Wysiłek fizyczny w
warunkach
wysokogórskich
Odpowiedź układu
hormonalnego
Opracowanie:
•Kamila Woźniak
•Agnieszka Stachowicz
•Karolina Skowron
•Łukasz Bereziak
•Łukasz Grabarski
Środowisko wysokogórskie posiada
szereg odmienności istotnych dla
człowieka w stosunku do obszarów
nizinnych.
• Spada ciśnienie atmosferyczne, a co za tym idzie,
procentowa zawartość tlenu w jednostce objętości
powietrza
• Zmniejsza się temperatura
• Pojawia się znaczna zmienność pogody:
– nagłe opady atmosferyczne
– bardzo silne wiatry
– wyładowania elektryczne w atmosferze
• Podłoże zmienia się na skalne lub lodowe
• Pojawiają się niebezpieczne rozpadliny, w których
nietrudno o poważną kontuzję
• Zmienia się również fauna i flora, zanikająca niemal
zupełnie w najwyższych górach
Ze wzrostem wysokości:
Warunki panujące na znacznej wysokości wywołują w
organizmie człowieka szereg zmian, a proces ten
określany jest jako adaptacja. Obejmuje ona stopniowe
przystosowanie fizjologicznych i biochemicznych
parametrów organizmu do przebywania w warunkach
obniżonego ciśnienia i niższej zawartości tlenu w
powietrzu, zachodzące na przestrzeni dni lub tygodni.
Do najważniejszych zaliczamy zmiany we krwi i układzie
krwiotwórczym, w układzie sercowo-naczyniowym, w
płucach, centralnym układzie nerwowym, a także zmiany
w metabolizmie organizmu, mięśniach czy układzie
hormonalnym.
ADRENALINA I
NORADRENALINA
Wysiłek fizyczny, stres i obniżone
stężenie tlenu w powietrzu
atmosferycznym powodują
zwiększona aktywację układu
adrenergicznego, czego wyrazem
jest zwiększenie stężenia we
krwi adrenaliny i noradrenaliny,
uwalnianych przez rdzeń
nadnerczy.
Adrenalina najsilniej pobudza
receptory beta1 i beta2 a słabiej
typu alpha. Noraddrenalina zaś
reaguje głównie z receptorami
typu alpha, znacznie słabiej z
beta1 a w ogóle nie wywiera
wpływu na receptory typu beta2.
Czynnikiem bezpośrednio
pobudzającym komórki rdzenia
nadnerczy do wydzielania amin
katecholowych jest
acetylocholina, która pełni
funkcję transmitera uwalnianego
na zakończeniach
przedzwojowych włókien
współczulnych.
Wzrost adrenaliny i noradrenaliny
zwiększa częstość skurczów serca
osiągając na wysokości 6500m n.p.m
w spoczynku około 100-120/min)i
wzrost ich siły z następczym
zwiększeniem objętości wyrzutowej i
pojemności minutowej serca. Wzrost
pobudliwości mięśnia sercowego
wywołuje skurcze dodatkowe i może
prowadzić do groźnych arytmii
sercowych.
Adrenalina rozszerza naczynia
krwionośne w mięśniach
szkieletowych, mózgu i sercu –
tutaj następuje zwiększony
przepływ krwi przez zmniejszenie
oporu naczyniowego z
jednoznacznym obniżeniem
ciśnienia rozkurczowego i
wzrostem skurczowego. Mięśnie
wykonują pracę i to one zużywają
najwięcej tlenu.
Noradrenalina powoduje skurcz
naczyń krwionośnych w
większości narządów i
naczyniach skórnych co wiąże się
ze zmniejszonym przepływam
krwi przez te narządy.
Wysiłek fizyczny sprawia, że człowiek
wymienia z otoczeniem ciepło tylko
na drodze wentylacji (oddychanie) i
wraz z potem. Ograniczony zostaje
bowiem dopływ krwi do powierzchni
skóry poprzez działanie
noradrenaliny, która jak już wyżej
wspomniano powoduje skurcz naczyń
skórnych (krew żylna nie wymienia
ciepła z krwią tętniczą) wobec czego
ciepło gromadzi się wewnątrz ciała.
Wzrost stężenia katechoamin we
krwi, który towarzyszy wspinaczce
wysokogórskiej zwłaszcza u osób
niewytrenowanych zwiększa
wrażliwość osmotyczną i
mechaniczną erytrocytów. Ponadto
hipoglikemia i kwasica
metaboliczna dodatkowo zmieniają
kształt erytrocytów i prowadzą w
konsekwencji do hemolizy krwinek
czerwonych.
W wysokich górach w warunkach hipoksji zachodzą
następujące reakcje ze strony układu oddechowego na
wysiłek fizyczny:
• wzrost wentylacji minutowej płuc,
• wzrost pracy mięśni oddechowych,
• wzrost gradientu pęcherzykowo – tętniczego,
• wzrost wydalania CO2,
• wzrost zużycia O2 w miarę wzrostu pracy mięśniowej,
• wzrost współczynika oddechowego
• rozszerzają naczynia krwionośne,
• przyśpieszają akcję serca i częstość skurczów,
• powodują wzrost pojemności minutowej serca,
• wzmagają ruchy oddechowe a co za tym idzie –
hiperwentylację.
Zmiany te powodowane są wzrostem produkcji adrenaliny
i noradrenaliny przez rdzeń nadnerczy. Poprzez receptory
- 2 - adrenergiczne hormony te wpływają na rozkurcz
mięśniówki gładkiej drzewa oskrzelowego a przez to:
Układ adrenergiczny zwiększa
wydzielanie reniny przez komórki
aparatu przykłębuszkowego w
nerkach. Renina zwiększa
wytwarzanie angiotensyny II, ta
zaś zwiększa uwalnianie
aldosteronu.
GLIKOKORTYKOSTEROI
DY
Zwiększona aktywność układu podwzgórzowo –
przysadkowo- nadnerczowego powoduje
zwiększenie stężenia glikokortykosteroidów we
krwi. Występuje to podczas długo trwałych
wysiłków, gdzie zapotrzebowanie na tlen rośnie
zwłaszcza w warunkach jego niedoborów w
powietrzu atmosferycznym.
Glikokortykosteroidy zwiększają za tam
reaktywność skurczową miocytów naczyń
krwionośnych potęgując działanie adrenaliny i
noradrealiny na naczynia krwionośne, wpływają
pobudzająco na kurczliwość mięśnia sercowego.
W przypadku braku tych hormonów w organizmie aminy
kalecholowe wykazują upośledzenie działanie
naczynioskurczowe co wzmaga skłonność do zapaści
naczyniowej. Ponadto zwiększenie stężenia wydzielanego
kortyzolu do krwi występuje w czasie okresu, który może
towarzyszyć wyprawie wysokogórskiej. Obserwuje się
korzystny wpływ zwiększonego wydzielania koryzolu w tych
stanach. Glikokortykosteroidy zwiększają bowiem tempo
glukoneogenezy, prawdopodobnie przede wszystkim przez
zwiększenie dopływu aminokwasów do wątroby w wyniku
hamowania syntezy białek tkankowych. Dzięki mobilizacji
aminokwasów i kwasów tłuszczowych z zasobów tkankowych
zwiększa się ich zużycie do celów energetycznych.
ALDOSTERON
Wzrost intensywności i czasu trwania wysiłku
zwiększa wydzielanie tego hormonu. Im
wysiłek jest dłuższy, tym wydzielanie tego
hormonu jest większe, chociaż nie jest to
zależność liniowa. Zmiany stężenia tego
hormonu zachodzą w odpowiedzi na zmiany
stężenia angiotensyny II, gdyż działa tu oś
renina – angiotensyna, aldosteron oraz
jonów potasu i sodu we krwi. Trening nie
zmienia znacząco wydzielania aldosteronu,
natomiast wpływa aktywacja układu
adrenergicznego, spadek objętości wody
wewnątrznaczyniowej oraz spadek stężenia
sodu i wzrost stężenia potasu we krwi.
RENINA
Podczas wspinaczki, a więc wysiłku trwającego
dłużej ma miejsce utrata wody z potem. W
następstwie prowadzi to do hemokoncentracji
(czyli zagęszczenia krwi). To pobudza
wydzielanie reniny. Ponadto ma miejsce
zmniejszenie stężenia jonów Na+, a
zwiększenie stężenia jonów K+ we krwi. Jony
potasu pochodzą z kurczących się mięśni. Te
zmiany stężenia jonów sodu i potasu działają
bezpośrednio na warstwę kłębkowatą kory
nadnerczy i zwiększają wydzielanie
aldosteronu. Hormon ten zwiększa wchłanianie
zwrotne sodu zwiększa wydalanie potasu w
nerkach. Wraz z sodem zatrzymywana jest
woda. Tak, więc wzrost wydalania aldosteronu
przyczynia się do utrzymania objętości łożyska
naczyniowego w czasie wysiłku.
HORMON
ANTYDIURETYCZNY -
WAZOPRESYNA
Wspinaczka ma także wpływ na inny hormon, a
mianowicie na hormon antydiuretyczny ADH –
wazopresynę. Jest to hormon wydzielany przez
podwzgórze, a magazynowany w tylnym płacie
przysadki mózgowej. W czasie długotrwałego
marszu – wspinaczki stężenie ADH zwiększa się
wraz ze wzrostem obciążenia. Przyczyną tego
jest utrata wody z łożyska naczyniowego i
hiperosmalalność krwi (trening nie wpływa na
wydzielanie ADH, ani w spoczynku, ani w czasie
wysiłku). Wzrost wydzielania ADH w czasie
wysiłku ma ogromne znaczenie dla utrzymania
bilansu wodnego ustroju i objętości łożyska
naczyniowego.
Hormon antydiuretyczny powoduje wzrost
przepuszczalności błony kanalika zbiorczego dla
wody, co za tym idzie wzrost reabsorpcji wody,
tym samym przeciwdziała odwodnieniu. Następuje
spadek diurezy, poprzez zmniejszenie filtracji
kłębuszkowej (GFR) i wzrost zwrotnego
wchłaniania kanalikowego wody. Zmniejszenie
filtracji kłębuszkowej jest wynikiem ograniczenia
nerkowego przepływu krwi. Spowodowane jest to
regulacją układu krążenia. Ponieważ w warunkach
wysokogórskich (powyżej 4000 m n.p.m.) obniżona
jest ilość tlenu O2, w ślad za tym następuje
zmniejszenie nawet do 30-40% nerkowego
przepływu krwi, na rzecz bardzo ważnych dla
organizmu narządów, a mianowicie mózgu i serca.
TRÓJJODOTYRONINA
TYROKSYNA
KALCYTONINA
Intensywny wysiłek fizyczny powoduje
również pobudzenie wydzielniczej
funkcji gruczołu tarczowego. Jedynym
stymulatorem wydzielania hormonów
tarczycy a więc tyroksyny (T4),
trójjodotyroniny (T3) i kalcytoniny jest
TSH – hormon tyreotropowy.
Stwierdzono jednak, że wzrost stężenia
hormonów tarczycy nie następuje po
wysiłkach zbyt słabych i krótkotrwałych.
Dopiero długotrwały i dość intensywny
wysiłek powoduje wzrost stężenia
zarówno TSH jak i T3 i T4.
Tyroksyna i trójjodotyronina wywołują następujące
zmiany:
• wzmożenie glikolizy i glukoneogenezy,
• wzrost ilości wolnych kwasów tłuszczowych dla oksydacji,
• zmniejszenie zawartości cholesterolu we krwi,
• wzmożenie syntezy białek a więc i enzymów,
• wzrost zużycia glukozy przez tkanki,
• podniesienie podstawowej przemiany materii (PPM) od
60% do 100%.
Kalcytonina powoduje:
• spadek poziomu wapnia w osoczu,
• hamuje aktywność osteoklastów w kościach a tym
samym
zapobiega ich odwapnieniu,
• wzmaga wydzielanie wapnia w nerkach.
INSULINA I
GLUKAGON
Nasze mięśnie potrzebują dużo paliwa, żeby
móc wykonać pracę. W pierwszej kolejności
rozkładany jest glikogen zmagazynowany w
mięśniach, który zostaje przekształcony do
glukozy. Jednak jego zapasy szybko się
wyczerpują i komórka mięśniowa pobiera
glukozę z krwi, co powoduje chwilowy spadek
stężenia tego metabolitu we krwi. Jest to
bezpośrednim sygnałem do wstrzymania
syntezy insuliny, polipeptydu zbudowanego z
dwóch łańcuchów połączonych mostkami
dwusiarczkowymi, przez wyspy Langerhansa
trzustki, a dokładniej siateczkę
śródplazmatyczną komórek B.
Innymi czynnikami hamującymi
wydzielanie insuliny są: stres psychiczny,
który towarzyszy nam podczas
wspinaczki właściwie przez cały czas,
wysiłek, somatostatyna i hipoksja. Wraz
ze spadkiem stężenia insuliny w ustroju
zwiększa się glukoneogeneza,
glikogenoliza, czyli uwalnianie glukozy z
wątroby. Maleje zaś synteza glikogenu,
synteza białek, synteza lipidów, a także
ketogeneza. W mięśniach zostaje
uwolnionych więcej aminokwasów.
Odwrotnie jest w przypadku glukagonu,
peptydu zbudowanego z 29 aminokwasów i
powstającego w komórkach A wysp
Langerhansa trzustki. Stres psychiczny,
wysiłek, spadek stężenia glukozy, a także
aminokwasy, cholecystokinina, kortyzol
powodują wzrost wydzielania tego hormonu.
Aktywuje on lipazę hormonozależną, zwiększa
lipolizę, uwalnianie wolnych kwasów
tłuszczowych i glicerolu, glikogenolizę,
glukoneogenezę, uwalnianie glukozy z
wątroby oraz ketogenezę. Glukagon ma też
działanie inotropowe na serce, ale tylko, gdy
występuje w dużych dawkach.
Glukagon, stres psychiczny, oraz
intensywny wysiłek fizyczny
pobudza wydzielanie
somatotropiny, która ma ogólne
działanie anaboliczne.
HORMONY PŁCIOWE
Badania nad wpływem wysiłku na
wydzielanie i stężenia we krwi hormonu
folikulotropowego (FSH) i hormonu
luteinizującego (LH) są stosunkowo
nieliczne, a uzyskane wyniki są często
rozbieżne. Według większości badaczy,
krótkotrwały wysiłek, zwłaszcza o
większym obciążeniu, zwiększa stężenie
obu tych gonadotropin we krwi.
Przypuszcza się, że wzrost ten nie jest
spowodowany zmianami wydzielania, lecz
zwiększeniem ich eliminacji w wątrobie.
Krótkotrwały wysiłek zwiększa stężenie testosteronu we
krwi. Jest ono proporcjonalne do obciążenia
wysiłkowego. Przyczyną jest wzrost wydzielania,
spadek eliminacji oraz w pewnym stopniu
hemokoncetracja. W czasie długotrwałego wysiłku
stwierdzono zarówno wzrost, spadek, jak też stałe
stężenie testosteronu we krwi. Charakterystyczne, że
po długotrwałym wysiłku stężenie testosteronu
najczęściej obniża się i stan ten może trwać nawet
kilka dni. Maksymalny, supramaksymalny wysiłek
powoduje wzrost stężenia testosteronu. Pojawia się
on dopiero po zakończeniu wysiłku i jest jak zwykle
krótkotrwały. Istnieje zgodność, że wysiłki siłowe
zwiększają stężenie testosteronu we krwi. Zarówno
wielkość jak i tez czas trwania wzrostu zależy od
szeregu czynników, jak intensywność wysiłku,
obciążenie czy też masa zaangażowanych mięśni.
Wydzielenie hormonów produkowanych przez
jajniki nie jest stałe, lecz podlega cyklicznym
zmianom w czasie trwania cyklu
miesiączkowego. Czynnik ten należy więc
uwzględnić nie tylko a czasie prowadzenia
badań, lecz także przy interpretacja wyników.
Dla przykładu wysiłki jednorazowe zwiększają
stężenie estradiolu we krwi w fazie
folikularnej cyklu. W fazie lutealnej cyklu
wysiłek zwiększa stężenie zarówno estradiolu,
jak też progesteronu we krwi. Zwiększenie
intensywności wysiłku aż do obciążeń
submaksymalnych, zwiększa przyrosty
obydwu tych hormonów.
W czasie miesiączki wysiłkowy wzrost stężenia
progesteronu jest taki sam, jak w fazie lutealnej,
natomiast wzrost stężenia estradiolu jest nieco
mniejszy. Równocześnie na ogół nie obserwuje
się przyrostów stężeń FSH i LH. Świadczyłoby to,
że wysiłkowe zmiany stężenia estrogenów i
progesteronu są spowodowane zmniejszeniem
tempa eliminacji, nie zaś wydzielania tych
hormonów. W fazie lutealnej cyklu rośnie
wykorzystanie tłuszczu jako źródła energii. Tym
samym oszczędzany jest glikogen. Zwiększa to
zdolność do wyczerpania po wysiłku. Istnieje
zgodność poglądów, że trening zmniejsza
wydzielniczą czynność jajników, co prowadzi do
spadku stężenia progesteronu i estradiolu.
ERYTROPOETYNA
Przebywanie na wysokości powyżej 2300 m n.p.m oraz
hipoksja stymulują nerki do produkcji erytropoetyny co w
rezultacie prowadzi do wzrostu liczby erytrocytów w
szpiku kostnym i możliwości transportu większej ilości
tlenu. Już po 5 dniach pojawiają się pierwsze
erytrocyty(po 10 dniach obserwujemy wzrost liczby
erytrocytów do 7-8 mln /mm3 krwi), ale dopiero po kilku
tygodniach przebywania na dużych wysokościach ich
liczba jest optymalna. Wzrost erytropoetyny prowadzi
więc do zwiększenia pojemności tlenowej krwi. Zjawisko
adaptacyjne poprawiające zaopatrzenie tkanek w tlen
występuje do wysokości 3500 m n.p.m. Na wyższych
wysokościach znaczenie wzrostu stężenia tego
metabolitu czerwono-krwinkowego w zwiększaniu
utlenowania mięśni i innych tkanek jest nieznaczna.
Erytropoetyna jest niezależnym czynnikiem
presyjnym podnoszącym również ciśnienie
tętnicze krwi, co dodatkowo obciąża
niedotleniony mięsień sercowy. Wraz ze
wzrostem liczby erytrocytów zwiększa się
zawartość 2,3 bisfosfoglicerynianu w
erytrocytach, co sprzyja przesunięciu
krzywej dysocjacji hemoglobiny w lewo i
ułatwia oddawanie tlenu. Wytwarzanie
erytopoetyny jest jednym z czynników,
który zabezpiecza organizm przebywający
w warunkach wysokogórskich przed
niedotlenieniem.
KONIEC
Dziękujemy za
uwagę
Uważajcie w
górach :-)