Fyziologie zátěže MUDr. Kateřina Kapounková, Ph.D. ABR Adaptace Co je acidobazická rovnováha? = rovnováha mezi acidifikujícími a alkalizujícími vlivy nerovnováha znamená, že se: • změnily se poměry kyselin a bází • změnilo se pH organismu • narušily regulační mechanismy • postupně uplatňují kompenzující mechanizmy Denní produkce H+ v lidském organismu Lidské tělo denně produkuje: • Prchavé ( těkavé ) kyseliny – schopné vyloučit plícemi: kyselina uhličitá (z CO2 a vody) • Netěkavé kyseliny – nutno vyloučit ledvinami: kyselina fosforečná, kys. močová, kys. sírová Za fyziologických okolností těkavé kyseliny se eliminují plícemi a netěkavé ledvinami - rovnováha Kyseliny a zásady v organismu potravou metabolismus zásady kyseliny metabolická přeměna vyloučeny z organismu vyloučeny z organismu metabolická přeměna A, kompletní oxidací látek Uhlíkatý skelet CO2 + H2O HCO3 - + H+ B, nekompletní oxidací Sacharidy G pyruvát, LA + H+ TAG MK, ketolátky + H+ Proteiny AK sulfát, močovina + H+ Lidský organismus denně vyprodukuje velké množství kyselin Za normálních okolností kompletně metabolizovány na CO2 a H2O Produkce ATP je spojena s produkcí H+ Celkově vzniká 1 mmol/kg tělesné hmotnosti za den kyselin organismus pH 7,35 – 7,45 příjem výdej pH je nepřímým ukazatelem H+ Poruchy ABR ACIDÓZA ALKALÓZA Acidémie Alkalémie respirační metabolická Systémy odpovídající za udržení ABR 1. Chemické pufrační systémy reagují okamžitě, krátkodobá, akutní regulace 2. Respirační systém respirační centrum reaguje cca za 1-3 min 3. Ledviny jejich zásah vyžaduje hodiny až dny 4. Játra podle stavu ABR syntetizují z amoniaku buď glutamin nebo močovinu 5. Myokard prostřednictvím oxidace LA nebo ketolátek Pořadí v jakém se uplatňují Pufry- okamžitě bikarbonátový nebikarbonátové Metabolická acidóza 1. Příčina – nadměrná produkce / příjem H+ • DM, hladovění ( β- oxidace MK – ketokyseliny) • Fyzická zátěž, hypoxie ( anaerobní glykolýza) 2. Příčina – porucha v ledvinách Kompenzace MAC ❖Pufr – bikarbonátový ❖Plíce – hyperventilace ❖Ledviny – zvýšená eliminace H, zvýšená resorpce HCO3 důsledek – hyperkalémie (Výměna H+ za K- v buňkách) Svalová buňka K H+ H+ H+ K K H+H+ H+ HCO3 HCO3 + H+ = H2O + CO2 krevní plazma sval hyperventilaceplíce Metabolická alkalóza Příčina : • Přívod bází ( infuze HCO3) • Zvracení ( ztráta H+) Kompenzace MAL • Hypoventilace není možná ! • Ledviny – zvýšená eliminace HCO3 důsledek – hypokalémie Respirační acidóza Příčina: • Onemocnění plic a hrudníku ( retence CO2) Kompenzace RAC • Pufrování : nebikarbonátové pufry • Ledviny : zvýšená eliminace H+, NH4, zvýšená resorpce HCO3 Respirační alkalóza Příčina: Hyperventilace, nadmořská výška Kompenzace RAL • Pufrování : nebikarbonátové pufry • Ledviny : zvýšená eliminace HCO3, snížená sekrece H+ Laboratorní vyšetření ABR • Parametry ABR: pH, pCO2, HCO3, pO2 a BE • Vyšetření ostatních látek s vlivem na ABR: 1, koncentrace kationtů: Na, K, CA, Mg 2, koncentrace aniontů: Cl, La, albumin 3, koncentrace metabolitů: urea, kreatinin ASTRUP – kapilární krev ( nesrážlivá – heparin) Normální hodnoty ASTRUP • pH: 7,35 – 7,45 • pCO2: 4,80 – 5,90 kPa ( 35 – 45 mmHg) nižší = hypokapnie vyšší= hyperkapnie • pO2: 9,9 – 13,3 kPa ( 80 – 100mmHg) Pak se vypočítají ( software- Henderson- Hasselbachovy rovnice) hodnoty: • HCO3 : 24 mmol/l • BE: 0 ± 2,5 mmol/l BE= přebytek bází ( jedná se o počet molů silné kyseliny, kterou je třeba přidat do 1 l okysličené krve, aby bylo dosaženo pH 7,4 při teplotě 37°C) Záporné hodnoty – nadbytek kyselin ( metabolická acidóza) Kladné hodnoty- nadbytek bází( metabolická alkalóza) Adaptace = biologický děj, představující soubor změn : • morfologických • biochemických • funkčních • psychologických Princip tréninku – adaptovat se v organismu jako celku i v jednotlivých orgánech Úkol tréninku – unavit sportovce adaptace Adaptace liší se od reakce na jednorázový podnět : - má pomalejší průběh - může být vyvolána pouze dlouhodobým( opakujícím se) kontinuálním nebo přerušovaným tréninkem - jedná se o biologicky výhodné změny organismu ( zachování homeostázy ) přizpůsobení organismu na změny prostředí Ale aby k adaptaci došlo je nutné opakované narušení homeostázy ! Regulace adaptačních pochodů • CNS • Hormonální vlivy - princip zpětné vazby –podnět Individuální adaptace : se uskuteční v rámci genetického vybavení buňky. Adaptační proces rozšiřuje využití genetické výbavy Podnět musí být : A, nadprahové intenzity B, působit dostatečně dlouho Posloupnost v dějích adaptace organismu : 1. Aktivují se procesy souvisící s hromaděním energie v buňkách / zákon superkompenzace /-zásoby 2. tvorba enzymů metabolických cyklů / př. ve svalech dojde ke zvýšené produkci mDNA specifických pro syntézu oxidativních enzymů / = zlepšené využívání rezerv v buňce 3. Akumulace bílkovin za účelem hypertrofie orgánu / myokard / Podmínky adaptace organismu na tělesnou zátěž • Frekvence zátěže -pravidelné opakování zátěže • Intenzita podnětů : hyperstres (překračuje hranici adaptability ) hypostres (nedosahuje toleranci stresu) • Doba trvání ( u silových nemusí být dlouhá) Charakter podnětu • Podněty z vnějšího prostředí – adaptační činitelé / stresory / • Dostatečně silný podnět • Působící po dostatečně dlouhou dobu • Opakující se v určité frekvenci Slabé podněty - nevedou k adaptaci Silné podněty – nevedou k adaptaci, únava, přepětí, přetrénování Účinná intenzita adaptačních podnětů : 80 – 100% maximální možné intenzity Pro rozvoj adaptace je nutné zintenzivňovat podněty se stupněm trénovanosti jedince / přídatné zatížení : teplo , hypoxie,…/ Intenzita podnětu • rychlost, síla / vysoká intenzita / • Nižší intenzita , vyšší objem – vytrvalost Frekvence tréninkových podnětů – častá - všeobecná zdatnost : 3 – 4 x týdně - trénovanost : 4 – 6 x týdně, denně, i několikrát za den V přestávkách mezi výkony musí dojít k úplnému odstranění následků akutní únavy Přestávka musí být tak dlouhá, aby došlo k dalšímu zatížení ve fázi superkompenzace superkompenzace Období optimálního zahájení dalšího tréninkuzátěž 1) Pokud nepřijde další podnět (stresor, zatížení) 2) Pokud přijde další podnět v optimální čas intenzita a doba trvání práce zotavná fáze změny výchozích hodnot kreatinfosfát glykogen bílkovinný dusík supramaximální – 10s po práci - 45% - - 4 min - 10% - - submaximální - 15 min po práci - 138 mg% -190 mg% -406 mg % po 15 min -71 mg% -130 mg% -400 mg % po 30 min -48 mg% -64 mg % - 333 mg % po 60 min + 23 mg% + 11 mg % - 302 mg % po 6 hod +97 mg% +143 mg % +37 mg % po 12 hod +110 mg % + 187 mg% + 361 mg % po 24 hod - + 141 mg % + 270 mg % po 48 hod - + 15 mg % - 26 mg % mírná - 5 hod po práci - 89 mg% - 400 mg % - 25 mg % po 30 min - 57 mg % - 322 mg % - 8 mg % po 60 min + 11 mg % - 272 mg % - 25 mg % po 6 hod - 37 mg % - 114 mg % - 23 mg % po 12 hod - 14 mg % + 180 mg % + 75 mg % po 24 hod + 13 mg % + 216 mg % + 46 mg % po 48 hod - 2 mg % + 267 mg % + 29 mg % po 72 hod + 17 mg % + 168 mg % + 8 mg % Přírůstek % výkonnosti vzhledem k výchozím stavu T a NT T +5 % NT+12 % T + 10 % NT + 25% T + 15% NT + 40% Doba potřebná k max.rozvoji energet. systému 7 – 8 týdnů 8 – 12 týdnů více než 12 týdnů Intenzita zatížení maximální submaximální až maximální střední / vyšší než na úrovni iANP / maximálně na úrovni ANP Počet tréninkových jednotek týdně 1 - 3 2 5 2 – 3 podle délky zatížení Počet opakování zatížení v TJ Až 50 x (v sérii po 8 – 10 zatíženích) 4 – 25 x podle doby zatížení ( ve 4 – 6 sériích) 3 – 4 v (1 sérii), intervalový trénink kontinuální trénink Energetický systém rychlost / ATP – CP systém / rychlostně – vytrvalostní / LA systém + O2 systém / vytrvalost / O2 systém / • Základem tréninkových metod je naladění organismu na určitý pracovní režim – podkladem pro maximalizaci adaptace metabolického potenciálu potřebného pro rozvoj pohybové schopnosti • Základem všech metod je opakování zatížení: - střídavý trénink ( zatížení různé intenzity, různého trvání) - intervalový trénink ( stejná intenzita i trvání ) - kontinuální trénink ( déletrvající zatížení ) Racionální trénink má 4 komponenty fyziologických mechanismů několik sekund 60s 3 – 5 min 30 minut a více Intenzita maximální Co nejvyšší intenzita submaximální intenzita střední intenzita rozvoj síly nebo rychlosti rozvoj anaerobního systému rozvoj maximálního aerobního výkonu rozvoj vytrvalosti Přehled adaptací Kardiovaskulární systém Dýchací systém Energetický metabolismus Pohybový systém Kardiovaskulární systém • souvisejí s trénovaností 1. strukturální změny 2. funkční změny Trénovaný jedinec - strukturální změny srdce • fyziologická hypertrofie a dilatace • hmotnosti cévy • množství kapilár ve svalech Fyziologická hypertrofie srdce u vytrvalostního tréninku hypertrofie excentrická = dilatace komor u silového tréninku hypertrofie koncentrická = ↑ tloušťka stěn, ale zmenšení dutin Dosažení trvá několik let. Běžné u vrcholových sportovců u rekreačních výjimečné. ↓ klidové TF = • extrémní hodnoty 30-35 tepů/min ↑ klidového systolického objemu na 80-100 ml • při zátěži až 150-200 ml ↑ max. minutový objem ( zatížení) až 35 l/min Trénovaný jedinec - funkční změny sportovní bradykardie ADAPTACE NA ZÁTĚŽ • SRDEČNÍ FREKVENCE  • SYSTOLICKÝ OBJEM  100-120 ml • SRDEČNÍ VÝDEJ • KONTRAKTILITA  •EJEKČNÍ FRAKCE  Dýchací systém • lepší mechanika dýchání • lepší plicní difůzi • ↓ DF • ↑ max. DO (3-5 l) • ↑ VC ♂ 5-8 l, ♀ 3.5-4.5 l • ↓ minutovou ventilaci při standardním zatížení, vyšší max. hodnotu ♂ 150-200 l, ♀ 100-130 l • rychlejší nástup setrvalého stavu • minimální až nulové projevy mrtvého bodu Krev • Delší dobu trvající vytrvalostní aerobní trénink vede ke zvětšení množství krve : 1. nejprve objem plazmy 2. po 2 až 3 týdnech erytrocyty a hemoglobin • Za adaptační změnu považujeme i zvýšení množství červených krvinek, při pobytu ve vysokohorském prostředí ( 2300 m 4 týdny, po 8 týdnů) • Zvyšování počtu erytrocytů zlepšuje podmínky pro transport kyslíku z plic překročení hodnot hemoglobinu nad 18,5 g/dl muži a 16,5g/dl ženy = zákaz startu na 14 dní Zvýšení objemu plazmy je však výraznější ( to se projeví snížením hematokritu a snížením viskozity krve (cirkulace) Pohybový systém Ve svalech trénovaných jedinců ( typ zatížení) 1. strukturální změny ( mitochondrie, hypertrofie, vaskularizace) 2. metabolická reakce při zatížení ( glykogen, enzymy,..) ADAPTACE NA ZÁTĚŽ ČINNOST SILOVÁ hypertrofie vláken II B, aktivita myokinázy ČINNOST RYCHLOSTNÍ obsahu a utilizace ATP a CP, hypertrofie vláken II B ČINNOST RYCHLOSTNĚ–VYTRVALOSTNÍ (2min) aktivita glykolytického systému, utilizace glykogenu, pufrovací kapacity ČINNOST VYTRVALOSTNÍ mitochondrií, aktivita enzymů dýchacího řetězce, kapilarizace, hypertrofie I, možná konverze z II I(?), hladiny svalového glykogenu o 100%, aktivita lipázy Kost • Fyzické zatěžování organismu podporuje růst kostí • Kost je po celou dobu života metabolicky aktivní (zvyšuje se obsah minerálních látek – Ca) • Trénink zvyšuje (i snižuje) hmotnost kostí (vlivem působení parathormonu) • Dlouhodobě neúměrně vysoká intenzita tréninkové zátěže produkuje pokles kostní denzity (osteoporózu) • Úměrná intenzita produkuje vyšší denzitu diafýz Poznámka: Intenzivní zatížení mladého rostoucího organismu však vede v některých případech snad vlivem androgenů z nadledvinek k omezení růstu dlouhých kostí do délky předčasnou osifikací chrupavčitých růstových zón mezi hlavicemi a tělem kostí. Kosti jsou potom širší a kratší Šlachy, vazy, klouby • Zvyšuje se obsah kolagenu a aktivita enzymů • Pojivová tkáň je dosti adaptivní Zatížení mění pozitivně tj. posiluje kosti, šlachy i vazy Rychlostní disciplíny • zvýšení obsahu a utilizace ATP a CP ve svalové tkáni ( po 10 s se sníží obsah ATP v činném svalu o 11%,CP o 45%) • Zvýšená činnost myokinázy a kreatinkinázy • hypertrofie vláken II B • Zvýšené množství kontraktilních proteinů • Plavci- dechová kapacita zlepšena, vyšší VC, lepší žilní návrat, bradykardie ( diving reflexponoření obličeje do vody ) Silové disciplíny • hypertrofie srdce hypertrofie koncentrická = ↑ tloušťka stěn, ale zmenšení dutin • hypertrofie rychlých glykolytických vláken, aktivita myokinázy, kreatinkinázy • zvýšení zásob ATP,CP • Adaptační změny dýchacího systému minimální, bradykardie 0 • Významný pokles testosteronu a vzestup luteinizačního hormonu / narušeno anaboliky ?/ Maladaptace fixaci TK -po dlouhodobém silovém tréninku ve formě hypertenze (vzpěrači) Vytrvalostní disciplíny • Zásoby glykogenu o 100% • aktivita enzymů dýchacího řetězce • zvýšená aktivita lipázy • zvýšení počtu mitochondrií • vaskularizace svalů Adaptační změny-krevní oběh 1. strukturální změny 2. funkční změny Strukturální změny : srdce • fyziologická hypertrofie a dilatace • hypertrofie excentrická = zvětšení komor + ↑ tloušťka stěn cévy • množství kapilár ve svalech= vaskularizace Funkční změny : klidová TF = sportovní bradykardie / pod 60 tepů / • extrémní hodnoty 30-35 tepů/min ↑ klidového systolického objemu na 80-100 ml / o 50 ml vyšší než u netrénovaného / při zátěži až 150-200 ml ↑ max. minutový objem až 35 l/min/ o 10 l vyšší než u netrénovaného / • SRDEČNÍ FREKVENCE  • SYSTOLICKÝ OBJEM  100-120 ml • SRDEČNÍ VÝDEJ • KONTRAKTILITA  Adaptační změny-dýchací systém • lepší mechanika dýchání • lepší plicní difuze • ↓ DF • ↑ max. dechového objemu (3-5 l) • ↑ VC ♂ 5-8 l, ♀ 3.5-4.5 l • rychlejší nástup setrvalého stavu při vyšší intenzitě / 150 – 200W / • minimální až nulové projevy mrtvého bodu Adaptační změny – metabolická adaptace - Snížení celkového cholesterolu cholesterol HDL stoupá LDL klesá - Snížení sekrece inzulínu a zvýšení citlivosti jeho receptorů - Rychlejší utilizace tuků / vyšší aktivita lipázy / Koordinačně estetické disciplíny • Adaptační specifické projevy v oblasti nervově – svalového systému( neuromuskulární koordinace ) • Vysoká úroveň funkcí analyzátorů ( kinestetického, statokinetického, zrakového , periferní vidění) • Zvyšuje se úroveň motorického učení, zlepšení kvality motorického učení • Schopnost tolerance k metabolické acidóze ( koordinačně náročné cviky jsou schopni provádět za vysoké laktacidemie – krasobruslení, SG ) • Mnoho tréninkových hodin= adaptační změny v kardiovaskulárním systému ( bradykardie po 7 – 8 letech tréninku, hypertrofie myokardu 0, vyšší VC ,….) Úpoly • Adaptační specifické projevy v oblasti nervově – svalového systému( neuromuskulární koordinace ) • Vysoká úroveň funkcí analyzátorů ( kinestetického, statokinetického, zrakového , periferní vidění, odhad vzdálenosti ) cévy množství kapilár ve svalech= vaskularizace Sportovní srdce ( hypertrofie- komor ) Kung-fu, box Box – zvýšená srážlivost krve ↓ klidové TF = sportovní bradykardie / pod 60 tepů / Vyjímka – sumo ( klidová TF okolo 86 ) Snížené taktilní čití a bolestivá cítivost Sportovní hry Podobné adaptace jako u koordinačně estetických a úpolů: • Adaptační specifické projevy v oblasti nervově – svalového systému( neuromuskulární koordinace ) • Vysoká úroveň funkcí analyzátorů ( kinestetického, statokinetického, zrakového , periferní vidění) SH cévy množství kapilár ve svalech= vaskularizace Sportovní srdce ( hypertrofie ) Fotbal, vodní pólo ( největší ze sportovních her ) ↓ klidové TF = sportovní bradykardie / pod 60 tepů / Fotbal, házená,baseball,softball • Atletika skoky • Atletika vrhy a hody • Alpské lyžování • Skoky na lyžích Zvýšení obsahu ATP, CP ve svalové tkáni, hypertrofie rychlých svalových vláken, adaptační změny kardiovaskulárního systému téměř nulové ( klidová TF lehce pod normál) • Atletika – střední tratě • Dráhová cyklistika- stíhači • Kanoistika rychlostní • Plavání ( 200 m ) Rozvoj glykolytického metabolického potenciálu kosterního svalstva, , zdrojem energiesvalový glykogen,využití glykogenu je 7x vyšší než u vytrvalostního zatížení, periferní vidění, excentrická hypertrofie srdce, vaskularizace svalů • Kanoistika -divoká voda • Veslování Vysoká funkce analyzátorů ( kinestetický, statokinetický, zrakový ), veslaři – maximální spotřeba kyslíku, velký objem krve ( až 7,8 l ), koncentricko- exentrická hypertrofie srdce, vysoké zastoupení pomalých oxidativních vláken, ale i rychlých oxidativně – glykolytických vláken, vysoký obsah glykogenu ve svalu, zvýšená aktivita enzymů oxidativního metabolismu Rychlostně- silové Rychlostně – vytrvalostní Silově – vytrvalostní Adaptace na zatížení Sport Zdroje energie enzymy Strukturální změny- sval Strukturální změny- srdce Funkční změny - srdce Dýchací systém sprint vzpírání maraton hokej MG box Adaptace na zatížení Sport Metabolická Zrakový analyzátor Statokinetický analyzátor Kinestetický analyzátor další sprint vzpírání maraton hokej MG box