Adaptacja układu
krążenia
do wysiłków
fizycznych
Stanisław Kowalewski, Liana
Puchalska
Adaptacja układu
krążenia
do wysiłków
fizycznych
Stanisław Kowalewski, Liana
Puchalska
Fizjologiczna klasyfikacja wysiłków
fizycznych
Kryterium: rodzaj skurczów
- wysiłki dynamiczne – przeważają skurcze izotoniczne
- wysiłki statyczne – przeważają skurcze izometryczne
Kryterium: wielkość grup mięśniowych zaangażowanych w wysiłek
- lokalne – mniej niż 30% całej masy mięśniowej
- ogólne – więcej niż 30% całej masy mięśniowej
Kryterium: czas wykonywania pracy
- krótkotrwałe – kilkanaście minut
- o średniej długości – do 60 minut
- długotrwałe – powyżej 60 minut
Fizjologiczna klasyfikacja wysiłków
fizycznych
Kryterium: intensywność wysiłku
Obciążenie bezwzględne
– ilość energii wydatkowanej przez organizm w jednostce
czasu. Może być wyrażone w jednostkach objętości tlenu pochłanianego przez
organizm w ciągu minuty lub w jednostkach pracy zewnętrznej wykonanej w
określonym czasie.
Podział ten nie uwzględnia wydolności fizycznej człowieka wykonującego pracę.
Wysiłek tzw. średniociężki wg powyższej tabeli może być wysiłkiem lekkim dla osoby o
dużej wydolności fizycznej, a wysiłkiem ciężkim dla osoby o małej wydolności
fizycznej.
Obciążenie organizmu
Obciążenie organizmu
Pobieranie tlenu
Pobieranie tlenu
(l/min)
(l/min)
Bardzo małe
Bardzo małe
0,5
0,5
Małe
Małe
0,5 - 1,0
0,5 - 1,0
Średnie
Średnie
1,0 – 1,5
1,0 – 1,5
Duże
Duże
1,5 – 2,0
1,5 – 2,0
Bardzo duże
Bardzo duże
2,0 – 2,5
2,0 – 2,5
Krańcowo duże
Krańcowo duże
> 2,5
> 2,5
Fizjologiczna klasyfikacja wysiłków
fizycznych
Obciążenie względne
– odsetek , jaki stanowi pobieranie tlenu przez
organizm podczas wysiłku w stosunku do indywidualnego maksymalnego
pochłaniania tlenu.
Wysiłki maksymalne to takie, podczas których zapotrzebowanie na tlen jast
równe indywidualnej wartości VO
2
max.
Wysiłki supramaksymalne – zapotrzebowanie na tlen przekracza
indywidualną wartość VO
2
max.
Wysiłki submaksymalne – zapotrzebowanie na tlen jest mniejsze od
VO
2
max.
Praca
Praca
% VO
% VO
2
2
max
max
Lekka
Lekka
< 10 %
< 10 %
Średnio ciężka
Średnio ciężka
10-30 %
10-30 %
Ciężka
Ciężka
30-50%
30-50%
Bardzo ciężka
Bardzo ciężka
> 50%
> 50%
Fizjologiczna klasyfikacja wysiłków
fizycznych
W klasyfikacji wysiłków statycznych
można posłużyć się:
- kryterium bezwględnym – wielkością siły potrzebną do pokonania oporu
zewnętrznego
- kryterium względnym – wielkością siły zaangażowanej w czasie
pokonywania oporu, wyrażoną w procentach siły uzyskiwanej podczas
maksymalnego skurczu dowolnego (MVC) danej grupy mięśni.
< 15% MVC – lekkie
15-30% MVC – średnio ciężkie
30-50% MVC – ciężkie
> 50% – bardzo ciężkie
Rola układu krążenia podczas wysiłku
Układ krążenia podczas wysiłków fizycznych odpowiada
za transport:
1. tlenu
z płuc do tkanek obwodowych (głównie mięśni) a
CO
2
w
kierunku odwrotnym
2. ciepła
z narządów o dużej przemianie materii do skóry
3. substratów energetycznych
z ich źródeł pozamięśniowych do
mięśni i mózgu
4. metabolitów
z mięśni do narządów, w których ulegają one
dalszej przemianie lub usuwaniu
5. hormonów
i innych substancji biologicznie czynnych między
tkankami
Rola układu krążenia podczas wysiłku
Układ krążenia decyduje w dużym stopniu o intensywności wysiłku,
jaką człowiek może osiągnąć, i o czasie, przez jaki może go
wykonywać.
Zmiany w czynności układu krążenia podczas wysiłku fizycznego
polegają na:
1. Zmianie czynności serca
2. Zmianie obwodowego przepływu krwi
• Objętość całkowita krwi (Q) przepływającej przez układ
krążenia w ciągu minuty jest równa pojemności minutowej
serca (CO). Pojemność minutowa jest to ilość krwi tłoczonej
przez jedną z komór serca w czasie jednej minuty
• Objętość całkowita krwi (Q) przepływającej przez układ
krążenia w ciągu minuty jest równa pojemności minutowej
serca (CO). Pojemność minutowa jest to ilość krwi tłoczonej
przez jedną z komór serca w czasie jednej minuty
CO (L/min) = SV • HR
CO (L/min) = SV • HR
• Objętość wyrzutowa (SV; ml) jest to ilość krwi wtłaczanej
przez
każdą
komorę
w
ciągu
jednego
cyklu
hemodynamicznego serca do odpowiedniego zbiornika
tętniczego
• Częstość skurczów serca (HR; sk/min) jest to liczba cykli
hemodynamicznych serca w ciągu jednej minuty
• Objętość wyrzutowa (SV; ml) jest to ilość krwi wtłaczanej
przez
każdą
komorę
w
ciągu
jednego
cyklu
hemodynamicznego serca do odpowiedniego zbiornika
tętniczego
• Częstość skurczów serca (HR; sk/min) jest to liczba cykli
hemodynamicznych serca w ciągu jednej minuty
Podstawowe pojęcia hemodynamiczne
• Podstawowe prawo hemodynamiki jest analogiczne do prawa
Ohma
• Podstawowe prawo hemodynamiki jest analogiczne do prawa
Ohma
MAP - M
Atr
P = Q • R
MAP - M
Atr
P = Q • R
•
MAP – średnie ciśnienie tętnicze w aorcie, M
Atr
P – średnie ciśnienie w prawym przedsionku, Q = CO –
pojemność minutowa, R = TPR – całkowity opór obwodowy
MAP – średnie ciśnienie tętnicze w aorcie, M
Atr
P – średnie ciśnienie w prawym przedsionku, Q = CO –
pojemność minutowa, R = TPR – całkowity opór obwodowy
• Ciśnienie średnie mierzone na tętnicy ramiennej jest ok. 5
mmHg mniejsze niż w aorcie. Ciśnienie w prawym
przedsionku jest równe ok. 5 mmHg. Biorąc poprawkę na te
wartości:
• Ciśnienie średnie mierzone na tętnicy ramiennej jest ok. 5
mmHg mniejsze niż w aorcie. Ciśnienie w prawym
przedsionku jest równe ok. 5 mmHg. Biorąc poprawkę na te
wartości:
MAP = CO • TPR
lub
TPR =
MAP = CO • TPR
lub
TPR =
MAP
CO
Podstawowe pojęcia hemodynamiczne
• Bezpośrednią przyczyną ciśnienia tętniczego krwi są siły
sprężyste biernego napięcia sprężystego ścian tętnic
rozciąganych objętością krwi wyrzucanej przez komorę serca
• Zależność pomiędzy napięciem rozciąganej ściany naczynia
a wywołanym przez nie ciśnieniem wewnątrz naczynia
określa prawo Laplace’a. W oparciu o prawo Laplace’a Frank
(1920) w celu określenia napięcia wprowadził poprawkę,
uwzględniającą grubość ściany naczynia
• Bezpośrednią przyczyną ciśnienia tętniczego krwi są siły
sprężyste biernego napięcia sprężystego ścian tętnic
rozciąganych objętością krwi wyrzucanej przez komorę serca
• Zależność pomiędzy napięciem rozciąganej ściany naczynia
a wywołanym przez nie ciśnieniem wewnątrz naczynia
określa prawo Laplace’a. W oparciu o prawo Laplace’a Frank
(1920) w celu określenia napięcia wprowadził poprawkę,
uwzględniającą grubość ściany naczynia
T = P
t
• r
T = P
t
• r
T = P
t
•
T = P
t
•
r
r
h
h
T- napięcie sprężyste ściany, P
t
– ciśnienie transmuralne (różnica ciśnień wewnątrz naczynia a
ciśnieniem otaczającym, r – promień naczynia, h – grubość ściany naczynia
T- napięcie sprężyste ściany, P
t
– ciśnienie transmuralne (różnica ciśnień wewnątrz naczynia a
ciśnieniem otaczającym, r – promień naczynia, h – grubość ściany naczynia
Podstawowe pojęcia hemodynamiczne
Rola układu krążenia podczas wysiłku
Objętość tlenu przenoszonego z płuc do tkanek przez układ krążenia zależy
od:
- pojemności minutowej serca
- zawartości tlenu we krwi
Miarą tkankowego zużycia tlenu jest tętniczo-żylna różnica zawartości
tlenu we krwi –
AVd.
Wykorzystanie tlenu przez kurczący się mięsień zależy od:
- rozmieszczenia wewnątrzmięśniowego przepływi krwi
- właściwości miocytów (np. liczby i cech mitochondriów, zawartości
odpowiednich enzymów)
Niedostateczne pochłanianie tlenu przez organizm może być wynikiem:
-nieodpowiedniego zaopatrzenia mięśni w tlen
-nieodpowiedniego wykorzystania przez mięśnie tlenu, który do nich jest
dostarczany
Reguła Ficka
V
O
2
= HR x SV x AVd
Podczas wysiłków fizycznych związanych z pracą mięśniową zwiększenie
zapotrzebowania organizmu na tlen jest wprost proporcjonalne do
intensywności tej pracy.
Ilość pracy, jaką człowiek może wykonać w ciągu minuty przy określonej
częstości skurczów serca zależy od pojemności minutowej serca i AVd,
osiąganych przy tej zamierzonej częstości skurczów serca.
Pogorszenie jednego z elementów tego równania (HR, SV lub AVd) może być
wyrównane przez silniejszą aktywację innego elementu.
Z punktu widzenia
wielkości obciążenia układu krążenia podczas pracy nie jest jednak obojętne,
czy zwiększenie CO jest osiągane na drodze zwiększenia w odpoweidniej
proporcji
HR i SV, czy głównie na drodze zwiększenia HR.
Przebieg zmian wskaźników czynności układu
krążenia podczas wysiłków fizycznych zależy od:
- pozycji ciała
- intensywności wysiłku
- czasu trwania wysiłku
- indywidualnych cech badanego człowieka
(wiek, płeć, stopień wytrenowania, sposób
odżywiania)
Pojemność minutowa serca
Zależy od HR i SV. W spoczynku wynosi ok. 4-5 L/min. W celu operowania
wielkością niezależną od cech somatycznych badanego, wyraża się ją często
w przeliczeniu na 1m2 powierzchni ciała jako wskaźnik sercowy
CI
(3-
3,5L/min/m2).
Podczas wysiłku:
- początkowa, szybka faza wzrostu CO
- wolniejsza faza wzrostu CO
- osiągnięcie poziomu odpowiadającego intensywności wysiłku
CO osiąga wartość odpowiadającą intensywności wysiłku po 3-6 min dla
wysiłków lekkich i umiarkowanych, a po 8 min. dla wysiłków ciężkich.
Opóźnienie przystosowania CO do zwiększonego zapotrzebowania
organizmu na tlen z chwilą rozpoczęcia wysiłku jest przede
wszystkim odpowiedzialne za powstawanie
deficytu tlenowego
i za
udział beztlenowego komponentu metabolicznego w pokrywaniu kosztu
energetycznego początkowego okresu pracy.
CO
CO
HR
HR
SV
SV
Ciśnienie tętnicze krwi
Ciśnienie tętnicze krwi
Wzrost aktywności
układu
przywspółczulnego
Wzrost aktywności
układu
przywspółczulnego
-
+
Wzrost aktywności
układu współczulnego
Wzrost aktywności
układu współczulnego
+
+
-
wpływ chronotropowy ujemny
wpływ chronotropowy ujemny
wpływ chronotropowy dodatni
wpływ chronotropowy dodatni
wpływ inotropowy dodatni
wpływ inotropowy dodatni
obciążenie następcze
obciążenie następcze
obciążenie wstępne
obciążenie wstępne
Ciśnienie w części
centralnej zbiornika żylnego
Ciśnienie w części
centralnej zbiornika żylnego
Pojemność minutowa serca
Pojemność minutowa serca
C
O
(
m
l/
m
in
/k
g
)
V
O
2
(ml/kg/min)
Gdy pochałanianie O2 przekroczy 80-85% VO2 max. krzywa ulega spłaszczeniu i
dalszy wzrost pochłaniania O2 przez organizm uzyskiwany jest głównie w wyniku
zwiększenia AVd.
A zatem CO max. osiągane jest przy obciążeniach nieco mniejszych
od VO2 max.
Pojemność minutowa serca
Na liniowy przebieg zależności CO od VO2 nie wpływa ani wiek, ani masa
ciała, ani poziom wydolności fizycznej.
Wykrycie w teście wysiłkowym istotnego odchylenia od tej zależności może
wskazywać na ważne klinicznie upośledzenie zdolności adaptacyjnej układu
krążenia do wysiłku fizycznego.
Zarówno w pozycji leżącej, jak i siedzącej lub stojącej CO zwiększa się
proporcjonalnie do obciążenia wysiłkowego.
Przejście z pozycji stojącej do leżącej powoduje wzrost CO o ok. 2L/min. Tym
różnicom w wielkości CO zależnym od pozycji ciała nie towarzyszą różnice w
pobieraniu O2 przez organizm (wyrównywanie przez zmianę AVd).
Dzięki temu
tętno tlenowe
(objętość tlenu pobieranego przez organizm
przypadająca na jeden skurcz serca) nie zmienia się w zależności od pozycji
ciała.
Pojemność minutowa serca
CO max. nie zależy istotnie od pozycji ciała.
Zależy natomiast od:
- stopnia wytrenowania
- wieku
- płci
Częstość skurczów serca
Podczas wysiłku:
- początkowa, szybka faza wzrostu HR
- wolniejsza faza wzrostu HR
- osiągnięcie poziomu odpowiadającego intensywności wysiłku
Podczas stopniowanych wysiłków fizycznych HR wzrasta proporcjonalnie do
zwiększonego zapotrzebowania na tlen (zależność prostoliniowa). Zależność
ta utrzymuje się przy zmianach pozycji ciała.
MAKSYMALNA WARTOŚĆ HR ZALEŻY WYŁĄCZNIE OD WIEKU!!!
HR max = 220 – wiek
Częstość skurczów serca
140
120
100
25 50 75 100 (%VO2
max.)
HR
ludzie młodzi
ludzie starsi
Wysiłek, przy którym osiągana jest ta sama częstość skurczów serca oznacza
co innego dla młodego, a co innego dla starszego człowieka.
Objętość wyrzutowa serca
Objętość wyrzutowa serca zależy od:
- Obciążenia wstępnego (preload)
- Obciążenia następczego (afterload)
- Stanu kurczliwości mięśnia sercowego
SV w spoczynku wynosi ok. 70 ml. Zależy od wielu czynników, m.in. stopnia
wytrenowania, rozmiarów ciała itp.
Obciążenie wstępne
Zależy od objętości krwi wypełniającej komory w końcowym okresie
rozkurczu i od sprawności rozkurczowej komory.
Wykładnikami obciążenia wstępnego są: objętość i ciśnienie
końcoworozkurczowe (ciśnienie wypełnienia komory).
W zdrowym sercu wzrost ciśnienia wypełnienia komory pociąga za
sobą zwiększenie SV (prawo Franka-Starlinga) –
heterometryczna
regulacja objętości wyrzutowej serca.
PRAWO FRANKA-STARLINGA: Objętość wyrzutowa serca
wzrasta w miarę wzrostu stopnia wypełnienia komór
Wzrost obciążenia wstępnego prowadzi do zwiększenia
objętości poźnorozkurczowej serca, a zatem do wzrostu
spoczynkowej długości włókien mięśniowych
1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6
1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6
100%
100%
40%
40%
0%
0%
długość sarkomeru (μm)
długość sarkomeru (μm)
80%
80%
20%
20%
60%
60%
N
a
p
ię
c
ie
i
zo
m
e
tr
y
c
zn
e
(%
m
a
k
s
im
u
m
)
N
a
p
ię
c
ie
i
zo
m
e
tr
y
c
zn
e
(%
m
a
k
s
im
u
m
)
Z
a
k
re
s
m
a
k
s
y
m
a
ln
e
g
o
n
a
p
ię
c
ia
Z
a
k
re
s
m
a
k
s
y
m
a
ln
e
g
o
n
a
p
ię
c
ia
1.65
1.65
1.90
1.90
2.05
2.05
2.20
2.20
3.65
3.65
Mięsień
szkieletowy
Mięsień
szkieletowy
Mięsień
sercowy
Mięsień
sercowy
Obciążenie wstępne
• Wzrost obciążenia wstępnego nie prowadzi do zmiany
objętości późnoskurczowej mięśnia sercowego. W wyniku
regulacji heterometrycznej objętość wyrzutowa wzrasta o
taką samą wartość jak objętość późnorozkurczowa bez
jakichkolwiek zmian frakcji wyrzutowej
• Wzrost obciążenia wstępnego nie prowadzi do zmiany
objętości późnoskurczowej mięśnia sercowego. W wyniku
regulacji heterometrycznej objętość wyrzutowa wzrasta o
taką samą wartość jak objętość późnorozkurczowa
bez
jakichkolwiek zmian frakcji wyrzutowej
5
5
2
2
długość mięśnia
długość mięśnia
4
4
1
1
3
3
N
a
p
ię
c
ie
m
ię
śn
io
w
e
(
g
)
N
a
p
ię
c
ie
m
ię
śn
io
w
e
(
g
)
napięcie bierne
napięcie bierne
maksymalne napięcie
izometryczne
maksymalne napięcie
izometryczne
80
80
objętość lewej komory
(ml)
objętość lewej komory
(ml)
60
60
120
120
C
iś
n
ie
n
ie
w
l
e
w
e
j
k
o
m
o
rz
e
(m
m
H
g
)
C
iś
n
ie
n
ie
w
l
e
w
e
j
k
o
m
o
rz
e
(m
m
H
g
)
120
120
wzrost objętości
wyrzutowej
wzrost objętości
wyrzutowej
Wzrost siły
skurczu mięśnia
Wzrost siły
skurczu mięśnia
wzrost obciążenia
wstępnego
wzrost obciążenia
wstępnego
40
40
Obciążenie wstępne
Objętość wyrzutowa serca
Obraz zmian SV podczas wysiłków zależy od pozycji ciała. Objętości
wyrzutowe w pozycji leżącej są znacznie większe niż w pozycji wyprostnej.
SV
120
100
80
60
500 1000 1500 2000
VO2
w pozycji stojącej
w pozycji leżącej
Objętość wyrzutowa serca
U ludzi z chorobą niedokrwienną serca, zarówno z dławicą, jak i bez dławicy,
SV często zmniejsza się podczas cięższych wysiłków fizycznych. Jest to
wynikiem zmniejszania kurczliwości mięśnia sercowego na skutek jego
przewlekłego niedokrwienia lub zmian po przebytym zawale. Zmniejszanie
się SV podczas ciężkich wysiłków fizycznych może zwiastować zagrażającą
niewydolność lewej komory serca.
Z naczyń
włosowatych
P
pv
=
7
mmHg
P
pv
=
7
mmHg
Klatka piersiowa
Klatka piersiowa
P
kl
0
mmHg
P
kl
0
mmHg
według: D.E. Mohrman, L.J. Heller. Cardiovascular Physiology. McGraw-Hill,
1997)
według: D.E. Mohrman, L.J. Heller. Cardiovascular Physiology. McGraw-Hill,
1997)
Powrót żylny
P
cv
P
cv
Czynnościowa część
obwodowa zbiornika
żylnego
Czynnościowa część
obwodowa zbiornika
żylnego
Czynnościowa
część
centralna zbiornika żylnego
(składa
się
z
prawego
przedsionka i żył głównych
górnej i dolnej)
Czynnościowa
część
centralna zbiornika żylnego
(składa
się
z
prawego
przedsionka i żył głównych
górnej i dolnej)
Wielkość
przepływu
pomiędzy
zbior-nikiem żylnym obwodowym
a częścią centralną zbiornika
żylnego
określa
podstawowe
prawo hemodynamiki:
Wielkość
przepływu
pomiędzy
zbior-nikiem żylnym obwodowym
a częścią centralną zbiornika
żylnego
określa
podstawowe
prawo hemodynamiki:
Q =
Q =
ΔP
R
ΔP – różnica ciśnień pomiędzy
częścią
obwodową
zbiornika
żylne-go a jego częścią centralną
R – opór żył obwodowych
ΔP – różnica ciśnień pomiędzy
częścią
obwodową
zbiornika
żylne-go a jego częścią centralną
R – opór żył obwodowych
Objętość wyrzutowa serca. Powrót żylny
P
o
w
ró
t
ży
ln
y
(L
/m
in
)
P
o
w
ró
t
ży
ln
y
(L
/m
in
)
Ciśnienie centralnej części zbiornika żylnego
(mmHg)
Ciśnienie centralnej części zbiornika żylnego
(mmHg)
0 2 4 6 8
10
0 2 4 6 8
10
10
10
8
8
6
6
4
4
2
2
K
rz
yw
a k
on
tro
ln
a p
ow
ro
tu
ży
ln
eg
o
K
rz
yw
a k
on
tro
ln
a p
ow
ro
tu
ży
ln
eg
o
W
zr
os
t
ob
ję
to
śc
i
kr
w
i
lu
b
na
pię
cia
ży
ł
ob
w
od
ow
yc
h
W
zr
os
t
ob
ję
to
śc
i
kr
w
i
lu
b
na
pię
cia
ży
ł
ob
w
od
ow
yc
h
Sp
ad
ek
ob
ję
to
śc
i
kr
w
i
lu
b
na
pię
cia
ży
ł
ob
w
od
ow
yc
h
Sp
ad
ek
ob
ję
to
śc
i
kr
w
i
lu
b
na
pię
cia
ży
ł
ob
w
od
ow
yc
h
• Krzywa
powrotu
żylnego
demonstruje jaki wpływ wywiera
ciśnienie
centralnej
części
zbiornika żylnego na wielkość
powrotu żylnego pod warunkiem,
że pozostałe czynniki pozostaną
bez zmian
• Wzrost lub spadek ciśnienia w
obwodowym
zbiorniku
żylnym
również powoduje zmiany wielkości
powrotu żylnego
Wzrost ciśnienia w obwodowym
zbiorniku żylnym następuje, gdy:
- wzrasta objętość krwi w zbiorniku
żylnym
-
wzrasta
napięcie
ścian
żył
(niebieska krzywa)
Spadek ciśnienia w obwodowym
zbiorniku żylnym następuje, gdy:
- maleje objętość krwi w zbiorniku
żylnym
- maleje napięcie ścian żył (zielona
krzywa)
• Krzywa
powrotu
żylnego
demonstruje jaki wpływ wywiera
ciśnienie
centralnej
części
zbiornika żylnego na wielkość
powrotu żylnego pod warunkiem,
że pozostałe czynniki pozostaną
bez zmian
• Wzrost lub spadek ciśnienia w
obwodowym
zbiorniku
żylnym
również powoduje zmiany wielkości
powrotu żylnego
Wzrost ciśnienia w obwodowym
zbiorniku żylnym następuje, gdy:
- wzrasta objętość krwi w zbiorniku
żylnym
-
wzrasta
napięcie
ścian
żył
(niebieska krzywa)
Spadek ciśnienia w obwodowym
zbiorniku żylnym następuje, gdy:
- maleje objętość krwi w zbiorniku
żylnym
- maleje napięcie ścian żył (zielona
krzywa)
Objętość wyrzutowa serca. Powrót żylny
Objętość wyrzutowa serca
W pozycji leżącej
, z chwilą rozpoczęcia wysiłku SV zwiększa się o ok. 10% u
ludzi młodych i o ok. 15% u ludzi starszych i dalej już się nie zmienia.
W pozycji stojącej
, z chwilą rozpoczęcia wysiłku SV zwiększa się znacznie
bardziej niż w pozycji leżącej – o ok. 50% u ludzi młodych i o ok. 30% u ludzi
starszych. Wzrost trwa do momentu osiągnięcia 40-50% VO2 max.
Przebieg powysiłkowych zmian SV może być różny w zależności od pozycji
ciała oraz od aktywności badanego.
W stanie bezczynnym – gwałtowny spadek HR, SV i CO. Zatrzymanie znacznej
objętości krwi w naczyniach pojemnościowych kończyn dolnych może być
przyczyną hipotonii ortostatycznej i zapaści.
Jeżeli po zakończeniu wysiłku badany nadal porusza nogami na
cykloergometrze (bez oporu), to nie wpływa to istotnie na przebieg zmian HR.
Natomiast SV początkowo wzrasta, po czym po 45-60 s zaczyna maleć i po 3
min. osiąga poziom wyjściowy.
Obciążenie następcze
Zależy od oporu stawianego odpływowi krwi z serca, a
zatem od:
- ciśnienia rozkurczowego w aorcie,
- obwodowego oporu naczyniowego (TPR)
- lepkości krwi.
1
g
spoczynek skurcz izotoniczny mięśnia
wtórnie obciążonego
spoczynek skurcz izotoniczny mięśnia
wtórnie obciążonego
1
g
obciążeni
e wstępne
obciążeni
e wstępne
1
g
2
g
2
g
1
g
obciążeni
e
następcze
obciążeni
e
następcze
1
1
3
3
2
2
4
4
5
5
napięcie bierne
napięcie bierne
5
5
2
2
0
0
względna długość mięśnia
względna długość mięśnia
4
4
1
1
3
3
N
a
p
ię
c
ie
m
ię
ś
n
io
w
e
(
g
)
N
a
p
ię
c
ie
m
ię
ś
n
io
w
e
(
g
)
maksymalne
napięcie
izometryczne
maksymalne
napięcie
izometryczne
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
•
Tor
1,2,3
– skurcz izotoniczny w warunkach
obciążenia wstępnego, mniejszego niż potrzebne
do
wywołania
maksymalnego
napięcia
izometrycznego dla danej długości mięśnia
•
Tor
1,4,5
– na samym początku skurczu
izotonicznego mięsień został wtórnie obciążony.
Tor
1-4
– skurcz izometryczny, podczas którego
mięsień
rozwija
napięcie
niezbędne
do
zrównoważenia obciążenia następczego. Tor 4-5 –
skurcz izotoniczny, podczas którego mięsień się
skraca
•
Tor
1,2,3
– skurcz izotoniczny w warunkach
obciążenia wstępnego, mniejszego niż potrzebne
do
wywołania
maksymalnego
napięcia
izometrycznego dla danej długości mięśnia
•
Tor
1,4,5
– na samym początku skurczu
izotonicznego mięsień został wtórnie obciążony.
Tor
1-4
– skurcz izometryczny, podczas którego
mięsień
rozwija
napięcie
niezbędne
do
zrównoważenia obciążenia następczego. Tor 4-5 –
skurcz izotoniczny, podczas którego mięsień się
skraca
Obciążenie następcze
80
80
objętość lewej komory (ml)
objętość lewej komory (ml)
60
60
120
120
C
iś
n
ie
n
ie
w
l
e
w
e
j
k
o
m
o
rz
e
(m
m
H
g
)
C
iś
n
ie
n
ie
w
l
e
w
e
j
k
o
m
o
rz
e
(m
m
H
g
)
120
120
spadek objętości wyrzutowej
spadek objętości wyrzutowej
40
40
• Wzrost obciążenia następczego prowadzi do wydłużenia
czasu
trwania
skurczu
izowolumetrycznego
mięśnia
sercowego. Zmniejsza się czas trwania okresu wyrzutu.
Maleje objętość wyrzutowa, wzrasta natomiast objętość
późnoskurczowa
• Wzrost obciążenia następczego prowadzi do wydłużenia
czasu
trwania
skurczu
izowolumetrycznego
mięśnia
sercowego. Zmniejsza się czas trwania okresu wyrzutu.
Maleje objętość wyrzutowa, wzrasta natomiast objętość
późnoskurczowa
Obciążenie następcze
Kurczliwość mięśnia sercowego
Jest jego cechą wewnętrzną. Wzrost kurczliwości przy danej długości
włókien mięśnia sercowego prowadzi do wzrostu SV -
homeometryczna regulacja objętości wyrzutowej serca.
Kurczliwość zależy m.in. od:
- częstości skurczów serca,
- wpływu na serce układu współczulnego i amin katecholowych,
- ilości jonów Ca2+ uwalnianych w komórkach podczas ich
pobudzenia,
- ilości elementów kurczliwych oraz ich wrażliwości na jony Ca2+.
O zmianie kurczliwości świadczy zmiana siły i szybkości skurczów,
która nie jest związana ze zmianą wyjściowej długości
mięśnia.
Odzwierciedleniem stanu kurczliwości mięśnia sercowego jest
frakcja wyrzutowa.
Frakcja wyrzutowa serca
EF
=
LVEDV -
LVESV
LVED
V
=
LVED
V
SV
20 40 60 80 100
VO2max
90
80
70
60
FW (%)
Podczas stopniowego
wysiłku zmiany EF są
największe przy
początkowych
obciążeniach.
Odbieganie zmian EF od
tego obrazu może być
wynikiem zaburzeń w
wieńcowym przepływie
krwi.
• Najważniejszym fizjologicznym regulatorem kurczliwości
mięśnia
sercowego
jest
noradrenalina (NA)
uwalniana z zakończeń nerwowych włókien współczulnych
• Najważniejszym fizjologicznym regulatorem kurczliwości
mięśnia
sercowego
jest
noradrenalina (NA)
uwalniana z zakończeń nerwowych włókien współczulnych
5
5
2
2
0
0
długość mięśnia
długość mięśnia
4
4
1
1
3
3
N
a
p
ię
c
ie
m
ię
ś
n
io
w
e
(
g
)
N
a
p
ię
c
ie
m
ię
ś
n
io
w
e
(
g
)
napięcie bierne
napięcie bierne
maksymalne
napięcie
izometryczne
maksymalne
napięcie
izometryczne
6
6
Skurcz izometryczny
Skurcz izometryczny
z
NA
be
z
NA
be
z
NA
z NA
lub b
ez NA
z NA
lub b
ez NA
5
5
2
2
0
0
długość mięśnia
długość mięśnia
4
4
1
1
3
3
N
a
p
ię
c
ie
m
ię
ś
n
io
w
e
(
g
)
N
a
p
ię
c
ie
m
ię
ś
n
io
w
e
(
g
)
napięcie bierne
napięcie bierne
maksymalne
napięcie
izometryczne
maksymalne
napięcie
izometryczne
6
6
Skurcz mięśnia wtórnie obciążonego
Skurcz mięśnia wtórnie obciążonego
z
NA
z
NA
be
z
NA
be
z
NA
z NA
lub b
ez NA
z NA
lub b
ez NA
Kurczliwość mięśnia sercowego
5
5
2
2
0
0
długość mięśnia
długość mięśnia
4
4
1
1
3
3
N
a
p
ię
c
ie
m
ię
śn
io
w
e
(
g
)
N
a
p
ię
c
ie
m
ię
śn
io
w
e
(
g
)
napięcie bierne
napięcie bierne
maksymalne
napięcie
izometryczne
maksymalne
napięcie
izometryczne
6
6
z N
A
z N
A
be
z N
A
be
z N
A
z NA
lub b
ez NA
z NA
lub b
ez NA
80
80
objętość lewej komory
(ml)
objętość lewej komory
(ml)
60
60
120
120
C
iś
n
ie
n
ie
w
l
e
w
e
j
k
o
m
o
rz
e
(m
m
H
g
)
C
iś
n
ie
n
ie
w
l
e
w
e
j
k
o
m
o
rz
e
(m
m
H
g
)
120
120
wzrost objętości
wyrzutowej
wzrost objętości
wyrzutowej
40
40
wzrost siły skurczu
wzrost siły skurczu
• Określenie kurczliwości mięśnia sercowego w sposób bezpośredni nie jest możliwe.
Wskaźnikiem kurczliwości mięśnia sercowego jest maksymalna szybkość przyrostu
ciśnienia w lewej komorze podczas skurczu izowolumetrycznego dP/dt
max
mierzona po
umiejscowieniu cewnika w komorze. Metodą nieinwazyjną oceniającą między innymi
kurczliwość mięśnia sercowego jest USG serca
• Parametrem odzwierciedlającym kurczliwość mięśnia sercowego jest frakcja
wyrzutowa, której prawidłowa wartość w spoczynku wynosi średnio ok. 65%
• Określenie kurczliwości mięśnia sercowego w sposób bezpośredni nie jest możliwe.
Wskaźnikiem kurczliwości mięśnia sercowego jest maksymalna szybkość przyrostu
ciśnienia w lewej komorze podczas skurczu izowolumetrycznego dP/dt
max
mierzona po
umiejscowieniu cewnika w komorze. Metodą nieinwazyjną oceniającą między innymi
kurczliwość mięśnia sercowego jest USG serca
• Parametrem odzwierciedlającym kurczliwość mięśnia sercowego jest frakcja
wyrzutowa, której prawidłowa wartość w spoczynku wynosi średnio ok. 65%
Kurczliwość mięśnia sercowego
Frakcja skracania się mięśnia sercowego (VF)
– procentowe
zmniejszenie końcoworozkurczowej średnicy komory w czasie jej skurczu
(przy pomiarach ultrasonograficznych). W spoczynku wielkość ta wynosi 20-
40%.
Kurczliwośc mięśnia
zwiększa się w miarę zwiększania obciążenia
wysiłkowego. Przyczyną jest dodatni inotropowy wpływ unerwienia
współczulnego i amin katecholowych. Podczas długotrwałych wysiłków
ujawnia się także dodatnie inotropowe działanie glukagonu.
Blokada receptorów beta redukuje wysiłkowe zwiększenie kurczliwości. W
warunkach beta blokady wyraźniejszy jest wzrost ciśnienia
końcoworozkurczowego w komorach serca. W sytuacji, kiedy wysiłkowi nie
towarzyszy wzrost kurczliwości, zwiększony dopływ krwi żylnej do serca
odgrywa większą rolę w determinowaniu zwiększenia SV.
Siła skurczów m.sercowego wzrasta w miarę wzrostu HR – efekt Bowditcha.
Jego przyczyną jest prawdopodobnie wzrost stężenia jonów Ca2+ wewnątrz
sarkoplazmy.
Kurczliwość mięśnia sercowego
Czynność serca podczas wysiłku
Zwiększenie pojemności minutowej
jest wynikiem współdziałania:
- przyspieszenia HR
- zwiększenia kurczliwości m. sercowego
- efektu Franka - Starlinga
Przyspieszenie HR jest wynikiem:
- dodatniego chronotropowego wpływu
unerwienia współczulnego
- podobnego działania amin
katecholowych przenoszonych przez
krew z nadnerczy
- zmniejszenie ujemnego
chronotropowego wpływu układu
przywspółczulnego
Zastosowanie beta receptorów
zmniejsza przyspieszenie HR
podczas wysiłku, ale go nie znosi.
Transplantacja serca nie znosi
wysiłkowego przyspieszenia HR,
chociaż przebieg adaptacji jest
zwolniony. Podczas
maksymalnego wysiłku CO jest
mniejsza, przy czym większy jest
wzrost SV, a mniejsze
przyspieszenie HR. Brak
unerwienia adrenergicznego
kompensowany jest przez wpływ
amin katecholowych krążących
we krwi.
Czynność serca podczas wysiłku
H
R
VO2 max
atr
opi
na
pro
pra
nol
ol
Podczas stopniowego
zwiększania
obciążenia
przyspieszenie HR jest
początkowo wynikiem
uwalniania serca od
wpływu układu
przywspółczulnego, a
następnie w coraz
większym stopniu
zwiększania się
wpływu unerwienia
współczulnego
Atropina powoduje zwiększenie HR w spoczynku oraz podczas wysiłków
submaksymalnych. Serce podczas wysiłków maksymalnych i bliskich maksymalnym
jest całkowicue uwolnione spod hamującego wpływu unerwienia przywspółczulnego.
Wpływ beta blokady jest tym większy, im większa jest intensywność wysiłku.
Czynność serca podczas wysiłku
W adaptacji wysiłkowej serca dużą rolę odgrywa zwiększenie prędkości i
skrócenie czasu trwania skurczów serca.
Skrócenie czasu trwania skurczów serca ułatwia rozkurczowe wypełnianie się
komór krwią nawet przy bardzo dużej częstości ich skurczów.
Podczas wysiłku fizycznego serce podlega jednoczesnemu dodatniemu
wpływowi chrono- i inotropowemu nerwów współczulnych i krążących amin
katecholowych. Dodatni katecholaminergiczny wpływ inotropowy
współdziała z efektem Franka-Starlinga w zwiększaniu SV.
Czynność serca jako pompy
Obciążenie
wstępne
Kurczliwość
Obciążenie
następcze
SV
Skrócenie włókien
m. sercowego
Geometria
komory
HR
CO
TPR
BP
Ogólny czas reakcji elektromechanicznej (QS2) to czas upływający od początku zespołu
QRS w EKG do chwili zamknięcia się zastawek aorty (II ton serca)
Okres przedwyrzutowy (PEP) – rozpoczyna się z chwilą depolaryzacji komór i trwa do
początku fazy wyrzucania krwi to tętnic. Okres ten koreluje z czasem skurczu
izowolumetrycznego.
Czas wyrzucania krwi (LVET) – czas skurczu izotonicznego
Podokresy skurczu lewej komory
PEP
LVET
QS2
W miarę zmniejszania się
wydolności LV wydłuża się PEP, a
skraca LVET. QS2 pozostaje
niezmienione.
Wskaźnik PEP/LVET (Weisslera)
powinien wynosić 0,35. Wartość >
0,44 wskazuje na upośledzenie
czynności skurczowej LV.
objętość
późnorozkurczowa
objętość
późnorozkurczowa
skurcz
izowolumetryczny
skurcz
izowolumetryczny
otwarcie zastawki
aortalnej
otwarcie zastawki
aortalnej
80
80
Objętość lewej komory (ml)
Objętość lewej komory (ml)
60
60
120
120
C
iś
n
ie
n
ie
w
l
e
w
e
j
k
o
m
o
rz
e
(
m
m
H
g
)
C
iś
n
ie
n
ie
w
l
e
w
e
j
k
o
m
o
rz
e
(
m
m
H
g
)
120
120
CYKL LEWEJ KOMORY
CYKL LEWEJ KOMORY
objętość wyrzutowa (SV)
objętość wyrzutowa (SV)
wyrzut
wyrzut
objętość
późnoskurczowa
objętość
późnoskurczowa
rozkurcz
izowolumetryczny
rozkurcz
izowolumetryczny
otwarcie zastawki
dwudzielnej
otwarcie zastawki
dwudzielnej
Wypełnienie komory
Wypełnienie komory
• Ciśnienie późnorozkurczo-
we w komorze określa sto-
pień rozciągnięcia włókien
mięśniowych w spoczynku
podczas rozkurczu i jest
nazywane
obciążeniem
wstępnym
• Średnie ciśnienie tętnicze
(MAP)
warunkuje
napięcie,
które
musi
rozwinąć mięsień sercowy
podczas
skurczu,
by
wyrzucić pewną objętość
krwi
do
aorty
jest
nazywane
obciążeniem
następ-czym
• Ciśnienie późnorozkurczo-
we w komorze określa sto-
pień rozciągnięcia włókien
mięśniowych w spoczynku
podczas rozkurczu i jest
nazywane
obciążeniem
wstępnym
• Średnie ciśnienie tętnicze
(MAP)
warunkuje
napięcie,
które
musi
rozwinąć mięsień sercowy
podczas
skurczu,
by
wyrzucić pewną objętość
krwi
do
aorty
jest
nazywane
obciążeniem
następ-czym
Podokresy skurczu lewej komory
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
7
7
0
0
0.4
0.4
0.8
0.8
12
0
12
0
80
80
40
40
0
0
12
0
12
0
80
80
40
40
EKG
EKG
Tony
serc
a
Tony
serc
a
O
b
ję
to
ś
ć
le
w
e
j
k
o
m
o
ry
(m
l)
O
b
ję
to
ś
ć
le
w
e
j
k
o
m
o
ry
(m
l)
C
iś
n
ie
n
ie
(
m
m
H
g
)
C
iś
n
ie
n
ie
(
m
m
H
g
)
Czas (sek)
Czas (sek)
Objętość
późnoskurczowa
Objętość
późnoskurczowa
Objętość
późnorozkurczow
a
Objętość
późnorozkurczow
a
Ciśnienie w
aorcie
Ciśnienie w
aorcie
Ciśnienie
w
lewej komorze
Ciśnienie
w
lewej komorze
Ciśnienie w
lewym
przedsionku
Ciśnienie w
lewym
przedsionku
a
a
c
c
v
v
Faza
Faza
faza 1 skurcz przedsionków
faza 2 skurcz komór izowolumetryczny
faza 3 szybki wyrzut
faza 4 zredukowany wyrzut
faza 5 rozkurcz izowolumetryczny
faza 6 szybkie wypełnienie komór
faza 7 zredukowane wypełnianie komór
faza 1 skurcz przedsionków
faza 2 skurcz komór izowolumetryczny
faza 3 szybki wyrzut
faza 4 zredukowany wyrzut
faza 5 rozkurcz izowolumetryczny
faza 6 szybkie wypełnienie komór
faza 7 zredukowane wypełnianie komór
Podokresy skurczu lewej komory
W spoczynku AVd wynosi 5 ml/100 ml krwi. Podczas wysiłku maksymalnego
AVd może wynosić ponad 15 ml/100 ml krwi.
Różnica tętniczo-żylna
VO2
[L/min]
AVd
Na wielkość AVd wpływ mają:
- zawartość O2 we krwi tętniczej
- dystrybucja mięśniowego
przepływu krwi
- szybkość komórkowego zużycia
O2
- czynniki modyfikujące przebieg
dysocjacji oksyhemoglobiny
- pozycja ciała (AVd jest mniejsza
w pozycji leżącej niż wyprostnej)
Górna granica prawidłowego ciśnienia przy różnych obciążeniach:
SP (mmHg) = 147 + 0,334 x
W
+ 0,31 x
wiek
(lata)
Ciśnienie tętnicze
VO2
mmH
g
225
200
175
150
125
100
75
50
25
SP
DP
Jednakowe obciążenie
organizmu wysiłkiem powoduje
u ludzi starszych większy wzrost
SP niż u ludzi młodszych.
Podczas ciężkich wysiłków SP
może wzrosnąć do wartości 225-
250 mmHg. DP sięga czasem
100-110 mmHg.
Ryzyko rozwoju NT jest
zwiększone u osób o normalnym
ciśnieniu w spoczynku, lecz
zwiększonej reakcji presyjnej na
wysiłki
TPR zmniejsza się z chwilą rozpoczęcia wysiłku fizycznego i po kilku
minutach stabilizuje na poziomie odpowiadającym wielkości obciążenia.
W miarę wzrostu obciążenia wysiłkowego zwiększa się redukcja TPR.
Zmiany TPR są wynikiem zmian w przepływie krwi przez różne obszary
naczyniowe.
Przepływ przez narządy bezpośrednio nie związane z wysiłkiem jest
ograniczany na skutek zmiany częstotliwości wyładowań we włóknach
współczulnych docierających do naczyń.
Zmiana przepływu może wynikać także z działania czynników miejscowych i
ogólnych np. pCO2 czy temperatury.
Obwodowy opór naczyniowy
TĘTNICE
TĘTNICE
ŻYŁY
ŻYŁY
WPŁYW LOKALNY
WPŁYW LOKALNY
WPŁYW ODRUCHOWY
WPŁYW ODRUCHOWY
Napięcie okrężne
(składowa bierna)
Napięcie okrężne
(składowa bierna)
Napięcie
podstawo-we
miogenne (skła-
dowa czynna)
Napięcie
podstawo-we
miogenne (skła-
dowa czynna)
Rozkurczowe
dzia-łanie
metabolitów
na
mięśnie gładki
Rozkurczowe
dzia-łanie
metabolitów
na
mięśnie gładki
Napięcie okrężne
(składowa bierna)
Napięcie okrężne
(składowa bierna)
P
P
Ucisk zewnętrzny
Ucisk zewnętrzny
NA
→
α
1
NA
→
α
1
Włókna współczulne
Włókna współczulne
NA
→
α
1
NA
→
α
1
Włókna współczulne
Włókna współczulne
Obwodowy opór naczyniowy
Maksymalna
aktywność
współczulna
Maksymalna
aktywność
współczulna
Brak
aktywności
współczulnej
Brak
aktywności
współczulnej
Maksymalny
metabolizm
Maksymalny
metabolizm
Tętnice
mózgowe, wieńcowe i mięśni
szkieletowych
cechuje duże napięcie podsta-
wowe pochodzenia miogennego. Wielkość
przepły-wu krwi przez te narządy jest niewiele
większa
od
ich
zapotrzebowania
metabolicznego.
Wzrost
aktywności
współczulnej nie prowadzi do znacznego
zwężenia światła tętnic z powodu gromadzenia
znacznej ilości metabolitów, wywierających
przeciwstawny wpływ na mięśnie gładkie. Z
powodu dużego napięcia podstawowego w tych
tętnicach spadek aktywności współczulnej nie
prowadzi do znacznego wzrostu przepływu krwi
Tętnice
mózgowe, wieńcowe i mięśni
szkieletowych
cechuje duże napięcie podsta-
wowe pochodzenia miogennego. Wielkość
przepły-wu krwi przez te narządy jest niewiele
większa
od
ich
zapotrzebowania
metabolicznego.
Wzrost
aktywności
współczulnej nie prowadzi do znacznego
zwężenia światła tętnic z powodu gromadzenia
znacznej ilości metabolitów, wywierających
przeciwstawny wpływ na mięśnie gładkie. Z
powodu dużego napięcia podstawowego w tych
tętnicach spadek aktywności współczulnej nie
prowadzi do znacznego wzrostu przepływu krwi
Maksymalna
aktywność
współczulna
Maksymalna
aktywność
współczulna
P
rz
e
p
ły
w
k
rw
i
p
rz
e
z
n
a
rz
ą
d
P
rz
e
p
ły
w
k
rw
i
p
rz
e
z
n
a
rz
ą
d
Maksymalnie możliwy przepływ
Maksymalnie możliwy przepływ
Przepływ
spoczynkowy
Przepływ
spoczynkowy
P
rz
e
p
ły
w
k
rw
i
p
rz
e
z
n
a
rz
ą
d
P
rz
e
p
ły
w
k
rw
i
p
rz
e
z
n
a
rz
ą
d
Maksymalnie możliwy przepływ
Maksymalnie możliwy przepływ
Przepływ
spoczynkowy
Przepływ
spoczynkowy
Brak
aktywności
współczulnej
Brak
aktywności
współczulnej
Maksymalny
metabolizm
Maksymalny
metabolizm
Tętnice
skórne, nerkowe i narządów jamy
brzusznej
cechuje niewielkie napięcie podsta-
wowe, pochodzenia miogennego. Wielkość
przepły-wu krwi przez te narządy jest znacznie
większa,
niż
ich
zapotrzebowanie
metaboliczne. Wzrost aktyw-ności współczulnej
prowadzi do znacznego zwęże-nia światła
tętnic i zmniejszenia przepływu krwi przez
narząd. Mimo zmniejszenia przepływu jest on i
tak wystarczający, by pokryć zapotrzebowanie
metaboliczne
tych
narządów.
Wzrost
zapotrzebowania
metabolicznego
też
nie
prowadzi do znacznych zmian przepływu
Tętnice
skórne, nerkowe i narządów jamy
brzusznej
cechuje niewielkie napięcie podsta-
wowe, pochodzenia miogennego. Wielkość
przepły-wu krwi przez te narządy jest znacznie
większa,
niż
ich
zapotrzebowanie
metaboliczne. Wzrost aktyw-ności współczulnej
prowadzi do znacznego zwęże-nia światła
tętnic i zmniejszenia przepływu krwi przez
narząd. Mimo zmniejszenia przepływu jest on i
tak wystarczający, by pokryć zapotrzebowanie
metaboliczne
tych
narządów.
Wzrost
zapotrzebowania
metabolicznego
też
nie
prowadzi do znacznych zmian przepływu
według: D.E. Mohrman, L.J. Heller. Cardiovascular Physiology. McGraw-Hill, 1997)
według: D.E. Mohrman, L.J. Heller. Cardiovascular Physiology. McGraw-Hill, 1997)
Obwodowy opór naczyniowy
• Krew przepływająca przez narząd musi pokonać opór
stawiany przez szeregowo połączone ze sobą tętnice,
tętniczki, naczynia włosowate, żyłki i żyły
Całkowity opór układu krążenia danego narządu zgodnie z
prawem Kirchoffa jest równy:
• Krew przepływająca przez narząd musi pokonać opór
stawiany przez szeregowo połączone ze sobą tętnice,
tętniczki, naczynia włosowate, żyłki i żyły
Całkowity opór układu krążenia danego narządu zgodnie z
prawem Kirchoffa jest równy:
R
narządu
= R
tetnic
+ R
tętniczek
+ R
n.wł
+ R
żyłek
+ R
żył
R
narządu
= R
tetnic
+ R
tętniczek
+ R
n.wł
+ R
żyłek
+ R
żył
• Aorta
rozgałęzia
się
na
tętnice,
które
zaopatrują
poszczególne narządy i części organizmu. Poszczególne
obszary krążeniowe są połączone są ze sobą równolegle.
Wobec tego zgodnie z prawem Kirchoffa:
• Aorta
rozgałęzia
się
na
tętnice,
które
zaopatrują
poszczególne narządy i części organizmu. Poszczególne
obszary krążeniowe są połączone są ze sobą równolegle.
Wobec tego zgodnie z prawem Kirchoffa:
= + +
+ ...
= + +
+ ...
1
1
TPR
TPR
1
1
R
1
R
1
1
1
R
2
R
2
1
1
R
3
R
3
1
1
R
n
R
n
Obwodowy opór naczyniowy
Prawa
połowa serca
Prawa
połowa serca
Lewa połowa
serca
Lewa połowa
serca
Płuca
Płuca
Naczynia
wieńcowe
Naczynia
wieńcowe
Mózg
Mózg
Mięśnie
Mięśnie
Trzewia
Trzewia
Nerki
Nerki
Skóra, kości i
inne tkanki
Skóra, kości i
inne tkanki
100
%
100
%
100
%
100
%
5 %
5 %
15 %
15 %
15 %
15 %
35 %
35 %
20 %
20 %
10 %
10 %
• Opór naczyniowy prze-
pływu
krwi
jest
znacznie
większy
w
pojedynczym
narządzie,
niż
całkowity
opór
obwodowy (TPR).
• Przy
prawie
takim
samym ciśnieniu krwi
jak w aorcie, przepływ
krwi
przez
poszczególne obszary
krążeniowe
sta-nowi
tylko
mały
procent
pojemności minutowej
(CO)
• Opór naczyniowy prze-
pływu
krwi
jest
znacznie
większy
w
pojedynczym
narządzie,
niż
całkowity
opór
obwodowy (TPR).
• Przy
prawie
takim
samym ciśnieniu krwi
jak w aorcie, przepływ
krwi
przez
poszczególne obszary
krążeniowe
sta-nowi
tylko
mały
procent
pojemności minutowej
(CO)
Obwodowy opór naczyniowy
Przepływ narządowy
Narząd
Narząd
% CO w
% CO w
spoczynku
spoczynku
% CO podczas
% CO podczas
wysiłku max.
wysiłku max.
Trzewia
Trzewia
24
24
1
1
Nerki
Nerki
19
19
1
1
Mózg
Mózg
13
13
3
3
m. sercowy
m. sercowy
4
4
4
4
mm.
mm.
szkieletowe
szkieletowe
21
21
88
88
skóra
skóra
9
9
2,5
2,5
CO
CO
5,8 L
5,8 L
25 L
25 L
Wielkość
redukcji trzewnego przepływu krwi
podczas wysiłku zależy od
wydolności fizycznej badanej osoby. U ludzi z małą wydolnością stwierdza się
dużo większe zmniejszenie trzewnego przepływu krwi niż u ludzi zdrowych.
Zwiększenie
przepływu mięśniowego
podczas wysiłków fizycznych zależy
przede wszystkim od czynników miejscowych.
Przepływ narządowy
Podczas pracy mięśniowej zwiększa się przepływ krwi także przez inne tkanki,
takie jak
skóra
czy
tkanka tłuszczowa
, ale nie wiąże się to z istotnym
wzrostem ich zapotrzebowa- nia tlenowego.
Zwiększonemu przepływowi krwi przez skórę podczas wysiłków fizycznych
towarzyszy jedynie znikome zwiększenie zużycia przez nią tlenu w związku z
aktywacją gruczołów potowych.
W tkance tłuszcowej wysiłkowa aktywacja lipolizy nie jest związana ze
zwiększonym zużyciem tlenu, natomiast większy przepływ krwi ułatwia
wypłukiwanie z niej WKT.
Ciśnienie w aorcie
Ciśnienie w aorcie
Ciśnienie w lewej
komorze
Ciśnienie w lewej
komorze
Przepływ krwi w lewej
tętnice wieńcowej
Przepływ krwi w lewej
tętnice wieńcowej
Przepływ
krwi
w
prawej
tętnice
wieńcowej
Przepływ
krwi
w
prawej
tętnice
wieńcowej
• Podczas
skurczu
w
skutek
mocnego ucisku zewnętrznego na
naczynia
wieńcowe
gwałtownie
wzrasta w nich opór przepływu
krwi. Mimo wyższego ciśnienia
krwi w tętnicach wieńco-wych
przepływ przez naczynia wień-
cowe
jest
znacznie
mniejszy
podczas
skurczu
niż
podczas
rozkurczu
• Różnice przepływu krwi przez lewą
a prawą tętnicę wieńcową uwarun-
kowane różną grubością mięśnia
lewej i prawej komory, różnym
ciśnie-niem
generowanym
w
komorach ser-ca podczas skurczu
a za tym różnym stopniem ucisku
na naczynia wieńco-we
• Podczas
rozkurczu
wielkość
przepły-wu krwi przez naczynia
wieńcowe
wzrasta
ponad
zapotrzebowanie
me-taboliczne
(przekrwienie czynnoś-ciowe)
• Podczas
skurczu
w
skutek
mocnego ucisku zewnętrznego na
naczynia
wieńcowe
gwałtownie
wzrasta w nich opór przepływu
krwi. Mimo wyższego ciśnienia
krwi w tętnicach wieńco-wych
przepływ przez naczynia wień-
cowe
jest
znacznie
mniejszy
podczas
skurczu
niż
podczas
rozkurczu
• Różnice przepływu krwi przez lewą
a prawą tętnicę wieńcową uwarun-
kowane różną grubością mięśnia
lewej i prawej komory, różnym
ciśnie-niem
generowanym
w
komorach ser-ca podczas skurczu
a za tym różnym stopniem ucisku
na naczynia wieńco-we
• Podczas
rozkurczu
wielkość
przepły-wu krwi przez naczynia
wieńcowe
wzrasta
ponad
zapotrzebowanie
me-taboliczne
(przekrwienie czynnoś-ciowe)
Przepływ wieńcowy
Przepływ wieńcowy
Warstwa podwsierdziowa jest podczas wysiłków fizycznych bardziej narażona
na niedotlenienie niż pozostała część serca. W warstwie tej większy jest opór
pozanaczyniowy, utrudniający rozszerzanie naczyń wieńcowych. Większe jest
też zużycie tlenu w związku z większym napięciem w głębszych warstwach
mięśnia komory.
Podczas wysiłków fizycznych przepływ wieńcowy wzrasta proporcjonalnie do
wielkości obciążenia.
Z powodu dużej spoczynkowej
AVd w krążeniu wieńcowym
zapotrzebowanie m. sercowego
na tlen może być pokrywane
podczas wysiłku praktycznie
tylko przez odpowiednie
zwiększenie przepływu
wieńcowego.
Podczas wysiłków
submaksymalnych przepływ
wieńcowy u ludzi wytrenowanych
jest mniejszy niż u ludzi
niewytrenowanych, ponieważ
mniejsze jest u ludzi wytrenowanych
obciążenie serca – mniejsze HR i BP.
HR = 75
HR = 75
sk/min
sk/min
HR = 200
HR = 200
sk/min
sk/min
Czas trwania każdego cyklu
Czas trwania każdego cyklu
pracy serca
pracy serca
0.80
0.80
0.30
0.30
Czas trwania skurczu
Czas trwania skurczu
0.27
0.27
0.16
0.16
Czas trwania rozkurczu
Czas trwania rozkurczu
0.53
0.53
0.14
0.14
Czas trwania skurczu i rozkurczu mięśnia sercowego w zależności od
częstości skurczów serca (HR)
Czas trwania skurczu i rozkurczu mięśnia sercowego w zależności od
częstości skurczów serca (HR)
•Wzrost częstości skurczów serca powoduje skrócenie czasu trwania
cyklu pracy serca. Znacznie większemu skróceniu ulega czas
trwania rozkurczu. Skraca się okres wypełnienia komór krwią oraz
okres przepływu krwi przez naczynia wieńcowe
•Krótki czas wypełnienia komór skutkuje spadkiem objętości
wyrzutowej
•Wzrost częstości skurczów serca powoduje wzrost zapotrzebowania
mięśnia sercowego na tlen, które przy znacznym wzroście HR nie
może być pokryte
•Wzrost częstości skurczów serca powoduje skrócenie czasu trwania
cyklu pracy serca. Znacznie większemu skróceniu ulega czas
trwania rozkurczu. Skraca się okres wypełnienia komór krwią oraz
okres przepływu krwi przez naczynia wieńcowe
•Krótki czas wypełnienia komór skutkuje spadkiem objętości
wyrzutowej
•Wzrost częstości skurczów serca powoduje wzrost zapotrzebowania
mięśnia sercowego na tlen, które przy znacznym wzroście HR nie
może być pokryte
Przepływ wieńcowy
W utrzymaniu lub zwiększaniu wieńcowego przepływu krwi, kiedy zwiększa
się zapotrzebowanie serca na tlen i zmniejsza się opór w krążeniu
wieńcowym (adenozyna, K+, PaO2) główną rolę odgrywa wysokość ciśnienia
krwi w aorcie.
Dwa aspekty wpływu podwyższenia ciśnienia krwi w aorcie na czynność
serca:
- zwiększa zapotzebowania serca na O2
- jest niezbędny do zapewnienia zwiększonego przepływu wieńcowego
Przepływ wieńcowy
Naczynia krwionośne
Oporowe naczynia krwionośne w pracujących mięśniach rozszerzają się
przede wszystkim pod wpływem czynników miejscowych dominujących
nad naczynioskurczowym działaniem unerwienia współczulnego. Czynnikami
tymi są: H+, K+, obniżenie PaO
2
, wzrost PaCO
2
, wzrost temperatury.
Odpowiadają one za
czynnościową sympatolizę.
Ważną rolę odgrywają także czynniki śródbłonkowe – NO, PGI2.
Dzięki współdziałaniu wpływu unerwienia wsp. i działania czynników
wazodylatacyjnych utrzymuje się najbardziej ekonomiczny stosunek
przepływu przez pracujące mięśnie do zapotrzebowania na tlen.
Naruszenie tej równowagi może być pierwotną przyczyną złej adaptacji
ukłądu krążenia do wysiłków fizycznych – vasoregulatory asthenia.
W niepracujących mięśniach wazokonstrykcyjnemu wpływowi ukł. wsp. nie
przeciwstawiają sie czynniki wazodylatacyjne.
Wzrost napięcia błony mięśniowej naczyń pojemnościowych ułatwia powrót
krwi żylnej do serca.
Ośrodkowa i odruchowa kontrola
czynności układu krążenia
Zmiany czynności układu krążenia podczas wysiłku fizycznego są
wynikiem:
1. wpływu ośrodków korowych na podkorowe mechanizmy kontroli
czynności serca i naczyń krwionośnych
Prawdopodobnie kolaterale aksonów komórek piramidalnych kory
pobudzają neurony regulujące pracę serca i ośrodki naczynioruchowe.
2. odruchowego pobudzenia tych ośrodków z receptorów
metabolicznych mięśni
Są to nieswoiste bezmielinowe czuciowe zakończenia nerwowe
zlokalizowane w mm. szkieletowych w bezpośrednim sąsiedztwie naczyń.
Pobudzane są przez produkty przemiany materii powstające w pracujących
mięśniach.
Metabolizm mięśnia sercowego
Głównymi substratami energetycznymi m.sercowego są glukoza, mleczan i WKT.
Znaczenie ketokwasów jest dużo mniejsze.
Substrat
Substrat
energetyczn
energetyczn
y
y
Spoczyne
Spoczyne
k
k
Wysiłe
Wysiłe
k 200W
k 200W
Wysiłe
Wysiłe
k
k
300W
300W
WKT
WKT
49
49
30
30
20
20
Glukoza
Glukoza
26
26
24
24
16
16
Mleczan
Mleczan
17
17
42
42
62
62
Pirogronian
Pirogronian
1,8
1,8
0,8
0,8
-
-
Beta-
Beta-
hydroksymaśl
hydroksymaśl
an
an
5,6
5,6
3,2
3,2
1,3
1,3
Acetooctan
Acetooctan
0,4
0,4
0,2
0,2
-
-
• Przemiana metaboliczna mięśnia sercowego ma charakter głównie aerobowy
• Podstawowa przemiana materii mięśnia sercowego (bez uwzględnienia procesów
elektromechanicznych) stanowi ok. 25% zużycia tlenu w stanie spoczynku
• Około 75% wydatku energetycznego jest związane ze skurczem włókien
mięśniowych
• Podczas skurczu izowolumetrycznego mięsień sercowy zużywa ok. 50%
całego tlenu, nie wykonując przy tym pracy użytecznej
• Obciążenie następcze jest głównym czynnikiem warunkującym wzrost
zużycia tlenu przez mięsień sercowy
• Podczas skurczu izotonicznego mięsień sercowy wykonuje pracę zewnętrzną,
użyteczną, wymagającą zużycia tlenu. Wzrost kurczliwości mięśnia sercowego
prowadzi do wzrostu pracy zewnętrznej i wzrostu zużycia tlenu
• Ważnym czynnikiem minutowego zużycia tlenu przez mięsień sercowy jest
częstość skurczów serca
• Najskuteczniejszym ze względu na wydatek energetyczny sposobem
osiągnięcia określonej pojemności minutowej (CO) jest znaczny wzrost
objętości wyrzutowej (SV) przy niewielkim wzroście częstości skurczów
serca (HR)
• Przemiana metaboliczna mięśnia sercowego ma charakter głównie aerobowy
• Podstawowa przemiana materii mięśnia sercowego (bez uwzględnienia procesów
elektromechanicznych) stanowi ok. 25% zużycia tlenu w stanie spoczynku
• Około 75% wydatku energetycznego jest związane ze skurczem włókien
mięśniowych
• Podczas skurczu izowolumetrycznego mięsień sercowy zużywa ok. 50%
całego tlenu, nie wykonując przy tym pracy użytecznej
• Obciążenie następcze jest głównym czynnikiem warunkującym wzrost
zużycia tlenu przez mięsień sercowy
• Podczas skurczu izotonicznego mięsień sercowy wykonuje pracę zewnętrzną,
użyteczną, wymagającą zużycia tlenu. Wzrost kurczliwości mięśnia sercowego
prowadzi do wzrostu pracy zewnętrznej i wzrostu zużycia tlenu
• Ważnym czynnikiem minutowego zużycia tlenu przez mięsień sercowy jest
częstość skurczów serca
• Najskuteczniejszym ze względu na wydatek energetyczny sposobem
osiągnięcia określonej pojemności minutowej (CO) jest znaczny wzrost
objętości wyrzutowej (SV) przy niewielkim wzroście częstości skurczów
serca (HR)
Metabolizm mięśnia sercowego
W spoczynku: spalanie WKT pokrywa ok. 50% wydatku energetycznego
serca. Spalaniu WKT towarzyszy hamowanie wykorzystania przez miocyty
glukozy jako źrodła energii.
Krótkotrwały wysiłek fizyczny: zmniejsza się udział spalania glukozy w
ogólnym metabolizmie serca. Zmiejsza się także udział WKT (mimo że ich
stężenie we krwi wzrasta). Zwiększa się zużycie mleczanu.
Substratem energetycznym preferowanym przez m.sercowy podczas
wysiłków fizycznych jest mleczan.
Długotrwały wysiłek: w miarę kontynuowania wysiłku stężenie mleczanu
we krwi się zmniejsza i maleje jego udział w metabolizmie m.sercowego, a
stężenie WKT nadal wzrasta i ich udział się zwiększa.
Mięsień sercowy nie może pracować w warunkach deficytu
tlenowego – nie zaciąga długu tlenowego.
Metabolizm mięśnia sercowego
Pobieranie tlenu przez m. sercowy zależy glównie od:
- HR
- pracy wewnętrznej – naprężenia
- stanu kurczliwości
Im większe HR, tym większe pobieranie tlenu. Ponadto zwiększenie HR
zwiększa kurczliwość m.sercowego, co dodatkowo zwiększa zapotrzebowanie
na tlen.
Ok. 50% zapotrzebowania tlenowego zależy od naprężenia ściany komory,
które zgodnie z prawem Laplace’a jest wprost proporcjonalne do ciśnienia
wewnątrzkomorowego i promienia komory, a odwrotnie proporcjonalne do
grubości ściany komory.
Zewnętrzna (skurczowa) praca serca w znacznie mniejszym stopniu wpływa
na zapotrzebowanie tlenowe m.sercowego. Praca zewnętrzna serca w ciągu
minuty równa jest iloczynowi CO i MAP. Zapotrzebowanie tlenowe wzrasta
bardziej przy wzroście MAP niż przy wzroście CO.
Metabolizm mięśnia sercowego
Podczas wysiłków wykonywanych za pomocą rąk zmiany HR, BP, wentylacji
płuc i stężenia mleczanu we krwi są większe, a zwiększenie SV mniejsze
niż podczas jednakowych wysiłków wykonywanych za pomocą nóg (słabsze
działanie pompy mięśniowej).
Podczas wykonywania takiego samego wysiłku za pomocą rąk, jak za pomocą
nóg, pracuje mniejsza masa mięśni i na jednostkę masy pracujących mięśni
przypada większe obciążenie i większe pobieranie tlenu.
TPR jest większy podczas pracy małych niż dużych grup mięśniowych.
Na wielkość reakcji układu krążenia wpływ ma także pozycja kończyny górnej
podczas pracy – większe są te zmiany podczas wbijania gwoździ w sufit niż w
deskę położoną na stole.
Różnica reakcji organizmu na pracę wykonywaną za pomocą różnych grup
mięśniowych i w różnych pozycjach ciała są przypisywane odmiennemu
udziałowi wysiłków statycznych (skurczów izometrycznych ) w realizacji tej
pracy. Jest on większy, gdy praca o jednakowym wydatku energetycznym
wykonywana jest przy udziale mniejszych grup mięśniowych. Wysiłkom
statycznym towarzyszy silna reakcja adrenergiczna i presyjna
(nagromadzenie produktów przemiany materii w mięśniach).
Małe i duże grupy mięśniowe
Większe obciążenie układu krążenia występuje
wtedy, gdy tę samą pracę wykonuje człowiek przy
udziale mniejszej masy mięśniowej i wtedy, gdy
praca wykonywana jest w pozycji, której
utrzymanie związane jest z większym wysiłkiem
statycznym.
Małe i duże grupy mięśniowe
1. Mniejsze zwiększenie HR podczas wszystkich rodzajów wysiłków fizycznch.
Im większe obciążenie, tym większa różnica między HR w warunkach
kontrolnych i po beta blokadzie.
2. SV jest większa zarówno podczas wysiłków submaksymalnych, jak i
maksymalnych.
Różnica w porównaniu z warunkami kontrolnymi jest tym większa, im
większe jest obciążenie. Przyczyną wzrostu SV jest większa po beta
blokadzie objętość końcoworozkurczowa i wyższe ciśnienie wypełnienia
komory.
3. Max. CO jest mniejsza. Mimo że SV wzrasta, to jednak jej wysiłkowe
zwiększenie jest niewystarczające do pełnego skompensowania znacznie
zmniejszonego HR.
4. Kurczliwość m. sercowego jest mniejsza w porównaniu z warunkami
kontrolnymi.
Wysiłkowy wzrost kurczliwości pomimo beta blokady wynika z
przyspieszenia HR, bo dodatni efekt inotropowy amin katecholowych jest
wyłączony.
5. AVd jest większa – miocyty wychwytują więcej O2 z każdej porcji krwi,
która przez nie przepływa
6. SP jest mniejsze zarówno podczas submaksymalnych, jak i maksymalnych
wysiłków fizycznych
Beta blokada
Zużywanie tlenu przez m. sercowy podczas wysiłku jest mniejsze po
beta blokadzie, co wynika z mniejszego HR, SP i kurczliwości na
każdym poziomie obciążenia pracą mięśniową. Proporcjonalnie
mniejszy jest także wieńcowy przepływ krwi.
Beta blokada zmniejsza zapotrzebowanie m.sercowego na tlen, co
jest korzystne u pacjentów z ChNS. Zredukowane zostaje zagrożenie
ostrym niedokrwieniem m.sercowego podczas różnych czynności
życia codziennego.
Beta blokada, mimo że zwiększa tolerancję submaksymalnych
obciążeń wysiłkowych, zmniejsza jednocześnie wydolność fizyczną –
zmniejsza możliwą do wykonania pracę maksymalną. Czas
wykonywania wysiłku o dużej intensywności do zupełnego zmęczenia
ulega skróceniu o 30-40%.
Beta blokada
Wysiłki statyczne
Udział wysiłków statycznych w wykonywaniu czynności ruchowych
bardzo zwiększa uciążliwość pracy. Wynika to z:
- szybkiego rozwoju zmęczenia w pracujących mięśniach
- swoistej reakcji układu krążenia
Szybki rozwój zmęczenia mięśni wynika z utrudnionego przepływu
przez nie krwi z powodu
mechanicznego ucisku na naczynia
krwionośne
. Utrudnione staje się usuwanie ciepła i produktów
przemiany materii, upośledzeniu ulega funkcja aparatu kurczliwego
mięśni. Pobudzenie receptorów metabolicznych skutkuje odruchową
aktywacją układu współczulnego.
Przepływ krwi przez pracujące mięśnie zależy od siły skurczu mięśni i od
wielkości ciśnienia tętniczego. Mimo wzrostu BP odpowiedni przepływ może
być utrzymany tylko przy obciążeniach 10-15% MVC.
Wysiłki statyczne
Maksymalny czas wykonywania wysiłków statycznych
jest tym dłuższy,
im siła niezbędna do pokonania oporu zewnętrznego stanowi mniejszy
procent maksymalnej siły mięśni zaangażowanych w wysiłek.
Przy pokonywaniu takiego samego oporu zewnętrznego zmęczenie rozwija się
wolniej, jeśli wysiłek wykonywany jest przez silniejszą grupę mięśni,
ponieważ:
- siła skurczu uzyskiwana jest przy mniejszej częstotliwości pobudzeń
miocytów – nasilenie glikolizy i wytwarzanie mlecznu jest mniejsze
- nie wszystkie jednostki ruchowe angażowane są równocześnie, pewne
pozostają w rezerwie
- stosunek między rozwijanym napięciem a przekrojem poprzecznym mięśni i
ich łożyska naczyniowego jest mniejszy – możliwy jest większy przepływ krwi
- większa masa i objętość oznacza mniejsze stężenie mleczanu i mniejszy
wzrost temperatury
Wysiłki statyczne
15 25 50 75
100
% MVC
Min
8
6
4
2
0
Wysiłki statyczne
Pojemność minutowa
Zwiększa się przede wszystkim w wyniku zwiększenia HR.
SV przy obciążeniach do 20% MVC nie zmienia się lub nieco się zwiększa,
natomiast przy większych obciążeniach maleje o 10-20 ml.
Podczas wysiłków statycznych często występują warunki Valsalvy w związku
ze stabilizacją klp.
Warunki Valsalvy – wydech przy zamkniętej głośni. Gwałtownie wzrasta ciśnienie w
klp, zmniejsza się powrót żylny i zgodnie z prawem Franka-Starlinga spada SV. Obniża
się ciśnienie w aorcie i przepływ wieńcowy.
Układowe ciśnienie tętnicze
Bardzo charakterystyczną cechą
reakcji układu krążenia
na wysiłki
statyczne
jest duży wzrost BP. Wzrasta nie tylko SP, ale także DP i MAP.
Główną przyczyną wzrostu BP podczas wysiłków statycznych jest zwiększenie
CO przy braku zmian lub niewielkim wzroście TPR.
Wysiłki statyczne
Wzrost HR i BP niemal natychmiast po rozpoczęciu
wysiłku statycznego wskazuje na neurogenny charakter
tych reakcji.
Znaczny udział w pobudzeniu układu
współczulno-nadnerczowego ma także mechanizm
odruchowy związany z pobudzenim recptorów
metabolicznych.
Wzrost układowego ciśnienia tętniczego umożliwia
utrzymanie przepływu przez napięte izometrycznie
mięśnie. Z punktu widzenia potrzeb mięśni reacja ta jest
korzystna. Powoduje jednak znaczne obciążenie
ciśnieniowe serca.
Wysiłek długotrwały
Równowaga czynnościowa
– równowaga między pobieraniem tlenu
a zapotrzebowaniem organizmu na tlen.
Zapotrzebowanie mięśni na
tlen i pochłanianie O
2
przez organizm utrzymują się
na stałym
poziomie, jeżeli obciążenie wysiłkowe jest stałe.
W miarę trwania wysiłku jego koszt energetyczny stopniowo się
zwiększa. Wynika to m.in. z
- pogorszenia koordynacji ruchów na skutek narastającego
zmęczenia,
- zwiększenia udziału WKT w pokrywaniu zapotrzebowania
energetycznego,
- podwyższenia wewnętrznej temperatury ciała,
- działania hormonów kalorygennych,
- zwiększenia pracy mm. oddechowych
- zwiększenia HR
Wysiłek długotrwały
Im większa jest wydolność fizyczna człowieka (większe VO
2
max), tym
mniejsze jest
zwiększenie HR
podczas długotrwałej pracy mięśniowej.
SV
podczas długotrwałej pracy mięśniowej
zmniejsza się
tym bardziej, im
większe jest obciążenie względne organizmu. Po godzinie wysiłku SV
zmniejsza się o kilkanaście % w stosunku do wartości osiąganej w
początkowaych minutach wysiłku.
Mechanizm zmniejszenia SV nie jest do końca jasny. Pewną rolę może odgrywać gromadzenie się krwi w naczyniach
pojemnościowych dolnej połowy ciała oraz termoregulacyjne przemieszczanie się krwi do naczyń krwionośnych skóry
Pojemność minutowa serca
– nie zmienia się istotnie podczas
długotrwałych wysiłków fizycznych, jeśli nie prowadzą one do odwodnienia
organizmu.
AVd
wzrasta, co jest zrozumiałe w sytuacji, w której wzrostowi VO2 nie
towarzyszy zwiększenie CO.
Ciśnienie tętnicze
– im większe obciążenie, tym większe jest obniżanie się
BP w stosunku do wartości po 10 minutach wysiłku.
Prawdopodobnie w zmianach czynności układu krążenia zjawiskiem pierwotnym jest
zmniejszenie SV, co prowadzi do wzrostu HR, tak że CO pozostaje nie zmieniona.
Pokrycie zwiększonego zapotrzebowania organizmu na tlen może zachodzić tylko w
wyniku wzrostu AVd.
Zmiany hormonalne podczas wysiłków
fizycznych - katecholaminy
Podobnie jak w przypadku zmian stężenia mleczanu we krwi można
wyznaczyć wielkość obciążenia progowego, przy którym stężenie amin
katecholowych zaczyna szybko wzrastać. Próg katecholaminowy
występuje przy podobnym obciążeniu jak próg mleczanowy.
Trening fizyczny powoduje zmniejszenie wysiłkowego zwiększenia stężenia
NA we krwi.
Uchwytne zwiększenie stężenia adrenaliny pojawia się zwykle przy
obciążeniach większych od tych, które powoduje wzrost stężenia NA we
krwi.
obciążęnie
nmol/l
Zmiany hormonalne podczas wysiłków
fizycznych - katecholaminy
Istnieje możliwość wyczerpywania się zdolności wydzielniczej rdzenia
nadnerczy w czasie długotrwałego wysiłku. Długotrwały wysiłek może
doprowadzić do zmniejszenia się wzrostu stężenia A we krwi w odpowiedzi na
hipoglikemię.
Szczególnie duży wzrost stężenia amin katecholowych we krwi towarzyszy
wysiłkom statycznym.
Współczulny układ nerwowy odgrywa podczas wysiłku fundamentalną rolę w
kontroli funkcji układu sercowo-naczyniowego, a także w mobilizacji
substratów energetycznych ze źródeł pozamięśniowych. Ponadto aminy
katecholowe odgrywają bezpośredni wpływ na przemianę glikogenu i
triacylogliceroli w mięśniach.
1. Choroba niedokrwienna serca
2. Kardiomiopatia przerostowa, zapalenia, zmiany
zwyrodnieniowe
3. Peknięcie tętniaka serca lub aorty
4. Pęknięcie tęniaka tętnicy mózgowej
5. Wady rozwojowe serca i krążenia wieńcowego
Nagła śmierć a wysiłek fizyczny
Wpływ treningu fizycznego
Pod wpływem treningu fizycznego rozwijają się zmiany:
- nerwowej regulacji czynności układu krążenia
- morfologiczne w sercu i naczyniach krwionośnych modyfikujące
hemodynamikę
- „wewnętrznych” właściwości mięśnia sercowego oraz zmiany jego
metabolizmu
Zakres potreningowych zmian w układzie krążenia zależy od:
- intensywności i czasu trwania wysiłku
- częstości powtarzania treningu
- ogólnego czasu trwania treningu (miesiące, lata)
Znaczenie ma także „wyjściowy” stan układu krążenia oraz wiek
trenującego człowieka.
Wpływ treningu fizycznego
Spoczynek
Bradykardia – na ogół tym większa, im większa
wydolność fizyczna
SV – na ogół nieco mniejsza niż u osób
niewytrenowanych.
CO – jest nieco mniejsza niż u osób niewytrenowanych.
Odpowiednie pochłanianie tlenu przez organizm jest
zapewnione, ponieważ wzrasta AVd.
Wpływ treningu fizycznego
Wysiłki submaksymalne
Przyspieszenie HR podczas standardowych wysiłków
submaksymalnych jest mniejsze niż przed treningiem – najbardziej
charakterystyczna reakcja układu krążenia na trening fizyczny.
SV – podczas wysiłków submaksymalnych jest większa u osób
wytrenowanych nawet o 50-100%
CO – podczas wysiłków submaksymalnych jest zwykle taka sama jak
przed treningiem
AVd – wzrasta w wyniku treningu
Trening fizyczny redukuje aktywność układu współczulnego, dlatego u
osób z podwyższonymi wartościami BP trening może ułatwić
obniżenie BP w spoczynku oraz podczas wysiłków submaksymalnych.
Wpływ treningu fizycznego
Wysiłki maksymalne
Trening nie wpływa na maksymalną częstość skurczów serca.
SV
– osiąga większe wartości niż u osób niewytrenowanych, co jest
wynikiem większego niż przed treningiem wzrostu SV podczas
wysiłków submaksymalnych i utrzymywania się jej na tym poziomie
przy dalszym zwiększaniu intensywności wysiłku.
SV max. osiągana jest podczas wysiłków z obciążeniem równym 40% VO
2
max u osób
wytrenowanych i niewytrenowanych, ale u wytrenowanych to maksimum jest większe.
CO max.
u ludzi niewytrenowanych rzadko przekracza 23 l/min. U
ludzi wytrenowanych może przekraczać 40 L/min.
SP i MAP
podczas maksymalnych wysiłków są większe u osób
wytrenowanych, ponieważ u tych osób wysiłek maksymalny oznacza
wysiłek z większym obciążenieniem.
AVd
– może znacznie się zwiększać, z powodu zmian enzymatycznych
w mięśniach, umożliwiających większe wychwytywanie tlenu oraz
zwiększenie przepływu krwi przez mięśnie.
Wpływ treningu fizycznego
Osoby niewytrenowane
Spoczynek
Osoby wytrenowane
Spoczynek
HR SV CO AVd
HR
SV
CO
AVd
Wysiłek
submaksymalny
Wysiłek
submaksymalny
HR SV CO AVd
HR
SV
CO
AVd
Wysiłek maksymalny
HR SV CO AVd
HR
SV CO
AVd
Wysiłek maksymalny