Fizinės mankštos fiziologija - www.Kristalai.eu

Fiziologia exercițiului fizic

Fiziologia exercițiului examinează modul în care structurile și funcțiile corpului se schimbă atunci când sunt expuse la repetări acute și cronice ale exercițiilor fizice. Înțelegerea acestor mecanisme fiziologice este esențială pentru optimizarea performanței, prevenirea rănilor și promovarea sănătății generale. Acest articol explorează modul în care mușchii funcționează la nivel celular, ce sisteme energetice alimentează activitatea fizică și modul în care sistemele cardiorespiratorii se adaptează în timpul exercițiilor fizice.

Mecanisme de contracție musculară: baza celulară a funcției musculare

Contracția musculară este un proces complex care implică interacțiunea diferitelor componente celulare din fibrele musculare. Unitatea de bază a contracției musculare este sarcomerul, care este alcătuit din filamente proteice interconectate - actină și miozină.

Structura mușchilor scheletici

  • Fibre musculare: Celule lungi, cilindrice, cu nuclei multipli și mitocondrii abundente.
  • Miofibrile: fasciculele de filamente proteice din fibrele musculare, formate din unități repetate numite sarcomere.
  • Sarcomeri: Unitățile contractile de bază, definite prin linii Z, conțin filamente subțiri (actină) și mai groase (miozină).

Teoria fasciculului glisant

Teoria filamentului de alunecare explică contracția musculară prin alunecarea actinei pe filamentele de miozină, determinând contracția sarcomerului.

  • Stare calmă: Tropomiozina blochează site-urile de legare a miozinei de pe filamentele de actină, prevenind formarea legăturilor încrucișate.
  • Relația excitație-contracție:
    • Potenţial de acţiune: Un impuls nervos declanșează un potențial de acțiune în sarcolema unei fibre musculare.
    • Eliberare de calciu: Potențialul de acțiune se propagă prin tubulii T, stimulând reticulul sarcoplasmatic să elibereze ioni de calciu.
  • Formarea volumului încrucișat:
    • Legarea calciului: Ionii de calciu se leagă de troponină, determinând mișcarea tropomiozinei și expunând locurile de legare a miozinei pe actină.
    • Log in: Capetele de miozină energizate se leagă de actină, formând secțiuni transversale.
  • Cursa de putere:
    • Lansarea ADP și Pi: Capetele de miozină se rotesc, trăgând filamentele de actină spre centrul sarcomerului.
    • Contractia musculara: Această acțiune face ca un mușchi să se contracte.
  • Deconectarea capacității transversale:
    • Legarea ATP: O nouă moleculă de ATP se leagă de capul miozinei, determinându-l să se desprindă de actină.
    • Reactivare: Hidroliza ATP recuperează energia pentru capetele de miozină pentru următorul ciclu.
  • Relaxare:
    • Recaptarea calciului: Ionii de calciu sunt pompați înapoi în reticulul sarcoplasmatic.
    • Blocarea locațiilor de conectare: Tropomiozina acoperă din nou locurile de legare, iar mușchiul se relaxează.

Rolul ATP în contracția musculară

  • Alimentare cu energie: ATP furnizează energia necesară pentru ciclul de volum încrucișat.
  • Hidroliza ATP: Descompunerea ATP în ADP și Pi energizează capetele de miozină.
  • Regenerarea ATP: Fibrele musculare regenerează ATP prin căi metabolice pentru a susține contracția.

Sisteme energetice: ATP-PCr, căi glicolitice și oxidative

Contractiile musculare necesita un aport constant de ATP.Corpul folosește trei sisteme energetice principale pentru a regenera ATP în timpul exercițiilor fizice:

Sistem ATP-PCr (sistem fosfagen)

  • Sursa de energie directa: Oferă energie pentru acțiuni de mare intensitate, de scurtă durată (de exemplu, sprinting).
  • Mecanism:
    • Fosfocreatină (PCr) donează un fosfat ADP, formând ATP.
    • Ferment: Creatin kinaza facilitează această reacție rapidă.
  • Caracteristici:
    • Anaerob: Nu este necesar oxigen.
    • Capacitate: Limitat de magazinele PCr, menține activitatea până la 10 secunde.

Sistem glicolitic (glicoliză anaerobă)

  • Sursă de energie pe termen scurt: alimentează o activitate de intensitate moderată până la mare care durează între 10 secunde și 2 minute.
  • Mecanism:
    • Defalcarea glucozei: Glucoza sau glicogenul se transformă în piruvat.
    • Randamentul ATP: Conținut net de ATP – 2 molecule de ATP per moleculă de glucoză.
  • Produs:
    • Formarea lactozei: În condiții anaerobe, piruvatul este transformat în lactoză.
    • Acidoza: Acumularea de lactoză scade pH-ul, contribuind la oboseală.
  • Caracteristici:
    • Anaerob: Funcționează fără oxigen.
    • Viteză: Mai rapid în producția de ATP decât sistemul oxidativ, dar mai puțin eficient.

Sistemul oxidativ (metabolismul aerob)

  • Sursă de energie pe termen lung: Sprijină activități care durează mai mult de 2 minute (de exemplu, alergare pe distanțe lungi).
  • Mecanism:
    • Glicoliză aerobă: Piruvatul intră în mitocondrii și este transformat în acetil-CoA.
    • Ciclul Krebs: Acetil-CoA este oxidat pentru a produce NADH și FADH₂.
    • Lanț de transport de electroni: Electronii sunt transferați la oxigen, generând ATP.
  • Surse de combustibil:
    • Carbohidrați: Combustibil primar în timpul exercițiilor de intensitate moderată până la mare.
    • Grăsime: Combustibil primar în timpul exercițiilor de intensitate scăzută și de lungă durată.
    • Proteină: Contribuție mică, în principal în timpul exercițiilor lungi.
  • Caracteristici:
    • Aerobic: Necesită oxigen.
    • Eficienţă: Produce până la 36 ATP per moleculă de glucoză.
    • Capacitate: Furnizare de energie practic nelimitată în timpul activităților lungi.

Răspunsurile cardiorespiratorii și respiratorii la efort

Exercițiul induce adaptări semnificative în sistemele cardiorespiratorii pentru a satisface cerințele metabolice crescute.

Răspunsuri cardiorespiratorii

  • Creșterea ritmului cardiac (FC).
    • Mecanism: Stimularea sistemului nervos simpatic crește HR pentru a îmbunătăți debitul cardiac.
    • Impact: HR crește proporțional cu intensitatea exercițiului.
  • Creșterea volumului de fotografiere (SV)
    • Definiţie: Volumul de sânge pompat în timpul fiecărei bătăi ale inimii.
    • Mecanisme:
      • De umplut: Returul venos crescut întinde camerele (mecanismul Frank-Starling).
      • Contractilitatea: Stimularea simpatică crește contractilitatea striatului.
  • Creșterea debitului cardiac (Q).
    • Formula: Q = HR × SV.
    • Adaptare: Debitul cardiac poate crește de până la 5-6 ori nivelul de repaus în timpul exercițiilor intense.
  • Redistribuirea fluxului sanguin
    • Vasodilatația: În mușchii activi, arteriola se dilată, crescând fluxul sanguin.
    • Vasoconstricție: Vasele de sânge din regiunile active se îngustează, redistribuind sângele.
  • Tensiunea arterială se modifică
    • Presiunea sistolica: Creste datorita debitului cardiac mai mare.
    • Presiunea diastolică: Treptat nu iese în evidență sau scade ușor.
    • Tensiunea arterială medie: Crește moderat, menținând perfuzia tisulară.

Răspunsuri respiratorii

  • Creșterea ventilației
    • Mecanism:
      • Volumul curent: Cantitatea de aer absorbită în timpul respirației crește.
      • Frecvența respiratorie: Numărul de respirații pe minut crește.
    • Stimuli:
      • Chemoreceptori: Detectează niveluri crescute de CO₂ și H⁺.
      • Intrare neuronală: Semnale de la cortexul motor și proprioceptori.
  • Creșterea utilizării oxigenului (VO₂)
    • VO₂ max: Capacitate maximă de consum de oxigen.
    • Adaptare: Se îmbunătățește datorită creșterii debitului cardiac și extracției oxigenului muscular.
  • Optimizarea schimbului de gaze
    • Ventilatie alveolara: Se îmbunătățește pentru a facilita schimbul de oxigen și dioxid de carbon.
    • Capacitate de difuzie: Creste datorita cresterii volumului sanguin in capilarele pulmonare.

Adaptări cardiorespiratorii integrate

  • Diferența de oxigen arteriovenos (a-vO₂ diff):
    • Definiţie: Diferența de conținut de oxigen dintre sângele arterial și cel venos.
    • Adaptare: Crește în timpul exercițiilor fizice pe măsură ce mușchii extrag mai mult oxigen.
  • Alimentare cu oxigen: Răspunsurile cardiorespiratorii coordonate asigură aportul adecvat de oxigen pentru a satisface nevoile musculare.

Înțelegerea fiziologiei exercițiului oferă perspective asupra modului în care organismul răspunde și se adaptează la activitatea fizică. Contractia musculara la nivel celular implica procese complexe alimentate de ATP, care este regenerat prin cai energetice separate in functie de intensitatea si durata activitatii. Sistemele cardiorespiratorii suferă modificări semnificative pentru a susține cerințele metabolice crescute, evidențiind capacitatea impresionantă a organismului de a menține homeostazia în timpul efortului.

Legături

McArdle, WD, Katch, FI și Katch, VL (2015). Fiziologia exercițiilor: nutriție, energie și performanță umană (ed. a 8-a). Lippincott Williams & Wilkins.
Tortora, GJ și Derrickson, B. (2017). Principii de anatomie și fiziologie (ed. a XV-a). Wiley.
Alberts, B., şi colab. (2015). Biologia moleculară a celulei (ed. a 6-a). Garland Science.
Hall, J. E. (2016). Manual de fiziologie medicală Guyton și Hall (ed. a 13-a). Elsevier.
Marieb, EN și Hoehn, K. (2018). Anatomie și fiziologie umană (ed. a 11-a). Pearson.
Brooks, GA, Fahey, TD și Baldwin, KM (2005). Fiziologia exercițiului: Bioenergetica umană și aplicațiile sale (ed. a IV-a). McGraw-Hill.
Hargreaves, M. și Spriet, LL (2006). Metabolismul exercițiului. Cinetica umană.
Kenney, WL, Wilmore, JH și Costill, DL (2015). Fiziologia sportului și exercițiului (ed. a 6-a). Cinetica umană.
Powers, SK și Howley, ET (2012). Fiziologia exercițiului: teorie și aplicare la fitness și performanță (ed. a 8-a). McGraw-Hill.
Berg, JM, Tymoczko, JL și Stryer, L. (2015). Biochimie (ed. a 8-a). W. H. Freeman.
Fitts, R. H. (2008). Ciclul cross-bridge și oboseala mușchilor scheletici. Jurnalul de Fiziologie Aplicată, 104(2), 551-558.
Lehninger, AL, Nelson, DL și Cox, MM (2017). Principiile Lehninger ale biochimiei (ed. a 7-a). W. H. Freeman.
Jeukendrup, A., & Gleeson, M. (2010). Nutriția sportivă: o introducere în producția de energie și performanță (ed. a II-a). Cinetica umană.
Berna, R. M. și Levy, M. N. (2010). Fiziologie cardiovasculară (ed. a 10-a). Mosby Elsevier.
Sherwood, L. (2015). Fiziologia umană: de la celule la sisteme (ed. a 9-a). Cengage Learning.
Guyton, AC și Hall, JE (2015). Manual de Fiziologie Medicală (ed. a 13-a). Elsevier.
Poole, DC și Erickson, HH (2011). Funcția cardiovasculară și transportul oxigenului: răspunsuri la exerciții și antrenament. Fiziologie cuprinzătoare, 1(1), 675-704.
Vest, J. B. (2012). Fiziologia respiratorie: elementele esențiale (ed. a 9-a). Lippincott Williams & Wilkins.
Forster, HV și Pan, LG (1994). Contribuții ale chemoreceptorilor centrali și periferici la răspunsul ventilator la CO₂/H⁺. Revizuirea anuală a fiziologiei, 56(1), 159-177.
Bassett, DR și Howley, ET (2000). Factori limitatori pentru absorbția maximă de oxigen și factori determinanți ai performanței de anduranță. Medicină și știință în sport și exerciții, 32(1), 70-84.

← Articolul precedent Articolul următor →

Înapoi sus

Reveniți la blog