FIZJOLOGIA CZŁOWIEKA (VI WYKŁAD, 31.03.2011 r.)

I. Zasoby energetyczne organizmu

Substrat	Masa [g]	Energia [kJ]
Tłuszcze	10 000	420 000
- tkanka podskórna	9 800	411 600
- mięśnie	200	840
Węglowodany	375	7 800
- glikogen w wątrobie	110	2 300
- glikogen w mięśniach	250	5 200
- glukoza w płynach ustrojowych	15	300

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

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

System fosfagenowy ( prawie wyłącznie):

- 100 m sprint, skoki, podnoszenie ciężarów, skoki do wody

- biegi sprinterskie w czasie gry w piłkę nożną, piłkę siatkową

System fosfagenowy i glikogen – kwas mlekowy:

- bieg na 200 m, koszykówka, jazda w hokeju na lodzie

System glikogen – kwas mlekowy głównie:

- bieg na dystansie 400 m, pływanie na dystansie 100 m, tenis

System glikogen – kwas mlekowy i system tlenowy:

- bieg na 800 m, pływanie na dystansie 200 m, jazda na łyżwach 1500 m, boks, wioślarstwo 200 m, bieg 1500 m, pływanie 400 m,

System tlenowy:

- jazda na łyżwach 10 000 m, narciarstwo biegowe, bieg maratoński, jogging

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

III. Dług tlenowy – wyrównywany zwykle w nadmiarze w okresie odpoczynku po pracy wysiłkowej niedobór tlenu. Wielkość jego wyznacza ilość tlenu zużyta w fazie wypoczynku w nadmiarze w stosunku do potrzeb spoczywającego organizmu.

IV. Utlenienie:

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

$$\text{RQ} = \frac{objetosc\ \text{\ wydalanego\ }\text{CO}_{2}}{objetosc\ \text{\ pobranego\ }\text{CO}_{2}}$$

Wielkość zależy od rodzaju substratu oddechowego:

RQ=1 substratem jest cukier, zachodzi typowe oddychanie tlenowe

RQ<1 substratem oddechowym tłuszcze RQ=0,7 lub białka RQ=0,82 – wartości uśrednione, tak więc zużycie tlenu przekracza produkcję CO₂

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

V. Wydajność energetyczna pracy mięśniowej ( tzw. współczynnik pracy użytecznej ) określa proporcję pomiędzy wielkością wykonanej pracy mechanicznej a ilością wydatkowej energii chemicznej.

Współczynnik pracy użytecznej oblicza się ze wzoru:

$e = \frac{\text{Wtot.}}{Etot. - Es}$ *100

e – współczynnik pracy użytecznej w %

Wtot. – całkowita ilość pracy wykonanej w jednostce czasu J/min

Etot. – całkowita ilość wydatkowanej energii w J/min

Es – ilość energii wydatkowanej w spoczynku w okresie przedwysiłkowym w J/min

VI. Wolne kwasy tłuszczowe ( WKT )- pochodzą z krwi, do której są uwalniane z trój glicerydów tkanki tłuszczowej, częściowo z własnych tłuszczów mięśni z tzw. lipoproteidów osocza krwi.

• HDL – dobry cholesterol o dużej gęstości

• LDL – zły cholesterol o małej gęstości

• VLDL

• SVLDL

Substratami energetycznymi do pracy mięśniowej są:

- fosfokreatyna,

- glikogen mięśniowy,

- glukoza z krwi ( w tym glukozowa pula zawarta we krwi oraz glukoza pochodząca z glikogenu wątrobowego ),

- wolne kwasy tłuszczowe

[Glikogen mięśniowy rozkładany jest w procesie glikogenolizy i od razu spalany w mięśniach.

Glikogen wątrobowy – po glikogenolizie dostaje się do krwi i rozprowadzany jest po całym organizmie.

Mózg – najbardziej czuły na spadki glukozy we krwi; hipoglikemie – spadek cukru we krwi, hiperglikemia – zbyt dużo cukru we krwi.

U osób aktywnych fizycznie – glikogen gromadzony w wątrobie, u osób nieaktywnych fizycznie – glikogen gromadzony pod postacią tkanki tłuszczowej].

W stanie spoczynku mięśnie korzystają :

- z kwasów tłuszczowych w przeważającej części,

- znikoma cześć energii czerpana z glikogenu mięśniowego i glukozowej puli we krwi

Wykorzystywanie glikogenu w organizmie:

- glikogen mięśniowy tylko w komórkach mięśniowych,

- glikogen wątrobowy po rozpadzie wykorzystywany przez komórki wszystkich narządów – rozprowadzany po organizmie,

- glikogen rozpadowy do glukozy, a potem metabolizowany i przekształcany w tłuszcz.

VII. Metabolizm węglowodanów obejmuje:

1. glikogen mięśniowy,

2. glukozę zawartą w osoczu krwi,

3. Glikogen wątrobowy,

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

Udział węglowodanów w diecie człowieka powinien wynosić:

- ok. 60% węglowodany

- ok. 30% tłuszcze

- 10-15% białka

Początek każdego wysiłku to zużycie ATP, fosfokreatyny, glikogenu mięśniowego. Wysiłek intensywny do zupełnego zmęczenia w ciągu kilku minut: głównie substrat energetyczny to glikogen mięśniowy. Wysiłek mniej intensywny długotrwający: większy udział kwasów tłuszczowych i glukozy.

Wzrost kwasu mlekowego podczas intensywnego wysiłku fizycznego jest głównie przyczyną tzw. kwasicy metabolicznej. Kwasica metaboliczna zmniejsza uwalnianie wolnych kwasów tłuszczowych i trójglicerydów. Jeżeli więc wysiłek ma dużą intensywność mobilizuje zasoby energetyczne tkanki tłuszczowej w mniejszym stopniu niż wysiłek łagodniejszy o mniejszej intensywności.

W warunkach normalnych zapotrzebowanie na energię jest pokrywana w 40-70% przez kwasy tłuszczowe, a w okresie głodu w ponad 90%.

Mięsień sercowy korzysta wyłącznie z kwasów tłuszczowych. Mózg wyłącznie z glukozy ( w wyjątkowych sytuacjach może metabolizować keto kwasy).

[W organizmie cały czas zachodzą procesy syntezy i rozkładu. Cały czas niezbędne jest ATP.

W wysiłku fizycznym ATP jest spalane -> braki w ATP niezbędne do syntetyzowania -> dochodzi do zmęczenia, nie ma czynnika pobudzającego].

Im większy wysiłek fizyczny tym większe zapotrzebowanie na tlen.

VIII. Stan równowagi czynnościowej – podczas wykonywania wysiłków fizycznych przez dłuższy czas pochłanianie tlenu jest zgodne z zapotrzebowaniem.

Im lżejszy wysiłek tym organizm szybciej się przystosowuje.

O zużyciu tlenu przez organizm podczas wysiłku fizycznego decydują 3 czynniki:

1. wielkość zapotrzebowania mięśni na tlen,

2. ilość tlenu dostarczanego do mięśni,

3. zdolność mięsni do wykorzystywania dostarczonego im tlenu odpowiednio do swych potrzeb.

O wykorzystaniu oferowanego mięśniom tlenu decydują:

- sprawność enzymatycznych systemów wewnątrzmięśniowego transportu,

- utylizacja tlenu.

IX. Główną funkcją układu oddechowego jest dostarczanie tlenu do tkanek i wydalanie CO_2. Układ ten poprzez to reguluje również równowagę kwasowo- zasadową.

Górne drogi oddechowe: jama ustna, jama nosowa, gardło.

Dolne drogi oddechowe: krtań, tchawica, oskrzela i oskrzeliki.

Wdech: akt czynny, przywspółczulny

Wydech: akt bierny.

300-500 mln pęcherzyków w płucach

X. Regulacja chemiczna:

Chemoreceptory tętnicze – zasadniczym modulatorem aktywności ośrodka wdechu są impulsy aferentne ( dośrodkowe ) biegnące od chemoreceptorów kłębuszków szyjnych i kłębków aortowych. Bodźcem drażniącym chemoreceptory jest nieznaczne zwiększenie ciśnienia parcjalnego CO₂ i koncentracji jonów wodorowych lub znacznie zmniejszenie ciśnienia parcjalnego tlenu we krwi tętniczej. Powoduje to wzrost wentylacji. Dodatkowo zachodzi impulsacja sferentna od chemoreceptorów do rdzenia przedłużonego nerwem IX i X, to powoduje pogłębienie wdechów.

Chemoreceptory ośrodkowe – położone na powierzchni brzusznej rdzenia przedłużonego są wrażliwe na zmiany pH płynu mózgowo- rdzeniowego i płynu zewnątrzkomórkowego w swoim otoczeniu, zachodzi tutaj proces uwodnienia CO₂ do H₂CO₃ to powoduje dysocjację na H⁺ i HCO₃^- a to z kolei zmienia stężenia H⁺ w płynie mózgowo- rdzeniowym i powoduje pobudzenie ośrodka wdechu i wzrost wentylacji płuc.

Regulacja mechaniczna:

Interoreceptory i proprioreceptory – rozciągnięcie tkanki płucnej pobudza interoreceptory – mechanoreceptory inflacyjne – znajdujące się pomiędzy mięśniami gładkimi oskrzeli i wyzwala wydech. Przeciwnie – zmniejszenie stopnia rozciągnięcia płuc w czasie wydechu pobudza inne mechanoreceptory deflacyjne i wyzwala wdech. ……????

XI. Całkowita pojemność płuc ( TLC )( 4-6 l )- pojemność życiowa płuc (VC) i objętość zalegająca (RV).

Pojemność życiowa płuc – maksymalna ilość powietrza wydychana przez człowieka poprzedzana maksymalnym wdechem. W skład pojemności życiowej płuc wchodzi: objętość oddechowa ( UT ), zapasowa objętość wdechowa ( IRV ), zapasowa objętość wydechowa ( ERV ).

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

2. Wdechowa objętość zapasowa – maksymalna objętość, o jaką możemy powiększyć objętość płuc po zakończeniu spokojnego wdechu i wynosi ok. 3 000 ml

3. Wydechowa objętość zapasowa to objętość, którą można wydmuchać z płuc po zakończeniu spokojnego wydechu i wynosi ok. 1 300 ml

4. Objętość zalegająca to objętość, która pozostaje w płucach nawet po wykonaniu najgłębszego wydechu i wynosi ok. 1 200ml

Wentylacja minutowa jest to ilość powietrza przepływająca przez płuca w ciągu 1 min. Współczynnik wentylacji jest iloczynem liczby oddechów i objętości oddechowej. Wielkość ta w spoczynku wynosi 6-8 l/min, gdyż liczba oddechów w spoczynku wynosi ok. 14 (16-18) na minutę, a objętość oddechowa ok. 500 ml.