Fizinės mankštos fiziologija - www.Kristalai.eu

Fizjologia ćwiczeń fizycznych

Fizjologia wysiłku fizycznego bada, w jaki sposób struktury i funkcje organizmu zmieniają się pod wpływem powtarzających się ostrych i przewlekłych ćwiczeń. Zrozumienie tych mechanizmów fizjologicznych jest kluczowe dla optymalizacji wydajności, zapobiegania kontuzjom i dbania o ogólny stan zdrowia. W tym artykule dowiesz się, jak mięśnie funkcjonują na poziomie komórkowym, jakie układy energetyczne napędzają aktywność fizyczną oraz w jaki sposób układ krążeniowo-oddechowy adaptuje się podczas ćwiczeń.

Mechanizmy skurczu mięśni: podstawa komórkowa funkcji mięśni

Skurcz mięśni to złożony proces obejmujący interakcję różnych składników komórkowych we włóknach mięśniowych. Podstawową jednostką skurczu mięśnia jest sarkomer, który składa się z połączonych ze sobą włókien białkowych – aktyny i miozyny.

Struktura mięśni szkieletowych

  • Włókna mięśniowe:Długie, cylindryczne komórki z wieloma jądrami i licznymi mitochondriami.
  • Miofibryle:Pęczki włókien białkowych we włóknach mięśniowych, zbudowane z powtarzających się jednostek zwanych sarkomerami.
  • SarkomeryPodstawowe jednostki kurczliwe, określone liniami Z, zawierają cienkie (aktyna) i grubsze (miozyna) włókna.

Teoria belki ślizgowej

Teoria ślizgających się włókienek wyjaśnia, że ​​skurcz mięśni następuje poprzez przesuwanie się aktyny po włóknach miozyny, co powoduje skurcz sarkomeru.

  • Spokojny stan:Tropomiozyna blokuje miejsca wiązania miozyny na filamentach aktynowych, zapobiegając tworzeniu się wiązań poprzecznych.
  • Relacja pobudzenia-skurczu:
    • Potencjał czynnościowy:Impuls nerwowy wyzwala potencjał czynnościowy w sarkolemmie włókna mięśniowego.
    • Uwalnianie wapnia:Potencjał czynnościowy rozprzestrzenia się przez kanaliki T, stymulując siateczkę sarkoplazmatyczną do uwalniania jonów wapnia.
  • Tworzenie objętości krzyżowej:
    • Wiązanie wapnia:Jony wapnia wiążą się z troponiną, powodując ruch tropomiozyny i odsłaniając miejsca wiązania miozyny na aktynie.
    • Login:Pobudzone do działania główki miozyny wiążą się z aktyną, tworząc przekroje poprzeczne.
  • Udar mocy:
    • Wydanie ADP i Pi:Główki miozyny obracają się, pociągając włókna aktynowe w stronę środka sarkomeru.
    • Skurcz mięśni:Ta czynność powoduje skurcz mięśnia.
  • Odłączanie pojemności krzyżowej:
    • Wiązanie ATP:Nowa cząsteczka ATP wiąże się z główką miozyny, powodując jej odłączenie od aktyny.
    • Reaktywacja:Hydroliza ATP odzyskuje energię dla główek miozyny na następny cykl.
  • Relaks:
    • Wychwyt zwrotny wapnia:Jony wapnia są pompowane z powrotem do siateczki sarkoplazmatycznej.
    • Blokowanie lokalizacji logowania:Tropomiozyna ponownie pokrywa miejsca wiązania, a mięsień rozluźnia się.

Rola ATP w skurczu mięśni

  • Dostawa energii:ATP dostarcza energii niezbędnej do cyklu objętościowego.
  • Hydroliza ATP:Rozpad ATP na ADP i Pi pobudza główki miozyny.
  • Regeneracja ATPWłókna mięśniowe regenerują ATP poprzez szlaki metaboliczne, co podtrzymuje skurcz.

Systemy energetyczne: ATP-PCr, szlaki glikolizy i utleniania

Skurcze mięśni wymagają stałego dopływu ATP.Podczas ćwiczeń organizm wykorzystuje trzy główne systemy energetyczne do regeneracji ATP:

układ ATP-PCr (układ fosfagenowy)

  • Bezpośrednie źródło energii:Zapewnia energię potrzebną do wykonywania czynności o wysokiej intensywności i krótkim czasie trwania (np. sprintu).
  • Mechanizm:
    • Fosfokreatyna (PCr) przekazuje fosforan do ADP, tworząc ATP.
    • Ferment:Kinaza kreatynowa ułatwia tę szybką reakcję.
  • Charakterystyka:
    • Beztlenowy:Tlen nie jest wymagany.
    • Pojemność:Ograniczone przez zasoby PCr, utrzymuje aktywność do 10 sekund.

Układ glikolityczny (glikoliza beztlenowa)

  • Krótkoterminowe źródło energii:Zapewnia aktywność o umiarkowanej do wysokiej intensywności, trwającą od 10 sekund do 2 minut.
  • Mechanizm:
    • Rozpad glukozy:Glukoza lub glikogen przekształca się w pirogronian.
    • Wydajność ATP: Zawartość netto ATP – 2 cząsteczki ATP na cząsteczkę glukozy.
  • Produkt:
    • Tworzenie laktozy:W warunkach beztlenowych pirogronian przekształca się w laktozę.
    • Kwasica:Gromadzenie się laktozy obniża pH, co przyczynia się do zmęczenia.
  • Charakterystyka:
    • Beztlenowy:Działa bez tlenu.
    • Prędkość: Szybciej produkuje ATP niż układ oksydacyjny, ale jest mniej wydajny.

Układ oksydacyjny (metabolizm tlenowy)

  • Długoterminowe źródło energii:Wspiera czynności trwające dłużej niż 2 minuty (np. bieganie długodystansowe).
  • Mechanizm:
    • Glikoliza tlenowa:Pirogronian dostaje się do mitochondriów i ulega przekształceniu w acetylo-CoA.
    • Cykl Krebsa:Acetyl-CoA ulega utlenieniu, tworząc NADH i FADH₂.
    • Łańcuch transportu elektronów:Elektrony są przekazywane do tlenu, co powoduje wytwarzanie ATP.
  • Źródła paliwa:
    • Węglowodany:Podstawowe paliwo podczas ćwiczeń o średniej i dużej intensywności.
    • Tłuszcz:Podstawowe paliwo podczas długotrwałych ćwiczeń o niskiej intensywności.
    • Białko:Niewielki wkład, głównie podczas długich ćwiczeń.
  • Charakterystyka:
    • Aerobowy: Wymaga tlenu.
    • Efektywność:Produkuje do 36 ATP na cząsteczkę glukozy.
    • Pojemność:Praktycznie nieograniczone źródło energii podczas długich aktywności.

Reakcje układu sercowo-oddechowego i oddechowego na wysiłek fizyczny

Ćwiczenia fizyczne powodują znaczące zmiany adaptacyjne w układzie krążeniowo-oddechowym, które są niezbędne do sprostania zwiększonym potrzebom metabolicznym.

Reakcje sercowo-oddechowe

  • Zwiększenie częstości akcji serca (HR)
    • Mechanizm:Stymulacja układu współczulnego zwiększa tętno i poprawia wydajność serca.
    • Uderzenie:HR wzrasta proporcjonalnie do intensywności ćwiczeń.
  • Zwiększenie objętości strzału (SV)
    • Definicja:Objętość krwi pompowanej podczas każdego uderzenia serca.
    • Mechanizmy:
      • Do wypełnienia:Zwiększony powrót żylny rozciąga komory (mechanizm Franka-Starlinga).
      • Kurczliwość:Stymulacja układu współczulnego zwiększa kurczliwość prążkowia.
  • Zwiększenie wydajności serca (Q)
    • Formuła: Q = HR × SV.
    • Dostosowanie:Podczas intensywnych ćwiczeń wydajność serca może zwiększyć się nawet 5-6 razy w porównaniu do poziomu spoczynkowego.
  • Redystrybucja przepływu krwi
    • Rozszerzenie naczyń krwionośnych:W aktywnych mięśniach tętniczka rozszerza się, zwiększając przepływ krwi.
    • Zwężenie naczyń:Naczynia krwionośne w obszarach aktywnych zwężają się, co powoduje redystrybucję krwi.
  • Zmiany ciśnienia krwi
    • Ciśnienie skurczowe:Wzrasta w wyniku większego rzutu serca.
    • Ciśnienie rozkurczowe:Stopniowo nie wyróżnia się lub nieznacznie maleje.
    • Średnie ciśnienie tętnicze:Umiarkowanie wzrasta, utrzymując ukrwienie tkanek.

Reakcje oddechowe

  • Zwiększenie wentylacji
    • Mechanizm:
      • Objętość oddechowa:Podczas oddychania zwiększa się ilość pobieranego powietrza.
      • Częstotliwość oddechów:Liczba oddechów na minutę wzrasta.
    • Bodźce:
      • Chemoreceptory:Wykrywa zwiększony poziom CO₂ i H⁺.
      • Wejście neuronowe:Sygnały z kory ruchowej i proprioceptorów.
  • Zwiększenie wykorzystania tlenu (VO₂)
    • VO₂maks.:Maksymalna zdolność poboru tlenu.
    • Dostosowanie:Poprawia się dzięki zwiększonej wydajności serca i pobieraniu tlenu przez mięśnie.
  • Optymalizacja wymiany gazowej
    • Wentylacja pęcherzykowa:Poprawia wymianę tlenu i dwutlenku węgla.
    • Pojemność dyfuzyjna:Wzrasta na skutek zwiększenia objętości krwi w naczyniach włosowatych płucnych.

Zintegrowane adaptacje krążeniowo-oddechowe

  • Różnica tętniczo-żylna tlenu (a-vO₂ diff):
    • DefinicjaRóżnica w zawartości tlenu pomiędzy krwią tętniczą i żylną.
    • Dostosowanie:Wzrasta podczas ćwiczeń, ponieważ mięśnie pobierają więcej tlenu.
  • Dostarczanie tlenu:Skoordynowana reakcja układu sercowo-oddechowego zapewnia odpowiednią podaż tlenu, aby zaspokoić potrzeby mięśni.

Zrozumienie fizjologii wysiłku fizycznego pozwala zrozumieć, w jaki sposób ciało reaguje i przystosowuje się do aktywności fizycznej. Skurcz mięśni na poziomie komórkowym obejmuje złożone procesy zasilane ATP, który jest regenerowany poprzez oddzielne ścieżki energetyczne w zależności od intensywności i czasu trwania aktywności. Układ krążeniowo-oddechowy przechodzi znaczące zmiany, aby sprostać zwiększonemu zapotrzebowaniu metabolicznemu, co dowodzi imponującej zdolności organizmu do utrzymania homeostazy w trakcie wysiłku fizycznego.

Spinki do mankietów

McArdle, WD, Katch, FI i Katch, VL (2015). Fizjologia wysiłku: odżywianie, energia i wydajność człowieka (8. wyd.). Wydawnictwo Lippincott Williams & Wilkins.
Tortora, GJ i Derrickson, B. (2017). Podstawy anatomii i fizjologii (15. wyd.). Wiley.
Alberts, B. i in. (2015). Biologia molekularna komórki (6. wyd.). Nauka Garland.
Hall, J. E. (2016). Podręcznik fizjologii medycznej Guytona i Halla (13. wyd.). Elsevier.
Marieb, EN i Hoehn, K. (2018). Anatomia i fizjologia człowieka (11. wyd.). Witryna Pearsona.
Brooks, GA, Fahey, TD, i Baldwin, KM (2005). Fizjologia wysiłku: bioenergetyka człowieka i jej zastosowania (4. wyd.). McGraw-Hill.
Hargreaves, M. i Spriet, LL (2006). Metabolizm ćwiczeń. Kinetyka człowieka.
Kenney, WL, Wilmore, JH, i Costill, DL (2015). Fizjologia sportu i ćwiczeń (6. wyd.). Kinetyka człowieka.
Powers, SK i Howley, ET (2012). Fizjologia wysiłku: teoria i zastosowanie w sprawności fizycznej i wydajności (8. wyd.). McGraw-Hill.
Berg, JM, Tymoczko, JL i Stryer, L. (2015). Biochemia (8. wyd.). W. H. Freeman, 1960-1969.
Fitts, R. H. (2008). Cykl mostka poprzecznego i zmęczenie mięśni szkieletowych. Czasopismo Fizjologii Stosowanej, 104(2), 551-558.
Lehninger, AL, Nelson, DL, i Cox, MM (2017). Zasady biochemii Lehningera (wydanie 7). W. H. Freeman, 1960-1969.
Jeukendrup, A. i Gleeson, M. (2010). Żywienie sportowe: Wprowadzenie do produkcji energii i wydajności (wydanie 2). Kinetyka człowieka.
Berne, R. M. i Levy, M. N. (2010). Fizjologia układu sercowo-naczyniowego (10. wyd.). Mosby Elsevier.
Sherwood, L. (2015). Fizjologia człowieka: od komórek do systemów (9. wyd.). Uczenie się Cengage.
Guyton, AC i Hall, JE (2015). Podręcznik fizjologii medycznej (13. wyd.). Elsevier.
Poole, DC i Erickson, HH (2011). Funkcje układu sercowo-naczyniowego i transport tlenu: reakcje na wysiłek fizyczny i trening. Kompleksowa fizjologia, 1(1), 675-704.
Zachód, J. B. (2012). Fizjologia układu oddechowego: podstawy (9. wyd.). Wydawnictwo Lippincott Williams & Wilkins.
Forster, HV i Pan, LG (1994). Udział chemoreceptorów centralnych i obwodowych w odpowiedzi wentylacyjnej na CO₂/H⁺. Roczny przegląd fizjologii, 56(1), 159-177.
Bassett, DR i Howley, ET (2000). Czynniki ograniczające maksymalne pobieranie tlenu i czynniki determinujące wydolność wytrzymałościową. Medycyna i nauka w sporcie i ćwiczeniach, 32(1), 70-84.

← Poprzedni artykuł Następny artykuł →

Powrót na górę

Wróć na blog