Fyziológia telesných cvičení

OrganizOrganizááciacia• 1h týždenne prednáška + 1h seminár – cvičenie –

povinné v zmysle študijného poriadku

• Časť cvičení v NŠC

• Teoretická príprava na cvičenia – prednáška, samoštúdium

• Skriptá: Hamar, Lipková: Fyziológia telesných cvičeníLipková: Praktiká

• Z praktických cvičení protokoly

• Probandi – dobrovoľníci (odev, obuv)

• Preverovanie vedomostí počas semestra: ústne, písomne

• Záverečná previerka – test

Neúčasť na cvičení:

• 1. ospravedlniť sa a dohodnúť náhradu vopred

• 2. pred cvičením v termíne inej skupiny (so súhlasom učiteľa)

• Na každé cvičenie je potrebné prísť pripravený! Nepripravenému študentovi nebude účasť na praktiku uznaná!

• Počas semestra využívať konzultačné hodiny

• Cvičenia môžu navštevovať len študenti, ktoríúspešne absolvovali predmet Anatómia a Fyziológia človeka (prerekvizity)

• Skúšky sa študent môže zúčastniť len po splnenívšetkých požiadaviek

Fyziológia telesných cvičení

ÚÚvodvod

• Význam predmetu Fyziológia telesných cvičení

• Ako odpovedá ľudské telo na vysokéfyziologické požiadavky počas telesného zaťaženia?

• Základ: Anatómia, Fyziológia človeka

Obsah

• Štruktúra a funkcia svalu• Určovanie podielu svalových vláken• Zisťovanie výkonu v aktívnej fáze

(odrazu) na výskokovom ergometri• Získavanie energie pre svalovú prácu• Anaeróbny a aeróbny spôsob• Energetické substráty• Maximálna spotreba kyslíka • Praktické merania NŠC

Funkcia svalovFunkcia svalov

• zabezpečujú funkčnosť životne dôležitých orgánov a ich sústav ako aj pohyb celého tela

• 3 typy svalových vlákien – priečne pruhované(kostrové svalstvo), hladké svalstvo (vnútornýchorgánov) a srdcové svalstvo

• Jednotlivé typy rozlišujeme podľa miesta kde sa nachádzajú, štruktúry a ich špecifickej funkcie.

Štruktúra kostrového svalstva

Svalové vlákno - samostatná svalová bunka

Myofibrila - bielkovinové vlákno, predstavuje kontraktilnú zložku svalu

Sarkoméra - funkčná jednotka ohraničená Z-líniami zložená z aktínu a myozínu

Sarkoléma - svalová membránaSarkoplazma - vútorné prostredie bunkyT-tubuly a sarkoplazmatické retikulum -význam pri prenose podráždenia

Bielkoviny

tvoria štruktúru sarkoméru, zabezpečujúkontrakciu, udržujú kontraktilné a regulačnébielkoviny v správnom priestorovom usporiadaní

titin, desmin, α-actinin, vinculin, talin, dystrophin, nebulin,

Kontraktilný systém myofibríl je tvorený kontraktilnými a regulačnými proteínmi

• Kontraktilné proteíny - aktín a myozínmyozín = hrubé filamenty aktín = tenké filamenty

• Regulatčné proteíny - troponín a tropomyozín.

• Pri kontrakcii sa tenké aktínové filamenty teleskopicky zasúvajú medzi hrubšie myozínovéfilamenty, pričom vytvárajú spojenie nazývané„cross-bridges“ (priečne môstiky).

• Pohyblivé spojenie medzi myozínovou hlavičkou a krčkom im umožňuje meniť uhol, ktorý navzájom zvierajú

• Sarkoméra – sa zasúvaním aktínu medzi molekuly myozínu skracuje (Z-línie sa navzájom k sebe približujú) avšak jednotlivé filamenty sa neskracujú, ale zasúvajú.

Celý proces je riadený pomocou regulačných bielkovín troponínu a tropomyozínu.

Energia petrebná pre svalovúkontrakciu je uskladnená v zlúčenine adenozíntrifosfátu (ATP) a je produkovaná v mitochondriách.

• Svalové tkanivo nepracuje autonómne, jeho funkcia je riadená nervovým systémom – svalovákontrakcia je podmienená signálom, ktorý sa šíri po motorickom neuróne z predných rohov miechy

• Akčný potenciál sa cez nervovosvalovú platničku šíri z povrchu bunky ďalej do vnútra bunky k T tubulom sarkoplazmatického retikula, ktorénásledne začne uvoľňovať ióny Ca.

• Vápnik uvoľnený z endoplazmatického retikulado sarkoplazmy sa naviaže na troponín.

• Táto väzba Ca a troponínu spôsobí deformáciu tropomyozínového vlákna, pri ktorej sú na aktíneodhalené väzobné miesta pre spojenie aktínu s myozínovou hlavičkou

• ATP – je naviazaná na myozínovú hlavičku

• Enzým adenozín trifosfatáza spôsobí rozpad ATP na ADP a P

• Uhol medzi myozínovou hlavičkou a krčkom sa mení (od 90 do 45 º)

• Myozín je pevne spojený s aktínom, preto pri zmene uhlu dochádza k posunu aktínového vlákna (zasúvaniu) - skracovanie sarkoméry

• maximálny uhol zovretia myozínovej hlavice a krčku je 45º

• rozpojenie aktínu s myozínom si vyžaduje energiu z ATP

• ATP zabezpečí odpojenie a znovu nabitie myozínovích hlavíc, tak aby mohlo dôjsť k ďalšej svalovej kontrakcii

• k skracovaniu dochádza pokiaľ pretrvávajúnervové impulzy

Energetickou továrňou bunky – mitochondrieoxidačné procesy spojené s tvorbou ATP

• Energia potrebná na resyntézu ATP je získavaná štiepením kreatínfosfátu, cukrov, tukov a bielkovín.

• Pri aeróbnom získavaní energie pre resyntézu ATP sa spaľuje uhlík a vodík substrátov, pričom sa uvoľňuje energia, CO2 a voda.

SvalovSvalovéé vlvlááknakna

• Delenie – rýchle a pomalé (ST a FT)

• Motorická jednotka – súbor svalových vlákien inervovaných jedným neurónom

• Jednotky s rýchlymi vláknami – viac vlákien – vyššia sila

• Pomalé vlákna – vytrvalostné

Tvorba energie v kostrových Tvorba energie v kostrových svalochsvaloch

• Termodynamické zákony• Jednotlivé formy energie – vzájomne

premieňať – tvorba tepla - (60-70%)• Zvyšok – svalová aktivita a iné bunkové

funkcie• Získavanie energie – potrava (rastlinná a

živočíšna) - cukry, tuky a bielkoviny

• Rozkladom týchto zlúčením – energia pre rozličné účely – rast, náprava poškodení, aktívny transport a svalová práca

• Časť energie – na zasúvanie aktínových a myozínových vlákien

• Energia z potravy – nie je priamym zdrojom

• JEDINÝ PRIAMY –BEZPROSTREDNÝ ZDROJ ENERGIE - ATP

• ATP - nustále obnovovať• Pripojenie fosfátového radikálu k ADP –

pričom sa do tejto väzby musíakumulovať energia

• Energia pre resyntézu – aeróbne a anaeróbne

AnaerAnaeróóbnabna resyntresyntéézaza ATPATP

• Zdroj energie – kreatínfosfát(fosfokreatín) a cukry

• Štiepenie CP – najrýchlejší, najpohotovejší spôsob

• Nie je produkcia laktátu• Veľmi krátke a veľmi intenzívne aktivity

AnaerAnaeróóbnabna glyglykolýzakolýza

• Konečný produkt – soľ k. mliečnej – laktát• Anaeróbny laktátový spôsob• V porovnaní s aeróbnou glykolýzou –

rýchlejšia, energeticky menej efektívna -• (2 molekuly ATP voči 38 mol ATP)• Nevýhoda – produkcia laktátu – okysľuje

vnútorné prostredie bunky - zhoršenie podmienok pre enzýmy

• Získavanie energie pri anaeróbnej glykolýze– substrátová fosforylácia

• Pri aeróbnom spôsobe – oxidačnáfosforylácia

AerAeróóbnybny systsystéém m resyntresyntéézyzyATPATP

• - hlavný spôsob produkcie energie počas vytrvalostného zaťaženia

• - štiepenie cukrov, tukov, (bielkovín)• - oxidatívna tvorba ATP – v mitochondriách• - v porovnaní s anaeróbnym spôsobom –

aeróbny systém poskytuje nepomerne viac energie

• Organizmus je nútený uvoľňovať energiu anaeróbnym spôsobom v týchto situáciách:

• a) príliš vysoká intenzita zaťaženia –prekračuje schopnosť organizmu kryť nároky aeróbne

• b) náhly začiatok

Anaeróbny spôsob získavania energie je síce menej efektívny, ale je pohotovejšíako aeróbny

Tvorba Tvorba ATPATP

• Všetky substráty – cukry, tuky, bielkoviny a premenia na acetylkoenzým A (acetylCoA)

• Acetylkoenzým A - oxidácia v Krebsovom cykle -CO2 a H2O ( z oxidačných = dehydrogenačnýchreakcií uvoľnený H2 →H2O)

Tieto reakcie sú katalyzované enzýmami a koenzýmami (minerály a vitamíny)nikotinamidadeníndinukleotid – NAD and FAD - flavinadeníndinucleotid).

Ich redukované formy – naviazaním vodíka

NADH a FADH2 - prenos elektrónov na O2- elektrón transportný reťazecEnergia vyprodukovaná transportom elektrónov – využitie na tvorbu ATP oxidatívnou fosforyláciou

EElelekktrtróónn transportný retransportný reťťazecazec

- v mitochondrii – vnútorná membrána

- pozostáva z komplexu enzýmov – katalýza transport elektrónov z redukovaných koenzýmov na kyslík- súčasťou je aj Koenzým Q (ubichinon) a cytochróm c.

• Energia, ktorá vznikne pri transporte elektrónov –na vypudenie protónov do medzimembránovéhopriestoru - protónový gradient (elektrický a chemický)

• Vybitím gradientu – energia na vytvorenie ATP z ADP (za účast ATP-ázy)

AerAeróóbny energetický bny energetický metabolizmusmetabolizmus

• Vysoko účinný• Vysoká kapacita• Funguje bez potenciálne

škodlivých splodín• Univerzálny (ako substrát môžu

slúžiť cukry, tuky, bielkoviny)• Uprednostňovaný zdroj energie

(anaeróbne procesy sa aktivujú iba ak nie sú aeróbne procesy schopné poskytnúť potrebnúenergiu)

OxiOxiddáácia cukrov a tukovcia cukrov a tukovTuky• energeticky bohatší substrát ako cukry• sú náročnejšie na kyslík • Väčšie množstvo energie využitím 1l kyslíka

získame z cukrov ako z tukov• Dodávka kyslíka závisí od kyslíkového

transportného systémuCukry • Kvalitnejšie palivo• Menej náročné na kyslík• Využíva sa ako palivo pri aktivitách vyššej

intenzity

Cukry a tuky Cukry a tuky akoako zdroj energiezdroj energie

• Tuky• dobrá zásobná látka (veľa energie na gram) -

veľké zásoby energie• menej kvalitné palivo

• Cukry• nevhodná zásobná látka (málo energie na

gram) - malé zásoby energie• kvalitnejšie palivo

GlukGlukóóza za akoako zdroj energiezdroj energie

C6H1206 + 6 O2 = 6 C02 + 6 H20 + energia

Energetická hodnota(energia z gramu látky) = 3,7 kcal/g

Energetický ekvivalent(energia pri spotrebovaní litra O2) = 4,98 kcal/l

Tuky Tuky akoako zdroj energiezdroj energieC16H3202 + 23 O2 = 16 C02 + 16 H20 + energia

Energetická hodnota(energia z gramu látky) = 9,3 kcal/g

Energetický ekvivalent(energia pri spotrebovaní litra O2) = 4,65 kcal/l

Cukry a tuky Cukry a tuky akoako zdroj zdroj energieenergie

Cukry Tuky

Energetická hodnota(energia z 1 g látky) 3,7 9,0 kcal

Energetický ekvivalent(energia prispotrebovaní litra O2 5,0 4,7 kcal

RespiraRespiraččný kvocientný kvocient• Energetický výdaj určujeme pomocou

respiračného kvocientu - pomer vydychovaného CO2 a vdychovaného O2 – nepriama metóda

• Priama metóda - pomocou kalorimetrov

RQ = VCO2/ VO2Cukry - 1Tuky - 0,7

RespiraRespiraččný kvocientný kvocient

C6H1206 + 6 O2 = 6 C02 + 6 H20 + energiaCO2

R = ------ = 1O2

Cukry

Tuky

C16H3202 + 23 O2 = 16 C02 + 16 H20 + energiaCO2

R = ------ = 0,69O 2

Energetický ekvivalent a Energetický ekvivalent a respirarespiraččný kvocientný kvocient

Zdroje energie v pracujúcom svale

OxidOxidáácia bielkovcia bielkovíínn

• - aminokyseliny obsahujú N- za normálnych okolností prispievajúmálo k produkcii energie

MaximMaximáálna spotreba kysllna spotreba kyslííkaka

• VO2 max - maximálne množstvo kyslíka, ktoréje organizmus schopný prijať a využiť (pri práci veľkými svalovými skupinami)

• Maximálny príjem kyslíka – aeróbna kapacita – odráža fyzickú zdatnosť jednotlivca

• Vyjadrenie v absolútnych hodnotách - v litroch za minútu (l/min) a relatívnych hodnotách v mililitroch na kg hmotnosti za minútu(ml/kg/min)

• Fickova rovnica

• VO2max = Q (CaO2 − CvO2)

• Q - minútový objem srdca• CaO2 – obsah kyslíka v arteriálnej krvi• CvO2 - obsah kyslíka vo venóznej krvi• Artério-venózna diferencia kyslíka

MeMeranieranie VOVO22 maxmax

• Presné stanovenie vyžaduje podrobiť meranúosobu fyzikálnej aktivite - (intenzita a trvanie) –plne zaťaženie aeróbneho sytému – stupňovaný test na ergometri

• Intenzita – progresívne zvyšovanie – meranie ventilačných parametrov (VE, O2, CO2)

• V̇O2 max je dosiahnuté – spotreba kyslíka nestúpa napriek zvyšovaniu intenzity zaťaženia

priemerný mladý netrénovaný muž -3,5 l/min45 ml/min/kg

priemerná mladá netrénovaná žena – 2,0 l/min38 ml/min/kg

- východiskové hodnoty sa môžu zvýšiťtréningom o 20%

- vekom zníženieStupeň trénovateľnosti – veľká interindividuálna

variabilita

• Vek dosiahnutia max hodnôt spotreby kyslíka:

• Absolútne hodnoty: 20-30• Relatívne hodnoty: 10-20

• cyklistika, veslovanie, bežecké lyžovanie, vytrvalostný beh – športovci na svetovej úrovni – hodnoty nad 80 ml/kg/min

• - zriedka prekračujú 90 ml/kg/min u mužov a 70ml/kg/min u žien

• Le Mond – víťaz Tour de France - VO2 max 92,5 ml/kg/min

• Dahlie – bežec na lyžiach - 96 ml/kg/min• Ruská bežkyňa na lyžiach – 77 ml/kg/min

• Osoby s nízkou zdatnosťou – pod 20 ml/kg/min

• Vyjadrenie hodnoty VO2max – absolútne –relatívne hodnoty – somatotyp

• Svetoví veslári – robustné somatotypy (viac ako 6 l/min (viac ako 8 l/min)

• Vytrvalostní bežci - aktivity , pri ktorých treba hmotnosť niesť- vyjadrenie v relatív. hodnotách

• Dostihové kone -180 ml/min/kg • Sibírske pretekárske psy - 240 ml/min/kg

Faktory ovplyvFaktory ovplyvňňujujúúce spotrebu ce spotrebu kyslkyslííkaka

• Ventilácia• Alveolo-kapilárna difúzia• Výkonnosť srdca – limitujúci faktor!• Transport - hemoglobín• Extrakcia kyslíka svalmi - limitujúci

faktor!

ZisZisťťovanie spotreby kyslovanie spotreby kyslííkaka• 1. meranie objemu – minútová ventilácia (minútový

dýchací objem)• 2. STPD - prepočet na štandardné hodnoty • T = 0ºC• P = 760 torr• Vlhkosť = 0%• 3. analýza vzduchu – rozdiel medzi obsahom kyslíka

vo vdychovanom a vydychovanom vzduchu• (rozdiel medzi obsahom oxidu uhličitého vo

vydychovanom a vdychovanom a vzduchu)

• Príklad výpočtu:• Vydychovaný vzduch: 18% O2

• Vdychovaný vzduch: ?• Minútová ventilácia: 100 l (STPD)• Spotreba O2 : ?

VVO2

• VCO2

• RQ = VCO2/ VO2

• VE O2 = V/O2

KritKritééririáá maximamaxima

• 1. HR (max hodnota – vzhľadom k veku)• 2. La v krvi – 7 mmol/l• 3. RQ > 1,15 (dráždenie dýchacieho

centra laktátom, z pufrovania)• 4. VE > 35• V ̇O2 max je dosiahnuté – spotreba

kyslíka nestúpa napriek zvyšovaniu intenzity zaťaženia

VýpoVýpoččet výdaja energieet výdaja energie

• Nepriama kalorimetria – meranie dýchacích plynov-

• VO2 , VCO2

• RQ = VCO2/VO2

• Cukry - 1• Tuky – 0,7• Zistenie zmesi látok, ktoré sa oxidujú

AnaerobnýAnaerobný (lakt(laktáátový) prahtový) prah

• zvyšovanie intenzity zaťaženia (nad 50% VO2 max) vyšší podiel rýchlych svalových vlákien = narastá produkcia laktátu

„Lactate shuttle“(laktátový člnok)

Laktát produkovaný svalmi je odvádzaný krvou a uprednostňovaný ako energetický substrát vo svaloch pracujúcich nižšou intenzitou (pomalé vlákna), v srdcovom svale a v pečeni na glukoneogenézu (resyntézu glykogénu)

Anaeróbny prah

• Charakterizuje ho: najvyššia intenzita zaťaženia pri ktorej sa ešte zachováva dynamická rovnováha medzi tvorbou a odbúravaním laktátu

Všeobecne platná hodnota - 4 mmol La/l

• netrénovaní – pri AP využíva 50-60% VO2 maxšpičkoví vytrvalci – až 70-80% VO2 max

• jedinci, ktorí dosahujú AP pri vyššom % VO2 max – predpoklady pre lepší vytrvalostný výkon

UrUrččovanie anaerovanie anaeróóbneho prahubneho prahu

• Francesco Conconi – taliansky biochemik vypracoval v spolupráci s trénermi talianskych vytrvalcov test, pri ktorom nie je nutný odber krvi

• rýchlosť (PF) pri anaeróbnom prahu - úroveňtrénovanosti či účinok tréningu na rozvoj vytrvalosti

• odberom krvi• z ventilačných parametrov

Conconiho test

Predel medzi doposiaľ prevažne oxidatívnym energetickým krytím a nástupom prudkého exponenciálneho zvýšenia anaeróbneho krytia súvisí tiež so zmenami srdcovej frekvencie

• Počas telesného zaťaženia nízkej intenzity , získava telo energiu výlučne za prístupu kyslíka – aeróbne

• Zvýšením intenzity zaťaženia je potrebnézvýšiť dodávku kyslíka do svalov, čím sa následne musí zvýšiť aj minútový objem (SVxSF)

• Pri aeróbnom krytí (120 – 170 pulzov/min)existuje lineárny vzťah medzi intenzitou zaťaženia a srdcovou frekvenciou

• Pri zapojení rýchlych svalových vláken (vyšší prah dráždivosti) je časť energie získavaná anaeróbne

SV x PF

Minútový objem krvi Arteriovenózna diferencia

Zvýšením kyslosti prostredia v pracujúcich svaloch sazlepšuje rezorbcia kyslíka svalmi, čo má za následokspomalenie nárastu SF

VO2 = Q. (CaO2 – CvO2)

• Táto zmena sa prejaví deflexiou priamky, resp. krivky znázorňujúcej SF pri zvyšujúcej sa intenzite zaťaženia.

• V bode deflexie sa nachádza AP – pri ktorom je produkcia a odbúravanie laktátu v rovnováhe

Conconiho test Conconiho test

Conconiho testConconiho test

Hodnotenie telesnej zdatnosti

• Rekreační športovci:AP pri 10 km/h veľmi slabéAP pri 12 km/h priemer AP pri 14 km/h dobrý

• Svetová atletická špička vo vytrvalostných disciplínach dosahuje AP pri rýchlosti vyššej ako 20 km/h.

AnaerobicAnaerobic ((LactateLactate) ) thresholdthreshold

• - the point – blood lactate begins to rapidly accumulate (during exercise ofincreasing intensity

• - represents a significant shift towardanaerobic glycolysis

• Increasing in muscle production –removal from the blood

• Arbitrary value - 4 mmol La/l

untrained – LT 50-60% VO2 maxelite endurance athletes – 70-80%

Individuals with higher LT (% of VO2 max) – best endurance performance

EstimatingEstimating ofof ATAT

In cooperation with famous Italian endurance trainers (Lenzi etc.) the Italian biochemist Francesco Conconisucceeded in developing a simple, not blood-based test, which may give an indication of an athlete’s condition or state of training.

The transition from aerobic to anaerobic energy conversion is taking place at the so-called anaerobic threshold. This anaerobic threshold coincides with the transition point of the heart rate.

• During a small physical load and a low level of intensity the body will obtain its energy almost exclusively from the aerobic metabolism

• After intensifying the load the muscle will consume more oxygen and the heart will have to work harder. Consequently, the heart rate will have to increase

• In the aerobic mode, in the range of heart rates of about 120 – 170 BPM (beats per minute), a linear relation exists between load (work intensity) and heart rate

• At increased levels of intensity oxygen supply becomes insufficient and the required energy will have to be produced by the muscle without oxygen (anaerobic)

• VO2 = Q. (CaO2 – CvO2) • SV x HR

• the blood supply to the muscle and the accompanying heart rate will increase ata lower degree

• a change will occur in the proportionality between work level and heart rate - the curve will show a deviation from the straight line

• LT - at the level of work intensity each time the production and the consumption of lactic acid are in balance

ConconiConconi´́ss testtest

•

ConconiConconi´́ss testtest

• In the recreational category a running velocity of 10 km/hr at the anaerobic threshold is characterized as being poor, 12 km/hr is average and 14 km/hr is splendid.

• world-class long-distance runners showed threshold velocities more than 20 km/hr.

Factors of success in Factors of success in endurance activitiesendurance activities

• High VO2 max value• High LT• High economy of effort (low VO2 value

for the same rate of work)• High percentage of ST muscle fibers

• ZAČIATOK

KardiovaskulKardiovaskuláárny systrny systéém m srdcecievykrvÚloha –

• 1. dodávka (kyslík a živiny)• 2. odstraňovanie (CO2, odpadové produkty

metabolizmu)• 3. transport (hormóny)• 4. udržiavanie (teplota, pH)• 5. prevencia (dehydratácie, infekcie)

• MV = SV x SF• Športové srdce• Hypertrofia• Dilatácia

SrdcovSrdcováá frekvenciafrekvenciaSF – odráža množstvo práce – na pokrytie zvyšujúcich sa nárokov pri pohybovej aktivite (PA)Pokojová SF – 28 – 40

60 – 80(viac ako 100)

SF – zvyšovanie aj pred začatím – sympatikový NS -anticipáciaSF počas zaťaženia – zvyšovanieSF po zaťažení

• SF max• Určovanie založené na vekovej závislosti -

(priemerná hodnota) = 220 – vek• Individuálne hodnoty značne varírujú• PF v rovnovážnom stave – prediktor

účinnosti srdcovociev. systému (testy –posudzovanie telesnej zdatnosti)

MV = SV x SFMV = SV x SF

• Pokoj: • Netrénovaný : 70 x 70 = 5000• Trénovaný: 100 x 50 = 5000• Maximálne zaťaženie:• Netrénovaný: 100 x 200 = 20 000• Trénovaný: 200 x 200 = 40 000

KardiovaskulKardiovaskuláárna odpoverna odpoveďď na na cvicviččenieenie

• Systolický tlak krvi sa so zvyšovaním intenzity zvyšuje

• Diastolický - môže ostať rovnaký alebo aj poklesnúť – vasodilatácia

• a-v O2 diferencia – zlepšenie extrakciekyslíka

• Tok krvi ku svalom – dramatickézvýšenie

Zmeny v krvi poZmeny v krvi poččas cvias cviččeniaenia

• 1. a-v dif sa zvyšuje• 2. objem plazmy sa znižuje (zvýšený

osmotický tlak vo svaloch – produkty metabolizmu, potenie)

• 3. pH krvi – zníženie (zvýšenie kyslosti • (z 7,4 – to 7,0 a menej)

AdaptAdaptááciacia

•

• 1) Zvýšenie venózneho návratu- trénovanéosoby majú zlepšený – zvýšenie EDV

• 2) Zvýšenie kapacity komôr na natiahnutie –silnejšia kontrakcia (Frank-Starlingovmechanizmus)

SFSF

V pokoji – značne poklesne (bradykardia)Pri submaximálnom zaťažení - poklesMaximálna SF – nezmenená (mierny pokles)

MinMinúútový objemtový objem

- Na max úrovni – značne stúpne –následok podstatného zvýšenia max SV

Prietok krviPrietok krvi

Zvýšenie prítoku krvi do pracujúcich svalov – jeden z najvýznamnejších faktorov – pre zvýšenie vytrvalostnej kapacity a výkonnosti

Tlak krviTlak krvi

• Pokojová hodnota – vplyvom vytrvalostných cvičení zníženie hodnôt (hypertenzia)

• TK pri submaximálnom alebo maximálnm cvičení – malý alebo žiaden efekt

Objem krviObjem krvi

Zvýšenie MV – zo zvýš. objemu plazmy1. Cvičenie – zvýšené uvoľňovanie ADH a

aldosteronu (zadržiavanie vody obličkami)

2. Cvičenie – zvýšenie – plazmatických proteínov (albumín) – vyšší osmotickýtlak – viac tekutiny je zadržiavané v krvi

PraktickPraktickéé cvicviččenie enie

W170 - Výkon pri pulzovej frekvencii 170

• Testy na posúdenie telesnej zdatnosti väčšieho počtu osôb – podstata - meranie zmien PF pri zaťažení (po zaťažení)

• W170 – individ. výkon – PF = 170• PF -170/min - rovnováha medzi nárokmi

a možnosťami –• udržiavanie optimálnehio srdcového

objemu

• Porovnávanie s hodnotami príslušnými pre daný vek

• W – pri 150, 130 pulzoch

• Úloha: Zistiť hodnotu W170 pri stupňovanej intenzite zaťaženia na bicyklovom ergometri

• Východisková hodnota: 1,5 W/kg• Trvanie stupňa: 5 min• Zvyšovanie: o 30 W

• Hodnoty PF na konci každého stupňa – graf –odčítať výkon pri PF 170.

• Porovnanie s hodnotami príslušnej športovej špecializácie

• PROTOKOL: Graf závislosti pulzovej frekvencie od intenzity zaťaženia s vyznačením výkonu pri PF170

• Prepočet na relatívne hodnoty - porovnanie

Cvičenie – zvýšené

• KONIEC

RedRed bloodblood cellscells

• Small increase

• With large increase in plasma volume –facilitate the delivery of oxygen

RespiratoryRespiratory systemsystem duringduringexerciseexercise

• Oxygen is transported – bound to hemoglobin

• Increased temperature and decreased pH – affect the oxygen dissociation curve(more oxygen is unloaded)

PulmonaryPulmonary ventilationventilation

• - increases during exercise – in directproportion to needs-up to ventilatorybreakpoint

• Noninvasive estimating of LT (AT) • PV= Tidal volume (TV) x rate of

respiration (RR)• Maximal values – 100 – 200l/min

RespiratoryRespiratory adaptationadaptation• TV – unchanged at rest and submaximal

Incresed in maximal exertion• RR – stady at rest

decreased slightly at submaximalincreased considerably at maximal

• Combined effect – increase in pulmonaryventilation during maximal effort

• a – v O2dif – increases – increased oxygenextraction

RER – decrease at submaximal (free fattyacids)

- increases at maximal

VO2 max increases substantially

• Tab. 296• Tab. 300

HomeothermyHomeothermy

• Humans, like all mammals, are homeotherms• We have a homeostatic or balance seeking

temperature regulation system• Poikilotherms, like fish and frogs, have their

body temperatures dictated by the environment. When it is cold, they are sluggish, when it is warm they become more active

Homeothermic animals (like humans) maintain body temperature within a very narrow range. This feat is achieved by physiological mechanisms adjusting therate of heat exchange with the environment, even in the face of very large changes in environmental conditions.

At the extremes of exposure, thermoregulation is insufficient to maintain body temperature and hypo- or hyper-thermia result.

Humans have been able to adapt to a great diversity of climates, including hot humid and hot arid. High temperatures pose serious stresses for the human body, placing it in great danger of injury or even death. In order to deal with these climatic conditions, humans have developed physiologic and cultural modes of adaptation.

• The human body regulates temperature by keeping a tight balance between heat gain and heat loss.

• Your temperature regulation system is more analogous to the operation of a home furnace

• Humans regulate heat generation and preservation to maintain internal body temperature or core temperature. Normal core temperature at rest varies between 36.5 and 37.5 °Celsius (°C),

• Core temperature is regulated by the hypothalamus (in the brain), which is often called the body’s thermostat.

• The hypothalamus responds to various temperature receptors located throughout the body and makes physiological adjustments to maintain a constant core temperature.

The body is constantly producing heat and then dispersing it through various processes.Heat can be lost through the processes of

• conduction, • convection, • radiation • evaporation

ProcessesProcesses of heat lossof heat loss

CONDUCTIONis the process of losing heat through physical contact with another object or body. Conduction refers to the transfer of heat by direct contact, molecule to molecule. Proportional to surface area, temperature differential, and density of surrounding medium (air vs. water) For example – ...

CONVECTIONis the process of losing heat through the movement of air or water molecules across the skin. Example -...The amount of heat loss from convection is dependent upon the airflow or in aquatic exercise, the water flow over the skin.Convection involves the movement of molecules from warm to cool areas.Proportional to temperature gradient and air flow

RADIATION- is a form of heat loss through infrared rays. This involves the transfer of heat from one object to another, with no physical contact involved.

• Direction and rate is a function of the temperature differential between the body and surrounding objects

• Greater surface area yields higher radiation. For example -...

EVAPORATION- is the process of losing heat through the conversion of water to gas (evaporation of sweat). Evaporation of sweat from the skin reduces heat by 0.58 kcal/ml Evaporation rate is proportional tosurface area, temperature gradientInversely proportional to humidity. Water vapor in expired air also cools the body

The primary heat loss process in aquatic exercise is convection

The skin assists in homeostasis - the inner body temperature remains more or less constant.

• vasodilation, • vasoconstriction • and sweating

are the primary modes by which humans attempt to lose excess body heat. The effectiveness of these methods is influenced by the character of the climate and the degree to which the individual is acclimatized.

hot conditionshot conditions• Sweat glands under the skin secrete sweat - fluid

containing mostly water with some dissolved ions including - travels up the sweat duct, through the sweat pore and onto the surface of the skin.

• This causes heat loss by evaporation; however, a lot of essential water is lost.

• Arterioles - carrying blood to the superficial capillaries under the surface of the skin - can dilate so that more heat is carried by the blood and is lost to the air increases heat loss by radiation and conduction. This is called vasodilation

cold conditionscold conditions• Sweat stops being produced. • Arterioles - carrying blood to superficial capillaries

under the surface of the skin can constrict - so that less heat is carried by the blood and lost to the surroundings - vasoconstriction.

• In extremely cold conditions excessive vasoconstriction leads to numbness and frostbite.

• Muscles can also receive messages from the thermo-regulatory centre of the brain (the hypothalamus) to cause shivering. This increases heat production

ThermoregulationThermoregulation

• Humans are the most prolific sweaters in the entire animal kingdom

• Sweating is accomplished through specialized eccrinesweat glands

• These glands are found in the dermis and epidermis, distributed all over the body, except for the margins of the limbs, sex organs, and ear drums. They average between 150 and 340 glands per square centimeter of skin for a total of between 2,000,000 and 5,000,000 The sweat glands are innervated by the sympathetic nervous system

• When a rise in core temperature is detected by the hypothalamus, impulses to the sympathetic system cause an increase in sweat output

• The sweat gland consists of a deep coiled portion and a duct that opens on the skin.

• The duct aids in the resorption of electrolytes, mainly sodium and chloride, in the sweat so that the fluid discharged onto the skin has had the electrolyte concentration reduced by a factor of about 20

Heat Stress Heat Stress • The sympathetic nervous system directs the

body’s attempts to regulate temperature by rerouting circulation and sweating

• Red skin indicates vasodilation and the pooling of blood near the surface for release of heat

• Sweating causes evaporative cooling• The individual reduces heat stress by lowering

physical activity levels, scheduling work during cool times of the day, wearing less clothes, using fans and air conditioning

• Exercise presents a special case of thermoregulation in humans because heat production can increase many fold during strenuous activity. If this activity is undertaken in conditions that limit heat loss (high ambient or radiation temperature, and/or high humidity) hyperthermia and heat stroke can develop.

• Hyperthermia is known to cause fatigue and so exercise performance is directly related to thermoregulatory ability. The mechanisms that improve thermoregulatory ability offer a means to improve performance.

• During all types of exercise the body’s ability to thermoregulate is challenged. Heat is produced as a by-product of metabolism

• The human body is only 25% efficient, therefore you lose approximately 75% of energy as heat. During exercise, heat is produced mainly from working muscle contractions and core temperature can go above 40 °C

• Radiation consists of infra-red emanations• Direction and rate is a function of the

temperature differential between the body and surrounding objects

• Greater surface area yields higher radiation

• Conduction refers to the transfer of heat by direct contact, molecule to molecule. Proportional to surface area, temperature differential, and density of surrounding medium (air vs. water

• Convection involves the movement of molecules from warm to cool areas.Proportional to temperature gradient and air flow

• Evaporation of sweat from the skin reduces heat by 0.58 kcal/ml Evaporation rate is proportional to surface area, temperature gradientInversely proportional to humidityWater vapor in expired air also cools the body

• Heat Transfer by Circulation • The peripheral circulation relies on beds of capillaries that

transfer blood between the arterial and venous systems• These arteriovenous anastomoses can change the rate of

blood flow from internal organs to the periphery by as much as 30%

• Vasoconstriction (reducing the diameter of the capillaries) reduces the blood flow from the core to the periphery

• Vasodilation (increasing the diameter) increases the flow

• Factors Affecting Thermal Acclimation• Age• Both infants and elderly have lessened ability to

acclimatize to heat or cold• Body size and shape• The surface area to weight ratio will affect the level of

acclimatization attainable• Body composition• Subcutaneous adipose deposits insulate the core and make

it more difficult to dissipate heat in hot or easier to retain heat in the cold

• Cold Stress • The body attempts to increase and conserve body

heat by rerouting circulation and shivering• Vasoconstriction causes the blood to pool

internally to conserve organ heat• Shivering causes the temperature to increase due

to muscular activity• Individuals respond to cold stress by increasing

muscular activity, wearing more clothes, or heating their living

Skeletal muscle and Skeletal muscle and exerciseexercise

• Muscle contraction - is initiated by an electrical impulse originating in the brain

• The motor neuron branches into many terminals

• Each terminal innervates a specific muscle fiber

• A motor unit - a single alpha motor neuron and all the muscle fibers it activates

• The motor unit is the brain’s smallest functional unit of force development control

• All of the fibers in one motor unit are activated by a single motor nerve.

The Motor UnitThe Motor Unit

• the average motor neuron - stimulates about 600 muscle fibers

• large muscles may have as many as 2000 fibers per motor unit, while the tiny eye muscles may have only 10 or so fibers per motor unit.

• The size of a motor unit varies considerably according to the muscle’s function.

• Muscles with high force demands but low fine control demands (like a quadriceps muscle) are organized into larger motor units.

• Muscles controlling high precision movements like those required in the fingers or the eyes are organized into smaller motor units.

Regulation of Muscular ForceRegulation of Muscular Force

• - two control mechanisms to regulate the force a single muscle produces• RECRUITMENT• RATE CODING

• Motor units are recruited according to the size principle

• Smaller motor units - a small motor neuron and a low threshold for activation - are recruited first

• As more force is demanded - larger motor units are recruited

• When requirements for force are low, but control demands are high (writing, playing the piano) the ability to recruit only a few muscle fibers gives the possibility of fine control.

• the smaller motor units are generally slow units, while the larger motor units are composed of fast twitch fibers

• The two fiber types differ in the time it takes for the fiber to fully contract, or reach peak contractile tension.

• - a big difference in the rate of both force development, and relaxation.

Skeletal Muscle Fiber Type Skeletal Muscle Fiber Type and Contractile Velocityand Contractile Velocity

• Most skeletal muscles – both ST and FT fibres• The proportion of ST and FT fibres in an

individual arm and leg muscles – similar• ST – high aerobic endurance – well suited to

low intensity endurance activities• FT – better for anaerobic activities (FTa, FT b)

• World champions in marathon – 93-99% ST

• World- class sprinters – 25% ST

• RATE CODING –• the force generated by a motor unit

increases with increasing firing frequency

• If an action potential reaches a muscle fiber before it has completely relaxed from a previous impulse, then force summation will occur

TypesTypes ofof musclemuscle actionaction

• Static- isometric• Concentric• Eccentric• Speed of action – force produced• concentric a. – maximal force with slow

contraction• eccentric a. – faster movements – more

force production

EEccentricccentric action action • A muscle action in

which a muscle exerts a force while lengthening.

• Such actions are used to resist external forces, such as gravity.

• They also occur during the deceleration phases of locomotion.

ConcetricConcetric actionaction

• A form of muscle action which occurs when a muscle develops sufficient tension to overcome a resistance, so that the muscle shortens and moves a body part.

SStatictatic action action IIsometricsometric actionaction

• A muscle action in which tension increases, but the joint angle remains unchanged and no external mechanical work is done.

AdaptabilityAdaptability• is a fundamental characteristic of skeletal

muscle (and the body in general). • cells will adapt in a manner that tends to

minimize any movement away from homeostasis, or resting conditions.

• Responses - the acute changes that occur in a system, organ, or cell during exercise

• Adaptations - the long-term changes that occur as a result of repeated bouts of exercise

NeuromuscularNeuromuscular adaptationadaptation to to resistanceresistance trainingtraining

• STRENGTH – maximal force – cangenerate

• POWER – the explosive aspect of thestrength

• P = F x d / time = F x v• - is the functional application of both

strength and speed• ENDURANCE – the ability – to sustain

repeated muscle actions

• Neural mechanisms• Recruitment of more motor units to act

synchronously• Hypertrophy – reflects structural

changes – increase in the size ofindividual muscle

• Initial gains in strength associated with a weight training program are due to improved recruitment, not muscle hypertrophy.

VýskokovýVýskokový ergometerergometerFiTROFiTRO JumperJumper

• PC systém na určovanie anaeróbnych alaktátovýchschopností (výkonu v aktívnej fáze -odrazu).

• Pozostáva z kontaktnej platne, interfejsu a špeciálneho programu

PrincPrincíípypy

Zariadenie meria dobu kontaktu (tc ) a dobu letu (tf)presnosťou 1ms počas série výskokov a vypočítava základné biomechanické parametre:

- výšku výskoku- priemernú rýchlosť- zrýchlenie- výkon v aktívnej fáze (odrazu) - Pakt- celkový výkon

VyuVyužžitieitie

• Funkčné skúšky, motorické učenie, vyhľadávanie talentov, kontrola účinnosti tréningu.

• Druhy športov: basketbal, volejbal, futbal, tenis, ľahká atletika, skoky na lyžiach, krasokorčuľovanie, gymnastika, atď.

• na zisťovanie explozívnej sily a vytrvalosti v sile dolných končatín

• zisťovanie distribúcie rýchlych vlákien

CviCviččenie enie čč.1.1

• Cieľ:• 1. Zistiť hodnoty Pakt v skupine študentov• 2. Porovnať výsledky s populačnými

normami – percentily – pásma• Určiť podiel rýchlych vlákien na základe

Pakt z nomogramu

Protokol Protokol -- cvicviččenie enie čč.1.1

Meno tc tf Pakt % FT

NadmorskNadmorskáá vývýšška a ka a fyzickfyzickáá výkonnosvýkonnosťť

• Fyzikálne podmienky vonkajšieho prostredia – často odlišné

• Vysoká nadmorská výška – znížený tlak

• Pod hladinou vody – vysoký tlak• Vesmír – znížená gravitácia

• Preteky vo vysokej nadmorskej výške –negatívne ovplyvnenie výkonnosti??

• Bob Beamon a LeeEvans

• OH 1968 MexicoCity (2240m)

So stSo stúúpajpajúúcou nadmorskou cou nadmorskou vývýšškoukou

↓klesá:• 1. barometrický

tlak• 2. teplota • 3. vlhkosť• 4. hustota• 5. gravitačná sila

↑stúpa:1. intenzita

slnečného žiarenia

2. rýchlosť vetra

Teplota a vlhkosTeplota a vlhkosťť

• Každých 150 m –pokles o 1 º C

• Kombinácia s vysokou rýchlosťou vetra – hypotermia a omrzliny

• Studený vzduch –suchý – dehydratácia – vyparovanie potu i straty respiráciou

SlneSlneččnnéé žžiarenieiarenie

• kratšia cesta slnečných lúčov cez atmosféru

• menej slnečných lúčov absorbovaných v atmosfére

suchý vzduch menej absorbujeznásobenie odrazom zo snehu

DôsledkyDôsledky

Pozitívne:skokani, vrhači, šprintéri

Negatívne –zhoršenie výkonov –vytrvalci

zníženie barometrického tlaku -zníženie parciálneho tlaku kyslíka!!

• LIMITUJE PĽÚCNU DIFÚZIUA TRANSPORT O2 - HYPOXIA

HypobarickHypobarickéé podmienkypodmienky(nad 1500m)(nad 1500m)

História: 400 rokov BC

• 17. st. – ToricelliPascal

• 18. st. Lavoisier• 19. st. Bert• 20. st. 1968 OH

Mexico City

AtmosferickAtmosferický tlak vo výý tlak vo výšškeke

• Vzduch má tiaž• Barometrický tlak – kolísanie• % zloženie

• Zmeny v parciálnom tlaku kyslíka významne ovplyvňujú TLAKOVÝ GRADIENT medzi krvou a tkanivami

FyziologickFyziologickáá odpoveodpoveďď

Respiračný a kardiovaskulárny systém

• Adekvátna dodávka kyslíka• Ventilácia – respiračná alkalóza – bikarbonáty• Transport O2 - saturácia Hb (6%redukcia)• Výmena plynov – krv- sval (parciálny tlak

kyslíka)• 104 torr - 40 torr (0 m)• 60 - 40 (2400 m)• Pokles tlakového gradientu (70% redukcia)

V OV O2 max2 max

• So stúpajúcou výškou klesá• Nad 1600 m – 11% /1000 m

KardiovaskulKardiovaskuláárna odpoverna odpoveďď

• Objem krvi – dehydratácia – pokles objemu plazmy → relatívne zvýšenie počtu Ery na daný minútový objem krvi

• Zvýšenie objemu• Zvýšenie počtu Ery• → zvýšenie celkového objemu krvi –

parciálna kompenzácia nižšieho PO2

MinMinúútový objem krvitový objem krvi

• Q = SV x HR• Redukovaný objem plazmy – redukovaný

SV• Zlepšenie extrakcie • Maximálne zaťaženie - ↓ SVmax

• ↓ HRmax (zníženáodpoveď na aktiváciu sympatika)

• ↓ Q + ↓ difúzneho gradientu z krvi do svalov →↓ VO2 max (aeróbna výkonnosť)

• HYPOBARICKÉ PODMIENKY VÝZNAMNE LIMITUJÚ DODÁVKU KYSLÍKA – REDUKUJÚ KAPACITU PRE VYSOKO INTENZÍVNE AERÓBNE AKTIVITY

VýkonnosVýkonnosťť vo vysokej vo vysokej nadmorskej výnadmorskej výšškeke

Vytrvalostnéaktivity – značnépožiadavky na dodávku O2 a aeróbny systém –najviac ovplyvnenéhypobarickýmipodmienkami

Jedinci s vyšším VO2 max-(Messner)

• Anaeróbne krytéaktivity – menej ako 1 min

• menší odpor (šprint, skok do diaľky)

• + nižšia gravitácia (vrhy)

AklimatizAklimatizááciacia

• Postupné prispôsobenie nižšiemu PO2• Nikdy úplná kompenzácia hypoxie

KrvKrv

• Počet Ery ↑• Erytropoetín• Zvýšenie viskozity – negatívum pri

cvičeniach max intenzity• ↑ Hb – zlepšenie transportnej kapacity

SvalySvaly↓svalovej masy↑ kapilárnej denzity –

Strata hmotnosti (zníženie apetítu, strata extracelulárnejtekutiny, svalstvo)↓prierezu ST i FT

Redukovaná aktivita mitochondriálnych enzýmov a glykolýzyZníženie kapacity pre oxidačnú fosforyláciu

Adaptácia svalstva?

TrTrééning a výkonnosning a výkonnosťť

• 1.Tréning vo výške – zlepšiť výkonnosťna úrovni mora?

• 2. Tréning na úrovni mora - preteky vo výške?

TrTrééning vo výning vo výšške ke

• Teoretické argumenty:• Redukovaná dodávka kyslíka – hypoxia

tkanív – navodenie odpovede• Zvýšenie Ery a Hb (iba niekoľko dní)

• Problém –• nechopnosť trénovať v takom objeme a

intenzite ako na úrovni mora• dehydratácia a strata svalovej masy• Znížená tolerancia na intenzívny tréning• Nebola plne potvrdená účinnosť• Zlepšenie nebolo väčšie ako pri tréningu

na úrovni mora

LivingLiving HighHigh, , TrainingTraining LowLow

Dallas –štúdie3 skupiny: 1. pobyt H – tréning L2. H H3. L L

HL – významné zvýšenie výkonnosti

PrPrííprava na preteky vo vysokej prava na preteky vo vysokej nadmorskej výnadmorskej výšškeke

• 1. Preteky počas prvých 24 hodín po príchode

• Trénovať vo výške najmenej 2 týždne pred pretekami (úplna aklimatizácia 4-6 týždňov)

• Výška 1500-3000m • Zo začiatku redukovať intenzitu

ZhrnutieZhrnutie