Wykład 13. Przystosowanie organizmu do zmieniających się warunków środowiska zewnętrznego.
W czasie rozwoju osobniczego zmienia się budowa i skład ciała oraz sprawność adaptacyjna. Czynniki warunkujące sprawność adaptacyjną:
Wiek rozwojowy,
Czynniki środowiska,
Tryb życia( żywienie, aktywność ruchowa).
1. Fizjologia okresu dzieciństwa i młodości a reakcja na wysiłek fizyczny
Wiek rozwojowy to okres od 0 - 18 lat. Wzrastanie i dojrzewanie morfologiczne, biochemiczne i czynnościowe kończy się u dziewcząt ok. 15 r. ż. a u chłopców ok. 19/20r.ż., ze skokiem pokwitaniowym w wieku 7/8 lat.
W każdym wieku wydolność fizyczna zależy od składu ciała w większym stopniu, niż od jego wielkości.
Masa mięśni u noworodka stanowi 20 - 25 % a u dorosłego 40 - 45% ogólnej masy ciała. U dziewcząt zwiększa się w 13 - 15 roku życia a u chłopców w 17 - 18 roku życia. Na stałym poziomie masa mięśniowa utrzymuje się u kobiet między 15 a 60 r. ż. u kobiet a u mężczyzn - między 17 a 40 r. ż.
Siła mięśniowa - zwiększa się wraz z wiekiem i jest większa u chłopców niż u dziewcząt niezależnie od wieku - prawdopodobnie jest zależny od poziomu androgenów.
Układ krążenia - wraz z wiekiem zwiększają się: wymiary i masa serca, objętość minutowa serca w spoczynku jest największa u dziewcząt między 15 - 18 r. ż. a u chłopców ok. 19r. ż. Zmniejsza się wraz z wiekiem częstość skurczów serca - tętno a zwiększa się ciśnienie krwi. Objętość krwi krążącej u niemowlęcia stanowi ok.10% a u dorosłego - 8,5% masy ciała. Pojemność tlenowa krwi wzrasta ok. 15 r. ż. W okresie dojrzewania przyrost hemoglobiny i krwinek czerwonych jest mniejszy u dziewcząt niż u chłopców.
Termoregulacja - jest na poziomie pełnym już w wieku przedszkolnym i szkolnym. Już od 2,5 roku zwiększa się ilość gruczołów potowych - ruchy ciała ułatwiają parowanie potu.
Układ oddechowy - układ oddechowy prawidłową funkcję osiąga już w wieku 7 - 10 lat.
Reakcja organizmu na wysiłek fizyczny u dzieci:
Pochłanianie tlenu - podobne jak u dorosłych,
Objętość minutowa serca - zwiększa się wprost proporcjonalnie do obciążenia wysiłkiem fizycznym, częstość skurczów serca u dzieci jest większa niż u dorosłych, maksymalna jest po wysiłku u dzieci 10 letnich a potem zmniejsz się,
Objętość wyrzutowa serca - zależy od wieku a dokładniej mówiąc od rozmiarów ciała zależy także od płci i mniejsza jest u dzieci niż u dorosłych,
Układ oddechowy - wentylacja minutowa płuc zależy od wysiłku(zwiększa się), większa jest u dziewcząt niż u chłopców,
Zawartość tlenu we krwi - większa u dzieci niż u dorosłych i nieco większa u chłopców niż u dziewcząt,
Metabolizm wysiłkowy- zwiększenie wydzielania mleczanów po wysiłku zwiększa się wraz z wiekiem, metabolizm wysiłkowy jest większy u dzieci niż u dorosłych, nieco większy jest u dziewcząt niż u chłopców,
Adaptacja do wysiłków krótkotrwałych - jest lepsza u dzieci niż u dorosłych,
Adaptacja do wysiłków długotrwałych - lepsza u dzieci ale przy wysiłkach długotrwałych o umiarkowanej intensywności, do niedawna sądzono,iż jest odwrotnie,
Reakcja na wysiłki statyczne - mniejsza u dzieci niż u dorosłych( zmęczenie).
Wskazania do wysiłku fizycznego dla dzieci od 5 - 18 lat:
Codziennie wykonywać przez 1 godzinę - umiarkowane ćwiczenia fizyczne( pływanie, jazda na rowerze, taniec) aż do zmęczenia( uczucie gorąca, zadyszka),
Umiarkowane wysiłki fizyczne wykonywać przez ½ godziny dziennie,
Wykonywać 2 razy w tygodniu - ćwiczenia zwiększające siłę i gibkość (wczesne zapobieganie osteoporozie - przyśpieszenie mineralizacji kośćca).
Poziom i dynamika zmian ogólnej wydolności fizycznej - maksymalne pochłanianie tlenu zwiększa się wraz z wiekiem i największe jest:
u chłopców - do 18 - 20 lat,
u dziewcząt - do 15 - 16 lat.
Maksymalne pobieranie tlenu jest mniejsze u dziewcząt i kobiet niż u chłopców i mężczyzn.
Wydolność fizyczna jest zależna od następujących czynników:
genetycznych,
różnic w budowie i wymiarach ciała,
tempie wzrastania i dojrzewania,
aktywności ruchowej,
okresu rozwojowego - wieku rozwojowego a nie wieku kalendarzowego ( największa zmienność w okresie dojrzewania).
Obciążenia w wysiłkach maksymalnych u dzieci (tab).
Typowa dla wieku rozwojowego jest : labilność wielu funkcji fizjologicznych( częstość skurczów serca, ciśnienie tętnicze) oraz wpływ czynników zewnętrznych( hałas, lęk, pośpiech) a także reakcja hemodynamiczna(czynność układu oddechowego w czasie wysiłku).
Komponenty i czynniki podlegające u dzieci badaniu( tab).
Morfologiczna i fizjologiczna charakterystyka starzejącego się organizmu
Zmiany zachodzące w organizmie z upływem czasu są przejawem starzenia się. Do tych zmian zaliczamy:
zmniejszenie sprawności czynnościowej tkanek, narządów i mechanizmów regulujących np. filtracji kłębuszkowej, prędkości przewodzenia impulsów nerwowych, objętości wyrzutowej serca,
zmniejszenie sprawności adaptacyjnej organizmu(zmniejszenie tolerancji na niską i wysoką temperaturę i wysiłkowej).
Między 25 - 30 r. ż. przypada maksymalna sprawność adaptacyjna i czynnościowa. Ludzie w tym samym wieku kalendarzowym mogą mieć różny wiek biologiczny.
Masa ciała - często masa ciała w miarę starzenia się zmniejsza się. Utrata masy mięśniowej sięga 16% w ciągu 10 lat. Im większa jest masa ciała tym mniejszy procent tkanek beztłuszczowych. U kobiet - ucieczka wapnia z kości - osteoporoza.
Mięsnie - wraz z wiekiem zmniejsza się masa tkanki mięśniowej - redukcja włókien mięśniowych( starzenie się układu mięśniowego). Zmniejsza się objętość wody wewnątrzkomórkowej i potasu oraz zwiększenie objętości wody zewnątrzkomórkowej i sodu oraz chloru, tłuszczy i kolagenu w mięśniach.
U ludzi po 50 r. ż. powstają złogi lipofuscyny( wynik utleniania nienasyconych kwas ów tłuszczowych), dochodzi do zmniejszenia tempa syntezy białek, zmniejsza się siła mięśniowa i wytrzymałość, zmniejsza się siła mięśni nóg i prostowników tułowia(40%).
Układ oddechowy - zmiana mechaniki oddechowej( zmiany w krążkach międzykręgowych, zwapnienie chrząstek międzyżebrowych - kifoza grzbietowa, beczkowata klatka piersiowa utrudniająca oddychanie. Występuje zmniejszenie objętości życiowej płuc ( o 25 ml rocznie). Zwiększa się objętość powietrza zalegającego w wieku 60 lat - ok.40%. Przyśpieszenie oddechu i zmniejszenie pojemności dyfuzyjnej płuc, dochodzi do duszności wysiłkowej płuc w czasie wysiłków fizycznych.
Układ krążenia - wiek nie wpływa na objętość ogólną serca, objętość wyrzutowa serca w pozycji leżącej jest o 20% mniejsza u ludzi starych, podstawowa przemiana materii czyli zapotrzebowanie na tlen zmniejsza się. Podwyższa się ciśnienie tętnicze
Zmniejsza się w okresie starzenia się - wydolność fizyczna, powstaje deficyt tlenowy, większe stężenie mleczanu we krwi, wzrasta ciśnienie tętnicze, występują cechy upośledzenia czynności lewej komory, niewydolność krążenia.
Wpływ starzenia się na zdolność wysiłkową
Maksymalne pobieranie tlenu podczas wysiłków fizycznych to miara wydolności fizycznej. ( ryc) Ludzie uprawiający sport mają w okresie starzenia się większą wydolność fizyczną.
Zmniejsza się wraz z wiekiem sprawność ruchowa( koordynacja, zwiększenie na pracę wydatku energetycznego, zmniejszenie gibkości i zwinności oraz szybkości ruchów, zmniejszona siła mięśni, podatność na zmęczenie, osłabienie, bóle mięśnie).
Trening ruchowy stosowany w czasie życia - zwiększa zdolności adaptacyjne na starość.
Rytmy biologiczne
Rytmy biologiczne - to cykliczne zmiany fizjologiczne procesów organizmu zachodzące w czasie.
Czynniki warunkujące rytmy biologiczne:
środowisko życia,
światło i temperatura,
zmiany sezonowe,
wachania dobowe, miesięczne, roczne,
czynniki endogenne( uzależnione genetycznie - w tym cykl syntezy białka czyli pobudzanie i hamowanie tej syntezy),
czynniki egzogenne - przyjęte od matki w życiu płodowym,
praca OUN i narządów zmysłów,
praca podwzgórza - która wpływa na przysadkę mózgową i nadnercza, które kontrolują cykliczność funkcji ustroju.
Wyróżniamy rytmy biologiczne :
okołodobowy,
okołomiesięczne,
sezonowe.
Ze względu na czas rytmy biologiczne możemy podzielić na:
krótkotrwałe np. wyładowania elektryczne w układzie nerwowym,
długie np. 4 - letni rytm formy u sportowców.
Wpływ na przystosowanie człowieka - środowiska gazowego
Prawidłowa prężność tlenu we krwiwynosi 13,3kPa(100mmHg) i zmniejsza się wraz z wiekiem((75mmHg w wieku 75 lat).
W wielu chorobach działają różne czynniki zaburzające gospodarkę tlenową organizmu zwaną - Hipoksją.
Wyróżniamy różne rodzaje Hipoksji:
obniżenie prężności tlenu w wydychanym powietrzu,
obniżenie prężności tlenu we krwi( niedokrwistość),
zmniejszony przepływ krwi przez tkanki( choroba zastoinowa),
uszkodzenie enzymatycznego mechanizmu wykorzystywania tlenu.
Ważne jest utrzymanie przepływu tlenu z atmosfery do mitochondriów.
Hipoksja wysokościowa - kwalifikacja lekarska do wypraw wysokościowych i do dużych wysiłków fizycznych( badanie układu nerwowego, krążenia i oddechowego). Warto wiedzieć iż wydolność fizyczna zmniejsza się na poziomie ok. 1200 m n.p.m. a na poziomie 4000m n.p.m. występuje niedotlenienie serca co może prowadzić do obrzęku płuc, obrzęku mózgu i śmierci.
Choroby dopuszczające tylko w pewnych warunkach - korzystanie z samolotu(choroba niedokrwienna serca, stan po zawale serca, niewydolność serca, częstoskurcz, wady serca, nadciśnienie tętnicze, nadciśnienie płucne.
Hiperoksja - przedawkowanie tlenu( skutki - zmętnienie soczewki ślepota, zwolnienie pracy serca, niekontrolowane tempo przemian energetycznych). Wykorzystywana do leczenia zatruć tlenkiem węgla, gazem, spalinami i do leczenia zgorzeli gazowej i rozległych oparzeń.
Hiperkapnia - (prężność dwutlenku węgla ma wpływ na prawidłową wymianę gazową) to za duży poziom dwutlenku węgla w organizmie - pomoc to podłączenie do respiratora czyli sztuczna wentylacja płuc (kontrola gazów we krwi tętniczej).
Hipokapnia - za małe stężenie dwutlenku węgla we krwi, zmniejszenie wentylacji płuc. Grozi zaburzeniami rytmu serca i migotaniem komór i śmiercią.
Para wodna - za mało pary wodnej w pęcherzykach płucnych powoduje zaburzenie czynności rzęsek układu oddechowego co może spowodować sklejenie ścian pęcherzyków płucnych i śmierć( ważne nawilżanie pomieszczeń).
Azot - ( wypełniacz pęcherzyków płucnych), ważne w leczeniu w choroby kesonowej tzw. nurków.
Hel - zastępuje azot w mieszankach oddechowych, co zmniejsza ich gęstość - w respiratorach.
Termoregulacja
W 1837 r. Hunter John wyodrębnił zwierzęta, które utrzymują stałą temperaturę ciała a Bergman w 1947 r. wprowadził pojęcia „stałocieplność” i „zmiennocieplność”. Utrzymanie względnie stałej temperatury ciała stanowi ważny element wpływający na sprawne działanie enzymów sterujących przemianą materii. Zbyt duży wzrost lub nadmierne obniżenie temperatury organizmu prowadzą do zaburzeń a czasem nawet do śmierci. W różnych obszarach naszego ciała temperatura różni się ale zwykle mierzymy ją termometrem rtęciowym lub elektronicznym w dole pachowym, pod językiem , w odbycie(dzieci). Pomiar pod pachą wprowadził Wunderlich w 1868 r. i ustalil on iż wynosi 36,2 - 37,5 C a czas mierzenia termometrem rtęciowym ustalono - 10 min.
Najniższa temperatura jest rano - 6.00 a najwyższa wieczorem - 16.00 -18.00. U kobiet jest o 0,2C wyższa. Temperatura zależy od skórnego przepływu krwi. W końcu lat 70. wprowadzono do diagnostyki tomografię temperatury w podczerwieni co pozwala określić miejsce choroby.
Przewodzenie ciepła z organizmu do otoczenia o niższej temperaturze u ludzi i zwierząt może prowadzić do wychłodzenia i do śmierci(zależy od różnicy temperatur). Jedną z dróg pomocną w termoregulacji ustroju jest parowanie potu i wody z dróg oddechowych. Mechanizm działania układu termoregulacji zależy od działania OUN(ryc). Śmierć zwykle następuje gdy temperatura ciała obniży się do 27C lub podwyższy do 42C. Gorąco i duża wilgotność(90%) mogą podwyższyć temperaturę ciała do 38,5C.
Komfort termiczny to takie warunki środowiska, które nie wywołują żadnych reakcji termoregulacyjnych a skórny przepływ krwi jest umiarkowany i średnia temperatura skóry wynosi 34C. Temperatura termoneutralna dla człowieka lekko ubranego, pozostającego w spoczynku, przy wilgotności 50% i jednakowej temperaturze ścian i powietrza - wynosi 25 - 26C. Temperatura komfortu termicznego obniża się, kiedy człowiek wykonuje wysiłek fizyczny.
Hipertermia - to nieunikniona konsekwencja pasywnego gromadzenia się ciepła w nadmiarze w organizmie do czasu usunięcia go w wyniku pobudzenia efektorów termolitycznych(zależy od temperatury środowiska - człowiek dąży do chłodzenia się). Gorączka natomiast rozwija się w każdej temperaturze otoczenia.
Gdy temperatura otoczenia przekroczy 28 - 32C włącza się reakcja wydzielania potu, co prowadzi do utraty wody i elektrolitów a potem dochodzi do hipertermii i udaru cieplnego. Wysiłek fizyczny bardzo duży może prowadzić do hipertermii.
Aklimatyzacja - to przystosowanie fizjologicznych reakcji adaptacyjnych do naturalnych czynników środowiska, które oddziałują na człowieka przez dłuższy czas.
Na działanie niskich temperatur narażone są najbardziej dystalne części ciała(ręce, stopy, twarz).
Hipotermia - to obniżenie temperatury poniżej 35C czemu towarzyszy drżenie mięśniowe i hipoglikemia oraz gorsza precyzja ruchów a przy obniżeniu temperatury poniżej 33 - 34C pojawić się mogą zaburzenia świadomości, czucia i wzroku. Natomiast przy obniżeniu temperatury poniżej 30C dochodzi do arytmii, migotania komór i śmierci. Alkohol często prowadzi do hipotermii. Istnieją trzy podstawowe rodzaje adaptacji do zimna: hipotermiczna( obniżenie temperatury wewnętrznej), metaboliczna(produkcja większej ilości ciepła przez brązową tkankę tłuszczową) i izolacyjna(pogrubienie podskórnej tkanki tłuszczowej.
Gorączka - to stan podwyższonej temperatury wewnętrznej, który może być reakcją obronną organizmu na infekcje bakteryjne, wirusowe lub na inne czynniki patogenne. Wysoka gorączka nie jest synonimem hipertermii. Zmiany zachodzące w czasie gorączki:
zwiększone uwalnianie wazopresyny,
zmniejszenie stężenia jonów żelaza i cynku,
zaburzenie snu,
brak łaknienia, zmniejszenie aktywności ruchowej,depresja,
zwiększenie aktywności antywirusowej i antynowotworowej.
Wysoka gorączka może mieć negatywne skutki:
odwodnienie,
majaczenie,
uszkodzenie mózgu i wątroby,
drgawki,
ujemny bilans energetyczny,
obciążenie układu oddechowego i krążenia.
20