Fizjologia człowieka

Transkrypt

1 Akademia Wychowania Fizycznego i Sportu w Gdańsku Katedra: Promocji Zdrowia Zakład: Biomedycznych Podstaw Zdrowia Fizjologia człowieka Osoby prowadzące przedmiot: Prof. nadzw. dr hab. Zbigniew Jastrzębski zb.jastrzebski@op.pl Materiały informacyjne dla studentów AWFiS kierunku Turystyka i Rekreacja

2 Temat ćwiczeń 11 Pułap tlenowy Materiały informacyjne dla studentów AWFiS kierunku Turystyka i Rekreacja

3 Definicja Pułap tlenowy jest najbardziej popularnym i zarazem najlepszym spośród d wszystkich wskaźnik ników w wydolności tlenowej Wilmore J.H., Costill D. L., Physiology of sport and exercise, Human Kinetics 2004 Materiały informacyjne dla studentów AWFiS kierunku Turystyka i Rekreacja

4 Definicja Pułap tlenowy ( VO 2 max.) Największy moŝliwy pobór r tlenu, który moŝna zarejestrować w trakcie wykonywania maksymalnej pracy fizycznej. Pułap tlenowy jest przez wielu uznawany za wyznacznik wytrzymałości krąŝę ąŝęniowo-oddechowej. oddechowej. Wilmore J.H., Costill D. L., Physiology of sport and exercise, Human Kinetics 2004 Materiały informacyjne dla studentów AWFiS kierunku Turystyka i Rekreacja

5 Definicja Pułap tlenowy ( VO 2 max.) Największy moŝliwy pobór r tlenu, który moŝna zarejestrować w trakcie wykonywania maksymalnej pracy fizycznej. Pułap tlenowy jest przez wielu uznawany za wyznacznik wytrzymałości krąŝę ąŝęniowo-oddechowej. oddechowej. Górski J., Fizjologiczne podstawy wysiłku fizycznego, Warszawa Materiały informacyjne dla studentów AWFiS kierunku Turystyka i Rekreacja

6 Czynniki warunkujące VO 2 max 1.Czynniki związane z funkcjonowaniem układu oddechowego: Wentylacja minutowa płuc Stosunek wentylacji pęcherzykowej do perfuzji Materiały informacyjne dla studentów AWFiS kierunku Turystyka i Rekreacja

7 Czynniki warunkujące VO 2 max 2. Czynniki związane z układem krąŝenia: Objętość minutowa serca (Częstość skurczów serca x objętość wyrzutowa) StęŜenie hemoglobiny we krwi Powinowactwo tlenu do hemoglobiny Tętnicze ciśnienie krwi. Materiały informacyjne dla studentów AWFiS kierunku Turystyka i Rekreacja

8 Czynniki warunkujące VO 2 max 3. Czynniki związane z przepływem mięśniowym: Przepływ krwi przez mięśnie Gęstość kapilar w mięśniu Dyfuzja tlenu do mitochondriów Materiały informacyjne dla studentów AWFiS kierunku Turystyka i Rekreacja

9 Czynniki warunkujące VO 2 max 4. 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 [Górski J., Fizjologiczne podstawy wysiłku fizycznego, Warszawa 2002] Materiały informacyjne dla studentów AWFiS kierunku Turystyka i Rekreacja

10 Jednostki pomiaru L/min vs ml/kg/min ml/kg 0,75 /min Materiały informacyjne dla studentów AWFiS kierunku Turystyka i Rekreacja

11 Normy VO 2 max Materiały informacyjne dla studentów AWFiS kierunku Turystyka i Rekreacja

12 Pułap tlenowy, a wiek i płeć W 6 roku Ŝycia wartość Vo 2 max są podobne u chłopców i dziewcząt U chłopców wzrost wskaźnika Vo 2 max jest bardziej wyraźny. Ma to związek ze zmianami składu ciała u kobiet. Maksymalne pobieranie tlenu u dziewcząt i kobiet jest niŝsze niŝ u chłopców i męŝczyzn. W 10 roku Ŝycia róŝnica ta wynosi 10%, w 12 15%, w 14 20%, by sięgnąć wartości 30% u dorosłych kobiet. [Kozłowski S., Nazar K., Wprowadzenie do fizjologii klinicznej, Warszawa 1999]

13 Pułap tlenowy, a wiek i płeć Maksymalne pochłanianie tlenu zwiększa się wraz z wiekiem u chłopców do 18 20, a u dziewcząt do roku Ŝycia. Największa dynamika przyrostu VO 2 max występuje w okresie skoku pokwitaniowego. U chłopców największe przyrosty wartości pułapu tlenowego obserwuje się w okresie szczytu szybkości wzrastania wysokości ciała. Po tym okresie dochodzi do wyraźnego pogłębienia się róŝnic pomiędzy chłopcami będącymi na róŝnym poziomie aktywności ruchowej. [Kozłowski S., Nazar K., Wprowadzenie do fizjologii klinicznej, Warszawa 1999]

14 Pułap tlenowy, a wiek i płeć Po roku Ŝycia poziom VO 2 max obniŝa się o około 1% rocznie. Jest to spowodowane zmianami biologicznymi zachodzącymi w ludzkim organizmie wraz z wiekiem, a takŝe z trybem Ŝycia, który często wraz z wiekiem jest coraz to mniej aktywny.

15 Metody pomiaru

16 Metody pomiaru Pośrednie Bezpośrednie

17 Metody pośrednie W metodach pośrednich wielkość VO 2 max nie jest mierzona, lecz szacowana na podstawie 4 głównych załoŝeń: 1. Istnienie liniowej zaleŝności pomiędzy poborem tlenu a generowaną mocą, 2. Istnienie liniowej zaleŝności pomiędzy częstością skurczów serca a poborem tlenu, 3. Istnienie liniowej zaleŝności pomiędzy generowaną mocą a częstością skurczów serca, 4. Uzyskanie maksymalnej częstości skurczów serca (HR max ) jest jednoznaczne z osiągnięciem VO 2 max.

18 Metody pośrednie Próby pośredniego wyznaczania VO 2 max są obarczone pewnym błędem. Szacuje się, Ŝe błąd mieści się w przedziale 5 15%

19 Najczęś ęściej stosowane próby: 1. Test Astrand-Ryhming 2. Test Magarii 3. Formuła Foxa 4. Próby biegowe 5. Test PWC 170 (Physical Work Capacity)

20 Test Astrand-Ryhming Prof. Olof Astrand Badana osoba wykonuje 6-8 minutowy wysiłek o stałej mocy. Wysiłek moŝe być wykonany na cykloergometrze lub w formie step testu. Od początku wysiłku rejestrowana jest częstość skurczów serca (HR). W czasie próby częstość skurczów serca powinna mieścić się w przedziale ud/min.

21 Test Astrand-Ryhming Próba na cykloergometrze badany pedałuje w rytmie 60 obr/min. Wielkość mocy zaleŝy od wydolności ćwiczącego i dobierana jest indywidualnie dla kaŝdej osoby. W czasie próby pod koniec kaŝdej minuty rejestrowana jest częstość skurczów serca, jej wielkość powinna mieścić się w przedziale ud/min. Próba wchodzenia na stopień (step test) Badana osoba wchodzi na stopień w rytmie 22,5 razy na minutę. Wysokość stopnia dla kobiet wynosi 33 cm, a dla męŝczyzn 40 cm. Rytm podaje metronom lub sygnał akustyczny np. z taśmy magnetofonowej. Jego częstość jest 4 razy większa niŝ rytm wchodzenia na stopień. Czyli, aby wchodzić na stopień z częstotliwością 22,5 razy na minutę naleŝy ustawić metronom w taki sposób, aby podawał 90 sygnałów na minutę.

22 Test Astrand-Ryhming Obliczanie VO 2 max: Średnią wartość HR z okresu stabilizacji funkcjonalnej (3 ostatnie minuty wysiłku) wykorzystujemy do wyliczenia maksymalnego pobory tlenu. W tym celu posługujemy się tabelami lub nomogramem Astranda (rys1). Tabele podają wartości dla osób w wieku około 25 lat. Gdy wiek badanego jest inny, odczytaną z tabel wartość VO 2 max naleŝy pomnoŝyć przez współczynnik korekcyjny. [Górski J., Fizjologiczne podstawy wysiłku fizycznego, Warszawa 2002]

23 Test Astrand-Ryhming Nomogram Astranda

24 Test Magarii Badany wykonuje dwa 6-minutowe wysiłki w stałym rytmie w formie step testu (patrz próba Astanda), przedzielone 20-minutowa przerwą. Wysokość stopnia wynosi 40 cm u dorosłych. W pierwszym wysiłku częstość wejść wynosi 15 na minutę, a w drugim 25 na minutę. Zakłada się, Ŝe pierwszy z wysiłków wymaga zuŝycia około 22,0 ml tlenu/kg/min(vo 2 I), a drugi około 32,4 ml tlenu/kg/min (VO 2 II). Podczas obu wysiłków rejestrowana jest częstość skurczów serca. Wielkości średnie z ostatnich 3 minut wysiłku (HR I i HR II ) uzyskane w obu próbach słuŝą do wyliczenia VO 2 max ze wzoru: [Górski J., Fizjologiczne podstawy wysiłku fizycznego, Warszawa 2002]

25 Test Magarii [Górski J., Fizjologiczne podstawy wysiłku fizycznego, Warszawa 2002]

26 Formuła a Foxa Badany wykonuje 5 minutowy wysiłek na ergometrze rowerowym o mocy 150W. W czasie próby rejestrowana jest częstość skurczów serca. Uśredniona ich wartość z dwóch ostatnich minut jest podstawą do wyliczenia VO 2 max za pomocą równania Foxa: SzacVO 2 max(l/min) = 6,3 0,0193 x HR Formuła ta jest dostosowana do badanych w wieku 25 lat. JeŜeli wiek osoby badanej jest inny naleŝy uwzględnić współczynnik korekcyjny [Górski J., Fizjologiczne podstawy wysiłku fizycznego, Warszawa 2002]

27 Próby biegowe VO 2 max moŝna równieŝ oszacować za pomocą wyników prób biegowych na róŝnych dystansach. Metoda ta sprawdza się zwłaszcza w przypadku biegaczy. Błąd pomiarowy w ocenie pułapu tlenowego wynosi wówczas zaledwie kilka procent.

28 Szacowanie VO 2 max na podstawie równar wnań Costilla a) VO 2 max (ml/kg/min) = 133,61 (13,89 x T1) Gdzie T1 najlepszy wynik w biegu na dystansie 1 mili (w minutach) b) VO 2 max (ml/kg/min) = 128,81 (5,95 x T2) Gdzie T2 najlepszy wynik w biegu na dystansie 2 mili (w minutach) c) VO 2 max (ml/kg/min) = 120,62 (1,59 x T6) Gdzie T6 najlepszy wynik w biegu na dystansie 6 mili (w minutach) d) VO 2 max (ml/kg/min) = 120,8 (1,54 x T10) Gdzie T10 najlepszy wynik w biegu na dystansie metrów (w minutach) [Górski J., Fizjologiczne podstawy wysiłku fizycznego, Warszawa 2002]

29 Szacowanie VO 2 max na podstawie równar wnań Daviesa i Thompsona VO 2 max (ml/kg/min) = 129,93 3,617 x T5 Gdzie T5 czas przebiegnięcia 5000 metrów (w minutach) [Górski J., Fizjologiczne podstawy wysiłku fizycznego, Warszawa 2002]

30 Test PWC 170 (Physical Work Capacity) Test polega na wykonaniu dwóch pięciominutowych wysiłków na cykloergometrze o intensywności submaksymalnej, podczas których rejestrowana jest częstość skurczów serca. Wartości HR powinny mieścić się w odpowiednich przedziałach: P1 (wysiłek 1) sk/min. P2 (wysiłek 2) sk/min. Podstawą do określenia wartości wskaźnika PWC 170 jest liniowa zaleŝność między mocą wysiłku, a częstością skurczów serca osiąganą w okresie stanu równowagi fizjologicznej.

31 Test PWC 170 (Physical Work Capacity) Wartość wskaźnika PWC 170 jest istotnie skorelowana z wartością VO 2 max, który moŝna wyznaczyć znając wartość obciąŝenia przy HR = 170 sk/min. SłuŜy do tego wzór Karpmana tj. VO 2 max = 1,7 x PWC Przy czym 1,7 oraz 1240 są wielkościami stałymi [Górski J., Fizjologiczne podstawy wysiłku fizycznego, Warszawa 2002]

32 PWC 170 Wartość wskaźnika PWC 170 otrzymujemy poprzez naniesienie na układ współrzędnych wartości obciąŝenia oraz częstości skurczów serca z obu wysiłków. Przez punkty przecięcia się tych wartości prowadzimy prostą aŝ do punktu przecięcia się z linią odpowiadającą częstości skurczów serca 170 sk/min.

33 PWC 170 N 1 i N 2 obciąŝenie w watach f 1 i f 2 - częstotliwość skurczów serca x częstotliwość skurczów serca 170 sk/min. Sposób graficzny wyznaczania PWC 170 Halicka Ambroziak H., Jusiak R., Wskazówki do ćwiczeń z fizjologii dla studentów wychowania fizycznego, AWF Warszawa 1972

34 PWC 170 Oprócz metody graficznej istnieje równieŝ moŝliwość wyznaczenia wskaźnika PWC 170 na podstawie wzoru : BW - masa ciała w kg [Górski J., Fizjologiczne podstawy wysiłku fizycznego, Warszawa 2002]

35 Metody bezpośrednie Aby dokonać pomiaru pułapu tlenowego w sposób bezpośredni niezbędny jest analizator gazów wydechowych, który dokładnie określa ilość zuŝywanego tlenu przez organizm. Aby precyzyjnie określić poziom VO 2 max naleŝy wykonać wysiłek progresywny zwany potocznie wysiłkiem do odmowy.

36 Metody bezpośrednie Między zuŝywaniem tlenu (VO 2 ) podczas wysiłku fizycznego, a intensywnością wykonywanej pracy istnieje wprost proporcjonalna zaleŝność. Im większa intensywność wysiłku tym większe zuŝycie tlenu. ZaleŜność ta jest prawdziwa dla intensywności poniŝej VO 2 max. Wówczas VO 2 stabilizuje się na poziomie pułapu tlenowego, lub obserwujemy delikatny spadek zuŝycia tlenu. Wilmore J.H., Costill D. L., Physiology of sport and exercise, Human Kinetics 2004

37 Metody bezpośrednie Jedną z najczęściej stosowanych prób jest badanie na ergometrze rowerowym. Polega ona na wykonaniu przez badanych wysiłku o intensywności submaksymalnej przez 5 minut z obciąŝeniem 1,5 Wat/kg masy ciała (rozgrzewka). Od 6 minuty następuje systematyczny wzrost obciąŝenia o 25 Wat co 1 minutę. Praca wykonywana jest do odmowy, a najwyŝszy zanotowany pobór tlenu jest interpretowany jako VO 2 max.

38 Metody bezpośrednie Ergometr rowerowy firmy Jeager (

39 Metody bezpośrednie Schemat wykonania próby progresywnego wysiłku do odmowy w bezpośrednim pomiarze VO 2max. [Suchanowski, 1998]

40 Metody bezpośrednie W drugiej połowie lat dziewięćdziesiątych włoska firma Cosmed wyprodukowała pierwszy telemetryczny analizator gazów wydechowych (typu K4). Taki analizator waŝący nieco ponad 1 kilogram umoŝliwia pomiar poboru tlenu podczas wykonywania róŝnych form wysiłku. Tak więc moŝliwe jest przeprowadzenie próby, podczas której praca wykonywana przez badanego będzie odzwierciedlała formę pracy charakterystyczną dla danej dyscypliny sportu.

41 Metody bezpośrednie Telemetryczny analizator gazów oddechowych typu K4 firmy Cosmed (

42 Bibliografia Fizjologia Człowieka w Zarysie, W. Z. Traczyk,2005 Wskazówki do ćwiczeń z fizjologii dla studentów wychowania fizycznego, Halicka Ambroziak H., Jusiak R., AWF Warszawa 1972 Fizjologiczne podstawy Wysiłku fizycznego, J. Górski, 2001 Wprowadzenie do fizjologii klinicznej, Kozłowski S., Nazar K., Warszawa 1999 Physiology of sport and exercise, Wilmore J.H., Costill D. L., Human Materiały informacyjne dla studentów AWFiS kierunku Turystyka i Rekreacja Kinetics 2004