymi,
3 – stojąca z jedną
nogą wyprostowaną,
4 – stojąca z nogami zgiętymi,
5 – stojąca z jedną nogą zgiętą,
6 – klęczenie na jednym lub obu kolanach,
7 - chodzenie

D. Kody obciążenia zewnętrznego
Kod obciążenia
zewnętrznego

Mężczyźni

Kobiety i młodociani

chłopcy

Dziewczęta

[kg]

[kg]

[kg]

1

< 10

< 5

< 2

2

10 - 20

5 - 10

2 - 6

3

> 20

> 10

> 6

Tabela przekodowania wskaźników OWAS na kategorie obciążenia

Plecy

A

Przed-

ramiona

B

Nogi

C

1

1

1

2

2

2

3

3

3

4

4

4

5

5

5

6

6

6

7

7

7

Obcią-

żenie

D

1

2

3

1

2

3

1

2

3

1

2

3

1

2

3

1

2

3

1

2

3

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

2

2

2

2

2

2

1

1

1

1

1

1

1

2

1

1

1

1

1

1

1

1

1

2

2

2

2

2

2

1

1

1

1

1

1

1

3

1

1

1

1

1

1

1

1

1

2

2

3

2

2

3

1

1

1

1

1

2

2

1

2

2

3

2

2

3

2

2

3

3

3

3

3

3

3

2

2

2

2

3

3

2

2

2

2

3

2

2

3

2

3

3

3

4

4

3

4

4

3

3

4

2

3

4

2

3

3

3

4

2

2

3

3

3

3

3

4

4

4

4

4

4

4

4

2

3

4

3

1

1

1

1

1

1

1

1

1

2

3

3

3

4

4

4

1

1

1

1

1

1

3

2

2

2

3

1

1

1

1

1

2

4

4

4

4

4

4

3

3

3

1

1

1

3

3

2

2

3

1

1

1

2

3

3

4

4

4

4

4

4

3

3

3

1

1

1

4

1

2

3

3

2

2

3

2

2

3

4

4

4

4

4

4

3

3

3

2

3

4

4

2

3

3

4

2

3

4

3

3

4

4

4

4

4

4

4

3

3

3

2

3

4

4

3

4

4

4

2

3

4

3

3

4

4

4

4

4

4

4

3

3

3

2

3

4

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

24

Symboliczne oznaczenie rodzaju obciążenia statycznego wg OVAS

Plecy

Ramiona

Nogi

Obciążenie

Wartości kodu wskaźników

2

3

2

1

Np.

2321 – kategoria 2

Tabela kategorii obciążenia – opis

Opis kategorii

Kategoria 1

- pozycja lub pozycje przyjmowane podczas pracy są naturalne,
- obciążenie jest optymalne lub akceptowalne,
- nie ma potrzeby dokonywania zmian na stanowisku;

Kategoria 2

- pozycja lub pozycje przyjmowane podczas pracy mogą mieć negatywny wpływ na układ
mięśniowo-szkieletowy,
- obciążenie jest prawie akceptowalne,
- nie ma potrzeby dokonywania natychmiastowych zmian na stanowisku, ale należy wziąć pod
uwagę konieczność przeprowadzania takich zmian w bliskiej przyszłości

Kategoria 3

pozycja lub pozycje przyjmowane podczas pracy mają negatywny wpływ na układ
mięśniowo-szkieletowy,
- obciążenie jest duże,
- zmiany na stanowisku należy przeprowadzić tak szybko, jak to możliwe;

Kategoria 4

- pozycja lub pozycje przyjmowane podczas pracy mają bardzo negatywny wpływ na układ
mięśniowo-szkieletowy,
- obciążenie jest bardzo duże,
- zmiany na stanowisku należy przeprowadzić natychmiast.

Interpretacja wyników oceny obciążenia statycznego kombinacją metody OVAS i metody chronometrażowej

Obciążenie

Kategorie OVAS pozycji przy pracy

Czas utrzymywania pozycji (%

zmiany roboczej)

pozycja niewymuszona kategorii 1

do 70

pozycja wymuszona kategorii 1

lub

pozycja niewymuszona kategorii 2

do 50

Małe

pozycja wymuszona kategorii 2

do 30

pozycja niewymuszona kategorii 1

powyżej 70

pozycja wymuszona kategorii 1

lub

pozycja niewymuszona kategorii 2

50-70

pozycja wymuszona kategorii 2

30-50

Średnie

pozycja wymuszona kategorii 3 lub 4

do 30

pozycja wymuszona kategorii 1

lub

pozycja niewymuszona kategorii 2

powyżej 70

pozycja wymuszona kategorii 2

powyżej 50

Duże

pozycja wymuszona kategorii 3 lub 4

powyżej 30

__________________________________________________________________________________________



Mówiąc o pracy

T

RZEBA CHOĆBY WSPOMNIEĆ O HORMONACH

...

I mechanizmie glukostazy wysiłkowej

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

25

R

ESTYTUCJA POWYSIŁKOWA CZYLI ODNOWA

R

ESTYTUCJA POWYSIŁKOWA TĘTNA

(

I INNYCH PARAMETRÓW FIZJOLOGICZNYCH

)

Przed wysiłkiem, w czasie i po zastosowaniu względem badanego dowolnego obciążenia fizycznego

trwającego ok. 5 min. do osiągnięcia stanu

równowagi dynamicznej „steady-state”

należy badać wybraną

zmienną fizjologiczną, np. w podanych czasach mierzyć częstość tętna:
• przed wysiłkiem - w spoczynku

HR

R

• w trakcie - ok. 5 minuty wysiłku

HR

W

• po wysiłku, licząc od moment zakończenia próby jako czasu „0”

HR

1

- po upływie 60 sek.

mierzyć przez 30 sek.

HR

2

- po upływie 30 sek. przerwy (w 120 sek.)

mierzyć przez 30 sek.

HR

3

- po 30 sek. przerwy (w 180 sek.)

mierzyć przez 30 sek.

HR

5

- po 90 sek. przerwy (w 5 min.)

mierzyć przez 30 sek.

HR

10

- po 4,5 min. przerwy (w 10 min)

mierzyć przez 30 sek.

Sporządzić wykres zmian HR względem czasu.


Typy krzywych restytucji w zależności od wielkości wysiłku i wydolności badanego:

• Normalna: HR1 > HR3 + 10/min ;

lub

HR1, HR2, HR3 < 90/min

• Z brakiem odnowy: HR1 < HR3 + 10/min ;

lub

HR3 > 90/min

• Odwrócona: HR1 < HR3

w wysiłku statycznym

Badanie restytucji po standardowych wysiłkach jest dobrą metodą oceny wydolności

test harwardzki

Częstość skurczów serca na minutę

Spoczynek Wdrażanie Równowaga Odnowa Spoczynek

0 2 4 6 Czas pracy [minuty]

160

80

120

200

B

A

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

26

D

LACZEGO SPORTOWCY TRENUJĄ

?

K

ILKA OCZYWISTOŚCI

,

KTÓRE DOTYCZĄ NIE TYLKO SPORTOWCÓW

T

RENING WPŁYWA NA UKŁAD KRĄśENIA

Osoba

Niewytrenowana

Wytrenowana

Zmiana %

M - Rozmiar serca

250-300 g

350-500 g

+140% - +200%

HR - Częstość skurczów

70-80/min

30-60/min

-50% - -25%

SV - Pojemność wyrzutowa

80-90 ml

150 (200) ml

+100%

Q

B

- Objętość minutowa spoczynek

5 l/min

3-5 l/min

-40%

Q

max

- Maks. objętość minutowa

20-25 l/min

30-35 l/min

+40% - +50%

V

vol_cor

- Przepływ wieńcowy

< 250 ml/min

> 250 ml/min

O

2_cor

- Wieńcowe zużycie tlenu

< 30 ml/min

> 30 ml/min

Główne efekty chronicznego treningu:

przerost serca

bradykardia

O

D TRENINGU ROBIĄ SIĘ STRASZNE

...

MIĘŚNIE

Zmiany potreningowe odnoszone do masy świeżego mięśnia (p. 428)
Zmienna

Jednostka

Nietrenowani

Trenowani

% różnicy

glikogen

[mmol/kg]

85

120

+ 41

liczba mitochondriów

[mln/mm

3

]

0,59

1,20

+103

objętość mitochondriów w komórce

[%]

2,15

8,00

+272

ATP w spoczynku

[mmol/kg]

3,0

6,0

+100

PCr w spoczynku

[mmol/kg]

11,0

18,0

+64

Cr w spoczynku

[mmol/kg]

10,7

14,5

+35

PFK {fosfofruktokinaza)

[mmol/kg]

50

50

0

Gln-phosphorylase (fosforylaza)

[mmol/kg]

4-6

6-9

+60

SDH

[mmol/kg]

5-10

15-20

+133

Lac

(max)

[mmol/kg]

110

150

+36

SV

max

[ml]

120

180

+50

Q

max

[l/min]

20

30-40

+75

HR

rest

[1/min]

70

40

-43

HR

max

[1/min]

190

180

-5

V

blood

Obj. krwi

[l]

4,7

6,0

+28

Vo

2max

[ml O

2

/ kg min]

30-40

65-80

107

T

RENING POPRAWIA ZDOLNOŚĆ ADAPTACJI NIE TYLKO DO WYSIŁKU

Zależność zawartość mleczanów we krwi podczas wysiłków o różnej intensywności od treningu

25% Vo

2max

50% Vo

2max

75% Vo

2max

100% Vo

2max

Trenowani

1

1,3

2,1

5,5

wartości względne

Nietrenowani

1

1,3

3,0

4,8

wartości względne

U trenowanych o 20-30% większa zawartość mleczanów [lac] po wysiłku niż u nietrenowanych

W

YSIŁEK WPŁYWA NA PSYCHIKĘ I BUDUJE WIĘZI

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

27

D

OLCE FAR NIENTE CZYLI ZGUBNE SKUTKI LENISTWA I HIPOKINEZJI

H

IPOKINEZJA JEST MĘCZĄCA

Hipokinezja jest to ... niedoruch - niedobór ruchu.

u kosmonautów w stanie nieważkości, obłożnie chorych, uwięzionych ...

Konsekwencje hipokinezji:

•

obniżenie ciśnienia tętniczego

•

zmniejszenie objętości krwi krążącej

•

zmniejszenie maksymalnego poboru tlenu

•

ujemny bilans azotowy - niszczenie własnych białek

•

obniżenie tolerancji glukozy

•

zmniejszenie wydolności fizycznej

•

odwapnienie kości

•

zaniki mięśni

•

obniżenie tolerancji względem wysokiej i niskiej temperatury

•

zmniejszona odporność na czynniki zakaźne

•

częstsze występowanie chorób cywilizacyjnych (zawał serca, miażdżyca)

•

przyspieszenie procesów starzenia się.

Skutek 3 tygodni unieruchomienia (wg Saltina i wsp.)
Parametr

Przed immobilizacją

Po immobilizacji

Różnica

Vo

2

[l O

2

/min]

3,3

2,4

-26%

AVD [ml O

2

/100 ml]

16,5

16,4

-0,6%

Q [l/min]

20,0

14,8

-26%

HR [1/min]

193

197

+2,1%

SV [ml]

104

74

-28,8%

Z

MĘCZENIE JEST MECHANIZMEM OBRONNYM

Zakwaszenie i sztywność mięśni po wysiłku - możliwe przyczyny

•

zjawiska osmotyczne i metaboliczne

•

drobne naddarcia tkanki łącznej

•

przykurcz mięśnia

•

uszkodzenia - naciągnięcie lub naddarcia części tkanki mięśniowej i łącznej

K

LASYFIKACJA ZMĘCZENIA WG

J

ETHONA

A.

Względem intensywności i trwałości objawów
1.

Zmęczenie ostre

2.

Zmęczenie przewlekłe

3.

Przemęczenie

B.

Względem czynnika wywołującego
1.

Lokalne zmęczenie mięśniowe
a/ statyczne
b/ dynamiczne
c/ zręcznościowe

2.

Ogólne zmęczenie fizyczne
a/ wskutek pracy w środowisku optymalnym
b/ wskutek pracy w warunkach ekstremalnych
c/ wskutek zaburzenia rytmu biologicznego

3.

Zmęczenie psychiczne
a/ umysłowe
b/ subiektywne - motywacyjne
c/ znużenie - na tle monotonii

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

28

M

ECHANIZM ZMĘCZENIA

Lokalne zmęczenie mięśniowe - Przyczyny

•

Upośledzenie transmisji nerwowej w płytkach motorycznych
(model współdziałania pary mediatorów)
gdyż np. drżączka porażenna, miotonia wrodzona, zatrucia antagonistami AchE
ale brak zmian w EPSP w zmęczeniu

•

Upośledzenie sprzężenia elektromechanicznego w mięśniu
bo: różnice przepuszczalności sarkolemmy i błon siateczki sarkoplazmatycznej dla Ca

2+

we włóknach ST

(większa) i FT (mniejsza) a podatność na zmęczenie

•

Wyczerpanie substratów energetycznych i nagromadzenie czynnych produktów hamujących
gdyż: 3 krotne różnice (FT > ST) w zasobie: ATP,
gromadzenie mleczanów (0.3% lac znosi zdolność skurczu )
ale FT bardziej wrażliwe na mleczan niż ST
ale brak fosforylazy glikogenu (w miopatii McArdlea) i brak syntezy lac współistnieje z męczliwością
także wyczerpanie zasobu PCr, Glc,
ale w ST mniej PCr a bardziej odporne na zmęczenie
gromadzeni metabolitów pośrednich o własnościach regulacyjnych: Glu-6-P, Fru-6-P, pyr, lac, ...
zasób substratów energetycznych (Gln, TG) - im większy, tym dłuższy czas o męczenia
- brak naczyniorozszerzającego działania metabolitów (NO) (2008)
utrata wapnia z komórek (2008)

Ogólne zmęczenie fizyczne - Przyczyny

•

Zmniejszenie - wyczerpanie zasobów substratów energetycznych w mięśniach i wątrobie i niemożność
mobilizacji rezerw:
gdyż: skutek niedocukrzenia, spożycia pokarmu ... etc.
Utrata Ca2+ z komórek mięśniowych przez zaktywowane kanały
– możliwość blokady S 107 (Columbia Univ. 2008)

•

Niewydolność zaopatrzenia w tlen
gdyż: choroba wysokogórska, skutki choroby niedokrwiennej i dychawicy ... etc
także niedobór aktywności nNOS i brak NO działającego wazodylatacyjnie

•

Przekroczona wydolność termoregulacyjna
gdyż: wydolność zależna od temperatury mózgu, ciała i otoczenia (

klimat tropikalny, udar cieplny ...etc)

•

Przekroczona wydolność wydalnicza i detoksykacyjna
gdyż: obniżenie w ewidentnych zatruciach ...

•

Wyczerpanie mechanizmów regulacyjnych utrzymujących homeostazę - niedobory hormonalne etc.

O

WYDAJNOŚCI DECYDUJE NIE TYLKO ZMĘCZENIE

Zależność wydajności od rytmu pracy wg Vernona

Wydajność godzinowa, dzienna, tygodniowa ...

Od 14 godzin o 8 godzin dniówki na dobę - wzrost wydajności dziennej i godzinowej
Poniżej 8 godzin dniówki na dobę - wzrost wydajności godzinowej lecz obniżenie dziennej

Zasady tayloryzmu wg La Chateliera

1.

Ustalić jedyny, dokładny i ograniczony cel czynności

2.

Wybrać najlepsze metody osiągnięcia celu - opracować program /algorytm/ realizacji celu

3.

Przygotować środki niezbędne do realizacji celu

4.

Realizować cel ściśle wg ustalonego programu

Dopuszczalne temperatury (WBGT) w pracy

Ciężkość pracy

Rodzaj pracy

Lekka

Średnia

Ciężka

Ciągła bez przerw

30,0

26,7

25,0

75% pracy + 25% odpoczynku / każdą godzinę

30,6

28,0

25,9

50% pracy + 50% odpoczynku / każdą godzinę

31,4

29,4

27,9

25% pracy + 75% odpoczynku / każdą godzinę

32,2

31,1

30,0

Graniczna wartość t

rect

= 38

o

C

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

29

Z

DOLNOŚĆ DO WYSIŁKU

Z

DOLNOŚĆ DO WYSIŁKU MOśNA MIERZYĆ NA WIELE SPOSOBÓW

,

CHODZI JEDNAK O TO BY ZMIERZYĆ JĄ TANIO I DOKŁADNIE

W

SKAŹNIKI WYDOLNOŚCI FIZYCZNEJ I FIZJOLOGICZNEJ

•

Maksymalna siła statyczna i dynamiczna

•

Maksymalna szybkość ruchów

•

Stopień koordynacji ruchów - poziom cech motorycznych

•

Maksymalna moc

•

Maksymalna praca - maksymalny czas pracy pod obciążeniem

•

Pułap tlenowy (

∆

RQ = 0,40)

RQ = 1,15

•

Maksymalny dług tlenowy - 30 % Vo

2max

(niewytrenowani); 50-60 % Vo

2max

(wytrenowani)

•

Wydolność serca (PWC130; PWC170)

•

Wydolność układu krążenia - jako restytucja tętna (próba harvadzka)

•

Wydolność oddechowa (FEV1, MMV, Vo

2

, próba Valsalvy-Flacka, próba Mullera, próba Astranda-

Ryhming)

M

IERZONO PRZEZ OSTATNIE

150

LAT

-

DZIŚ ZBIERA SIĘ TEGO OWOCE

Warunki przerwania prób wysiłkowych:
- czas wykonania próby: 5 min - mężczyźni, 4 min - kobiety (zależnie od wersji testu),
- odmowa kontynuowania próby przez badanego.
- badany nie potrafi utrzymać tempa przez okres ok. 20 sek.
- badany nie może złapać tchu, pojawiają się bóle w okolicy serca, mroczki przed oczami, uczucie słabości itp.
- w warunkach obciążenia termicznego temperatura rektalna powyżej 38

o

C

Ocena wydolności na podstawie Vo

2max

wg Astranda

słaba

dostateczna

średnia

dobra

wybitna

Vo

2max

[l/min]

<2,79

2,80-3,09

3,10-3,69

3,70-3,99

>4,00

Vo

2max

[l/min/kg mc]

<38

39-43

44-51

52-56

>57

B

YŁO TESTÓW WIELE

Test wyskoku dosiężnego Seargenta - mierzy zasób ATP oraz zdolność jego
wykorzystania

Próba sześciu stopni wg Calamana i Margarii - mierzy zasób wszystkich fosfagenów

Wysiłkowe próby krążeniowe wg Martineta i wg Rufiera:

Mierzyć częstość tętna (Ct) przed, natychmiast po oraz w 1, 3 i 5 (odpowiednie oznaczenia: B, 0, 1, 3, 5) minut

po wykonaniu 20 (30) przysiadów w tempie 1 na sekundę (Martinet) albo 30 przysiadów w 45 sekund
(Rufier), po czym wyliczyć wskaźnik :

IS = 0.1

×

(C

t0

- 70) + 2

×

(C

t1

- C

tB

)

Ocena:

IS: 0-2.9 - bardzo dobra; 3-6 - przeciętna - zadawalająco, 6.1-8 - poniżej średniej, < 8 - zła.

ZASADA DOKONYWANIA OCENY PRACY DYNAMICZNEJ:

Czynnościowe próby wysiłkowe należy prowadzić do momentu ustalenia się „steady state”,

czyli stanu chwilowej równowagi dynamicznej (homeostazy) w trakcie wysiłku, (minimum 5-6 minut) pod
warunkiem nieprzekroczenia pułapu tlenowego.

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

30

TEST NAD TESTAMI - Test harwardzki czyli Harvard Step-up test

Czas wykonywania próby: zadany lub należy zmierzyć rzeczywisty czas

t = 5 min (300 sek.) lub w modyfikacji 5 minut dla mężczyzn i 4 minuty dla kobiet

lub do odmowy wykonania, ze względu na niezdolność do kontynuowania wysiłku

Wysokość stopnia:

h = 51cm (mężczyźni) - 46cm (kobiety)

Tempo wchodzenia na stopień: f = 30\min - na cztery takty (taktowanie 120\min)
Okresy pomiaru tętna:

UWAGA! Natychmiast po zakończeniu próby wchodzenia na stopień posadzić badanego i w trzech
kolejnych etapach czasowych liczonych od chwili przerwania wysiłku mierzyć częstość tętna, za
każdym razem przez 30 sek.. Zatem, całość pomiarów trwa 3’30’’, a w 60 sekundzie po zakończeniu
wysiłku należy rozpocząć pomiar pierwszy, po nim kolejne zgodnie z tabelką:

Tabela czynności w przebiegu testu harwardzkiego

Przerwa „0”

Pomiar 1

Przerwa 1

Pomiar 2

Przerwa 2

Pomiar 3

HR1

HR2

HR3

czas „0”

po 1 min

po 1,5 min

po 2 min

po 2,5 min

po 3 min

60 sek

przez 30 sek

przez 30 sek

przez 30 sek

przez 30 sek

przez 30 sek

0’’ - 60’’

1’ - 1’30’’

1’30’’ - 2’00’’

2’ - 2’30’’

2’30’’ - 3’00’’

3’ - 3’30’’

Wyliczenia:

półminutowe częstości tętna (HR) i rzeczywisty czas próby (t) w sek. podstawić do wzoru:

100

×

t

IST =



-

2

×

(HR

1

+ HR

2

+ HR

3

)

Ocena

>90

89-80

79-65

64-55

<55

IST

bdb

db

przec

zła

bardzo zła

WARIACJE NA TEMAT

Próba Astranda i Ryhming do oceny pułapu tlenowego - V

O2 max

Czas wykonywania próby: zadany lub należy zmierzyć rzeczywisty czas

t = 6 min (360 sek.)

Wysokość stopnia:

h = 40 cm (mężczyźni) - 33 cm (kobiety)

Tempo wchodzenia na stopień: f = 22,5/min (90/4 min)
Okresy pomiaru tętna:

natychmiast po wysiłku, przez 30 sekund, lub pod koniec wysiłku jeśli istnieje techniczna możliwość.

Opracowanie wyników: odczytać wartość V

O2max

z nomogramu

Próba stopnia Queens College do oceny pułapu tlenowego - V

O2 max

Czas wykonywania próby: zadany lub należy zmierzyć rzeczywisty czas

t = 3 min (180 sek.)

Wysokość stopnia:

h = 41,3 cm

Tempo wchodzenia na stopień:

f = 22 dla kobiet (rytm 88 / minutę)

f = 24 dla mężczyzn (rytm 96 / minutę)

Pomiar tętna:

po wysiłku: od 5 do 20 sekundy, przez 15 sekund, przeliczone na minutę

V

O2max

= 111,33 - 0,42 HR (mężczyźni),

V

O2max

= 65,81 - 0,1847 HR (kobiety),

95% pewności z błędem oceny ok. 16% dla

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

31

Próba jednej mili wg Kline’a do oceny pułapu tlenowego

Na podstawie czasu marszu (ok. kwadransa) na 1 milę (1609,34 m.) i częstości serca na końcu ostatniej

ćwiartki(?) mili (okrążenia stadionu?)

V

O2max

= 132,853 - 0,0769 BW - 0,3877 A + 6,315 G - 3,2649 T

1

- 0,1565 HR

1-4

gdzie: V

O2max

- maksymalny pobór tlenu w [ml O

2

/ kg/ min] ; BW - masa w [kg] ; A - wiek [lat] ; G - płeć [0

- K, 1 - M.]; HR

1-4

- częstość tętna na końcu trasy próby, T

1

- czas pokonania trasy w [minutach i setnych

minut]

Próba pojemności pracy (Power Work Capacity) PWC

170

i PWC

130

wg Wahlunda-

Sjöstranda

Zastosować względem badanego dwa różne obciążenia wysiłkiem trwające po 5-6 min. („steady state”)

z okresem przerwy między nimi 5 - 15 min. (optimum 30 min).
Pod koniec próby - w trakcie wysiłku - zmierzyć częstość tętna.

Obciążenia należy dobrać następująco:
- cykloergometr:

I

- 1W\kg mc - ok. 60 W; II

- 2W\kg mc - ok. 120 W

- step-up test:

I stopień

h = 36cm ;

II stopień

h = 41-46cm

Skorzystać ze wzoru na obciążenie przy wchodzeniu na stopień.

M = 0,323

×××× MC ×××× h ×××× f

[W]

gdzie: MC [kg]; h [m]; f [1/min]

•

Skonstruować wykres zależności HR od W (obciążenia - mocy wydatkowanej w Watach).

•

Nanieść częstości tętna przy obu obciążeniach, połączyć punkty linii, odczytać z wykresu obciążenie
odpowiadające 170\min. i 130\min

Maksymalna i dopuszczalna częstość serca w zależności od wieku u niesportowców (wg różnych autorów).

Wiek w latach

HR maksymalne

HR dopuszczalne

15

20-29
30-39
40-49
50-59
60-69
70-79

203
193
185
176
168
162
153

170
160
150
140
130

Także (dla przypomnienia)

HR

max

= 220 – wiek [lat]

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

32

P

RACA FIZYCZNA TO RUCHY CIAŁA

R

EAKCJE RUCHOWE MAJĄ RÓZNYCH CHARAKTER

,

W TYM

:

taksje, odruchy (bezwarunkowe i warunkowe),

instynkty,

zachowania inteligentne

w tym: praksje, kombinacje ruchowe i czynności zintelektualizowane

O

DRUCH

- reakcja adaptacyjna za pośrednictwem UN

(w takiej definicji mieści się też Instynkt i Zachowanie Inteligentne - definicja do kitu!)

Łuk odruchowy:

Receptor - Droga dośrodkowa - Ośrodek odruchu - Droga odśrodkowa- Efektor

Schemat funkcjonalny - etapy odruchu:

... - Bodziec

→

Reakcja

→

Wzmocnienie = Bodziec

→

...

pętla sprzężenia zwrotnego!!

Klasyfikacja odruchów:
1.

w zależności od stopnia złożoności:

•

Reakcje albo Odruchy Proste czyli bez wyboru (typ A wg Dondersa - taki jeden fizjolog z XIX w.),

•

Reakcje albo Odruchy Złożone czyli z wielokrotnym wyborem (typ B),

•

Reakcje albo Odruchy Złożone z wyborem i zaniechaniem (typ C),

•

Reakcje albo Odruchy Kojarzeniowe (typ D)

2.

w zależności od ...

(no właśnie: w zależności od czego?)

•

Odruchy bezwarunkowe (wrodzone = dziedziczne) i Odruchy warunkowe (wyuczone = nabyte)

•

Odruchy warunkowe klasyczne (Pawłow) i instrumentalne (Skinner)

Krótki Spis Odruchów Wrodzonych, w tym odruchów atawistycznych:

odruchy wegetatywne i samozachowawcze, w tym:

kichanie, kaszel, mruganie, ślinienie, łzawienie, przełykanie, wydzielanie soków trawiennych,
o. wymiotny, defekacji, mikcji, oddychania, zespół odruchów krążeniowo-oddechowych,

odruch napinania szyi (w pozycji na brzuchu),
odruch chwytny (Darwina) z rąk i stóp, (później o. Babińskiego ze stóp),
skrzyżowany odruch kroczenia (z nóg), odruch chodzenia, odruch pływania,
odruch Moro (przeciwupadkowy: wyrzut kończyn z chwytem i krzykiem),

Powstawanie Odruchów Warunkowych czyli Warunkowanie ze wzmacnianiem:

♦

pozytywnym / negatywnym ;

♦♦

nieregularnym / po stałej liczbie prób / po stałym czasie od poprzedniej próby

Hamowanie Odruchów:

♦

zewnętrzne,

♦♦

wewnętrzne przez: wygaszanie, różnicowanie, opóźnianie

Kategorie czynności motorycznych:
- toniczne (napięcie podstawowe, np. sztywność zdenerwowanego - wiotkość przysenna lub w omdleniu),
- postawne statyczne (postawa podczas pracy),
- postawne statokinetyczne (poprawcze, np. łapanie równowagi po potknięciu),
- lokomocyjne (przemieszczanie, chód, bieg, brachiacja),
- orientacyjne (spostrzeganie, wodzenie wzrokiem za ..., nastawianie uszu ...),
- manipulacyjne = operacyjne (wykonywanie operacji roboczych, także nogami - pilot, kierowca, pianista),
- ekspresyjne - komunikacyjne (mimika, np.: uśmiech, postawa ciała, np. „postawa zbitego psa”, mowa, pismo).

Czy rozróżniasz

BODZIEC BEZWARUNKOWY

od

BODŹCA WARUNKOWEGO

?

Bodziec bezwarunkowy - zmienia stan organizmu, zaburza homeostazę
Bodziec warunkowy - nie zmienia stanu organizmu, może być i zwykle jest zapowiedzią bodźca

bezwarunkowego (ostrzeżeniem przed ...)

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

33

Stereoptyp dynamiczny (Pawłow)

- układ odruchów i czynności wyuczonych stanowiący aktualny repertuar reakcji

M

OTORYCZNOŚĆ

- zespół reaktywności ruchowej człowieka lub zwierzęcia, charakterystyka reakcji ruchowych,

O

PIS MOTORYCZNOŚCI

T

REŚĆ RUCHU

- skutek, cel ruchu :

produkcyjna, sportowa, wyrazowa, bojowa, samoobsługowa ... etc.

I

DEA RUCHU

- motywacja w tym sensie, w jakim o motywacji mówią psycholodzy i biolodzy

C

ECHY MOTORYCZNE

:

siła, szybkość, wytrzymałość,
zwinność = zręczność = koordynacja, ... i pochodne.

Uwaga: to się da zmierzyć - są do tego odpowiednie testy.

F

ORMA PRZESTRZENNA

(wg Kurta Meinla) :

własności strukturalne: struktura fazowa, harmonia
własności dynamiczne:

rytm, płynność, transmisja, elastyczność,

własności psychiczne:

precyzja, antycypacja, nasycenie ruchu, zakres umiejętności

Uwaga: to się da mierzyć, kształtować i rozwijać np. u sportowców, pracowników, uczniów....

A

NALIZA MOTORYCZNOŚCI

:

elementy ruchowe - skurcz jednego mięśnia, jednej grupy w jednym odcinku łańcucha kinematycznego

(zgięcie, wyprostowanie, odwiedzenie, przywiedzenie ... itp.)

akty ruchowe - równoczesna akcja kilku mięśni lub grup w kilku ogniwach łańcucha kinematycznego

(cios, krok, skok, skłon ... itp.)

działanie ruchowe - złożenie następczych, dopełniających się aktów prowadzących do wykonywania

sensownej czynności: (chodzenie, piłowanie, kręcenie korbą, uderzanie ... itp.)

czynność ruchowa - złożenie działań ruchowych prowadzące do uzyskania elementarnego celu

działania (wbicie gwoździa, napisanie listu na komputerze ... )

postępowanie ruchowe - zbiór czynności określonych celem - ostatecznym wynikiem, skutkiem -

znaczeniem adaptacyjnym - „życiowym”: (trening sportowy, praca zawodowa, rekreacja ... )

P

RAWO

F

ITTSA

Trudność ruchu docelowego – ocena wg prawa Fittsa.
Prawo Fittsa wiąże szybkość z dokładnością ruchu:

MT = a + b

×××× ID

Gdzie:

MT – czas ruchu (Motion Time)

a, b – stale empiryczne

ID - współczynnik trudności (Index of Difficulty)

ID = log

2

(2 A / W)

(istnieją inne wzory)

A - amplituda ruchu,

W - szerokość celu (tolerancja)

Odwrotność współczynnika ID interpretuje się jako wskaźnik wykonania - IP (Index of Performance).

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

34

O

PIS MOTORYCZNOŚCI ROBOCZEJ

-

T

HERBLIGI

- mikroruchy w karcie mikroruchów

Analiza ruchów, analiza mikroruchów, analiza pracy:

10 (lub 18) therbligów (Frank i Lillian Gilberth):

sięganie, poruszanie, obracanie, podpieranie, chwytanie, puszczanie,

kładzenie, rozkładanie, ruchy oczu, ruchy nóg i korpusu

trajektoria, wydatek energetyczny, szybkość - wpływ treningu

Klasyfikacja ruchów sterowania:

dynamiczne - statyczne,

ciągłe - chwilowe,

ścigające - kompensacyjne,

docelowe - swobodne,

seryjne - pojedyncze,

dowolne - zautomatyzowane,

balistyczne - korygowane,

pod kontrolą wzrokową - proprioceptywną - przyrządową.

Ruchy balistyczne w porównaniu z ruchami pod kontrolą /w sprzężeniu/ sensomotoryczną

szybsze

i

dokładniejsze.

Charakterystyka ruchów sterowania:

•

czas reakcji w zależności od rodzaju odruchu, częstości bodźca, siły bodźca

zgodnie z zasadą tolerancji (optimum i wg modalności bodźca)

•

szybkość ruchu w zależności od zasięgu (15% - 5% wzrostu czasu ruchu po podwojeniu drogi)

w ruchach pojedynczych

stała przy zasięgu do 50 cm - zmiana zasięgu kompensowana szybkością

rosnąca powyżej 50 cm

w ruchach naprzemiennych (tam i z powrotem)

•

stała przy zasięgu do 40 cm - zmiana zasięgu kompensowana szybkością

rosnąca powyżej 40 cm

można przyspieszyć zamieniając ruch posuwisty na obrotowy

•

szybkość ruchu przy obecności technicznych ograniczników zasięgu (zapadka, zderzak) 17% - 12% większa

•

szybkość w zależności od używanej kończyny, palca:

prawa ręka >> lewa ręka >> prawa noga >> lewa noga

wskaziciel >> środkowy >> serdeczny >> mały

•

szybkość w zależności od kierunku ruchu

w pionie >> w poziomie

w płaszczyźnie strzałkowej >> bocznie

w płaszczyznach głównych >> ukośnie

obrotowe >> posuwiste

•

dokładność w zależności od używanej kończyny, palca (jak szybkość):

prawa ręka >> lewa ręka >> prawa noga >> lewa noga

wskaziciel >> środkowy >> serdeczny >> mały

•

dokładność ruchu w zależności od kierunku i sposobu kontroli

w prawa >> w lewo

do siebie >> od siebie

prawa ręka na kontrolę kinestetyczną - lewa ręka na kontrolę somestetyczną (dotyk)

•

siła ruchu w zależności od:

♦

szybkości (równanie Hilla) ;

♦

zasięgu i napięcia - rozciągnięcia początkowego,

♦

kierunku ruchu

Chwytać Puścić Nastawić Ustawić Złączyć Rozłączyć Używać

Szukać Wybrać Przenosić Przemieszczać się Oczekiwać

Przestój Trzymać Odpoczywać Planować Kontrolować

Ch P N U Z R W

S Wp Tł Tb Pn

Pu Trz O Pl K

THERBLIGI

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

35

Z

ASADY ROZWOJU MOTORYCZNEGO

:

1.

Rozwój ruchowy od generalizacji do specjalizacji bodźca i reakcji:
„Aktywność zgeneralizowana poprzedza aktywność zlokalizowaną” - wyspecjalizowaną

2.

Postęp w rozwoju ruchowym przebiega w dół osi cefalokaudalnej i wedle następstwa proksimo-dystalnego.
Nowe kategorie czynność ruchowej pojawiają się tym później im dalej od mózgu.

3.

Rozwój od ruchów symetrycznych przez asymetryczne do zlateralizowanych.
Asymetria czynności utrudniona przez zjawisko transferu bilateralnego pobudzeń.

4.

Rozwój od ruchów cyklicznych do acyklicznych.
Ruchy acykliczne wymagają hamowania, a zdolność do hamowania pobudzeń rozwija się wolno ...

5.

Zmiana modalności dominującej w sprzężeniu sensomotorycznym
- od proprio - i tango- do tele- archaicznych i tele- nowoczesnych .. ; od bodźców pierwszoukładowych do
bodźców drugoukładowych. (I i II układ sygnalizacyjny wg Pawłowa)

6.

Od eksterioryzacji (jawności ruchów) do interioryzacji (niejawności) i intelektualizacji
(np. czytanie, budowanie modeli myślowych)

7.

Nowe stereotypy ruchowe kształtowane metodą prób i błędów w cyklu:
... asocjacja - stabilizacja - dysocjacja - reasocjacja - ...
na początku łańcucha uczenia nowych ruchów podstawowe odruchy wrodzone

(M.Demel, A. Skład: Teoria wychowania fizycznego ... str 114-115.)

R

EGUŁY BIOMECHANICZNE

T

ICHAUERA

Pozycja ciała

•

Łokcie trzymać nisko

•

Redukować do minimum moment zginający kręgosłup (nie pochylać się i nie wyginąć, szczególnie
pod obciążeniem)

•

Uwzględnić roznice anatomiczne i możliwości energetyczne/wysiłkowe związane z płcią

•

Optymalizować konfiguracje pomiędzy poszczególnymi segmentami ciała (przyjmować naturalne,
niewymuszone pozycje – brak napięcia mięśni i bólu po długotrwałym utrzymywaniu postawy)

•

Unikać obserwacji pola pracy poza strefą wygodnego widzenia (maksymalny kąt bryłowy = 60 sr

??- PŁ, niewymagalne skręcanie, pochylanie głowy ani zwracanie spojrzenia)

Relacje i oddziaływani między człowiekiem a urządzeniami technicznymi

•

Nie utrudniać krążenia krwi poprzez długotrwały ucisk lub nacisk na mięśnie i naczynia krwionośne
(ucisk naroży, zaciśnięcie chwytu etc)

•

Unikać wibracji zwłaszcza w zakresach rezonansowych (kilka Hz – kilkadziesiąt Hz, subiektywnie
odczuwalna, jako drżenie wewnątrz)

•

Stosować siedzisko umożliwiające indywidualne dopasowanie do użytkownika

•

Trzymać rękę prosto podczas skrętów przedramienia i ramienia

•

Unikać skupionych nacisków na kości i tkankę łączną (np. klęczenie)

Relacje związane z ruchami ciała

•

Stosować krótkie ruchy sięgania (odpowiednio rozmieszczać przedmioty pracy) i unikąć sięgania
dalej niż 40 cm w przód.

•

wykorzystywać naturalne sposoby ruchów, bez wymuszeń

•

Unikać ruchów po liniach prostych

•

Stosować tylko dobrze zaprojektowane i wykonane robocze (o właściwym rozmiarze i miękkości) o raz
właściwie ukształtowane narzędzia odpowiednie do zadania (bez partactwa i prowizorki)

•

Projektować proces pracy tak aby mięśnie były obciążone symetrycznie.

Czynniki monotonii pracy (wg Górskiej zmor.)

•

Mały zakres obserwacji, odbioru bodźców

•

Jedynie okazjonalna potrzeba/możliwość zmiany pozycji

•

Jednostajność i rytmiczność bodźców

•

Ograniczone możliwości poruszania

•

Subiektywne wrażenia ciepła, gorąca

•

Łatwość czynności roboczej

•

Konieczność utrzymania uwagi (niemożność odwrócenia uwagi od procesu)

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

36

K

ONSTYTUCJA SOMATYCZNA CZŁOWIEKA A ZDOLNOŚĆ DO PRACY

K

ONSTYTUCJA TO INACZEJ SPOSÓB BUDOWY CIAŁA

...

I DUSZY

...

LUB TYP CZŁOWIEKA

,

ALBO INACZEJ SOMATOTYP

Na konstytucję (somatotyp) składa się:

•

zespół cech fizycznych, funkcjonalnych, behawioralnych i psychicznych

•

w tym reaktywność organizmu

•

zdeterminowany genetycznie

•

modyfikowany w trakcie ontogenezy

•

kształtowany pod wpływem czynników środowiska

•

wynik interakcji genotypu i środowiska

Konstytucyjne systemy typologiczne mają za podstawę o:

•

morfologię - wygląd: kształt i proporcje ciała

•

udział i stan poszczególnych typów tkanek w budowie ciała

•

nasilenie przemiany materii, dynamikę regulacji hormonalnej i nerwowej

•

stereotyp dynamiczny układy nerwowego - pobudliwość i cechy osobowości

•

odporność immunologiczną, cechy patologiczne i anomalie

N

A POCZĄTKU BYŁA TYPOLOGIA

H

IPOKRATESA

(IV

W PNE

)

OPARTA O CECHY BUDOWY

FIZYCZNEJ

•

typ suchotniczy

•

typ apoplektyczny

P

OTEM

T

YPOLOGIA CHARAKTEROLOGICZNA

G

ALENA I TYPOLOGIA REAKTYWNOŚCI

NERWOWEJ

I.P

AWŁOWA

•

typ choleryczny

typ pobudliwy

•

typ sangwiniczny

typ żywy

•

typ flegmatyczny

typ spokojny

•

typ melancholiczny

typ słaby

T

YPOLOGIA KONSTYTUCJI PSYCHOSOMATYCZNEJ

E.K

RETSCHMERA Z

1921

R

.

(

SZKOŁA

NIEMIECKA

)

•

typ leptosomatyczny (skrajnie - asteniczny)

temperament schizotymiczny

•

typ atletyczny

temperament iksotymiczny - barykinetyczny (wiskozyjny)

•

typ pykniczny

temperament cyklotymiczny

•

typ dysplastyczny

Wartości wskaźników dla typów somatycznych wg Kretschmera

Mężczyźni

Kobiety

leptosomatyk

atletyk

pyknik

leptosomatyk

atletyk

pyknik

Wsk. Rohrera (A)

<1,12

1,13-1,34

>1,35

<1,22

1,23-1,43

>1,44

Wsk. Rohrera (B)

1,26

1,51

1,61

1,27

14,8

15,3

(a-a)/(B-v)

×

100

21,6

23,3

22,6

21,6

23,2

22,2

(cir.th)/(B-v)

×

100

50,3

54,8

58,1

51,7

53,9

56,2

(ic-ic)/(B-v)

×

100

16,4

17,3

17,8

-

-

-

(cir.ic)/(B-v)

×

100

-

-

-

56,2

61,8

63,4

A - wg. M.Kowalewskiej; B - wg J.Mydlarskiego i K.Więzowskiego oraz dla kobiet wg A.Haleczki

T

YPOLOGIA KONSTYTUCYJNA

W.H.S

HELDONA

(1940)

Z MODYFIKACJAMI

R.W.P

ARNELA

,

B.H

EATHA I

L.C

ARTERA

:

Dokonana na podstawie:

•

wskaźnika endomorfii -otłuszczenia - suma grubość fałdu skórno-tłuszczowego
na ramieniu, pod łopatka i na brzuchu (także przyśrodkowo na goleni),

•

wskaźnika mezomorfii - tęgości - z szerokości nasad dalszych kości ramienia i uda
oraz obwodów mięśniowych ramienia i łydki (po odjęciu grubości fałdu s.-t.)

•

wskaźnika ektomorfii - smukłości -

(B-v) /

3

√

MC

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

37

Somatotypy Sheldona z roku 1940 (na podstawie badania 4000 studentów amerykańskich)

•

typ endomorficzny

7:1:1

temperament wiscerotoniczny

•

typ mezomorficzny 1:7:1

(r = 0,80 !!)

temperament somatotoniczny

•

typ ektomorficzny

1:1:7

temperament cerebrotoniczny

Punkt centralny rozkładu somatotypów dla mężczyzn - 444 dla kobiet 433

wiscerotonia - pogoda, towarzyskość, tolerancja, uprzejmość, pragnienie sympatii, stałość nastroju
somatotonia - energia, aktywność, odwaga fizyczna, chęć władzy, skłonność do ryzyka, niewrażliwość
cerebrotonia - powściągliwość, wyostrzona uwaga, nadreaktywność, chwiejność,

gynadromorfia - upodobnienie somatotypu między płciami:

najczęściej u mężczyzn - endomorfów i kobiet - mezomorfów

U endomorfów - wcześniejsze dojrzewanie,

częstsze: szpotawość, koślawość, płaskostopie
żołądek typu hipertonicznego, większa wątroba, większa macica, mniejsze nadnercza,

U ektomorfów - późniejsze dojrzewanie,

częstsze: skoliozy, odstawanie łopatek, płaskostopie
zaznaczona płatowa budowa płuc, małe pojemność życiowa, żołądek typu hipotonicznego

„Maratończycy są mali i szczupli. Ciężarowcy mają krótkie ręce i nogi” ... „Dobrze umięśniony, barczysty i
długonogi Dawid Michała Anioła nie miałby żadnych szans w innych biegach niż sprint. Najodpowiedniejszą
konkurencją dla niego byłoby zapewne 400 m.”

Murzyni Watusi - średnio po 195 cm wzrostu z narodowym zamiłowaniem do skoków.
Masajowie są fenomenalnymi piechurami

Akademie wojskowe nie przyjmują endomorfów.
Wśród sportowców prawie nie ma endomorfów.
Wg J.M.Tannera, rekordziści to wyłącznie typy z ektomorficzno-mezomorficznej połowy trójkąta somatotypów.
Regułą jest mniej niż 4 punkty za endomorfię.
W Rzymie w 1964:
Miotacze kulą skupiają się wokół 4-6-2; chodziarze (50 km) - 2-4-4, ale nie nadaj się do kuli, młota, oszczepu;
Miotacze z reguły powyżej 185 wzrostu. Skoczkowie powyżej 183 wzrostu.

Morfologiczne przystosowanie do dyscyplin biegowych (średnie wartości):
Dystans

100

400

800-1500

5000-10000

maraton

chód

Wzrost

178

185

180

173

170

Masa

73

77

61

Wiek

23

24

25

26-27

30

31

W populacji nietrenujących beztłuszczowa masa ciała stanowi 85% dla mężczyzn i 77% dla kobiet. W

populacji trenujących udział tłuszczów jest o połowę do dwóch trzecich mniejszy (5-18% i 6-20%).
Typowi siatkarze, koszykarze i miotacze: 200 cm, 100 kg, średniodystansowcy: 180-185 cm, 60-65 kg,
maratończycy: 170 cm i <60 kg.

Biorąc pod uwagę typologię konstytucyjną Kretschmera wśród lekkoatletów można wyróżnić grupy

uprawiające różne zespoły konkurencji:
zespół: 51-56% A + 33% L ... - biegacze średnio-, długodystansowi, płotkarze, trójskok,
zespół: 59-65% A + 17-25% L + 12-15% P. - sprint, 400 m., skok w dal i o tyczce,
zespół: 65-72% A + 21-25% P. ... - dyskobol - oszczepnik
zespół: 60-30% L + 25-60% A. ... - bokserzy wag lekkich i średnich
zespół: 3-20% A + 60-87% A ... - bokserzy wag lekkich i średnich
zespół: 77% A + 17% P. ... - gimnastycy
zespół: 15% A + 82% P. .... - kula, młot
zespół: 59% A + 38% P. .... - ciężarowcy
zespół: 65% L + 28% P. ... - siatkarze

Charakterystykę zespołu ustalano obliczając kolejno: różnicę między wskaźnikami średnimi czystych

typów a wskaźnikami zespołów, kwadrat tej różnicy, sumę kwadratów różnic wobec standardów dla typów
Kretschmerowskich, odwrotność tej sumy, sumę odwrotności dla trzech typów Kretschmerowskich, procent jaki
stanowi odwrotność kwadratu względem uzyskanej sumy odwrotności,

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

38

Próbowano też korelować inne cechy konstytucyjne ze specyficzna sprawnością ruchową i

wydolnością:

•

wyższą sprawność ruchową (w porównaniu z populacją ogólną Wielkopolski) cechowali studenci o grupie
krwi A i grupie Rh(d)+

•

wysokosprawni mają wśród linii papilarnych palców częściej łuki i pętle, zaś rzadziej wiry,

•

indywidualne typy wzorów bruzd wargowych (I - wyraźne, rzadkie, proste; II - gęstsze, zadarte,
rozdwajające się; III - liczne, rozgałęzione, płytkie; IV - siateczkowate) różnią się również ze stopniem
sprawności

•

proporcje wzajemne długości placów rąk i nóg także wykazują zróżnicowanie

Zbigniew Drozdowski: Antropologia sportowa. Monografie AWF w Poznaniu. PWN 1984

Wysmukłość kości małych zwierząt w porównaniu z masywnością kośćca zwierząt wielkich wynika z równania
obciążeń pola przekroju kośćca i związku masy z wymiarami liniowymi.

MC = k

m

×

L

3

i

S = k

s

×

L

2

skąd

F = MC

×

g

i

F / S = L

×

g

×

k

m

/ k

s

A więc zakładając, że wytrzymałość kości jest stała, przekrój kości rośnie proporcjonalnie do wymiarów
człowieka lub zwierzęcia.

Paradoksalnie jednak wysokość skoku nie zależy od rozmiarów zwierzęcia, a tylko od stosunku siły mięśni nóg
do ciężaru ciała.

MC

×

g

×

h

skoku

= F

nóg

×

h

wybicia

skąd

h

skoku

= F

nóg

×

h

wybicia

/ (MC

×

g)

śe zaś siła nóg proporcjonalna do pola przekroju mięśni, pole przekroju proporcjonalne do kwadratu wymiarów
liniowych, a wysokość wybicia wprost proporcjonalna do wymiarów liniowych, wysokość skoku nie zależy od
rozmiaru ciała.

F

nóg

= k

F

×

L

2

i h

wybicia

= L

×

h

W

stąd

h

skoku

= L

2

×

L / L

3

= 1 (!)

Co potwierdza, że, że wysokość skoku nie jest zależna od wysokości ciała. Słoń podskakuje więc, w pewnym
sensie „tak samo wysoko” jak mysz albo pchła.

Skoro zaś siła mięśni proporcjonalna jest do kwadratu, a ciężar ciała do sześcianu wymiarów to małe zwierzęta
mają lepszy wskaźnik nośności (udźwigu) niż duże. Mrówka dźwiga wielokrotność ciężaru swego ciała, my zaś
mamy kłopot z częścią ciężaru własnego.

Z faktu, że okres wahania wahadła matematycznego

(T)

rośnie z jego długością

(L)

również wynikają

konsekwencje dla biologii i rozwoju.

T = 2

π

√

(L/g)

W rzeczywistym wahadle fizycznym okres zależy od pierwiastka z iloczynu ramienia

(L)

, masy

(m)

i

przyspieszenia ziemskiego

(g),

podzielonego przez moment bezwładności

(I)

pomnożony przez przyspieszenie

kątowe

(

α

)

. Zatem we wzorze w miejsce

(L / g)

należy podstawić:

(m g L) / (I

α

)

.

Stąd, im dłuższa i cięższa kończyna, tym wolniej da się nią machać - tym wolniejsze, acz dłuższe, są pojedyncze
kroki. Odchudzając długie nogi (koń. sarna) można jednak przystosować je do szybszego tempa ruchu. Stąd też
dzieci, myszy i drobne ptaki szybko drobią, a stateczne matrony, mistrzowie sumo i słonie wolno i dostojnie
kroczą. Również, krótsze nogi kobiet powodują, że stawiają one kroki nie tylko krótsze ale i w większym tempie
- z większą częstością niż mężczyźni. W biegu kończynę trzeba zaś naprzemian to skracać to wydłużać, aby jej
moment bezwładności był dostosowany do szybkości ruchu.

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

39

D

YMORFIZM PŁCIOWY A KONSTYTUCJA

Dymorfizm płciowy człowieka

- typowy dla gatunków poligamicznych,
- fizyczny średnio wyrażony,
- przeciętnie wyrażający się 8% różnicami morfometrycznymi,
- zewnętrznie przejawiający się drugorzędowymi i trzeciorzędowymi cechami płciowymi

pierwszorzędowe cechu płciowe to gonady
drugorzędowe cechy płciowe to genitalia,
trzeciorzędowe cechy płciowe to piersi, różnice budowy kośćca, owłosienia,

także cechy psychiczne, rola społeczna).

Różnice przeciętnego wzrostu mężczyzn i kobiet 10-12 cm
Różnice sięgów 5-40 cm między płciami

Typologiczne ujęcie dymorficznych różnic w budowie ciała:

T

YP MĘSKI

:

T

YP śEŃSKI

:

silna budowa górnych części ciała, karku i obręczy
barkowej,
duża głowa, wystający profil twarzy,
wąskie biodra, relatywnie krótszy tułów i dłuższe
kończyny(!!),
otłuszczenie 15-18% mc, mięśnie 42% mc,

większe zróżnicowanie osobnicze

mniejsza wysokość i masa ciała,
drobniejsza głowa, bardziej dziecięce proporcje twarzy,
bardziej zaokrąglone kształty, relatywnie dłuższy
tułów, krótsze kończyny przy czym górne krótsze
względem dolnych w porównaniu do mężczyzn,
znaczniejsze otłuszczenie (24-28% mc) skupione
głównie w obręczy biodrowej,
subtelniejsza budowa kośćca i słabsze mięśnie (36%
mc), luźniejsze torebki stawowe, większa gibkość i
precyzja ruchów, niżej środek ciężkości ciała,
mniejsza - także relatywnie - pojemność płuc i serca,
wyższa częstość tętna,
o 50% mniejsza siła mięśniowa i o 25-30% mniejsza
niż u mężczyzn wydolność fizyczna,
niższa przemiana podstawowa,
wyższa odporność,
mniejsze zróżnicowanie osobnicze

Praktyczny zarys fizjologii pracy © dr hab. P.Łaszczyca UŚl 2003

40

Różnice w czynnościach nerwowych między płciami i ich podłoże

KOBIETY

MĘśCZYŹNI

•

większa zdolność magazynowania informacji
nieistotnych i przypadkowych

•

mniej wyraźny podział funkcji między prawą i lewą
półkulą - obie biorą udział w czynnościach
werbalnych i wizualnych

•

skupienie ośrodków językowych (gramatyka,
ortografia, fonetyka) z przodu lewej półkuli -
większe zdolności językowe, szybciej i łatwiej uczą
się czytać (także z powodu większych zdolności
słuchowych)

•

lepiej rozwiązują testy słowne, preferują
komunikację werbalną

•

gorsza orientacja przestrzenna z powodu większego
rozproszenia ośrodków

•

lepsza intuicja - wskutek lepszej komunikacji
między ośrodkami werbalnymi i wzrokowymi -
proporcjonalnie większe ciało modzelowate

•

łatwość w wyrażaniu uczuć - lepsze połączenie
między ośrodkami emocji w prawej i lewej półkuli
oraz ośrodkami mowy; stąd większa trudność w
oddzieleniu emocji od rozumowania

•

w dzieciństwie preferują zabawy oparte na
relacjach międzyludzkich

•

w szkole uczą się w oparciu o technikę: "ja mówię
- ty słuchasz"

•

u nastolatek zmniejsza się znaczenie osiągnięć
szkolnych i motywacja do nich

•

preferują zawody, wiążące się z interakcjami
międzyludzkimi

•

silniejsze wahania i zmiany nastroju w cyklu
miesiączkowym pod wpływem hormonów

Estrogeny

- zwiększają aktywność neuronów co

prowadzi do większego ożywienia i wydolności
umysłowej oraz wrażliwości zmysłowej w fazie
folikularnej cyklu miesiączkowego

Progesteron

- zmniejsza przepływ krwi w mózgu i

metabolizm neuronów co powoduje większą
ospałość i męczliwość, obniża libido i stabilizuje
emocjonalnie w fazie lutealnej cyklu miesięcznego
Zespół napięcia przedmiesiączkowego objawiający
się zwykle "huśtawką nastrojów" wywołany jest
spadkiem stężenia estrogenów i progesteronu

•

pamiętają informacje gdy są powiązane ze sobą

•

mózg bardziej wyspecjalizowany:
Prawa półkula - umiejętności przestrzenne
Lewa półkula - umiejętności językowe

•

rozproszenie ośrodków odpowiedzialnych za
gramatykę, ortografię i fonetykę z przodu i z tyłu
lewej półkuli - gorsze zdolności językowe, większe
trudności z gramatyką i ortografią, częstsze
dysleksje

•

lepiej radzą sobie w testach wymagających
umiejętności wzrokowo-przestrzennych

•

lepsza orientacja przestrzenna dzięki bardziej
wyodrębnionemu obszarowi w mózgu

•

słabsza intuicja wskutek gorszego łączenia inf.
wzrokowych i werbalnych (?)

•

trudność w wyrażaniu uczuć z powodu
ograniczonego przepływu informacji między
ośrodkami emocji w prawej półkuli do ośrodków
werbalnych w lewej półkuli, większa zdolność do
"chłodnej", rzeczowej analizy sytuacji

•

preferują zabawy związane ze światem
przedmiotów i jego przekształcaniem

•

preferują samodzielne dociekania i rozwiązywanie
zadań

•

z wiekiem rośnie znaczenie osiągnięć szkolnych i
motywacja do nich

•

preferują zawody, w których dominują czynności
mechaniczne lub działalność teoretyczna

•

brak cyklicznych zmian emocjonalnych, ogólnie
słabsza emocjonalność w porównaniu z kobietami,
a jej rysem charakterystycznym jest agresywność
uwarunkowana działaniem

testosteronu

na męski

mózg, zwłaszcza w okresie dojrzewania. Z tego
wynika silna tendencja do rywalizacji, dominacji i
rozwiązań siłowych, a także zachowań
przestępczych. Testosteron potęguje umiejętności
wzrokowo przestrzenne, pobudza mózg, ułatwia
koncentrację i zwiększa jego odporność na
zmęczenie i znużenie.

[na podst. książki A. Moir, D. Jessel - Płeć mózgu, PIW 1993]