Zmiany adaptacyjne w układzie oddechowym
i krążeniowym oraz ich wpływ na kształtowanie
wydolności fizycznej organizmu.
Zdolność przeżycia w każdym środowisku determinują bardzo różne czynniki, w
pierwszym rzędzie zdolności przystosowawcze (adaptacyjne) organizmu. Niektóre
zmiany przystosowawcze, na ogół nieodwracalne, powstają tylko we wczesnych latach
życia, w okresie wzrostu i rozwoju. Inne-odwracalne-mogą rozwinąć się w każdym
okresie życia, chociaż „przystosowalność” organizmu, jego zdolność adaptacyjna,
zmniejszają się w miarę starzenia się.
Wiedza o adaptacji fizjologicznej organizmu do wysiłków fizycznych dotyczy tej
strefy życia człowieka, która współdecyduje o jego pełni, o wielostronności stosunków z
otoczeniem, o przydatności zawodowej i społecznej. Ruch jest przejawem czynnego
stosunku człowieka do otoczenia, a podłożem wszelkiej aktywności ruchowej jest zawsze
wysiłek fizyczny.
Tlen,a organizm człowieka.
Podczas pracy fizycznej zwiększa się zapotrzebowanie mięśni na tlen.
Jest on potrzebny do utleniania węglowodanów i tłuszczów, których metabolizm
dostarcza energii do pracy.
Zapotrzebowanie organizmu człowieka na tlen wzrasta proporcjonalnie
do intensywności pracy. Jest to praktycznie jedyny czynnik decydujący
o zapotrzebowaniu ustroju na tlen podczas wysiłku fizycznego.
O zużyciu tlenu przez organizm podczas wysiłków fizycznych decydują trzy
czynniki:
-wielkość zapotrzebowania mięśni na tlen,
-ilość tlenu dostarczanego do mięśni,
-zdolność mięśni do wykorzystania dostarczanego im tlenu odpowiednio
do swych potrzeb.
O sprawności zaopatrzenia mięśni w tlen decyduje działanie układu
oddechowego, układu krążenia i sama krew.
W miarę zwiększania intensywności pracy wzrasta zapotrzebowanie mięśni na
tlen, a w ślad za nim zwiększa się czynność narządów współdziałających pobieraniu i
transporcie tlenu przez organizm.
Człowiek może przez krótki okres – kilka minut – wykonywać wysiłek o
jeszcze większej intensywności, ale wykonuje go w warunkach narastającego deficytu
1
tlenu i gromadzenia się kwasu mlekowego, co powoduje gwałtowne objawy zmęczenia
zmuszające do przerwania pracy. Rozbieżność między zapotrzebowaniem mięśni na
tlen podczas pracy, a dostarczaną ilością tlenu do mięśni nazywana jest długiem
tlenowym.
Dług tlenowy
spłacony zostaje po zakończeniu wysiłku. Jeszcze przez pewien czas utrzymuje się
nasilona czynność układu oddechowego i układu krążenia dostarczająca dodatkową ilość
tlenu do mięśni, wątroby. Nagromadzony podczas wysiłku kwas mlekowy podlega
przemianie. Dług tlenowy zostaje spłacony.
Potrzebny mięśniom tlen dostaje się w składzie wdychanego powietrza do pęcherzyków
płucnych w większych ilościach dzięki zwiększeniu podczas pracy mięśniowej
wentylacji płuc. Wielkość ta, wynosząca w spoczynku 6-8 l/min., podczas pracy może
wzrosnąć do 120-160 i więcej litrów na minutę.
Wentylacja płuc
podczas pracy wzrasta dzięki zwiększeniu głębokości oddechów i ich przyspieszeniu. Z
punktu widzenia granic sprawności wysiłkowej ważna jest wielkość zapotrzebowania na
tlen samych mięśni oddechowych, związana z intensywnością ich pracy. Wzrost
wentylacji płuc jest naturalnie wynikiem zwiększenia pracy mięśni oddechowych, tzn.
mięśnia przepony, mięśni międzyżebrowych i szeregu dodatkowych mięśni
oddechowych. Zwiększenie pracy tych mięśni wiąże się ze zwiększeniem ich
zapotrzebowania na tlen. Stwierdzono doświadczalnie, że po przekroczeniu przez
wentylację płuc poziomu około 140 litrów na minutę zapotrzebowanie samych mięśni
oddechowych na tlen staje się tak duże, że cała praktycznie nadwyżka zużycia tlenu,
umożliwiana przez dalszy wzrost wentylacji płuc, wykorzystywana jest na pokrycie
zapotrzebowania tlenowego tych mięśni.
Krew, a wysiłek fizyczny
We krwi tlen wiązany jest przez hemoglobinę, barwnik czerwonych krwinek.
Ilość tlenu, jaką krew może roznieść z płuc po całym organizmie ciągu minuty, zależy
od ogólnej ilości hemoglobiny we krwi, ogólnej liczby krwinek czerwonych oraz ilości
hemoglobiny w każdej krwince. Zmniejszenie którejś z tych wielkości, np. w przebiegu
różnych form anemii, zmniejsza pojemność tlenową krwi, tzn. ilość tlenu, jaką może
przenieść każde jej 100 ml. Sprawność funkcji zaopatrzenia tlenowego jest upośledzona.
U zdrowych ludzi zaobserwowano wzrost ogólnej liczby krwinek
czerwonych pod wpływem treningu sportowego. Wytrenowani sportowcy mają czasem
7-7,5 mln krwinek czerwonych w 1 mm3 krwi, zamiast 5-5,5 mln, tak jak to jest u
2
zdrowych nie wytrenowanych mężczyzn. Nie jest to zjawisko stałe, ale występuje
rzeczywiście. Można by potraktować je jako wyraz adaptacji organizmu do obciążeń
wysiłkowych. Nie musi tak jednak być.
Wzrost liczby krwinek czerwonych powoduje zwiększenie lepkości krwi. Zwiększenie
lepkości krwi czyni ją cieczą stawiającą większy opór ruchowi w naczyniach
krwionośnych. Ruch krwi w naczyniach krwionośnych jest możliwy dzięki pracy serca.
Na przesuwanie w naczyniach krwi o znacznie zwiększonej zawartości krwinek
czerwonych podwyższonym hematokrycie serce musi wykonać większą pracę.
Zapotrzebowanie serca na tlen zwiększa się.
Kluczowe znaczenie dla transportu tlenu z płuc do mięśni ma sprawność układu
krążenia, zarówno samego serca jako pompy tłoczącej krew, jak i regulacji przepływu
krwi przez różne obszary naczyniowe. Regulacja przepływu krwi przez naczynia
krwionośne decyduje o tym, gdzie płynie krew pompowana przez serce, jaka część całej
jej ilości kierowana jest do pracujących mięśni, jaka do skóry, mózgu i innych rejonów
ciała.
Serce, a wysiłek fizyczny
Pod wpływem treningu zmienia się obraz reakcji serca na obciążenia
organizmu wysiłkami fizycznymi. Jeżeli podczas treningu są stosowane wysiłki o
dostatecznie dużej intensywności i jeżeli trening trwa dostatecznie długo, to w sercu
mogą się rozwijać zmiany morfologiczne (zmiany objętości serca, objętości jego jam,
grubości ścian i in.). Tradycyjnie zmiany te traktuje się jako charakterystyczne dla serca
wytrenowanego lub „ serca sportowego”, gdyż są one następstwem treningu i przejawem
adaptacji serca do obciążeń związanych z wysiłkami fizycznymi.
Przyczyną zwiększania się objętości serca pod wpływem treningu wytrzymałościowego
jest przerost mięśnia sercowego, z powiększeniem jam serca.
Praca serca
podczas wysiłków fizycznych wzrasta proporcjonalnie do obciążenia wysiłkowego,
dlatego za wykładnik sprawności serca przyjmuje się jego
maksymalną objętość minutową- maksymalną objętość krwi, jaką może serce
wtłoczyć do tętnic w ciągu minuty podczas odpowiednio ciężkiego wysiłku fizycznego.
Wielkość ta zależy od ilości krwi tłoczonej przez serce podczas każdego skurczu jego
komór i od liczby skurczów w ciągu minuty. Znaczenie każdego ze składników objętości
minutowej serca w kształtowaniu jej wielkości jest różne podczas wysiłków fizycznych o
różnym obciążeniu.
Przy bardzo ciężkich wysiłkach częstość skurczów serca jest tak duża, że rozkurcz komór
serca staje się zbyt krótki na to, aby mogły się one całkowicie wypełnić krwią w fazie
czynności serca i objętość wyrzutowa serca staje się mniejsza niż podczas lżejszych
wysiłków. Takie zmniejszenie się objętości wyrzutowej serca stwierdzono po
przekroczeniu przez częstość jego skurczów poziomu około 180 na min.
3
Maksymalna częstość skurczów serca, osiągana u ludzi młodych (dwadzieścia,
dwadzieścia kilka lat) podczas wysiłków fizycznych, wynosi około 200/min.
W miarę upływu lat i starzenia się organizmu maksymalna częstość skurczów
serca zmniejsza się. Jest to jedna z przyczyn obniżania się z wiekiem maksymalnej
objętości minutowej serca, w ślad za nią- sprawności zaopatrzenia tlenowego tkanek i
wydolności fizycznej organizmu.
Objętość wyrzutowa serca
u zdrowego, dorosłego mężczyzny wynosi w spoczynku około 70-80 ml. W ciągu minuty
serce pompuje więc do tętnic około 5-6 litrów krwi.
Podczas wysiłków fizycznych objętość wyrzutowa zwiększa się w miarę
wzrostu ich intensywności, ale tylko w pewnym zakresie przyspieszenia czynności serca.
Indywidualnie maksymalne wielkości objętości wyrzutowej serca osiągane są
podczas wysiłków fizycznych powodujących przyspieszenie akcji serca do 120-140
skurczów na minutę (w spoczynku-około 70 skurczów na minutę) –wtedy wynoszą
160-200 ml. Maksymalna objętość minutowa serca może zatem osiągać wartość rzędu 40 l.
W pojedynczych przypadkach sportowców o wyjątkowo wysokiej wydolności fizycznej
stwierdzono jeszcze większe wartości, sięgające prawie 60 l.
Serce, a tlen
Krew pompowana przez lewą komorę serca do aorty niesie tlen pobrany w
płucach. Przepływając przez mięśnie i różne narządy oddaje im tlen. Zawartość tlenu we
krwi odpływającej żyłami z tych tkanek i narządów jest więc niższa niż we krwi, która
tętnicami do nich dopływa.
W spoczynku tętniczo-żylna różnica zawartości tlenu we krwi wynosi 5-7 ml/100 ml
krwi, osiągając podczas wysiłku wartość 15-17 ml/100ml krwi. Tętniczo-żylna różnica
zawartości tlenu we krwi mówi o skuteczności ekstrakcji tlenu przez tkanki z
przepływającej przez nie krwi.
Ekstrakcja tlenu
Wielkość tej ekstrakcji jest zmienna, w mięśniach np. zwiększa się podczas
wysiłków fizycznych. Zależy ona m.in. od gęstości sieci drobnych naczyń krwionośnych
(włosowatych), przez które krew przepływa w mięśniach. Im gęstszajest to sieć, tym
lepszy jest kontakt każdej porcji krwi z komórkami mięśniowymi i skuteczniejsze jest
oddawanie im tlenu.
Podczas pracy mięśniowej zwiększa się liczba otwartych naczyń włosowatych
w mięśniach. W spoczynku część ich jest zasklepiona.
4
Rozgrzewka
powodująca wzrost temperatury mięśni i stężenia jonów wodorowych w ich środowisku
jest innym czynnikiem zwiększającym oddawanie tlenu mięśniom przez krew jest.
Wzrost temperatury i stężenia jonów wodorowych zwiększają odszczepianie tlenu
od hemoglobiny, w połączeniu z którą tlen przenoszony jest do płuc.
Jednym z efektów tzw. rozgrzewki przed zasadniczym wysiłkiem w sporcie
jest podwyższenie temperatury mięśni i pewne zwiększenie stężenia jonów wodorowych
w środowisku ich komórek. Przygotowuje to mięśnie do zwiększonego wychwytywania z
krwi tlenu podczas zasadniczego wysiłku. Rozgrzewka obejmuje również takie
mechanizmy jak „rozruszanie” systemów koordynacji czynności mięśni, wzrost pracy
serca, wentylacji płuc i inne zmiany skracające czas adaptacji organizmu do
oczekującego go wysiłku.
Ciśnienie tętnicze
Zmiany rozmieszczenia krwi w organizmie podczas pracy mięśniowej wraz ze
zwiększeniem się objętości minutowej serca powodują wzrost ciśnienia tętniczego krwi.
Ciśnienie tętnicze krwi w chwili skurczu komór serca wzrasta podczas
wysiłków fizycznych proporcjonalnie do ich intensywności. Ciśnienie skurczowe
podczas ciężkich wysiłków fizycznych przekracza 200-230 mmHg. Zdrowemu
człowiekowi niczym to nie grozi, może natomiast zagrażać zdrowiu człowieka
z upośledzoną czynnością narządu krążenia.
Mięśnie, a tlen.
Wychwytywanie tlenu przez mięśnie zależy w końcu od ich własnej budowy i
składu chemicznego, który może się zmieniać np. w zależności od stopnia aktywności
ruchowej.
Zmiany te decydują o sprawności zaopatrzenia mięsni w tlen i i wykorzystania przez
nie tlenu podczas wysiłków fizycznych.
Są niejako jądrem procesu adaptacji wysiłkowej organizmu.
Zmiany adaptacyjne w układzie oddechowym i krążeniowym zachodzą w
organiźmie człowieka pod wpływem treningu wytrzymałościowego.
Trening powoduje wzrost wydolności fizycznej organizmu. Jest to proces
o charakterze adaptacyjnym – powtarzanie wysiłków fizycznych zwiększa zdolność
do ich wykonywania.
Dla skuteczności adaptacji wysiłkowej układu oddechowego i narządu krążenia
ma duże znaczenie ścisłe „dopasowanie” ich czynności do wymogów pracy. Jest to
możliwe dzięki mechanizmom regulującym czynność tych układów.
To „dopasowanie” aktywności narządów do wymogów pracy, zależy głównie
5
od jej intensywności i wymaga pewnego czasu. Odpowiedni poziom czynności serca,
układu oddechowego i in. osiągany jest po kilku minutach od rozpoczęcia wysiłku. Ten
czas jest krótszy u ludzi przystosowanych do wysiłków niż u ludzi prowadzących
siedzący tryb życia, cierpiących na przewlekłe schorzenia.
Zwiększenie sprawności funkcji zaopatrzenia tlenowego jest wynikiem przede
wszystkim zwiększenia objętości minutowej serca ( w wyniku wzrostu objętości
wyrzutowej). Znaczenie ma też usprawnienie regulacji „rozmieszczenia” obwodowego
przepływu krwi, wzrost objętości krwi i zwiększenie sprawności układu oddechowego.
Zmniejszenie reakcji układu oddechowego, narządu krążenia,
układu wewnątrzwydzielniczego i in. na wysiłki submaksymalne wskazuje na bardziej
ekonomiczną adaptację organizmu do stawianych przez nie wymogów.
Zwiększają się reakcje organizmu na obciążenia krańcowe:
wzrasta maksymalnie wentylacja płuc, maksymalna objętość minutowa serca,
maksymalna tętniczo-żylna różnica zawartości tlenu we krwi, maksymalny wzrost
stężenia hormonów mobilizujących rezerwy energetyczne.
Im wyższe jest maksymalne pochłanianie przez organizm tlenu, tym większy
jest tolerowany wysiłek.
Wydolność fizyczna maleje z wiekiem. Jest ona niższa u kobiet niż u mężczyzn w
tym samym wieku. Wpływa na nią nie tylko systematyczny trening fizyczny, ale i
różnego rodzaju aktywność ruchowa w życiu codziennym.
Proces adaptacji organizmu do wysiłków fizycznych sięga głęboko , a jeżeli jest
odpowiednio stymulowany obejmuje nawet powstanie nowych, nie istniejących
przedtem naczyń krwionośnych.
Opracowała : mgr Grażyna Kamińska
Nauczyciel wych.fiz. Szkoły Podstawowej nr 11
w Częstochowie
Literatura:
1. R.Górski – „Fizjologiczne podstawy wysiłku fizycznego’ –Wydawnictwo Lekarskie PZWL
2. Wł.Traczyk – „Fizjologia człowieka w zarysie” – Wydawnictwo Lekarskie PZWL
6