WPŁYW WYSIŁKU FIZYCZNEGO
NA UKŁAD ODDECHOWY
MAGDALENA JURŻALINAS,
WIOLETA GRAL,
ALEKSANDRA LEWANDOWSKA,
JUSTYNA LIBERACKA,
MARTA LUTOWSKA
PIELĘGNIARSTWO I ROK 2 GR
1
WPŁYW WYSIŁKU FIZYCZNEGO
NA UKŁAD ODDECHOWY
MAGDALENA JURŻALINAS,
WIOLETA GRAL,
ALEKSANDRA LEWANDOWSKA,
JUSTYNA LIBERACKA,
MARTA LUTOWSKA
PIELĘGNIARSTWO I ROK 2 GR
1
WSTĘP:
Wzrost aktywności ruchowej biernej i
czynnej prowadzi do odruchowego
wzrostu wentylacji płuc. W czasie
wysiłku fizycznego wzmaga się
zużycie tlenu przez organizm:
U młodych, niewytrenowanych ludzi
może wzrosnąć z wartości
spoczynkowej 250 ml/min do 3-4
l/min a u wytrenowanych do 5-6
l/min.
2
Mięśnie, które w spoczynku pobierają ok.
10-15% zużywanego tlenu w organizmie
w czasie dużego wysiłku zużywają nawet
100-krotnie więcej co stanowi ok. 80-
90% wychwytu tlenu przez organizm.
W miarę wzrostu intensywności wysiłku
podnosi się wychwyt tlenu aż do
osiągnięcia pułapu. Wysiłek fizyczny
przy, którym ten pułap jest osiągnięty to
wysiłek maksymalny.
3
Maksymalny pobór tlenu (pułap tlenowy) jest
wartością stałą i stanowi miernik rozwoju
fizycznego. W wysiłku fizycznym 80-90% tlenu
pobieranego z płuc zostaje zużyta przez
kurczące się mięśnie. P
O2
w kurczących się
mięśniach może obniżyć się do 0 mmHg, w
związku z tym P
O2
we krwi żylnej odpływającej z
mięśni spada poniżej 40 mmHg a wysycenie
hemoglobiny tlenem zamiast 70% obniża się do
16%, zaś zawartość tlenu we krwi żylnej zamiast
do 15ml spada do 3 ml i niżej na 100 ml krwi
4
Podczas intensywnego wysiłku
fizycznego tkanki pobierają z
każdych 100 ml krwi przez nie
przepływającej zamiast 5 ml ponad
15 ml tlenu. Proces oddawania tlenu
mięśnia jest ułatwiony przez niskie
P
O2
, które spada w kurczących się
intensywnie mięśniach znacznie
poniżej 40 mmHg.
5
6
Czynniki dzięki, którym zwiększa się pobór
tlenu przez organizm w czasie wysiłku:
1. Zwiększenie minutowej wentylacji
płuc
2. Wzrost pojemności dyfuzyjnej
błony płucnej i minutowej serca a
zarazem przepływu krwi przez płuca
3. zwiększenie transportu tlenu z
płuc do tkanek
4. wzrost wychwytu tlenu przez
pracujące mięśnie
7
Z wiekiem wartość pułapu obniża się
i po 60 roku życia nie przekracza
połowy tego co w 20 roku życia.
Wentylacja płuc ma stosunkowo duże
rezerwy czynnościowe i może
wzrosnąć znacznie powyżej wartości
niezbędnej do pokrycia pułapu
tlenowego.
8
Dowolna wentylacja maksymalna wynosi
zwykle od 125-175 l/min i może
dochodzić do 250 l/min.
Podczas wysiłku maksymalna wentylacja
jest znacznie niższa i wynosi u
niewytrenowanych 80 do 100 l/min a u
wytrenowanych 120 do 140 l/min
U kobiet maksymalna wentylacja
wysiłkowa jest na ogół 20-30 % niższa
niż u mężczyzn
9
Podczas wysiłku wzrasta ilość tlenu
pobierana w płucach z każdego litra
powietrza.
W spoczynku z każdego litra powietrza
przepływającego przez płuca zostaje
pobrane do 33-54 ml tlenu.
W wysiłku ilość ta wzrasta do 60-70 ml
tlenu. Jest to wynik większego gradientu
prężności tlenu poprzez błonę
pęcherzykowo-kapilarną płuc.
10
Mieszana krew żylna dopływająca do
płuc posiada w czasie wysiłku niższą
prężność tlenu (spada od 40 do 25
Hg P
O2
).
Zwiększony gradient PO2 przyczynia
się do większego transferu O2 z gazu
pęcherzykowego do krwi w
kapilarach płucnych.
11
Innym czynnikiem warunkującym
pobór tlenu jest wzrost efektywności
wentylacji, która podczas wysiłku
zwiększa się dzięki:
1. wzrostowi pojemności dyfuzyjnej
błony płucnej
2. podwyższeniu minutowego
przepływu krwi przez płuca na skutek
wzrostu pojemności minutowej
prawej komory
12
3. poprawie stosunku wentylacja
/przepływ (V/Q ) w obszarach
przyszczytowych płuc gdzie stosunek
wynosi około 3-5 a w czasie wysiłku
spada do 1.
4. wspomnianemu wzrostowi
gradientu PO2 pomiędzy gazem
pęcherzykowym a krwią żylną
napływającą do płuc
13
Przy zużyciu tlenu przekraczającym
70% pułapu tkankowego czyli ok. 2,5
l/min (ciężka praca fizyczna) zostaje
osiągnięty tzw. próg metabolizmu
beztlenowego. Odtąd wentylacja
wzrasta nieco szybciej niż by to
wynikało ze zużycia tlenu.
14
Początkowo w czasie wysiłku wzrasta
głównie głębokość oddechów ale gdy
objętość oddechowa (TV) sięga 50%
pojemności życiowej płuc, dalszy
wzrost wentylacji jest możliwy
poprzez przyspieszenie ruchów
oddechowych.
Częstość oddechów wzrasta nawet
do 40-50/min.
15
Średnia PO2 i PCO2 we krwi tętniczej
nie ulega większym zmianom, które
mogłyby tłumaczyć wzrost wentylacji
wysiłkowej.
Zwiększają się fluktuacje PCO2 i PO2
we krwi tętniczej i te zmiany
prężności CO2 i O2 są po części
odpowiedzialne za hiperwentylację
wysiłkową.
16
W czasie wysiłku wzrasta stężenie K+ w
osoczu, które działa pobudzająco na
obwodowe chemoreceptory i przyczynia
się do wzrostu wentylacji płuc.
Średnia prężność O2 we krwi tętniczej
podczas wysiłku nie ulega
wyraźniejszemu obniżeniu podczas gdy
wychwyt O2 przez tkanki (mięśnie) jest
proporcjonalny do wentylacji płuc.
17
W czasie małych i średnich wysiłków
wartość przeciętna PO2 we krwi
tętniczej oraz w gazie
pęcherzykowym utrzymuje się na
prawie jednakowym poziomie.
W czasie dużego wysiłku ilość tlenu
pobierana przez krew w płucach
może przekraczać jego zużycie w
tkankach co może prowadzić do
przejściowego wzrostu PO2 we krwi
tętniczej.
18
Oddychanie czystym tlenem obniża
wentylację wysiłkową nie wpływając
na ilość zużywanego przez organizm
tlenu. Tłumaczy się to
zmniejszeniem wrażliwości
chemoreceptorów obwodowych na
działanie fluktuacji PCO2 i PO2 we
krwi.
19
Ścisłe dostosowanie wentylacji płuc
do zużycia tlenu w tkankach ulega
zakłóceniu w chorobie płuc i serca -
zmniejsza się wymiana gazowa w
płucach, przepływ krwi przez łożysko
naczyń płucnych albo powierzchnia
błony płucnej – dochodzi do spadku
PO2 w czasie wysiłku a zwiększona
wentylacja jest wynikiem
podrażnienia przez hipoksję
chemoreceptorów szyjnych i
aortalnych.
20
Chemoreceptory kłębków aorty i
tętnicy szyjnej są wrażliwe na
zmiany PO2 ale stykają się wyłącznie
z krwią tętniczą, która wykazuje
niezmienioną średnią prężność tlenu.
Średni poziom PCO2 we krwi
tętniczej jest podobny jak w gazie
pęcherzykowym a w czasie wysiłku
jest niezmieniony.
21
Przy dużych wysiłkach gdy wzrasta wydalanie CO2 z
płuc z wartości spoczynkowej 200 ml/min nawet do
8000 ml/min ,dochodzi do uwolnienia znacznej ilości
tego gazu z HCO3-przez kwas mlekowy, produkowany
w nadmiarze w kurczących się mięśniach.
Wraz z zwiększoną produkcją kwasu mlekowego, przy
stopniowo narastającej intensywności wysiłku,
produkcja i wydalanie CO2 ulegają proporcjonalnemu
zwiększeniu, ale na skutek hiperwentylacji ani PCO2
w pęcherzykach płucnych, ani we krwi tętniczej nie
ulegają znacznym zmianom (izokapniczne
buforowanie).
22
Przy dalszym wzroście wysiłku
nagromadzenie kwasu mlekowego i
hiperwentylacja przewyższają
produkcję CO2 i spada PCO2 w
pęcherzykach i krwi tętniczej.
Obniżenie PCO2 we krwi tętniczej
stanowi kompensację wysiłkowej
kwasicy metabolicznej. S
23
Sam wzrost PCO2 nie stanowi czynnika
pobudzającego wzrost wentylacji podczas
wysiłku. W czasie bardzo dużego wysiłku
poziom PCO2 może się obniżyć.
Średnia wartość PCO2 we krwi tętniczej
przez cały okres wysiłku jest praktycznie
niezmieniona, ale istnieją znaczne wahania
wdechowo-wydechowe PCO2 i tym
fluktuacjom PCO2 przypisuje się znaczenie w
mechanizmie w hiperwentylacji wysiłkowej.
24
Wzrost stężenia jonów H+ a
hiperwentylacja wysiłkowa
Podczas wysiłku do krwi dostają się
kwasy organiczne, głównie kwas
mlekowy, produkt beztlenowych
przemian metabolicznych mięśni.
Mimo zwiększonego oddawania tlenu
mięśniom nie wystarcza to i dochodzi
do spadku PO2 w mięśniach.
25
Intensywnie pracujące miocyty, gdy PO2
spada w nich poniżej 1 mmHg, pokrywają
wydatki energetyczne swych skurczów
częściowo na drodze glikolizy beztlenowej
Zapasy glikogenu w mięśniach szybko się
zmniejszają, a stężenie kwasu mlekowego
w mięśniach gwałtownie wzrasta i podnosi
się jego stężenie we krwi z wartości
spoczynkowej ok. 1 mmol/l do 15 mmol/l.
26
Równocześnie wzrasta produkcja i wydalanie
CO2 z powodu rugowania tego gazu przez
kwas mlekowy z HCO3-, a współczynnik RQ
może osiągnąć wartość 1,5 do 2.
W ten sposób przekroczony zostaje próg
metabolizmu beztlenowego i zaciągnięty
„dług tlenowy”, w postaci wzrostu stężenia
kwasu mlekowego we krwi.
Spłacanie długu odbywa się po zakończeniu
wysiłku i może trwać nawet do 90 minut.
27
Występuje przy tym podwyższona
wentylacja spoczynkowa, która
utrzymuje się na wyższym poziomie
po zakończonym wysiłku, aż do
spadku stężenia kwasu mlekowego
do wartości spoczynkowej i
przywrócenie zużycia tlenu do
normy.
Współczynnik oddechowy spada
wtedy do 0,5 lub nawet poniżej.
28
Kwas mlekowy gromadzący się w czasie
wysiłku we krwi prowadzi do wzrostu
stężenia jonów H+
Obniża się wtedy pH osocza i zmniejsza
się rezerwa alkaliczna.
Jony H+ nie przechodzą przez barierę
krew-mózg i wobec tego ich pobudzający
wpływ na oddychanie wynika głównie z
podrażnienia chemoreceptorów
obwodowych w kłębkach naczyniowych.
29
Nagromadzenie kwasu mlekowego we
krwi (kwasica metaboliczna) prowadzi do
wzrostu wentylacji pomimo spadku PCO2.
Kwas mlekowy ruguje CO2 z jego
połączeń HCO3- we krwi i prowadzi do
zwiększonego wydalania CO2 z płuc, co
warunkuje wzrost wartości współczynnika
oddechowego RQ i przyczynia się
pośrednio do hiperwentylacji wysiłkowej.
30
Etapy hiperwentylacji
wysiłkowej:
1. Nagły wzrost wentylacji w chwili
rozpoczęcia wysiłku
2. stopniowe narastanie wentylacji,
zależnie od wielkości wysiłku i
zużycia tlenu.
3. utrzymanie na pewnym poziomie
wentylacji w czasie trwania wysiłku.
31
32
Wzrost ciepłoty krwi podnosi się
proporcjonalnie do intensywności
wysiłku i stopnia zużycia tlenu przez
organizm.
w czasie pracy powodującej zużycie
tlenu w ilościach 2l/min ciepłota krwi
w żyle centralnej wzrasta o 0,7 C.
33
Największe znaczenie w mechanizmie
hiperwentylacji wysiłkowej mają czynniki
nerwowe. Przypisuje się im ok. 60%
wzrostu wentylacji wysiłkowej płuc.
Odgrywają tu rolę impulsacja zstępująca
drogą piramidową z kory ruchowej do
motoneuronów mięśni, jak i wstępujące z
proprioceptorów mięśniowych i
hipotetycznych receptorów
metabolicznych do kory mózgowej.
34
Przy nagłym przerwaniu długotrwałego
wysiłku wentylacja ulega nagłemu
zmniejszeniu, mimo że skład chemiczny krwi
nadal się utrzymuje i trwa spłacanie długu
zaciągniętego podczas pracy mięśniowej.
Jak długo wysiłek odbywa się bez zmęczenia
i duszności, utrzymuje się homeostaza w
zakresie gazów oddechowych, a napęd
nerwowy dla oddychania jest odpowiedni do
zachodzących w organizmie przemian
metabolicznych.
35
Jeżeli dojdzie do zaburzenia tej
homeostazy, to pojawia się duszność
i obniża się zdolność do
wykonywania wysiłku.
Fizyczny trening zwiększa zdolność
do wykonywania wysiłków.
36
Wzrost zużycia tlenu, jaki obserwuje
się w wyniku treningu, jest
rezultatem zwiększania objętości
wyrzutowej i pojemności minutowej
serca oraz wzrostu objętości krwi i
różnicy tętniczo-żylnej tlenu,
uwarunkowanej lepszym
wykorzystaniem tlenu przez mięśnie
na skutek spadku w nich pH i
wzrostu PCO2 i temperatury.
37
38
Czynniki odpowiedzialne za
zmęczenie powysiłkowe:
1. nagły wzrost użycia tlenu przez mięśnie
2. kwasica metaboliczna i zaciągnięty dług
tlenowy
3. wyczerpanie zasobów glikogenu w
mięśniach i hipoglikemia
4. uwalnianie w mięśniach bliżej
nieokreślonej substancji bólowej
5. zmiany w OUN
6. gwałtowny napływ impulsacji aferentnych
z proprioceptorów mięśniowych do układu
nerwowego.
39
Rehabilitacja
oddechowa:
Najważniejszym elementem każdego
programu RO jest jednak wysiłek
fizyczny. Zdolność do zwiększenia po
RO tolerancji wysiłku fizycznego
związana jest nie tylko efektem
poprawy funkcji mięśni obwodowych
i oddechowych lecz także z
doskonaleniem techniki
wykonywania wysiłku,
zmniejszeniem odczuwania
duszności a nawet ze zwiększona
motywacją.
40
Po 2 tygodniach intensywnego wysiłku
związanego z RO obserwowano
zmniejszenie maksymalnego spadku
wysycenia tlenem krwi tętniczej w czasie
testu wysiłkowego. Podobne efekty w czasie
maksymalnego ograniczonego objawami
testu wysiłkowego a także brak istotnego
wpływu na spoczynkowe wysycenie krwi
tętniczej tlenem w ciągu dnia i w nocy
obserwowaliśmy po 2 letniej RO.
41