UNIVERSITATEA SPIRU HARET
GEORGETA NENCIU
FIZIOLOGIA EFORTULUI FIZIC
EDITURA FUNDAŢIEI ROMÂNIA DE MÂINE
CUPRINS
Capitolul 1 Efortul fizic şi clasificarea fiziologică a lui Capitolul 2 Suportul energetic al efortului fizic Capitolul 3 Homeostazia şi adaptarea Capitolul 4 Fiziologia sistemului nervos Capitolul 5. Fiziologia analizatorilor implicaţi major în efortul fizic Capitolul 6. Fiziologia sistemului neuro - muscular Capitolul 7. Fiziologia sistemului neuro - endocrin Capitolul 8 Fiziologia aparatului cardiovascular Capitolul 9. Fiziologia aparatului respirator. Capitolul 10. Termoreglarea Capitolul 11. Fiziologia aparatului excretor Capitolul 12. Metabolismul şi rolul lui în organism Bibliografie
1
Introducere în fiziologia efortului fizic Fiziologia este o ştiinţă a funcţiilor materiei vii, ea se ocupă cu studiul proceselor şi constantelor normale ale structurilor biologice superior organizate, începând cu celula şi terminând cu organismul uman, entitatea biologică cea mai evoluată. Fiziologia abordează nu numai modul cum se desfăşoară procesele vitale, ci şi factorii care le determină precum şi mecanismele lor de întreţinere şi de adaptare la diferite stări funcţionale ale organismului, inclusiv la efortul fizic din activitatea de educaţie fizică şi din sportul de performanţă. Efortul fizic reprezintă prin definiţie o solicitare motrică cu caractere bine definite, în funcţie de parametrii lui (C.Bota – 1993). Efortul fizic din antrenament se reduce la un proces de creştere a capacităţii de adaptare a organismului la acţiunea stimulilor fizici. I.Drăgan (1994) arată că metodica antrenamentului evoluează necontenit, iar baza obiectivă a acestuia este suportul fiziologic. În concepţia lui, antrenamentul este un proces complex, multilateral, psihosocial, morfo-funcţional şi metodico-pedagogic care urmăreşte crearea unui individ cu un înalt nivel de sanogeneză, un grad superior de rezistenţă la diverşi factori ai mediului ambiant sau endogen, cu o mare capacitate de efort şi un echilibru neuro- cortical şi neuro-endocrino-vegetativ adecvat, toate materializate în posibilitatea obţinerii unor performanţe sportive deosebite. În concepţia noastră, din punct de vedere biologic, efortul fizic şi în special cel sportiv este un stimul (excitant) biologic adecvat care obligă organismul să răspundă prin manifestări electrice, mecanice, termice. Acest stimul, când este bine dozat şi administrat corespunzător particularităţilor individului, conduce la acumulări cantitative şi calitative ce vizează obţinerea performanţei maxime. Capitolul 1 Efortul fizic şi clasificarea fiziologică a lui Specialiştii din domeniul educaţiei fizice şi sportului clasifică efortul fizic în mai multe categorii după anumite criterii, astfel: 1. După intensitatea efortului se disting - efort de intensitate maximală cu o durată de 10-15 secunde şi se caracterizează prin cel mai mare debit energetic (cantitatea de energie eliberată pe unitatea de timp). In acest tip de efort energia se eliberează pe cale anaerobă din ATP-ul existent în muşchi care se resintetizează din fosfocreatină (CP); - efort de intensitate submaximală, cu o durată de până la un minut. Eliberarea de energie se face tot pe cale anaerobă, dar substratul energetic este mai complex; pe lângă ATP şi CP se degradează şi substratul glucidic în cadrul glicolizei anaerobe din care rezultă acid lactic; - efort de intensitate mare cu o durată de până la 6 minute, cu eliberare de energie atât pa cale anaerobă (mai mult în debutul efortului ) cât şi pe cale aerobă (în procentaj mai mare după primele 3-4 minute): - efort de intensitate moderată cu o durată de 6 - 60 de minute. Formarea de energie se realizează pe cale aerobă în condiţii de stare stabilă relativă, numită şi ergostază. Apare un oarecare echilibru între consumul de oxigen şi necesarul de oxigen. Se înregistrează un mic deficit de oxigen care, va fi acoperit după efort, printr-un consum mărit de oxigen. Substratul energetic este reprezentat de glucide; - efort de intensitate mică cu o durată între 60 de minute şi câteva ore, în care formarea de energie are loc pe cale aerobă. Întregul necesar de oxigen este acoperit de consum, deci apare starea stabilă adevărată stedy - state . Substratul energetic este reprezentat de glucide şi lipide. 2. După aprovizionarea cu oxigen a organismului efortul poate fi: - efort anaerob, când acesta se realizează în condiţii de apnee, sau într-o ventilaţie limitată. Eliberarea energiei se desfăşoară în lipsa oxigenului şi în funcţie de substratul energetic vorbim de efort anaerob alactacid, cu substrat energetic ATP şi CP, din a căror metabolizare rezultă energie în mod exploziv prin ruperea legăturilor fosfat macroergice şi efort anerob lactacid , cu substrat energetic imediat tot ATP, dar a cărei resinteză se realizează prin glicoliză anaerobă, din care rezultă acid lactic; - efort aerob, în care lucrul se desfăşoară în condiţii aerobe. Doar în primele 2-3 minute, până când sistemele de captare şi transport ale oxigenului îşi ridică nivelul funcţional, se lucrează în deficit de oxigen. 2
- efort mixt care se întâlneşte în sporturile în care intensitatea efortului permite aprovizionarea parţială a organismului cu oxigen (ex: proba de 1500 m), substratul energetic este reprezentat de ATP; CP; acidul lactic şi degradarea aerobă a glucidelor. Energia este furnizată atât aerob cât şi anaerob în funcţie de intensitatea efortului pe traseu. 3. După tipul de contracţie, efortul poate fi: - efort izotonic (dinamic), în care contracţiile musculare presupun creşterea iniţială a tensiunii interne şi apoi păstrarea constantă a acestea tot timpul contracţiei, iar fibrele musculare se scurtează, fie deplasând segmentele corporale, fie efectuând lucru mecanic deplasând o greutate - efort izometric (static) care presupune doar creşterea tensiunii interne a fibrelor musculare fără scurtarea muşchiului şi deci fără efectuare de lucru mecanic. Energia în acest tip de efort se eliberează sub formă de căldură. Timpul de menţinere a tensiunii interne maxime este de 6-8 secunde. Solicitarea este foarte mare, de aceea între contracţii trebuie să existe un timp suficient (60-90 secunde) pentru o oarecare refacere. - efort izokinetic în care tensiunea internă este mare în toate fibrele musculare active, pe toată durata contracţiei. 4. În funcţie de organul, aparatul şi sistemul antrenat în efort, există - efort de tip neuromuscular, în care solicitarea se adresează preponderent sistemului neuromuscular. Eficienţa acestui efort depinde de nivelul de dezvoltare şi organizare a sistemului nervos central şi periferic, capabil să mobilizeze prompt, economicos şi în condiţii diverse, efectorii musculari - efort de tip cardiorespirator, în care aparatul cardiovascular, respirator şi sângele sunt direct responsabile de valorile optime ale consumului maxim de oxigen utilizat de ţesuturi în scopul degajării unei cantităţi suficiente de energie. - efort de tip energetic, denumit şi efort endocrino-metabolic. Performanţa în acest tip de efort depinde de posibilităţile organismului de a resintetiza chiar în timpul efortului, substratul energetic metabolizat. Refacerea substanţelor producătoare de energie presupune timp, de aceea eforturile aerobe pot oferi aceste condiţii. În acest tip de efort intervine reglajul hormonal. 5. După caracterul repetării mişcărilor, efortul poate fi - efort ciclic (stereotip, ritmic) în care mişcările se repetă în unitate de timp, într-un anumit ritm şi au avantajul unei mai rapide automatizări, desfăşurându-se în condiţii de economicitate energetică - efort aciclic, caracterizat printr-o succesiune de contracţie şi relaxare, în care neexistând un ritm anume, nu se creează stereotipie dinamică şi în final nu se produce automatizarea mişcărilor. Capitolul 2 Suportul energetic al efortului fizic In efortul fizic, organismul are posibilitatea de a transforma energia chimică potenţială conţinută în alimente (glucide, lipide, proteine) în energie mecanică cu eliberare de căldură. Sursa energetică primară care furnizează energia chimică necesară contracţiei musculare este acidul adenozin trifosfat (ATP). El este un complex molecular format din adenozină şi trei radicali fosfat uniţi prin două legături fosfat - macroergice., înmagazinând o mare cantitate de energie. Prin ruperea unei legături fosfat, se eliberează exploziv o cantitate de energie direct utilizabilă în contracţia musculară dar şi în alte procese biologice cum sunt: transportul activ prin membrană, secreţie glandulară, conductibilitate nervoasă, transmitere sinaptică etc. Muşchiul foloseşte în contracţie numai energia eliberată din legăturile fosfat macroergice din ATP. Acest complex macroergic (ATP) se găseşte în muşchiul în repaus, într-o anumită cantitate. Prin descompunerea lui se obţine acid adenozin difosforic (ADP), fosfor şi energie: ATP -------- ADP + P + Energie
(I)
Pe măsură ce muşchiul se contractă şi ATP-ul este consumat, refacerea lui se realizează prin reacţie inversă degradării: ADP + P + Energie = ATP
(II)
Altă modalitate de refacere a ATP-ului este pe seama unui alt compus macroergic creatin fosfatul (CP). Acesta, în prezenţa enzimei creatinfosfochinază, se descompune în creatină şi fosfor anorganic 3
CP------------ C + P + Energie. Fosforul eliberat se combină cu ADP- ul rezultat din prima reacţie: P + ADP + Energie ---- ATP + Energie (III) În muşchi concentraţia de ATP, după cum spuneam,este limitată adică 4-6 mM/Kg şi cea de CP este de 15-17 mM/Kg. Acestea ar fi suficiente doar pentru susţinerea a 20-30 contracţii maxime. De aceea, în eforturile maximale cu durata de 7-10 secunde, cantitatea de ATP scade puţin, în timp ce CP se epuizează şi activitatea contractilă se reduce. O altă modalitate de refacere a ATP-ului este combinarea a două molecule de ADP, reacţie din care mai rezultă şi AMP (acid adenozin monofosfat). ADP - ADP ======== ATP -- AMP Mai departe, AMP se descompune în inozină şi ion de amoniu (NH4 ). Apariţia ionului de amoniu în concentraţie mare în fibrele albe, fazice, este un indiciu al unei solicitări musculare maximale. Pe seama energiei rezultate din reacţiile I, II, III, efortul poate fi menţinut doar 10-15 secunde, dar intensitatea este maximală şi debitul energetic (cantitatea de energie în unitate de timp) este şi el maxim. O altă modalitate de resinteză a ATP-ului foloseşte ca sursă glucidele. Glucidele se pot degrada pe două căi anaerobă şi aerobă. Glicoliza anaerobă este degradarea anaerobă a glucozei sau a glicogenului cu formare de acid piruvc care trece în acid lactic şi energie, energie care serveşte la resinteza a 2-3 moli ATP. Cu această energie, muşchii au posibilitatea unui efort intens cu durata de până la un minut Formarea de acid lactic scade pH-ul intramuscular şi sanguin şi reduce contractilitatea musculară. Acumularea masivă de acid lactic poate inhiba glicoliza, ferind astfel organismul de o acidifiere ce nu ar putea fi suportată. In repaus, concentraţia acidului lactic este de 9-12 mg / 100 ml sânge dar, după un efort intens anaerob, se poate ajunge la o concentraţie de 10-20 ori mai mare, ducând la scăderea pH-ului până la 6,5-6,3. Organismul însă, are posibilitatea de a metaboliza acidul lactic astfel: - 65 % este oxidat în ciclul Krebs în fibrele musculare roşii - 25 % serveşte la resinteza de glucoză în ficat - 10 serveşte la resinteza de proteine O altă modalitate de resinteză a ATP-ului este glicoliza aerobă Glicoliza aerobă este continuarea degradării glucozei sau a glicogenului de la stadiul de acid piruvic care, în prezenţa oxigenului trece în acetilcoenzimăA, formă sub care intră într-un şir de reacţii caracteristice ciclului Krebs şi lanţului respirator. Din aceste reacţii rezultă pe rând dioxid de carbon ce difuzează în sânge şi este eliminat prin plămâni, apă şi o cantitate de energie de 36 moli ATP O altă sursă aerobă de energie este reprezentată de lipide Lipidele sub formă de acizi graşi rezultaţi din digestie intră în mitocondrii folosind carnitină ca transportor, apoi se disociază de ea şi trec în stadiul de acelilcoenzimă A. Sub această formă, asemeni glucidelor, intră în ciclul Krebs şi în lanţul respirator, de unde rezultă o cantitate mult mai mare de energie 140 moli ATP (deci bilanţul energetic al lipidelor este mult mai mare) dar şi cantitatea de oxigen necesară este mult mai mare. Această cantitate de oxigen poate fi cedată ţesuturilor numai în condiţii de repaus sau în eforturile de lungă durată şi de intensitate moderată sau mică, efortul putând fi menţinut timp îndelungat. O altă sursă aerobă de energie este dată de proteine. Aminoacizii rezultaţi şi ei din digestia proteinelor, de această dată, fie servesc la formarea de glucoză prin gluconeogeneză, fie parcurg fazele degradării oxidative în ficat şi muşchi. Degradarea lor este folosită în eforturile intense şi prelungite. Produşii de catabolism proteic (acid uric, uree, creatinină) sunt un indiciu al intrării proteinelor ca sursă de energie. Pragul aerob-anaerob În activitatea sportivă este interesant de ştiut relaţia dintre intensitatea efortului şi acumularea de acid lactic, adică a pragului aerob-anaerob denumit şi prag aerob sau prag lactat. El reprezintă momentul creşterii bruşte a acidului lactic în sânge, în timpul unui efort aerob a cărui intensitate creşte progresiv. Se cunoaşte că la un volum mare de oxigen consumat (VO2 max.) posibilitatea sportivului de refacere a rezervelor de ATP prin fosforilare oxidativă creşte. Important este însă, capacitatea sportivului de 4
a utiliza un procentaj cât mai mare din VO2 max. fără acumulări de lactat, condiţie esenţială în menţinerea unui efort de lungă durată. Chiar dacă efortul este aerob, în timpul probelor lungi lactatul sanguin creşte depăşind valorile de repaus. Creşterea lactatului în sânge semnalează trecerea de la furnizarea energiei pe cale aerobă la posibilităţile anaerobe care sunt nedorite. Momentul creşterii lactatului în sânge în timpul efortului aerob cu intensitate crescândă, constituie pragul aerob-anaerob şi corespunde unei valori de 2-4 mMol / l. Pragul aerob- anaerob poate constitui un bun indicator al potenţialului de anduranţă al sportivului. Capacitatea unui sportiv de a realiza un efort intens, fără acumulare de acid lactic , sau pragul lactic să apară cât mai târziu posibil (în finalul probei) este un mare avantaj deoarece se cunosc efectele lactacidemiei în instalarea oboselii şi în afectarea contractilităţii musculare. Antrenamentul aerob duce la creşterea nivelului pragului lactic, ceea ce semnifică posibilitatea realizării unui efort mai intens, la un procentaj mai mare din VO2, fără ca lactatul sanguin să crească peste valorile de repaus. Dacă VO2 max. se ameliorează prin antrenament, pragul lactic apare la un procentaj mai crescut al acestuia. Creşterea pragului lactic cu antrenamentul semnifică: o mai bună eliminare a lactatului produs în muşchi, o concentraţie mai importantă a enzimelor musculare oxidative, o solicitare preferenţială a mecanismelor oxidative. Aceste mecanisme îmbunătăţite prin antrenamentul aerob se traduc printr-o producţie mai scăzută de lactat pentru acelaşi nivel de efort. Capitolul 3 Homeostazia şi adaptarea Înţelegem prin homeostazie, capacitatea organismelor superioare de a-şi menţine caracteristicile mofologice şi funcţionale specifice constante într-un mediu extern variabil, astfel încât chiar dacă condiţiile de mediu se schimbă organismul (mediul intern) îşi păstrează constantele biologice. Mecanismele homeostatice sunt de două feluri: a) mecanisme fizico-chimce (sisteme tampon) care sunt mecanisme rapide şi imediat disponibile b) mecanisme biologice care intervin tardiv şi în refacerea chiar a sistemelor tampon. Acestea pot menţine, prin mecanisme enzimatice, hormonale şi nervoase, concentraţia normală a indicatorilor biochimici în repaus dar şi în diferite tipuri de efort. Alte mecanisme biologice de menţinere a echilibrului acido-bazic sunt plămânii prin care se elimină CO2, rinichii care, prin urină elimină o serie de substanţe toxice, pielea care, prin transpiraţie elimină excesul de sarcini acide şi alcaline ea este echivalentul funcţional al unui rinichi, ficatul care, prin funcţia proteoformatoare are un rol foarte important , tubul digestiv care şi el reprezintă o cale de eliminare a excesului de sarcini acide şi alcaline şi aparatul cardiovascular care realizează omogenizarea şi transportul sarcinilor n exces spre organele cu rol de eliminare. Adaptarea este un fenomen complex ce presupune apariţia modificărilor organice şi funcţionale provocate prin solicitări intrinseci şi extrinseci. Adaptarea şi homeostazia sunt noţiuni care se completează , valabile în orice situaţie şi la toate nivelele biologice. În timpul efortului, se trece de la homeostazie la heterostazie şi în această stare, vorbim de sindromul general de adaptare considerat a fi reprezentat de totalitatea reacţiilor neuro-endocrino-metabolice care apar în timpul expunerii organismului la stres. Efortul sportiv este considerat a fi un agent stresant (factor stresor) care mobilizează mecanismele de adaptare şi solicită organismul să se adapteze corespunzător parametrilor lui: volum, intensitate, durată. În adaptare, primul sistem care intervine este cel simpato-vagal, apoi reacţiile complexe neurohormonale, pentru restabilirea homeostaziei. Substratul neuro-endocrin al adaptării este dominat de axul hipotalamo-hipofizo-corticosuprarenalian, însoţit de participarea catecolaminelor foarte importante mai ales în timpul efortului. Caracteristica fundamentală a procesului de adaptare este că indicatorii şi parametrii biochimici, metabolici, enzimatici, fiziologici nu depăşesc cu mult valorile homeostatice. Ei reprezintă o particularitate individuală a fiecărui organism. Adaptarea priveşte sfera somatică şi cea vegetativă. Ea interesează capacitatea neuro+musculară solicitată mai ales în eforturile în care predomină calităţile motrice şi capacitatea energo-metabolică solicitată de eforturile de forţă, de rezistenţă şi de viteză. De aceea vorbim de adaptări imediate, metabolice, )totalitatea modificărilor funcţionale şi metabolice care însoţesc efortul şi de adaptări tardive )cronice) care apar lent, reprezintă amprenta efortului asupra organismului şi în care intervin 5
mecanisme de autoreglare cu efect economicitatea funcţională a organismului sportivului în repaus ) ex. Bradicardia de repaus la sportiv.). Capitolul 4 Fiziologia sistemului nervos Prin sistem nervos, înţelegem totalitatea organelor alcătuite predominant din ţesut nervos, specializat în recepţionarea, transmiterea, prelucrarea şi integrarea tuturor informaţiilor (excitaţiilor) din mediul intern şi extern, pe baza cărora elaborează răspunsuri adecvate, motorii şi secretorii. Ţesutul nervos este format la rândul lui din celule nervoase, neuroni si celule gliale (nevroglie). Prin funcţia reflexă, care stă la baza activităţii sale, sistemul nervos contribuie, pe de o parte, la realizarea unităţii funcţionale a organismului şi, pe de alta parte, la menţinerea echilibrului dinamic dintre organism şi mediul înconjurător. După localizarea lui, distingem: a) sistem nervos central (SNC) format din măduva spinării protejată de canalul coloanei vertebrale si encefalul protejat de cutia craniană; b) sistem nervos periferic reprezentat de nervii cranieni (12 perechi) si nervii spinali (31 perechi). După funcţionalitatea lui, avem: a) sistem nervos somatic ce inervează muşchii striaţi (scheletici) si asigura comportamentul neuromuscular legat de mişcările corpului sau ale segmentelor sale si b) sistem nervos vegetativ ce inervează muşchii netezi din pereţii organelor interne si ai vaselor sanguine, asigurând motricitatea acestora. La baza activităţii sistemului nervos stă mecanismul fundamental de funcţionare şi anume actul reflex (sau simplu, reflexul). Reflexul reprezintă reacţia de răspuns a centrilor nervoşi la stimularea unei zone receptoare. El se poate produce fie în sens excitator, fie în sens inhibitor. Baza (suportul) anatomică a actului reflex este arcul reflex alcătuit din cinci componente anatomice: receptor, cale aferentă, centru nervos, cale eferentă, efector. Receptorii sunt formaţiuni sau organe specializate, care au proprietatea de a recepţiona modificările fizice şi chimice din mediul extern (exteroceptori) sau intern (interoceptori) pe care le transformă în influx nervos. Ei răspund la stimuli prin variaţii de potenţial proporţional cu intensitatea exitantului şi pot fi de mai multe categorii. Calea aferentă este reprezentată de terminaţiile dendritice şi axonii neuronilor senzitivi din ganglionii spinali si de pe traiectul unor nervi cranieni. Pe această cale, impulsul nervos, odată creat la nivelul receptorilor, se transmite aferent sau centripet către centrul nervos. Centrul nervos este formaţiunea nervoasă care primeşte informaţia, o prelucrează, o compară cu datele din memorie, elaborează comenzi şi controlează permanent modul de execuţie, efectuând corectările necesare. Prin el se înţelege totalitatea structurilor din sistemul nervos central care participă la actul reflex respectiv. De exemplu, centrii reflexelor respiratorii se află în bulb, dar şi în puntea lui Varolio, în hipotalamus şi chiar în scoarţa cerebrală. De aceea se poate spune că întinderea şi complexitatea unui centru depind de complexitatea actului reflex pe care-l efectuează. Calea eferentă este reprezentată de axonii neuronilor motori somatici şi vegetativi prin care se transmite comanda către organul efector. Cea mai simplă cale eferentă este în cazul reflexelor somatice monosinaptice (bineuronale); ea este formată din axonul motoneuronului alfa din coarnele anterioare ale măduvei spinării. Calea eferentă vegetativă este formată dintr-un lanţ de doi neuroni motori: un neuron preganglionar situat în coarnele laterale ale măduvei spinării sau într-un nucleu vegetativ din trunchiul cerebral şi un neuron postganglionar situat în ganglionii vegetativi periferici (extranevraxiali). Efectorii sunt în principal muşchii striaţi, muşchii netezi şi glandele exocrine. Ei primesc comanda pe traseul căii eferente. Transmiterea ei se face la nivelul plăcii motorii. 4.1 Fiziologia neuronului Spuneam, la inceput ca, tesutul nervos este alcatuit din neuroni si celule gliale, acestea din urmă cu rol nutritiv pentru primele. Neuronul are două proprietăţi fundamentale: generarea şi conducerea impulsului nervos. Generarea impulsului nervos se explică prin excitabilitate, proprietatea materiei vii, în general. Excitabilitatea este proprietatea materiei vii de a răspunde la un stimul. Şi neuronii cu corpul (soma) si prelungirile lor (dendrite şi axoni) sunt dotaţi în consecinţă cu excitabilitate. Această proprietate a fost studiată cu ajutorul stimulilor electrici, care pot fi dozaţi ca intensitate şi timp. Cei mai importanţi parametri ai excitabilităţii sunt: reobaza, timpul util, cronaxia şi adaptabilitatea. 6
Neuronul răspunde la un stimul (fizic, chimic, electric) printr-un potenţial de acţiune. Sub acţiunea unui stimul, se produc în neuron anumite modificări fizico-chimice care stau la baza generării impulsului nervos. Conductibilitatea este proprietatea neuronului de a propaga impulsurile nervoase în lungul prelungirilor sale, prin axoni până la terminaţiile acestora, unde ele sunt transmise fie unui alt neuron, fie unui organ efector producând un răspuns caracteristic (contracţie musculară, secreţie glandulară). Într-o fibră nervoasă conducerea se face în ambele sensuri (conducere bilaterală), iar în organismul întreg, impulsul nervos se transmite într-un singur sens datorită prezenţei sinapselor în sistemul nervos. În axonii cu teacă de mielină, mielina fiind un bun izolator electric nu permite scurgeri de curent şi de aceea, depolarizarea este posibilă numai la nivelul nodurilor Ranvier. Transmiterea impulsului nervos este deci saltatorie, putând sări chiar 4-5 noduri, cu o viteză de aproape 50 de ori mai mare decât prin fibrele amielinice. Prin fibrele amielinice impulsul este transmis din aproape în aproape, prin depolarizarea membranei prin curenţii locali (Hermann). 4.2. Fiziologia sinapsei Sinapsa (fr. synapsis = legătură) este o formaţiune anatomo-funcţională întâlnită la contactul dintre doi neuroni sau un neuron şi o celulă efectoare (sinapse neuro-neuronale şi sinapse neuro-musculare). O sinapsă tipică, care a fost studiată din cauza dimensiunilor mari ale somei, este cea de la nivelul motoneuronului din coarnele anterioare ale măduvei spinării. Axonul neuronal aferent se termină pe suprafaţa dendritelor (80 - 90 %) şi pe soma neuronului eferent (10 - 20 %) prin sute de butoane sinaptice. Sinapsa este formată dintr-o porţiune presinaptica reprezentata de butonul terminal al unui axon si o portiune postsinaptica data de membrana neuronului urmator, intre care se afla un spatiu (fanta) sinaptic.. Ajuns la nivelul membranei presinaptice, potenţialul de acţiune determină o creştere a conductanţei pentru calciu, care pătrunzând în butonul terminal activează un sistem enzimatic şi kinetic endocelular. În urma cărora, mediatorul chimic )acetil colina) ajunge prin difuziune la nivelul membranei postsinaptice, unde interacţionează cu macromoleculele receptorilor de membrană. Aceştia recunosc molecula de mediator, o fixează şi declanşează o serie de modificări enzimatice la nivelul membranei postsinaptice care duc, în final, la formarea adenozin monofosfatului ciclic – AMPc ce transmite mai departe mesajul spre interiorul celulei. Dacă în urma acţiunii neuromediatorului creşte conductanţa pentru Na+,se produce deci depolarizarea şi apoi excitarea membranei postsinaptice, neurotransmiţătorul este numit excitator. Dacă însă creşte conductanţa pentru K+ sau Cl- membrana postsinaptică se hiperpolarizează şi deci se inhibă, neurotransmiţătorul este în acest caz numit inhibitor. Asupra celulei postsinaptice acţionează două tipuri de mesageri chimici: mesagerul de ordinul I este însuşi mediatorul chimic, iar mesagerul de ordinul II este AMPc (mesager secund). Datorită mecanismului chimic al transmiterii sinaptice, impulsul nervos suferă la nivelul fiecărei sinapse o întârziere de 0.5 ms, numită latenţă sinaptică. 4.3. Fiziologia măduvei spinării Funcţiile măduvei spinării sunt: funcţia reflexă şi funcţia de conducere. La nivelul măduvei spinării se închid numeroase acte reflexe ce au ca suport anatomic arcurile reflexe. Şi tot măduva spinării este străbătută de căi nervoase ascendente şi descendente ce leagă bidirecţional centrii corticali şi subcorticali de restul organismului. Reamintim că un act reflex este un răspuns al unui efector la comanda centrului nervos, în urma stimulării unei zone receptoare. Funcţia reflexă a măduvei spinării se realizează prin cele două tipuri de reflexe spinale (medulare): somatice şi vegetative. Reflexele somatice sunt cele în care răspunsul este dat de către efectorii somatici, respectiv musculatura striată controlată în mod voluntar, iar reflexele vegetative sunt cele la care răspunsul vine de la un efector din organele interne sau din vasele de sânge, aflat sub control involuntar (miocardul, muşchii netezi, glandele secretorii). Funcţia de conducere a măduvei spinării are ca substrat anatomic substanţa albă, respectiv fasciculele sau tracturile ascendente şi descendente. Fibrele ascendente reprezintă căile de conducere ale sensibilităţii, iar fibrele descendente, căile de conducere ale motilităţii. Prin sensibilitate înţelegem proprietatea neuronilor de a recepţiona şi de a transmite excitaţiile. Sensibilitatea este exteroceptivă şi interoceptivă. Prima este determinată de acţiunea excitanţilor din mediul extern care acţionează la suprafaţa corpului. Cea de a doua este determinată de excitanţi care acţionează la nivelul muşchilor, tendoanelor, 7
articulaţiilor. Motilitatea (motricitatea) este raspunsul motor (voluntar sau involuntar) al muschilor, la comenzile motorii transmise pe caile descendente (piramidale sau extrapiramidale). 4.4. Nervii spinali. Nervii spinali împreună cu nervii cranieni fac parte din sistemul nervos periferic, cu rolul de a conecta centrii nervoşi cu receptorii şi efectorii. Nervii spinali sunt în număr de 31 de perechi, cu dispoziţie metamerică. Ei sunt repartizaţi astfel: 8 nervi în regiunea cervicală, 12 în regiunea toracică, câte 5 în regiunea lombară şi sacrală şi unul în regiunea coccigiană. Din punct de vedere structural sunt nervi micşti, constituiţi din fibre motorii şi fibre senzitive, somatice şi vegetative. Prezintă rădăcini, trunchi şi ramuri periferice. 4.5. Fiziologia trunchiului cerebral Trunchiul cerebral continuă măduva spinării şi este format din bulb, puntea lui Varolio şi mezencefal. Component al encefalului, el are funcţii numeroase şi de importanţă vitală: - Prin trunchiul cerebral trec toate căile care leagă măduva spinării de etajele superioare ale SNC (ascendente şi descendente) precum şi căi proprii lui, ce conectează diferitele sale etaje; - În trunchiul cerebral se află nucleii de releu ai căilor ascendenete şi descendente şi nucleii de releu cu cerebelul; - În trunchiul cerebral se închid o serie de reflexe somatice şi vegetative; - La nivelul trunchiului cerebral se află formaţiunea reticulată cu rol în reglarea tonusului muscular, al celui cortical, în controlul reflexelor spinale, al echilibrului şi al posturii; -Trunchiul cerebral conţine centrii de reglare a unor funcţii vitale cum sunt: circulaţia, respiraţia, digestia. - La nivelul trunchiului cerebral, se găsesc nervii cranieni in numar de 12 perechi, cu excepţia nervilor olfactivi (I) si optici (II). Din punct de vedere structural, sunt nervi senzitivi, motori si micşti. 4.6. Fiziologia cerebelului Funcţiile cerebelului sunt strâns legate de structura sa dar şi de conexiunile aferente şi eferente pe care le realizează, cu măduva spinării, trunchiul cerebral şi scoarţa cerebrală. Cerebelul este conectat în serie pe principalele căi ascendente şi descendente. El primeşte diferite aferenţe, în special ale sensibilităţii proprioceptive şi trimite eferenţe la nucleii de origine ai fasciculelor sistemului extrapiramidal, coordonând astfel activitatea motoneuronilor spinali. Cerebelul este informat direct asupra comenzilor corticale şi, la rândul său, informează scoarţa asupra executării lor. Cu alte cuvinte, el îndeplineşte rolul de supraveghetor al activităţii motorii, comparând comanda centrală cu modul în care ea se execută. Cerebelul participă la activitatea motorie automată (menţinerea tonusului, echilibrului, posturii şi redresarea corpului) şi la cea intenţională, voluntară (mers, scris,vorbit). 4.7. Fiziologia diencefalului Diencefalul, situat în prelungirea trunchiului cerebral şi sub emisferele cerebrale este alcătuit din mai multe mase de substanţă nervoasă: talamus, hipotalamus, metatalamus şi epitalamus. 1.7.1. Funcţiile talamusului: - Funcţia de releu este îndeplinită de nucleii talamici specifici încare se află cel de al treilea neuron al căilor de conducere ascendentă a sensibilităţilor specifice. Excepţie fac fibrele analizatorului olfactiv, care nu au releu talamic şi fibrele sensibilităţii viscerale care ajung în talamus după ce au făcut sinapsă în hipotalamus. - Funcţia de asociaţie se realizează prin conexiunile unor nuclei talamici cu ariile asociative corticale din lobii parietal, temporal şi occipital. Pe baza acestor conexiuni, talamusul ia parte, alături de scoarţa cerebrală, la elaborarea unor comenzi voluntare. - Funcţia motorie se realizează prin intermediul ganglionilor bazali cu care este conectat bidirecţional, al neocerebelului şi al substanţei negre de la care primeşte aferenţe. - Funcţia nespecifică este realizată de nucleii talamici nespecifici din FR. Prin aceştia talamusul participă la reglarea ritmului somn-veghe şi la elborarea unor procese afectiv-emoţionale.
8
1.7.2. Funcţiile hipotalamusului Hipotalamusul (creierul vegetativ al organismului), situat la baza diencefalului, sub talamus, este constituit din mai mulţi nuclei: anteriori, posteriori şi mijlocii. El are mai multe functii de importanta vitala si anume: - integrează toate reglările vegetative din organism; porţiunea sa anterioară coordonează activitatea parasimpaticului, iar cea posterioară pe cea a simpaticului. Astfel, stimularea porţiunii anterioare produce scăderea presiunii sanguine şi a frecvenţei cardiace, iar, stimularea porţiunii posterioare are efecte inverse; - integrează activitatea cardiovasculară cu cea respiratorie, digestivă, excretorie; - intervine în reglarea metabolismelor intermediare lipidic, protidic, glucidic şi energetic; - reglează activitatea secretorie a hipofizei; - reglează temperatura corpului, menţinând-o constantă (37 0 C) şi independentă de variaţiile mediului ambiant; - reglează echilibrul hidric; - reglează aportul alimentar prin centrii foamei şi ai saţietăţii; - reglează activitatea de reproducere prin participarea la geneza impulsului sexual şi prin reglarea secreţiei de hormoni gonadotropi hipofizari; - reglează ritmul somn-veghe; impreună cu trunchiul cerebral şi talamusul difuz (FR) participă la reacţia de trezire, la creşterea stării de vigilenţă corticală; - reglează hematopoeza, creşte capacitatea de luptă antiinfecţioasă a organismului; - este un centru important al vieţii afective alături de sistemul limbic.Aici se elaborează emoţiile, sentimentele, pasiunile, senzaţia de frică, de linişte, de plăcere sau de furie precum şi expresia vegetativă a acestora.: variaţiile frecvenţei cardiace, ale tensiunii arteriale. . 4.8. Fiziologia emisferelor cerebrale Emisferele cerebrale prezinta partea cea mai voluminoasa a sistemului nervos central. Sunt legate intre ele prin comisurile creierului. Activitatea mare a membrului superior, precum si localizarea centrului vorbirii (aria 44 Broca) in emisfera stanga determina asimetria de volum, emisfera stanga fiind mai dezvoltata la dreptaci. Rolul specific al creierului este de a prelucra informaţia. Sediul principal al acestui proces este scoarţa cerebrală ce funcţionează în strânsă legătură cu numeroase structuri subcorticale. Pentru a prelucra informatia, scoarta cerebrala trebuie mai intai sa o primeasca. Informatia patrunde in sistemul nervos prin intermediul receptorilor, de unde este trimisa pe cai specifice la scoarta, in ariile senzitive specifice. Aceste informatii sunt apoi comparate, la nivelul ariilor asociative, cu informatiile culese de ceilalti analizatori, precum si cu datele din memorie. Pe baza sintezei complexe a tuturor informatiilor este elaborata starea de constienta si sunt luate deciziile automate si cele volitionale. La baza activităţii corticale stau reflexele condiţionate, datorită cărora organismul se adaptează permanent şi adecvat la condiţiile în continuă schimbare ale mediului intern şi extern. Reflexul conditionat (RC) este un raspuns determinat de un excitant initial indiferent (EI), dupa ce acesta a coincis de mai multe ori in timp cu un stimul neconditionat (EN) care produce in mod normal un raspuns innascut. De exemplu, sunetul unui clopotel inainte de alimentarea animalului, dupa mai multe asocieri, ajunge sa produca salivatie chiar in lipsa excitantului neconditionat (alimentatia) deci, a devenit un excitant conditionat (EC).Un numar imens de fenomene somatice sau viscerale pot fi provocate pe cale reflex conditionata, deoarece orice agent care stimuleaza un receptor poate deveni (EC). Mecanismul elaborarii reflexelor conditionate consta in stabilirea de conexiuni functionale intre focarele de excitatie corticala ale celor doi stimuli. Procesele corticale fundamentale La baza tuturor activităţilor nervoase stau două procese corticale fundamentale: excitaţia şi inhibiţia. Excitaţia este procesul nervos activ ce se manifestă prin iniţierea unei activităţi sau amplificarea uneia existente. Stimulii care se transmit prin sinapse excitatorii produc starea de excitaţie a centrilor. Inhibiţia este tot un proces activ dar care se manifestă prin diminuarea sau sistarea unei activităţi anterioare. Ea se transmite prin sinapse inhibitorii. Excitaţia şi inhibiţia au o mobilitate deosebită. Fiecare din acestea poate să iradieze pe o suprafaţă corticală mai mare sau să se concentreze într-o zonă limitată. Ele se pot succeda alternativ, în acelaşi teritoriu 9
sau în teritorii vecine. Astfel, în locul unui focar de excitaţie poate apărea un focar de inhibiţie . În jurul focarelor inhibitorii sau excitatorii se nasc zone cu activitate opusă focarului. Acestea sunt fenomene de inducţie reciprocă succesivă şi concomitentă. 4.9. Fiziologia sistemului nervos vegetativ. Sistemul nervos vegetativ (SNV) este acea parte a sistemului nervos care reglează activitatea organelor interne, activitate inconştientă. Centrii nervoşi vegetativi sunt localizaţi atât în sistemul nervos central (intranevraxial) cât şi la periferie (extranevraxial). Mecanismul fundamental de activitate a SNV este reflexul. Reflexul vegetativ este iniţiat prin excitarea interoceptorilor din pereţii organelor interne, este polisinaptic. Spre deosebire de eferenţa somatică, calea eferentă vegetativă are pe traseul său doi neuroni: un neuron preganglionar, situat în SNC la nivelul măduvei toraco-lombare, pentru simpatic şi în segmentele bulbo-mezencefalic şi sacrat pentru parasimpatic precum şi un neuron postganglionar situat la periferie, într-un ganglion vegetativ. Prin laturile lui – simpatică şi parasimpatică - acţionează asupra organelor interne reglând şi adaptând activitatea acestora în funcţie de starea funcţională a organismului. La unele organe au acţiune antagonistă (inervaţia vegetativă a cordului, simpaticul accelerează activitatea inimii, iar parasimpaticul o ponderează), la alte organe activitatea lor este în acelaşi sens, dar diferă cantitativ şi calitativ (glandele salivare) şi în cazul altora, inervaţia vegetativă este unilaterală (muschii radiari ai irisului sunt stimulati simpatic, ei se contracta producand dilatarea pupilei, iar muschii circulari ai irisului sunt stimulati parasimpatic si prin contractie produc micsorarea pupilei). 4.10. Influenţa efortului fizic asupra sistemului nervos Efortul fizic determină reacţii de adaptare din partea întregului organism, începând cu sistemul nervos somatic, ce coordonează motricitatea voluntară şi involuntară şi sfârşind cu funcţiile vegetative (digestivă, cardiovasculară, repsiratorie) şi endocrino-metabolice, necesare asigurării surselor energetice ale contracţiei musculare. Încă inaintea începerii efortului fizic se constată o creşterea excitabilităţii corticale şi o creştere a activităţii organelor vegetative pentru susţinerea efortului, fenomene ce caracterizează starea de start. Factorii psiho-emoţionali datorită stresului (efortul) se manifestă la nivelul sistemului neuro-endocrin (axa hipotalamo-hipofizo-corticosupralenalian) cu descărcări de catecolamine încă înaintea începerii efortului. În timpul efortului fizic, diferiţi centri nervoşi sunt puşi în stare de excitabilitate crescută prin aferenţe pornite chiar de la nivelul aparatului locomotor. În eforturile de durată se instalează starea de „excitaţie de lucru” a SNC, manifestată prin creşterea sensibilă a forţei şi rapidităţii reacţiilor reflexe, ca urmare a iradierii excitaţiei din centrii motori corticali în zone largi corticale şi subcorticale. Cu timpul, în antrenamente, pe măsură ce mişcările se automatizează, starea de excitaţie diminuează. La un efort prelungit şi obositor, pe scoarţă se instalează inhibiţia de protecţie, evidenţiată prin slăbirea şi încetinirea reacţiilor reflexe. Intrarea în activitate a aparatului locomotor mobilizează implicit şi zona de integrare vegetativă simpatică ergotropă din hipotalamusul postero-lateral care, produce: tahicardie, hipertensiune, midriază, piloerecţie, hiperglicemie, creşterea metabolismului şi termogenezei. În final, reacţiile vegetative simpatice trec în faza parasimpatică comandată de zone de integrare vegetativă trofotropă din hipotalamusul antero-median, la care contribuie şi hormonii STH, aldosteron, androgeni, cu efect anabolic. Efectele parasimpatice: sunt bradicardie, hipotensiune, sudoraţie, glicogenogeneză etc. Întrebări de verificare 1. Care este rolul complex al sistemului nervos 2. Ce este actul reflex 3. Explicaţi arcul reflex 4. Ce proprietăţi fundamentale are neuronul 5. Ce este sinapsa şi rolul ei 6. Care sunt funcţiile măduvei spinării, explicaţi-le 7. Care sunt funcţiile trunchiului cerebral 8. Ce rol are cerebelul 9. Hipotalamusul şi funcţiile lui 10
10. Ce este sistemul nervos vegetativ 11. Ce importanţă are simpaticul, dar parasimpaticul 12. Ce modificări apar la nivelul sistemului nervos în starea de start 13. Ce se întâmplă în eforturile de durată 14. Dar în efortul prelungit şi obositor Capitolul 5. Fiziologia analizatorilor implicaţi major în efortul fizic Analizatorii sunt sisteme complexe şi unitare care au rolul de a recepţiona, conduce şi transforma în senzaţii specifice, excitaţiile (informaţiile) adecvate primite din mediul extern sau intern. Ei contribuie la integrarea organismului în mediu şi la coordonarea funcţiilor organismului. Analizatorul este o formaţiune anatomo-funcţională formată din trei segmente: periferic, de conducere şi central. Segmentul periferic (receptorul) este reprezentat de structuri specializate, în general, celule epiteliale sau terminaţii neuronale dendritice stimulate specific de o anumită formă de energie, dar şi de alte forme de energie cu intensităţi mult mai mari. Receptorii au capacitatea de a transforma diferitele forme de energie în potenţiale de acţiune. Receptorii pot fi: exteroceptori, interoceptori (proprioceptori şi visceroceptori). Segmentul intermediar (de conducere) este alcătuit din căile nervoase prin care impulsurile descărcate de receptori ajung la centrii nervoşi superiori. Căile ascendente sunt directe şi indirecte. Pe calea directă (spino-talamo-corticală) cu sinapse puţine, impulsurile sunt transmise rapid şi proiectate într-o arie corticală specifică, iar pe calea indirectă (SRAA) impulsurile sunt conduse lent şi proiectate pe scoarţă, difuz şi nespecific. Segmentul central (cortical) este reprezentat prin zona corticală unde se face analiza şi sinteza informaţiilor primite de la nivelul receptorilor, rezultând senzaţii specifice (vizuale, auditive) şi conştiente. Prin analiza, sinteza şi prelucrarea compleză a tuturor informaţiilor se realizează unitatea organismului şi adaptarea sa la mediu. 5.1. Fiziologia analizatorului motor (kinestezic) Desfăşurarea normală a activităţii motorii, analiza fină şi coordonarea precisă a mişcărilor necesită informarea permanentă a sistemului nervos central asupra poziţiei corpului în spaţiu, a diferitelor sale segmente şi mai ales asupra gradului de contracţie a fiecărui muşchi. Aceste informaţii sunt furnizate de receptorii aparatului vestibular, auditiv, vizual, de cei cutanaţi, precum şi de anumiţi receptori specifici localizaţi în muşchi (proprioceptorii). Receptorii sunt: terminaţii nervoase libere, organele tendinoase Golgi, corpusculii Pacini şi Ruffini (localizaţi în tendoane, ligamente şi suprafeţe articulare) şi fusurile neuromusculare (în muşchi). Segmentul intermediar: fusul neuromuscular este conectat exclusiv cu căile de conducere ale sensibilităţii proprioceptive inconştiente, deci cu destinaţia cerebel. El furnizează cerebelului informaţii despre lungimea muşchiului în orice moment. Când muşchiul este alungit fusul este tensionat iar când muşchiul se scurtează, fusul se relaxează. Tot fusul neuromuscular este organ receptor pentru reflexele miotatice şi pentru reflexele tonice. Stimulul care excită terminaţiile senzitive ale fusului neuromuscular este starea de tensiune din fibrele intrafusale. Întinderea muşchiului (a fibrelor extrafusale) datorită aranjării în paralel a fibrelor intrafusale cu cele extrafusale, determină întinderea concomitentă a fusului. În mod natural, cauza permanentă a întinderii muşchilor este gravităţia. Astfel, muşchii antigravitaţionali (muşchii spatelui,muşchii fesieri, muşchii anteriori ai coapsei şi muşchii posteriori ai gambei) sunt în permanenţă solicitaţi şi deci sunt stimulate fusurile neuromusculare. Deşi asupra acestora gravitaţia acţionează permanent, fusurile neuromusculare nu se acomodează. Dacă s-ar acomoda, am cădea din picioare. Informaţia proprioceptivă inconştientă venită de la nivelul fusurilor neuromusculare stă la baza controlului exercitat de centrii nervoşi superiori (cerebel, talamus) asupra tonusului muscular şi a mişcărilor voluntare. Ceilalţi proprioceptori sunt conectaţi în special pe căile sensibilităţii conştiente. Ei transmit informaţii pe baza cărora, subiectul este în permanenţă conştient de poziţia corpului său în spaţiu, a diferitelor sale segmente, a articulaţiilor sale, de starea de tensiune din ligamente şi tendoane, de sensul şi viteza de deplasare a diferitelor părţi sau ale corpului în ansamblul său. 11
Segmentul cortical este reprezentat de ariile somestezice I şi II. Informaţiile de la nivelul articulaţiilor se proiectează în regiunea posterioară a girusului postcentral, iar cele de la nivelul fusurilor neuromusculare în regiunea anterioară până spre cortexul motor. Se realizează astfel o arie senzitivo-motorie care adaptează comanda motorie informaţiilor senzitive propiroceptive şi exteroceptive privind modul în care aceasta este executată. O parte din informaţia proprioceptivă este condusă de fasciculele Goll şi Burdach spre talamus şi de aici la cortex, unde devine imediat conştientă, iar o altă parte, prin fasciculele spinocerebeloase, ajunge la cerebel, unde este prelucrată şi apoi transmisă mai departe la talamus şi apoi la cortexul senzitivo-motor. 5.2. Fiziologia analizatorului vizual Funcţia principală a analizatorului vizual constă în perceperea luminii, a formei şi culorilor obiectelor din lumea înconjurătoare. Recepţia vizuală se realizează la nivelul ochiului la care un rol important îl are sistemul de lentile (aparatul dioptric) şi retina unde se desfăşoară procesele fotosensibile. Aparatul dioptric este format din cornee şi cristalin. Razele paralele ce vin de la o distanţă mai mare de 6 m vor focaliza la 17 mm în spatele centrului optic, dând pe retină o imagine reală şi răsturnată. Cristalinul este important în realizarea acomodării prin mărirea razei lui de curbură. Prin acomodare se înţelege variaţia puterii de refracţie a cristalinului în raport cu distanţa la care privim un obiect. Mecanismele acomodării. Organul activ al acomodării este muşchiul ciliar. Cănd ochiul priveşte la distanţă, muşchiul ciliar este relaxat, iar zonula Zinn tensionată. Aceasta pune sub tensiune cristaloida, comprimând cristalinul. Ca urmare, raza de curbură a acestuia creşte, iar puterea de convergenţă scade la valoarea de 20 dioptrii. Aceasta este acomodarea la distanţă care permite ochiului emetrop să vadă clar fără efortul muşchiului ciliar, obiecte situate la distanţe mai mari de 6 m. Când privim obiecte la o distanţă mai mică de 6 m, muşchiul ciliar se contractă,şi relaxează zonula Zinn. Tensiunea din cristaloid scade şi datorită elasticităţii cristalinul se bombează. Ca urmare puterea de convergenţă creşte la valoarea maximă. Cu înaintarea în vârstă, puterea de convergenţă scade, cristalinul îşi pierde elasticitatea şi puterea de acomodare a cristalinului scade de la 14 dioptrii la 2 dioptrii în jurul vârstei de 50 de ani şi la 0 dioptrii la 70 de ani. Îîn această situaţie crstalinul nu se mai acomodează, situaţie numită presbiţie). 5.3. Fiziologia analizatorului acustico-vestibular Organul important al acestui analizator este urechea. Ea este alcătuită din urechea externă (pavilion şi canalul auditiv extern), urechea medie (ciocănel, nicovală şi scăriţă) şi urechea internă (cu labirintul osos ce protejează labirintul membranos). În această ultima formaţiune se află receptorii pentru cei doi analizatori şi anume, componenta auditivă şi componenta de echilibru (vestibulară). Receptorii pentru auz sunt în organul lui Corti, de la care pleacă nervul auditiv, o latură a nervului acustico-vestibular şi receptorii pentru echilibru ce se găsesc în canalele semimembranoase, în utriculă şi saculă de la care pleacă nervul vestibular, cea de a doua latură a nervului acustico-vestibular. Acesta din urmă conduce cele două tipuri de informaţii la lobul temporal din scoarţa cerebrală. Întrebări de verificare 1. Ce sunt analizatorii 2. Explicaţi structura funcţională a analizatorilor 3. Care este structura funcţională a analizatorului motor şi rolul lui 4. Care este structura funcţională a analizatorului vizual şi rolul lui Capitolul 6. Fiziologia sistemului neuro-muscular Sistemul neuro-muscular este format din două componente (musculară şi nervoasă). Componenta musculară este reprezentată de muşchii striaţi (scheletici) ce ocupă 40-45 % din masa musculară a corpului. Se cunosc astăzi peste 430 de muşchi. Ei sunt elementele active ale aparatului locomotor, cu capacitatea de a se contracta, de a dezvolta forţă şi viteză însă obosesc repede. Prin contracţia lor, asigură tonusul muscular necesar pe de o parte menţinerii poziţiei corpului şi a segmentelor sale şi pe de altă parte de a produce mişcarea ca urmare a scurtării sale. Spre deosebire de aceşti muşchi, muşchii netezi care se găsesc în pereţii organelor interne (stomac, intestin, vase de sânge) se contractă involuntar, dezvoltă o forţă însemnată, contracţia lor, deşi este lentă poate fi menţinută un timp îndelungat fără a se produce oboseală. 12
Componenta nervoasă este cea care realizează tonusul, sensibilitate şi contracţia musculară. Ea este reprezentată de inervaţia somatică (senzitivă şi motoare) şi inervaţia vegetativă. Inervaţia somatică senzitivă a muşchilor asigură culegerea excitaţiilor tactile, termice, dureroase şi proprioceptive de la nivelul muşchilor şi al organelor anexe ale acestora cum sunt tendoane, fascii, aponevroze, ligamente. Aceste excitaţii sunt conduse prin nervii senzitivi către măduvă şi etajele superioare ale sistemului nervos central, care pe baza lor emite impulsuri ce dirijează şi coordonează activitatea motrică a corpului. Innervaţia somatică motoare este reprezentată pe de o parte, de axonii neuronilor motori alfa, din coarnele anterioare ale măduvei spinării care ajung la fibrele musculare striate şi formează placa motorie şi pe de altă parte, de axonii neuronilor motori gama d tot din coarnele anterioare ale măduvei spinării care ajung la extremităţile periferice ale fusului neuromuscular. Inervaţia vegetativă a muşchilor este asigurată de sistemul nervos vegetativ (simpatic şi parasimpatic) care ajunge la muşchi pe calea plexurilor perivasculare (prin nervii motori) şi reglează debitul circulator muscular. În timpul încălzirii care precede un efort fizic, la nivelul muşchilor se produce vasodilataţie care asigură un aprot sporit de oxigen şi substanţe nutritive, necesare muşchilor ăn activitate. Legătura dintre cele două componente se realizează prin unitatea motorie care este un complex neuromuscular format din neuronul motor şi totalitatea fibrelor musculare pe care le inervează. Transmiterea impulsului nervos se realizează prin sinapsa neuromusculară, fenomen descris la fiziologia sinapsei. În viziune cibernetică, sistemul neuromuscular este alcătuit din – 1. sistemul senzorial (proprioceptori) care percep şi transmit informaţii asupra desfăşurării şi evoluţiei mişcării 2. sistemul reglator (sistemul nervos) care asigură organizarea şi modificarea etapelor activităţii nervoase. El este format din celule nervoase din diferite etaje ale axului cerebro-spinal, şi din căile de conducere intra şi extranevraxiale ale sensibilităţii proprioceptive (ascendente) conştiente şi inconştiente şi din căile de conducere ale motilităţii (descendente). 3. sistemul efector (muşchii scheletici) responsabili cu efectuarea actelor, acţiunilor şi activităţilor motrice din cadrul efortului fizic. În concluzie, la baza activităţii musculare stau cinci principii universale: a) muşchiul este un transformator de energie chimică în energie mecanică şi termică; b) efectul mecanic se realizează prin contracţie; c) baza structurală a contracţiei este complexul actomiozinic al fibrei musculare; d) sursa directă de energie necesară contracţiei este ATP-ul; e) contracţia musculară se declanşează pe baza unui stimul fiziologic care este impulsul nervos. Pe lângă funcţia contractilă care depinde de sursa de energie, aportul digestiv, aportul sanguin, muşchiul mai participă şi la metabolismul general al organismului. Muşchiul este principalul producător de acid lactic (substratul energetic important pentru miocard), CO2 şi sursă de căldură. 6.1. Efectele efortului fizic asupra muşchilor striaţi Efortul fizic produce asupra muşchilor striaţi două tipuri de adaptări: Adaptări imediate, în legătură cu nivelul încărcăturii, cu numărul de repetări şi pauzele dintre eforturi şi sunt de natură biochimică. Astfel, eforturile cu încărcături mari (de forţă) ce constau în 5-6 repetări cu intensitate maximală şi cu pauze de revenire suficient de mari (3 minute) solicită rezervele de ATP, dar permit şi refacerea lui pe seama fosfocreatinei. Eforturile de lungă durată şi intensitate submaximală şi medie determină un consum accentuat al glicogenului muscular şi chiar al celui hepatic care prin glicogenoliză furnizează glucoza necesară menţinerii glicemiei normale în timpul efortului. Adaptările tardive determinate de frecvenţa, durata şi mai ales intensitatea solicitărilor din antrenamentele judicios prestate, o perioadă lungă de timp. Ele culminează cu dezvoltarea unei capacităţi crescute de eliberare a energiei şi a unui nivel ridicat de prestaţie fizică. Astfel, eforturile aerobe duc la creşterea cantităţii de mioglobină (rezerva de oxigen a muşchiului), la creşterea capacităţii de oxidare a glicogenului (prin creşterea volumului maxim de oxigen), la creşterea oxidării lipidelor (combustibilul muşchiului în efortul de rezistenţă), la creşterea numărului de capilare în fibra musculară. 13
Eforturile scurte şi intense (anaerobe) conduc în timp la creşterea capacităţii sistemelor energetice care, devin mai eficiente atât calitativ cât şi cantitativ, iar gradul de suportabilitate al muşchiului şi al organismului în general, creşte la acumulările crescute de acid lactic.
Întrebări de verificare 1. Care sunt componentele structurale ale sistemului neuro-muscular 2. Prin ce se realizează legătura dintre cele două componente 3. Ce inervaţie au muşchii striaţi 4. Prin ce se realizează transmiterea impulsului nevos 5. Care sunt principiile care stau la baza activităţii musculare 6. Care sunt modificările imediate produse de efortul fizic 7. Dar modificările tardive (de antrenament) Capitolul 7. Fiziologia sistemului neuro-endocrin Sistemul neuro-endocrin este un sistem anatomo-funcţional complex, cu rolul de a regla activitatea diferitelor organe şi sisteme pe care le integrează în ansamblul funcţiilor organismului. Legăturile structurale şi funcţionale dintre hipotalamus şi hipofiză justifică denumirea de sistem neuro-endocrin. Aceste legături sunt- sistemul vascular port hipotalamus-hipofizar şi tractul nervos hipotalamus hipofizar. În alcătuirea lui intră cele două componente nervoasă şi endocrină. Componenta nervoasă este reprezentată prin hipotalamus iar cea endocrină prin glandele endocrine. Despre hipotalamus şi rolul lui s-a vorbit la capitolul sistemul nervos. Glandele endocrine (glande cu secreţie internă) produc substanţe active –hormoni- pe care îi varsă direct în sânge, ele neavând canale excretoare. Hormonii sunt substanţe chimice care acţionează la distanţă de locul sintezei lor şi produc efecte caracteristice, importante în reglarea metabolismului celular. Glandele endocrine sunt – hipofiza, suprarenalele, troida, paratiroidele, glandele sexuale, pancreasul endocrin, timusul, epifiza, placenta (temporar). 4.1. Hipofiza (glanda pituitară) situată la baza creierului, în şaua turcească înapoia chiasmei optice), este formată din trei lobi- lobul anterior (adenohipofiza), lobul intermediar şi lobul posterior (neurohipofiza). Adenohipofiza secretă următorii hormoni: - hormonul de creştere (STH - somatotrop) care- stimulează creşterea organismului împreună cu insulina, hormonii tiroidieni şi hormonii gonadali, prin accelerarea formării ţesutului osos la nivelul cartilajelor de creştere şi prin stimularea sintezei proteice., stimulează creşterea muşchilor şi a viscerelor, diminuează eliminările de azot, fosfor, calciu, sodiu şi clor, stimulează descărcarea de glucoză din ficat, diminuează consumul tisular de glucoză ducând la hiperglicemie. Hipersecreţia de STH, în copilărie duce la gigantism, iar la adult dă acromegalie. Hiposecreţia de STH, în copilărie dă nanismul (piticismul) hipofizar. - prolactina este un hormon care la femei stimulează sereţia lactată a glandelor mamare şi funcţia secretorie a corpului galben. Adenohipofiza mai secretă trei hormoni tropi cu care influenţează secreţia altor glande – tiroida, suprarenalele şi gonadele. Lobul intermediar al hipofizei secretă hormonul melanocitostimulator responsabil cu pigmentarea pielii. Neurohipofiza nu are rol secretor, ea doar depozitează cei doi hormoni (ADH şi ocitocina) secretaţi de nucleii anteriori ai hipotalamusului, care apoi se scurg de-a lungul tractului hipotalamo-hipofizar în neurohipofiză. ADH (antidiuretic) scade diureza prin stimularea reabsorbţiei apei la nivelul tubilor uriniferi, iar ocitocina acţionează asupra musculaturii netede a uterului gravid, stimulează secreţia de lapte, pe care o şi menţine la fel ca şi prolactina. 4.2.Suprarenalele prin corticosuprarenale, sunt glande indispensabile supravieţuirii, deoarece ele secretă mineralocorticoizii şi glucocorticoizii cu rol foarte important în reglarea metabolismului hidroelectrolitic, lipidic, glucidic şi protidic. Medulosuprarenalele prin hormonii lor –adrenalina şi noradrenalina - (catecolamine) au rol multiplu în circulaţia sanguină, în mişcările peristaltice intestinale, în metabolismul glucidic (hiperglicemie) şi în creşterea activităţii sistemului reticulat ascendent activator, care produce alertă corticală, anxietate, frică. 14
4.3. Tiroida prin hormonii săi - tiroxina (T3) şi triiodotironina (T4) intensifică reacţiile metabolice, reglând metabolismul general al organismului şi creşterea şi dezvoltarea acestuia. 4.4. Paratiroidele (două perechi înapoia tiroidei) secretă doi hormoni – parathormonul şi calcitonina cu care relează metabolismul fosfo-calcic. 4.5. Epifiza intră în componenţa epitalamusului, are forma unui con de pin (glandă pineală), secretă melatonina cu acţiune frenatoare asupra fucţiei gonadelor şi intervine în metabolismul general al organismului. Mai are rol în teroreglare şi legături cu suprarenalele, tiroida şi pancreasul. 4.6. Timusul este glandă endocrină până la pubertate, apoi involuează. Este şi organ hematopoetic, formator de elemente figurate ale sângelui. Frânează dezvoltarea gonadelor şi stimulează mineralizarea osoasă. 4.7.Pancreasul endocrin prin hormonii săi – insulina (principalul hormon hipoglicemiant al organismului) şi glucagonul (hormon hiperglicemiant) participă la reglarea hormonală a glicemiei. 7.1. Influenţa efortului fizic asupra sistemului neuro-endocrin În efortul fizic şi mai ales în creşterea performanţei sportive, o importanţă deosebită o au sursele eliberatoare de energie. În mobilizarea acestora intervin o serie de hormoni. Astfel, în reglarea hormonală a glicemiei în efort în două procese importante cum sunt glicogenoliza hepatică şi musculară precum şi gluconeogeneza (sinteza de glucoză din compuşi neglucidici) intervin hormonii glucagonul, catecolaminele (adrenalina şi noradrenalina), cortizolul, homonul de creştere şi hormonii tiroidieni. În reglarea hormonală a metabolismului lipidic în efort, enzima lipaza este activată de hormonii cortizol, care contribuie şi la mobilizarea şi accelerarea utilizării lipidelor în efort, iar adrenalina, noradreanalina şi hormonul de creştere în timpul efortului prelungit sunt la valori ridicate, în paralel cu nivelul crescut al acizilor graşi, ceea ce înseamnă că aceştia favorizează scoaterea din depozite a acizilor graşi şi oxidarea lor. În reglarea echilibrului hidro-electrolitic în efort, esenţial pentru menţinerea funcţiilor cardiovasculară şi termoreglatoare, importanţi sunt hormonul antidiuretic care creşte reabsorbţia apei la nivelul tubilor renali şi conservarea apei în organism, iar aldosteronul care reabsoarbe sodiul şi implicit apa, restabilind volumul plasmatic şi menţinând tensiunea arterială la valori normale. Întrebări de verificare 1. Din ce este format sistemul neuro-endocrin 2. Ce legături există între cele două componente 3. Care sunt hormonii hipofizei şi rolul lor 4. Ce rol au suprarenalele 5. Care sunt hormonii tiroidei şi rolul lor 6. Ce rol au paratiroidele 7. Care este rolul pancreasului endocrin 8. Cum intervin hormonii în mobilizarea surselor de energie Capitolul 8 Fiziologia aparatului cardiovascular Rolul primordial al aparatului cardio-vascular este de a menţine în continuă circulaţie sângele. 8.1.Sângele şi funcţiile lui Sângele este un lichid circulant de origine conjunctivă, împreună cu limfa, lichidul interstiţial şi lichidul cefalorahidian formează mediul intern al organismului caracterizat prin compoziţie şi propretăţi relativ constante, ce asigură homeostazia necesară activităţii normale a celulelor. Volumul total al sângelui – volemia – reprezintă 7-9 % din greutatea corporală, adică 4,5 l la femei şi 5 l la bărbaţi. În repaus, 2/3 din sângele total se află în sectorul circulant şi 1/3 este sângele de rezervă (de depozit, în ficat, splină şi plexul venos subcutanat) care circulă de 10 – 12 ori mai lent sau chiar stagnează în unele sectoare ale sistemului venos. Componentele sângelui sunt – plasma sanguină 55 % din sângele total şi elementele figurate în proporţie de 45 %. Raportul plasmă/elemente figurate este de 55/45 (hematocrit). 15
Compoziţia plasmei este foarte complexă, are un bogat conţinut în apă şi reziduu uscat în care se găsesc substanţe organice şi anorganice. Conţine proteine, glucide şi lipide precum şi ioni de sodiu, potasiu, calciu, magneziu, cupru, iod, clor, etc. Elementele figurate sunt – hematiile, leucocitele şi trombocitele, fiecare cu rol bine stabilit în realizarea funcţiilor sale. Funcţiile sângelui sunt: 1.funcţia respiratorie (transportă gazele respiratorii O2 şi CO2); 2.funcţia circulatorie (reglează tensiunea arterială care depinde şi de masa sanguină; 3.funcţia excretorie (elimină ureea, acidul uric, amoniacul, etc); 4.funcţia nutritivă (transportă substanţele nutritive); 5.funcţia de menţinere a homeostaziei (echilibrul hidroelectrolitic); 6.funcţia de termoreglare (rol în procesele de acumulare şi disipare a energiei; 7.funcţia de apărare (prin leucocite); 8.funcţia de coordonare şi reglare a principalelor funcţii ale organismului (circulaţia, digestia, excreţia); 9.funcţia de asigurare a unităţii organismului datorită faptului că realizează o cale de legătură directă între sistemele, apararatele şi ţesuturile organismului şi alături de sistemul nervos este un mijloc de asigurare a simultaneităţii de acţiune a acestora, favorizând adaptarea la condiţiile mediului ambiant. 8.2. Modificările de efort ale sângelui Acestea evidenţiază adaptări ale volumului şi compoziţiei plasmei dar şi ale numărului de hematii globule roşii şi leucocite globule albe. Ca adaptări imediate, eforturile de scurtă durată (anaerobe) produc creşterea acidului lactic până la valori de 150-160 mg/100 ml la neantrenaţi şi chiar de 280 mg/l la antrenaţi; pH-ul sanguin scade, iar elementele figurate cresc. Eforturile de lungă durată care se desfăşoară şi în condiţii de temperatură crescută produc scăderea volemiei, scăderea glicemiei, creşterea lipidelor, a proteinelor. Efortul fizic influenţează şi activitatea hormonală, crescând secreţia glandelor suprarenale. Ca adaptări tardive ) de antrenament9sunt creşterea volumului sanguin şi a hematiilor şi scăderea vâscozităţii sângelui. 8.3. Aparatul cardio-vascular caracteristici funcţionale Structura funcţională a aparatului cardio-vascular (inima şi vasele de sânge) îi permite acestuia să asigure distribuirea O2 şi a substanţelor nutritive tuturor celulelor din organism şi eliminarea produşilor rezultaţi în urma metabolismului. Tot el participă la procesele de adaptare şi apărare ale organismului şi coordonează funcţiile somato-vegetative cu ajutorul factorilor umorali activi din plasmă, în vederea asigurării echilibrelor homeostatice. Inima poate fi considerată o pompă aspiro-respingătoare plasată în centrul celor două sisteme circulatorii – mica circulaţie (pulmonară) şi marea circulaţie (sistemică) prin care se asigură un flux sanguin continuu spre şi de la ţesuturi. Proprietăţile fundamentale ale miocardului sunt; 1. autoatismul (ritmicitatea) care este proprietatea miocardului de a genera şi propaga stimuli de contracţie în interiorul structurilor sale. Suportul anatomic al acestei proprietăţi este ţesutul embrionar excito-conductor (ŢEE-C) 2. excitabilitatea – proprietatea miocardului de a răspunde la stimuli prin generarea unui potenţial de acţiune. Inima este excitabilă numai în faza de relaxare (diastolă) şi este inexcitabilă în faza de contracţie (sistolă). 3. contractilitatea – proprietatea miocardului de a răspunde la acţiunea unui excitant printr-o contracţie (scurtarea fibrelor sale şi generarea de tensiune între capetele acestora, fenomen ce duce la expulzia sângelui. 4. conductibilitatea – proprietatea miocardului, în special a ţesutului embrionar excito-conductor de a transmite impulsul generat într-un punct, întregii mase miocardice 5. tonicitatea – priprietatea miocardului de a-şi păstra o anumită tensiune a pereţilor musculari – stare de subcontracţie- chiar şi în timpul diastolei. 6. cordul este şi organ endocrin, adică printre celulele miocardice 16
contractile şi ţesutul embrionar excito-conductor există şi celule cardiace la nivelul atriilor cu bogat conţinut în granule secretoare (Palade, 1964) eliberatoare de ANF (factor natriuretic atrial) stimulat de creşterea presiunii intraatriale. Experienţele (1981) au arătat că acets factor produce diureză la şobolani. Recent şi la nivelul hipotalamusului s-a evidenţiat existenţa unui ANF. Activitatea cardiacă este reprezentată de o succesiune de cicluri cardiace. Un ciclu cardiac este compus din sistolă şi diastolă atriale şi ventriculare. Ciclul cardiac în repaus, la o frecvenţă de 70 bătăi pe minut, are o durată de 0,8 sec. El începe cu o sistolă atrială (o,1 sec) după care atriile se relaxează (diastolă o,7 sec). Urmează sistola ventriculară (o,3 sec.) prin care sângele este împins în artera pulmonară din ventricolul drept şi în artera aortă din ventricolul stâng. Apoi urmează diastola ventriculară (o,5 sec). Într-un minut se petrec 6o-8o cicluri – ritmul cardiac sau frecvenţa cardiacă. Cantitatea de sânge expulzată prin sistola ventriculară este de 7o-9o ml. Şi poartă numele de volum sistolic. Volumul sistolic înmulţit cu frecvenţa cardiacă pe minut se numeşte debitul cardiac. Pulsul arterial este expansiunea sistolică a peretelui arterial datorită creşterii bruşte a presiunii sângelui. El se percepe comprimând o arteră superficială pe un plan dur (osos). Prin palparea lui obţinem informaţii despre frecvenţa cardiacă, volumul sistolic. Se înregistrează printr-o sfigmogramă. Presiunea arterială (tensiunea arterială) este presiunea exercitată de sânge asupra peretelui arterial. Se măsoară cu tensiometru. Valorile de repaus sunt – 12o – 14o mm Hg, valori maxime ce reprezintă tensiunea arterială maximă şi 7o – 8o mm Hg, valori minime ce reprezintă tensiunea arterială minimă Factorii care determină tensiunea arterială sunt: - debitul cardiac (prin activitatea de pompă a inimii) - rezistenţa vasculară periferică pe care o întâmpină sângele la curgerea sa prin vase. (cea mai mare rezistenţă este la nivelul arteriolelor – sângele intră în arteriole cu o presiune de 9o mm Hg şi iese cu o presiune de 3o mm Hg) - volemia care variază în funcţie de volumul sângelui circulant - elasticitatea pereţilor arteriali care scade cu vârsta - viteza sângelui în artere ca şi presiunea scad pe măsură ce sângele se depărtează de inimă Factorii care favorizează întoarcerea sângelui venoas la inimă sunt: - activitatea de pompă a inimii; inima cu cele două caracteristici ale sale de pompă aspirorespingătoare funcţionează simultan. Pe de o parte aspiră sângele din venele cave (superioară şi inferioară) în atriul drept şi pe de altă parte respinge (pompează) sângele în corp. - aspiraţia toracică (mai ales în inspiraţie) contribuie la menţinerea unor valori scăzute ale presiunii în venele mari din cavitatea toracică - presa abdominală (prin care se împinge sângele spre inimă), datorită coborârii diafragmei, efectul de prasă este mare - presa musculară (contracţiile musculare), prin care venele profunde sunt golite de sânge, iar în relaxarea musculară se aspiră sânge din venele superficiale. - gravitaţia are efect negativ asupra întoarcerii sângelui din venele membrelor inferioare, în schimb favorizează curgerea sângelui din venele situate deasupra atriului drept - masajul pulsatil efectuat de artere asupra venelor omonime, aflate împreună în acelaşi pachet vascular are efect favorabil asupra întoarcerii sângelui venos la inimă. Întoarcerea sângelui la inimă are o mare importanţă în reglarea debitului cardiac, deoarece o inimă sănătoasă pompează conform legii inimii, atâta sânge cât primeşte, prin aflux venos. Reglarea activităţii cardiovasculare se realizează atât pe cale nervoasă cât şi pe cale umorală. În reglarea nervoasă este important controlul activităţii cardiace de către sistemul nervos vegetativ (simpatic şi parasimpatic). Simpaticul la nivelul inimii creşte forţa de contracţie a muşchiului cardiac şi măreşte frecvenţa cardiacă, iar la nivelul vaselor produce vasoconstricţie, cu excepţia vaselor din muşchi şi a coronarelor unde produce vasodilataţie. Parasimpaticul scade frecvenţa cardiacă şi produce vasodilataţie. Centrul nervos vasomotor se află în substanţa reticulată din bulb, care, la rândul lui este sub influenţa altor teaje nervoase superioare – punte, mezencefal, hipotalamus, cortexul cerebral Reglarea umorală a activităţii inimii şi a vaselor sanguine se realizează prin variaţia concentraţiei constituienţilor sanguini, fie prin acţiunea directă asupra miocardului şi a TEE-C, fie prin acţiunea asupra centrilor respiratori. 8.4. Modificările de efort ale aparatului cardiovascular: a) adaptări imediate: frecvenţa cardiacă creşte proporţional cu intensitatea 17
efortului de la valori de 60-80 c/min. în repaus, poate ajunge la 180-200 c/min.în efort; volumul sistolic creşte de la 60-70 ml în repaus, la 120 ml în efort; debitul cardiac de la 5-6 litri / min. în repaus, ajunge la 35-40 l; tensiunea arterială creşte de la valori de 120 mmHg în repaus, la 200-2440 mmHg în efort; rezistenţa periferică scade ori de câte ori creşte debitul sanguin; cantitatea de sânge circulant creşte în efort prin redistribuirea lui din teritoriile inactive; viteza de circulaţie creşte de aproximativ 3 ori. b) adaptări tardive (de antrenament): volumul cordului creşte de la 600-800 la 900-1300 ml; greutatea cordului creşte de la 300 gr la 500 gr; frecvenşa cardiacă scade (bradicardie) poate ajunge la 50- 42 şi chiar 24 c/min. tensiunea arterială este puţin influenţată de antrenament. Întrebări de verificare 1. Care sunt funcţiile sângelui ? explicaţi-le 2. Ce rol are inima în cadrul aparatului cardio-vascular 3. Care sunt proprietăţile fundamentale ale muşchiului cardiac 3. Ce este ciclul cardiac şi din ce este alcătuit 4. Ce este pulsul arterial si cum se percepe el 5. Ce este tensiunea arterială şi cum se măsoară ea 6. Care sunt factorii care influenţează tensiunea arterială 7. Ce factori favorizează întoarcerea sângelui venos la inimă 8. Care sunt adaptările imediate ale aparatului cardiovascular la efort 9. Dar adaptăle tardive Capitolul 9. Fiziologia aparatului respirator. Respiraţia este funcţia vitală a organismului prin care se asigură schimbul de gaze respiratorii (O2 şi CO2) dintre organism şi mediul înconjurător. Acest schimb se realizează în trei etape: I. etapa pulmonară (respiraţia externă) – asigură intrarea şi ieşirea aerului din plămâni prin două fenomenea). ventilaţia pulmonară, proces ciclic cu două faze: inspiraţie şi expiraţie. Inspiraţia este un proces activ, prin care aerul pătrunde prin căile respiratorii până la nivelul alveolelor pulmonare. Principalii muşchi inspiratori sunt: diafragma şi muşchii intercostali externi. Prin contracţie, diafragma se aplatizează mărind astfel diametrul vertical al cutiei toracice. În acest proces, coastele pivotează pe axa lor longitudinală spre exterior, mărind diametrele transversal şi sagital. În inspiraţia forţată intră în acţiune şi scalenii, sternocleidomastoidienii, pectoralii, dinţaţii, trapezii. Expiraţia, în condiţii obişnuite, este un proces pasiv, în care o parte din aerul alveolar este expulzat la exterior. Musculatura inspiratorie se relaxează şi volumul cutiei toracice revine la dimensiunile de repaus. În efort sau în condiţii patologice, expiraţia devine activă, situaţie în care intră în acţiune muşchii expiratori auxiliari (muşchii abdominali şi muşchii regiunii lombare). Ventilatia pulmonara poate fi apreciata prin evaluarea a patru volume pulmonare. Acestea reprezinta cantitatile de aer ce se gasesc in plamani in diverse stari functioanale: volumul curent (Vc) = este volumul de aer inspirat sau expirat in timpul unei respiratii normale si este egal cu 500 ml aer; volumul inspirator de rezerva (VIR) = este volumul suplimentar de aer care poate fi inspirat peste volumul curent (printr-o inspiratie fortata); el este egal cu 1500-3000 ml aer; volumul expirator de rezerva (VER) = este volumul de aer suplimentar care este expirat printr-o expiratie fortata (dupa expirarea volumului curent; este egal cu 1100ml aer; volumul rezidual (VR) = este volumul de aer care ramane in plamani chiar dupa expiratia fortata si este egal cu 1200- 1500 ml aer. Cu aceste volume se pot aprecia capacitatile pulmonare: - Capacitatea inspiratorie = este suma dintre Vc + VIR = 3000 ml aer; - Capacitatea reziduala functionala = este suma dintre VER = VR=2300; - Capacitatea vitala (CV) = suma volumelor Vc + VIR + VER = 3100-4600; - Capacitatea pulmonara totala = CV + VR = 5800 ml aer. 18
b). Schimbul de gaze la nivelul plămânilor se realizează pe baza diferenţelor de presiune parţială ale O2 şi CO2, în cele două medii (aerul alveolar şi sângele din capilarele pulmonare, separate prin membrana alveolo-capilară). II. etapa sanguină (transportul gazelor respiratorii). Sângele prin funcţia sa respiratorie asigură transportul O2 de la plămâni la ţesuturi şi CO2 de la ţesuturi la plămâni, unde este eliminat prin expiraţie. III. etapa tisulară (respiraţia internă) reprezintă ansamblul fenomenelor prin care O2 este cedat celulelor pentru a fi utilizat în metabolism iar CO2 rezultat este trecut în sânge. Reglarea respiraţiei înseamnă modificarea adaptativă a mişcărilor respiratorii şi a debitului ventilator. Ea se face pe două căi – nervoasă şi umorală. În reglarea respiraţiei este vorba de: a) senzorii care recepţionează şi transmit informaţii specifice chimice, mecanice, termice la centrii reglatori b) centrii respiratori de integrare şi elaborare a reacţiilor adaptative ventilatorii c). efectorii musculari (muşchii inspiratori şi muşchii expiratori) Reglarea pe cale nervoasă a ventilaţiei se realizează prin intervenţia centrilor respiratori bulbopontini din formaţiunea reticulată a trunchiului cerebral care asigură reglarea automată a respiraţiei. Reglarea pe cale umorală a ventilaţiei se realizează sub influenţa exercitată asupra centrilor respiratori de către o serie de substanţe, rolul cel mai important avându-l – concentraţia de O2, de CO2 şi concentraţia ionilor de hidrogen din sângele arterial 9.1. Modificările de efort ale respiraţiei a) modificări imediate: frecvenţa respiratrie creşte de la 12-16 resp.-min, la 30-40 în efort maximal; amplitudinea respiraţiilor se măreşte de la 500 ml volum curent în repaus, la 3000 ml aer; debitul ventilator creşte de la 6 l/ min la 30-40 l/ min consumul de oxigen creşte de la 250-300 ml/ min la 5-6 l/ min b) modificări tardive: frecvenţa respiratorie de repaus scade; respiraţia este amplă; debitul respirator în repaus este de 6-8 l/ min; capacitatea vitală la sportivii antrenaţi este de 6000-7000 ml faţă de neantrenaţi care au 3000-4000 ml. Întrebări de verificare 1. Ce este respiraţia 2. Care sunt cele trei etape ale respiraţiei 3. Ce rol are ventilaţia pulmonară 4. Prin ce se poate evalua ventilaţia pulmonară 5. Care sunt volumele pulmonare 6. Care sunt capacităţile pulmonare 7. Ce se înţelege prin etapa sanguină a respiraţiei 8. Ce reprezintă etapa tisulară a respiraţiei 9. Ce înseamnă reglarea respiraţiei 10. Prin ce se realizează reglarea respiraţiei pe cale nervoasă 11. Sub influenţa cui se realizează reglarea respiraţiei pe cale umorală 12. Care sunt adaptările imediate ale aparatului respirator la efort 13. Dar adaptările tardive Capitolul 10. Termoreglarea Termoreglarea este un fenomen complex prin care se menţine constantă temperatura corpului în condiţiile variaţiilor permanente ale mediului ambiant. Termoreglarea se realizează prin reflexe ce antrenează: - receptorii termici (pentru cald şi frig), centrali, în hipotalamus şi periferici, în piele, care sunt conectaţi prin fibre nervoase cu centrii nervoşi - centrii nervoşi reglatori cu rol în perceperea conştientă a mediului, în formarea senzaţiilor de frig sau cald şi în reglarea voluntară a temperaturii corpului - efectorii termici (muşchii scheletici şi glandele sudorale) Homeotermia se datoreşte unor mecanisme de reglare a echilibrului între producerea de căldură (termogeneză) şi pierderea ei (termoliză). 19
Termogeneza este rezultatul reacţiilor metabolice energogenetice de oxido-reducere din mitocondrii care se desfăşoară neîncetat în toate celulele organismului. Termogeneza este proportionala cu consumul de oxigen. Tiroida este considerata glanda termogenetica a organismului. Activitatea ei creste iarna si diminua vara, este mai intensa la populatiile din zonele temperate si reci si mai redusa la cele din zonele tropicale. Hormonii medulosuprarenalieni si sistemul nervos simpatic au deasemenea rol termogenetic. O alta sursa importantă de căldură este activitatea ţesutului muscular striat. Când temperatura scăzută a mediului înconjurător tinde să diminueze temteratura corpului, creşte tonusul muscular, iar când temperatura sângelui a scăzut cu mai mult de 0,6 o C , apare frisonul, caracterizat prin contracţii involuntare ale musculaturii striate, care determină o creştere considerabilă a termogenezei. Termoliza este rezultatul unor procese fizice (radiaţia, conducţia, convecţia şi evaporarea apei) a căror intensitate este reglată, în mare măsură, prin mecanisme fiziologice. Acest fenomen se realizează predominant la nivelul tegumentelor, pe această cale pierzându-se 85 % din căldura organismului şi accesoriu pe calea mucoaselor respiratorii şi prin eliminările pe cale renală şi prin materii fecale. Mecanismele termolizei sunt: - iradierea – pierderea de caldura sub forma de raze infrarosii pe care le emite organismul; - conductia – pierderea de caldura prin contact direct intre suprafata corpului si obiectele din jur; - convectia – pierderea de caldura prin incalzirea moleculelor de gaz sau lichid ce se deplaseaza pe suprafata corpului; - evaporarea – vaporizarea sudorii de la suprafata corpului, prin care se pot pierde importante cantitati de caldura; cantitatea sudorii ce se poate pirde in cursul expunerii in mediu hipertermic poate creste de la valori normale de 1,5 litri la 12 litri in 24 ore. Primele trei fenomene au loc cand aerul si obiectele din jurul nostru au o temperatura inferioara temperaturii medii cutanate (30 o C). Cand temperatura exterioara insa este mai mare decat temperatura medie cutanata, aceste trei mecanisme termolitice devin ineficiente si chiar daunatoare, transformandu-se in mecanisme de supraincalzire. In aceste conditii singurul mecanism eficient este evaporarea. 10.1. Infuenţa temperaturii mediului extern asupra organismului sportivului Temperatura scăzută a mediului determină: vasoconstricţie cutanată; diminuarea secreţiei sudorale; frison, contracţii musculare; secreţii hormonale; ingestia de alimente calorigene şi un echipament adecvat Temperatura crescută a mediului determină: vasodilataţie periferică; sudoraţie şi evaporare; diminuarea termogenezei musculare; reducerea alimentaţiei calorigene; îmbrăcăminte sumară Întrebări de verificare 1. Ce este termoreglarea 2. Prin ce se realizează termoreglarea 3. Ce antrenează aceste reflexe 4. Ce este termogeneza 5. Care sunt mecanismele termogenezei 6. Ce este termoliza 7. Care sunt mecanismele termolizei 8. Ce fenomene determină temperatura scăzută a mediului 9. Ce fenomene determină temperatura crescută a mediului Capitolul 11. Fiziologia aparatului excretor Aparatul excretor este format din cei doi rinichi şi căile de eliminare a urinii. Rinichii au următoarele funcţii majore – - formarea şi eliminarea urinii prin care, organismul excretă cea mai mare parte din produşii finali de etabolism - de a controla concentraţiile majorităţii constituienţilor organismului, contribuind la menţinerea homeostaziei şi a echilibrului acido-bazic - el are şi o funcţie endocrină, prin care secretă mai multe substanţe cu 20
proprietăţi de hormoni şi anume: - renina, prin care contribuie la reglarea tensiunii arteriale - eritropoetina, prin care controlează eritropoeza - prostaglandinele, prin care previn hipertensiunea arterială, deoarece acestea au acţiune vasodilatatoare şi tot ele scad reabsorbţia de sodiu şi cresc eliminarea lui prin urină - kininele biogene care produc vasodilataţie locală şi creşterea permeabilităţii capilare Mecanismul de formare a urinii are loc în trei procese fundamentale – ultrafiltrarea glomerurală, reabsorbţia, şi secreţia anumitor constituenţi în tubii uriniferi. 1.Ultrafiltrarea glomerurală este un proces fizic prin care se obţine urina primară cu compoziţie electrochimică identică cu cea a plasmei, dar fără proteine, este deci o plasmă deproteinizată 2.Reabsorbîia tubulară este procesul prin care sunt recuperate anumite substanţe utile organismului din ultrafiltratul glomerural, menţinându-se astfel homeostazia 3.Secreţia tubulară este procesul invers celui de reabsorbţie, prin care sunt eliminate din capilarele peritubulare în lumenul tubului urinifer substanţele nefolositoare organismului Reglarea activităţii renale se realizează pe cale nervoasă (activitatea glomerurală) şi pe cale umorală (activitatea tubulară). În reglarea nervoasă un rol important îl are sistemul nervos vegetativ care se manifestă asupra rinichiului prin efecte vasomotorii (vasoconstricţie în sistemul arterial cu scăderea debitului venos al rinichiului) În reglarea umorală, cafeina deschide un număr mare de glomeruli, având drept rezultat poliuria consecutivă. Reglarea hormonală este dată de câţiva hormoni ADH (hormonul antidiuretc sau vasopresina, hormon secretat de hipotalamus ) creşte reabsorbţia de apă în tubul distal; aldosteronul (homon mineralocorticoid secretat de corticosuprarenale) reduce eliminarea de sodiu şi creşte eliminarea de potasiu; ANF (factorul natriuretic atrial sintetizat de celulele miocardice atriale ) care inhibă secreţia de ADH; parathormonul acţionează în strânsă legătură cu vitamina D, care creşte rapid eliminarea de sodiu, potasiu, fosfat, bicarbonat, scade eliminarea de calciu, magneziu prin creşterea reabsorbţiei acestora la nivelul ramurei ascendente a ansei lui Henle şi a tubului contort distal; calcitonina stimulează moderat reabsorbţia de calciu; 11.1. Modificările excreţiei în efort Efortul determină modificări ale excreţiei renale şi extrarenale. El creşte diureza prin intensificarea circulaţiei cu creşterea presiunii de filtrare. Eforturile scurte şi intense determină creşteri ale diurezei, în timp ce eforturile de lungă durată amplifică transpiraţia în defavoarea diurezei. Eforturile intense desfăşurate în deficit de oxigen conduc la eliminări crescute de albumine, uree, acid uric, amoniac, fapt ce indică o solicitare crescută cu apel la proteine ca sursă energetică. Eliminări masive de K şi Mg trădează neadaptare la efort. Excreţia extrarenală intervine în efort când prin transpiraţii abundente se pierd multe Kg din greutatea corporală. Înotul este însoţit de o diureză crescută deoarece, transpiraţia nu se poate realiza practic în timpul efortului. Întrebări de verificare 1. Ce funcţii majore au rinichii 2. Ce procese cuprinde mecanismul de formare a urinii 3. Cum se realizează reglarea activităţii renale 4. Ce modificări determină eforturile scurte şi intense 5. Ce arată eliminările masive de K şi Mg
21
Capitolul 12. Metabolismul şi rolul lui în organism Metabolismul este o funcţie vitală a organismului prin care se realizează schimbul permanent de substanţe şi energie dintre organism şi mediul înconjurător. El constă în totalitatea transformărilor biochimice şi energetice ce se constituie în două procese antagoniste, strâns legate între ele. Acestea sunt: anabolismul, care constă în sinteza unor constituienţi structurali, realizată cu consum de energie şi catabolismul caracterizat prin procese de degradare a unor constituienţi structurali sau a unor compuşi chimici intermediari, cu eliberare consecutivă de energie. Aceste procese metabolice se desfăşoară în prezenţa unor enzime specifice şi au mecanisme proprii de control, de aceea se desfăşoară simultan. Energia necesară activităţii celulare este eliberată prin reacţii de oxido-reducere ce se desfăşoară lent şi permanent în celule. Ele eliberează energie succesiv, în cantităţi mici, utilizate pe măsură ce se produc. Organismul uman este considerat un sistem deschis, cu schimb permanent de substanţe şi energie cu mediu extern. Acest schimb începe cu ingestia de alimente şi se sfârşeşte cu eliminarea produşilor neutilizabili. Se desfăşoară în trei etape: a) în etapa digestivă sub acţiunea unor enzime specifice au loc – - fragmentarea hidrolitică a macromoleculelor organice din alimente transformarea lor în molecule simple absorbabile (glucoză, acizi graşi şi glicerină şi aminoacizi) b) în etapa celulară principiile alimentare suferă numeroase transformări. c) in etapa excretorie, produsii nefolositori sunt eliminati din organism. Totalitatea transformărilor biochimice a substanţelor rezultate din digestie poartă numele de metabolism intermediar. El reprezintă schimburile de substanţă şi energie dintre celulă şi mediul intern. Cele două tipuri de reacţii biochimice din cadrul metabolismului sunt: anabolice şi catabolice. Reacţiile anabolice sunt reacţii de sinteză a unor constituienţi celulari sau de rezervă. Prin ele au loc: reînoirea permanentă a structurilor celulare uzate, sunt sintetizate o serie de substanţe active (enzime şi hormoni) şi este asigurată creşterea şi înmulţirea celulelor, precum şi încărcarea lor cu material nutritiv de rezervă Reacţiile catabolice sunt reacţii de scindare a substanţelor în produşi finali neutilizabili (apă, CO2, substanţe azotate simple). Ele generează energie şi se desfăşoară în două etape – - metabolizarea incompletă, pe căi specifice până la acetil coenzimă A şi acid oxalic, produşi intermediari glucidelor, lipidelor şi proteinelor, cu eliberarea unei cantităţi mici de energie - metabolizarea completă a produşilor intermediari până la produşi finali, caracteristică tuturor substanţelor nutritive. Această etapă constă din reacţii de oxido-reducere, prin care se eliberează peste 90 % din energia chimică a moleculelor. O parte din reacţii se desfăşoară ciclic, în Ciclul lui Krebs, iar o altă parte are loc la nivelul lanţului respirator. Ele constau în esenţă din „arderea” alimentelor in prezenţa O2 cu eliberare de energie. Întrucât despre reacţiile metabolice se învaţă la Biochimie, ne propunem să arătăm în continuare rolul fiziologic al produşilor intermediari (glucide, lipide, protide). Rolul fiziologic al glucidelorrol energetic (prin oxidarea unui gram de glucoză rezultă 4,1 Kcal rol plastic (intră în constituţia unor structuri celulare şi intercelulare) rol funcţional (intră în molecula unor compuşi chimici cu mare valoare biologică- în acizii nucleici sub formă de riboză şi dezoxiriboză, în ATP sub formă de riboză) Principalele depozite de glucoză sunt – ficatul, ţesutul muscular şi ţesutul adipos (organe cu rol important în metabolismul glucidic). Rolul fiziologic al lipidelorrol energetic (prin oxidarea unui gram de lipide se obţin 9,3 Kcal) (stocheză energie suub formă de lipide de rezervă) rol plastic (intră în constituţia tuturor membranelor celulare) rol funcţional – din colesterol se formează acizii biliari, hormonii corticosuprarenalieni şi sexuali - rol protector ( în jurul organelor interne) - rol de izolator termic ( strat subcutanat) Rolul fiziologic al proteinelor – rol energetic-prin arderea unui gram de proteine se obţin 5,3 Kcal) 22
rol plastic (sunt substanţe plastice prin excelenţă) rol funcţional: - rol de enzime (toate enzimele sunt proteine (toate reacţiile metabolice sunt enzimatice) - rol de pigmenţi respiratori (hemoglobina) - rol de anticorpi (gamaglobuline plasmatice) - rol în coagularea sângelui (factorii plasmatici ai coagulării) - rol în geneza presiunii coloid-osmotice importantă în formarea urinii şi în schimburile capilar – ţesut - rol în contracţia musculară ( proteine contractile) - rol de sisteme tampon (pentru echilibrul acido-bazic) 12.1. Cheltuielile energetice în timpul efortului fizic Acestea înregistrează importante creşteri ale consumului de oxigen, mai ales în efortul intens, când energia calorică degajată poate depăşi pentru scurt timp de 30-50 ori valorile bazale ale cheltuielilor energetice. În funcţie de efortul fizic acestea pot fi Cheltuieli energetice de repaus reprezintă consumul de calorii necesar termoreglării, digestiei, activităţii intelectuale 2500 Kcal /24 ore. Cheltuieli energetice în efort fizic uşor muncă de birou, operare calculator, desen reprezintă 3000Kcal /24 ore. Cheltuieli energetice din efortul fizic mediu croitori, cizmari, şoferi de autoturism reprezintă 3500 Kcal /24 ore. Cheltuieli energetice în efort fizic greu şoferide basculante, tractorişti, dulgheri reprezintă 4000 4500 Kcal /24 ore Cheltuieli energetice în efortul fizic foarte greu minerii, siderurgiştii, cositul manual reprezintă 5000 Kcal /24 ore. Consumul energetic începe să crească încă înaintea începerii efortului şi în continuare, proporţional cu efortul depus. În cursul competiţiilor la efort intens necesităţile de oxigen se ridică la 30 40 l /min. Oricât s+ar mări ventilaţia pulmonară, nu se poate un consum atât de ridicat, iar pe de altă parte, posibilităţile de absorbţie a oxigenului sunt limitate, limita maximă fiind de 6-7 l min. În aceste situaţii se lucrează în datorie de oxigen, care se achită în perioada de restabilire. În funcţie de cheltuielile energetice pe ramură de sport, se poate calcula necesarul caloric zilnic. Întrebări de verificare 1. Cum se defineşte metabolismul 2. În ce constă anabolismul 3. Prin ce se caracterizează catabolismul 4. Care este rolul fiziologic al glucidelor 5. Care este rolul fiziologic al lipidelor 6. Care este rolul fiziologic al proteinelor 7. Care sunt cheltuielile energetice în repaus 8. Care sunt cheltuielile energetice în diferite tipuri de efort Bibliografie 1. Bota, C. 2. Bota, C.
- Fiziologie 2. Ed. Globus 2000, Bucureşti, 2000 - Fiziologie generală – aplicaţii la efortul fizic. Ed. Medicală, Bucureşti, 2002 3. Cârmaciu, R., Niculescu, C. Th. - Anatomia şi fiziologia omului – compendiu. Ed. Corint, Bucureşti, 1999 4. Hăulică, I. - Fiziologie umană, ediţia a-II-a, Ed. Medicală, Bucureşti, 2000 5. Nenciu, G.
- Fiziologia generală şi a efortului fizic - partea I, Ed. Fundaţiei România de Mâine, Bucureşti, 2002
6. Nenciu, G.
- Fiziologia sistemului neuromuscular cu aplicaţii în sport. Ed. Fundaţiei România de Mâine, Bucureşti, 2002 23
