Φυσιολογία της Άσκησης Λειτουργία καρδιαγγειακού αναπνευστικού συστήματος Βασίλειος Σπ. Τράνακας MSc Διαιτολόγος Διατροφολόγος Καθηγητής Φυσικής Αγωγής & Αθλητισμού, Επιστημονικός συν. Τ.Ε.Ι. Κρήτης
Καρδιαγγειακό σύστημα Κλειστό κύκλωμα ροής Άμεση ανταπόκριση στις μεταβαλλόμενες ανάγκες του οργανισμού. Αποτελείται από: Καρδιά (αντλία) Αιμοφόρα αγγεία (σύστημα διαύλων) Αίμα (υγρό μέσο)
Καρδιά Μυοκάρδιο καρδιακός μυς Το πάχος του ποικίλει ανάλογα με την πίεση που ασκείται στο τοίχωμά του. Μεγαλύτερο πάχος τοιχώματος (υπετροφία) στην αριστερή κοιλία.
Καρδιά 4 Κοιλότητες 2 κόλπους χώροι λήψης αίματος (δεξιά και αριστερά) 2 κοιλίες - χώροι εξώθησης αίματος (δεξιά και αριστερά)
Καρδιαγγειακό σύστηµα Καρδιακός μυς Δεξιός κόλπος / κοιλία Αριστερός κόλπος / κοιλία Δεξιό τμήμα - Δέχεται φλεβικό αίμα απ όλο το σώμα και το διοχετεύει στους πνεύμονες Αριστερό τμήμα - δέχεται οξυγονωμένο αίμα από τους πνεύμονες και το διοχετεύει σε όλο το σώμα 5
Καρδιαγγειακό σύστημα Μικρή ή πνευμονική κυκλοφορία (δεξιά κοιλία- πνεύμονες- αριστερός κόλπος) μεγάλη ή συστηματική κυκλοφορία (αριστερή κοιλία- περιφέρεια- δεξιός κόλπος) 6
Καρδιαγγειακό σύστημα
Καρδιακή λειτουργία 8 Αδιάκοπη ρυθμική λειτουργία Πλούσιο δίκτυο τριχοειδών Αυτορυθμιζόμενη ροή αίματος [2 (3) στεφανιαίες αρτηρίες] Μεγάλος αριθμός μιτοχονδρίων Αυξημένη δραστηριότητα μιτοχονδριακών ενζύμων 2 είδη μυϊκών ινών (υπεύθυνες για την εκτέλεση μηχανικής συστολής και ίνες που είναι υπεύθυνες για παραγωγή και διάδοση της διέγερσης στο καρδιακό μυ) Ενεργειακά υποστρώματα (κυρίως) ελεύθερα λιπαρά οξέα γαλακτικό οξύ
Καρδιακή λειτουργία 9 Καρδιακή παροχή (cardiac output - CO) βασικός δείκτης λειτουργικής ικανότητας της κυκλοφορίας και είναι η ποσότητα αίματος που εξωθείται από την αριστερή κοιλία στην αορτή κάθε λεπτό (4.0-7.0L). Καρδιακή παροχή = καρδιακή συχνότητα x όγκο παλμού Καρδιακή συχνότητα ρυθμός συστολής Όγκος παλμού ποσότητα αίματος που εξωθείται από την αριστερή κοιλία κατά την φάση της συστολής (σε κάθε παλμό)
Αρτηρίες - φλέβες Οι αρτηρίες απομακρύνουν το αίμα από την καρδιά και έχουν παχύτερα τοιχώματα Οι φλέβες επαναφέρουν το αίμα στην καρδιά και έχουν βαλβίδες ώστε να εξασφαλίζεται η μονόδρομη ροή του αίματος
Καρδιακός ρυθμός 11 Ορίζεται ως: οι παλμοί της καρδιάς στη μονάδα του χρόνου και συνήθως εκφράζεται ανά λεπτό (bpm) Η μεταβλητότητα του οφείλεται σε πολλές αιτίες όπως, οι ανάγκες των ιστών του σώματος για Ο 2, το στρες, ασθένειες κλπ.
Έλεγχος καρδιακής λειτουργίας 12 Νευρικός ΚΝΣ Αυτόνομο νευρικό σύστημα Ορμονικός Αδρεναλίνη (β- αδρενεργικοί υποδοχείς) Νοραδρεναλίνη
Έλεγχος καρδιακής λειτουργίας Παρασυμπαθητικό σύστημα κατευναστική δράση Συμπαθητικό σύστημα διεγερτική δράση Ορμονικό σύστημα διεγερτική δράση
Έλεγχος καρδιακής λειτουργίας Το συμπαθητικό μέσω του πνευμονογαστρικού νεύρου μπορεί να μειώσει την καρδιακή συχνότητα στους 20-30 παλμούς/λεπτό Το συμπαθητικό αυξάνει την καρδιακή συχνότητα έως 250 παλμούς /λεπτό Το ενδοκρινικό δρα μέσω των κατεχολαμινών (Αδρεναλίνη- Νοραδρεναλίνη αυξάνοντας την καρδιακή συχνότητα δρώντας στους β- αδρενεργικούς υποδοχείς.
Καρδιακή συχνότητα Η κανονική καρδιακή συχνότητα ηρεμίας κυμαίνεται μεταξύ 60 και 80 παλμών /λεπτό. Η χρόνια προπόνηση αντοχής επιδρά στην καρδιακή συχνότητα μειώνοντας την. Έχουν παρατηρηθεί σε δρομείς μεγάλων αποστάσεων ΚΣ 30-35 παλμών /λεπτό. Η καρδιακή συχνότητα ορίζεται από τον φλεβοκόμβο, τον βηματοδότη της καρδιάς, και αλλάζει με την επίδραση του συμπαθητικού, παρασυμπαθητικού και ορμονικού.
Καρδιακή συχνότητα Καρδιακή συχνότητα Μια από τις σημαντικότερες ευεργετικές προσαρμογές της καρδιάς του αθλούμενου είναι η βραδυκαρδία η σταθεροποίηση δηλαδή της καρδιακής συχνότητας σε χαμηλότερα επίπεδα κατά την ηρεμία. Υπολογισμός Μέγιστης Καρδιακής Συχνότητας ΜΚΣ=220- ηλικία (έτη) ή ΜΚΣ=208- (0,7 Χ ηλικία)
Καρδιακή συχνότητα 17 Εκτίμηση της μέγιστης τιμής καρδιακής συχνότητας Μέγιστη καρδιακή συχνότητα (παλμοί /λεπτό) = 220 Ηλικία (έτη) Η μέγιστη τιμή καρδιακής συχνότητας είναι σημαντικά μικρότερη (~ 13 παλμούς/min) κατά την εκτέλεση ασκήσεων με τα άνω άκρα (κολύμβηση). Παραδείγματα: άνδρας 30 ετών Μ.Κ.Σ.= 220-30 = 190 γυναίκα 40ετών Μ.Κ.Σ. = 220-40 = 180
Καρδιακή συχνότητα Ένταση άσκησης 18 Υπολογισμός της επιθυμητής έντασης άσκησης σε σχέση με τη μέγιστη τιμή καρδιακής συχνότητας Μ.Κ.Σ. = 220 ηλικία Καρδιακή συχνότητα άσκησης = ένταση (%) x Μ.Κ.Σ. Παράδειγμα: γυναίκα 30 ετών Μ.Κ.Σ = 190 Επιθυμητή ένταση άσκησης 70% της Μ.Κ.Σ. Καρδιακή συχνότητα άσκησης = 0,70 x 190 =133
Όγκος παλμού Καρδιακή παροχή Όγκος παλμού ο όγκος αίματος που εξωθείται από την αριστερή κοιλία. Ο όγκος παλμού αυξάνεται κατά τη διάρκεια της άσκησης, 80-110ml κατά την ηρεμία 160-200ml κατά την άσκηση Καρδιακή παροχή ο συνολικός όγκος αίματος που αντλείται από την κοιλία ανά λεπτό ή το γινόμενο ΚΣ Χ ΟΠ Η ΚΠ αυξάνεται κατά τη διάρκεια της άσκησης για να ικανοποιηθούν οι ανάγκες σε Ο 2 5L/m κατά την ηρεμία 35L/m κατά την ηρεμία
Όγκος παλμού Καρδιακή παροχή Οι μεταβολές της καρδιακής παροχής οφείλονται σε αντίστοιχες προσαρμογές της καρδιακής συχνότητας και του όγκου παλμού. Ο όγκος παλμού στους αθλητές αθλημάτων αντοχής είναι γενικά μεγαλύτερος από ότι σε αθλητές αγωνισμάτων ισχύος και επιδεξιότητας. Η διαφορά αυτή οφείλεται σε διαφορετικές προσαρμογές του μυοκαρδίου.
Καρδιακή λειτουργία 21 Η αύξηση της καρδιακής παροχής οφείλεται : Σε ένταση < 40% μεγ. Πρόσληψης Ο 2, τόσο στην αύξηση της καρδιακής συχνότητας όσο και στην αύξηση του όγκου παλμού Σε ένταση > 40% μεγ. Πρόσληψης Ο 2, αποκλειστικά στην αύξηση της καρδιακής συχνότητας
Έργο μυοκαρδίου 22 Διπλό γινόμενο = Καρδιακή Συχν. x Συστολική Πίεση Γινόμενο μέγιστης συστολικής πίεσης και καρδιακής συχνότητας. Δείκτης αιμάτωσης της καρδιάς και της καρδιακής λειτουργίας. 9500-10000 μονάδες για υγιείς, σε κατάσταση ηρεμίας 40000-44000 μονάδες σε μέγιστο έργο
Αρτηριακή πίεση Η δύναμη που ασκείται από το αίμα στο τοίχωμα (ενδοθήλιο) των αρτηριών Συστολικη πίεση Η μέγιστη πίεση (στην αορτή) που καταγράφεται στο χρονικό μέσο της κοιλιακής εξώθησης (φ.τ. 120mmHg) Κατά την άσκηση μέχρι (200mmHg) Διαστολικη πίεση Η ελάχιστη πίεση που παρατηρείται δέκατα του δευτερόλεπτου πριν αρχίσει η κοιλιακη εξώθηση (80mmHg) Κατά την άσκηση αύξηση μέχρι 12% (90mmHg)
Επίδραση της άσκησης στο καρδιαγγειακό σύστημα Η άσκηση προκαλεί βασικές μεταβολές στην καρδιαγγειακή λειτουργία και στο μυϊκό σύστημα όπως: Αυξάνεται η κατανάλωση οξυγόνου από την καρδιά και τους μυς Αυξάνεται ο όγκος παλμού της καρδιάς Αυξάνεται η οξειδωτική ικανότητα των μυών, με αποτέλεσμα καλύτερη συσταλτικότητα Βελτιώνεται η λειτουργία του ενδοθηλίου
Επίδραση της άσκησης στο καρδιαγγειακό σύστημα Άτομα που ασκούνται τακτικά εμφανίζουν κατά την ηρεμία: Αύξηση του τόνου του παρασυμπαθητικού συστήματος, Ελάττωση του τόνου του συμπαθητικού συστήματος, Ελάττωση της καρδιακής συχνότητας
Έκκεντρη Συγκεντρική υπερτροφία Η ισοτονική άσκηση προκαλεί έκκεντρη υπερτροφία και διάταση του μυοκαρδίου, όμως η σχέση της διαμέτρου των κοιλιών προς το πάχος του τοιχώματός τους παραμένει φυσιολογική. Αντίθετα, η ισομετρική άσκηση προκαλεί συγκεντρική υπερτροφία του μυοκαρδίου χωρίς διάταση και χωρίς διαταραχές της διαστολικής λειτουργίας του μυοκαρδίου
Υπερτροφική μυοκαρδιοπάθεια
Καρδιά αθλητή Η υπερτροφία των τοιχωμάτων της καρδιάς του αθλητή θεωρείται μια φυσιολογική βιολογική απάντηση στο αυξημένο έργο της καρδιάς και αυτός είναι ο λόγος που υποστρέφει μετά τη διακοπή της αθλητικής του σταδιοδρομίας. Αντίθετα, επί ύπαρξης υπερτροφικής μυοκαρδιοπάθειας, αυτή η υπερτροφία του μυοκαρδίου δεν είναι αυτόματα αναστρέψιμη
Καρδιά αθλητή Η αριστερή κοιλία ενός μαραθωνοδρόμου πιθανόν έχει μεγάλη χωρητικότητα και κανονικό τοίχωμα για να διοχετεύει μεγάλες ποσότητες αίματος για πολύ χρόνο. Αντίθετα η αριστερή κοιλία ενός παλαιστή πιθανόν έχει μικρότερη χωρητικότητα και υπερτροφικό τοίχωμα για να αντιμετωπίζει υψηλές αρτηριακές πιέσεις.
Επίδραση της άσκησης με αντιστάσεις στην αρτηριακή πίεση Αύξηση ΣΑΠ και ΔΑΠ κατά την άσκηση (αυξημένη τάση στους μυς αύξηση των περιφερικών αντιστάσεων επιβάρυνση αριστερής κοιλίας) Μείωση στη φάση της αποκατάστασης (μείωση των περιφερικών αντιστάσεων μείωση φλεβικής επιστροφής) Μείωση στο πρώτο 24ωρο.
Επίδραση διαφορετικών μορφών άσκησης στην αρτηριακή πίεση ασθενών με ΑΥ) (αερόβια - 70%VO2 max 3min, αντιστάσεων 70% 1RM)
Επίδραση διαφορετικών μορφών άσκησης στην αρτηριακή πίεση ασθενών με ΑΥ) (αερόβια - 70%VO2 max 3min, αντιστάσεων 70% 1RM)
Επίδραση διαφορετικών μορφών άσκησης στην αρτηριακή πίεση ασθενών με ΑΥ) (αερόβια - 70%VO2 max 3min, αντιστάσεων 70% 1RM)
Επίδραση διαφορετικών μορφών άσκησης στην αρτηριακή πίεση ασθενών με ΑΥ) (αερόβια - 70%VO2 max 3min, αντιστάσεων 70% 1RM)
Επίδραση της αερόβιας άσκησης στην αρτηριακή πίεση Οι μηχανισμοί με τους οποίους η αερόβια άσκηση δρα στην αρτηριακή πίεση δεν είναι απόλυτα ξεκάθαροι. Αλληλεπίδραση μηχανισμών για την επίτευξη της μείωσης της αρτηριακής πίεσης.
Επίδραση της αερόβιας άσκησης στην αρτηριακή πίεση Αύξηση αγγειοδιασταλτικών μηχανισμών (αύξηση ενδορφινών) Μείωση περιφερικών αντιστάσεων Μείωση επιπέδων νοραδρεναλίνης Μείωση της αντίστασης στην ινσουλίνη
Επίδραση της αναερόβιας άσκησης στην αρτηριακή πίεση Υπάρχει δραματική αύξηση της αρτηριακής πίεσης καθώς η διαρκής μυϊκή δύναμη συμπιέζει περιφερικές αρτηρίες προκαλώντας σημαντική αντίσταση στη ροή του άιματος Χειρισμός valsava
Άσκηση άνω άκρων - ΑΠ H αρτηριακή πίεση είναι σημαντικά υψηλότερη όταν η άσκηση εκτελείται με τα χέρια απ ότι με τα πόδια Πιθανότατα η μικρότερη μυϊκή μάζα και το αγγειακό σύστημα των χεριών προβάλλουν μεγαλύτερη αντίσταση στη ροή του αίματος από ότι η μεγαλύτερη μυϊκή μαζα και το αγγειακό σύστημα των ποδιών Κατά τη διάρκεια της άσκησης το αίμα ρέει προς τα άνω άκρα οπότε απαιτεί μεγαλύτερη συστολική πίεση με επακόλουθο την μεγαλύτερη καρδιαγγειακή επιβάρυνση
Υπέρταση και άσκηση 39 Η συστηματική αερόβια άσκηση μπορεί να μειώσει την αρτηριακή πίεση και να συμβάλλει στη μείωση της φαρμακευτικής αγωγής Ένταση: 40-70% VΟ 2 Διάρκεια:30-60 min Συχνότητα: 5-6 φορές την εβδομάδα Άσκηση υψηλής έντασης καθώς και ισομετρικές πρέπει να αποφεύγονται. Ασκήσεις μικρών μυϊκών ομάδων αυξάνουν την αρτηριακή πίεση από ότι η άσκηση σε μεγάλες μυϊκές ομάδες. Άσκηση με βάρη στο 40-60% του 1RM μαζί με αερόβια άσκηση επιφέρει καλύτερα αποτελέσματα. Κατηγορία συστολική Διαστολική Άριστη <120 <80 Φυσιολογική 120-129 80-84 Οριακή αρτηριακή πίεση 130-139 85-89 Υπέρταση Ι 140-159 90-99 Υπέρταση ΙΙ 160-179 100-109 Υπέρταση ΙΙΙ >- 180 >- 110
Ανακατανομή αίματος κατά τη διάρκεια της άσκησης Το αίμα προωθείται κατά προτεραιότητα στους ενεργούς ιστούς (μυς) κατά τη διάρκεια της άσκησης. Ηρεμία - 15-20% του αίματος στους μυς Άσκηση 80-85% του αίματος στους μυς Θερμορυθμιστική λειτουργία
Ανακατανομή αίματος στους ιστούς κατά την άσκηση
Αναπνευστικό σύστημα Ανατομία των Πνευμόνων Βάρος: 1 kg Κυψελίδες: 300 εκατομμύρια Επιφάνεια: 50 100 m2 Αιμάτωση: 300 δισ. τριχοειδή
Αναπνευστικό σύστημα Πνεύμονες Αναπνοή Η ανταλλαγή αερίων μεταξύ του περιβάλλοντος και του οργανισμού Η παροχή Ο 2 και η αποβολή CO 2
Αναπνευστική λειτουργία Πνεύμονες επιφάνεια επαφής ανάμεσα στο αίμα και στο εξωτερικό περιβάλλον Κυψελίδες χώρος ανταλλαγής Ο 2 και CO 2 Διάφραγμα Μεσοπλεύριοι μυς 44
Αγγειακό σύστημα Αορτή - αρτηρίες αρτηρίδια τριχοειδή Φλέβες - φλεβίδια
Αρτηριοφλεβική διαφορά Ο 2 Η διαφορά της περιεκτικότητα του αίματος σε Ο 2 μεταξύ αρτηριών και φλεβών ονομάζεται αρτηριοφλεβική διαφορά Ο 2. Αρτηρίες - 20mlO 2 ανά 100ml αίματος (ηρεμία) Φλέβες - 14mlO 2 ανά 100ml αίματος (ηρεμία) Με τον αυξανόμενο ρυθμό άσκησης η διαφορά αυτή αυξάνεται σταδιακά. Η φλεβική περιεκτικότητα σε Ο 2 στους ενεργούς μυς πλησιάζει το μηδέν.
Αρτηριοφλεβική διαφορά Ο2
Όγκος πλάσματος - ph Ο όγκος πλάσματος μειώνεται κατά τη διάρκεια της άσκησης Όταν μειώνεται ο όγκος πλάσματος εμφανίζεται αιμοσυμπύκνωση. Αύξηση* ερυθρών αιμοσφαιρίων ανά μονάδα αίματος αύξηση ικανότητας μεταφοράς Ο 2. Το ph αίματος μειώνεται κατά τη διάρκεια της άσκησης (από 7,4 σε 7) ενώ στους μυς μειώνεται ακόμη περισσότερο. Κυρίως λόγω αυξημένης παραγωγής Η + και γαλακτικού.
Αγγειακό σύστημα
Ανταλλαγή Ο 2 CO 2 Η ανταλλαγή Ο 2 - CO 2 μεταξύ των πνευμόνων και του αίματος αλλά και του αίματος και του μυϊκού ιστού γίνεται με το μηχανισμό της διάχυσης. Κατά την άσκηση ο χρόνος επαφής του αίματος με τις κυψελίδες μειώνεται (0,4 sec) αλλά είναι επαρκής για την ανταλλαγή Ο 2 - CO 2.
Βρογχιόλια Ανταλλαγή Ο2 CΟ2
Ιστοί - Ανταλλαγή Ο2 CO2
Πνευμονικός αερισμός κατά την άσκηση 53 Η φυσική δραστηριότητα επηρεάζει την πρόσληψη οξυγόνου και την παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα περισσότερο από οποιαδήποτε άλλη μορφή φυσιολογικής φόρτισης. Κατά τη διάρκεια της άσκησης: μεγάλες ποσότητες Ο 2 διαχέονται από τις κυψελίδες στο φλεβικό αίμα σημαντικές ποσότητες CO 2 μετακινούνται από το αίμα στις κυψελίδες αυξάνεται ο πνευμονικός αερισμός
Πνευμονικός αερισμός κατά την άσκηση 54 Γαλακτικό οξύ επιπλέον ερέθισμα για τον πνευμονικό αερισμό μετατροπή σε ανθρακικό διάσπαση σε νερό και διοξείδιο (πνεύμονες) αύξηση αερισμού (λόγω CO 2 )
Πνευμονικός Αερισμός Η ποσότητα (L) του αέρα που εκπνέεται σε 1 min VE = Συχνότητα αναπνοής x αναπνεόμενο όγκο αέρα Ηρεμία VE = 12 min - 1 x 0,5 L = 6 L min- 1 Άσκηση VE = 60 min - 1 x 2 L = 120 L min- 1
Μηχανισμοί Ρύθμισης της Αναπνοής Αναπνευστικό κέντρο (εγκεφαλικό στέλεχος) ρύθμιση του ρυθμού και του μεγέθους της αναπνοής Ερεθίσματα από: - κινητικό φλοιό του εγκεφάλου - κεντρικούς χημειοϋποδοχείς - περιφερικούς χημειοϋποδοχείς - τασεοϋποδοχείς Οι υποδοχείς αυτοί ανταποκρίνονται στις μεταβολές της PCO 2, και της συγκέντρωσης H+
Βιβλιογραφία Γεωργάτσος Ι. Εισαγωγή στη βιοχημεία. Εκδόσεις Γιαχούδη, 2001. Διονυσίου- Αστερίου Α. Βιοχήμεία στην Ιατρική - Μεταβολικά διαγράμματα ΙΙ. Ιατρικές εκδόσεις Πασχαλίδη Αθήνα 2004. Davis M. Nutri on, Neurotransmi ers, and Central Nervous System Fa gue. In: Nutri on in sport, R.J. Gleeson M. Biochemistry of exercise. In: Nutri on in sport, R.J. Maughan (Ed.). Oxford: Blackwell Science Publishers, 2000, pp. 17-38. Guyton A, Hall J, Ιατρική Φυσιολογία. Εκδόσεις Παρισιάνου Αθήνα 1998. Κλεισούρας Β. Εργοφυσιολογία. Εκδόσεις Συμμετρία 1997. Maughan (Ed.). Oxford: Blackwell Science Publishers, 2000, pp. 171-183. Mc Ardle W, Katch F, Katch V, Φυσιολογία της άσκησης, Ιατρικές εκδόσεις Πασχαλίδη, Αθήνα 2001. Τζιαμούρτας Α. (2012) Βιοχημεία της άσκησης (διαλέξεις μαθήματος) Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα Σπουδών, Πανεπιστημίων Δημοκρίτειου Θράκης, Θεσσαλίας. Τοκμακίδης Σ. (2012) Εφαρμοσμένη Φυσιολογία της άσκησης (διαλέξεις μαθήματος) Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα Σπουδών, Πανεπιστημίων Δημοκρίτειου Θράκης, Θεσσαλίας. Wilmore H J, Cos ll LD. Φυσιολογία της άσκησης. Ιατρικές εκδόσεις Πασχαλίδη, 2006.