Fizjologia sportu jako nauka
Fizjologia sportu jest nauką badającą funkcje życiowe w zależności od wysiłku i zmęczenia fizycznego oraz psychicznego. Znajomość reakcji fizjologicznych (życiowych) przy wysiłkach fizycznych jest konieczna dla polepszenia metod nauki wychowania fizycznego i treningu. Wychowanie fizyczne sprzyja rozwojowi fizjologicznych czynności organizmu. Pod wpływem systematycznych ćwiczeń fizycznych zmianie ulegają nie tylko procesy fizjologiczne, ale i budowa anatomiczna organizmu. Anatomia zajmująca się zmianami budowy wewnętrznej organizmu pod wpływem ćwiczeń fizycznych, a także długotrwałych wysiłków fizycznych związanych z zawodem - nosi nazwę anatomii wysiłkowej (w formie przymiotnikowej; nie “wysiłku”!, bo “wysiłek” jest czynnością, a więc odnosi się do fizjologii).
Zmęczenie fizyczne jest stanem fizjologicznym objawiającym się przejściowym zmniejszeniem sprawności ruchowej organizmu. Zmęczenie stanowi mechanizm zabezpieczający organizm przed nadmiernym wysiłkiem i tym samym przed nadmiernym zaburzeniem homeostazy ustroju. Zmęczenie fizyczne spowodowane jest intensywną pracą mięśni, w następstwie której zachodzą określone zmiany biochemiczne. Zmiany czynnościowe dotyczą także układu nerwowego i humoralnego przez co zakłócona zostaje homeostaza.
Zmęczenie jest spowodowane następującymi czynnikami:
· · niedotlenienie pracujących tkanek;
· · gromadzenie się metabolitów beztlenowej przemiany materii;
· · wyczerpanie się zasobów glikogenu w mięśniach;
· · odwodnienie miocytów;
· · przesunięcia jonowe;
· · hipoglikemia;
· · zmiany w stanie czynnościowym OUN (znużenie neuronów → indukcja hamowania impulsu).
Znużenie jest subiektywnym objawem zmęczenia. Stopień znużenia najczęściej odpowiada stopniowi rzeczywistego obniżenia zdolności do ruchu i pracy. Istnieją jednak sytuacje w których te relacje są zaburzone. Znużenie wywołane jest bowiem przez czynniki psychiczne (emocjonalne). Człowiek ma zdolność wywołania u siebie stanu znużenia przy równoczesnym braku zmęczenia rzeczywistego (mięśni), np. brak psychicznej motywacji do wysiłku fizycznego (brak psychicznego zainteresowania ruchem w danej chwili) przy równoczesnej jego realizacji. Znużenie jest wówczas powodem małej wydajności i efektywności ruchu (pracy). Sytuacja odmienna: istnieje rzeczywiste zmęczenie mięśni przy równoczesnej podbudowie psychicznej, przejawiającej się celowością i chęcią wykonania efektywnego i wydajnego ruchu (pracy). Wówczas wykonany ruch (praca) nie przejawią obniżenia wydajności i efektywności. Wykonywaniu pracy (ruchu) towarzyszy napięcie emocjonalne związane z zainteresowaniem pracą, świadomością wielkiego celu. Są to przykłady które udowadniają wpływ I i II układu sygnałów oraz czynności myślowych na przebieg zmęczenia i znużenia oraz pośrednio (przez układ nerwowy) na samą pracę mięśni.
Na przebieg rozwoju zmęczenia oddziałują troficzne wpływy układu nerwowego. Przy drażnieniu nerwów współczulnych nasileniu ulegają procesy oksydacyjne, synteza ATP, zwiększeniu ulega rezerwa zasadowa i przewodnictwo elektryczne. Drażnienie nerwów współczulnych pobudza także przewodzenie impulsu z połączeniach synaptycznych.
W mięśniu zmęczonym zmniejsza się amplituda skurczów, wydłuża się faza rozkurczu, rozkurcz staje się niepełny, rozwija się przykurcz. Zmniejsza się pobudliwość (zwiększa się próg pobudliwości), wydłuża się okres pobudzenia utajonego (czas od chwili pobudzenia mięśnia do początku skurczu). Zmęczenie dotyczy w pierwszej fazie płytki ruchowej (synapsy mięśniowo-nerwowej
Żadna z wymienionych teorii nie wyjaśnia w pełni przyczyn zmęczenia. Obecnie dominuje koncepcja syntetycznego podejścia do procesu zmęczenia, tzn. wyjaśniania jego przyczyn za pomocą wszystkich teorii, z wyłączeniem teorii zatrucia, która nie została udowodniona. Wraz z rozwojem biologii molekularnej pojawiają się kolejne teorie zmęczenia (np. teoria dehydratacji, teoria elektrolitowa, teoria mediatorowa, teoria łańcuchowa = wzajemnych powiązań), rozpatrujące ten proces na poziomie cząsteczkowym. Żadna jednak nie może być przyjęta bezkrytycznie i tak naprawdę można je podciągnąć do wcześniej opublikowanych już teorii (np. szeroko pojętej teorii neurogennej czy wyczerpania).
Zmęczenie wywołane umiarkowanym i cyklicznym wysiłkiem
Wysiłek fizyczny o umiarkowanej intensywności, trwający dłuższy czas powoduje sukcesywne zmęczenie ośrodków nerwowych regulujących i kontrolujących funkcjonowanie układu oddechowego i naczynioruchowego. Następstwem tego są zmiany fizjologiczne i biochemiczne w podległych im układach (tj. krążenia, oddychania). Metabolity zbyteczne i szkodliwe są usuwane na bieżąco, dzięki czemu nie nagromadzają się w pracujących tkankach.
Objawem zmęczenia jest hipoglikemia, czyli spadek stężenia glukozy we krwi. Zasoby glikogenu nie zostają jednak całkowicie wyczerpane. Hipoglikemia jest sygnałem indukującym procesy kompensacyjne związane z aktywacją dalszych zasobów glikogenu oraz przemianami lipidów i aminokwasów w cukry.
Szczególną wrażliwość na hipoglikemię wykazuje układ nerwowy i mięśniowy. Gwałtowana i znaczna hipoglikemia powoduje zakłócenie koordynacji czynności w ustroju co objawia się zaburzeniami aparatu ruchowego i procesów psychicznych.
Przyjęcie około 50-100 g cukru podczas wysiłku cofa objawy zmęczenia. W ten sposób można również zapobiec wystąpieniu zmęczenia. Najkorzystniej jest jednak podać cukier w trakcie wysiłku, a nie przed nim.
Zmęczenie wywołane wysiłkiem cyklicznym intensywnym
Przy wysiłku intensywnym zmęczenie ośrodków nerwowych, hipoglikemia, obniżenie wydajności układu oddechowego i krążenia zachodzą szybciej niż przy wysiłku umiarkowanym. Zużycie tlenu wzrasta maksymalnie, a samo zapotrzebowanie tkanek na tlen nie jest zapewnione. Praca mięśni odbywa się przy niedoborze tlenu; w związku z tym dług tlenowy wzrasta. W intensywnie pracującej tkance mięśniowej gromadzą się szkodliwe metabolity, które za pośrednictwem krwi, układu nerwowego i hormonalnego oddziałują na pozostałe organy wywołując w nich określone zmiany czynnościowe.
Zmęczenie wywołane wysiłkiem cyklicznym maksymalnie intensywnym
Tego typu wysiłki powstają przy wyścigach krótkodystansowych. Trwają one do 5 minut.
Im większa jest częstotliwość i siła skurczów tym szybciej występuje zmęczenie. Skurcze mięśniowe o dużej częstotliwości i sile są wynikiem intensywnej czynności ośrodków nerwowych. Procesy katabolizmu są szybsze niż anabolizmu. Gromadzą się metabolity szkodliwe i zbędne. Zaburzeniu ulega przekaźnictwo nerwowo-mięśniowe. W mięśniach narasta dług tlenowy.
Zmęczenie przy wysiłkach statycznych
Powstaje przy wykonywaniu półprzysiadu, zwisu na ramie, wspieraniu się na poręczy. Czas trwania ćwiczeń statycznych jest ograniczony pojawieniem się stanu zmęczenia. W trakcie tego typu wysiłku w układzie nerwowym procesy pobudzania mięśnia trwają nieustannie (przy ćwiczeniach aktywnych zachodzą naprzemian procesy pobudzania i hamowania), bez rytmicznego hamowania. Powoduje to szybkie znużenie neuronowe i neuronowo-mięśniowe. Zasoby energetyczne i tlenowe mięśnia nie są zużyte w takim stopniu jak podczas wysiłku cyklicznego intensywnego. Dopiero po wysiłku obserwuje się tzw. zjawisko wysiłku statycznego (zespół objawów wysiłku statycznego), którego objawami są: znaczne przyspieszenie wentylacji płuc i czynności serca. Zespół wysiłku statycznego jest wywołany znużeniem nerwowym oraz chwilowym osłabieniem wentylacji płuc i krążeniem krwi w mięśniach jakie maja miejsce podczas napięcia mięśniowego.
Napięcie statyczne mięśni towarzyszy wielu czynnościom ruchowym. Przy braku odpowiedniego treningu powstaje niepożądane napięcie statyczne niektórych mięśni powodujące szybkie uczucie zmęczenia i lokalne odczuwanie bólu mięśniowego, np. nieprawidłowa technika biegania czy pływania prowadzi do bólu mięśni karku i grzbietu.
Długotrwałe utrzymywanie jednej pozycji (nieprawidłowe siedzenie) prowadzi do zaburzeń krążenia krwi i limfy oraz powstawania obrzęków, wysięków, w tym zapalnych i bólów mięśni.
Zatem przy uprawianiu ćwiczeń statycznych i jednostajnej pracy fizycznej związanej z napięciem statycznym określonych grup mięśni (np. długotrwałe stanie, siedzenie, kierowanie pojazdem) konieczne jest stosowanie odpowiednio dobranych ćwiczeń dynamicznych i rozluźniających mięśnie.
Przemęczenie i przetrenowanie
Zmęczenie fizyczne występuje w następstwie jednorazowego wykonania czynności ruchowej. Wielokrotne wykonywanie czynności ruchowej (sport zawodowy, praca fizyczna) bez należytego (prawidłowego, właściwego) odpoczynku doprowadza do sumowania (nakładania) się stanów zmęczenia i wystąpienia zespoły przemęczenia. Przemęczenie jest więc przewlekłym stanem zaburzenia homeostazy ustroju.
Przemęczenie powstałe na skutek wielokrotnego treningu fizycznego lub wielokrotnych zawodów sportowych nosi nazwę przetrenowania. Innymi słowy, przetrenowanie powstaje na skutek zsumowania (nałożenia) się objawów zmęczenia wywołanego wielokrotnym treningiem, w trakcie którego nie zastosowano właściwego odpoczynku.
Z pojęciem zmęczenia i przemęczenia spokrewnione jest pojęcie przeforsowania. Przeforsowanie jest to stan ostrego zmęczenia powstałym po jednorazowym wysiłku fizycznym, przekraczającym rzeczywistą (fizjologiczną) wydolność (wydajność) fizyczną organizmu.
Przetrenowanie występuje przy naruszeniu dyscypliny treningu, monotonii zajęć treningowych, słabym przygotowaniu emocjonalnym (przy słabej podbudowie psychicznej) sportowca i osłabieniu organizmu (choroby, stany pochorobowe, stres). W rozwoju przetrenowania uczestniczy aktywnie OUN, w którym następuje przeciążenie cyklów pobudzania i hamowania.
Objawy przetrenowania są następujące:
· · utrata chęci do wykonywania danej czynności ruchowej (pracy, ćwiczeń fizycznych);
· · senność;
· · brak łaknienia;
· · utrata uczucia radości mięśniowej;
· · nerwice wegetatywne;
· · chwiejność emocjonalna;
· · spadek masy ciała;
· · obniżenie pojemności życiowej płuc;
· · zaburzenia czynności serca;
· · zaburzenia koordynacji ruchów.
Właściwy trening stanowi najważniejszy środek profilaktyczny i zwalczający szybkie i nadmierne zmęczenie; zapewnia wykształcenie stanu adaptacyjnego, zmniejszającego niekontrolowane nasilenie zaburzeń homeostazy, odpowiedzialnej za wystąpienie stanu zmęczenia. Trening poprawia tolerancję wysiłkowych zmian fizjologicznych i dzięki temu podwyższa wydolność fizyczną organizmu.
Wypoczynek
Wypoczynek jest to ogólnoustrojowy zespół procesów i czynności zmierzających do przywrócenia homeostazy ustroju. Celem wypoczynku jest zatem zniesienie stanu zmęczenia.
W czasie wypoczynku nasileniu ulegają procesy anaboliczne, regeneracyjne, których zadaniem jest uzupełnienie materiałów zapasowych, usunięcie z tkanek metabolitów toksycznych i zbędnych, przywrócenie równowagi wodno-elektrolitowej i kwasowo-zasadowej. Procesy anaboliczne pochłaniają znaczne ilości energii, zatem wypoczynek jest procesem metabolicznie (wewnątrzkomórkowo) bardzo aktywnym, wymagającym prawidłowego odżywiania organizmu.
Wypoczynek może być bierny lub czynny.
Wypoczynek bierny polega na zaniechaniu wszelkich wysiłków fizycznych (sen) lub ograniczeniu ich do normalnych, codziennych (koniecznych) czynności życiowych.
Wypoczynek czynny to proces przywracania homeostazy przy zastosowaniu optymalnego ruchu (rekreacja – aktywny wypoczynek). Ruch powinien dotyczyć innych grup mięśni niż te zmęczone. Zasadą takiego wypoczynku jest przełączanie pracy jednych mięśni na pracę innych mięśni.
Z tematem wypoczynku czynnego związany jest eksperyment i tzw. efekt Sjeczenowa.
Sjeczenow doświadczalnie wykazał, że najskuteczniejszym odpoczynkiem jest, nie chwilowy spokój (spoczynek) pracującej ręki, lecz odpoczynek polegający na wprawieniu w ruch drugiej ręki. Zdolność do ruchu zginaczy prawej ręki ulega zwiększeniu przy jednoczesnym napięciu statycznym prostowników lewej ręki.
Zaobserwowany proces nosi nazwę efektu Sjeczenowa. Wg Sjeczenowa mechanizm działania tego efektu polega na bodźcowym pobudzaniu mięśnia zmęczonego do “odnowy biologicznej” przez inny pracujący mięsień. Wpływ na mięsień zmęczony odbywa się za pośrednictwem OUN. Z punktu widzenia bioenergetycznego ta koncepcja jest pozbawiona sensu, nie jest więc aktualna. Efekt Sjeczenowa sprowadza się raczej do psychicznej sugestii, zatem samo uczucie wypoczynku jest wówczas tylko pozorne. Oczywiście tego efektu nie można uogólnić i odnieść do wszystkich sytuacji. Nie jest to uniwersalne prawo, (dla wszystkich mięśni i sytuacji zmęczenia) jak niektórzy autorzy sugerują.
W latach czterdziestych XX wieku Folbort ogłosił inną koncepcję wyjaśniającą wypoczynek czynny. Zdaniem Folbort`a odpowiednio zastosowane ćwiczenia ruchowe określonych grup mięśni wytwarzają impulsy wzbudzające ośrodki korowe do wyzwalania procesów hamowania w mięśniach zmęczonych. Procesy hamowania umożliwiają mięśniom zmęczonym powrót do homeostazy. Koncepcja Folbert`a nie powinna być przyjmowana bezkrytycznie, bowiem nie została rzetelnie udowodniona.
Ponadto wypoczynek czynny nie jest w każdym przypadku zmęczenia efektywny i wskazany. Dobór właściwego rodzaju wypoczynku zależy od uprawianej dyscypliny sportu, rodzaju intensywnie wykonywanych ruchów oraz stopnia i rozległości zmęczenia. Wypoczynek czynny może być zastosowany przy umiarkowanym zmęczeniu psychicznym i zmęczeniu fizycznym lekkim.
W poważniejszych stanach zmęczeniowych zaleca się odpoczynek bierny z zastosowaniem odpowiednio dobranych zabiegów dodatkowych.
Oddziaływanie zmysłów na przebieg zmęczenia
Badania za pomocą ergografu wykazały możliwość zwiększenia krzywej skurczu pracującego mięśnia zmęczonego poprzez pobudzanie narządów zmysłów: wzroku, słuchu, węchu, dotyku. Efekt ten jest spowodowany tonizującym wpływem bodźców zmysłowych na OUN i układ nerwowy autonomiczny. Spotęgowaniu ulega więc oddziaływanie troficzne układu nerwowego na układ mięśniowy. Długotrwałe i monotonne oddziaływanie bodźców zmysłowych wkrótce powoduje znużenie nerwowe i zmniejszenie efektywności ruchowej pracującego mięśnia.
Oddziaływanie czynników emocjonalnych na przebieg zmęczenia
OUN koordynuje i reguluje czynności ruchowe poprzez obwodowy i autonomiczny układ nerwowy. Szczególne nasilenie tego wpływu można zaobserwować przy pobudzeniu emocjonalnym. Dodatni stan emocjonalny likwiduje znużenie i zmęczenie podczas pracy mięśni. Podczas pobudzenia emocjonalnego ośrodki korowe (kory mózgowej) i podkorowe oddziałują stymulująco na układ nerwowy wegetatywny, pobudzając procesy fizjologiczne narządów wewnętrznych. Działanie to realizuje się również przez układ hormonalny. Rezultatem tego jest wzmożenie pracy mięśni.
Czynnikami emocjogennymi (emocjotwórczymi) są m.in.: okrzyki publiczności, zachęty i pochwały trenera, poczucie współzawodnictwa (samouświadomienie potrzeby i celowości “bycia lepszym” od konkurencji).
Pojęcie homeostazy wg koncepcji Cannona
W 1932 roku Cannon wprowadził termin i pojęcie homeostazy. Zdaniem Cannona homeostaza jest wewnątrzustrojowym stanem równowagi (równowaga w środowisku wewnętrznym) procesów życiowych i parametrów fizykochemicznych tkanek, organów i układów narządów. Dzięki homeostazie organizm uzyskuje indywidualizację i stałość środowiska wewnętrznego, pomimo nieustannej ingerencji zmiennych czynników środowiskowych. Organizm poprzez homeostazę sprzeciwia się entropii, czyli stanowi nieuporządkowania materii.
Homeostaza jest możliwa dzięki integracji strukturalno-fizjologicznej organizmu oraz koordynacji procesów biochemicznych w ustroju. Te z kolei prawidłowości zapewnia układ humoralny i nerwowy. Wszelkie zmiany w środowisku zewnętrznym uruchamiają procesy kompensacyjne (wyrównujące, równoważące) mające na celu przywrócenie stanu równowagi fizjologicznej. Mechanizmy utrzymujące homeostazę działają na zasadzie sprzężenia zwrotnego.
Trening a wydolność fizyczna organizmu
Trening uintensywnia i usprawnia aktywność ruchową oraz nasila dowóz tlenu i oddychanie tkanek, przez co zwiększa się ogólna wydolność fizyczna ustroju. Zdolność pobierania tlenu wrasta wówczas o 18-25%. Trening zwiększa objętość wyrzutową i minutową serca. Polepsza ukrwienie mięśni. Wzmaga tworzenie odgałęzień naczyń włosowatych w tkance mięśniowej (rozwija unaczynienie mięśni). W wyniku treningu powiększa się pojemność komór i przedsionków serca. Wzmożeniu ulegają procesy hemopoezy (tworzenia krwi), w wyniku czego zwiększa się ilość krążącej krwi. Następuje wzrost zawartości mioglobiny w miocytach. Ponadto u osób wytrenowanych obserwuje się zwiększone ciśnienie w obiegu małym, czyli płucnym, co niewątpliwie poprawia ukrwienie płuc i uefektywnia wymianą gazową. Odpływ krwi z trzewi zwiększa ukrwienie mięśni i skóry. Wzmożone wydzielanie potu zwiększa utratę nadmiaru ciepła. Trening przyczynia się do zwiększonego odkładania fosfokreatyny i glikogenu w mięśniach. Usprawnieniu ulega koordynacja ruchowa mięśni, polepsza się również czucie głębokie mięśni, przez co możliwe jest wykonywanie precyzyjniejszych ruchów.
We krwi osób dobrze wytrenowanych istnieje większa zasób moderatorów krwi, dzięki czemu organizm nie jest narażony na zachwianie równowagi kwasowo-zasadowej podczas wysiłku fizycznego. Stabilizuje to homeostazę organizmu i uodparnia na stres. Wzrasta maksymalna wentylacja płuc, bowiem zwiększa się pojemność oddechowa płuc.
Trening pobudza osteogenezę i mineralizację kości. Kości stają się grubsze i odporniejsze na urazy mechaniczne. Wzmocnieniu i rozwojowi ulegają także przyczepy mięśniowe, torebki stawowe, dzięki rozbudowie włókien kolagenowych i sprężystych.
Adaptacja układów do wysiłku (efekt treningowy)
Jest to zakres zdolności do wykonywania pracy mięśniowej bez zmęczenia i zaburzeń homeostazy. Oznacza odporność na zmęczenie oraz tolerancję na wysiłek fizyczny. Wydolność fizyczna zależy od sprawności, integracji, synchronizacji i koordynacji mechanizmów zapewniających podaż tlenu i składników energetycznych oraz odbiór metabolitów zmęczeniotwórczych oraz toksycznych. Zależy od zasobów energetycznych organizmu, głównie zawartości ATP, fosfokretyny, glukozy i glikogenu. Jest zależna od sprawności termoregulacji moderatorów i czynników psychologicznych (motywacyjnych).
Wydolność fizyczna jest mierzona za pomocą prób czynnościowych i charakteru zachowania się parametrów poszczególnych zespołów funkcji wewnątrzustrojowych.
Wydolność fizyczną organizmu można określić przez ustalenie tolerancji wysiłkowej, po obciążeniu wysiłkowym osobnika badanego, po którym wystąpią zaburzenia homeostazy, np. zaburzenia gospodarki kwasowo-zasadowej. Ważnym parametrem jest określenie maksymalnego poboru tlenu VO2 max. Im wyższy jest ten wskaźnik, tym większa jest wydolność fizyczna, bez nadmiernego zaburzenia homeostazy. Wartość VO2max waha się w granicach od 24-45% i zależy od wieku, płci, konstytucji ciała, trybu życia i wytrenowania.
Podczas wysiłku fizycznego następuje najpierw adaptacja organów i układów narządów do wzmożonej czynności ruchowej:
1. Układ oddechowy: na...
Aguuul6