Układ oddechowy

Funkcje: stanowi dużą powierzchnie dyfuzyjną (ok. 100m2), przez którą tlen może być wprowadzany do ustroju a CO2 eliminowany z ustroju, utrzymuje adekwatny gradient pomiędzy ciśnieniem parcjalnym O2 i CO2 w powietrzu pęcherzykowym a prężnością tych gazów we krwi dopływającej do pęcherzyków płucnych, nawilża, ogrzewa i oczyszcza powietrze, uczestniczy w utrzymaniu równowagi kwasowo-zasadowej, uczestniczy w reakcjach obronnych organizmu ze względu na obecność komórek fagocytujących w obrębie pęcherzyków płucnych.

Budowa

1. Jama nosowa

2. Jama ustna

3. Gardło

4. Krtań

5. Tchawica

6. Oskrzela

7. Płuco lewe, płuco prawe,

Etapy oddychania:

-Oddychanie zewnętrzne- wymiana gazów pomiędzy:

• Powietrzem atmosferycznym a pęcherzykami płucnymi

• Pęcherzykiem płucnym a osoczem krwi

• Osoczem krwi a krwinkami czerwonymi

-Transport gazów- oddechowa funkcja krwi

-Oddychanie wewnętrzne

Ciśnienie parcjalne- ciśnienie jakie wywiera jeden ze składników powietrza.

Prężność gazu- jest to ciśnienie gazu rozpuszczonego w wodzie

Wentylacja płuc- jest to wymiana powietrza pomiędzy otoczeniem a pęcherzykami płuc. Jest możliwa dzięki ruchom klatki piersiowej.

W spoczynku-

• Mięśnie oddechowe nie pracują

• Siły elastyczne płuc i klatki piersiowej równoważą się

• Ciśnienie jest równe atmosferycznemu w drzewie oskrzelowym

• Nie ma przepływu powietrza

Podczas wysiłku:

• Mięśnie wdechowe kurczą się, pojemność klatki piersiowej wzrasta, Ciśnienie śródpęcherzykowe spada poniżej wartości ciśnienia atmosferycznego ze względu na poszerzenie dróg oddechowych. Powietrze przemieszcza się do płuc.

Podczas wydechu

• Mięśnie wdechowe rozluźniają się, siły elastyczne płuc powodują podniesienie ciśnienia gazów powyżej ciśnienia atmosferycznego. Powietrze przemieszcza się z płuc na zewnątrz.

Anatomiczna przestrzeń nieużywana (martwa)

W skład przestrzeni martwej wchodzi

• Jama nosowa

• Gardło

• Krtań

• Tchawica

• Oskrzeliki górne i dolne

Objętość przestrzeni martwej wynosi około 150 ml

Wentylacja przestrzeni martwej i wentylacja pęcherzyków płuc

TV- objętość oddechowa płuc= 500ml

Wentylacja przestrzeni martwej:

W spoczynku

VD= fRx TV

VD= 16x 150ml

Wentylacja pęcherzyków płucnych

W spoczynku:

VA= fr x TV

VA= 16 x 350ml

Wentylacja minutowa płuc: VE

- jest to ilość powietrza przepływającego przez płuca w ciągu jednej minuty. Wielkość wentylacji jest iloczynem liczby oddechów fr i objętości oddechowej TV

W spoczynku

VE= fRx TV lub VE= VA+VD

VE= 16x 500ml

Maksymalna wentylacja minutowa

-jest to maksymalna ilość powietrza przepływającego przez płuca w ciągu jednej minuty.

VE max= fRx TV

Osoby trenujące VE max= 50 x 3 litry (wartości w wysiłku maksymalnym)

Osoby nietrenujące VEmax= 50x 2 litry (wartości w wysiłku maksymalnym)

Maksymalna wentylacja dowolna minutowa- to maksymalna ilość powietrza, jaką jesteśmy w stanie przewentylować przez płuca w sposób świadomy w spoczynku.

Rodzaje objętości płuc

• VT- objętość oddechowa- jest to ilość powietrza wprowadzona do układu oddechowego w czasie spokojnego wdechu, lub usuwana z układu oddechowego w czasie spokojnego wydechu VT= 500ml

• IRV- zapasowa objętość wdechowa (powietrze uzupełniające ) jest to ilość powietrza wprowadzonego do układu oddechowego w czasie maksymalnego wdechu z poziomu spokojnego wdechu IRV=3300ml

• ERV- zapasowa objętość wydechowa (powietrze zapasowe) jest to ilość powietrza usuwana z układu oddechowego podczas maksymalnego wydechu z poziomu spokojnego wydechu ERV= 1500ml

• RV- objętość zalegająca- jest to ilość powietrza pozostająca w płucach na szczycie maksymalnego wydechu RV= 1200ml

Rodzaje pojemności płuc:

• VC- pojemność życiowa- jest to ilość powietrza którą możemy wprowadzić do układu oddechowego z poziomu maksymalnego wdechu VC=4800ml

• TLC- całkowita pojemność płuc- jest to ilość powietrza w układzie oddechowym na szczycie maksymalnego wdechu TLC= 6000ml

Hipoksja- niedotlenienie tkanek w organizmie

Spirometria

• Analiza ilościowa- mówi o objętości gazów przepływających przez płuca

• Analiza jakościowa- określa skład powietrza przepływającego przez płuca, zmierza do określenia zawartości tlenu i dwutlenku węgla w powietrzu.

Vo2max- minutowy pobór tlenu

Vco2- minutowa produkcja CO2

VE- ilość powietrza wentylowana przez płuca w ciągu minuty.

Skład O2 i CO2 w powierzu: O2= 21%, CO2= 0,03%

RQ- iloraz oddechowy (współczynnik oddechowy)

RQ- stosunek objętościowy produkowanego CO2 (VCO2) do pobieranego O2 (VO2)

RQ= 0,7- 1,0

RQ= 0, 7 (100% wolne kwasy tłuszczowe)

RQ= 1, 0 (100% węglowodany)

Trzy rodzaje warunków pomiarów objętości gazów:

• ATPS- pomiar objętości gazu w aktualnej temperaturze, ciśnieniu i wilgotności

ATPS VE= 10L Temp. 23o C , P= 740 mmHg , wilgotność 65%

• BTPS- objętość gazu mierzona w temperaturze, ciśnieniu i wilgotności panującej w ciele ludzkim.

• STPD- warunki pomiaru gazu tkz. Standardowe

STPD- Temp. 0o C , P= 760 mmHg, wilgotność= 0 (gaz suchy, pozbawiony pary wodnej)

Deficyt tlenowy- jest to niedobór tlenu występujący na początku pracy, jest to różnica między zapotrzebowaniem organizmu na tlen a ilością dostarczaną

Dług tlenowy- jest to nadmiar poboru tlenu w stosunku do wartości spoczynkowych , występujący po zakończeniu pracy.

Wydolność Fizyczna

• Wydolność tlenowa (aerobowa)

• Wydolność beztlenowa (anareobowa)

- Fosfogenowa (ATP+ Fosfokreatyna)

- Glikolityczna (Glikoliza beztlenowa)

Wydolność fizyczna- jest to zdolność do ciężkich i długotrwałych wysiłków fizycznych wykonywanych z udziałem dużych grup mięśniowych, bez szybko narastającego zmęczenia i warunkujących jego rozwój zmian w środowisku wewnętrznym organizmu (Kozłowski 1984)

Czynniki determinujące wydolność fizyczną.

1. Przemiany energetyczne ustroju.

-procesy tlenowe

-procesy beztlenowe

-rezerwy energetyczne

2. Koordynacja nerwowo-mięśniowa

- siła i szybkość ruchów

- Technika (precyzja ruchu i koordynacja)

3. Termoregulacja i gospodarka wodno-elektrolitowa

4. Właściwości budowy ciała (wysokość, masa ciała, struktura ciała, otłuszczenie, masa mięśni,

Typ włókien mięśniowych, proporcje długościowe włukien)

5. Czynniki psychologiczne

- motywacja

- taktyka

Wydolność aerobowa (tlenowa)- Jest to zdolność organizmu do wykonywania wysiłków długotrwałych, mający charakter wytrzymałościowy

Miarą wydolności tlenowej jest maksymalny pobór tlenu (VO2max, popularnie określany, jako pułap tlenowy)

NTR: 40-45 ml/Kg (M) 35-40 ml/Kg (K)

TR: 80-90 ml/Kg (M) 60-70 ml/Kg (K)

Czynniki warunkujące VO2 max

Czynniki związane z funkcjonowaniem układu oddechowego:

• Maksymalna wentylacja minutowa płuc

• Stosunek wentylacji pęcherzykowej do perfuzji , sprawność dyfuzji gazów

Czynniki związane z krążeniem

• Maksymalna pojemność minutowa serca

• Poziom hemoglobiny we krwi, ilość erytrocytów- poj. Tlen. Krwi

• Powinowactwo hemoglobiny do tlenu

• Ciśnienie tętnicze krwi

Czynniki związane z przepływem mięśniowym

• Przepływ krwi przez mięsień

• Gęstość kapilar w mięśniu

• Sprawność dyfuzji tlenu do komórek (mitochondrium)

Czynniki związane z metabolizmem mięśniowym

• Ilość mitochondrium w komórce mięśniowej

• Masa mięśni i typ włókien mięśniowych

• Aktywność enzymów oksydacyjnych w komórkach mięśniowych

• Dostarczenie substratów energetycznych do komórek.

Wydolność anaerobowa- jest to zdolność organizmu do wykonywania wysiłków krótkotrwałych o bardzo dużej intensywności, mający charakter szybkościowo-siłowy.

Miarą wydolności beztlenowej jest maksymalna moc anaerobowa (MAP, MMA, MPO)

NTR: 8-10 W/Kg (M) 6-8 W/Kg (K)

TR: 15-17 W/Kg (M) 10-13 W/Kg (K)

Czynniki wpływające na wielkość MAP

1. Stan energetyczny mięśnia

-zawartość w komórkach mięśniowych ATP

-Fosfokreatyny i Glukozy

-Sprawność enzymatyczna

2. Temperatura wewnątrzmięśniowa

3. Szybkość skracania włókien mięśniowych

- udział włókien szybko kurczliwych w składzie mięśni.

4. Siła mięśni

• sprawność aktywacji jednostek motorycznych

• Szybkość rekrutacji aktywnych jednostek motorycznych

• Częstotliwość wyładowań czynnych motoneuronów

• Przekrój fizjologiczny mięśnia

• Długość mięśnia, masa i temperatura

• Typ włókien mięśniowych

• Wielkość zasobów energetycznych

Oprócz wymienionych czynników warunkujących MAP na poziom wydolności anaerobowej będzie miała sprawność mechanizmów kompensujących zaburzoną równowagę kwasowo-zasadową organizmu (bufory krwi)

Sposoby badania wydolności anaerobowej

• By określić wydolność anaerobową dokonuje się pomiarów maksymalnej mocy anaerobowej (MMA,MAP,MPO) wyrażonej relatywnie w stosunku do masy ciała sportowca

• Z punktu widzenia fizyki moc definiuje się jako pracę (W) wykonanej w danej jednostce czasu

• Zatem uzyskanie wysokich wielkości mocy wymaga jak największej wykonanej pracy, w jak najkrótszym czasie.

• Z kolei praca definiowana jest jako iloczyn siły (F) oraz pokonanej drogi (przesunięcia-S)

• Maksymalna moc anaerobowa jest więc dobrym wskaźnikiem służącym do oceny zdolności szybkościowo-siłowych

Pmax = $\frac{w}{t}$ gdzie W= Fxs, gdzie F= mxa czyli

Pmax= $\frac{\text{mxaxs}}{t}$

Ocena wydolności aerobowej (tlenowej)

- maksymalny minutowy pobór tlenu Vo2 max

- jest to maksymalna ilość tlenu jaką może pobrać i zużyć organizm w ciągu jednej minuty, podczas maksymalnego wysiłku fizycznego

Metody oceny

Vo2 max metoda bezpośrednia (test stopniowany do odmowy)

- test stopniowo (w stałych odstępach czasu 2-3min) wzrastającym obciążeniu (o stałą wielkość) aż do uczucia wyczerpania (do odmowy)

• Zaangażowanie jak największego % grup mięśniowych

• Wysiłek podobny do uprawianej dyscypliny sportu

• Czas nie krótszy niż 3 min

• Obciążenie tak dobrane by nie spowodować przerwania wysiłku

• Systematyczność wysiłku, intensywność (na początku niska a następnie stopniowo się zwiększa, aż do osiągnięcia wielkości maksymalnych)

Metoda diagnozowania maksymalnego wysiłku:

• Maksymalny pobór tlenu Vo2max

• Wzmożone tętno (220-wiek)

• Zakwaszenie w wyniku uruchomienia przemian beztlenowych

• Poziom oddechowy większy niż 1,1