Mechanizm zmian wysiłkowych w układzie oddechowym

Wysiłek fizyczne jest formą aktywności człowieka, wymagającą istotnych zmian czynności wszystkich niemal narządów, których funkcje dostosowywane są na bieżąco do zmiennych warunków środowiska wewnętrznego ustroju. Adaptacja wysiłkowa poszczególnych układów jest efektem przemian zachodzących w pracujących mięśniach, a podstawowym jej zadaniem jest dostarczenie adekwatnej do zapotrzebowania ilości tlenu i substratów energetycznych oraz eliminacja produktów wysiłkowej przemiany materii. Efektem reakcji zachodzących w miocytach są następujące z pewnym opóźnieniem zmiany czynności układów oddechowego i krążenia, których funkcje są głównym ogniwem złożonych mechanizmów zaopatrzenia tlenowego ustroju.
Rodzaje wysiłku fizycznego:
- Dynamiczny – wiąże się ze zmianą długości mięśni, a nie ich napięcia;
- Statyczny – związany ze zmianą napięcia, a nie długości mięśni.
Oprócz rodzaju wysiłku, także jego intensywność, czas trwania czy warunki zewnętrzne, takie jak temperatura czy wilgotność powietrza, w których jest wykonywany wpływają na przebieg adaptacji organizmu do zwiększonego obciążenia fizycznego.
Układ oddechowy człowieka jest jednostką anatomiczno-czynnościową, służącą wymianie gazowej czyli dostarczaniu do organizmu tlenu i wydalaniu z organizmu zbędnych produktów przemiany materii (dwutlenek węgla). Układ oddechowy składa się z dróg oddechowych i płuc. Niewielki udział w wymianie gazowej ma również skóra. Podczas wysiłku fizycznego zapotrzebowanie organizmu na tlen wzrasta proporcjonalnie do intensywności wysiłku. Jest to jedyny czynnik decydujący o zapotrzebowaniu ustroju na tlen podczas wysiłku fizycznego. Istnieją trzy czynniki, które mają wpływ na pokrycie zapotrzebowanie na tlen:
- Stopień zapotrzebowania mięśni na tlen;
- Ilość tlenu dostarczonego do mięśni;
- Zdolność mięśni do wykorzystywania dostarczonego im tlenu odpowiednio do potrzeb.
W czasie rozpoczęcia wysiłku fizycznego przez człowieka jego organizm potrzebuje dostarczenia większej ilości energii niż w czasie spoczynku. Zapotrzebowanie na tlen będzie wprost proporcjonalne do intensywności wysiłku aby organizmowi zostało dostarczone tyle tlenu ile potrzebuje musi dojść do dynamizacji wszystkich procesów odpowiedzialnych za dostarczenie tlenu. Zwiększa się ilość oddechów, serce zwiększa częstość swojej pracy , z komory zostaje wyrzucone więcej krwi, wzrasta pojemność minutowa serca a krew zostaje dowożona głownie do tkanek o zwiększonym metabolizmie. W czasie wysiłku fizycznego większość krwi krążącej w organizmie trafia do mięśni. Dlatego wielkość pochłaniania tlenu przez organizm może być wskaźnikiem intensywności wysiłku. Im wysiłek jest większy, tym jest większe pochłanianie tlenu. W miarę zwiększania intensywności wysiłku, wzrasta zapotrzebowanie mięśni na tlen, a w następstwie tego zwiększa się czynność narządów współdziałających w pobieraniu i transporcie tlenu oraz pochłanianiu tlenu przez organizm. Nasilenie czynności oddechowej podczas wysiłku fizycznego umożliwia zwiększenie wymiany gazowej w płucach, w stopniu odpowiadającym zwiększonemu zapotrzebowaniu mięśni na tlen i zwiększonemu wytwarzaniu w nich, ewentualnie wypieraniu z osocza, dwutlenku wodorowęglanów węgla. Z chwilą rozpoczęcia wysiłku fizycznego natychmiast zwiększa się wentylacja płuc czyli wymiana gazów między powietrzem atmosferycznym a zawartością pęcherzyków płucnych dzięki następującym po sobie wdechom i wydechom. Podczas wdechu zwiększa się objętość klatki piersiowej dzięki skurczom przepony i mięśni międzyżebrowych. W skutek tego ciśnienie w pęcherzykach płucnych jest wyższe od atmosferycznego i odpowiednia porcja powietrza zostaje wessana do płuc w czasie wydechu objętość klatki piersiowej zmniejsza się do poziomu wyjściowego, co powoduje wydalenie zawartości pęcherzyków płucnych do atmosfery. Jeżeli obciążenie wysiłkowe jest stałe to zmiany wentylacji płuc mają dwufazowy przebieg. Występuje gwałtowny skok wentylacji płuc z chwilą rozpoczęcia wysiłku, przy czym przez 20-30 sekund utrzymuje się na osiągniętym w taki sposób poziomie. Następnie rozpoczyna się druga faza wysiłkowych zmian wentylacji płuc. Wentylacja płuc dalej zwiększa się początkowo szybciej i następnie wolniej osiągając po 3-4 minutach poziom odpowiadający intensywności wysiłku, na którym stabilizuje się, wentylacja płuc zwiększa się wprost proporcjonalnie do intensywności wysiłku, dopóki nie przekroczy 70% intensywności max, tzn. takiej przy której osiągane jest max pochłanianie tlenu przez organizm. Praca oddechowa związana jest z pokonywaniem sprężystych oporów tkanki płucnej i ściany klatki piersiowej, oporu przeciw ruchowi powietrza w drogach oddechowych, oporów lepkości tkanki łącznej i mięśni oddechowych wprowadzanych w nich podczas oddychania. Na ogólną pracę oddechową składa się więc suma pracy wykonywanej na pokonanie oporów sprężystych i niesprężystych związanych z czynnością oddechową. Siły sprężyste klatki piersiowej skierowane są odśrodkowo i zależą od materiału tkankowego z którego zbudowane są ściany. Siły sprężyste płuc skierowane są dośrodkowo, zależą od napięcia powierzchniowego powstającego na granicy ciekłej i gazowej pęcherzyków płucnych. Napięcie powierzchniowe zmienia się w zależności od czynnika powierzchniowego co zapobiega całkowitemu zapadaniu się pęcherzyków płucnych w fazie wydechu. Przeciwstawne kierunki sił sprężystych klatki piersiowej i płuc powodują, że płuca w klatce piersiowej są stale rozciągnięte, a w jamie opłucnej panuje ciśnienie subatmosferyczne, w wyniku czego powierzchnia zewnętrzna płuc przylega do wewnętrznej powierzchni klatki piersiowej. Wyrównanie ciśnienia w jamie opłucnej z ciśnieniem atmosferycznym powoduje zapadniecie się płuca na skutek działania dośrodkowego sił sprężystych. Przyleganie powierzchni płuc do ścian klatki piersiowej umożliwia ruch stale napiętych sprężystych płuc "podążających" za ruchami oddechowymi klatki piersiowej i przepony. Podczas wysiłków fizycznych wraz ze zwiększeniem wentylacji płuc zwiększa się gwałtownie praca związana z pokonywaniem oporu dla ruchu powietrza. Jest ona tym większa, im większa jest składowa przepływu turbulentnego w ogólnym przepływie powietrza przez drogi oddechowe. Układ oddechowy posiada ogromną rezerwę funkcjonalną, podczas wysiłku fizycznego, jedynie część jego struktur metabolicznych jest wykorzystywana na potrzeby wymiany gazowej. Reakcje układu oddechowego podczas intensywnego wysiłku fizycznego mogą zwiększać się nawet do dwudziestokrotnej wartości spoczynkowej, co sprawia, że istnieje duża rezerwa czynnościowa płuc w zaspakajaniu potrzeb wymiany gazowej ustroju.
Systematyczny trening fizyczny powoduje zmiany wartości parametrów układu oddechowego. Zwiększa się pojemność oraz maksymalna wentylacja płuc. Wzrasta pojemność dyfuzyjna płuc zarówno w spoczynku jak i w czasie wysiłku. Przyczyną tego może być zwiększenie ogólnej ilości hemoglobiny we krwi, szczególnie w łożysku włośniczkowym płuc.


Bibliografia:
Krystyna Nazar – "Wprowadzenie do fizjologii klinicznej".
Władysław z. Traczyk – "Fizjologia człowieka w zarysie".
Małgorzata Fortuna - "Podstawy kształtowania i kontroli zdolności wysiłkowej tlenowej i beztlenowej".