Zaburzenia homeostazy wywołane wysiłkiem fizycznym

-podwyższenie temperatury wewnętrznej;

-wzrost cienienia tętniczego krwi;

-kwasica;

-upośledzenie zdolności szybkiej likwidacji tych zmian po zakończeniu pracy.

Fizjologia wysiłku fizycznego

Układy zaangażowane w wykonywaniu wysiłku fizycznego

Układ ruchowy

Układ oddechowy

Układ krążenia

Układ ruchowy (mięśniowo-szkieletowy) człowieka:

-umożliwia wykonywanie ruchów i przemieszczanie się;

-skurcze mięśni szkieletowych – wytwarzanie sił poruszających dźwignie zbudowane z kości i stawów;

-mięśnie szkieletowe połączone z kośćmi lub stawami przez ścięgna;

-mięśnie pobudzane do pracy impulsami nerwowymi;

-mięsnie szkieletowe+układ nerwowy (część aktywna układu ruchowego – pobudzenie i kontrola części biernej);

-układ szkieletowy – część bierna.

Mięśnie szkieletowe

-zbudowane z włókien mięśniowych i tkanki łącznej (prążkowane), zdolność kurczenia się;

-impulsy nerwowe doprowadzane do mięśni poprzez włókna nerwów ruchowych (ponad 420 tys. komórek nerwowych).

Zadania mięśni szkieletowych

1.Wykonywanie celowych ruchów (praca parami-kurczenie/rozluźnianie się włókien mięśniowych współpracujących mięśni).

2.Stabilizowanie stawów.

Rodzaje mięśni szkieletowych

Podział wg kryterium zachowania się mięśnia w stereotypie ruchowym

-mięśnie fazowe wykonujące świadomy ruch

-mięśnie posturalne mające dodatkowo możliwość działania poza świadomością człowieka (np. utrzymywanie głowy w pionie)

Podział wg funkcji spełniających wobec stawu:

-zginacze;

-prostowniki;

-przywodziciele;

-odwodziciele;

-rotatory.

Rodzaje ruchów:

-prostowanie;

-zginanie;

-przywodzenie;

-odwodzenie.

Wysiłek fizyczny dynamiczny/statyczny

Rodzaje skurczów mięśni:

1.Skurcz izotoniczny – zmniejszenie długości mięśnia bez zmiany jego napięcia (wolny jeden przyczep mięśnia).

2.Skurcz izometryczny – skurcz powoduje wzrost napięcia mięśnia bez zmiany długości (oba przyczepy mięśnia unieruchomione).

Wysiłek dynamiczny (praca dynamiczna związana z ruchem) – wysiłek podczas którego wykonywana jest praca zewnętrzna w wyniku zmian długości mięśnia

-na przemian występują krótkotrwałe skurcze i rozkurcze mięśni z przewagą skurczów izotonicznych (zmniejszenie długości mięśnia bez zmiany jego napięcia: chód, bieg itp.)

Wysiłek statyczny (praca statyczna) wysiłek podczas którego utrzymywany jest skurcz izometryczny mięśnia (wzrost napięcia mięśnia bez zmiany jego długości) trwający przez dłuższy czas, co najmniej kilka sekund (np. utrzymywanie ciężaru).

Energia potrzebna do pracy mięśni:

-tkanka mięśniowa – przemiana energii chemicznej w energię mechaniczną – spalanie (utlenianie)zgromadzonych w organizmie substancji dostarczanych do mięśnia przez układ krwionośny (większość powstałej energii rozpraszana w postaci ciepła).

Źródła energii:

1.Węglowodany glikogen (wielocukier zbudowany z cząsteczek glukozy, zawarty w komórkach mięśniowych ok. 1% zawartości tkanki) + glukoza wychwytywana przez komórki mięśniowe z krwi.

2.Kwasy tłuszczowe i aminokwasy+ białka (wyjątkowo, np. w stanach głodu) - źródła dodatkowe.

Energia wyzwalana z glikogenu w warunkach beztlenowych i tlenowych

Procesy tlenowe

-regeneracja źródeł energetycznych mięśnia przez utlenianie glikogenu (tlen dostarczany z krwią dopływającą do mięśnia);

-przy aktywności ruchowej wymagane pokrycie zapotrzebowania pracującego mięśnia na tlen.

Wysiłek lekki lub umiarkowany – zapotrzebowanie na tlen pokrywane na bieżąco.

Beztlenowy rozkład glikogenu

Deficyt tlenu = niedostateczna ilość tlenu dostarczana do mięśnia

Beztlenowy rozkład glikogenu w celu dostarczenia energii do mięśnia

Przemiany chemiczne związane ze skurczem mięśnia – gromadzenie się cząstek kwasu mlekowego zakwaszającego mięsień.

Deficyt tlenu

-możliwy

1.bezpośrednio po rozpoczęciu pracy (niedostateczny przepływ krwi przez mięśnie) lub,

2. podczas ciężkiej pracy mięśniowej

-aktywacja dostarczających energii procesów beztlenowych – natychmiast po rozpoczęciu pracy

-przeważający udział beztlenowego rozkładu glikogenu w pokrywaniu zapotrzebowania energetycznego w początkowym okresie pracy

Beztlenowy rozkład glikogenu

-maksymalny czas wykonywania wysiłku, w którym przeważają procesy beztlenowe:

≤ 2-3 min

(akumulacja kwasu mlekowego, wzrost zmęczenia bóle mięśniowe)

Układ oddechowy – pobieranie tlenu przez organizm:

1.Dostarczanie tlenu do mięśni uwarunkowane:

-ilością tlenu pobranego podczas oddychania;

-wydolnością płuc;

-stopniem utlenowania hemoglobiny we krwi.

2.Przeciętne zużycie tlenu 0,2-0,25 l/min w stanie spoczynku

3.Maksymalne – 3l/min (człowiek dorosły o przeciętnej wydolności fizycznej) 4-5l/min sportowcy.

Pułap tlenowy VO_2max

1.Wielkość charakterystyczna dla poszczególnych osób zależy od:

-płci (u mężczyzn o 20-25 % większa niż u kobiet);

-wieku (najwyższy poziom w wieku do 25 lat, połowa wartości w wieku ok. 75 lat);

-kondycji fizyczne (wydolność układów: oddechowego i krążenia).

2.Zrównoważone zapotrzebowanie na tlen przy pracy na poziomie pobierania tlenu ≤50% VO_2max

Pobieranie tlenu przez organizm:

-szybki wzrost natychmiast po rozpoczęciu wysiłku;

-po ok. 2-5 min osiągnięcie wielkości odpowiadającej zapotrzebowaniu (stan równowagi czynnościowe) lub wielkości maksymalne VO_2max

Maksymalna zdolność do pobierania tlenu = pułap tlenowy (VO_2max)

Stan równowagi czynnościowej

-pobieranie tlenu odpowiada zapotrzebowaniu (po ok. 2 – 5 minut pracy);

-warunek długotrwałego wykonywania pracy (wysiłek lekki i umiarkowany);

-liniowa zależność pobierania tlenu od intensywności pracy;

-przed osiągnięciem równowagi czynnościowej – deficyt tlenowy.

Dług tlenowy

-deficyt tlenowy – niedobór tlenu w stosunku do zapotrzebowania (znaczna część energii uzyskiwana na drodze procesów beztlenowych)

- narastanie deficytu tlenowego przy dużych wysiłkach wzrost procesów beztlenowego uzyskiwania energii zakwaszających mięsień ograniczenie możliwości wykonywania pracy

-dług tlenowy nadwyżka pobierania tlenu po zakończeniu pracy

- zwrot długu tlenowego podczas odpoczynku spalenie nagromadzonego kwasu mlekowego zniesienie objawów zmęczenia mięśni

Deficyt i dług tlenowych

Zakończenie pracy zużycie tlenu szybko maleje, ale przez pewien czas (kilka minut do jednej godziny lub dłużej) jest większe niż przed wysiłkiem (odbudowywanie zasobów glikogenu, przemiana kwasu mlekowego w glukozę w wątrobie)

Przebieg zmian pobierania tlenu podczas dużego wysiłku i po jego zakończeniu

(Stan równowagi czynnościowej – wysiłek umiarkowany)

Pułap tlenowy VO_2max

a.)jeden z najważniejszych wskaźników wydolności fizycznej (wydolność aerobowa organizmu);

b.)sumaryczny wskaźnik charakteryzujący sprawność układu krążenia i układu oddechowego

c.)od wielkości pułapu tlenowego zależy maksymalny poziom obciążenia wysiłkowego

-przy którym pobieranie tlenu odpowiada zapotrzebowaniu (stan równowagi czynnościowej);

-po przekroczeniu którego występuje przewaga procesów beztlenowych szybki rozwój zmęczenia.

Intensywność wysiłku (obciążenie względne):

-wyrażony w procentach stosunek zapotrzebowania tlenowego do indywidualnej wielkości pułapu tlenowego:

VO₂/VO_2max * 100%

-określa rzeczywiste obciążenie organizmu lepiej niż bezwzględny wydatek energii lub praca zewnętrzna.

Czas wykonywania wysiłku a wielkość obciążenia względnego

-praca na poziomie pobierania tlenu 50% VO_2max zrównoważone zapotrzebowanie na tlen

-granice tolerancji wysiłkowej:

-dla ludzi o małej wydolności – do 30% VO_2max

-dla ludzi o dużej wydolności – do 50% VO_2max

-obciążenie 50-70% VO_2max – próg beztlenowy, szybki rozwój kwasicy

Kryterium dopuszczalności obciążeń przy długotrwałym (8 godzinnym), ciągłym w pracy zawodowej

Zdolność do wykonywania wysiłków (czas pracy do całkowitego wyczerpania) a wielkością obciążenia wyrażona w procentach maksymalnego pobierania tlenu VO_2max i ludzi o dużej i małej wydolności fizyczne P.Astrand, K.Rodahl 1986

Kryterium dopuszczalności obciążeń przy 8-godzinnym wysiłku w pracy zawodowej:

Wysiłek podczas pracy fizycznej w przemyśle nie powinien przekraczać 30% VO_2max (obciążenie względne VO₂/VO_2max*100% <30%)

Wydolność fizyczna (VO_2max) a tolerancja obciążenia pracą zawodową

Kryterium dopuszczalności obciążeń przy długotrwałym wysiłku w pracy zawodowej 8h pracy: 50, 40, 30 % VO_2max odpowiednio dla ludzi o wysokiej, średniej i niskiej wydolności

Granice tolerancji wysiłkowej – kryterium NIOSH

-dopuszczalny poziom obciążenia wysiłkowego dla 8-godzinnego dnia pracy

=33% VO_2max

-przy obciążeniu 50% VO_2max wysiłek nie powinien trwać dłużej niż godzinę

Klasyfikacja ciężkości pracy na podstawie wielkości pobierania tlenu (cit. In D.Koradecka, 1997)

Praca	%VO2max
Lekka	<10%
Średnio ciężka	10-30%
Ciężka	30-50%
Bardzo ciężka	>50%

Klasyfikacja ciężkości pracy

Ciężkość pracy	Charakterystyka pracy
Praca lekka	Praca wykonywana przede wszystkim w pozycji siedzącej lub na zmianę ze stojącą bez podnoszenia przedmiotów Praca wykonywana dłońmi lub palcami Prace biurowe, praca przy kasach, prace montażowe
Praca średniociężka	Praca wykonywana w pozycji stojącej, z narzędziami; chodzenie na niewielkie odległości bez dźwigania ciężarów; wykonywana rękami, ramionami, barkami. Praca przy maszynach np. przy tokarce
Ciężka	Praca wykonywana w pozycji stojącej z ciężkimi narzędziami dźwiganie ciężarów praca wykonywana całym tułowiem np. kopanie, piłowanie, transport ręczny.

Wydolność układu oddechowego – zużycie tlenu podczas wysiłku

1.Dostosowywanie czynności układu oddechowego do ciężkości pracy fizycznej – dostarczenie odpowiedniej ilości tlenu dla pracujących mięśni:

A. Zwiększenie głębokości oddechów (z 0,4 -3 do 6-7 l/min)

B. Zwiększenie wentylacji płuc (z 6-7 do 40-50l/min)

C. U ludzi niewytrenowanych zwiększenie częstości oddechów (z 12-16 do 30-45 oddechów/min)

2.Zwiększenie pobierania tlenu przez organizm już w pierwszej minucie po rozpoczęciu wysiłku

-zwiększenie wentylacji płuc;

-zwiększenie ogólnego przepływu krwi (tzw. objętości minutowej serca);

-zwiększenie wychwytywania tlenu z krwi przepływającej przez mięśnie.