FIZJOLOGIA WYSIŁKU FIZYCZNEGO
Wykład 5
Układ nerwowy odgrywa zasadniczą rolę w czasie wysiłku fizycznego:
warunkuje planowanie i kontrolowanie ruchów dowolnych
bierze udział w adaptacji organizmu do wysiłku fizycznego
steruje procesem termoregulacji
Układ nerwowy odgrywa rolę w procesie zmęczenia ośrodkowego
Wysiłkowi fizycznemu przypisuje się rolę ochronną w stosunku do centralnego układu nerwowego.
Wysiłek fizyczny oddziałuje ochronnie na układ nerwowy:
opóźnia starzenie się układu nerwowego,
nasila neurogenezę,
zwiększa możliwości poznawcze,
opóźnia rozwój chorób degeneracyjnych układu nerwowego.
Neurogeneza u dorosłych
Pogląd przed rokiem 1980 - wszystkie neurony powstają we wczesnym okresie rozwoju układu nerwowego - później oczekiwać można wyłącznie nieustannego zmniejszania się ich liczby, gdyż umierające neurony nie są, jak uważano, zastępowane przez nowe komórki.
Dziś późna neurogeneza jest szeroko przyjętym faktem.
Zachodzi w hipokampie i komórkach wyścielających komory mózgowe i kanał rdzeniowy.
Wysiłek fizyczny pobudza neurogenezę.
Neurogeneza u dorosłych
Zakręt zębaty (fascia dentata, ang. dentate gyrus) hipokampa - warstwa ziarnista (stratum granulosum) zakrętu zębatego – w mózgu osoby dorosłej jest to obszar występowania nerwowych komórek macierzystych.
Mechanizmy ochronnego działania wysiłku fizycznego na OUN
Nie są w pełni wyjaśnione.
Podstawowa rola insulinopodobnego czynnika wzrostu (IGF-1).
Jednorazowy wysiłek fizyczny oddziałuje na układ nerwowy w ten sposób, że ułatwia zmiany adaptacyjne organizmu do wysiłku, między innymi w układach krążenia i oddechowym.
Wysiłek fizyczny aktywuje oś: hormon wzrostu (GH) - IGF-1
Powoduje to wzrost stężenia IGF-1 w surowicy i jego wychwyt przez narządy docelowe, m.in. mięśnie i mózg.
Wychwyt IGF-1 przez mózg jest większy podczas wysiłku fizycznego niż w czasie spoczynku.
Mechanizm działania IGF-1na OUN
Hamowanie apoptozy (zaprogramowana śmierć komórki)
Nasilenie syntezy białek zaangażowanych w proces neurogenezy.
W mózgu IGF-1 oddziałuje na hipokamp, nasilając różnicowanie się lokalnych komórek progenitorowych w dojrzałe neurony.
Wysiłek fizyczny modyfikuje funkcje hipokampa u osobników zdrowych oraz opóźnia ewentualny rozwój chorób degeneracyjnych w tym rejonie CUN.
U zwierząt poddanych wysiłkowi fizycznemu liczba komórek Purkinjego w móżdżku była większa niż u zwierząt pozostających w spoczynku.
Poprzez wpływ na homeostazę wapniową IGF-1 działa na zależną od wapnia syntezę dopaminy.
Spadek poziomu dopaminy - w niektórych formach padaczki oraz w chorobie Parkinsona.
Wysiłek fizyczny może być elementem wspomagającym w leczeniu wymienionych stanów chorobowych.
Zwiększenie utylizacji glukozy przez neurony w wyniku nasilenia mechanizmów transportujących glukozę do komórki oraz wzrostu aktywności enzymów glikolitycznych.
IGF-1 ma wpływ na pobudliwość neuronów poprzez modyfikowanie funkcjonowania kanałów jonowych i w efekcie jego działania dochodzi do poprawy funkcji synaps.
IGF-1 nasila wykorzystanie tlenu przez neurony
Znaczenie OUN w procesie treningu
Ośrodkowy układ nerwowy:
steruje skurczami mięśni szkieletowych, umożliwiając w ten sposób realizację ruchów,
Integruje czynność innych układów, dostosowując ich pracę do poziomu realizowanego wysiłku fizycznego
Częste powtarzanie tych samych czynności → udoskonalenie techniki ruchów.
Eliminowanie (obecnej u osób niewytrenowanych) aktywności dodatkowych grup mięśniowych, niezaangażowanych bezpośrednio w wykonywanie określonego zadania ruchowego.
Mięśnie realizujące dane zadanie ruchowe oddziałują bardziej precyzyjnie, a rozwijana przez nie siła ściśle odpowiada wykonywanemu zadaniu.
Proces ten jest wynikiem zmian treningowych zachodzących na wszystkich poziomach centralnego układu nerwowego zaangażowanego w kontrolę ruchów dowolnych, w tym także zwiększenia sprawności przekazywania informacji o wykonywanym ruchu poprzez pobudzenie receptorów w mięśniach, stawach i skórze.
Stałe powtarzanie tych samych ruchów prowadzi do ich zapamiętywania, określanego jako pamięć ruchowa.
W zjawisko to zaangażowany jest przede wszystkim móżdżek, ale także kora mózgu i jądra podkorowe.
Zapamiętywanie ruchów prowadzi do pewnego stopnia ich zautomatyzowania.
Zwiększa to szybkość ruchów, a ogranicza udział świadomości w ich wykonywaniu, co dodatkowo osłabia ewentualny wpływ zakłócających ruch bodźców zewnętrznych.
Zwiększenie koordynacji ruchowo-mięśniowej powoduje zwiększenie współczynnika pracy użytecznej.
Trening powoduje zwiększenie siły skurczu mięśni.
Wzrost siły skurczu mięśni w pierwszym okresie zależy od układu nerwowego, a dopiero później od przerostu mięśni.
Układ nerwowy w początkowym okresie treningu wpływa na zwiększenie siły ćwiczonych mięśni poprzez:
zwiększanie liczby aktywnych w skurczach jednostek ruchowych,
wzrost częstotliwości wyładowań motoneuronów czynnych jednostek ruchowych
zmiany w procesie rekrutacji jednostek ruchowych różnych typów do skurczu (obserwowano u profesjonalnych pływaków długodystansowych, ciężarowców i ...pianistów).
Efekty treningu obserwujemy przed pojawieniem się zmian adaptacyjnych w obrębie układu mięśniowego, oddechowego i krążeniowego.
Trening układu nerwowego polegający na wykonywaniu ruchów w wyobraźni może powodować wzrost siły skurczów.
Ćwiczenia jednej kończyny zwiększają silę skurczu także w drugiej
Zwiększenie siły, polepszenie precyzji oraz płynności ruchów możliwe są dzięki poprawie koordynacji ruchowej, która pojawia się w wyniku treningu:
eliminacja z wykonywanych ruchów czynności zbędnych grup mięśniowych
ustalanie wzorca aktywacji mięśni czynnych w poszczególnych fazach realizowanego zadania motorycznego.
Nauczanie ruchów wiąże się z procesem zapamiętywania i przypominania wzorców aktywacji poszczególnych grup mięśniowych oraz wrażeń (pochodzących z receptorów), doznawanych podczas wykonywania wyćwiczonego ruchu.
Eksperymenty i obserwacje kliniczne potwierdzają role informacji aferentnej w wykonywaniu wzorca motorycznego
Nauczanie ruchów o niskim stopniu złożoności następuje szybciej niż czynności złożonych, które wymagają niekiedy wieloletniej praktyki.
Rola ośrodkowego układu nerwowego wzrasta wraz ze stopniem złożoności nauczanego ruchu.
Czynność receptorów pozwala na bieżącą kontrolę przebiegu realizowanych ruchów i dlatego jest jednym z czynników decydujących o precyzji, szybkości i płynności wykonywanych zadań motorycznych.
Zmęczenie jest stanem rozwijającym się nie tylko w obrębie tkanki mięśniowej (zmęczenie obwodowe), ale także w obrębie ośrodkowego układu nerwowego (zmęczenie ośrodkowe).
Zmęczenie ośrodkowe wiąże się ze:
zmniejszaniem się wpływów pobudzających dochodzących do motoneuronów ze:
struktur nadrdzeniowych,
wrzecion mięśniowych
nasilaniem się wpływów hamujących z innych receptorów mięśniowych.
W wyniku tego ograniczana zostaje częstotliwość wyładowań motoneuronów, zwłaszcza jednostek szybko kurczących się.
Spadek tej częstotliwości wynika także częściowo z wewnętrznych cech motoneuronów.
Strategia sterowania czynnością mięśni przez ośrodkowy układ nerwowy, polegająca na naprzemiennej aktywacji w czasie długotrwałych ruchów różnych grup mięśniowych oraz różnych jednostek ruchowych w obrębie jednego mięśnia, przyczynia się do spowolnienia rozwoju zmęczenia.
Mechanizmy ochronnego działania wysiłku fizycznego na układ nerwowy.
Układ nerwowy w procesie treningu.