Fyziologie zátěže úvodní hodina

Fyziologie zátěže Doporučená literatura: Máček, M., & Máčková, J. (1997). Fyziologie tělesných cvičení. Brno: Masarykova univerzita. Havlíčková, L. et al. (1991). Fyziologie tělesné zátěže. Praha: Univerzita Karlova Hamar, D., & Lipková, J. (2001). Fyziológia telesných cvičení. Bratislava: Univerzita Komenského. Placheta, Z., et al. (2001). Zátěžové vyšetření a pohybová léčba. Brno: Masarykova univerzita. Wilmore, J. H., & Costill, D. L. (1994). Physiology of sport and exercise. Champaign, IL: Human Kinetics.

Pohybová zátěž vyvolává změny v organismu: A) Akutní - reakce (odpověď) na jednorázovou zátěž – např. ↑ SF, ↑ DF

Změny vybraných parametrů

Pohybová zátěž vyvolává změny v organismu: A) Akutní - reakce (odpověď) na jednorázovou zátěž – např. ↑ SF, ↑ DF B) Chronické - adaptace při opakování zátěži - např. ↓ SF klidové a ↓ SF při stejné zátěži Svalová činnost je spojena se zvýšením energetických nároků. - pokles ATP, zvýšení ADP (↓ATP:ADP) Resyntéza ATP: - Anaerobně (GL, GG, ADP+ADP, ADP+CP) – rychlá, malý výnos Aerobně (O2) – pomalejší, energeticky výnosnější

Pásma energetické krytí Anaerobní alaktátové Anaerobní laktátové Aerobní alaktátové

- s trváním pokles (?Havlíčková et al, 1991)

Podíl energetického krytí v závislosti na trvání zátěže [%] (Placheta et al., 2001)

Při aerobní fosforylaci resyntéza ATP oxidací sacharidů (glukóza) a tuků (VMK) Reakce organismu (neurohumorálně řízené) vedoucí ke zvýšenému zásobení pracujících svalů energetickými zdroji a O2 zvýšení glykémi (z jaterního glykogenu) aktivace tukových zásob (VMK)

Nárůst energetického krytí se zvyšující se intenzitou je dán: VO2max Anaerobní práh POZOR: Značně idealizovaný „STARÝ“ model. Aerobní práh KLID aerobně anaerobně

- podrobnosti viz přednáška doc. Stejskala POZOR „Nové“ pojetí energetických zón, využití laktátu (laktátový člunek, maximální laktátový setrvalý stav), … - podrobnosti viz přednáška doc. Stejskala

Tradiční pojetí energetických zón × nové pojetí Začátek zátěže Tradiční Nové ATP-CP systém 10–15 sekund 1–2 sekundy Vrchol dosažen už po 5 s pak několik desítek sekund udržováno Anaerobní glykolýza Vrchol kolem 40. s Aerobní krytí Začíná převažovat po několika minutách (2,5–5 min) Začíná převažovat od 60–75 s

Tradiční pojetí energetických zón × nové pojetí Trvání zátěže Tradiční Nové Trvání neovlivňuje jednotlivé zóny, rozhodující je intenzita. Pří zátěži trvající déle jak 75 sekund vždy převládá aerobní krytí (bez ohledu na intenzitu), anaerobní převládá pouze krátkodobě při zvýšení intezity. Nad anaerobním prahem dominuje anaerobní krytí Anaerobní práh × maximální laktátový setrvalý stav

Zdroje energetického krytí při zvyšující se intenzitě RQ sacharidů = 1 RQ = CO2 O2 1 g = 4,1 kcal RQ tuku = 0,7 1 g = 9,3 kcal (Hamar & Lipková, 2001) aerobní práh anaerobní práh

Lipidy Sacharidy energeticky bohatší (1 g = 9,3 kcal) vyžaduje více O2 (EE = 4,55 kcal) využívány při dostatku O2 (v klidu a nízké intenzitě) Sacharidy energeticky chudší (1 g = 4,1 kcal) vyžaduje méně O2 (EE = 5,05 kcal) využívány při nedostatku O2 (vyšší intenzita, i anaerobně) určité množství využíváno i v klidu

Zdroje energetického krytí při zvyšující se intenzitě RQ sacharidů = 1 1 g = 4,1 kcal RQ tuku = 0,7 1 g = 9,3 kcal (Hamar & Lipková, 2001)

Schéma transportu O2 a CO2 (Wasserman, 1999)

Čím více O2 dopraveno k pracujícím svalům, tím větší aerobní produkce energie (větší rychlost běhu, pozdější přechod na anaerobní krytí, déle trvající zátěž)

Schéma transportu O2 a CO2 (Wasserman, 1999)

. VO2 = Q × a-vO2 Fickova rovnice: VO2 – spotřeba kyslíku [ml/min] SV SF VO2 – spotřeba kyslíku [ml/min] Q – minutový srdeční výdej [ml] a-vO2 – arterio-venózní diference kyslíku SV – systolický (tepový objem) [ml] SF – srdeční frekvence [tep/min]

a-vO2 – arterio-venózní diference kyslíku

a-vO2 – arterio-venózní diference kyslíku rozdíl mezi obsahem kyslíku v arteriální krvi a v krvi venozní, která se vrací do srdce. hodnota vypovídá o množství kyslíku, které je využito v periferii (pracujícími svaly) je dána schopností svalů přijímat a využít O2 z krve (prokrvení svalů – redistribuce krve, mitochondrie množství pracujících svalů) - v klidu 50 ml O2 z 1l krve - v zátěži až 170 ml O2 z 1 l krve (100 ml krve obsahuje při plném nasycení 20 ml O2) (1l krve obsahuje při plném nasycení 200 ml O2)

1l krve obsahuje při plném nasycení 200 ml O2 Aby bylo udrženo při zátěži: ↑DF (dechové frekvence) - z 12-16 dechů/min až na 60 (70 i více) ↑DV (dechový objem) z 0,5 l až na 3 l Minutová ventilace: DF × DV - z 6 l v klidu na 150 při max. zátěži (i více)

. VO2 = Q × a-vO2 Q = SF × SV klid: NETRÉNOVANÝ 4,9 l = 70 tep/min × 70 ml klid: TRÉNOVANÝ 4,9 l = 40 tep/min × 120 ml Při práci se zvyšuje SF i SV - ↑ Q SV se zvyšuje až do SF 110–120 tepů (od 180 tep/min klesá) - SFmax = 220 - věk

. Klid: VO2 = Q × a-vO2 VO2 = 4,9 l krve × 50 ml O2 VO2 = 245 ml/min Q = SF × SV klid: NETRÉNOVANÝ 4,9 l = 70 tep/min × 70 ml klid: TRÉNOVANÝ 4,9 l = 40 tep/min × 120 ml Klid: VO2 = 4,9 l krve × 50 ml O2 VO2 = 245 ml/min Pro 70 kg člověka: 245 : 70 = 3,5 ml O2/kg/min (1MET)

. VO2 = Q × a-vO2 Q = SF × SV Max. zátěž: NETRÉNOVANÝ 20 l = 200 tepů × 100(130)ml Max. zátěž: TRÉNOVANÝ 35 l = 200 tepů × 175(200)ml

. VO2 = Q × a-vO2 Max. zátěž: VO2max= 20 l krve × 157 ml O2 NETRÉNOVANÝ: VO2max= 20 l krve × 157 ml O2 VO2 max= 3140 ml/min Pro 70 kg člověka: 3140 : 70 = 45 ml O2/kg/min (13 MET)

. VO2 = Q × a-vO2 Max. zátěž: VO2max= 35 l krve × 170 ml O2 TRÉNOVANÝ: VO2max= 35 l krve × 170 ml O2 VO2 max= 5950 ml/min Pro 70 kg člověka: 5950 : 70 = 85 ml O2/kg/min (25 MET)

Definice a vysvětlení VO2max je maximální objem kyslíku, který může být spotřebován organismem při intenzivní „celotělové“ aktvitě (zapojení většiny svalů). - vyjádřen: - v l/min (absolutně) – v pubertě roste - v ml/kg/min (relativně) – v pubertě klesá - v METech 1 MET – klidová spootřeba O2 (3.5 ml/kg/min) 10 METs = 35 ml/kg/min 20 METs = 70 ml/kg/min

Importance of VO2max Vyšší intenzita cvičení Vyšší energetické nároky (ATP) Zvýšení spotřeby kyslíku nižší VO2max = méně energie = horší výkon

VO2 max Maximální spotřeba kyslíku (při maximální intenzitě zatížení). - vyjadřuje aerobní kapacitu Průměrně (20 let): ženy 35 ml/kg/min muži 45 ml/kg/min Trénovaní: až 90 ml/kg/min (běh na lyžích) Klesá s věkem, nižší u žen, dědičnost

(Seliger & Bartůněk, 1978)

VO2max ♂ ♀

VO2max = Qmax × a-vO2max Na zvýšení VO2max se podílejí: Zvýšení a-vO2max – podílí se na zvýšení asi jen z 20 % Zvýšení Qmax – ovlivnění 70–85 %

Schéma transportu O2 a CO2 (Wasserman, 1999)

Limitující faktory VO2max 1) Dýchací systém - není limitujícím faktorem 2) Svalový systém - je limitujícím faktorem 3) Kardiovaskulární systém - je rozhodujícím faktorem

Zdroje energetického krytí při zvyšující se intenzitě RQ sacharidů = 1 1 g = 4,1 kcal RQ tuku = 0,7 1 g = 9,3 kcal (Hamar & Lipková, 2001)

VO2max [ml/kg/min] 45 AP 50-60 % VO2max 3,5 Intenzita zatížení (rychlost běhu,…)

AP (aerobní práh) - maximální intenzita při které přestává „výhradní“ aerobní krytí intenzita od které se začíná zapojovat anaerobní krytí a tak vzniká laktát hladina laktátu (2 mmol/l krve)

VO2max [ml/kg/min] plató 45 AnP 70-90 % VO2max AP 50-60 % VO2max 3,5 Intenzita zatížení (rychlost běhu,…)

AnP (anaerobní práh) - maximální intenzita při které začíná převládat anaerobní krytí - intenzita při které dochází k narušení dynamické rovnováhy mezi tvorbou a metabolizací laktátu hladina laktátu (4 mmol/l krve) a začíná se zvyšovat. Kolem 8 mmol/l krve nemožnost pokračovat (trénovaní až 30 mmol).

- může být odhadnut z VO2max: AnP = VO2max/3,5 + 60 AnP = 35/3,5 + 60 AnP (anaerobní práh) - může být odhadnut z VO2max: AnP = VO2max/3,5 + 60 AnP = 35/3,5 + 60 AnP = 70 %VO2max 1 MET 60 % of VO2max - AT

AnP = VO2max/3,5 + 60 AnP = 35/3,5 + 60 AnP = 70 %VO2max Výpočet AnP pomocí VO2max (ml/kg/min) AnP = VO2max/3,5 + 60 AnP = 35/3,5 + 60 AnP = 70 %VO2max % MTR = % VO2max

MTR = maximalní tepová rezerva Karvonen et al. (1957): MTR = TFmax – TFklid TFmax 200 MTR = 130 tepů/min 161 70 % MTR = 130 × 0,7 = 91 TFklid 70 91 + 70 = 161

MTR = maximalní tepová rezerva Karvonen et al. (1957): MTR = TFmax – TFklid MTR

MTR = maximalní tepová rezerva Karvonen et al. (1957): MTR = TFmax – TFklid % VO2max = % MTR Například: 70 % VO2max = 70 % MTR

Cílová TF (TFc) Např.: průměrný muž, 20 let TFc = 165 ± 4 VO2max/kg 350 + 0.6 × TFmax – TFklid + TFklid Např.: průměrný muž, 20 let 45 [ml/kg/min] TFc = 350 + 0.6 × 200 – 70 + 70 TFc = 165 ± 4

- může být odhadnut z VO2max: AnP = VO2max/3,5 + 60 AnP = 35/3,5 + 60 AnP (anaerobní práh) - může být odhadnut z VO2max: AnP = VO2max/3,5 + 60 AnP = 35/3,5 + 60 AnP = 70 %VO2max 1. Měření v laboratoři – maximální × submaximální 2. Odhad dle tabulkové hodnoty 3. Odhad dle regresních rovnic 4. Odhad dle terénních testů.

3. Odhad dle regresních rovnic vychází většinou z: Věku Fyzické aktivity % tělesného tuku, nebo BMI (body mass index) % tuku model: VO2peak = 50,513 + 1,589(FA) – 0,289(věk) – 0,552(%tuk) + 5,863(F = 0, M= 1) BMI model VO2max = 56,363 + 1,921(FA) – 0,381(věk) – 0,754(BMI) + 10,987(F = 0, M= 1)

4. Odhad dle terénních testů. Chodecký test VO2max = 132,85-(0,016×kg)-(0,39×věk) +(6,32×P)-(3,26×min)-(0,16×SF) P – 1 pro muže, 0 pro ženy Cooperův test VO2max = 22,36 × km -11,29

CONCONIHO test – zlom SF AnP (anaerobní práh) - v terénu: CONCONIHO test – zlom SF 4 minuty – 10 km/hod Každou minutu zvýšení o 5 km/hod Založen na principu lineárního zvyšování SF v závislosti na intenzitě zatížení (rychlost, W) - v rozsahu SF 120 - 180 km/hod SF 120 + + 170-180 + + + + + +

Anaerobní rozklad: Laktát H+ + HCO3 H2CO3 H2CO3 CO2 + H2O CO2 v krvi vede ke zvýšení CO2 ve vydechovaném vzduchu a tím ke zvýšení ventilace!

Při zvyšování IZ stoupá zastoupení anaerobního zisku energie. Moment, kdy začíná dominovat anaerobní nad aerobním metabolismem = anaerobní práh (ANP) laktát IZ odpovídající ANP VO2 4 mmol/l %VO2max

Od určité VO2 se prudce snižuje efektivita využívání kyslíku - stoupá ventilace rychleji než VO2 Moment, kdy začíná klesat využití kyslíku s inspirovaného vzduchu = respirační práh(RP) – talking test V IZ odpovídající RP VO2 %VO2max

Vytrvalostní trénink (trénink aerobní kapacity) - pod RP nebo ANP Trénink anaerobní kapacity - na nebo nad RP nebo ANP laktát ANP = RP . VO2 IZ odpovídající ANP Trénink anaerobní aerobní kapacity 4 mmol/l Trénink aerobní kapacity %VO2max

VO2max [ml/kg/min] 45 AnP 70-90 % VO2max AP 50-60 % VO2max 3,5 Intenzita zatížení

laktát energetický zdroj sval. vlákna VO2max [ml/kg/min] L již nestačí být metabolizován – zvyšuje se ↓pH 45 tuky < cukry AnP 70-90 % VO2max 4 mmol/l I., II. a, II. b L je metabolizován (srdce,nepracující svaly) 2 mmol/l tuky = cukry I., II. a AP 50-60 % VO2max I. 3,5 ? 1,1 mmol/l tuky > cukry Intenzita zatížení

Zakyselení organismu a nemožnost pokračovat dále v zátěži (Hamar & Lipková, 2001)

Intenzita při dlouhodobé aktivitě (30 minut a víc) nesmí být nad úrovní AnP. Před započetím (předstartovní stav) - zvýšení spotřeby O2 (emoce, podmíněné reflexy) 2) Iniciální fáze zátěže (do 5 minut) - zvyšování spotřeby kyslíku na úroveň odpovídající intenzitě zatížení - mrtvý bod, druhý dech Setrvalý (rovnovážný)stav - požadavky pracujících svalů na dodávku O2 jsou plněny, jsou odváděny metabolity - spotřeba O2 se nemění - SF pohyb v rozsahu ±4 tepy (pravý setrvalý stav)

VO2max [ml/kg/min] Vznik kyslíkového dluhu splácení kyslíkového dluhu AnP 3.5 Čas [min] 5 30 Př. stav Iniciální fáze Setrvalý stav

VO2max [ml/kg/min] Pseudo setrvalý stav - nad AnP Větší kyslíkový dluh AnP 3.5 Čas [min] 5 30 Př. stav Iniciální fáze Setrvalý stav

VO2max [ml/kg/min] menší kyslíkový dluh AnP AP 3.5 Čas [min] 2 30 Př. stav Iniciální fáze Setrvalý stav

- Dosáhne setrvalého stavu dříve - Dosáhne setrvalého stavu později (Hamar & Lipková, 2001)

Kyslíkový dluh nedostatečné zásobení pracujících svalů kyslíkem (pomalejší ↑ SF a DF). nepoměr mezi požadavky na O2 a jeho dodávkou vede k zapojení anaerobních mechanismů - vznik LAKTÁTU ( ↑ H+ metabolické acidóza – mrtvý bod). při zajištění dodávky O2 – druhý dech po ukončení zátěže přetrvává zvýšený příjem O2 = splácení kyslíkového dluhu

splácení kyslíkového dluhu obnova ATP a CP odstraňování laktátu (oxidace na pyruvát – ve svalech, srdci; resyntéza na glykogen – játra) - urychlení vyplavení laktátu ze svalů a a lepší prokrvení orgánu metabolizujících laktát mírnou intenzitou zatížení (50 % VO2max) obnova myoglobinu a hemoglobinu velká část do několika minut (do 30 minut), mírný přetrvává až 12-24 hodin

Praktický význam VO2max VO2max = 70ml/kg/min AnP = VO2max/3,5 + 60 80% VO2max = 35 ml/kg/min 70% muž A žen

Praktický význam VO2max VO2max = 70ml/kg/min VO2max = 70 ml/kg/min 90% 80% muž A muž B

VO2max je však podmiňující faktor anaerobního prahu. Rozhodujícím ukazatele ukazatelem aerobních schopností není maximální spotřeba kyslíku, ale anaerobní práh. VO2max je však podmiňující faktor anaerobního prahu.