CHARAKTERYSTYKA WYSIŁKU FIZYCZNEGO - CZĘŚĆ I

Wszelkie formy aktywności człowieka realizowane są za pomocą skurczów dowolnych mięśni szkieletowych określane są mianem wysiłku fizycznego. Jego wielkość charakteryzuje intensywność czyli obciążenie wysiłkowe i czas trwania. W zależności od rodzajów skurczów mięśni wysiłki można podzielić na statyczne i dynamiczne. W czasie wysiłków statycznych (np. utrzymywanie ciężaru) przeważają skurcze izometryczne mięśni (wzrost napięcia mięśnia bez zmiany jego długości). Miarą intensywności bezwzględnej tego rodzaju wysiłków jest wielkość rozwijanej siły wyrażana w newtonach (N) lub KG, a miarą intensywności względnej jest stosunek aktualnie rozwijanej siły do maksymalnej siły skurczu dowolnego danej grupy mięśni (MVC – maximal voluntary constraction) wyrażony w procentach (%MVC). W czasie wysiłków dynamicznych przeważają skurcze auksotoniczne (skurcz mięśnia, któremu towarzyszy zmiana długości i napięcia) lub izotoniczne (pobudzony mięsień skraca się bez zmiany jego napięcia). Miarą intensywności wysiłków dynamicznych jest moc zewnętrzna, czyli ilość pracy zewnętrznej wykonywanej w jednostce czasu, całkowity wydatek energii w jednostce czasu lub odpowiadające mu zapotrzebowanie tlenowe (litry/min). Intensywność wysiłku określana jest jako wielokrotność spoczynkowego tempa przemiany materii, ściślej mówiąc spoczynkowego pobierania tlenu. Ekwiwalentem spoczynkowego pobierania tlenu jest met (1 met = 3,7ml O2/min/kg). Miarą intensywności względnej wysiłków dynamicznych jest stosunek zapotrzebowania tlenowego do maksymalnego pobierania tlenu przez organizm (VO2max) wyrażony w procentach (%VO2max).

Z aktywnością fizyczną człowieka wiąże się pojęcie wydolności fizycznej człowieka. Wydolność fizyczna jest to zdolność do wykonywania długotrwałej pracy fizycznej bez głębokich zmian w środowisku wewnętrznym ustroju powodujących szybkie narastanie zmęczenia. Pojęcie wydolności fizycznej obejmuje ponadto tolerancję zmian w środowisku wewnętrznym, jeśli dochodzi do nich podczas wysiłku o dużej intensywności, a po jego zakończeniu zdolność do szybkiej likwidacji ewentualnych zaburzeń homeostazy. Uważa się też, że wydolność jest to zdolność do wykonywania dużych wysiłków fizycznych wywołujących najbardziej efektywne i ekonomiczne reakcje adaptacyjne podczas pracy i wypoczynku. Jest to pojęcie biologiczne określające całokształt mechanizmów fizjologicznych zapewniających możliwość efektywnego wykonywania dużych wysiłków fizycznych, bez głębszych zaburzeń ustrojowych podczas i po pracy. Pojęcie „wydolność fizyczna sportowca” obejmować powinno zdolność do wysiłków fizycznych w szerokich zakresach intensywności i czasu trwania wysiłków fizycznych – od krótkotrwałych prób wysiłkowych o mocy maksymalnej, aż do wysiłków wielogodzinnych o dużej lub umiarkowanej intensywności. Z pojęciem wydolności fizycznej łączy się pojęcie kosztu energetycznego. To, co dla osoby mało wydolnej wymaga zaangażowania 90% energii, dla człowieka aktywnego, charakteryzującego się dużym poziomem wydolności wymagać będzie zaangażowania tylko 50-60% energii.

Wydolność fizyczna człowieka zależna jest od wielu czynników. W dużej mierze, bo aż w około 80% podlega ona uwarunkowaniom genetycznym i tylko w pozostałych 20% wpływ na nią ma środowisko zewnętrzne. Do czynników determinujących ogólną wydolność fizyczną należą:

• cechy budowy somatycznej, takie jak np. wysokość i ciężar ciała, co z kolei ma związek z płcią i wiekiem osobniczym,

• potencjał energetyczny, czyli beztlenowe i tlenowe procesy metaboliczne służące uzyskiwaniu energii w czasie wysiłku,

• termoregulacja (podniesienie ciepłoty ciała ma ogromne znaczenie przy wykonywaniu wysiłków fizycznych; rozgrzany mięsień łatwiej się kurczy),

• koordynacja nerwowo-mięśniowa (współpraca układu nerwowego i mięśniowego), co wpływa z kolei na siłę i szybkość a także technikę ruchów,

• cechy psychiczne człowieka, a także motywacja,

• czynniki genetyczne,

• czynniki środowiskowe, jak np. aktywność ruchowa, warunki życia, dieta itd.,

Głównymi wskaźnikami określającymi wydolność fizyczną są: maksymalny pobór tlenu (VO2max) i próg mleczanowy (LT).

Maksymalny pobór tlenu (VO2max)

Maksymalny pobór tlenu (VO2max) zwany popularnie „pułapem tlenowym” to największa ilość tlenu, jaką zużywa organizm w ciągu jednej minuty. Jest on uwarunkowany przez wiele czynników, które można ująć w grupy:

1. Czynniki związane z funkcjonowaniem układu oddechowego:

• Wentylacja minutowa płuc,

• Stosunek wentylacji minutowej do perfuzji.

1. Czynniki związane z krążeniem:

• Objętość minutowa serca (objętość wyrzutowa serca x częstość),

• Stężenie hemoglobiny we krwi,

• Powinowactwo tlenu do hemoglobiny,

• Ciśnienie tętnicze krwi.

1. Czynniki związane z przepływem mięśniowym:

• Przepływ krwi przez mięśnie,

• Gęstość kapilar w mięśniu,

• Dyfuzja tlenu do mitochondriów,

1. Czynniki związane z metabolizmem mięśniowym:

• Gęstość mitochondriów w mięśniu,

• Masa mięśni i typ włókien mięśniowych, aktywność enzymów oksydacyjnych w komórkach mięśniowych, dostarczanie substratów energetycznych do komórek mięśniowych.

Do najważniejszych czynników warunkujących poziom VO2max zalicza się: objętość minutową serca, koncentrację hemoglobiny we krwi, gęstość kapilar w mięśniach, typ włókien mięśniowych, liczbę mitochondriów oraz aktywność enzymów oksydacyjnych w mitochondriach. Poziom VO2max wyraża się najczęściej w litrach O2/min lub ml O2/kg/min. Typowe wartości maksymalnego poboru tlenu u zdrowych osób wynoszą od 45 do 55 ml/kg/min (średnio 3-4 l/min). Wartości VO2max przekraczające 60 ml/kg/min obserwuje się jedynie u osób aktywnych fizycznie. Wielkości maksymalnego poboru tlenu przekraczające 70 ml/kg/min występują u zawodników osiągających sukcesy międzynarodowe w konkurencjach wytrzymałościowych.

Orientacyjny pomiar VO2max – równania Costilla:

1.  
   •  

     1. VO2max (ml/kg/min) = 133,61 – (13,89 x T1)

T1 – najlepszy rezultat biegu na dystansie 1 mili (1609m) w minutach

1.  
   •  

     1. VO2max (ml/kg/min) = 120,8 – (1,54 x T10)

T10 – najlepszy rezultat biegu na dystansie 10000m w minutach

Klasyfikacja wydolności na podstawie pomiarów maksymalnego zużycia tlenu przedstawia poniższa tabela:

Komórki mięśniowe są zróżnicowane pod względem czynnościowym, morfologicznym i biochemicznym. W mięśniach szkieletowych człowieka występują 3 podstawowe typy komórek: 1). Włókna typu I, wolnokurczące się, oksydacyjne (slow oxydative – SO), 2). Włókna typu IIA, szybkokurczące się czerwone, oksydacyjno-glikolityczne (fast-oxydativ-glycolytic, FOG) i 3). Włókna typu IIX szybkokurczące się białe, glikolityczne (fast glycolytic, FG). Podstawowymi cechami czynnościowymi różnicującymi wymienione typy komórek mięśniowych są: szybkość skurczu i odporność na zmęczenie. Włókna typu I charakteryzują się powolnym narastaniem siły skurczu – jest około dwukrotnie dłuższy w porównaniu do włókien szybkokurczących się. Odporność na zmęczenie włókien typu I jest większa niż włókien II, zwłaszcza IIX. Szybkość skurczu włókien IIX i IIA jest podobna, te ostatnie są jednak bardziej wytrzymałe. Różnice morfologiczne pomiędzy typami włókien dotyczą ich grubości, ultrastruktury i unaczynienia. Średnica włókien typu II jest większa niż włókien I (szczególnie u osób uprawiających sporty siłowe). Włókna typu II posiadają bogatszą siateczkę endoplazmatyczną niż włókna I, natomiast liczba mitochondriów jest większa we włóknach typu I. Włókna IIA mają więcej mitochondriów niż IIX. Liczba naczyń włosowatych otaczających włókna mięśniowe jest największa we włóknach typu I, a najmniejsza we włóknach IIX. Pod wpływem treningu wytrzymałościowego zwiększa się liczba mitochondriów we wszystkich typach włókien i wzrasta liczba naczyń kapilarnych otaczających włókna wszystkich typów. Zawartość substratów energetycznych takich jak ATP, fosfokreatyna i glikogen jest zbliżona we wszystkich typach włókien mięśniowych, natomiast zawartość lipidów (trójglicerydów) jest większa we włóknach typu I. Aktywność ATP-azy miozynowej, enzymu który rozkładając ATP umożliwia tworzenie połączeń między aktyną i miozyną – jest około 2,5-krotnie wieksza we włóknach szybkokurczących się. Podstawą biochemiczną różnic w odporności na zmęczenia pomiędzy typami włókien jest zdolność pozyskiwania energii w procesach beztlenowych i tlenowych. Włókna typu II, a zwłaszcza IIX charakteryzują się wyższą aktywnością enzymów przemian beztlenowych, natomiast aktywność enzymów przemian tlenowych, które zachodzą w mitochondriach i liczba mitochondriów są wyższe we włóknach typu I. Aktywność tych enzymów jest również znacznie wyższa we włóknach IIA niż we włóknach IIX. Zawartość włókien różnego typu w składzie mięśnia ma ważne znaczenie w kształtowaniu jego właściwości fizjologicznych. Mięsnie o dużej ilości włókien typu II charakteryzują się dużą szybkością skurczów, ale stosunkowo małą odpornością na zmęczenie. Mięsnie o dużej zawartości włókien typu I są wolniejsze, ale ich wytrzymałość jest większa. Podczas ruchów dowolnych z reguły wcześniej pobudzane są jednostki motoryczne złożone z włókien typu I , następnie IIA, a na końcu IIX. Przy niskiej lub umiarkowanej intensywności wysiłku, dopiero przy długotrwałej pracy i narastającym zmęczeniu, aktywowane są włókna typu II. Przy krótkich wysiłkach o dużej intensywności wszystkie trzy rodzaje jednostek motorycznych (I, IIA, IIX) mogą być rekrutowane jednocześnie. U sportowców uprawiających różne dyscypliny sportu zaobserwowano różnice w składzie włókien: sportowcy uprawiający dyscypliny wytrzymałościowe mają na ogół przewagę włókien typu I w mięśniach, podczas gdy sportowców uprawiających dyscypliny szybkościowe i siłowe charakteryzuje wysoka zawartość włókien typu II w składzie mięśni. Różnice te odzwierciedlają naturalne, genetycznie uwarunkowane predyspozycje do uprawiania określonych dyscyplin sportowych. Trening wywiera pewien wpływ na skład włókien, jest on jednak niewielki w zestawieniu z różnicami uwarunkowanymi genetycznie.

Próg mleczanowy(LT)

Próg mleczanowy to taka intensywność wysiłku po przekroczeniu której stężenie mleczanu we krwi przekracza poziom spoczynkowy i systematycznie wzrasta. Kwas mlekowy (LA) powstający wyniku glikolizy dyfunduje do krwi z komórek mięśniowych – jego stężenie w komórkach wzrasta jednak bardziej niż we krwi, ponieważ tempo dyfuzji LA jest wolniejsze niż tempo jego wytwarzania. W czasie wysiłku część kwasu mlekowego wytwarzanego we włóknach typu II jest natychmiast wychwytywana przez włókna typu I w mięśniach pracujących i w mięśniach niezaangażowanych, i ulega utlenianiu. Część kwasu mlekowego z krwi wychwytywana jest przez wątrobę, gdzie ulega przemianie w glukozę w procesie glukoneogenezy. Po krótkotrwałym intensywnym wysiłku stężenia LA we krwi wzrasta jeszcze w ciągu kilku (3-5) minut, ponieważ dyfunduje on w tym czasie z komórek mięśniowych. Później ulega obniżeniu, zwykle jednak po ciężkim wysiłku podwyższony poziom LA utrzymuje się w ciągu 30-60 minut. W latach osiemdziesiątych wprowadzono koncepcję 4-molimolowego progu mleczajowego zwanego OBLA. Zgodnie z założeniami autorów wielkością progową nazywano tę wielkość mocy lub szybkości biegu, przy której koncentracja mleczanu we krwi w teście o stopniowo narastającej intensywności osiąga 4 mmol/l. Obecnie koncepcja ta jest szeroko krytykowana. Próg mleczanowy obniża się pod wpływem treningu wytrzymałościowego. Oznacza to, że ten sam poziom kwasu mlekowego będzie osiągał zawodnik przy coraz większej intensywności pracy (np. prędkości biegu).

C.D.N