1
FIZJOLOGIA WYSIŁKU FIZYCZNEGO 2
Źródła energii do pracy mięśni
Metabolizm wysiłkowy
•
Procesy skurczu i rozkurczu mięśnia związane są z hydrolizą ATP poprzez układ ATP-az.
•
Główną rolę odgrywa ATP-aza miozynowa aktywowana przez aktynę w momencie
interakcji białek kurczliwych - 70% całkowitej energii uwalnianej w czasie cyklu
skurczowo-rozkurczowego związane jest z działaniem tego enzymu.
•
Pozostałe 30% energii zużywane jest głównie na aktywny transport jonów Ca
2+
do
siateczki śródplazmatycznej oraz na transport jonów przez błonę komórkową (pompy
jonowe)
Źródła energii
•
Zapas ATP w komórkach mięśni szkieletowych wynoszący 3-8 mmol/kg wilgotnej masy
tkanki wystarcza na kilka maksymalnych skurczów (kilka sekund aktywności).
•
Aby sprostać zapotrzebowaniu, natychmiast po rozpoczęciu wysiłku fizycznego muszą
być aktywowane procesy biochemiczne prowadzące do odtwarzania ATP.
Regeneracja ATP w mięśniach szkieletowych
•
W pierwszej kolejności zostaje wykorzystana obecna w komórkach mięśniowych
fosfokreatyna (PCr).
•
Przy udziale kinazy kreatynowej zostaje przeniesiona na ADP bogatoenergetyczna
grupa fosforanowa z fosfokreatyny i w efekcie dochodzi do regeneracji ATP.
•
Produktem końcowym tej reakcji jest kreatyna.
•
Zasoby fosfokreatyny w mięśniach są jednak, podobnie jak zasoby ATP, niewielkie i
także nie zapewniają właściwej ilości energii dla wysiłku fizycznego.
•
Podstawowymi mechanizmami regeneracji ATP w pracujących mięśniach są glikoliza
beztlenowa i przemiany tlenowe w cyklu Krebs
2
Procesy beztlenowe
Glikoliza beztlenowa
•
Bezpośrednim substratem glikozy beztlenowej jest glukozo-6-fosforan.
•
Powstaje on z glukozy obecnej we krwi lub z rozpadu glikogenu.
•
Glikogen jest w mięśniach podstawowym substratem dla glikolizy.
•
Zasoby glikogenu są znaczne (ok. 100 mmol/kg wilgotnej tkanki), mięsień może
pracować jednak w warunkach beztlenowch zaledwie przez 1-2 min.
•
W zmęczeniu powysiłkowym dużą rolę ma odgrywać zmniejszenie zasobów glikogenu.
•
Ważne jest odnowienie jego zasobów w okresie międzywysiłkowym
•
Maksymalne tempo resyntezy ATP na drodze beztlenowej przewyższa maksymalne
tempo fosforylacji oksydacyjnej.
•
Metabolizm beztlenowy dominuje więc podczas bardzo intensywnych wysiłków, w czasie
których tempo rozkładu ATP przewyższa możliwość jego odtwarzania na drodze
tlenowej.
Procesy tlenowe
Przemiany tlenowe
•
Wytwarzanie ATP w obecności tlenu zachodzi w mitochondriach w cyklu przemian
zwanych cyklem kwasów trikarboksylowych, cyklem Krebsa lub cyklem kwasu
cytrynowego.
•
Cykl Krebsa jest ciągiem reakcji enzymatycznych, w wyniku których powstają
równoważniki wodorowe, które są następnie utleniane.
•
W efekcie dochodzi do wytworzenia energii, magazynowanej w postaci ATP, a
produktem ubocznym jest woda.
•
Substratem cyklu Krebsa jest acetylokoenzym A (acetylo-CoA), będący estrem
koenzymu A.
•
Istnieją trzy drogi jego powstawania:
1. z kwasu pirogronowego,
2. z wolnych kwasów tłuszczowych,
3
3. w wyniku katabolizmu niektórych aminokwasów (rzadko w czasie wysiłku
fizycznego).
•
Aktywacja procesów utleniania zaczyna się w komórkach mięśniowych z opóźnieniem
około 10 s do momentu rozpoczęcia wysiłku.
•
Maksymalne tempo utleniania osiągane jest dopiero po ok. 2 min, tyle czasu wymaga
przystosowanie funkcji układu krążenia do zapotrzebowania na tlen.
•
Tempo tlenowych procesów energetycznych w mięśniach ograniczone jest przez tempo
transportu tlenu.
•
Wykorzystanie substratów energetycznych w zależności of typu wysiłku
•
W spoczynku 60% zapotrzebowania energetycznego komórek mięśniowych pokrywane
jest przez utlenianie FFA, a pozostałe 40% energii uzyskiwane jest w wyniku utleniania
glukozy.
•
Udział węglowodanów (glikogenu i glukozy) i innych substratów w pokrywaniu
zapotrzebowania energetycznego podczas wysiłku zależy od intensywności i czasu jego
trwania.
•
Im cięższy wysiłek, tym większy jest udział węglowodanów, zwłaszcza glikogenu.
•
Przedłużenie czasu pracy sprzyja zwiększeniu udziału innych substratów, przede
wszystkim FFA
•
W czasie intensywnych wysiłków w komórkach aktywnych jednostek ruchowych glikogen
może ulec całkowitemu wyczerpaniu, a w całym mięśniu jego zawartość zmniejsza się do
10-20% wartości początkowej.
•
Wyczerpanie glikogenu powoduje drastyczne zmniejszenie zdolności do wysiłków o dużej
intensywności, ponieważ glukoza wychwytywana z krwi nie może zapewnić dostatecznie
dużego tempa glikolizy.
•
W spoczynku zużycie glukozy przez mięśnie szkieletowe jest zależne od insuliny.
•
W czasie wysiłków zwiększa się wychwytywanie glukozy przez komórki mięśniowe w
procesach niezależnych od insuliny.
•
Glukoza znajdująca się we krwi zostaje przeniesiona do cytoplazmy komórki
mięśniowej, dzięki obecności w błonie komórkowej specyficznych białek nośnikowych.
•
Zidentyfikowanych jest 6 takich białek - dla komórek mięśniowych charakterystyczny
jest transporter Glut-4.
4
•
Odgrywa on szczególną rolę przy przenoszeniu glukozy do komórki podczas wysiłku
fizycznego.
•
W spoczynku Glut-4 znajduje się wewnątrz komórki.
•
Jego translokację na powierzchnię błony komórkowej powoduje insulina, oraz skurcz
mięśni - zjawisko to umożliwia transport glukozy do komórki mięśniowej podczas
pracy.
•
Czynnikiem modyfikującym udział węglowodanów i FFA w pokrywaniu zapotrzebowania
energetycznego organizmu jest dieta.
•
Ludziom
wykonującym
ciężkie
długotrwałe
wysiłki
zaleca
się
dietę
bogatowęglowodanową, a także spożywanie w czasie pracy łatwo przyswajalnych
węglowodanów.
•
Pokrywanie zapotrzebowania energetycznego podczas wysiłku w zależności od
intensywności
i
czasu
jego
trwania.
Wysiłki trwające do 60 sekund
•
Pierwsze sekundy wysiłku
o
zawartość ATP i fosfokreatyny w komórkach mięśniowych szybko się zmniejsza.
o
Rozkład fosfokreatyny, jest w tym czasie głównym procesem wykorzystywanym
do resyntezy ATP.
o
Proces ten aktywowany jest natychmiast po rozpoczęciu pracy w wyniku
zwiększenia stężenia ADP i może w ciągu kilku sekund, jeśli intensywność
wysiłku jest bardzo duża, osiągnąć maksymalne nasilenie.
o
W ciągu pierwszych 10 s wysiłku zwiększa się również istotnie nasilenie
aktywności glikolizy - nie osiąga ona jednak w tym czasie maksymalnego
nasilenia.
Wysiłki trwające od 60 sekund do 10-15 minut
•
Główny substrat wykorzystywany w tym okresie - glikogen.
•
Jeżeli intensywność wysiłku jest duża, zasoby komórkowe glikogenu szybko
zmniejszają się; w normalnych warunkach nie dochodzi jednak w tym okresie do
całkowitego ich wyczerpania.
•
W miarę wydłużania się czasu pracy udział procesów tlenowych w pokrywaniu
zapotrzebowania metabolicznego systematycznie zwiększa się
5
•
Po upływie 2—6 min pracy aktywność funkcji współdziałających w pokrywaniu
zapotrzebowania tlenowego osiąga poziom odpowiadający zapotrzebowaniu (lub
maksymalny), a procesy tlenowe zaczynają dominować w metabolizmie pracujących
mięśni.
•
W miarę trwania wysiłku zwiększa się wykorzystywanie przez pracujące mięśnie
substratów energetycznych wychwytywanych z krwi: glukozy, FFA i ketokwasów
Wysiłki trwające od 15 do 60 minut
•
Udział procesów beztlenowych w pokrywaniu zapotrzebowania energetycznego
zostaje ograniczony do wartości poniżej 10%.
Wysiłki trwające ponad 60 minut
•
W czasie długotrwałej pracy mięśniowej, kontynuowanej w ciągu wielu godzin,
zapotrzebowanie energetyczne mięśni prawie w całości pokrywane jest przez procesy
tlenowe.
•
Zwiększa się progresywnie udział FFA w pokrywaniu zapotrzebowania energetycznego
pracujących mięśni - po upływie 3 h pracy udział ten wynosi około 80%.
•
Niewielka część zapotrzebowania energetycznego przez cały czas pokrywana jest przez
substraty węglowodanowe (glukozę i glikogen).
•
Zapasy ustrojowe węglowodanów progresywnie sie wyczerpują
Wysiłki poniżej progu mleczanowego
o
Po osiągnięciu stanu równowagi czynnościowej w wysiłku o umiarkowanej
intensywności (poniżej 60-70% intensywności maksymalnej, czyli poniżej progu
mleczanowego) procesy tlenowe pokrywają około 80% zapotrzebowania
energetycznego, a glikoliza około 20% .
o
W tym czasie wysiłek fizyczny indukuje wzrost poziomu katecholamin w
organizmie
o
Katecholaminy z wczesniej uwolnionym glukagonem zwiększają hydrolizę
triacylogliceroli → zwiekszaja poziom FFA we krwi, a tym samym ich udział w
puli substratów energetycznych w mięśniach (do tego przyczynia sie takze
wzrost przepływu krwi w mięśniach).
Wysiłki powyżej progu mleczanowego
o
Podczas wysiłków fizycznych o intensywności około 60-70% obciążenia
maksymalnego i większej (powyżej progu mleczanowego lub progu metabolizmu
6
beztlenowego), ponownie rośnie znaczenie glikolizy beztlenowej w pokrywaniu
zapotrzebowania energetycznego pracujących mięśni.
o
Zostaje osiągnięty tzw. próg metabolizmu beztlenowego.
o
Przekroczenie progu metabolizmu beztlenowego ponownie powoduje wzrost
stężenia kwasu mlekowego w mięśniach, a następnie we krwi.
o
W efekcie dochodzi do rozwoje kwasicy metabolicznej i uruchomienia
mechanizmów ją kompensujących.
Wysiłki o maksymalnej intensywności
o
W wysiłku fizycznym o maksymalnej intensywności energia wytwarzana jest
przede wszystkim na drodze glikolizy beztlenowej, a substratem jest glukozo-6-
fosforan pochodzący z glikogenu mięśniowego i glukozy krwi
o
Wysiłek taki może być kontynuowany tylko do 5 minut - zbyt krótki okres, aby
doszło do zwiększonego dowozu tlenu wskutek adaptacji układu krążenia i
oddechowego oraz zwiększonej mobilizacji i utylizacji kwasów tłuszczowych.
o
Nie dochodzi do hamowania glikolizy beztlenowej.
Wysiłki statyczne
•
Podczas skurczów izometrycznych dodatkowym czynnikiem oddziałującym na
metabolizm jest niedokrwienie pracujących mięśni, związane z uciskiem napiętych
mięśni na naczynia krwionośne.
•
Przy dużej sile skurczu może dojść do całkowitego zatrzymania dopływu krwi tętniczej
i odpływu krwi żylnej z pracującego mięśnia.
•
Hamuje to dostarczanie tlenu i substratów energetycznych, oraz wypłukiwanie
produktów przemiany materii.
•
W pokrywaniu zapotrzebowania metabolicznego mięśni podczas wysiłków
statycznych, wykonywanych w sposób ciągły i z użyciem dużej siły, przeważają więc
procesy beztlenowe.
•
Podstawowymi substratami wykorzystywanymi do resyntezy ATP podczas tego rodzaju
wysiłku jest fosfokreatyna i glikogen mięśniowy.
•
Dochodzi do dużego zakwaszenia pracujących mięśni, co hamuje glikolizę.
•
W czasie wysiłków z przewagą skurczów izometrycznych nagromadzenie produktów
beztlenowej przemiany materii wpływa dodatkowo na przyspieszenie wystąpienia
zjawiska zmęczenia w pracujących mięśniach
7
Wydolność fizyczna organizmu
•
Miarą wydolności fizycznej jest maksymalna zdolność organizmu do pokrywania
zwiększonego zapotrzebowania energetycznego.
•
Pojęcie to obejmuje także zdolność do likwidowania skutków zmienionej podczas wysiłku
homeostazy wewnątrzustrojowej oraz skutków ewentualnego zmęczenia.
•
Przez pojęcie wydolności fizycznej najczęściej rozumiemy wydolność tlenową, która
oznacza zdolność do długotrwałego wysiłku o umiarkowanym nasileniu z zachowaniem
ciągłości metabolizmu tlenowego.
•
Możemy też oceniać tzw. wydolność beztlenową (anaerobową), szczególnie w sporcie
wyczynowym, ponieważ bardzo często mamy tu do czynienia z wysiłkami
krótkotrwałymi, ale o bardzo intensywnym nasileniu.
•
Zapotrzebowanie na tlen jest ściśle proporcjonalne do intensywności wysiłku.
•
Różnica między zapotrzebowaniem na tlen a jego pobieraniem nosi nazwę deficytu
tlenowego.
•
Jest on pokrywany przez procesy beztlenowe.
•
Podczas wysiłków submaksymalnych deficyt O
2
występuje tylko w początkowym
okresie pracy, natomiast podczas wysiłków supramaksymalnych utrzymuje się przez
cały czas ich trwania.
•
Pobieranie tlenu zwiększa się liniowo wraz ze wzrostem zapotrzebowania na tlen aż do
osiągnięcia
maksymalnej wartości określanej jako pułap tlenowy (V
O2max
).
Pułap tlenowy
•
W przypadku wysiłków długotrwałych o umiarkowanej intensywności, miarą wydolności
fizycznej jest pułap tlenowy (VO
2max
).
•
Pułap tlenowy oznacza maksymalną ilość tlenu, jaką może pobrać organizm w czasie
jednej minuty.
•
Wartość pułapu tlenowego określa wydolność tlenową (aerobową).
•
Maksymalnemu poborowi tlenu odpowiada maksymalny wysiłek fizyczny.
•
Wielkość V
O2max
zależy od:
o
pojemności tlenowej mięśni (masy mięśni)
o
w mniejszym stopniu aktywności enzymów mitochondrialnych
o
pojemności i sprawności układów współdziałających w transporcie tlenu:
o
zdolności zwiększania wentylacji płuc
8
o
pojemności dyfuzyjnej płuc,
o
maksymalnej objętości minutowej serca,
o
maksymalnego przepływu krwi przez pracujące mięśnie
o
objętości i pojemności tlenowej krwi (zawartości hemoglobiny).
•
Pułap tlenowy wyraża się w jednostkach bezwzględnych (L/min) albo w przeliczeniu na
jednostkę masy ciała (mL/kg/min).
•
Jest on uważany za dobry wskaźnik wydolności fizycznej, ponieważ określa zakres
obciążeń, przy którym możliwe jest pełne pokrycie zapotrzebowania na tlen.
•
Tolerancja wysiłku zależy w znacznym stopniu od tego, jaki procent V
O2max
jest
wykorzystywany podczas pracy.
•
Pułap tlenowy
o
U mężczyzn w wieku 18—30 lat, o przeciętnej aktywności ruchowej, V
O2max
wynosi 40-50 mL /kg/min, a u kobiet 30-40 mL/kg/min.
o
Różnica wielkości pułapu tlenowego kobiet i mężczyzn związana jest m.in. z
większą zawartością tłuszczu w składzie ciała i mniejszą zawartością hemoglobiny
we krwi u kobiet.
•
Możliwość oceny wydolności tlenowej pozwala przewidzieć reakcje organizmu na
wysiłek fizyczny.
•
Oznaczanie pułapu tlenowego ma zastosowanie w medycynie pracy, w badaniach
klinicznych i w sporcie wyczynowym natomiast w przypadku rehabilitacji większe
znaczenie ma ocena tolerancji wysiłkowej.
•
Wielkość pułapu tlenowego jest uwarunkowana sprawnością narządów i mechanizmów
zaangażowanych w dostarczanie tlenu do tkanek, skutecznością mechanizmów
prowadzących do wykorzystania tlenu w procesach energetycznych oraz masą ciała.
•
W zależności od zapotrzebowania na tlen wysiłki fizyczne można podzielić na:
o
wysiłki maksymalne, przy których zapotrzebowanie na tlen jest równe pułapowi
tlenowemu;
o
wysiłki supramaksymalne, przy których zapotrzebowanie na tlen przekracza
pułap tlenowy, a organizm zaciąga „dług tlenowy";
o
wysiłki submaksymalne, przy których zapotrzebowanie na tlen jest mniejsze niż
wynosi pułap tlenowy.
•
Zwiększenie zapotrzebowania na tlen po wysiłku jest spowodowane:
o
koniecznością uzupełnienia zapasów tlenu (w hemoglobinie i mioglobinie),
o
odbudowy zużytych w czasie wysiłku zasobów ATP, fosfokreatyny i glikogenu w
mięśniach,
o
wypłukania z tkanek i krwi kwasu mlekowego
o
wzmożoną wentylacją płuc (usuwanie z tkanek nadmiaru CO
2
)
9
o
utrzymywaniem się przez dłuższy czas podwyższonej temperatury ciała i
niektórych zmian hormonalnych
•
Tempo pobierania tlenu zwiększa się już w pierwszych sekundach wysiłku, a po 2-5 min
osiąga wielkość odpowiadającą pułapowi tlenowemu.
•
Podczas wysiłków submaksymalnych, o zapotrzebowaniu na tlen < 75% V
O2max
, osiągany
jest stan równowagi czynnościowej (steady state) charakteryzujący się stabilizacją V
O2
.
•
Po zakończeniu wysiłku V
O2
stopniowo zmniejsza się, pozostaje ono jednak większe niż w
spoczynku przed wysiłkiem przez okres od kilku do kilkunastu godzin.
•
Nadwyżka V
O2
po zakończeniu pracy w stosunku do wartości przedwysiłkowych nosi
nazwę długu tlenowego.
Próg mleczanowy
•
Wzrost intensywności wysiłku fizycznego do poziomu około 60-70% pułapu tlenowego
(poziom tzw. progu metabolizmu beztlenowego) powoduje ponowny wzrost udziału
glikolizy beztlenowej w pokrywaniu zapotrzebowania energetycznego mięśni, a co za
tym idzie znaczny wzrost poziomu mleczanów w mięśniach i we krwi (pomimo że
organizm nadal ma możliwości zwiększenia wykorzystania tlenu).
•
Wydolność fizyczną można wyznaczać poprzez określenie intensywności wysiłku, przy
którym zostaje osiągnięty próg metabolizmu beztlenowego, czyli tzw. próg mleczanowy
(próg mleczanowy pokrywa się również z progiem wentylacyjnym).
•
W praktyce oznacza to gwałtowny wzrost stężenia mleczanów we krwi.
•
W zależności od progu mleczanowego wysiłki fizyczne dzieli się na:
o
wysiłki podprogowe, przy których intensywność wysiłku nie powoduje
przekroczenia progu mleczanowego,
o
wysiłki ponadprogowe, których intensywność powoduje przekroczenie progu
mleczanowego.
Stan równowagi czynnościowej
(steady state)
o
Podczas wysiłków podprogowych o stałej mocy pobór tlenu początkowo rośnie,
a po 2-3 minutach stabilizuje się na poziomie odpowiadającym
zapotrzebowaniu organizmu na ten pierwiastek.
o
Okres stabilizacji nazywany jest stanem równowagi czynnościowej.
10
Deficyt tlenowy
•
Deficyt tlenowy to różnica pomiędzy spodziewanym poborem tlenu, szacowanym na
podstawie równowagi funkcjonalnej (steady state), a wielkością VO
2
w pierwszych
minutach wysiłku
Dług tlenowy
•
Długiem tlenowym nazywamy nadwyżkę w poborze tlenu ponad wartość spoczynkową,
jaka występuje po zakończeniu wysiłku.
o
Wielkość długu tlenowego możemy określić zarówno po wysiłkach
podprogowych, jak i ponadprogowych.
•
W przebiegu długu tlenowego wyróżniamy trzy fazy:
1.
fazę szybką, trwającą kilka minut,
2.
fazę wolną, trwającą do kilkudziesięciu minut,
3.
fazę ultrawolną, trwającą do kilku godzin.
•
Po wysiłkach krótkotrwałych o intensywności podprogowej występuje jedynie faza
szybka.
•
Pozostałe dwie fazy długu tlenowego są obecne jedynie po wysiłkach intensywnych
(ponadprogowycłi) oraz o przedłużonym czasie trwania.
•
W wysiłkach ponadprogowych o stałej intensywności stan równowagi czynnościowej
nie występuje, a pobór tlenu stale rośnie.
•
Wzrost zużycia tlenu w wysiłku o stałej intensywności nazywany jest „wolną
komponentą kinetyki VO
2max
".
•
Podczas wysiłków o wzrastającej intensywności, pobór tlenu rośnie liniowo z
przyrostem intensywności wysiłku do poziomu progu mleczanowego.
•
Po przekroczeniu progu mleczanowego obserwuje się szybszy pobór tlenu niż
wynikałoby to z przyrostu intensywności wysiłku.
•
Podczas wysiłków fizycznych ponadprogowych, których intensywność rośnie, pobór
tlenu stabilizuje się ponownie po osiągnięciu poziomu wysiłku maksymalnego.
•
Pewnym kryterium osiągnięcia wysiłku maksymalnego jest brak zwiększania się
poboru tlenu, mimo narastania intensywności wysiłku.
11
Wskaźnik PWC
170
(Physical Work Capacity
•
W okresie równowagi czynnościowej podczas wysiłków podprogowych częstość
skurczów serca wykazuje liniową zależność od wielkości obciążenia wysiłkowego przy
zastosowaniu wysiłków dynamicznych, a zatem także od ilości pobieranego tlenu.
•
Kąt nachylenia prostej zależy od stopnia wydolności fizycznej oraz od tego, które grupy
mięśniowe są zaangażowane w wysiłek (kończyny dolne czy górne).
•
PWC
170
oznacza wielkość obciążenia, przy którym HR stabilizuje się na poziomie
170/minutę.
•
PWC
170
odpowiada ok. 80% obciążenia maksymalnego.
•
W przypadku osób o przewidywanej mniejszej wydolności fizycznej, można zastosować
wskaźniki PWC
150
lub PWC
130
.
•
Wskaźnik PWC
170
wykazuje wysoką korelację z maksymalnym poborem tlenu.
MVC i MPO
•
W wypadku krótkotrwałych wysiłków fizycznych o supramaksymalnym nasileniu (jak w
niektórych dyscyplinach sportowych) właściwe jest oznaczanie maksymalnej siły
izometrycznej (MVC - maximal voluntary contraction) danej grupy mięśniowej i mocy
maksymalnej (MPO - maximal power output).
•
Wartości te wyznaczają tzw. wydolność beztlenową (anaerobową).
Moc maksymalna
•
Mocy maksymalna - największą moc, którą może osiągać dana grupa mięśniowa
podczas wysiłków dynamicznych.
•
Moc maksymalną wyrażamy w watach.
•
Jest pochodną siły mięśniowej i szybkości skracania włókna mięśniowego.
•
Siła izometryczna rozwijana w mięśniach zależy od:
o
przekroju poprzecznego mięśnia,
o
zawartości jednostek motorycznych wolnych i szybkich,
o
częstotliwości pobudzeń w motoneuronach
o
wyjściowej długości włókien mięśniowych
•
Największa moc maksymalna dla danego mięśnia jest osiągana wówczas, gdy mięsień
ten skraca się z szybkością równą około 30% swojej maksymalnej szybkości skracania
(tzw. optymalna szybkość skracania).
12
•
Im większa jest maksymalna szybkość skracania danego mięśnia, tym większą może on
osiągnąć moc maksymalną.
•
Szybkość skracania mięśnia podczas danej próby wysiłkowej zależy przede wszystkim
od zastosowanego obciążenia zewnętrznego.
•
Jeśli obciążenie to zostanie dobrane tak, aby mięsień skracał się z szybkością
optymalną, zostanie osiągnięta moc maksymalna.
•
Wielkość
mocy
maksymalnej
mięśnia
zależy
także
od
temperatury
wewnątrzmięśniowej i zasobów substratów
Tolerancja wysiłkowa
•
W przypadku osób chorych często określenie maksymalnej wydolności fizycznej często
nie jest możliwe (objawy choroby, które mogą pojawić się lub nasilić już podczas
bardzo umiarkowanego wysiłku fizycznego).
•
U takich osób określa się
tolerancję wysiłkową.
•
Tolerancja wysiłkowa - zdolność do wykonywania określonych wysiłków bez zaburzeń
funkcjonowania narządów wewnętrznych, a szczególnie układu krążenia i
oddechowego.
•
Na wielkość tolerancji wysiłkowej, oprócz zmian patologicznych, wpływają także
zmiany fizjologiczne, które powstają w organizmie podczas wysiłków fizycznych.
•
Zmiany fizjologiczne zależą w dużym stopniu od wielkości obciążenia względnego, a
zatem od wydolności fizycznej.
•
Zwiększenie wydolności fizycznej, np. w wyniku rehabilitacji, powoduje także
zwiększenie tolerancji wysiłkowej.
Metody pomiaru wydolności fizycznej i tolerancji wysiłkowej
Próby wysiłkowe
•
Wybór rodzaju próby wysiłkowej
o
Cel badania
o
Możliwości osoby badanej
•
W zalezności od celu badań i możliwości osoby badanej określamy też :
13
•
obciążenie zewnętrzne (intensywność wysiłku fizycznego)
•
czas trwania próby.
Czas trwania próby
•
Zależeć przede wszystkim od tego, jakiej informacji próba ta ma dostarczyć.
•
Jeśli celem jest określenie maksymalnego poboru tlenu, to przy zastosowaniu
maksymalnego obciążenia, próba wysiłkowa nie powinna być krótsza niż 3 do 7 minut,
(tyle czasu zwykle upływa zanim zostanie osiągnięty poziom maksymalnego pobierania
tlenu przez organizm).
•
Przy zastosowaniu wysiłków podprogowych w próbach wysiłkowych, musi zostać
osiągnięty stan równowagi czynnościowej, co wymaga od 3 do 7 minut; zaleca się
nawet przedłużenie próby wysiłkowej o kolejne 2 minuty.
•
Do oceny tolerancji wysiłkowej czas trwania próby jest dłuższy.
•
Moment zakończenia próby wyznacza najczęściej wystąpienie objawów patologicznych
•
Podczas wysiłków supramaksymalnych, przy ocenie wydolności anaerobowej, czas
próby wynosi kilka do kilkudziesięciu sekund.
•
Moc maksymalna mięśnia jest osiągana już po pierwszej sekundzie, a przedłużanie
próby służy ocenie spadku mocy maksymalnej w wyniku zmęczenia mięśni.
Obciążenie zewnętrzne
•
Obciążenie zewnętrzne - intensywność wysiłku fizycznego
•
W zależności od obciążenia zewnętrznego wyróżnia się próby wysiłkowe z
zastosowaniem obciążenia submaksymalnego, maksymalnego i supramaksymalnego.
•
Obciążenie zewnętrzne - intensywność wysiłku fizycznego
•
Wysiłek o danej intensywności powoduje powstanie w organizmie określonego wydatku
(kosztu) energetycznego.
•
Koszt energetyczny wysiłku fizycznego ocenia się najczęściej mnożąc przewidywany lub
faktyczny pobór tlenu potrzebnego do wykonywania tego wysiłku przez wartość
równoważnika energetycznego.
•
Bardzo istotne jest w związku z tym określenie podczas ustalania programu testu
wysiłkowego przewidywanego zapotrzebowania na tlen.
14
•
Przy ustalaniu obciążenia zewnętrznego w próbie wysiłkowej bierze się pod uwagę
współczynnik pracy użytecznej.
•
Określa on wydajność (sprawność mechaniczną) mięśni.
•
Jest to stosunek wykonanej przez mięśnie pracy mechanicznej do wydatkowanej
energii.
•
Współczynnik pracy użytecznej określa, jaka część energii wytworzonej w organizmie
podczas wysiłku fizycznego o danej intensywności zostaje zużyta na pokonanie
obciążenia zewnętrznego.
•
Całkowity koszt energetyczny wysiłku fizycznego o danej intensywności zależy od pracy
wykonanej przez mięśnie, związanej z pokonywaniem obciążenia zewnętrznego lub
przemieszczeniem masy ciała w płaszczyźnie poziomej albo pionowej oraz od
współczynnika pracy użytecznej.
•
Np, podczas wchodzenia na stopień koszt energetyczny zależy od masy ciała,
wysokości stopnia i częstości wchodzenia.
•
Współczynnik pracy użytecznej wynosi w takim wysiłku około 16%.
•
Można stosować różne warianty obciążenia zewnętrznego:
o
stałe,
o
wzrastające z przerwami na odpoczynek,
o
wzrastające po osiągnięciu równowagi czynnościowej przy danym obciążeniu,
o
wzrastające ciągle.
•
Optymalne dla prób z obciążeniem submaksymalnym i maksymalnym jest
zastosowanie obciążenia wzrastającego, po osiągnięciu równowagi czynnościowej przy
obciążeniu poprzedzającym.
•
Daje możliwość ustalenia kolejnych obciążeń na podstawie reakcji na obciążenia
poprzedzające.
•
Zastosowanie obciążeń wzrastających ciągłych pozwala na szybkie osiągnięcie
obciążenia maksymalnego
•
Cechą wspólną testów jest stosowanie prostych form wysiłków o dozowanej
intensywności i określonym czasie trwania.
•
Warunkom tym odpowiadają wysiłki dynamiczne, takie jak „jazda" na cykloergometrze
rowerowym, bieg lub chód na bieżni elektrycznej o regulowanej prędkości ruchu i kącie
nachylenia oraz wchodzenie na stopień o określonej wysokości (step test) lub na
schody.
15
•
Do oceny wydolności fizycznej może być wykorzystywany prosty test chodzenia w
którym wysiłek testowy stanowi przejście z różną prędkością określonego dystansu po
powierzchni płaskiej.
Cykloergometr rowerowy
•
Zalety
o
Zaletami zastosowania w badaniach wysiłkowych cykloergometru rowerowego
w porównaniu z innymi formami wysiłków dynamicznych są:
o
łatwość dozowania obciążenia i przewidywania wielkości zapotrzebowania
tlenowego,
o
możliwość wykonywania w razie potrzeby wysiłków w pozycji leżącej,
o
mała ruchomość górnej części ciała, ułatwiająca przeprowadzenie badań (np.
częstości skurczów serca metodą osłuchiwania, mierzenia ciśnienia tętniczego,
uzyskiwania dobrych zapisów EKG, pobierania krwi)
o
możliwość bezpiecznego, natychmiastowego przerwania wysiłku.
•
Wady
o
Wadą wysiłków wykonywanych na cykloergometrze jest sama forma ruchu, w
porównaniu z marszem lub biegiem trudniejsza, zwłaszcza dla ludzi w starszym
wieku, rzadko lub nigdy nie jeżdżących na rowerze.
o
Podczas wysiłku wykonywanego na cykloergometrze ból i zmęczenie mięśni
pojawia się zwykle przy mniejszym obciążeniu niż podczas biegu lub marszu.
o
związane głównie z zaangażowaniem mniejszej masy mięśni podczas marszu lub
biegu.
o
Z tego też powodu wielkość maksymalnego pobierania tlenu mierzona
bezpośrednio podczas wysiłku wykonywanego na cykloergometrze, jest
mniejsza niż podczas biegu na bieżni.
Badanie wysiłkowe na bieżni ruchomej
•
Bieg, marsz, wchodzenie na stopień lub schody - bardziej naturalne, a więc zwykle
łatwiejsze formy ruchu.
•
Dozowanie obciążenia jest przy zastosowaniu tych wysiłków trudniejsze niż przy
zastosowaniu cykloergometru.
•
Trudniejsze jest także wykonywanie badań w czasie wysiłku ze względu na ruchy
całego ciała.
•
Przy dużej intensywności wysiłku, zwłaszcza na bieżni elektrycznej, natychmiastowe
przerwanie wysiłku jest połączone z niebezpieczeństwem urazu.
16
•
Dla mało sprawnych ludzi w starszym wieku najodpowiedniejszą formą wysiłków jest
marsz w terenie, po powierzchni płaskiej.
Wysiłek statyczny
•
Spośród wysiłków statycznych w badaniach klinicznych najczęściej jest stosowany
wysiłek polegający na zaciśnięciu ręki na uchwycie dynamometru ręcznego (handgrip).
•
Wysiłek ten jest łatwy do wykonania w pozycji siedzącej i leżącej, a zastosowanie
dynamometru umożliwia stałą kontrolę siły skurczu.
•
Udział jedynie małej grupy mięśni zginaczy palców i prostota wysiłku przy jednocześnie
dużej reakcji układu krążenia stwarzają szczególnie dogodne warunki do badania
czynności układu krążenia
Metody pomiaru wydolności fizycznej
•
Metody pomiaru wydolności fizycznej
o
Najczęściej stosowanym wyznacznikiem wydolności fizycznej jest wartość
maksymalnego pobierania tlenu przez organizm.
o
Pozwala ona na określenie obciążeń względnych, wyrażonych jako % VO
2max
,
dopuszczalnych w pracy, oraz w czasie rehabilitacji i treningu sportowego
•
Pomiar maksymalnego poboru tlenu przez organizm
•
Metody pomiaru VO
2max
można podzielić na:
o
bezpośrednie
o
pośrednie.
Metoda bezpośrednia
•
Oblicza się ilość tlenu pochłoniętego w czasie oddychania podczas wysiłku fizycznego.
•
Do pomiarów można zastosować:
o
metodę z otwartym lub
o
zamkniętym obiegiem gazów.
17
Metoda z zamkniętym obiegiem gazów
•
W metodzie o zamkniętym obiegu gazów osoba badana oddycha czystym tlenem ze
specjalnego zbiornika.
•
Powietrze wydychane kierowane jest do tego samego zbiornika przez pochłaniacz CO
2
.
•
Ilość zużytego podczas oddychania tlenu oblicza się mierząc, o ile zmniejszyła się
objętość tlenu w zbiorniku.
Metoda z otwartym obiegiem gazów
•
W metodzie o otwartym obiegu gazów, badany oddycha powietrzem atmosferycznym
o znanym składzie, natomiast powietrze wydychane zbierane jest do specjalnych
pojemników, tzw. worków Douglasa.
•
Umożliwia to pomiar objętości powietrza wydychanego oraz jego analizę w zakresie
zawartości O
2
i CO
2
.
•
Znajomość wentylacji minutowej, odsetka gazów w powietrzu atmosferycznym i
wydychanym oraz objętości powietrza wydychanego w czasie jednej minuty pozwala
obliczyć ilość tlenu zużytego przez organizm w czasie jednej minuty.
•
Objętości badanych gazów zależą od temperatury, ciśnienia atmosferycznego oraz
nasycenia gazu parą wodną;
o
objętości używane do obliczenia VO
2max
należy sprowadzić do wartości
objętości gazów w warunkach standardowych:
o
ciśnienie atmosferyczne = 760 mmHg (1013 hPa),
o
temperatura = 273° K (0° C),
o
gaz suchy, bez zawartości pary wodnej).
o
Tak przeliczone wartości oznacza się symbolem STPD (standard temperaturę,
pressure, dry).
Metody pośrednie
•
Pośrednie metody oceny pułapu tlenowego opierają się na liniowej zależności pomiędzy
poborem tlenu a częstością rytmu serca.
•
Zależność ta występuje podczas wysiłków dynamicznych, podczas których pochłanianie
tlenu wynosi od 20 do niemal 100% pułapu tlenowego.
•
Zasada oceny pułapu tlenowego metodą pośrednią polega na pomiarze częstości tętna
podczas prób z zastosowaniem wysiłków podprogowych.
18
•
Pomiar tętna przeprowadza się w okresie równowagi czynnościowej, czyli w momencie
stabilizacji tętna.
•
Zwykle wykonuje się trzy pomiary z zastosowaniem różnych obciążeń podprogowych.
•
Maksymalny rytm serca (HRmax) dla danego wieku i dla osób zdrowych jest wartością
stałą, można więc oszacować pobór tlenu odpowiadającywartości HRmax, który w
przybliżeniu jest równy pułapowi tlenowemu.
•
Nie zawsze przeciętna wartość HRmax dla danego wieku jest zgodna z maksymalną
częstością tętna u konkretnej osoby.
•
Zależność pomiędzy częstością tętna a poborem tlenu dla wartości bliskich HRmax traci
swój prostoliniowy charakter.
•
Minusy tej metody można wyeliminować np. podczas wyznaczania pułapu tlenowego
normogramami Astranda-Ryhming.
•
Nomogramy te opracowano empirycznie, dokonując pomiarów poboru tlenu
odpowiadających określonym wartościom częstości tętna, osiąganych przy różnych
obciążeniach wysiłkowych.
Test Astranda-Ryhminga
•
Wykonanie
testu:
•
Wysiłek 5-8 min na cykloergometrze do wartości tętna 130-150 HR (do osiągnięcia
stanu równowagi czynnościowej - steady-state)
•
wyliczenie średniej wartości tętna z 3 min
•
określenie obciążenia pracą podczas stabilizacji tętna
•
określenie wartości VO
2max
z nomogramu łącząc linie wartości tętna O
2
wysiłkowego
z wartością wykonanej pracy i masą ciała.
•
Test Astranda-Ryhminga
•
Na osi numer 1 wielkość aktualnego poboru tlenu
•
na osi numer 2 częstość tętna osiągniętą w próbie wysiłkowej
•
na osi numer 3 wartość pułapu tlenowego.
•
na osi a zaznaczono wielkość obciążenia w watach w przypadku zastosowania do
próby wysiłkowej cykloergometru
•
na osi b masę ciała osoby badanej.
19
•
Parametr ten odgrywa rolę, jeśli w próbie wysiłkowej zastosowano step-test
(wchodzenie na stopień).
•
Aby odczytać wartość pułapu tlenowego należy połączyć linią prostą punkt na osi 2
odpowiadający wartości tętna uzyskanej w próbie wysiłkowej z punktem na osi 1
odpowiadającym aktualnemu poborowi tlenu.
•
Przecięcie tej prostej z osią 3 wyznaczy maksymalny pobór tlenu.
•
Punkt na osi 1 odpowiadający aktualnemu poborowi tlenu przy danej częstości
tętna znajduje się na przecięciu się tej osi z linią prostopadłą do osi a,
poprowadzoną przez punkt odpowiadający wartości obciążenia w watach w
przypadku zastosowania cykloergometru.
•
W przypadku zastosowania step-testu prowadzi się linię prostopadłą do osi b,
przechodzącą przez punkt odpowiadający masie ciała badanej osoby. Przecięcie tej
prostej z osią 1 wyznacza aktualny pobór tlenu.
•
Wartość VO
2max
odczytaną z tablic należy pomnożyć przez współczynnik korekcyjny
dla wieku (wydolność fizyczna zmniejsza się z wiekiem - wartości współczynników
podane są w odpowiednich tablicach).
•
Np. dla wieku 25 lat współczynnik korekcyjny wynosi 1,0, dla wieku 50 lat - 0,75, a
dla wieku 60 lat-0,68.
•
Pośrednie metody pomiaru pułapu tlenowego są obarczone są błędem sięgającym
10-15%.
•
Błąd ten jest jednak powtarzalny dla danej osoby, dlatego nie zmniejsza wartości
badania stosowanego do oceny postępów treningu czy rehabilitacji.
•
Metoda pośrednia pozwala na zastosowanie w próbie wysiłkowej mniejszych,
podprogowych obciążeń, co zwiększa bezpieczeństwo jej stosowania.
Test Coopera
•
12 minutowy test biegu
•
Założeniem testu jest określenie maksymalnej wydolności tlenowej mierzonej
wynikiem biegu z maksymalną szybkością przez 12-minut.
•
Badania laboratoryjne Coopera wykazały, że właśnie taki wysiłek biegu z maksymalną
szybkością koreluje bardzo wysoko z bezpośrednim pomiarem VO
2max
dokonanym na
bieżni mechanicznej.
20
Oznaczanie progu mleczanowego
•
Próg mleczanowy wyznacza się badając stężenie mleczanów we krwi w trakcie próby
wysiłkowej o stopniowo wzrastającej intensywności.
•
Badania dokonuje się przy każdej intensywności wysiłku i wyznacza się krzywą
zależności pomiędzy obciążeniem wyrażonym w watach a stężeniem mleczanów we
krwi.
•
Obciążenie, przy którym obserwuje się gwałtowny wzrost stężenia mleczanów we
krwi, uważa się za próg mleczanowy.
•
Jego wartość może być także wyrażona w % pułapu tlenowego, częstości rytmu serca
oraz w ilości pobieranego tlenu.
Nieinwazyjny pomiar progu mleczanowego
•
Metoda oparta jest na pomiarach wentylacji minutowej i ilości wydychanego
dwutlenku węgla.
•
Podczas wysiłków, przy których pojawia się progowe stężenie mleczanów we krwi,
wentylacja minutowa traci swą liniową zależność od intensywności wysiłku fizycznego
i dochodzi do jej gwałtownego zwiększenia.
•
Towarzyszy temu wzrost wydalania CO
2
.
•
Zjawisko to określane jest mianem progu wentylacyjnego.
Wyznaczanie PWC
170
, PWC
150
, PWC
130
•
Wskaźnik PWC
170
jest określony przez intensywność wysiłku wyrażoną w watach, przy
której badany osiąga częstość tętna 170 uderzeń na minutę.
•
Zwykle stosuje się próbę z zastosowaniem dwóch lub trzech wysiłków
submaksymalnych.
•
Pomiarów tętna dokonuje się w momencie osiągnięcia równowagi czynnościowej.
•
Wyniki nanosi się na układ współrzędnych, gdzie na osi X zaznacza się moc, a na osi Y -
częstość tętna.
•
Ponieważ pomiędzy częstością tętna a intensywnością wysiłku istnieje zależność
prostoliniowa, wskaźnik PWC
170
odczytuje się z układu współrzędnych.
•
U osób z mniejszą wydolnością fizyczna określa się PWC150 lub PWC
130
.
21
Test PWC
170
(Physical Working Capacity)
•
Wykonanie testu:
o
9 minutowy wysiłek o wzrastającym obciążeniu
o
pomiar HR po 3 min i po 6 min wysiłku
o
określenie obciążenia pracą przy którym częstość skurczów osiągnie wartość
170 HR
o
u osób słabo wytrenowanych oraz w rehabilitacji leczniczej stosuje się
modyfikację testu PWC
170
, czyli PWC
150
lub PWC
130
znacznie obniżające
obciążenie badanego wysiłkiem testowym
•
Przykład:
•
Miarą wydolności tlenowej w teście jest wartość pracy fizycznej, którą badany
może wykonać przy częstości skurczów serca 170 ud./min.
•
Wartość testu PWC170określić też można w oparciu o następujący wzór obciążenie
w watach podczas dwóch kolejnych obciążeń, częstość skurczów
•
Wartość testu PWC
170
określić też można w oparciu o następujący wzór obciążenie
w watach podczas dwóch kolejnych obciążeń, częstość skurczów
•
Im wyższa jest wartość pracy wykonana przy intensywności 170 HR, tym lepsza
wydolność badanego, bo posiada on większą rezerwę funkcjonalną.
Wyznaczanie maksymalnej siły izometrycznej i mocy maksymalnej
•
Moc maksymalną kończyn dolnych bada się stosując między innymi test Margarii-
Kalamena.
o
Polega on na pomiarze czasu, w jakim badany wbiega na stopnie o znanej
wysokości.
o
Praca wykonana podczas tego ćwiczenia jest iloczynem siły (wyrażonej w N,
będącej iloczynem masy ciała badanego i przyspieszenia ziemskiego) i łącznej
wysokości pokonanych stopni.
o
Moc jest pracą wykonaną w czasie 1 sekundy, a zatem wynik iloczynu należy
podzielić przez wyrażony w sekundach czas potrzebny na pokonanie stopni.
•
Test Margarii-Kalamena
o
Test wykorzystywany jest do oznaczania mocy beztlenowej (anaerobowej)
bezmleczanowej.
•
Wykonanie testu:
o
badany staje przed schodami o wysokości stopnia 17.5 cm, długości 31 cm,
stopnie 3, 6 i 9 podłączone są do miernika czasu i fotokomórki pozwalającej
zmierzyć czas zbiegnięcia pomiędzy 3 a 9 stopniem
o
po sygnale badany wbiega na stopnie 3, 6 · 9 z maksymalną szybkością
22
Test 30 s Wingate
o
Test służy do oceny mocy beztlenowej zarówno bezmleczanowej, jak i
mleczanowej.
•
Wykonanie testu:
o
5 min rozgrzewki na cykloergometrze o obciążeniu 100W
o
obciążenie pracą w kpm według wzoru: 0.075 x masa ciała (kg)
o
badany wykonuje wysiłek przez 30 s
o
maksymalny wysiłek na cykloergometrze (częstość pedałowania jak
najszybsza).
o
Wielkość pracy mierzona ilością obrotów oraz zadanym obciążeniem według
wzoru:
o
L = n · L
1
o
n = liczba obrotów; L = praca jednego obrotu pedałem w J (dżulach).
o
Maksymalną moc w watach osiągamy w momencie największej częstości
pedałowania według wzoru:
o
Nmax(W)=L
1
/tm
o
L
1
- praca jednego obrotu w J, tm - czas trwania najszybszego obrotu w s.
Test pulsacyjny - wydolność beztlenowa w pracy interwałowej
•
Test pulsacyjny
o
W wielu dyscyplinach sportu wymagana jest u zawodnika zdolność do
wykonania serii niezwykle intensywnych wysiłków (praca supramaksymalna),
przedzielonych krótkimi przerwami wypoczynkowymi.
o
Ocenie tej zdolności wysiłkowej służy test pulsacyjny
•
Wykonanie
testu:
•
5 min rozgrzewki na cykloergometrze o obciążeniu 150, 175 lub 200 Wat - w
zależności od masy ciała zawodnika
•
wysiłek 30 s z szybkością pedałowania 80 RPM./min (130% VO
2max
), przy l obciążeniu
400W*
•
wysiłek 30 s z szybkością pedałowania 60 RPM/min (50% VO
2max
) tzw. wypoczynek
czynny, przy obciążeniu 150W i 175W odpowiednio .
•
Zakończenie testu następuje w momencie, gdy zawodnik odmawia dalszego
wysiłku lub w kolejnych dwóch obciążeniach nie utrzymuje zalecanego rytmu
pedałowania.
23
o
Podczas wykonywania testu mierzymy wskaźniki krążeniowo-oddechowy, zaś
po zakończeniu próby obserwujemy dynamikę powrotu do normy reakcji
fizjologicznych oraz zmian równowagi kwasowo-zasadowej.
Ocena tolerancji wysiłkowej
•
Próby wysiłkowe stosuje się także w celu oceny tolerancji wysiłkowej.
•
Ocena tolerancji wysiłkowej
•
Pozwala to nam ocenić:
o
maksymalny wysiłek fizyczny tolerowany przez daną osobę
o
ocena przydatności do wykonywania zawodu, jak również przy wydaniu decyzji
powrocie do pracy po chorobie
o
maksymalny wysiłek fizyczny, który nie powoduje jeszcze wystąpienia u osoby
badanej objawów patologicznych (np. duszności związanej z chorobą wieńcową
lub spowodowanej chorobami układu oddechowego)
o
W rehabilitacji - ocenę maksymalnego obciążenia wyjściowego, określenia celu
rehabilitacji, a następnie oceny jej postępów.
•
Maksymalną tolerancję wysiłkową podaje się zwykle w ilości pobieranego tlenu,
częstości tętna lub % PWC
170
.
•
Próbę wysiłkową oceniającą tolerancję wysiłkową kończy się w momencie, gdy:
o
pacjent stwierdzi, że kontynuowanie wysiłku fizycznego przekracza jego
możliwości;
o
w badaniu EKG pojawią się cechy niedokrwienia lub zaburzeń rytmu serca;
o
ciśnienie skurczowe obniży się lub wzrośnie ciśnienie rozkurczowe w czasie
zwiększania obciążenia;
o
u osoby badanej wystąpi sinica i uczucie duszności;
o
w badaniach laboratoryjnych wysycenie krwi tlenem u osoby badanej spadnie
poniżej 75%.
•
Moment zakończenia próby oznacza maksymalną tolerancję wysiłkową.
KLINICZNE ZASADYPROWADZENIA PRÓB WYSIŁKOWYCH
•
Próbę wysiłkową wykonuje się, aby ocenić jeden lub kilka elementów sprawności
fizycznej, takich jak:
o
Siła, moc i wytrzymałość mięśniowa
24
o
Szybkość
o
Wdolność fizyczna (tlenowa, aerobowa)
o
Gibkość Zręczność
o
Zwinność
•
Niektórzy autorzy, do szeroko rozumianej sprawności fizycznej zaliczają również
wybrane wskaźniki budowy i składu ciała
•
W praktyce najczęściej wykonuje się próbę wysiłkową oceniającą wydolność tlenową.
•
Taki test wysiłkowy wykonujemy aby ocenić dwa elementy:
•
WYDOLNOŚĆ FIZYCZNĄ (TLENOWĄ) – jest to zdolność organizmu do wykonywania
ciężkiej i długotrwałej pracy fizycznej, angażującej duże grupy mięśniowe
•
TOLERANCJĘ WYSIŁKOWĄ – jest zdolność do wykonania wysiłku bez istotnych
zaburzeń homeostazy lub zmian w czynności narządów wewnętrznych
•
Miarą wydolności fizycznej może być:
o
a) maksymalne pochłanianie tlenu (VO
2max
)
o
b) równoważnik metaboliczny (1 MET = 3.5 ml O2/kg masy ciała/min)
o
c) wskaźnik physical working capacity (PWC) wyrażony w watach i określający
moc przy obciążeniu odpowiadającym najczęściej 85% maksymalnej wiekowej
częstości skurczów serca (HRmax) - PWC85%HRmax (najczęściej przy tętnie
170/min - PWC170 dla osób do 25 roku życia).
•
Wskaźnik wyliczamy z liniowej zależności pomiędzy częstością skurczów serca a
obciążeniem dla dwóch lub j trzech obciążeń submaksymalnych w przedziale tętna
120-170/min
o
docena wykonanej pracy (czas wysiłku, iloczyn obciążenia i czasu trwania
wysiłku)
o
dystans przebyty w czasie 12 minutowego testu marszowo-biegowego Coopera
•
TOLERANCJA WYSIŁKOWA
o
Nieprawidłowa tolerancja to np.:
o
ból wieńcowy,
o
duszność,
o
sinica,
o
zaburzenia równowagi,
o
zawroty głowy,
o
zmiany w EKG,
o
zaburzenia rytmu,
o
hipertonia wysiłkowa.
o
W medycynie sportowej (u osób młodych i zdrowych) interesuje nas w
większym stopniu wydolność fizyczna,
o
w medycynie klinicznej (np. w kardiologii) ważniejsza jest ocena tolerancji
wysiłkowej.
25
•
METODY POMIARU PUŁAPU TLENOWEGO
•
BEZPOŚREDNIA
•
Badany oddycha w układzie półzamkniętym, a wydychane powietrze jest gromadzone
w tzw. worku Douglasa i analizowane przy pomocy specjalnych gazowych analizatorów
(lub wydychane powietrze jest bezpośrednio analizowane przez aparaturę sprzężoną z
komputerem).
•
Na podstawie składu powietrza oraz wielkości wentylacji oblicza się wielkość V
O2max
.
•
POŚREDNIA
•
Oparta na istnieniu zależności liniowej między częstością skurczów serca a wielkością
obciążenia wysiłkowego i ilością pochłanianego tlenu.
•
Zależność ta występuje w czasie wysiłków submaksymalnych wywołujących
przyśpieszenie tętna w przedziale 120-170/min.
•
Odczytu wielkości VO
2max
dokonujemy z nomogramu Astrand-Rhyming.
•
RODZAJE STOSOWANYCH TESTÓW WYSIŁKOWYCH
•
Test maksymalny - wysiłek do odmowy, ograniczony objawami (symptom-limited)
•
Kryteria osiągnięcia wysiłku maksymalnego: plateau krzywej pochłaniania tlenu,
poziom kwasu mlekowego (>8.0 mmol/l), współczynnik oddechowy (>1.1)
•
Test submaksymalny
•
do osiągnięcia 70-85% maksymalnej wiekowej częstości skurczów serca (220-wiek)
•
Najdokładniej wydolność fizyczną możemy ocenić stosując maksymalną próbę
wysiłkową z bezpośrednim pomiarem poboru tlenu.
•
W praktyce częściej stosujemy próby submaksymalne (klasycznie do osiągnięcia 85%
maksymalnej wiekowej częstości skurczów serca), a wielkość VO
2max
obliczamy metodą
pośrednią.
•
METODYKA TESTU WYSIŁKOWEGO
•
Stopniowy wzrost obciążenia np.:
•
na cykloergometrze - o 30 W co 3 min przy obrotach 60/min
26
•
na bieżni ruchomej – wg zmodyfikowanego lub typowego protokołu Bruce’a,
Naughton’a lub innych
•
bieżąca obserwacja elektrokardiograficzna
•
pomiar i rejestracja tętna (minimum co 2-3 minuty)
•
pomiar ciśnienia co 2-3 minuty
•
obserwacja i kontrola samopoczucia pacjenta
•
zakończenie wysiłku przy wystąpieniu kryteriów przerwania testu
•
obserwacja pacjenta (EKG, ciśnienie tętnicze do 10 minut po zakończeniu wysiłku).
•
U młodych, zdrowych sportowców, gdy jedynym celem próby jest ustalenie wydolności
fizycznej można stosować 6 minutowy wysiłek na poziomie submaksymalnym (w
przedziale tętna 120-170/min) z oceną VO
2max
na podstawie nomogramu Astrand-
Rhyming.
•
W praktyce klinicznej obciążenie zwiększa się stopniowo, co umożliwia pełną ocenę
tolerancji wysiłkowej i zwiększa bezpieczeństwo próby.
WARUNKI DO WYKONANIA TESTU WYSIŁKOWEGO
•
Przygotowanie osoby badanej:
o
lekki posiłek około 2 godziny przed badaniem
o
zakaz picia kawy, mocnej herbaty i palenia tytoniu przed badaniem
o
ubranie sportowe
o
badania lekarskie (wywiad, badanie przedmiotowe, pomiar ciśnienia
tętniczego, zapis EKG)
o
wyjaśnienie pacjentowi procedury badania i uzyskanie zgody na wykonanie
badania
•
Organizacja pracowni
o
nadzór lekarski w czasie badania
o
przeszkolony personel wykonujący badanie
o
pomieszczenie dobrze wietrzone, o temperaturze 20-23oC
•
wyposażenie: cykloergometr lub bieżnia, monitor i aparat EKG, aparat do mierzenia
ciśnienia, leki i sprzęt pomocy doraźnej, defibrylator (przy próbach klinicznych)
27
PRZECIWWSKAZANIA BEZWZGLĘDNE DO WYKONYWANIA PRÓB WYSIŁKOWYCH:
o
Świeżo przebyty zawał mięśnia sercowego
o
Spoczynkowe bóle dławicowe w dniu badania (niestabilna choroba wieńcowa)
o
Istotne obniżenie lub uniesienie odcinka ST w spoczynkowym EKG jako wyraz
ostrego niedokrwienia (nie stwierdzane w poprzednich zapisach)
o
Jawna niewydolność krążenia
o
Zaburzenia rytmu nasilające się w czasie wysiłku
o
Zwężenie zastawki aorty znacznego stopnia
o
Zakrzepowe zapalenie żył lub inne świeże procesy zakrzepowe
o
Niedawno przebyty zator tętniczy
o
Ostre choroby zakaźne
o
Tętniak rozwarstwiający aorty
o
Ciężkie choroby narządowe i układowe.
PRZECIWWSKAZANIA WZGLĘDNE DO WYKONYWANIA PRÓB WYSIŁKOWYCH:
o
Ciężkie nadciśnienie tętnicze (>200/110)
o
Świeży zawał serca (10-21 dzień po zawale)
o
Niewydolność krążenia
o
Nadciśnienie płucne
o
Tętniak serca
o
Tachyarytmie lub bradyarytmie
o
Zaburzenia przewodzenia
o
Wady przeciekowe i zastawkowe (szczególnie stenoza aortalna)
o
Kardiomiopatia przerostowa i inne formy zawężenia drogi odpływu
o
Niedokrwistość znacznego stopnia
o
Niewyrównane choroby metaboliczne (m.in. cukrzyca i nadczynność tarczycy)
o
Zaburzenia elektrolitowe
o
Choroby i zaburzenia uniemożliwiające prawidłowy kontakt z badanym lub
wykonanie odpowiedniego wysiłku
KRYTERIA DO PRZERWANIA PRÓBY WYSIŁKOWEJ:
o
Limit tętna w próbie submaksymalnej lub kryteria osiągnięcia wysiłku
maksymalnego
o
Ból w klatce piersiowej
o
Silne bóle mięśni lub bardzo silne zmęczenie
o
Uczucie omdlenia, duszności, trudności w oddychaniu
o
Nagła bladość lub sinica
o
Zaburzenia równowagi
o
Nieprawidłowości w zapisie EKG (obniżenie odcinka ST poniżej 2 mm,
uniesienie odcinka ST powyżej 2 mm, wystąpienie bloku odnogi lub bloku p-k
IIo i IIIo, zaburzenia rytmu nasilające się w czasie wysiłku)
o
Brak wzrostu tętna mimo wzrostu obciążenia lub gwałtowny wzrost tętna przy
niewielkim obciążeniu
o
Brak wzrostu ciśnienia krwi w czasie wysiłku lub spadek ciśnienia podczas próby
28
o
Górna granica RR do której można prowadzić próbę to ok. 240/120
o
Odmowa pacjenta lub brak współpracy z chorym
Pytania
1. Wydolność fizyczna organizmu
2. Zdefiniuj i przedstaw graficznie pojęcia: stanu równowagi czynnościowej
(steady state), długu tlenowego i deficytu tlenowego.
3. Pułap tlenowy i czynniki go determinujące
4. Pojęcie tolerancji wysiłkowej, czynniki na nie wpływające i jego znaczenie