Fyziologický ústav, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita1
Adaptace
Marie Nováková
EKOLOGICKÁ FYZIOLOGIE
Zkoumá vliv okolního prostředí na živé organismy a jejich
schopnost přizpůsobit se změněným podmínkám - ADAPTACE
(Adaptational nebo Environmental Physiology)
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita
ZKOUMÁNÍ ADAPTACÍ na zvířatech
na dobrovolnících
2
REGULACE = přímá, bezprostřední odezva organismu na
změny prostředí (obvykle sekundy, minuty, ale i hodiny či
dny)
ADAPTACE = soubor (biochemických, funkčních a
strukturálních) změn organismu vyvolaných
dlouhodobými a/nebo opakovanými změnami prostředí
(dny, měsíce, roky) o dostatečné intenzitě
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita3
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita4
Adaptace = přizpůsobení se
̶ Dlouhodobá strukturální a/nebo funkční přestavba
̶ Vede k poklesu energetických nároků na udržení homeostázy
za změněných podmínek
̶ Funkční (nebo evoluční) výhoda
ADAPTACE
INDIVIDUÁLNÍ
GENETICKY FIXOVANÁ
AKLIMACE
Reakce celého organismu na změnu jednoho faktoru
zevního prostředí
AKLIMATIZACE
Reakce celého organismu na změnu více faktorů zevního
prostředí
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita5
MECHANISMY ADAPTACÍ
1. Projev plasticity nervové soustavy
• změny na molekulární úrovni v CNS
• změny genové exprese
• regulace počtu trnů neuronů
• změny v zapojení neuronových sítí (kortikálních polí)
2) Změny vegetativního tonu (sportovci)
3) Změny struktury orgánů (adaptace na fyzickou zátěž)
4) Krátkodobé změny barvy kůže (opálení)
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita
CIVILIZAČNÍ NEMOCI =
nemoci z maladaptace
• vředová choroba žaludku
• hypertenze
• ICHS
• psychózy
• neurózy
6
ADAPTAČNÍ MECHANISMY
Příklad: adaptace termoregulace
- Velikost potních žláz
- Podkožní tuk
- Metabolismus/energetický obrat
- Pocení
- Pohybová aktivita
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita7
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita8
Adaptace na extrémní teploty
Source: www.freepik.com
ADAPTACE NA CHLAD
1. OCHRANA PŘED ZTRÁTAMI TEPLA (peří, vasokonstrikce,
zvýšení tukových zásob v podkoží)
2. ZVÝŠENÍ PRODUKCE TEPLA (zvýšení metabolismu)
3. POSUN SET-POINTU SMĚREM DOLŮ (opak horečky, chování
jako u hibernujících zvířat)
ADAPTACE IZOLAČNÍ
METABOLICKÁ
HYPOTERMNÍ
18.století: přežívání námořníků ve studené vodě
1887: V. Priesnitz, S. Kneipp
Lidé v zimě tolerují nižší teploty lépe než v létě.
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita9
Aklimace.
Člověk: jako tropická zvířata (termoneutrální zóna mezi 27 – 32°C)
Tuleň, liška, racek: arktická zvířata (termoneutrální zóna mezi 20 –
40°C, teprve pod 20°C termoregulují)
U člověka se uplatní vždy všechny tři adaptační mechanismy.
U adaptovaných – klesá spotřeba O2, nemění se TF, stoupá TK (o 20
– 40 Torrů), snižuje se pocit dyskomfortu (nastupuje při nižší teplotě),
klesá set-point (přibližně o 0,75°C).
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita10
PRŮBĚH ADAPTACE NA CHLAD
- Především přenastavení set-pointu
- Změna jídelníčku (vyšší příjem energie, ale bez nárůstu hmotnosti, pomalu
narůstá procento tělesného tuku)
- Chladová diuréza (vylučování Na+ a K+) – až 60x, zprostředkováno ANF,
hemokoncentrace, zvýšení počtu leukocytů i erytrocytů
- Změny glykémie: u neadaptovaných klesá (stres), u adaptovaných vzrůstá
(není stres)
- Snížení prahu pro bolest na kůži (celková habituace – snížení citlivosti
receptorů); stresová analgézie v průběhu adaptace
- Klesá práh pro svalový třes
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita11
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita12
Adaptace na chlad
̶ Strategie: snížení tepelných ztrát (+ zvýšení produkce tepla)
̶ Zvýšení chuti k jídlu (apetit)
̶ Nárůst podkožní tukové vrstvy
̶ Přestavění termoregulačního centra
̶ Snížení teploty pro aktivaci třesové termogeneze
ADAPTACE NA TEPLO
1) SEKRECE POTU se až zdvojnásobuje
2) PRÁH PRO POCENÍ se posouvá k nižším teplotám (jádra i povrchu)
3) SNÍŽENÍ OBSAHU ELEKTROLYTŮ V POTU
4) POCIT ŽÍZNĚ se zvyšuje
5) HIDROMEIOSIS (pokles sekrece potu ve vlhkém horkém klimatu, po
období profuzního pocení; snižuje nepotřebné odkapávání potu)
6) ADAPTACE TOLERANCE NA HORKO u obyvatel tropů, práh pocení je
posunut k vyšším tělesným teplotám.
POZOR na tělesnou práci!!!
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita13
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita14
Adaptace na teplo
̶ Strategie: zvýšení tepelných ztrát + snížení produkce tepla
̶ Snížení chuti k jídlu (apetit)
̶ Adaptace pocení
̶ Závislé na vlhkosti prostředí; snížení produkce potu, snížení koncentrace iontů
̶ Přestavění termoregulačního centra
̶ Zvýšení teploty pro aktivaci pocení
ADAPTACE NA VYSOKOHORSKÉ PROSTŘEDÍ
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita15
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita
16
VÝŠKOVÁ AKLIMATIZACE (dlouhotrvající pobyt)
Probíhá minimálně několik týdnů, plně rozvinutá je po měsících až létech.
REAKCE KARDIOVASKULÁRNÍ: normalizace SF a SV, zúžení plicních arteriol
– plicní hypertenze
REAKCE RESPIRAČNÍ: minutová ventilace se stabilizuje (přímo úměrně
výškové hypoxii), centrální chemoreceptory se adaptují
ZVÝŠENÁ SEKRECE ERYTROPOETINU: polyglobulie, zvýšení transportní
kapacity krve pro O2, zvýšení viskozity krve, zvýšení hustoty mitochondrií,
zvýšení obsahu myoglobinu
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita17
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita18
DOPORUČENÍ K AKLIMATIZACI NA VYSOKOHORSKÉ PROSTŘEDÍ
Po 3 dnech: ustálí se A-B rovnováha, začne se zvyšoval Hb
Po několika týdnech: je možné podat i atletický výkon
GENETICKÁ VÝBAVA U HORSKÝCH NÁRODŮ
• Větší hrudník
• Větší kapilární řečiště v plicích
• Větší objem srdce (EDV)
• Větší srdeční výdej
• Vyšší koncentrace Hb
• Zvýšené množství kostní dřeně
Adaptace od dětství???
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita19
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita20
Adaptace na fyzickou zátěž:
Silové vs. vytrvalostní zatížení
Source: www.freepik.com - photo created by gpointstudio Source: www.freepik.com - photo created by alexeyzhilkin
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita21
Spuštění adaptace
̶ Nadprahová změna vnějšího a/nebo vnitřního prostředí
̶ Působí dlouhodobě a/nebo opakovaně
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita22
Adaptace na fyzickou zátěž
̶ Kosterní sval
̶ Hypertrofie, neovaskularizace
̶ Kardiovaskulární systém
̶ Adaptace srdce (koncentrická hypertrofie vs. atletické srdce)
̶ Zvýšení počtu erytrocytů, resp. koncentrace hemoglobinu
̶ Adaptace regulací krevního tlaku a perfuse (kosterní sval, srdce, ledviny)
̶ Dýchací systém
̶ Rozvoj plic (pokud je možné i hrudního koše), zlepšení difuze plynů přes a-k membránu
̶ Metabolismus
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita23
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita24
Maximální spotřeba kyslíku (VO2max)
̶ netrénovaná osoba středního věku: 30 – 40 mlO2/(min.kg)
̶ elitní vytrvalostní atlet: 80 – 90 mlO2/(min.kg)
̶ pacient s těžkým srdečním selháním /CHOPN : 10 – 20 mlO2/(min.kg)
Adopted from:
https://studentconsult.inkling.com/read/boron-
medical-physiology-3e/chapter-60/figure-60-6
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita25
Determinanty VO2 max
1. Příjem O2 v plicích
̶ ventilace plic, celková difuzní kapacita plic
2. Dodávka O2 do svalů
̶ průtok krve (tlakový gradient – srdeční výdej vs. odpor)
̶ koncentrace hemoglobinu (vazebná kapacita krve pro O2)
3. Extrakce O2 z krve do svalů
̶ pO2 gradient: krev-mitochondrie
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita26
Atletické srdce
̶ Adaptace srdce na vytrvalostní zátěž
̶ ↑ LVEDV - ↑ SV - (baroreflex) ↓ HR
̶ ~ CO v klidu
̶ ↑ srdeční rezerva
Source: https://assets.beta.meta.org/discover/thematic-feed/83-athletic-heart-syndrome.jpg
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita27
Srdeční rezerva u atletického srdce
0
10
20
30
40
0 1 2 3 4 5
Srdečnívýdej[l/min]
Zátěž [W/kg]
trénovaný (atletické srdce;
↑ srdeční rezerva)
netrénovaný
(fyziologická reakce)
selhávající srdce (↓↓↓ srdeční rezerva)
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita28
Transversální řezy srdcem:
hypertonické srdce s koncentrickou hypertrofií (vlevo)
normální srdce (uprostřed)
hypertonické srdce s excentrickou hypertrofií = hypertrofie + dilatace (vpravo)
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita29
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita30
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita31
CVIČENÍ A SRDCE – DOBRÉ, ŠPATNÉ, ŠKODLIVÉ ???
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita32