Fizjologiczne następstwa bezczynności ruchowej
i korzystny wpływ ćwiczeń
dr Łukasz Tota
Aktywność ruchowa, obok prawidłowego odżywiania, jest jednym z podstawowych czynników warunkujących
zdrowie psychiczne i fizyczne człowieka. Dane epidemiologiczne dostarczają coraz więcej dowodów na to,
że obniżona aktywność fizyczna i siedzący tryb życia zwiększają zarówno ryzyko powstawania chorób
przewlekłych, jak i wskaźnik zgonów z powodu tych chorób. Znaczne ograniczenie aktywności ruchowej w
życiu codziennym i pracy najbardziej widoczne jest w krajach uprzemysłowionych. Przyczynia się to do
występowania negatywnych zjawisk, do których niewątpliwie zaliczyć można pogłębiającą się w
społeczeństwie bezczynność ruchową – hipokinezję.
Światowa Organizacja Zdrowia uznała hipokinezję za pośrednią i bezpośrednią przyczynę wielu
chorób zwanych cywilizacyjnymi.
Bezczynność ruchowa może być także związana z unieruchomieniem wynikającym z kontuzji, hospitalizacji i
w konsekwencji pozostaniem w pozycji leżącej – bed-rest przez dłuższy okres czasu. W organizmie
człowieka dochodzi wtedy do szeregu zmian fizjologicznych i biochemicznych.
Greenleaf w jednej ze swoich prac opisał skutki pozostania w pozycji leżącej przez dłuższy okres czasu.
Jeśli unieruchomienie trwa do 3 dni, w organizmie człowieka dochodzi do zwiększenia diurezy (wydzielania
moczu), utraty wapnia z moczem, zmniejszenia objętości osocza oraz płynu międzykomórkowego, płynu
zewnątrzkomórkowego (hipowolemia), zmniejszenia wydzielania soku żołądkowego, zmniejszenia przepływu
krwi (głównie w podudziu), zwiększenia aktywności neutrofili pełniących zasadniczą rolę w odpowiedzi
odpornościowej przeciw bakteriom, zmniejszenia tolerancji glukozy oraz zmniejszenia tolerancji na
przyspieszenia.
W czasie pierwszych 1-2 dni unieruchomienia u zdrowych ludzi często występuje euforia, pozytywny nastrój.
Wraz z wydłużającym się czasem przebywania w pozycji leżącej, pogarsza się samopoczucie, występują
zaburzenia snu, bóle głowy.
Jeżeli unieruchomienie trwa od 4 do 7 dni, w organizmie człowieka dochodzi do kreatyninurii –
podwyższonego poziomu kreatyniny w moczu, fosfaturii – podwyższonego stężenia Ca2+ w osoczu i
obniżenia stężenia osoczowych fosforanów, zwiększenia ilości fibrynogenu we krwi, podwyższenia progu
wrażliwości słuchowej, pogorszenia wzroku (gorsza ostrość, przekrwienie spojówek, rozszerzenie tętniczek i
żył siatkówki), nietolerancji ortostatycznej związanej ze zmianą pozycji ciała z leżącej na stojącą.
Jeżeli unieruchomienie przedłuży się o kolejne dni (od 8 do 14), doprowadza w organizmie człowieka do
zmniejszenia liczby erytrocytów, zmniejszenia fagocytozy, zwiększenia potliwości, hipertermii wysiłkowej,
zmniejszenia tkankowego przewodnictwa cieplnego.
Natomiast unieruchomienie trwające ponad 15 dni doprowadza w organizmie człowieka do kalciurii (szczyt
zawartości wapnia w moczu), zmian wrażliwości na bodźce termiczne, zmniejszenia tolerancji na
przyspieszenia.
Długotrwałe pozostanie w pozycji leżącej powoduje fatalne skutki, do których zaliczyć możemy: całkowitą
eliminację ciśnienia hydrostatycznego na układ naczyniowy położony poniżej serca, zmniejszenie siły
(napięcia) mięśni szkieletowych i kompresji (ucisku) na kości, zwłaszcza kręgosłupa i kończyn dolnych.
Często skutkiem jest atrofia, zarówno mięśni, jak i kości, zmniejszenie wydatku energetycznego oraz zmiana
impulsacji do narządu przedsionkowo-ślimakowatego, pozwalającego na utrzymanie równowagi.
Po upływie 60 dni od unieruchomienia w pozycji leżącej liczba erytrocytów we krwi ulega zmniejszeniu o
około 10% od poziomu wyjściowego. Przyczyną tego zjawiska jest zahamowanie ich wytwarzania
najprawdopodobniej na skutek zmniejszenia wydzielania erytropoetyny przez nerki, a także w wyniku
zatrzymywania się erytrocytów w śledzionie.
W badaniach przeprowadzonych pod kierownictwem LeBlanca zaobserwowano, że podczas pierwszych 6
tygodni pozostawania w pozycji leżącej w łóżku średnia utrata siły skurczu izometrycznego mięśni górnej
części ciała (ręce, przedramiona, ramiona i plecy) wynosi ok. 6% i jest niemal taka sama (5%), jak w
przypadku mięśni dolnej części ciała (brzuch, uda). Utrata maksymalnej siły izometrycznej mięśni jest
proporcjonalnie większa od utraty masy mięśni (atrofii). Podczas dalszych 7 tygodni pozostawania w stanie
bed-rest, utrata siły mięśni dolnej części ciała pogłębiła się o 39% i jest większa niż w górnej części ciała o
25%.
Brak aktywności fizycznej jest jednym z głównych czynników ryzyka chorób sercowo-naczyniowych.
W Stanach Zjednoczonych w 1987 roku z 2,1 miliona przypadków śmiertelnych choroba wieńcowa (ChNS)
była przyczyną zgonów w 27,5%. Do dobrze udokumentowanych czynników ryzyka ChNS zalicza się:
siedzący tryb życia, brak aktywności ruchowej, otyłość, która wiąże się z niekorzystnym bilansem
energetycznym (zbyt mała aktywność fizyczna w stosunku do ilości energii przyjmowanej z pokarmów),
nietolerancję węglowodanów, hiperinsulinemię powysiłkową, wzrost stężenia we krwi triacylogliceroli i
lipoprotein o niskiej gęstości.
W jednych ze swoich badań Paffenbarger przedstawił wyniki długoterminowych badań przeprowadzonych u
17 000 absolwentów Harvardu. U mężczyzn zużywających tygodniowo 8,4 MJ (2000 kcal) podczas
spacerów, wchodzenia po schodach i gier sportowych ryzyko rozwinięcia się choroby wieńcowej było o 39%
mniejsze niż u mniej aktywnych kolegów. Wysoki poziom codziennej aktywności fizycznej zmniejsza
przypadki przedwczesnej śmierci. Regularna aktywność fizyczna leczy lub korzystnie wpływa na
nadciśnienie, hiperlipidemię, otyłość, cukrzycę typu II, zaburzenia tolerancji glukozy, osteoporozę,
zaburzenia psychiczne (lęki, niepokój, agresja, irytacja, depresja, dezorientacja). Wspomaga profilaktykę
raka okrężnicy, wad kręgosłupa i układu immunologicznego.
Unieruchomienie lub długotrwały brak aktywności fizycznej w znacznym stopniu zmniejsza liczbę i rozmiar
pęczków włókien kolagenowych oraz niekorzystnie zmienia kolagenowe wiązania krzyżowe. Badania
wykonywane u astronautów i ludzi unieruchomionych wykazują zawsze osteoporozę.
Na podstawie przeglądu piśmiennictwa Maloni wysnuł wniosek, że zbędne zalecanie długiego pozostawiania
w łóżku podczas ciąży powoduje niepotrzebny stres psychologiczny i fizjologiczny kobiet, który często
przeciąga się na okres poporodowy, opóźniając czas powrotu do normalnej aktywności. Zalecane ćwiczenia
fizyczne dla kobiet ciężarnych to głównie ćwiczenia aerobowe. Intensywność ćwiczenia tlenowego dla takich
kobiet, które wcześniej prowadziły siedzący tryb życia to 60-70% tętna maksymalnego. Dla kobiet
ciężarnych, które wcześniej były aktywne fizycznie, właściwe są wysiłki odpowiadające 70-80% HRmax.
U osób prowadzących siedzący tryb życia mięśnie niepoddawane regularnym ćwiczeniom fizycznym
wykazują zmniejszoną odpowiedź na insulinę, co wiąże się z upośledzeniem tolerancji na glukozę. W
takim przypadku obserwujemy podwyższenie glukozy we krwi, która, jak twierdzi wielu badaczy, może
na stałe zmienić niektóre białka. Stan taki, jako sprzężenie zwrotne, prowadzi do hiperinsulinemi, która jest
jednym z czynników ryzyka wystąpienia ChNS. Tak więc racjonalnie wykonywana aktywność fizyczna
normalizuje tolerancję na glukozę i zwiększa wrażliwość mięśni na insulinę, co jest najbardziej zauważalne u
osób w podeszłym wieku.
Z badań przekrojowych wynika, że maksymalne pobieranie tlenu, popularnie określane jako pułap tlenowy,
obniża się w ciągu roku o 0,5-1,0%. Aktywność fizyczna jest jedynym z czynników, który może ten proces
spowolnić.
W jednych z badań Astranda wykazano, że po 3 tygodniach unieruchomienia w łóżku maksymalna wartość
pobierania tlenu u badanych osób wyniosła 1,74 l•min-1, a następnie po 60 dniach intensywnego treningu
wartość ta prawie się podwoiła, osiągając poziom 3,41 l•min-1.
Racjonalnie wykonywany trening fizyczny powoduje lepsze wykorzystanie wolnych kwasów tłuszczowych
(WKT), stanowiących substrat energetyczny dla pracujących mięśni, pozwala to na zmianę składu ciała
(zmniejszenie zawartości tkanki tłuszczowej z jednoczesnym zwiększeniem masy beztłuszczowej).
Optymalna aktywność fizyczna jest jedną z najskuteczniejszych metod walki z powiększającym się
zjawiskiem otyłości wśród dzieci i młodzieży, a także osób starszych.
W wielu badaniach dowiedziono, że w wyniku regularnie prowadzonego treningu tlenowego (aerobowego)
następuje istotny wzrost ilości mitochondriów, z proporcjonalnym wzrostem ilości enzymów
mitochondrialnych. Jeśli u człowieka prowadzącego siedzący życia pojemność tlenowa mięśni szkieletowych
umownie zostanie przyjęta jako 1 jednostka, to sportowiec może posiadać nawet 3 jednostki. Z danych tych
można wnioskować, że trening tlenowy zwiększa w wytrenowanych mięśniach szkieletowych metabolizm
tlenowy, który dostarcza energii do resyntezy (odbudowy) ATP.
U osób prowadzących aktywny tryb życia zaobserwowano zwiększenie sieci gęstości kapilarnej oraz
zmniejszenie przestrzeni pomiędzy krwią a wnętrzem komórki. Przyczynia się to do szybszego tempa
wymiany gazowej, wymiany substratów i metabolitów.
Dobrze udokumentowanym wpływem ćwiczeń na odporność ustroju człowieka jest występowanie ostrej i
natychmiastowej leukocytozy, której nasilenie jest wprost proporcjonalne do intensywności i czasu trwania
wysiłku, a odwrotnie proporcjonalne do poziomu wytrenowania. Wzrost liczby leukocytów, czasem ponad
czterokrotny względem poziomu spoczynkowego, spowodowany jest przede wszystkim wzrostem liczby
neutrofili i w mniejszym stopniu limfocytów i monocytów.
Organizm szybko przyzwyczaja się do zmniejszonej aktywności mięśniowej, dysfunkcji i w
konsekwencji do zmniejszonej wydolności fizycznej. Dane zawarte w Report of the Surgeon General
podkreślają, jak wiele korzystnych efektów treningu - zarówno wytrzymałościowego, jak i oporowego - ulega
stopniowemu zanikowi w ciągu 2 tygodni, jeśli aktywność fizyczna zmniejszy się istotnie. Jeśli natomiast
aktywność fizyczna zostanie podjęta na nowo, to w następstwie 2 do 8 miesięcy niektóre zmiany ustępują.
U osób chorych na cukrzycę typu II systematyczne uprawianie sportu, rozumianego jako rekreacja
ruchowa, stanowi wraz z odpowiednią dietą oraz podawaniem insuliny podstawę w leczeniu
cukrzycy. Dzieje się tak głównie poprzez opóźnienie wystąpienia schorzeń układu krążenia. Głównym
celem realizowanych programów treningowych i najważniejszym efektem systematycznego wysiłku u otyłych
pacjentów z cukrzycą typu II jest zwiększenie wrażliwości tkanek obwodowych na insulinę. U osób z
obniżoną tolerancją glukozy systematyczna aktywność ruchowa jest głównym celem w zapobieganiu
wystąpienia cukrzycy.
Jak podkreśla Haskell w jednym ze swoich doniesień naukowych, największe korzyści zdrowotne wynikające
ze zwiększonej aktywności fizycznej występują wtedy, gdy osoby wyjątkowo nieaktywne fizycznie
rozpoczynają regularny program treningowy typu wytrzymałościowego z umiarkowaną intensywnością.
Dalszy wzrost intensywności lub wielkości pracy wywołuje kolejne, korzystne zmiany w niektórych, jeśli nie
we wszystkich, wskaźnikach fizjologicznych lub klinicznych.
Każdy wzrost poziomu aktywności ruchowej daje jakąś korzyść. Najistotniejsze jednak jest to, że
regularna aktywność fizyczna zmniejsza ryzyko śmierci z powodu choroby wieńcowej – głównej
przyczyny śmierci w najbardziej uprzemysłowionych krajach zachodnich. Codzienna aktywność
fizyczna w znacznym stopniu obniża rozwój cukrzycy, nadciśnienia i raka okrężnicy. Sprzyja zdrowiu,
optymalnemu funkcjonowaniu mięśni, kości i stawów. Regularna aktywność fizyczna zmniejsza
depresję, poprawia nastrój poprzez wzrost produkcji endorfin, korzystnie wpływa na skład ciała.
Systematyczny trening fizyczny o charakterze tlenowym korzystnie wpływa na wzrost lipazy proteinowej i
obniżenie aktywności wątrobowej lipazy tri glicerynowej, co w konsekwencji zmienia profil lipidowy krwi.
Optymalne zalecenia wykonywania ćwiczeń fizycznych w każdym wieku, to wysiłek o umiarkowanej
intensywności, wykonywany codziennie (np. szybki marsz, jogging, nordic walking, jazda na rowerze,
pływanie, aerobik, jazda na nartach, zespołowe gry sportowe), trwający minimum 30 minut (koszt
energetyczny takiego treningu to około 0,6 MJ, czyli 150 kcal). Wykonywanie wysiłku fizycznego trzy razy
w tygodniu po około 45 minut jest także skuteczne dla osiągnięcia i utrzymania dobrej wydolności
sercowo-naczyniowej. Niekoniecznie musi to być wysiłek ciągły, może być podzielony na wysiłki trwające
po 10 minut i wykonywany jako zbliżona forma treningu interwałowego przeprowadzona np. w formie
interwału intensywnego lub ekstensywnego.
Najkorzystniej jednak - zalecają takie organizacje, jak UK Health Development Agency, ACSM (American
College of Sports Medicine) i US Centers for Disease Control - aby aktywność fizyczna podejmowana była
codziennie.
Regularnie wykonywane programy treningowe, jak donoszą badania wielu autorów, obejmujące wysiłki
przerywane lub ciągłe, z obciążeniem odpowiadającym od 50% (dla początkujących) do 80% (dla
zaawansowanych) maksymalnej mocy tlenowej, trwające 30-40 minut, stosowane trzy razy w tygodniu -
mogą zwiększyć objętość wyrzutową serca (objętość krwi tłoczona przez każdą z komór serca w trakcie
jednego skurczu, wynosząca w spoczynku ok. 70 ml, podczas maksymalnego wysiłku u osób trenujących
może wzrosnąć nawet do 200 ml). Zwiększenie objętości minutowej serca wpływa z kolei na poprawę
maksymalnej pojemności minutowej serca nawet o ok. 15% (maksymalna ilość krwi tłoczona przez każdą z
komór serca w czasie minuty, podczas maksymalnego wysiłku, wynosi u osób trenujących nawet 35-40 l).
Jak zauważył Mac Dougall w jednym ze swoich badań, podczas pierwszych tygodni treningu siłowego siła
mięśni zwiększa się o 20-40% bez zauważalnego wzrostu przekroju poprzecznego mięśnia, co wiąże się ze
skuteczną aktywacją mięśni. Gdy trening siłowy jest kontynuowany, pojawia się adaptacyjna hipertrofia
wynikająca wyłącznie ze wzrostu rozmiaru włókien, bez zwiększania się ich liczby.
Korzyści z wykonywania ćwiczeń fizycznych dla osób w każdym wieku są ogromne. W organizmie człowieka
nie ma układu, na który w sposób pośredni lub bezpośredni ruch nie oddziaływałby w sposób pozytywny.
Ćwiczenia fizyczne są doskonałym środkiem stosowanym zarówno w profilaktyce, jak i w leczeniu wielu
chorób, także chorób cywilizacyjnych.
Bibliografia:
1. Astrand P. O. 2000. Why exercise?. Medicina Sportiva 4.
2. Astrand P., O., Rodahl K. 1986. Textbook of Work Physiology, McGraw-Hill, New York.
3. Birch K., MacLaren D., George K. 2009. Krótkie wykłady. Fizjologia Sportu. Wydawnictwo Naukowe PWN.
4. Buczynski A., Kedziora J., Blaszczyk J., Kafar K., Zolynski K., and Nawarycz T. 1990. Peroksydacja
lipidow krwinek plytkowych u ludzi w stanie hipokinezji i po obciazeniu submaksymalnym wysilkiem
fizycznym. Lipid peroxidation processes in blood platelets of healthy men after physical exercise and bed
rest. Physical Education & Sport. Wychowanie Fizyczne i Sport 34, no. 3: 43-49. SPORTDiscus with Full
Text, EBSCOhost (accessed May 30, 2011).
5. Górski J., Fizjologiczne podstawy wysiłku fizycznego. 2001. PZWL Warszawa.
6. Greenleaf. J., E. 2001. Some evils of prolonged bed-rest deconditioning. Medicina Sportiva, vol. 5.
7. Haskell W., L. 1994. Health consequences of physical activity: understanding and challenges regarding
dose-response. Med. Sci. Sports. 26.
8. Henriksson J. 1992. Cellular metabolism and endurance. In: Endurance in Sport, eds. Shephard R., J. and
Astrand P.,O. Blackwell Scientific Publications, Oxford.
9. Jaskólski J. 2002. Podstawy fizjologii wysiłku fizycznego. AWF Wrocław.
10. Karolkiewicz J., Szczęśniak Ł., Kasprzak Z., Nowak A., 2002. An overall influence of regular physical
activity and calorie restricated diet on some parameter prooxidant-antioxidant equilibrium in obese girls.
Medicina Sportiva, vol. 6.
11. Kouzaki M., Masani K., Akima H., Shirasawa H., Fukuoka H., Kanehisa H., and Fukunaga T. 2007.
Effects of 20-day bed rest with and without strength training on postural sway during quiet standing. Acta
Physiologica 189, no. 3: 279-292. SPORTDiscus with Full Text, EBSCOhost (accessed May 30, 2011).
12. Lindsay Weight. 1997. Exercise and the immune system: a reviev. Medicina Sportiva. vol 1.
13. Mac Dougall J., D. 1986. Adaptability of muscule strength training-a cellular approach. In: Biochemistry
of Exercise VI, ed. Saltin B. Human Kinetics Books, Champaign IL.
14. McKinnon LT, Hooper S. 1994. Mucosal (Secretory) Immune System responses to exercise of varying
intensity and during overtaraining. Int J Sports Med. 15.
15. Paffanbarger R., S., Hyde R., T, Wing A., L. 1990. Human Kinetics Books, Champaign IL.
16. Wengar H., A., Bell G. J. 1986. The interactions of intensity, frequency and duration of exercise training
in altering cardiorespiratory fitness. Sport Med. 3.
http://www.perfectbody.pl/TRENING/3/376/Fizjologiczne-nastepstwa-bezczynnosci-ruchowej.html