Негайна реакція на вправи

Автор– Wanda van Niekerk на основі курсу James Laskin

Основний внесок – Wanda van Niekerk, Jess Bell та Nupur Smit Shah

Реакція на вправи(edit | edit source)

Фізичні вправи ставлять вимоги до фізіологічних систем людського організму, і це викликає різні реакції. Ці реакції залежать від(1):

  • типу або режиму вправ
  • інтенсивності вправ
  • тривалості вправ
  • періодичності виконання вправ
  • умов навколишнього середовища(2)
  • емоційних впливів(3)

Кардіореспіраторна система(edit | edit source)

  • Компоненти(4):
    • система кровообігу
    • дихальна система
  • Функція(4):
    • транспорт та обмін дихальних газів (кисню та вуглекислого газу)
    • транспорт та обмін поживних речовин і продуктів життєдіяльності
    • транспорт гормонів та хімічних медіаторів
    • регуляція температури тіла (терморегуляція)
    • регуляція балансу рідини
    • регуляція тиску крові
    • підтримання рівноваги рН
    • запобігання крововтратам через гемостатичні механізми
    • запобігання інфекціям завдяки лейкоцитам та лімфатичній тканині

Читати далі: Серцево-судинна система

Частота серцевих скорочень ( edit | edit source )

  • Існує лінійне збільшення частоти серцевих скорочень з навантаженням і споживанням кисню (VO2) під час динамічних вправ
  • На частоту серцевих скорочень (ЧСС) можуть впливати(5):
    • вік
    • положення тіла
    • фізична форма
    • вид активності
    • прийом ліків
    • умови навколишнього середовища
    • об’єм крові

Максимальна частота серцевих скорочень(edit | edit source)

  • Максимальна частота серцевих скорочень (HRmax) досягається після повного навантаження до довільної втоми (volitional fatigue).(6) Це найвище значення частоти серцевих скорочень, якого людина може досягти під час максимального зусилля до повного виснаження. Це підтверджується плато частоти серцевих скорочень, незважаючи на збільшення навантаження.(7)
  • Можливість розвитку ЧССmax:
    • Хоча є кілька джерел, які стверджують, що ЧССmax залишається незмінною під час тренування, є також дослідження, які повідомляють, що ЧССmax знижується після регулярних аеробних вправ у дорослих, які ведуть малорухливий спосіб життя, і спортсменів, які тренуються на витривалість.(8)(9) (10)(11)
    • ЧССmax може зростати, коли регулярні аеробні вправи припиняються, а також є дані, що свідчать про те, що зменшення навантаження або відвикання збільшує ЧССmax.(8)(12)
    • Whyte та ін.(13), повідомили, що ЧССmax була схожою між елітними аеробними та анаеробними спортсменами, однак, коли цих спортсменів порівнювали з учасниками сидячого способу життя відповідного віку, ЧССmax спортсменів була значно нижчою, ніж у учасників сидячого способу життя.
  • ЧССmax залишається постійною з дня в день і дещо знижується з року в рік
  • ЧССmax можна оцінити за допомогою рівнянь прогнозування на основі віку, але зауважте, що ці методи мають велику стандартну похибку оцінювання, пов’язану з цими методами. Також рекомендується, щоб ці рівняння застосовувалися до популяцій, подібних до популяцій, які використовувалися під час отримання рівняння.(14)
    • ЧССmax = 220 – вік у роках (це найпоширеніша і найпоширеніша формула)(15)
      • Ця формула все ще використовується в клінічних умовах. Однак повідомлялося, що існують відхилення, а також завищення і заниження максимальної частоти серцевих скорочень у молодших і старших людей.(16)
    • ЧССmax = 208 – (o.7 x вік у роках) – це більш точна формула, скоригована для людей старше 40 років(17)
    • ЧССmax = 211 – (o.64 x вік у роках) – ще більш точна формула, скоригована для загалом активних людей(7)
  • Визначення ЧССmax:
    • Лабораторні умови
      • Градуйований тест з фізичним навантаженням(16)
    • Польовий тест
      • Протоколи бігу та їзди на велосипеді
  • Вимірювання ЧССmax допомагає медичним працівникам визначити відповідність серцево-судинної системи тесту з фізичним навантаженням, навантаження під час фізичного навантаження та призначення фізичного навантаження.(16)

(18)

Частота серцевих скорочень у стані рівноваги(edit | edit source)

  • Стан рівноваги (Steady state) = «стан, в якому енерговитрати під час тренування збалансовані з енергією, необхідною для виконання цієї вправи, а чинники, що відповідають за забезпечення цією енергією, досягають підвищених рівнів збалансованості»
  • Частота серцевих скорочень у стані рівноваги = оптимальна частота серцевих скорочень для задоволення потреб кровообігу при заданому субмаксимальному навантаженні/інтенсивності
  • Частота серцевих скорочень у стані рівноваги пов’язана з ефективністю роботи серця і балансом між підвищеною скоротливістю і збільшеним ударним об’ємом. Таким чином, частота серцевих скорочень підтримується на мінімально можливому рівні за будь-якого навантаження – це досягається завдяки підвищеній скоротливості та збільшеному ударному об’єму
    • збільшення ударного об’єму є результатом збільшення венозного повернення, що, в свою чергу, збільшує кінцевий діастолічний об’єм лівого шлуночка (переднавантаження). Збільшене переднавантаження розтягує міокард, що змушує його скорочуватися сильніше (підвищена скоротливість) (відповідно до закону Франка-Старлінга (Frank-Starling Law))

(19)

  • Частота серцевих скорочень у стані рівноваги допомагає прогнозувати функціональну здатність

Максимальне споживання кисню (VO2max)(edit | edit source)

  • VO2max є золотим стандартом оцінювання аеробної здатності(20)
  • Це добуток максимального серцевого викиду (Q) та артеріовенозної різниці кисню (a – vO2)(21)
  • Це максимальна здатність організму споживати (поглинати, доставляти та утилізувати) кисень для виробництва енергії(20)
  • Читати більше: VO2 Max

VO2max = ЧССmax x SVmax x (a-vO2)max = Q x (a -vO2)max

Ударний об’єм( edit | edit source )

  • Ударний об’єм = «об’єм крові, що викидається з лівого шлуночка серця під час кожного систолічного серцевого скорочення»(22)
  • Кінцевий діастолічний об’єм (КДО) залежить залежить від частоти серцевих скорочень, тиску наповнення та податливості (комплаєнсу) шлуночків(23)
  • Кінцевий систолічний об’єм (КСО) залежить від постнавантаження та скоротливості(23)
  • Ударний об’єм (УО) у стані спокою: 60-100 мл/хв
  • Максимальний ударний об’єм: 100-120 мл/хв
  • Досягає максимального значення приблизно при 50% максимального зусилля

УО = КДО – КСО(22)

(24)

Регуляція ударного об’єму(edit | edit source)

  • Кінцевий діастолічний об’єм (КДО)23)
    • Об’єм крові у шлуночках в кінці діастоли («переднавантаження»)
  • Середній тиск крові в аорті(23)
    • Тиск, з яким серце повинно працювати, щоб виштовхнути кров («постнавантаження»)
    • Збільшення постнавантаження = зменшення ударного об’єму (зазвичай у хворих людей, а не у здорових спортивних людей)
  • Сила скорочення шлуночків(23)
    • «Скоротливість»

Кінцевий діастолічний об’єм(edit | edit source)

  • Механізм Франка Старлінга
    • Більше переднавантаження призводить до розтягування шлуночків і сильнішого скорочення(25)
  • Впливає на:
    • Звуження судин
    • Мʼязову помпу
    • Дихальна помпа

Серцевий викид( edit | edit source )

  • Серцевий викид – це кількість крові, що перекачується серцем за 1 хвилину (22)
  • Серцевий викид (Q) = Частота серцевих скорочень (ЧСС) X Ударний об’єм (УО)(23)
  • Спокій: 5 л/хв
  • Максимальний: 20 л/хв або більше
  • Приблизно до 50% від максимального напруження ЧСС і УО сприяють збільшенню Q(23)

Частота серцевих скорочень, ударний об’єм і серцевий викид – інтегрована реакція серця на фізичне навантаження(edit | edit source)

Розглянемо такий приклад: Людина перебуває в положенні лежачи, потім переходить у положення сидячи і, нарешті, в положення стоячи. Серце реагує на ці позиційні зміни наступним чином(23):

  • У положенні лежачи частота серцевих скорочень найнижча (наприклад, 50 уд/хв)
  • У положенні сидячи частота серцевих скорочень збільшується трохи більше (наприклад, 55 уд./хв)
  • У положенні стоячи частота серцевих скорочень збільшується ще більше (наприклад, до 60 уд./хв)
  • Пояснення(23):
    • У положенні стоячи збільшується венозне накопичення крові у нижніх ділянках тіла
      • Під час зміни положення з положення лежачи до сидіння і стояння, сила тяжіння викликає скупчення крові в ногах, таким чином, зменшується об’єм крові, що повертається до серця.
    • Такий перерозподіл крові спричиняє зменшення внутрішньогрудного об’єму крові, що повертається до серця. Через механізм Франка-Старлінга це призводить до зменшення ударного об’єму (на 30-40%)
    • Щоб компенсувати зменшення ударного об’єму та підтримати серцевий викид, частота серцевих скорочень збільшується
    • Ударний об’єм знову зростає під час повернення в положення лежачии на спині, у відповідь на збільшення венозного повернення

Розглянемо наступний приклад: З положення стоячи людина починає ходьбу, потім біг підтюпцем у помірному темпі і, нарешті, переходить на швидкий біг. Серце відреагує наступним чином:

  • У положенні стоячи серцебиття найнижче (наприклад, 60 уд/хв)
  • Ходьба – частота серцевих скорочень збільшується (наприклад, 90 уд./хв)
  • Біг у помірному темпі – частота серцевих скорочень ще більше зростає (наприклад, 140 уд./хв)
  • Біг у швидкому темпі – подальше збільшення частоти серцевих скорочень (наприклад, 180 уд./хв)
  • Пояснення(23):
    • Частота серцевих скорочень зростає пропорційно до збільшення інтенсивності тренування
    • Початкове збільшення частоти серцевих скорочень (приблизно до 100 уд/хв) опосередковане зниженням тонусу парасимпатичної системи
    • Підвищена активація симпатичної нервової системи опосередковує подальше збільшення частоти серцевих скорочень
    • Ударний об’єм збільшується зі збільшенням фізичного навантаження і, таким чином, ще більше збільшує серцевий викид

У нетренованих людей на початкових етапах тренувань збільшення серцевого викиду є результатом збільшення частоти серцевих скорочень і ударного об’єму. Ударний об’єм збільшується пропорційно зі збільшенням інтенсивності вправ, але у нетренованих людей максимальний ударний об’єм зазвичай досягається на рівні 40-60% від VO2max. Після цього збільшення серцевого викиду в основному є результатом збільшення частоти серцевих скорочень. Однак високотреновані спортсмени мають здатність до подальшого збільшення ударного об’єму.(23)

Тиск крові( редагувати | редагувати джерело )

  • Систолічний артеріальний тиск (САТ)
    • Систолічний артеріальний тиск (САТ) Під час вправ на витривалість САТ зростає прямо пропорційно до збільшення інтенсивності вправ (26)
  • Діастолічний артеріальний тиск (ДАТ)
    • Незначне зниження або підвищення, або без змін
  • Дізнайтеся більше: Тиск крові

Артеріовенозна різниця кисню (a-vO2)(edit | edit source)

  • Артеріовенозна різниця кисню = кількість кисню, що поглинається з крові під час її проходження через організм(23)
  • Розраховується як різниця між вмістом кисню в артеріальній та венозній крові
  • Зростає зі збільшенням інтенсивності фізичних навантажень, оскільки з крові забирається більше кисню
    • У стані спокою: (20 мл О2/100 мл – 15 мл О2/100 мл) = 5 мл О2/100 мл
    • У разі максимального фізичного навантаження: (20 мл O2/100 мл – 5 млO2 мл/100 мл) = 15 мл O2/100 мл

(27)

Вентиляція легень (Ve)(edit | edit source)

  • Pulmonary Ventilation (Ve) = Частота дихання (ЧД) х Дихальний об’єм (ДО)
    • ДО = об’єм повітря, що вдихається за один раз
  • На початку фізичного навантаження відбувається негайне збільшення вентиляції
    • Це відбувається за рахунок збільшення дихального об’єму і збільшення частоти дихання(28)
  • Під час виконання вправ посилений метаболізм призводить до збільшення вироблення CO2 і водню (H). Це стимулює периферичні хеморецептори в каротидних тілах і центральні хеморецептори для активації дихального центру в головному мозку.(23)
  • Коли фізичне навантаження припиняється, легенева вентиляція повертається до норми повільніше
  • Реакція легеневої вентиляції на легкі, помірні та важкі фізичні навантаження(23):
    • Спостерігається початкове різке збільшення, після чого швидкість вентиляції досягає плато на рівні стану рівноваги для легких та помірних фізичних навантажень
    • У разі інтенсивного фізичного навантаження швидкість вентиляції не досягає плато (вона продовжує зростати у разі важкого фізичного навантаження)

Кровотік(edit | edit source)

Характер кровотоку змінюється від стану спокою до фізичних навантажень(23):

  • У стані спокою 15-25% серцевого викиду (Q) спрямовується до скелетних м’язів
  • Під час фізичного навантаження – 85-90% серцевого викиду спрямовується до скелетних м’язів
  • Відбувається 5-кратне збільшення притоку крові до серця
  • Під час фізичних навантажень зменшується кровотік у шкірі, нирках, печінці та селезінці
  • Відбуваються лише незначні зміни кровотоку до мозку

Перехід від відпочинку до тренувань і від тренувань до відновлення(edit | edit source)

  • Існують залежні від інтенсивності адаптації ЧСС, SV, Q, САТ, ЧД, Ve та VO2
  • Плато при субмаксимальних (тобто нижче лактатного порогу) навантаженнях
  • Відновлення залежить від:
    • тривалості та інтенсивності фізичного навантаження
    • тренованості людини

Тривалі фізичні навантаження та серцево-судинний дрейф (Cardiovascular Drift)(edit | edit source)

У разі тривалого аеробного тренування у стані рівноваги ударний об’єм поступово зменшується, а частота серцевих скорочень збільшується. Це підтримує серцевий викид. Артеріальний тиск також знижується. Збільшення частоти серцевих скорочень під час тривалого фізичного навантаження відоме як серцево-судинний дрейф, і воно зумовлене зневодненням, збільшенням шкірного кровотоку (підвищенням температури тіла) і зменшенням венозного повернення.(23)

Серцево-судинний дрейф = збільшення частоти серцевих скорочень з часом у поєднанні з прогресуючим зниженням ударного об’єму і постійним підтриманням серцевого викиду.

(29)

Короткий огляд гострих фізіологічних реакцій на фізичне навантаження(edit | edit source)

  • Пресорна реакція на фізичне навантаження (Exercise Pressor Response)
    • Зумовлена скороченням м’язів
      • М’язові рецептори активуються у відповідь на механічне подразнення м’яза або продукти метаболізму – аферентна передача сигналу до центральної нервової системи (ЦНС)
    • Ефекти з боку симпатичної нервової системи
      • Генералізоване звуження судин у неактивних скелетних м’язах
      • Підвищена скоротливість міокарда
      • Збільшення частоти серцевих скорочень
      • Підвищення САТ
      • Збільшення та перерозподіл Q
      • Реакція = інтенсивність вправ
  • Одним з основних викликів гомеостазу, що виникає під час фізичних вправ, є підвищена потреба м’язів у кисні
  • Під час важких фізичних навантажень потреба в кисні може бути в 15-25 разів вищою
  • Дві суттєві зміни кровотоку під час фізичних навантажень:
    • збільшення серцевого викиду
    • перерозподіл кровотоку
  • Залежить від:
    • Типу, інтенсивності та тривалості вправ
    • Умови навколишнього середовища
    • Емоційного впливу
Таблиця 1. Негайні фізіологічні реакції на вправи
Серцево-судинна система
  • Збільшення частоти серцевих скорочень
  • Збільшення ударного об’єму
  • Збільшення серцевого викиду
  • Підвищення артеріального тиску крові (систолічного)
  • Перерозподіл кровотоку до працюючих м’язів
  • Збільшення артеріовенозної різниці кисню
Дихальна система
  • Збільшення частоти дихання
  • Збільшення дихального об’єму
    • у разі низької інтенсивності вправ дихальний об’єм і частота дихання зростають пропорційно
    • у разі високоінтенсивних навантажень дихальний об’єм виходить на плато, а подальше збільшення вентиляції відбувається за рахунок зростання частоти дихання
  • Збільшення вентиляції
  • Збільшення легеневої дифузії
  • Збільшення споживання кисню
Мʼязова система
  • Збільшення кількості рухових одиниць та м’язових волокон
  • Збільшення притоку крові до м’язів
  • Збільшення артеріовенозної різниці кисню
  • Підвищення температури м’язів
  • Підвищення активності м’язових ферментів
  • Збільшення постачання та використання кисню
  • Зниження рівня субстратів у м’язах

Посилання(edit|edit source)

  1. ↑ Ansdell P, Thomas K, Hicks KM, Hunter SK, Howatson G, Goodall S. Physiological sex differences affect the integrative response to exercise: acute and chronic implications. Experimental Physiology. 2020 Dec;105(12):2007-21.
  2. ↑ Travers G, Kippelen P, Trangmar SJ, González-Alonso J. Physiological Function during Exercise and Environmental Stress in Humans—An Integrative View of Body Systems and Homeostasis. Cells. 2022 Jan 24;11(3):383.
  3. ↑ Bernstein EE, Curtiss JE, Wu GW, Barreira PJ, McNally RJ. Exercise and emotion dynamics: An experience sampling study. Emotion. 2019 Jun;19(4):637.
  4. ↑ 4.0 4.1 Smith DL, Fernhall B. Advanced cardiovascular exercise physiology. Human Kinetics; 2022 Feb 27.
  5. ↑ Ludwig M, Hoffmann K, Endler S, Asteroth A, Wiemeyer J. Measurement, prediction, and control of individual heart rate responses to exercise—Basics and options for wearable devices. Frontiers in physiology. 2018 Jun 25;9:778.
  6. ↑ Berglund IJ, Sørås SE, Relling BE, Lundgren KM, Kiel IA, Moholdt T. The relationship between maximum heart rate in a cardiorespiratory fitness test and in a maximum heart rate test. Journal of science and medicine in sport. 2019 May 1;22(5):607-10.
  7. ↑ 7.0 7.1 Nes BM, Janszky I, Wisløff U, Støylen A, Karlsen T. Age‐predicted maximal heart rate in healthy subjects: The HUNT F itness Study. Scandinavian journal of medicine & science in sports. 2013 Dec;23(6):697-704.
  8. ↑ 8.0 8.1 Zavorsky GS. Evidence and possible mechanisms of altered maximum heart rate with endurance training and tapering. Sports medicine. 2000 Jan;29:13-26.
  9. ↑ Costill DL, Flynn MG, Kirwan JP, Houmard JA, Mitchell JB, Thomas R, Park SH. Effects of repeated days of intensified training on muscle glycogen and swimming performance. Med Sci Sports Exerc. 1988 Jun 1;20(3):249-54.
  10. ↑ Saldanha P, Zavorsky G, Montgomery D. Maximum heart rate decreases after 7 weeks of intense training. Can J Appl Physiol. 1997;22(Suppl):52.
  11. ↑ Mier C, Turner MJ, Ehsani AA, et al. Cardiovascular adaptations to 10 days of exercise. J Appl Physiol 1997; 83: 1900–6
  12. ↑ Houmard JA, Costill DL, Mitchell JB, et al. Reduced training maintains performance in distance runners. Int J Sports Med 1990; 11: 46–52
  13. ↑ Whyte GP, George K, Shave R, Middleton N, Nevill AM. Training induced changes in maximum heart rate. International journal of sports medicine. 2008 Feb;29(02):129-33.
  14. ↑ Magal M, Franklin BA, Dwyer GB, Riebe D. Back to Basics: A Critical Review of the Methodology Commonly Used to Estimate Cardiorespiratory Fitness. ACSM’s Health & Fitness Journal. 2023 Mar 1;27(2):12-9.
  15. ↑ Fox IS. Physical activity and the prevention of coronary heart disease. Ann Clin Res. 1971;3:404-32.
  16. ↑ 16.0 16.1 16.2 Shookster D, Lindsey B, Cortes N, Martin JR. Accuracy of commonly used age-predicted maximal heart rate equations. International journal of exercise science. 2020;13(7):1242.
  17. ↑ Tanaka H, Monahan KD, Seals DR. Age-predicted maximal heart rate revisited. Journal of the American college of Cardiology. 2001 Jan;37(1):153-6.
  18. ↑ Coach Parry.EVERYTHING You Need To Know About Maximum Heart Rate: Why Max HR Is Important & How To Calculate It. Available from: https://www.youtube.com/watch?v=w7DOqwNEyIc (last accessed 3/06/2023)
  19. ↑ Alila Medical Media. Cardiac Output, Stroke volume, EDV, ESV, Ejection Fraction. Available from: https://www.youtube.com/watch?v=vFRkSB46bl8 (last accessed 3/06/2023)
  20. ↑ 20.0 20.1 Lee J, Zhang XL. Physiological determinants of VO2max and the methods to evaluate it: A critical review. Science & Sports. 2021 Sep 1;36(4):259-71.
  21. ↑ Treff G, Winkert K, Steinacker JM. Olympic Rowing—Maximum Capacity over 2000 Meters. Dtsch. Z. Sportmed. 2021 Jun;72:203-11.
  22. ↑ 22.0 22.1 22.2 Bruss ZS, Raja A. Physiology, stroke volume. InStatPearls (Internet) 2022 Sep 12. StatPearls Publishing.
  23. ↑ 23.00 23.01 23.02 23.03 23.04 23.05 23.06 23.07 23.08 23.09 23.10 23.11 23.12 23.13 23.14 23.15 Kenney WL, Wilmore JH, Costill DL. Physiology of sport and exercise. Human kinetics; 2021 Oct 26.
  24. ↑ Whats Up Dude. What Is Stroke Volume Of The Heart – Stroke Volume Variation – Stroke Volume And Heart Rate. Available from: https://www.youtube.com/watch?v=YEvm-Otmpw4 (last accessed 3/06/2023)
  25. ↑ Kosta S, Dauby PC. Frank-Starling mechanism, fluid responsiveness, and length-dependent activation: unravelling the multiscale behaviors with an in silico analysis. PLoS Computational Biology. 2021 Oct 11;17(10):e1009469.
  26. ↑ Richard NA, Hodges L, Koehle MS. Elevated peak systolic blood pressure in endurance‐trained athletes: Physiology or pathology?. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports. 2021 May;31(5):956-66.
  27. ↑ KINprof. a – v O2 difference. Available from: https://www.youtube.com/watch?v=v4z2-krO9YA (last accessed 6/06/2023)
  28. ↑ Dominelli PB, Molgat-Seon Y. Sex, gender and the pulmonary physiology of exercise. European Respiratory Review. 2022 Mar 31;31(163).
  29. ↑ The Run Experience. What is Cardiac Drift. Available from: https://www.youtube.com/watch?v=HHWVkEgnifs (last accessed 6/06/2023)


Схожі статті

Професійний розвиток вашою мовою

Приєднуйтесь до нашої міжнародної спільноти та беріть участь в онлайн курсах для фахівців з реабілітації.

Переглянути доступні курси