FIZJOLOGIA WYSIA
KU FIZYCZNEGO
Wykład 1
v� Fizjoterapia II rok, 2007/2008
�� Wykłady - ul. Grzegórzecka 20, sala 2 godz. 8.00-9.30 dr hab. Jan Bilski
ż� czwartek 28.02.2008
ż� czwartek 06.03.2008
ż� czwartek 03.04.2008
ż� czwartek 17.04.2008
ż� czwartek 08.05.2008
ż� czwartek 15.05.2008
ż� czwartek 29.05.2008
�� 1 godz. wykładu do ustalenia
Literatura
Podstawowa
�� ZARYS FIZJOLOGII WYSIA
KU FIZYCZNEGO. Podręcznik dla studentów - B. Czarkowska-
Pączek, J. Przybylskiego (Red) URBAN & PARTNER, Warszawa, 2006
Pomocnicza
�� Jan Górski - Fizjologiczne podstawy wysiłku fizycznego PZWL 2006
�� Jaskólski A. (Red.) Podstawy fizjologii wysiłku fizycznego z zarysem fizjologii człowieka.
Wrocław, 2002 (dodruk 2005)
�� Władysław Z. Traczyk - Diagnostyka czynnościowa człowieka. Fizjologia stosowana,
PZWL 2001
�� Stanisław Konturek - Fizjologia człowiek, Elsevier Urban & Partner, Wrocław 2007
�� Stanisław Kozłowski, Krystyna Nazar - Wprowadzenie do fizjologii klinicznej, PZWL
1999
Uzupełniająca
�� Stupnicki R. (Red.) Wybrane zagadnienia fizjologii wysiłku fizycznego. Instytut Sportu,
Warszawa, 1992.
�� Kubica R. Podstawy fizjologii pracy i wydolności fizycznej. Kraków, 1995.
�� H�bner-Woz
niak E., Lutosławska G. Podstawy biochemii wysiłku fizycznego.
Warszawa, 2000.
�� Ronikier A. Fizjologia sportu. Warszawa, 2001.
�� Gieremek K., Dec L. Zmęczenie i regeneracja sił. Odnowa biologiczna. Akademia
Wychowania Fizycznego Katowice 2000
Podstawowe pojęcia i klasyfikacja wysiłków fizycznych
v� Mianem wysiłku fizycznego określa się pracę mięśni szkieletowych wraz z całym zespołem
towarzyszących jej czynnościowych zmian w organizmie.
v� Przedmiotem fizjologii wysiłku fizycznego są wszystkie procesy zachodzące w organizmie,
związane z aktywnością ruchową.
v� Charakterystyka procesów zachodzących w pracujących mięśniach i w innych narządach w
czasie wysiłku zależy od:
�� rodzaju skurczów mięśni,
�� wielkości aktywnych grup mięśniowych,
�� czasu trwania wysiłku
�� intensywności pracy.
v� Wykonywanie zamierzonych ruchów, za pomocą określonych grup mięśni wymaga:
�� zintegrowanej czynności układu ruchowego,
�� wzmożonego dostarczania tlenu i substratów energetycznych do pracujących mięśni
�� usuwania ciepła i powstających w nich produktów przemiany materii.
v� Sprawny przebieg tych procesów zależy od czynnościowych możliwości wszystkich
zaangażowanych układów i narządów oraz precyzyjnego działania mechanizmów
kontrolujących ich czynność.
v� Zagadnienia wchodzące w zakres fizjologii wysiłku wykraczają znacznie poza fizjologię mięśni
szkieletowych i mechanizmy kontroli nerwowej czynności ruchowych.
Znaczenie aktywności fizycznej w życiu człowieka
v� Aktywność fizyczna pełni wiele funkcji regulacyjnych w organizmie człowieka.
�� Do najważniejszych z nich należą:
ż� stymulacja biogenezy białek mięśniowych,
ż� stymulacja erytropoezy,
ż� usprawnienie metabolizmu substratów energetycznych,
ż� usprawnienie funkcjonowania układu wydzielania wewnętrznego,
ż� poprawa wydolności układu sercowo-naczyniowego,
ż� poprawa funkcjonowania ośrodkowego układu nerwowego.
v� Głównym czynnikiem warunkującym aktywność ruchową człowieka jest wydolność
fizyczna.
�� Przez pojęcie wydolności fizycznej należy rozumieć zdolność organizmu do wysiłku
fizycznego, jak również tolerancję zaburzeń homeostazy wewnątrzustrojowej
wywołanych wysiłkiem fizycznym i szybkie ich wyrównywanie po wysiłku.
�� Po kilku tygodniach ograniczenia aktywności fizycznej obserwuje się spadek
wydolności fizycznej.
ż� Dynamika spadku wydolności jest największa w przypadku bezczynności ruchowej
(bed rest).
ż� Zaledwie po trzech dniach unieruchomienia pacjenta stwierdza się m.in.
zmniejszenie przepływu krwi w mięśniach kończyn dolnych, jak i spadek tolerancji
glukozy.
�� W wyniku treningu fizycznego wydolność fizyczna wzrasta w szybkim tempie.
ż� Pierwsze mierzalne efekty treningu, tj. wzrost wydolności fizycznej oraz poprawę
stanu metabolicznego mięśni, obserwuje się już po 3-5 sesjach treningowych.
ż� Największa dynamika wzrostu wydolności występuje w pierwszych 2-3 tyg.
treningu.
ż� Utrzymanie aktywności fizycznej w starszym wieku zmniejsza skutki starzenia się.
ż� Zwłaszcza trening siłowy u osób w starszym wieku skutecznie zwalnia tempo utraty
tak siły mięśniowej, jak i zdolności przemieszczania się.
Klasyfikacja wysiłków fizycznych
v� W zależności od rodzaju skurczów mięśni wyróżnia się:
�� Wysiłki dynamiczne, w których mięśnie kurcząc się zmieniają swoją długość i wykonują
pracę w znaczeniu fizycznym (skurcze izotoniczne lub auksotoniczne),
�� Wysiłki statyczne, w których wzrasta napięcie mięśni, ale nie zmienia się ich długość
(skurcze izometryczne).
�� W warunkach naturalnych wysiłki często mają charakter mieszany
ż� Obejmują fazę statyczną i dynamiczną w czynności tej samej grupy mięśni.
ż� Jako wysiłek mieszany określa się też taki jego typ, w którym jedna grupa mięśni
obciążona jest statycznie, a druga w tym samym czasie wykonuje pracę dynamiczną
(np. chód lub bieg z utrzymywaniem w ręce ciężaru).
v� Jeśli opór zewnętrzny jest większy niż siła wywierana przez mięśnie, np. podczas
powstrzymywania spadającego ciężkiego przedmiotu lub schodzenia po schodach, mięśnie
ulegają wydłużeniu w czasie skurczu.
v� Pracę wykonywaną przez mięśnie w czasie takich wysiłków określa się jako pracę ujemną.
Podział wysiłków dynamicznych według ich intensywności oraz czasu trwania
v� W obrębie wysiłków dynamicznych można wyróżnić:
v� Wysiłki długotrwałe - ich czas mierzy się w godzinach, a intensywność nie przekracza
progu mleczanowego
ż� Próg mleczanowy (LT)
�� Próg mleczanowy (LT, Lactate Threshold) to taka intensywność wysiłku (wielkość
generowanej mocy, prędkość biegu itp.), po przekroczeniu której stężenie
mleczanu we krwi przekracza poziom spoczynkowy i systematycznie wzrasta
v� Wysiłki o średnim czasie trwania - ich czas wynosi od kilkunastu minut do godziny, a
intensywność (w zależności od czasu trwania) waha się od 100 do 130% mocy uzyskanej
na progu mleczanowym.
v� Wysiłki krótkotrwałe - ich czas wynosi od kilku do kilkunastu minut, a maksymalna
intensywność może sięgać 90-120% mocy uzyskanej w chwili osiągnięcia V .
O2max
ż� Maksymalny pobór tlenu
�� Wzrost intensywności wysiłku po przekroczeniu progu mleczanowego prowadzi
do osiągnięcia maksymalnego poboru tlenu (V ).
O2max
�� Pod pojęciem tym rozumie się największą ilość tlenu, jaką zużywa organizm
wciągu jednej minuty.
v� Wysiłki  sprinterskie" - czas trwania wynosi 1-60 s, a intensywność waha się od 60 do
100% maksymalnej mocy mięśniowej (MPO, maximal power output).
ż� Moc maksymalna mięśni szkieletowych
�� Pod pojęciem mocy maksymalnej mięśni szkieletowych (maximal power output,
MPO) rozumiemy maksymalną wielkość mocy, wyrażoną w watach (W),
osiągniętą przez daną grupę mięśni w czasie próby wysiłkowej.
Ocena intensywności wysiłku na podstawie częstości skurczów serca (HR) wg. Astranda i
Rodahla
Intensywność wysiłku
v� lekka do 90 uderzeń/min.
v� umiarkowana 90-110
v� ciężka 110-130
v� bardzo ciężka 130-150
v� skrajnie ciężka 150-170
Ocena intensywności wysiłku na podstawie minutowego poboru tlenu (V ) wg. Astranda i
O2
Rodahla
Intensywność wysiłku V (L/min)
O2
v� lekka do 0,5
v� umiarkowana 0,5-1,0
v� ciężka 1,0-1,5
v� bardzo ciężka 1,5-2,0
v� skrajnie ciężka ponad 2,0
W zależności od wielkości zaangażowanych grup mięśni wysiłki można
podzielić na:
�� ogólne, w których bierze udział co najmniej 30% całkowitej masy mięśni (np. obie
kończyny dolne)
�� miejscowe angażujące mniej niż 30% mięśni
W zależności od czasu trwania rozróżnia się:
�� wysiłki krótkotrwałe (do 15 min),
�� wysiłki o średnim czasie trwania (od 15 do 30 min),
�� wysiłki długotrwałe (ponad 30 min).
W zależności od intensywności rozróżnia się wysiłki o różnym stopniu
ciężkości
v� Miarą intensywności (obciążenia) podczas wysiłków dynamicznych jest moc (praca
zewnętrzna wykonana w jednostce czasu).
�� Jednostką mocy jest wat (W = J/s),
v� W czasie wysiłków statycznych miarą intensywności jest wielkość siły generowanej przez
mięśnie.
�� Powszechnie używaną a siły newton (N- kG/9,81).
v� Miarą intensywności wysiłku może być też całkowity wydatek energii w jednostce czasu
(kJ/min) lub odpowiadająca mu objętość tlenu pobranego z wdychanego powietrza (VO2,
L/min/l).
v� W ergonomii podstawą określenia ciężkości pracy jest wydatek energii w jednostce czasu.
Klasyfikacja wysiłków fizycznych na podstawie wydatku energii
Klasyfikacja wysiłków fizycznych
na podstawie wydatku energii
Wydatek energii (kJ/min)
Ocena ciężkości
pracy mężczyz
ni kobiety
Lekka 8-20 6-14
Umiarkowanie ciężka 21-30 15-22
Ciężka 31-40 23-30
Bardzo ciężka 41-50 31- 40
Niezwykle ciężka > 50 >40
Fizjologia wysiłku fizycznego
01/03/2008 wykład 1 44
v� Klasyfikacja wysiłków na podstawie wydatku energii charakteryzuje jednak bardziej
stanowisko pracy niż rzeczywiste obciążenie organizmu pracującego człowieka, dlatego w
fizjologii częściej określa się ciężkość pracy przez obciążenie względne.
v� Obciążenie względne oznacza stosunek obciążenia wyrażonego w jednostkach
bezwzględnych do indywidualnej zdolności generowania mocy, siły lub pobierania tlenu.
�� Obciążenie względne w czasie wysiłków dynamicznych można wyrazić w procentach
mocy maksymalnej.
ż� Wysiłek, podczas którego człowiek osiąga swój maksymalnego poboru tlenu (pułap
tlenowy), określa się mianem wysiłku maksymalnego,
ż� Wysiłki o intensywności mniejszej noszą nazwę submaksymalnych, a większe
supramaksymalnych.
Obciążenie względne w czasie wysiłków statycznych
v� W czasie wysiłków statycznych obciążenie względne wyraża się w procentach siły
maksymalnego skurczu dowolnego danej grupy mięśni (MVC).
�� Obciążenie względne w czasie wysiłków statycznych
ż� Wysiłki lekkie - kiedy siła skurczu mięśni nie przekracza 10-15% MVC,
ż� średnio ciężkie - 15-30% MVC,
ż� ciężkie  30-50% MVC ,
ż� bardzo ciężkie - wymagające ponad 50% MVC.
Skala Borga
W zależności od rodzaju procesów biochemicznych dominujących w pokrywaniu
zapotrzebowania energetycznego wysiłki można podzielić na:
�� beztlenowe (anaerobowe)
�� tlenowe (aerobowe).
v� Podział ten pokrywa się w znacznym stopniu z klasyfikacją wysiłków w zależności od ich
intensywności.
�� Wysiłki beztlenowe odpowiadają wysiłkom supramaksymalnym, a tlenowe
submaksymalnym.
�� Wysiłki statyczne począwszy od 30% MVC należą do beztlenowych.
Ogólna wydolność fizyczna
v� Mianem ogólnej wydolności fizycznej określa się zdolność do długotrwałego wykonywania
ciężkich wysiłków z udziałem dużych grup mięśni (wysiłków ogólnych), bez większych
zaburzeń homeostazy.
�� Jest to pojęcie węższe niż pojęcie sprawności fizycznej obejmujące wszystkie cechy
motoryczne, takie jak siła, wytrzymałość, szybkość ruchów, gibkość, zwinność itp.
Koszt energetyczny wysiłków fizycznych
v� Ilość energii uwalnianej w organizmie można oznaczyć na podstawie ilości wytwarzanego
ciepła w specjalnym kalorymetrze i pomiaru wykonanej pracy zewnętrznej.
v� W praktyce wykorzystujemy metody pośrednie polegające na pomiarze objętości
pobieranego tlenu przez organizm w jednostce czasu (V ).
O2
v� Utlenianie substancji organicznych w organizmie dostarcza w przybliżeniu tyle samo
energii, co ich spalenie poza organizmem - wymaga też dostarczenia takiej samej ilości
tlenu.
�� Uzyskanie około 20 kJ (5 kcal) energii wymaga dostarczenia 1 L O2.
�� Koszt energetyczny każdego wysiłku można więc przedstawić w postaci
zapotrzebowania na tlen (L O2 /min).
�� Koszt energetyczny można wyrazić też jako wielokrotność zapotrzebowania na tlen w
spoczynku w przeliczeniu na kg masy ciała, w jednostce zwanej MET (metabolic
equivalent)
ż� 1 MET = 3,7 ml O2 /min/kg
�� Zapotrzebowanie na tlen nie zawsze jest takie samo jak pobieranie tlenu, ponieważ
część energii w czasie wysiłków pozyskiwana jest na drodze biochemicznych procesów
beztlenowych.
�� Równoważnik energetyczny tlenu wynosi około 20 kJ/L.
ż� Jego wartość zależy od rodzaju utlenianych substratów.
ż� Przy utlenianiu tłuszczu wynosi 19,6 kJ/L, a przy spalaniu węglowodanów 21,1 kJ/L.
v� Współczynnik oddechowy (RQ) - stosunek objętości uwalnianego dwutlenku węgla do
objętości pobranego tlenu.
�� świadczy pośrednio o rodzaju wykorzystywanych substratów.
�� wynosi on 0,7 w przypadku utleniania samych tłuszczów, a 1,0 w przypadku utleniania
węglowodanów.
�� wartości pośrednie wskazują na zużywanie mieszaniny różnych substratów.
�� białka nie są całkowicie utleniane, współczynnik oddechowy (0,8) nie odzwierciedla
więc ich udziału.
v� Z całkowitej energii uwalnianej w przebiegu procesów biochemicznych zachodzących w
mięśniach około 40% wykorzystywane jest do syntezy ATP, natomiast pozostałe 60%
rozpraszane jest w postaci ciepła.
v� Porównanie pracy mechanicznej wykonanej podczas wysiłku z całkowitym wydatkiem
energii, ocenianym na podstawie zużycia tlenu, wskazuje na to, że stanowi ona tylko 20 -
28% całkowitego kosztu energetycznego (współczynnik pracy użytecznej), a przy pracy
małych grup mięśni rąk nie przekracza 10-15%.
�� Przy wykonywaniu szybkich naprzemiennych ruchów podczas biegu współczynnik
pracy użytecznej może wzrosnąć do 60-70% dzięki wykorzystywaniu energii
gromadzącej się w elementach elastycznych rozciąganych mięśni antagonistycznych.
�� Podczas wysiłków, w czasie których mięsień nie zmienia swojej długości (wysiłki
statyczne), a więc nie wykonuje zewnętrznej pracy, współczynnik pracy użytecznej
wynosi 0.
y
ródła energii do pracy mięśni
Metabolizm wysiłkowy
�� Procesy skurczu i rozkurczu mięśnia związane są z hydrolizą ATP poprzez układ ATP-az.
ż� Główną rolę odgrywa ATP-aza miozynowa aktywowana przez aktynę w momencie
interakcji białek kurczliwych - 70% całkowitej energii uwalnianej w czasie cyklu
skurczowo-rozkurczowego związane jest z działaniem tego enzymu.
ż� Pozostałe 30% energii zużywane jest głównie na aktywny transport jonów Ca2+ do
siateczki śródplazmatycznej oraz na transport jonów przez błonę komórkową (pompy
jonowe)
y
ródła energii
�� Zapas ATP w komórkach mięśni szkieletowych wynoszący 3-8 mmol/kg wilgotnej masy
tkanki wystarcza na kilka maksymalnych skurczów (kilka sekund aktywności).
ż� Aby sprostać zapotrzebowaniu, natychmiast po rozpoczęciu wysiłku fizycznego
muszą być aktywowane procesy biochemiczne prowadzące do odtwarzania ATP.
Regeneracja ATP w mięśniach szkieletowych
v� W pierwszej kolejności zostaje wykorzystana obecna w komórkach mięśniowych
fosfokreatyna (PCr).
�� Przy udziale kinazy kreatynowej zostaje przeniesiona na ADP bogatoenergetyczna
grupa fosforanowa z fosfokreatyny i w efekcie dochodzi do regeneracji ATP.
�� Produktem końcowym tej reakcji jest kreatyna.
�� Zasoby fosfokreatyny w mięśniach są jednak, podobnie jak zasoby ATP, niewielkie i
także nie zapewniają właściwej ilości energii dla wysiłku fizycznego.
�� Podstawowymi mechanizmami regeneracji ATP w pracujących mięśniach są glikoliza
beztlenowa i przemiany tlenowe w cyklu Krebs
Pytania
1. Klasyfikacja wysiłków fizycznych
2. Podział wysiłków dynamicznych według ich intensywności oraz czasu trwania
3. Pojęcie ogólnej wydolności fizycznej
4. Koszt energetyczny wysiłków fizycznych
5. y
ródła energii do pracy mięśni