Prof. dr sci. Sergej M. Ostojiñ
OSNOVI FIZIOLOGIJE SPORTA Odabrana poglavlja
Prof. dr sci. Sergej M. Ostojiñ OSNOVI FIZIOLOGIJE SPORTA, Odabrana poglavlja Izdavaå
Novi Sad Za izdavaåa Prof. dr Zlatko Ahmetoviñ, dekan Recenzenti Prof. dr sci. Zlatko Ahmetoviñ Prof. dr sci. Vladimir Jorga Konsultanti Igor Jukiñ, Kinezioloãki fakultet Sveuåiliãta u Zagrebu, Hrvatska Emir Paãaliñ, Fakultet sporta i tjelesnog odgoja Sveuåiliãta u Sarajevu, BIH Priprema za ãtampu Saãa Peãiñ Tiraæ 300 primeraka
Copyright © 2007 by tims. All rights reserved
Odlukom Nastavnog veña Fakulteta za sport u Novom Sadu br. xyz/ab od 30.03.2007. godine knjiga je prihvañena kao zvaniåni udæbenik za predmet Fiziologija sporta
SADRÆAJ PREDGOVOR I HOMEOSTAZA I STABILNO STANJE – DINAMIÅKA RAVNOTEÆA
7 8
DEFINICIJA HOMEOSTAZE
8
KONTROLNI SISTEMI ORGANIZMA
9
FIZIÅKA AKTIVNOST – IZAZOV ZA HOMEOSTAZU
10
UTRENIRANOST I OSNOVNI ELEMENTI FORME
13
II OSNOVE METABOLIZMA VEÆBANJA
16
ENERGETIKA MIÃIÑNE AKTIVNOSTI ADENOZIN TRIFOSFAT
17 18
FOSFOKREATINSKI SISTEM ANAEROBNA (BRZA) GLIKOLIZA METABOLIZAM MLEÅNE KISELINE
19 19 21
AEROBNA PRODUKCIJA ENERGIJE METABOLIZAM MASTI REGULACIJA BIOENERGETSKIH PUTEVA
22 24 26
METABOLIÅKI ODGOVORI NA VEÆBANJE Kratka, visoko-intenzivna aktivnost Tranzicija iz mirovanja u aktivnost niskog intenziteta
27 28 29
Produæena submaksimalna aktivnost Aktivnost progresivnog poveñanja intenziteta Oporavak od veæbanja MERENJE STEPENA METABOLIZMA ENERGETSKA CENA AKTIVNOSTI BAZALNI METABOLIZAM
30 31 31 32 34 35
III VEÆBANJE I KARDIOVASKULARNI SISTEM SRÅANA FREKVENCIJA I VEÆBANJE UDARNI VOLUMEN MINUTNI VOLUMEN I ARTERIO-VENSKI GRADIJENT KISEONIKA PROTOK KRVI TOKOM AKTIVNOSTI ARTERIJSKI KRVNI PRITISAK UTICAJ POLOÆAJA TELA NA KARDIORESPIRATORNE PARAMETRE MAKSIMALNA POTROÃNJA KISEONIKA 3
37 37 39 40 42 43 44 45
ODREŒIVANJE VO2 MAX
47
VENTILATORNI PRAG DINAMIÅKE (IZOTONIÅNE) I STATIÅKE (IZOMETRIJSKE) AKTIVNOSTI
48 50
AKTIVNOSTI GORNJIH I DONJIH EKSTREMITETA
51
IV RESPIRATORNI SISTEM I VEÆBANJE
53
PROMENE RESPIRATORNIH PARAMETARA TOKOM VEÆBANJA
53
RESPIRATORNI SISTEM I HRONIÅNI TRENAÆNI STIMULUS
56
V MIÃIÑNA VLAKNA – STRUKTURA, KONTRAKCIJA, TIPIZACIJA
59
MAKROSKOPSKA STRUKTURA MIÃIÑA
60
MIKROSKROPSKA STRUKTURA MIÃIÑNOG VLAKNA MEHANIZAM MIÃIÑNE KONTRAKCIJE
61 63
TIPIZACIJA MIÃIÑNIH VLAKANA
66
Miãiñna vlakna tip I Miãiñna vlakna tip II TRENING I MODELOVANJE MIÃIÑNIH VLAKANA
67 68 69
VI NEUROMIÃIÑNI ASPEKTI POKRETA
71
NERVNA KONTROLA MIÃIÑNE KONTRAKCIJE KONTROLA POKRETA – KIÅMENA MOÆDINA I PIRAMIDALNI SISTEM
71 73
PROPRIOCEPTORI MIÃIÑNO VRETENO I MIOTATSKI REFLEKS GOLGI-JEV TETIVNI ORGAN
75 75 79
VII PRINCIPI TRENINGA I ADAPTACIJE
81
SPECIFIÅNOST TRENINGA NADOPTEREÑENJE I INTENZITET Metoda sråane frekvencije Metoda subjektivne procene zamora Trajanje veæbanja Uåestalost INDIVIDUALIZACIJA I ADAPTACIJA PROGRESIVNOST TRENINGA I ODRÆAVANJE REVERZIBILNOST ZAGREVANJE I AKTIVNOSTI NAKON TRENINGA TAPERING MIÃIÑNI TRENING I FIZIOLOÃKE ADAPTACIJE Nadopterñenje u miãiñnom treningu Adaptacija, progresija i individualizacija Neuromuskularne adaptacije 4
82 83 85 87 88 89 89 90 91 92 93 94 95 97 98
VIII MEHANIZMI MIÃIÑNOG ZAMORA
100
ZAMOR I KRATKOTRAJNA AKTIVNOST VISOKOG INTENZITETA
101
ZAMOR KOD AKTIVNOSTI IZDRÆLJIVOSTI
102
IX FIZIÅKA NEAKTIVNOST (DETRENING) I ADAPTACIJE
105
UTICAJ DETRENINGA NA KARDIOVASKULARNE PARAMETRE
105
NEAKTIVNOST I METABOLIÅKE ADAPTACIJE DETRENING KOD VRHUNSKIH SPORTISTA
107 108
X FIZIÅKA AKTIVNOST I FAKTORI SPOLJAÃNJE SREDINE
110
TOPLOTNI STRES
110
KONDUKCIJA I RADIJACIJA DISBALANS TOPLOTNE RAVNOTEÆE
112 113 115
Personalne protektivne mere UTICAJ NISKIH TEMPERATURA NA VEÆBANJE VEÆBANJE U USLOVIMA VISOKE NADMORSKE VISINE VEÆBANJE U USLOVIMA AEROZAGAœENJA
XI ANALIZA TELESNE STRUKTURE I GRAŒE U SPORTU MORFOLOÃKI NIVOI ORGANIZACIJE MODELI I METODI STRUKTURISANJA
115 117 120
122 122 127
Denzitometrija - podvodno merenje teæine i pletizmografija Dvostuko-energetska apsorpciometrija X zraka (DEXA)
127 127
Analiza bioelektriåne impedance (BIA) Preinfracrvena reaktanca (NIR) Kompjuterizovana tomografija (CT) i nuklearna magnetna rezonaca (NMR)
128 128 129
ANTROPOMETRIJA U SAVREMENOJ SPORTSKOJ NAUCI SOMATOTIPIZACIJA SPORTISTA PROPORCIONALNOST I SPORTSKI NASTUP
XII FUNKCIONALNA TESTIRANJA U SPORTU EFEKTI TESTIRANJA I IZBOR TESTA MERENJE MIÃIÑNE SILE I SNAGE TESTIRANJE AEROBNE SPOSOBNOSTI TESTIRANJE ANAEROBNE MOÑI I KAPACITETA
129 134 135
137 137 140 142 145
148 150
XIII LITERATURA XIV ELEKTRONSKE ADRESE
5
6
PREDGOVOR Moderni sport postao je poligon za takmiåenje ne samo vrhunskih sportista veñ i sve brojnijeg tima struånjaka i nauånika koji pomaæu uåesnicima u sportu da postignu vrhunski rezultat, åesto izlaæuñi organizam optereñenjima iznad tolerantnih. Kljuånu ulogu u razumevanju raznovrsnih mehanizama adaptacije organizma åoveka na sportsku aktivnost ima fiziologija sporta. U isto vreme baziåna i primenjena nauka, fiziologija sporta opisuje i objaãnjava odgovore ljudskog organizma na sport, omoguñavajuñi optimizovanje sportskog nastupa kroz dizajniranje preciznog, efikasnog i bezbednog trenaænog programa. Shodno pomenutom, udæbenik Osnove fiziologije sporta namenjen je pre svega studentima Fakulteta za sport i turizam TIMS u Novom Sadu koji kroz predmet Fiziologija sporta stiåu osnovna znanja iz biologije sporta, fiziåke aktivnosti i veæbanja. Kako je literatura iz ove oblasti na naãem jeziku relativno oskudna, iskreno se nadam da ñe Osnovi fiziologije sporta biti zanimljivo ãtivo i buduñim i sadaãnjim sportskim lekarima, sportistima, trenerima i svima drugima koji koriste principe fiziologije sporta u svakodnevnom radu, od amaterskog do vrhunskog nivoa takmiåenja. U knjizi su prikazana odabrana znanja iz fiziologije sporta i veæbanja kroz spektar esencijalnih podataka, dijagrama, slika i tzv. naprednih delova teksta. Mada je od svih sportskih nauka, fiziologija sporta najdinamiånija i koliåina novih saznanja raste svakodnevno, autor se trudio da izloæene informacije budu ãto je moguñe aktuelnije. U tom smislu, svaka sugestija, kritika ili savet koji bi knjigu unapredili i poboljãali su viãe nego dobrodoãli. Mnoga buduña poglavlja fiziologije sporta åekaju da budu napisana. Upravo zbog toga, ovaj tekst posveñen je buduñim piscima i svima koji tragaju za novim saznanjima, istraæujuñi svet sportske nauke i menjajuñi ga uz pomoñ novih informacija, iskustva i kreativnosti. Koliku zahvalnost dugujem svojim uåiteljima, joã veñu dugujem svojim uåenicima koji me svakoga dana podseñaju da se obiåni ljudi prilagoœavaju svetu a da samo posebni prilagoœavaju svet sebi, åineñi od njega bolje mesto za æivot. Novi Sad, januar 2007. godine
Sergej M. Ostojiñ
7
I HOMEOSTAZA I STABILNO STANJE – DINAMIÅKA RAVNOTEÆA Pre viãe od sto godina, francuski fiziolog Claude Bernard uoåio je zadivljujuñu ravnoteæu unutraãnje sredine organizma åoveka (milieu interior) bez obzira na drastiåne promene spoljaãnjeg okruæenja. Åinjenica da ljudsko telo uspeva da odræi relativnu nepromenjivost unutraãnjeg prostora, bez obzira na faktore kakvi su fiziåko veæbanje, toplota, hladnoña ili gladovanje, nije sluåajan incident veñ rezultat besprekornog funkcionisanja mnogih kompleksnih kontrolnih sistema. Mehanizmi koji su odgovorni za odræavanje stabilnosti unutraãnje sredine jedan su od najvaænijih predmeta interesovanja fiziologije fiziåke aktivnosti.
DEFINICIJA HOMEOSTAZE Termin homeostaza prvi put je upotrebio Walter Cannon 30-ih godina dvadesetog veka kao stanje odræavanja konstantne ili nepromenjene unutraãnje sredine organizma. Sliåan termin, stabilno stanje åesto se koristi u fiziologiji sporta i fiziåke aktivnosti da oznaåi ravnoteæu fizioloãkih sistema. Iako se ovi termini uobiåajeno koriste kao sinonimi, homeostaza se odnosi na stanje relativne nepromenjenosti unutraãnje sredine tokom mirovanja, nastala kao rezultat brojnih kompenzatornih regulatornih procesa. Sa druge strane, stabilno stanje ne znaåi da je unutraãnja sredina „normalna“ veñ jednostavno da se ne menja odræavajuñi se na nekom novom postignutom nivou. Drugim reåima, ravnoteæa je postignuta izmeœu zahteva kojima je organizam izloæen i odgovora na te zahteve. Primer koji omoguñava razumevanje terminoloãkih razlika je sluåaj kretanja telesne temperature tokom veæbanja. Homeostaza se odnosi na mirovne nepromenjene vrednosti unutraãnje temperature organizma koja iznosi oko 37°C. Kada zapoånemo veæbanje umerenog intenziteta, temperatura raste, homeostaza se remeti a nakon oko 40 minuta veæbanja uspostavlja se novo stanje ravnoteæe ili stabilno stanje (npr. 38°C) jer se telesna temperatura dalje ne menja (ne raste) (Slika 1.1). Dakle homeostaza uglavnom opisuje normalnu mirovnu ravnoteæu a termin stabilno stanje, balans ostvaren za vreme fiziåke aktivnosti.
8
Slika 1.1 Promene telesne temperature tokom 60 minuta veæbanja u
termo-neutralnom ambijentu (temperatura dostiæe plato nakon 40 minuta) Mada koncept homeostaze podrazumeva nepromenjivost unutraãnje sredine, mnogi fizioloãki parametri variraju oko odreœene vrednosti. U tom smislu, homeostazu smatramo oblikom dinamiåke ravnoteæe koja je rezultat delovanja bioloãkih sistema povratne sprege koji reguliãu brojne fizioloãke parametre.
KONTROLNI SISTEMI ORGANIZMA Ljudski organizam poseduje stotine razliåitih kontrolnih sistema i cilj veñine je regulisanje odreœenih fizioloãkih parametara u okviru konstantnih vrednosti. Najsloæeniji sistemi nalaze se u samoj ñeliji i oni reguliãu procese kao ãto su razlaganje i sinteza proteina, produkcija energije i odræavanje odgovarajuñih koliåina deponovanih hranljivih materija. Gotovo svi organski sistemi ljudskog organizma funkcioniãu u cilju odræavanja homeostaze. Na primer, pluña (respiratorni sistem) i srce (kardiovaskularni sistem) deluju zajedno u cilju obezbeœivanja kiseonika i uklanjanja ugljen dioksida iz meœuñelijske (ekstracelularne) teånosti. Åinjenica da je kardiorespiratorni sistem sposoban da odræava normalne nivoe kiseonika i ugljen dioksida, tokom perioda intenzivnog veæbanja, nije sluåajnost veñ posledica rada preciznih kontrolnih sistema. Bioloãki kontrolni sistemi definiãu se kao lanac meœusobno povezanih komponenti koje odræavaju vrednost odreœenog parametra (hemijskog ili fiziåkog) na konstantnom nivou. Osnovne komponente kontrolnog sistema su receptor, integrativni centar i efektor. Signal koji zapoåinje operaciju kontrolnog sistema je stimulus (draæ), kao ãto je promena krvnog pritiska ili temperature. Stimulus nadraæuje receptor (komponentu sposobnu da detektuje promenu konkretnog parametra) koji ãalje poruku do integrativnog centra. Integrativni centar je kontrolna struktura koja analizira delovanje stimulusa i ãalje odgovarajuñu poruku elementu poznatom kao efektor, koja izaziva korigovanje poremeñaja, odgovorom åiji je cilj ponovno uspostavljanje homeostaze. Povratak unutraãnje sredine u normalne okvire dovodi do smanji-
9
vanja efekta matiånog stimulusa koji je sluæio kao okidaå kontrolnih sistema u organizmu. Ovakav tip odgovora poznat je kao negativna povratna sprega.
Slika 1.2 Primer homeostatske kontrole koncentracije ugljen dioksida (CO2)
Veñina sistema u organizmu funkcioniãe po sistemu negativne povratne sprege. Na primer, regulacija koncentracije ugljen dioksida u ekstracelularnoj teånosti od strane respiratornog sistema funkcioniãe po sistemu negativne povratne sprege (Slika 1.2). Poveñanje koncentracije ugljen dioksida iznad normalnih vrednost, koja moæe nastati kao posledica veæbanja, stimuliãe receptore koji ãalju informaciju do respiratornog kontrolnog centra koji izaziva poveñanje frekvencije disanja. Efektori su u ovom sluåaju respiratorni miãiñi a poveñana uåestalost disanja balansira nivo ugljen dioksida do normalnih vrednosti uspostavljanjem homeostaze. Razlog zaãto se ova sprega zove negativna je posledica åinjenice da je odgovor kontrolnog sistema suprotan (negativan) stimulusu koji ga je izazvao. Ãto je veñi kapacitet kontrolog sistema, to je sistem sposobniji da koriguje poremeñaje homeostaze pa najvaæniji kontrolni sistemi u organizmu imaju veliki kapacitet tj. znatnu moguñnost adaptacije i kontrole.
FIZIÅKA AKTIVNOST – IZAZOV ZA HOMEOSTAZU Miãiñno veæbanje predstavlja test za brojne homeostatske kontrolne sisteme organizma jer veæbanje, direktno ili indirektno, utiåe na mnoge fizioloãke parametre (sråanu frekvencu, brzinu disanja, telesnu temperatura). Na primer, za vreme intenzivnog veæbanja, skeletna muskulatura proizvodi veliku koliåinu mleåne kiseline koja izaziva porast kiselosti (aciditeta) u intrañelijskoj i meœuñelijskoj teånosti. Ovaj porast kiselosti ozbiljan je izazov za telesne sisteme kontrole acido-baznog statusa. Takoœe, naporno veæbanje poveñava potrebu aktivne muskulature za kiseonikom, dok se istovremeno proizvode velike koliåine ugljen dioksida. Ove promene se moraju efikasno kompenzovati poveñanjem pluñne ventilacije i protoka krvi koji udruæeno dovode do poveñanja isporuke kiseonika skeletnoj muskulaturi i ukljanjanja metaboliåkih nusprodukata. Dalje, aktivni miãiñi proizvode veliku koliåinu toplote koja se mora ukloniti da bi se spreåilo pregrevanje organizma. Kontrolni sistemi moraju brzo da reaguju spreåavajuñi izmene unutraãnje sredine. Ipak, u pojedinim situacijama, kakvo je npr. veæbanje u toplom i vlaænom ambijentu, poremeñaji ravnoteæe 10
su preveliki åak i za kontrolne sisteme znatnog kapaciteta, pa se ne uspostavlja stabilno stanje, pojavljuje se zamor, aktivnost se prekida i javljaju se patoloãke promene. Shvatanje adaptacija koje organski sistemi trpe tokom akutnog i hroniånog izlaganja fiziåkoj aktivnosti predstavljaju sræ interesovanja fiziologije sporta. Fiziåko veæbanje (exercise) se definiãe kao pojedinaåna akutna epizoda miãiñne aktivnosti koja zahteva potroãnju energije iznad vrednosti u mirovanju i koja uglavnom dovodi do voljnih pokreta ekstremiteta ili åitavog tela. Kao ãto ñemo videti, veæbanje dovodi do poremeñaja homeostaze i ovi poremeñaji predstavljaju odgovor organizma na veæbanje. Oåigledan primer sa kojim je veñina aktivnih osoba upoznata je porast frekvencije srca tokom veæbanja åiji stepen porasta zavisi od velikog broja spoljaãnjih i unutraãnjih faktora (Tabela 1.1). Iako svako veæbanje zahteva poveñanje energetske potroãnje iznad vrednosti u mirovanju i porast frekvencije srca, a veñina ukljuåuje izvoœenje voljnih pokreta, ne dovode sve aktivnosti do istih fizioloãkih odgovora. Tabela 1.1 Primer dnevnih varijacija sråane frekvencije u mirovanju i optereñenju Doba dana 02:00
10:00
14:00
18:00
20:00
Sråana frekvencija (udara/min)
Stanje Mirovanje
06:00
65
69
73
74
72
69
Lagana aktivnost
100
103
109
109
105
104
Umerena aktivnost
130
131
138
139
135
134
Maksimalan napor
179
179
183
184
181
181
Oporavak (3 min)
118
122
129
128
128
125
Da bi se razumeli i analizirali odgovori organizma na dejstvo fiziåke aktivnosti, potrebno je opisati vrstu (modalitet) veæbanja, intenzitet kojim se veæba ili trenira i karakteristike osobe koja je uåesnik aktivnosti. Na primer, veslanje ima veoma razliåit efekat na kardiorespiratorni sistem u odnosu na fudbal. Modalitet aktivnosti se uglavnom klasifikuje prema energetskim potrebama (npr. aerobni ili anaerobni) ili glavnoj miãiñnoj aktivnosti (npr. dinamiåka ili statiåka). Hodanje, biciklizam i plivanje su primeri kontinuiranih, ritmiånih aerobnih aktivnosti; skakanje, sprint ili dizanje tegova su tzv. anaerobne i/ili statiåke aktivnosti. Ãto se tiåe intenziteta (jaåine) veæbanja najåeãñe se opisuju termini kao ãto su maksimalni i submaksimalni intenzitet. Maksimalni intenzitet veæbanja odnosi se na vrãnu jaåinu, najveñe optereñenje ili najduæe trajanje aktivnosti koje je osoba sposobna da izvede. Motivacija ovde igra vaænu ulogu u postizanju maksimalnog intenziteta. Uglavnom se najveñe vrednosti postiæu tokom aktivnosti stepenastog poveñenja optereñenja, kada osoba poåinje veæbanje na prihvatljivom intenzitetu a zatim ga poveñava do maksimalno tolerantnog nivoa. Fizioloãke vrednosti merene u ovakvim okolnostima uglavnom se oznaåavaju kao maksimalne (npr. maksimalna sråana frekvencija - HRmax, maksimalna potroãnja kiseonika - VO2max). Åesto se sreñe i termin tzv. submaksimalnog 11
intenziteta veæbanja. Submaksimalno veæbanje se opisuje na nekoliko naåina a najåeãñe se koristi optereñenje za koje se zna ili pretpostavlja da je ispod maksimalnih vrednosti za posmatranu osobu. Moæe se izraziti kao apsolutno odnosno relativno submaksimalno optereñenje, koje se åeãñe koristi zbog valorizacije proporcionalnosti i moguñnosti poreœenja osoba razliåitih telesnih dimenzija. Odreœene karakteristike osobe koja veæba takoœe utiåu na razlike u stepenu odgovora na fiziåku aktivnost. Osnovni obrazac odgovora je za sve osobe isti, meœutim, stepen odgovora zavisi od pola, starosti i fizioloãkog statusa kao ãto je zdravstveno stanje ili nivo pripremljenosti osobe koja veæba. U svakom sluåaju postoje dva glavna cilja veæbanja – ostvarivanje zdravstvenih efekata na organizam i stvaranje baze za sportski rezultat. Zdravstveni efekti veæbanja podrazumevaju aktivnosti koje su usmerene na spreåavanje oboljenja ili rehabilitaciju od povreda ali i razvijanje visokog nivoa funkcionalnog kapaciteta za neophodne svakodnevne delatnosti. Shodno tome, cilj je uåestvovanje u veæbanju u meri koja je dovoljna da dovede do odreœenih zdravstveno-korisnih efekata i unapreœenja kvaliteta æivota. Sa druge strane, sportsko kondicioniranje ima uæi fokus – usmerenje na optimiziranje sportskog rezultata. U tom smislu, neophodno je analizirati fizioloãke zahteve sporta i poziciju sportiste u odnosu na ove zahteve. Kada se poznaju ova dva elementa, moguñe je razviti specifiåno dizajniran invidualizovan trenaæni program. Ovakav program treba da angaæuje specifiånu muskulaturu i obezbedi optimalan balans izmeœu agonistiåkih i antagonistiåkih miãiñnih grupa, razvije ili unapredi biomehaniåki obrazac sporta, ostvari metaboliåke zahteve i inkorporira motorne karakteristike neophodne za dostizanje cilja. Uklapanjem svih elemenata u jednu celinu dostiæemo stanje fiziåke pripremljenosti (utreniranosti) koja se definiãe kao fizioloãko stanje koje pruæa osnovu za svakodnevne aktivnosti, zaãtitu od hipokinetskih bolesti i temelj za uåestvovanje i uspeh u sportu. Hipokinezija se definiãe kao odsustvo kretanja i jedan je od glavnih faktora za pojavu tzv. hipokinetskih bolesti koje nastaju kao posledica nedostataka fiziåke aktivnosti. U zapadnim druãtvima, viãe od 2/3 populacije nedovoljno je fiziåki aktivno a dnevna potroãnja energije od 50-ih godina dvadesetog veka do danas se smanjila za oko 30%. Fiziåka neaktivnost povezuje se sa poveñanom uåestalosti mnogih bolesti kao ãto su gojaznost, kardiovaskularne bolesti, ãeñerna bolest, pojedina maligna oboljenja. Osoba koja je fiziåki aktivna ima duæi proseåni æivotni vek i manju stopu oboljevanja u odnosu na osobu koja je fiziåki neaktivna (sedentarna) a poveñanje nivoa aktivnosti koji odgovara energetskoj potroãnji od svega 1000 kcal/nedeljno smanjuje rizik od umiranja i oboljevanja za 25%. Ameriåki Centar za prevenciju i kontrolu bolesti preporuåuje 30 minuta ili viãe umerene fiziåke aktivnosti koju treba akumulirati tokom dana, kako bi se ostvarili pozitivni zdravstveni efekti, posebno kod osoba koje boluju od hroniånih oboljenja.
12
UTRENIRANOST I OSNOVNI ELEMENTI FORME Pripremljenost ili forma (utreniranost) za razliåite ljude ima razliåita znaåenja. Dostiñi æeljenu formu znaåi postiñi vrlo poseban i specifiåan cilj na odreœeni naåin. Za nekoga to moæe da znaåi istråati maraton za manje od tri åasa. Kod drugih utreniranost znaåi sposobnost da se veæba tri puta nedeljno; pojedinci misle da pripremljenost znaåi odsustvo zamora u svakodnevnim aktivnostima. Saznanja o blagotvornosti fiziåke aktivnosti i dostizanja forme u mnogome su se promenili poslednjih decenija pa mnoge osobe kada razmiãljaju o fiziåkoj formi misle na specifiåne aspekte koje æele da poboljãaju i unaprede. Na primer, za neke je vaæno da razviju jaåu muskulaturu, za druge da poboljãaju pokretljivost dok treñi æele da koriguju telesnu teæinu i poprave estetski utisak o sopstvenom telu. Forma (physical fitness) se definiãe kao skup karakteristika koje osoba ima ili razvija, a koje su povezane sa sposobnoãñu za obavljanje odreœene fiziåke aktivnosti. Fiziåka pripremljenost (forma) smatra se, sastavljena je od merljivih komponenti koje omoguñavaju osobi da poboljãa svoje aktivnosti u okviru razliåitih sportskih i svakodnevnih zahteva. Forma se u ovom smislu uobiåajeno postiæe specifiånim reæimom koji se sastoji iz strukturisanih epizoda treninga u zatvorenom ili otvorenom prostoru. Uopãteno uzev, postoji nekoliko glavnih komponenti fiziåke pripremljenosti (forme) na koje se obraña paænja pri utvrœivanju stepena pripremljenosti i dizajniranja adekvatnog programa treninga (Slika 1.3).
Slika 1.3 Osnovni elementi fiziåke pripremljenosti (forme)
Kardiovaskularna forma predstavlja sposobnost srca i pluña da isporuåe adekvatnu koliåinu kiseonika aktivnim miãiñima. Koliko intenzivno srce obavlja svoju funkciju moæe se indirektno pratiti preko vrednosti sråane frekvencije (HR). Veñe vrednosti HR odgovaraju intenzivnijoj aktivnosti i veñim potrebama aktivne muskulature. Vre13
dnosti HR uvek rastu kako rastu potrebe tkiva za kiseonikom - odnos je linearan. Cilj svakog trenaænog programa je da poboljãa efikasnost srca i pluña. Ova poboljãanja ostvaruju se na tri glavna naåina: poveñanjem koliåine kiseonika koji ulazi u pluña, poboljãanjem preuzimanja i transporta kiseonika putem cirkulacije i poboljãanjem sposobnosti miãiña da preuzimaju i koriste (utiliziraju) kiseonik. Ukoliko treningom ostvarimo pomenute adaptacije, za posledicu ñemo imati smanjenje sråane frekvencije u mirovanju. To pokazuje da srce kuca manji broj puta u minutu a isporuåuje istu koliåinu kiseonika tkivima - ono radi efikasnije i ekonomiånije. Optimalna kardiovaskularna forma je od koristi jer omoguñava da se svakodnevne aktivnosti obavljaju lakãe, bez zamora i sa manje utroãene energije. Miãiñna izdræljivost opisuje se kao broj ponovljenih kontrakcija miãiña ili miãiñne grupe koje se izvode protiv optereñenja bez zamora ili vreme za koje se jedna kontrakcija zadræava bez pojave zamora. Uopãteno govoreñi, programi unapreœenja miãiñne izdræljivosti podrazumevaju izvoœenje velikog broja ponavljenih kontrakcija nasuprot slabom otporu i mogu pripremiti osobu za razliåite sportske ili svakodnevne aktivnosti. Ovim tipom veæbanja miãiñi postaju efikasniji u preuzimanju i koriãñenju kiseonika. Oåigledna promena koju osoba primeñuje, kao posledica treninga miãiñne izdræljivosti, je produæenje trajanja treninga bez pojave nelagodnosti i zamora. Miãiñna snaga se definiãe kao maksimalna sila miãiña (miãiñne grupe) koja se razvija tokom jedne kontrakcije. Åesto se kao sinonim koristi i jedan repetitivni maksimum (1-RM) koji sluæi kao metod merenja snage miãiña. Kada se postigne æeljena miãiñna snaga, åesto je prisutno i poveñanje veliåine miãiña i obiåno, moæe se podiñi veñi repetitivni maksimum. Pored sportskog nastupa, poboljãanje miãiñne snage je od koristi i u svakodnevnim dnevnim aktivnostima od podizanja namirnica do pomeranja nameãtaja. Fleksibilnost je karakteristika koja podrazumeva obim pokreta koji se moæe izvesti u odreœenom zglobu. Fleksibilnost je specifiåna za svaki zglob u organizmu. Biti elastiåan u jednom zglobu (npr. zglobu kuka) ne znaåi optimalnu fleksibilnost u drugom zglobu (npr. zglobu ramena). Fleksibilnost je åesto zanemareni element treninga ali ona ne samo da pruæa korisne efekte u sportskim aktivnostima veñ je znaåajna u sticanju slobode pokreta u starijem uzrasnom dobu. Ãirok spektar motoriåkih sposobnosti obuhvata koordinaciju, brzinu, ravnoteæu, agilnost to jest veãtine nephodne za obavljanje odreœene specifiåne aktivnosti. Ove veãtine treba da budu ãto sliånije odreœenoj aktivnosti kako bi se neuromiãiñni kompleks uspeãno trenirao. Poseban element forme odnosi se na telesne dimenzije meœu kojima telesna struktura (sastav) ima kljuåni znaåaj za optimalno zdravlje i sportski rezultat. Viãak masnog tkiva iznad optimalnih vrednosti (Tabela 1.2) izlaæe osobu poveñanom zdravstvenom riziku od gojaznosti, kardiovaskularnih oboljenja, ãeñerne i malignih bolesti, a sportisti onemoguñava optimalan nastup u sportovima u kojima dominiraju aktivnosti tråanja ili skakanja.
14
Tabela 1.2 Sadræaj masti (%) u strukturi sastava tela neaktivnih osoba Pothranjeni
Zdravi
Podgojeni
Gojazni
20-39 godina
21
21-33
33-39
39
40-59 godina
23
23-34
34-40
40
60-79 godina
24
24-36
36-42
42
20-39 godina
8
8-20
20-25
25
40-59 godina
11
11-22
22-28
28
60-79 godina
13
13-25
25-30
30
Æene
Muãkarci
Balansirani, personalizovani reæim programirane aktivnosti moæe poboljãati sve pomenute elemente forme. Ipak, postoje odreœeni genetski faktori koji osobi daju odreœene prednosti i nedostatke pri dostizanju pojedinih elemenata utreniranosti. Kroz naredna poglavlja, upoznañemo se sa osnovnim elementima funkcionalnih i morfoloãkih adaptacija koje nastaju na organskim sistemima kao posledica delovanja fiziåke aktivnosti i veæbanja. Razumevanje promena koje se deãavaju na metaboliåkom, kardiorespiratornom i neuromiãiñnom sistemu osnova su za dizajniranje individualnih ili grupnih, originalnih i efikasnih programa treninga, bez obzira da li se radi o profesionalnom sportisti, osobi koja uåestvuje u aktivnosti iz zadovoljstva ili bolesniku koji doæivljava fiziåku aktivnost kao lek. Francuski lekar i fiziolog Joseph-Clement Tisot joã je u osamnaestom veku formulisao kljuåni postulat doziranja fiziåke aktivnosti - fiziåka aktivnost moæe zameniti svaki lek, meœutim ni jedan lek ne moæe zameniti fiziåku aktivnost!
15
II OSNOVE METABOLIZMA VEÆBANJA Veñina osoba, bile one fiziåki aktivne ili sedentarne, tokom dana ima tri obroka. Bez obzira na velike razlike u sastavu unetih namirnica, socijalne i psiholoãke sklonosti povezane sa ishranom, sa fizioloãke taåke glediãta materije unete hranom neophodne su za obezbeœivanje energije esencijalne za svaku ñeliju i brojne funkcije ljudskog organizma. U cilju da obezbedi energiju, hrana se kroz niz procesa u organizmu transformiãe u hemijsku energiju. Skup svih hemijskih reakcija u organizmu zove se metabolizam. Ukoliko se energija koristi u cilju izgradnje telesnih tkiva (npr. povezivanjem amino kiselina kako bi se stvorili proteini, osnovni element strukture skeletne muskulature) ove procese zovemo anabolizam. Suprotno, ukoliko obuhvatimo sve reakcije razlaganja hemijskih jedinjenja i tkiva (npr. razgradnja glikogena radi oslobaœanja energije za miãiñnu kontrakciju) ove procese zovemo katabolizam. Sa taåke glediãta oblika i vrste metaboliåkih reakcija koje dominiraju tokom fiziåke aktivnosti i veæbanja, primaran znaåaj pripada kataboliåkim reakcijama. Osnovni cilj je obezbeœivanje energije koja omoguñava miãiñnu aktivnost, bez obzira da li je angaæovana mala ili velika miãiñna masa, veæbanje lako ili naporno, intenzitet submaksimalan ili maksimalan. U obezbeœivanju neophodne energije za organizam, telo åoveka ponaãa se u skladu sa prvim zakonom termodinamike – energija se ne stvara niti uniãtava veñ samo menja oblike. Shodno tome, sve hemijske reakcije su meœusobno povezane (kuplovane) – jedne oslobaœaju energiju (egzergone) a druge koriste osloboœenu energiju (endergone) (Slika 2.1).
16
Slika 2.1 Povezane (kuplovane) hemijske reakcije u organizmu
ENERGETIKA MIÃIÑNE AKTIVNOSTI U stanju mirovanja proseåan muãkarac teæak sedamdeset kilograma, troãi energiju dinamikom od oko 1.2 kilokalorije svakog minuta. Dok miruje, manje od jedne petine energetske potroãnje „odlazi” na skeletnu muskulaturu. Meœutim, kada zapoåne fiziåka aktivnost, dolazi do znatnog poveñanja potroãnje energije koja je uglavnom posledica angaæovanja aktivne skeletne muskulature. Minutni volumen srca (ukupna koliåina krvi koje srce ispumpa za jedan minut) i sråana frekvencija rastu kao posledica poveñanog metabolizma åitavog organizma. Kako bi se ispunili poveñani zahtevi srca, poveñava se za åetiri puta protok krvi i potroãnja kiseonika u samom sråanom miãiñu. Tokom intenzivnog veæbanja, ukupna potroãnja energije poveñava se za 15 do 25 puta iznad vrednosti u mirovanju, ãto dovodi do kalorijske potroãnje od oko 18-30 kcal/minut. Glavni deo ovog porasta (preko 70%) odnosi se na obezbeœivanje goriva za aktivnu muskulaturu, koja moæe poveñati energetske zahteve i za 200 puta! Kompletna energija neophodna aktivnoj skeletnoj muskulaturi proizvodi se procesima u kojima materije bogate energijom sagorevaju jednim od dva naåina – aerobnim i anaerobnim putem. Aerobni energetski metabolizam obuhvata sve reakcije u kojima se hemijska energija proizvodi i oslobaœa uz prisustvo kiseonika, za razliku od anaerobnog metabolizma koji ne zahteva ambijent bogat kiseonikom. Za razliku od ñelija nervnog sistema koje proizvode energiju aerobnim putevima i sråanog miãiña koji ima veliki aerobni i veoma mali anaerobni kapacitet za proizvodnju energije, ñelije skeletne muskulature poseduju sposobnost generisanja energije i aerobnim i anaerobnim putevima, zavisno od okolnosti. Aerobni i ananerobni bioenergetski procesi 17
konvertovanja hemijske energije u mehaniåku (miãiñnu kontrakciju) obuhvataju spektar sloæenih procesa u åijem se srediãtu nalazi adenozin trifosfat.
ADENOZIN TRIFOSFAT Potencijalna metaboliåka hemijska energija (gorivo) unosi se ishranom. Ugljeni hidrati, masti i proteini iz namirnica poseduju energetski potencijal koji se nizom hemijskih reakcija transformiãe i deponuje u formi visoko-energetskog jedinjenja, adenozin trifosfata (ATP), sastavljenog od nukleotida adenina, riboze i tri fosfatne grupe (Slika 2.2).
Slika 2.2 Hemijska struktura adenozin trifosfata (ATP)
Svaka fosfatna grupa vezana je tzv. visoko-energetskim vezama åijim odvajanjem dolazi do oslobaœanja hemijske energije. Energija koja se oslobaœa putem hidrolize visoko-energetske supstance ATP, iz kojih nastaju adenozin difosfat (ADP) i neorganska fosfatna grupa (Pi), pokreñe kontrakciju skeletne muskulature. Reakcija je kontrolisana dejstvom kontrolnog proteina, enzima miozin ATP-aze.
Ova hemijska reakcija je reverzibilna i zahteva ulaganje (potroãnju) energije. Koliåina ATP u miãiñu, koja je direktno dostupna u svakom trenutku, relativno je mala (3 do 5 mmol ATP/kg miãiñne mase) pa je neophodna neprekidna sinteza, ukoliko fiziåka aktivnost traje duæe od nekoliko sekundi. Sreñom, miãiñna vlakna poseduju metaboliåki aparat koji proizvodi ATP koriãñenjem razliåitih izvora i puteva za stvaranje energije fosfokreatinskim sistemom, glikolitiåkim putem (odvija se u citoplazmi ñelije) i oksidacijom hranljivih materija (nutrijensa) do ugljen dioksida i vode, koja se odvija u mitohondrijama miãiñne ñelije. 18
FOSFOKREATINSKI SISTEM Fosfokreatinski sistem obezbeœuje transfer visoko-energetske fosfatne grupe sa kreatin fosfata (PC), jedinjenja bogatog energijom koje se nalazi u ñeliji, na ADP åime se fosforilacijom gradi ATP i kreatinski ostatak (C). Reakcija je kontrolisana enzimom kreatin kinazom.
Ovaj sistem obnove ATP se odvija brzo jer ukljuåuje samo jednu hemijsku reakciju i jedan enzim koji je reguliãe. Meœutim, kreatin fosfat se nalazi u ograniåenoj koliåini u ñeliji pa je oåekivana koliåina nastalog ATP-a mala a trajanje reakcije relativno kratko (8-10 sekundi). Za proces refosforilacije ATP nije potrebno prisustvo kiseonika pa se ovaj sistem zove anerobni alaktatni energetski sistem, jer nema stvaranja mleåne kiseline. Kreatin je prirodna supstanca, derivat aminokiseline glicina. Sinteza kreatina od oko 1 gram na dan nastaje u jetri, pankreasu i bubrezima iz amino kiselina glicina, arginina i metionina. Kreatin je normalan element dnevne ishrane sa potrebama od 2 do 3 grama, zavisno od veliåine organizma i brzine metabolizma. Pribliæno 3 do 5 grama kreatina se nalazi u svakom kilogramu nekuvanog mesa ili ribe. U celini se apsorbuje iz tankog creva i ulazi u cirkulaciju. Veñi deo kreatina (oko 95%) u ljudskom organizmu nalazi se u skeletnim miãiñima. Ãezdeset do sedamdeset procenata skeletnog miãiñnog kreatina nalazi se u fosforilisanom obliku (PC - fosfokreatin), koji je efikasno spakovan u miãiñu. Pribliæna koliåina kreatina u organizmu muãkarca od 70 kg iznosi oko 120 grama. Kreatin se neenzimskim putem konveruje u kreatinin koji se filtrira u glomerulima i izluåuje urinom. Kreatin se koristi od strane sportista kako bi poveñao mrãavu masu tela i poboljãao parametre sportskog nastupa u pojedinaånim i ponovljenim aktivnostima visokog intenziteta i kratkog trajanja (dizanje tegova, sprint, biciklizam, fudbal, koãarka). Kreatin je vrlo popularan nutritivni suplement koji koriste kako rekreativni sportisti tako i elitni takmiåari, svetski i olimpijski ãampioni - oko 30% sportista u SAD koristi redovno preparate koji sadræe kreatin.
ANAEROBNA (BRZA) GLIKOLIZA Veñi deo obezbeœenja energetskih potreba ljudskog organizma ostvaruje se metabolizmom ugljenih hidrata. Sa druge strane, jedino ugljeni hidrati mogu biti metabolisani i aerobnim (uz prisustvo kiseonika) i anaerobnim putem (bez kiseonika). Konaåno, koliåina kiseonika neophodna za metabolizam ugljenih hidrata je manja nego za metabolisanje masti ili proteina pa su ugljeni hidrati „omiljeno“ gorivo za fiziåku aktivnost. Energija za stanje mirovanja i fiziåke aktivnosti lakog do umerenog intenziteta 19
obezbeœuje se aerobnim putem. Meœutim, u pojedinim aktivnostima visokog intenziteta, organizmu je u kratkom vremenskom intervalu (10 sekundi do 2 minuta) neophodna velika koliåina energije. Kada je proces razgradnje ugljenih hidrata velike brzine, npr. za vreme trke na 400 ili 800 metara, stvaranje ATP-a se odigrava bez kiseonika. Proces sagorevanja ugljenih hidrata bez prisustva kiseonika zove se anaerobna glikoliza (Slika 2.3). Glikoliza, razgradnja ugljenih hidrata (glikogena ili glukoze) do piruvata ili laktata, ukljuåuje seriju relativno brzih hemijskih reakcija koje reguliãu kontrolni enzimi. Meœutim, mada je anaerobna glikoliza rapidan naåin da se skeletnoj muskulaturi obezbedi neophodna energija, ostvaren profit glikolize je skroman. Koliåina energije koja se dobija iz glikolize, bez dalje oksidacije putem aerobnog metabolizma, iznosi svega 2 do 3 molekula ATP-a. Ukupan profit je dva molekula ako je supstrat glukoza, odnosno tri ukoliko je supstrat glikogen. Iako za odvijanje glikolize nije potrebno prisustvo kiseonika, zavrãni metabolit glikolize, piruvat, moguñe je dalje sagorevati u ñeliji aerobnim metabolizmom. Tako, iako je brza glikoliza anaerobni sistem za produkciju ATP-a, ona istovremeno predstavlja pretkorak aerobne degradacije ugljenih hidrata.
Slika 2.3 Anaerobna (brza) glikoliza
20
METABOLIZAM MLEÅNE KISELINE Poznato je da porast mleåne kiseline u krvi tokom veæbanja predstavlja jedan od indikatora poveñanog anaerobnog metabolizma u aktivnoj muskulaturi, nastao kao posledica nedostatka kiseonika. Ukoliko kiseonik nije dostupan mitohondrijama ñelije, kao prihvatilac (akceptor) vodonika, osloboœenog tokom glikolize, pirogroæœana kiselina (piruvat) prihvata vodonikove jone formirajuñi mleånu kiselinu kao zavrãni produkt glikolize.
U kojoj meri ñe se graditi laktati (soli mleåne kiseline) zavisi od brojnih faktora kao ãto su brzina glikolize i vrsta angaæovanih miãiñnih vlakana. Ukoliko je brzina glikolize velika, produkcija vodonikovih jona prevazilazi moguñnosti transporta putem mehanizama iz citoplazme miãiña u mitohondriju (gde se odvija aerobni metabolizam ukoliko ima kiseonika) i nivo laktata raste. Osim toga, tokom aktivnosti nivo adrenalina u krvi raste, ãto dodatno stimuliãe glikogenolizu u miãiñima (razgradnja glikogena u cilju dobijanja energije). U mirovanju i tokom veæbanja niskog intenziteta (40% VO2max), sporo-kontrahujuña vlakna se dominantno regrutuju. Kako intenzitet aktivnosti raste, sve se viãe angaæuju vlakna sa velikom brzinom kontrakcije u kojima dominira anaerobni energetski metabolizam. Ovaj obrazac angaæovanja ima znaåajan uticaj na produkciju mleåne kiseline. Konverzija piruvata u laktate i obrnuto kataliãe enzim laktat dehidrogenaza (LDH) koja postoji u nekoliko oblika (izozima). Brzo-kontrahujuña vlakna poseduju oblik enzima koji favorizuje stvaranje laktata a tzv. spora vlakna oblik koji promoviãe manji stepen konverzije piruvata, olakãavajuñi konvertovanje laktata u priruvate. Dakle, viãe laktata nastaje u brzim vlaknima tokom veæbanja zbog prisustva specifiånog oblika enzima, bez obzira na dostupnost kiseonika u ñelijama. Konaåno, brza vlakna imaju veñi stepen aktivnosti glikolitiåkih enzima nego spora vlakna, ãto je indikator veñeg potencijala za metabolizam supstrata putem glikolize. Mada postoji mnogo hipoteza o nastanku mleåne kiseline u aktivnoj muskulaturi, najznaåajnija posledica poveñanih nivoa laktata je pojava miãiñnog zamora. U cilju redukcije simptoma i znakova zamora usled nagomilavanja mleåne kiseline, razvijene su brojne strategije oporavka nakon anaerobnih trenaænih optereñenja. Primeñeno je da lagana aerobna aktivnost (niskog intenziteta i produæenog trajanja) nakon intenzivnog anaerobnog napora olakãava uklanjanje mleåne kiseline iz krvi i smanjuje stepen miãiñnog zamora u poreœenju sa potpunim mirovanjem nakon veæbanja (Slika 2.4).
21
Slika 2.4 Smanjivanje koncentracije laktata nakon zavrãetka aktivnosti
AEROBNA PRODUKCIJA ENERGIJE Finalni metaboliåki put za produkciju ATP uz prisustvo kiseonika, kombinuje dva kompleksna metaboliåka procesa - Crebs-ov ciklus (ciklus limunske kiseline) i transportni lanac elektrona, koji se odvijaju u mitohondrijama miãiñne ñelije. U procesima aerobnog energetskog metabolizma, kiseonik se koristi kao nosaå vodonika, a zavrãni produkti razlaganja su voda i ATP. Za razliku od glikolize, aerobni metabolizam kao supstrate koristi masti, proteine i ugljene hidrate u cilju produkcije visoko-energetskih fosfata. Crebs-ov ciklus je okidaå oksidativne fosforilacije koji zapoåinje kombinovanjem acetil koenzima A i oksalsirñetne kiseline iz kojih nastaje limunska kiselina (Slika 2.5). Primarna funkcija ciklusa je odvajanje jona vodonika od åetiri reaktanta. Elektroni ovih vodoniånih jona slede lanac citohroma (transportni lanac elektrona) u mitohondrijama a energija koja se oslobaœa tokom ciklusa dovodi do refosforilacije ADP u ATP. Na kraju, kiseonik prihvata jone vodonika formirajuñi molekule vode. Sve hemijske reakcije transportnog lanca elektrona reguliãu enzimi citohrom oksidaze. U smislu energetskog prinosa, mada sporije dinamike (usled velikog broja hemijskih reakcija), aerobni energetski sistem proizvodi znatno veñu koliåinu energije. Oksidacija ugljenih hidrata putem Crebs-ovog ciklusa i elektronskog transportnog lanca proizvodi 36 molekula ATP kada je supstrat glukoza, odnosno 38 kada se razgraœuje glikogen (Tabela 2.1). Meœutim, iako je neto priliv energije veliki, ukupna efikasnost energetskih metaboliåkih puteva za produkciju energije je svega oko 30 do 40% dok se ostatak energije oslobaœa u vidu metaboliåke topote.
22
Slika 2.5 Hemijske reakcije u Crebs-ovom ciklusu
ADP – adenozin trifosfat, ADP – adenozin difosfat, GTP – guanozin trifosfat, GDP – guanozin difosfat, FAD(H) – flavin adenin dinukleotid (redukovan oblik), NAD(H) – nikotinamid adenin dinukleotid (redukovan oblik)
23
Tabela 2.1 Profit energetskog metabolizma Metaboliåki proces
Visokoenergetski produkti
ATP iz oksidativne ATP subtotalno fosforilacije
Glikoliza
2 ATP 2 NADH
— 6
2 (anaerobno) 8 (aerobno)
Piruvat u acetil-CoA
2 NADH
6
14
Crebs-ov ciklus
2 GTP 6 NADH 2 FADH
— 18 4
16 34 38 38
Ukupno
ATP – adenozin trifosfat, NADH – nikotinamid adenin dinukleotid GTP – guanozin trifosfat, FADH – flavin adenin dinukleotid
METABOLIZAM MASTI Oksidacija masti, koje daju acetil-CoA kao supstrat za Crebs-ov ciklus, moguña je putem aerobnog metabolizma. Masti u formi triglicerida predstavljaju energente koji se razlaæu na masne kiseline i glicerol delovanjem enzima lipaze, koja je osetljiva na uticaje brojnih hormona - njeno delovanje inhibira insulin, a stimuliãu kateholamini (adrenalin i noradrenalin) i hormon rasta. Sa jedne strane, glicerol se metaboliãe putem glikolize ili se koristi za resintezu glukoze. Meœutim, kljuåni metaboliti masti, slobodne masne kiseline ulaze u cirkulaciju kao energetski izvori u procesu poznatom kao beta-oksidacija ili se koriste kao prekursor za sintezu mnogih supstanci (npr. holesterol). Metabolizam masti i transport putem cirkulacije imaju brojne vaæne efekte na zdravstveno stanje kakvi su ateroskleroza, gojaznost ili oboljenja srca i krvnih sudova. Kada uœu u miãiñnu ñeliju, masne kiseline se aktiviraju uz prisustvo ATP i koenzima A a zatim transportuju u mitohondrije putem karnitinskog transportnog sistema, gde podleæu procesu oksidacije. U mitohondrijalnom matriksu, beta-oksidacija se odvija sekvencijalno uz otkidanje dva atoma ugljenika formirajuñi acetil-CoA, glavni intermedijarni metabolit energetskog metabolizma, koji ulazi u Crebs-ov ciklus (Slika 2.6). Mada sagorevanje masti angaæuje mnoge ñelijske mehanizme i relativno dugo traje, koliåina nastale energije veoma je velika. Masna kiselina koja ima 16 atoma ugljenika (npr. palmitinska kiselina) oslobaœa beta-oksidacijom åitavih 129 molekula ATP-a!
24
Slika 2.6 Uloga acetil CoA u energetskom metabolizmu
Mitohondrija je subcelularna struktura (organela) koja se åesto smatra ñelijskom elektranom jer predstavlja mesto proizvodnje hemijske energije aerobnim metaboliåkim putevima. Formiranje acetil CoA, Crebs-ov ciklus i transportni lanac elektrona odnosno oksidativna fosforilacija, odvijaju se u mitohondrijama miãiñnih ñelija. Na mitohondrijama razlikujemo nekoliko vaænih elemenata (Slika 2.7). Spoljaãnja membrana sluæi kao zaãtitna barijera koja selektivno omoguñava transfer materija u oba smera. Unutraãnja membrana je delimiåno paralelna sa spoljaãnjom membranom ali se sastoji od brojnih posuvrañenih struktura poznatih kao kriste, åime se povrãina unutraãnje membrane znaåajno poveñava, Na unutraãnjoj membrani nalaze se loptaste formacije proteinsko-enzimskih kompleksa, i mada unutraãnja membrana takoœe poseduje transportnu ulogu, kriste i proteinski kompleksi su mesta gde se odvija sinteza ATP. Prostor izmeœu dve membrane zove se meœumebranska ãupljina. Centralni deo unutraãnjosti mitohondrije zove se matriks, koji je ispunjen gelatinoznom meãavinom proteina i vode. U matriksu se nalaze metaboliåki enzimi i genetski materijal (DNK) neophodni za replikaciju mitohondrija. Åinjenica da mitohondrija poseduje sopstvenu DNK znaåi da ona ima sposobnost replikacije (umnoæavanja). Kada potreba za ATP poraste, mitohondrija se podeli na dve a zatim raste do prvobitne veliåine. Ovaj subñelijski proces direktno predstavlja adaptacioni odgovor na trenaæni stimulus (posebno aerobno veæbanje) i odgovor je na pitanje zaãto neke ñelije imaju svega nekoliko a druge (npr. miãiñna ñelija) viãe hiljada mitohondrija. Eritrociti ne poseduju mitohondrije. U miãiñnoj ñeliji mitohondrije se nalaze tamo gde je njihova funkcija neophodna. Jedna grupa se nalazi neposredno ispod membrane miãiñne ñelije (tzv. sarkolemalne mitohondrije) a druga meœu kontraktilnim elementima (tzv. interfibrilarne mitohondrije).
25
Slika 2.7 Makrostruktura mitohondrije
REGULACIJA BIOENERGETSKIH PUTEVA Bioenergetski putevi kojima se proizvodi ñelijski ATP su pod preciznom kontrolom. Ona je uspostavljena delovanjem jednog ili viãe regulatornih proteina (enzima) koji katalizuju hemijske reakcije. Enzimi koji reguliãu brzinu reakcija, u pomenutim hemijskim procesima mogu biti ushodno i nishodno regulisani zavisno od potreba za ATP-om. Drugim reåima, razliåite materije u ñeliji (enzimski modulatori) reguliãu katalitiåku aktivnost ovih enzima. Dva najvaænija ñelijska modulatora bioenergetskih enzima su ñelijska koncentracija ATP i ADP. Na primer, razlaganje kreatin fosfata je kontrolisano delovanjem kreatin kinaze a aktivnost ovog enzima je poveñana pri poveñanju intrañelijske koncentracije ADP i smanjenju koncentracije ATP. Sa druge strane, visok nivo ATP u ñeliji inhibira delovanje kreatin kinaze. Ova vrsta negativne povratne sprege åest je mehanizam regulacije bioenergetskih puteva u miãiñnim vlaknima. Na sliåan naåin regulisan je i enzim fosfofruktokinaza, enzim glikolize, åiju aktivnost stimuliãu porast koncentracije ADP u ñeliji a inhibira ga visoka koncentracija jona vodonika u ñeliji, citrat i ATP. Iako je jasno da je oksidativna fosforilacija pod kompleksom kontrolom, poznato je da intrañelijski nivoi kalcijuma, ATP i ADP reguliãu aktivnost kljuånih enzima Crebs-ovog ciklusa (npr. izocitrat dehidrogenaze) i elektronski transportni lanac (citohrom oksidaze). Porast ñelijskih nivoa ADP promoviãe oksidativnu fosforilaciju a visoka koncentracija ATP je inhibira, sliåno regulaciji fosfokreatinskog i glikolitiåkog energetskog sistema (Tabela 2.2).
26
Tabela 2.2 Energetski sistemi i regulatorni enzimi Energetski sistem
Ograniåavajuñi enzim
Stimulatori
Inhibitori
ATP-PC sistem
Kreatin kinaza
ADP
ATP
Glikoliza
Fosfofruktokinaza
ADP, Pi, pH
ATP, CP, citrat, pH
Crebs-ov ciklus
Izocitrat dehidrogenaza
ADP, Ca++, NAD
ATP, NADH
Transportni lanac
Citohrom oksidaze
ADP, Pi
ATP
ATP – adenozin trifosfat, PC –fosfokreatin, ADP – adenozin difosfat, Ca – kalcijum Pi – neorganski fosfat, pH – kiselost krvi, NAD – nikotinamid adenin dinukleotid
METABOLIÅKI ODGOVORI NA VEÆBANJE Oblik interakcije pomenutih metaboliåkih puteva u produkciji ATP-a tokom veæbanja je veoma kompleksan. U realnom sportskom okruæenju, energija za miãiñni rad ne dolazi iz jednog izolovanog izvora energije veñ se dobija utilizacijom svih bioenergetskih puteva, kombinacijom aerobnih i anaerobnih izvora. Doprinos anaerobnih izvora energije (fosfokreatinski sistem i anaerobna glikoliza) energetskom metabolizmu veæbanja obrnuto je srazmeran trajanju i intenzitetu aktivnosti. Kraña i intenzivnija aktivnost podrazumeva veñi doprinos anaerobnih izvora energije, dok se aktivnost duæeg trajanja i niæeg intenziteta pre svega oslanja na aerobne izvore i puteve dobijanja energije. Iako se i proteini mogu koristiti kao izvori energije u aerobnom metabolizamu, ugljeni hidrati i masti su primarna goriva tokom veæbanja kod zdravih, normalno uhranjenih osoba. Uopãteno govoreñi, ugljeni hidrati se koriste kao izvori energije na poåetku aktivnosti i tokom intenzivnijih aerobnih napora. Tokom duæeg trajanja aerobnog veæbanja (preko 30 minuta), niæeg i umerenog intenziteta, uoåava se dominacija masti kao izvora energije. Najveñi doprinos masti kao izvora energije prisutan je pri intenzitetima niæim od 60% maksimalne potroãnje kiseonika (VO2max) (Slika 2.8).
27
Slika 2.8 Transfer izvora energije tokom promene intenziteta veæbanja
Kratka, visoko-intenzivna aktivnost Energija za izvoœenje kratkih (5-60 sekundi) visoko-intenzivnih aktivnosti, kao ãto su dizanje tegova, sprint ili skakaåki sportovi, dolazi primarno iz anaerobnih izvora energije. Koji ñe od anaerobnih izvora energije za produkciju ATP-a biti koriãñen (fosfokreatinski ili glikolitiåki), zavisi od duæine trajanja aktivnosti. Energija za sve aktivnosti trajanja krañeg od 8-10 sekundi dobija se koriãñenjem fosfokreatinskog sistema. Sa druge strane, energija za aktivnosti duæeg trajanja, od desetak sekundi do dva minuta, dobijañe se anaerobnim razlaganjem ugljenih hidrata uz mali doprinos fosfokreatinskog sistema. Tranzicija iz jednog u drugi anaerobni sistem nije jasna veñ se postepeno dogaœa sa porastom duæine trajanja aktivnosti (Slika 2.9). Sve aktivnosti duæe od 45 sekundi koriste u izvesnoj meri, sve izvore energije - fosfokreatinski sistem, glikolizu i mehanizme oksidativne fosforilacije. Na primer, energija za sprint na 400 metara proistiåe primarno iz anaerobnih izvora energije (70%) u kojima dominira glikoliza, dok je ostatak obezbeœen aerobnim metabolizmom. Glavno gorivo koriãñeno u ovom obliku aktivnosti su ugljeni hidrati (glikogen) deponovani u skeletnoj muskulaturi.
28
Slika 2.9 Dinamika koriãñenja energetskih sistema tokom veæbanja
Tranzicija iz mirovanja u aktivnost niskog intenziteta Pri promeni iz stanja mirovanja u stanje nisko-intenzivne aktivnosti, poveñavaju se potrebe organizma, pre svega skeletne muskulature za kiseonikom, dostiæuñi tzv. stabilno stanje zadovoljenih potreba i zahteva nakon 1 do 4 minuta. Vreme potrebno za dostizanje ove ravnoteæe raste pri veñim nivoima optereñenja i duæe je kod slabije utreniranih pojedinaca nego kod vrhunskih aerobno-utreniranih sportista. Meœutim, kako potroãnja kiseonika ne poraste trenutno do stabilnog stanja na poåetku veæbanja, anaerobni izvori (fosfokreatinski sistem i glikoliza) obezbeœuju energiju za miãiñni rad u prvim fazama aktivnosti. Kada se postigne stabilnost snabdevanja kiseonikom, potrebe za ATP-om se podmiruju aerobnom produkcijom energije. Bez obzira na poveñanje unosa kiseonika na poåetku aktivnosti (bræe i dublje diãemo), prisutan je nedovoljan unos kiseonika koji se opisuje kao kiseoniåki deficit (Slika 2.10). Sliåno intenzivnoj kratkoj aktivnosti, u tranziciji iz stanja mirovanja u fazu aktivnosti dominantno koriãñeno gorivo je miãiñni glikogen.
29
Slika 2.10 Kiseoniåki deficit i kiseoniåki dug
Produæena submaksimalna aktivnost Stabilno stanje potroãnje kiseonika uglavnom se moæe odræavati od 10 do 60 minuta submaksimalne kontinuirane aktivnosti. Ovo pravilo ima dva izuzetka. Prvo, produæena aktivnost u toplom i vlaænom ambijentu dovodi do kasnijeg i oteæanog uspostavljanja stabilnog stanja. Drugo, kontinuirana aktivnost pri veñem optereñenju proizvodi blagi porast potroãnje kiseonika (VO2) tokom vremena sliåno veæbanju u toplom ambijentu. U oba sluåaja, ovaj porast se verovatno javlja kao posledica mnogih faktora kao ãto su porast unutraãnje temperature i porast koncentracije kateholamina u krvi. Tokom ovih aktivnosti koriste se kao supstrati i ugljeni hidrati i masti. Tokom produæenih aktivnosti niæeg intenziteta dominira upotreba masti nad ugljenim hidratima (Slika 2.11). Smatra se da delovanje masnih kiselina inhibira Krebsov ciklus, nagomilavajuñi limunsku kiselinu koja spreåava delovanje i aktivnost enzima fosfofruktokinaze. Poslediåno, smanjuje se preuzimanje i oksidacija glukoze u ñeliji.
Slika 2.11 Koriãñenje razliåitih izvora energije tokom veæbanja 30
Sa poveñanjem intenziteta veæbanja, ugljeni hidarati postaju dominantno gorivo. Porast upotrebe glukoze (glikogena) raste dok intermedijarni metaboliti metabolizma ugljenih hidrata (glukozo-6-fosfat, fruktozo-1,6-difosfat, gliceraldehid 3-fosfat) inhibiraju karnitinski transportni sistem, spreåavajuñi sagorevanje masnih kiselina dugih lanaca u mitohondrijama. Drugi faktori koji takoœe utiåu na izbor energetskog goriva tokom aktivnosti niskog i umerenog intenziteta su i nutritivni status osobe i njen trenaæni status.
Aktivnost progresivnog poveñanja intenziteta Prilikom poveñanja intenziteta veæbanja potroãnja kiseonika raste sve do dostizanja platoa i maksimalne vrednosti. Pri dostizanju stabilnog stanja, ATP za miãiñnu kontrakciju se dobija primarno iz aerobnih izvora. Meœutim, kako se intenzitet poveñava, koncentracija laktata u krvi raste ãto je posledica dominacija anaerobne glikolize u obezbeœivanju energije za fiziåku aktivnost. Iako postoje brojne kontroverze, mnogi veruju da je trenutak nagomilavanja laktata (iznad 4 mmol/l) taåka prelaska aerobnog u anaerobni metabolizam i poåetak dominatnog regrutovanja neoksidativnih brzo-kontrahujuñih miãiñnih vlakana (Tip IIb). Iako je terminologija priliåno sloæena, nagli porast nivoa laktata u krvi uglavnom se zove anaerobni ili laktatni prag i njegovo merenje ima znaåajno mesto u predikciji sportskog nastupa i doziranja treninga (Slika 2.12). Pokazano je da anaerobni prag, zajedno sa drugim fizioloãkim varijablama (VO2max) predstavlja odliåan indikator uspeha u pojedinim sportovima (npr. tråanje, biciklizam, plivanje, fudbal). Laktatni prag je odliåan marker tranzicije iz umerenog veæbanja u intenzivnu aktivnost, koji se efikasno koristi u doziranju fiziåke aktivnosti.
Slika 2.12 Merenje koncentracije laktata u krvi za vreme testa optereñenja
Oporavak od veæbanja Nekoliko minuta nakon zavrãetka veæbanja, tokom oporavka, potroãnja kiseonika ostaje poveñana iznad vrednosti u mirovanju. Ova poveñana potroãnja kiseonika se 31
tradicionalno zove kiseoniåki dug mada se sve åeãñe koristi termin poveñana potroãnja kiseonika nakon veæbanja (Slika 2.9). Obim metaboliåkih aktivnosti u organizmu veñi je nakon intenzivnog veæbanja nego nakon umereno intenzivne ili lagane aktivnosti. Unos i utilizacija kiseonika nakon duæeg veæbanja takoœe je veña nego nakon kratkotrajne aktivnosti. Poveñana potroãnja kiseonika tokom opravka (otplañuje se kiseoniåki dug) verovatno je posledica nekoliko faktora kao ãto su obnova tkivnih i ñelijskih depoa kiseonika, balansiranje porasta telesne temperature, usklaœivanje poremeñaja jonske ravnoteæe usled nagomilavanja laktata, porasta koncentracije kateholamina koji se javljaju posle intezivnog i produæenog veæbanja. Merenje kiseoniåkog duga efikasna je metoda prañenja utreniranosti posebno kod aerobnih sportova.
MERENJE STEPENA METABOLIZMA Tradicionalno se ukupna stopa metabolizma organizma meri koriãñenjem jednog od dva koncepta – putem direktne i indirektne kalorimetrije. Princip merenja zasniva se na vezi istaknutoj u sledeñoj metaboliåkoj relaciji:
Indirektna kalorimetrija
Direktna kalorimetrija
Kao ãto smo videli, metaboliåka toplota se oslobaœa kao posledica ñelijske utilizacije kiseonika i ñelijskog (npr. miãiñnog) rada. Shodno tome, produkcija topote u organizmu omoguñava direktno odreœivanje stepena i obima metabolizma. Metoda direktne kalorimetrije zahteva da ispitivana osoba bude smeãtena u posebnu komoru u kojoj temperatura raste sa oslobaœanjem toplote iz organizma. Tipiåno se koristi voda koja cirkuliãe kroz zidove komore i vrãi transfer toplote odreœujuñi stepen metaboliåke potroãnje (u dæulima ili kilokalorijama). Meœutim, iako je direktna kalorimetrija precizna i pouzdana tehnika, konstruisanje velikih komora za merenje stope metabolizma kod ljudi je skupo i sloæeno. Problem predstavlja i eventualno generisanje toplote od aparata koje osoba koristi za veæbanje. Sa druge strane, metod indirektne kalorimetrije zasniva se na principu merenja potroãnje kiseonika, koji se koristi za sagorevanje unete hrane (ugljenih hidrata, masti i belanåevina) u cilju odreœivanja stope metabolizma. Koriãñenjem ovog metoda, stepen metabolizma u kilokalorijama se procenjuje na osnovu sledeñe formule: Brzina metabolizma (kcal/min) = VO2 (L/min) x [4.0 + RER] gde je VO2 – potroãnja kiseonika RER – respiratorni koliånik (odnos izmeœu utroãenog kiseonika i produkovanog ugljen dioksida)
32
U cilju procenjivanja koliåine energije koju organizam koristi, neophodo je poznavati tip hrane koja metaboliåki sagoreva. Zavisno od vrste koriãñenih nutrijenasa (ugljeni hidrati, masti ili proteini) koliåina upotrebljenog kiseonika za sagorevanje je razliåita. Uopãteno govoreñi, koliåina potrebnog kiseonika za sagorevanje hrane zavisi od koliåine atoma ugljenika u gorivu. Na primer, pri sagorevanju glukoze (6 atoma ugljenika) troãi se 6 molekula kiseonika a nastaje 6 molekula ugljen dioksida. Analiziranjem odnosa utroãenog kiseonika i produkovanog ugljen dioksida, u pomenutom primeru dobijamo da je indeks respiratorne razmene RER = 1.0. Sa druge strane, sagorevanje masti zahteva utroãak veñe koliåine kiseonika pa je RER = 0.7. Mada su masti potencijalno veñi izvor energije od ugljenih hidrata, tokom sagorevanja ugljenih hidrata po utroãenom molekulu kiseonika dobija se 6.3 molekula ATP; u sluåaju masti dobijena energija je oko 5.6 molekula ATP/molekul 02. Najkoriãñeniji metod za merenje potroãnje kiseonika je tzv. spirometrija otvorenog kruga (Slika 2.13). Zapremina udahnutog kiseonika se meri upotrebom suvog gasa, turbine ili pneumatske opreme. Jednosmerna valvula usmerava vazduh kroz usta a frakcije gasa se analiziraju i mere se koncentracije kiseonika i ugljen dioksida na izdisajnoj strani da bi se dobijena vrednost digitalizovala a potroãnja kiseonika (VO2) izraåunala upotrebom Haldan-Fick-ove jednaåine: VO2 = VI x FIO2VI x ([1 - FeO2 - FeCO2] / [1 - FIO2- FICO2]) x FeO2 gde je VI ventilacija udisaja, FIO2 udahnuta frakcija O2 = 0.2093, FICO2 udahnuta frakcija CO2 = 0.0003 FEO2 izdahnuta frakcija kiseonika, FECO2 izdahnuta frakcija CO2
Slika 2.13 Merenje potroãnje kiseonika za vreme testa optereñenja
33
ENERGETSKA CENA AKTIVNOSTI Energetska potroãnja razliåitih vrsta aktivnosti je utvrœena i poznata. Analizom tablica fiziåke aktivnosti i energetske potroãnje izraæene u kcal/min lako se moæe utvrditi stepen intenziteta neke vrste aktivnosti (Tabela 2.3). Aktivnosti koje su intenzivne i angaæuju velike miãiñne grupe uglavnom zahtevaju veñi utroãak energije nego aktivnosti u kojima je angaæovana manja grupa miãiña ili je ograniåen obim pokreta. Åesto se koristi termin poznat kao metaboliåki ekvivalent (MET) u cilju opisivanja intenziteta aktivnosti. Jedan MET je ekvivalentan koliåini energije koja se troãi tokom jednog minuta mirovanja. Tako, veæbanje 5 puta intenzivnije od mirovanja ima vrednost od 5 MET-a. Striktno gledajuñi, postoji razlika u potroãnji energije u mirovanju zavisno od veliåine organizma (krupna osoba ima veñu potroãnju energije nego osoba sitnije graœe) ali radi jednostavnosti upotrebe, individualne razlike se zanemaruju a jedan MET se smatra ekvivalentom potroãnje kiseonika u mirovanju od 3.5 ml/kg/min. Shodno tome, 1 MET predstavlja energetsku potroãnju od 1.2 kcal/min za proseånog sedentarnog muãkarca teãkog 70 kilograma. Tabela 2.3 MET i energetska vrednost razliåitih sportskih aktivnosti Fiziåka aktivnost
MET
Kcal/kg/min
Fiziåka aktivnost
Streljaãtvo
3-4
0.05-0.07
Tråanje
Badminton
4-9
0.07-0.15
Koãarka
7-12
Kuglanje
MET
Kcal/kg/min
12 min/mil
8.7
0.15
0.12-0.20
10 min/mil
10.2
0.17
2-4
0.03-0.07
8 min/mil
12.5
0.21
Ples
3-7
0.05-0.12
6 min/mil
16.3
0.27
Aerobik
6-9
0.10-0.15
Ronjenje
5-10
0.08-0.17
Am. fudbal
6-10
0.10-0.17
Fudbal
5-12
0.08-0.20
Golf
4-7
0.07-0.12
Plivanje
4-8
0.07-0.13
Rukomet
8-12
0.13-0.20
Stoni tenis
3-5
0.05-0.08
Jahanje
3-8
0.05-0.13
Tenis
4-9
0.07-0.15
Veslanje
3-8
0.05-0.13
Odbojka
3-6
0.05-0.10
34
Monitori energetske potroãnje Godinama traju pokuãaji da se odredi (izmeri) energetska potroãnja odreœene aktivnosti, merenjem pokreta. Princip na kojem se zasniva koncept rada aparata koji mere energetsku potroãnju je jednostavan - viãe pokreta, viãe potroãenih kalorija. Jedan od najpoznatijih aparata koji meri pokrete je pedometar. Kada se podesi duæina koraka osobe koja hoda ili tråi i odabere vrsta kretanja, pedometar postaje efikasno sredstvo za merenje preœene distance, brzine kretanja i ukupne koliåine potroãenih kalorija. Senzorski elektronski monitor pokreta koji mere uåestalost i koliåinu pokreta zovu se akcelerometri (npr. Caltrac). Oba sistema daju procenu energetske potroãnje u kcal ili MET-ima. Poseban naåin merenja energetske potroãnje predstavljaju upitnici aktivnosti koji zahtevaju poznavanje telesne mase (TM) osobe koja je aktivna, trajanja treninga (TT) i proseånog energetskog koãtanja aktivnosti (EVA). Ukupna energetska potroãnja aktivnosti (kcal) = TM (kg) TT (min) EVA (kcal/kg/min)
BAZALNI METABOLIZAM Minimalan nivo energije potreban za odræavanje vitalnih funkcija organizma u mirovanju naziva se bazalni metabolizam. Tehniåki, ova definicija podrazumeva osobu koja miruje u leæeñem poloæaju, nije unela hranu tokom 8-18 sati, ima normalnu telesnu temperaturu (37°C), temperatura ambijenta je neutralna (27-29°C) i ne oseña da je pod psiholoãkim stresom. Kako je teãko obezbediti ovako rigorozne uslove, termin stopa metabolizma u mirovanju bolje odgovara uslovima svakodnevnog æivota, jer podrazumeva samo mirovanje u leæeñem poloæaju. Meœutim, zbog malih razlika, ova dva termina se meœusobno koriste kao sinonimi. Razliåiti organi doprinose stopi bazalnog metabolizma u razliåitoj meri. Jetra je najveñi potroãaå energije u mirovanju (oko 30%), zatim mozak (20%), miãiñi (18%), srce (10%), pluña (9%) i bubrezi (7%). Energija koju troãe miãiñi u mirovanju primarno se koristi za odræavanje tonusa i tenzije koja ne prestaje ni za vreme noñnog odmora. Na ñelijskom nivou energija se koristi za funkcionisanje jonskih pumpi, sintezu odnosno degradaciju ñelijskih komponenti, provoœenje elektriånog signala i sekreciju razliåitih materija (hormoni, neurotransmiteri, enzimi). Bazalni metabolizam je srazmeran povrãini tela i åesto se izraæava u kcal/m2, kcal/dan ili VO2 ml/min. Stopa bazalnog metabolizma opada sa godinama a najveñe vrednosti beleæe se kod deåije populacije tokom rasta i razvoja. Proseåno smanjenje bazalnog metabolizma iznosi oko 2% godiãnje u periodu od 6 do 18 godine a pad se zatim nastavlja dinamikom od 2 do 3% po deceniji. U svim fazama æivota, vrednosti za muãkarce su veñe od vrednosti za æene za 5 do 6%. Izraæeno u kalorijama, proseåna stopa bazalnog metabolizma za odraslog muãkarca iznosi oko 1500 do 1800 kcal/dan a kod æena 1200 do 1450 kcal/dan. Razlog za postojanje razlike leæi u manjim unutraãnjim organima æena i manjem sadræaju miãiñnog tkiva (manja ukupna ñelijska masa). Oko 85% zdravih osoba ima vrednosti bazalnog metabolizma u okviru procenjenih vrednosti dok 35
kod ostalih procenjene vrednosti znaåajno (za oko 20%) odstupaju od izmerenih. Postoje dva naåina merenja stope bazalnog metabolizma. Prethodno opisana kalorimetrija je efikasan ali skup i åesto nedostupan metod. Drugi metod je test merenja koncentracije jod-vezujuñeg proteina. Jod potiåe iz tiroksina (T4), hormona kojeg izluåuje ãtitna ælezda a koja ima veliki uticaj na stepen bazalnog metabolizma. Niæe navedene prediktivne formule daju procenu vrednosti bazalnog metabolizma (BMR) u kcal na dan za muãkarce i æene: Muãkarci Æene
BMR = 88.362 + (4.799 TV) + (13.397 TM) – (5.677 ST) BMR = 447.593 + (3.098 TV) + (9.247 TM) – (4.330 ST)
gde je TV – telesna visina (cm), TM – telesna masa (kg), ST – starost (god) Dominantni faktori koji utiåu na vrednost bazalnog metabolizma su veliåina organizma, starost i pol. Kao ãto smo videli, bazalni metabolizam direktno zavisi od povrãine tela i od ñelijske mase. Gojazne osobe imaju veñu povrãinu tela i veñu ñelijsku masu u poreœenju sa normalno uhranjenim osobama pa je i stopa metabolizma kod gojaznih veñih vrednosti. Joã jedan faktor koji utiåe na vrednost bazalnog metabolizma je unutraãnja temperatura. Za svaki stepen porasta temperature, stopa metabolizma se poveñava za 13%, dok smanjenje temperature redukuje i stopu bazalnog metabolizma. Osim toga i unos hrane utiåe na stopu bazalnog metabolizma – gladovanje smanjuje bazalni metabolizam delujuñi kao odbrambeni mehanizam kojim se organizam brani i ãtedi energiju. Sa druge strane prekomeren kratkotrajan unos hrane poveñava stepen bazalnog metabolizma. Termiåki efekat hrane predstavlja fenomen poveñanja stope metabolizma tokom varenja hrane. Oko 10% dnevne energetske potroãnje odnosi se na termiåki efekat hrane. Energija koja se troãi na digestiju, apsorpciju, asimilaciju i sintezu ugljenih hidrata, proteina i masti dostiæe maksimalne vrednosti 30 do 90 minuta nakon obroka zavisno od veliåine i sastava obroka traje i do 4 do 6 sati nakon unosa hrane. Najveñi termiåki efekat javlja se pri unosu hrane bogate proteinima (15 do 25%), dok je termiåki efekat ugljenih hidrata i masti duplo manji. Smatra se da redovna fiziåka aktivnost poveñava termiåki efekat hrane unete neposredno pre i tokom veæbanja. Fiziåka aktivnost takoœe menja vrednosti bazalnog metabolizma - nakon zavrãetka fiziåke aktivnosti uoåava se porast nivoa metabolizma. Ako osoba potroãi 200 do 300 kcal za vreme treninga, nakon aktivnosti troãi se dodatnih 20 do 30 kcal kao posledica otplate tzv. kiseoniåkog duga. Primeñeno je da nakon duæih aktivnosti (80 do 180 minuta) umerenog intenziteta (50 do 75% VO2max) dolazi do dugoroånog poveñanja metabolizma u mirovanju koje traje 24 do 48 h nakon treninga. Dobro je poznato da je metabolizam u mirovanju uveñan za oko 200 kcal/dan kod osoba koje su redovno fiziåki aktivne u odnosu na sedentarne pojedince!
36
III VEÆBANJE I KARDIOVASKULARNI SISTEM Ne postoji sistem poput kardiovaskularnog koji viãe zaokuplja paænju fiziologa i patofiziologa koji se bave fiziåkim veæbanjem i sportom. Interes datira joã od 1899. godine kada je Henschen pokazao da se sposobnost i veliåina srca menjaju kao posledica fizioloãkih adaptacija na aktivnosti izdræljivosti. Osim normalnih odgovora kardiovaskularnog sistema na optereñenje, posebno interesovanje usmereno je i na odgovore oãteñenog i obolelog srca a prañenje ponaãanja srca jasan dijagnostiåki kriterijum u kardiologiji. Iako su danas uglavnom poznati svi patoloãki i fizioloãki aspekti adaptacija kardiovaskularnog sistema na napor, uloga srca kao endokrinog organa budi nova nauåna interesovanja. Vitalnost kardiovaskularnog sistema u velikoj meri je odreœena metaboliåkim zahtevima, genetskom predispozicijom i adaptacionim sposobnostima. Organizam åoveka funkcioniãe kao skladna celina sastavljena od preko 65 milijardi ñelija od kojih je oko 25 do 50% miãiñnih. Energetski zahtevi aktivnog miãiña mogu znaåajno porasti pri prelasku iz stanja mirovanja u stanje maksimalnog fiziåkog napora. Kako su momentalno dostupne rezerve energije (adenozin trifosfat) ograniåene i sposobne za podræavanje aktivnosti svega nekoliko sekundi, ATP se mora neprekidno resintetisati obezbeœujuñi kontinuiran dotok potrebnog goriva. Aktivan miãiñ mora posedovati veliki kapacitet da poveña stepen metabolizma u cilju produkcije dovoljne koliåine energije, kako bi se zapoåeta aktivnost nastavila. Produkcija energije se u velikoj meri oslanja na respiratorni i kardiovaskularni sistem, koji treba da isporuåe kiseonik i hranljive materije aktivnoj muskulaturi, ali i da uklone nepotrebne proizvode metabolizma, odræavajuñi unutraãnju ravnoteæu organizma. Poveñani zahtevi muskulature izlaæu kardiorespiratorni sistem dramatiånim promenama – distribucija krvi se menja, protok raste, sråani miãiñ se kontrahuje snaænije i bræe, ãto za posledicu ima bolji radni i funkcionalni kapacitet.
SRÅANA FREKVENCIJA I VEÆBANJE Sråana frekvencija (HR) predstavlja broj sråanih ciklusa (kompletna sekvenca kontrakcije i relaksacije srca) u jedinici vremena i izraæava se u broju udara u minutu. U kliniåkom okruæenju sråana frekvencija se meri snimanjem EKG zapisa, dok se u terenskom okruæenju meri telemetrijskim sistemima monitoringa sråane frekvencije (tzv. pulsmetri). Razlog åestog merenja sråane frekvencije tokom aktivnosti je pre svega u cilju prañenja intenziteta veæbanja. Vrednost sråane frekvencije raste linearno sa poveñanjem nivoa optereñenja i potroãnje kiseonika tokom dinamiåkih aktivnosti. Dakle, porast sråane frekvencije tokom veæbanja odgovara poveñanim zahtevima aktivne muskulature za hranljivim materijama i kiseonikom. Kako sråana frekvencija raste tako se smanjuje vreme punjenja srca tj. dijastola (Slika 3.1). Pri veli37
kim intenzitetima, vreme dijastole postaje tako kratko da onemoguñava optimalno punjenje sråanih komora.
Slika 3.1 Trajanje sistole i dijastole u mirovanju i tokom fiziåke aktivnosti
Sråani ciklus relaksacije i kontrakcije, osnova je rada srca koji omoguñava efikasno punjenje srca tokom dijastole ili faze relakascije odnosno tokom sistole, faze istiskivanja krvi iz srca uzrokovane kontrakcijom sråanog miãiña. Ciklus sistole i dijastole obuhvata nagle promene pritiska i zapremine krvi u srcu. Period punjenja sråanih komora (ventrikula) deãava se tokom faze mirovanja komora (ventrikularna dijastola) kada su atrioventrikularni (AV) zalisci (valvule) otvoreni. Krv koja se vratila u pretkomore (atrium) usled gravitacije odlazi u komore a kontrakcija pretkomora omoguñava i dodatan priliv krvi pri kraju komorske dijastole. Zapremina krvi u komorama raste i dostiæe najveñe vrednosti na kraju ventrikularnog punjenja. Sa druge strane pritisak ostaje relativno nizak jer su komore relaksirane. Faza kontrakcije (sistola) podeljena je na dva perioda – period izovolumetrijske kontrakcije (ICP) i ventrikularni ejekcioni period (VEP). Tokom ICP AV i semilunarne valvule su zatvorene pa zapremina krvi u komorama ostaje nepromenjena dok se generiãe visok pritisak usled kontrakcije miokarda komora. Kada vrednost pritiska u komorama prevaziœe pritisak u aorti, semilunarni zalisci se otvaraju. Krv se istiskuje iz komora tokom VEP a zapremina krvi u komorama opada. Nakon ove faze, nastupa faza izovolumetrijskog relaksacionog perioda (IRP) tokom koje su ponovo zatvorene AV i semiulunarne valvule, zapremina komora se ne menja ali je pritisak nizak jer je miokard relaksiran. Ovu fazu ponovo sledi punjenje komora nakon koje nastupa sistola i ciklus se nastavlja sa svakim otkucajem srca. Faza dijastole znaåajna je za ñelije sråanog miãiña koje se relaksiraju, komore se pune a putem koronarne cirkulacije omoguñava se dopremanje kiseonika i hranljivih materija sråanom miãiñu. Kao ãto smo videli, sistola je kontraktilni period sråanog ciklusa koji omoguñava izometrijsku (ICP) a zatim i dinamiåku (VEP) fazu kontrakcije. Zapremina krvi koja se ispumpa iz komora direktno odreœuje sposobnost kardiovaskularnog sistema da odgovori potrebama i zahtevima aktivnog organizma. U kojoj meri ñe doñi do promena sråane frekvencije tokom fiziåke aktivnosti zavisi od brojnih parametara kao ãto su starost osobe koja veæba, poloæaj tela, nivo utreniranosti, vrsta akivnosti, eventualno prisustvo sråanog oboljenja i uzimanje lekova, zapremina cirkuliãuñe krvi i faktori spoljaãnje sredine (npr. nadmorska visina, temperatura i vlaænost vazduha). Za razliku od sistolnog krvnog pritiska, koji je uglavnom veñi kod starije populacije, maksimalna sråana frekvencija ima najveñe vre38
dnosti u periodu puberteta a zatim opada sa godinama. Orijentacioni metod koji se åesto koristi u procenjivanju maksimalne sråane frekvencije kod zdrave osobe, muãkog ili æenskog pola prikazan je u sledeñoj formuli: HRmax = 220 - godine starosti Varijacije realne maksimalne sråane frekvencije iznose ± 10 otkucaja od procenjene vrednosti a posebno su velike kod vrhunskih sportista gde se pomenuta relacija ne koristi veñ se maksimalna frekvencije odreœuje prilikom testa maksimalnog optereñenja (Slika 3.2).
Slika 3.2 Promene sråane frekvencije tokom veæbanja
UDARNI VOLUMEN Udarni volumen (SV) predstavlja zapreminu krvi koja se ispumpa pri svakom otkucaju srca. Izraæava se u mililitrima i odgovara razlici izmeœu zapremine sråane komore na kraju dijastole (endijastolni volumen - EDV) i sistole (endsistolni volumen - ESV). Vrednost endijastolnog volumena zavisi od sråane frekvencije, pritiska kojim se pune sråane komore i tzv. komorske komplijanse (popustljivosti). Sa druge strane, endsistolni volumen zavisi od faktora kao ãto su sila kontrakcije (kontraktilnost) miokarda i otpor kojem se suprostavlja kontrahovana komora (afterload). Shodno pomenutom, veñi udarni volumen nastaje usled veñeg dijastolnog punjenja ili preload-a i manjeg afterloada. Pod uslovima mirovanja, srce ispumpava oko polovinu zapremine krvi koja se vraña u komoru (ejekciona frakcija). Sa druge strane, faktori koji poveñavaju otpor u krvotoku doveãñe do smanjenja udarnog volumena. Udarni volumen u miru u stojeñem stavu varira izmeœu 60 i 100 mililitara kod zdravih odraslih osoba, dok maksimalne vrednosti dostiæu 100 do 120 mililitara. Tokom veæbanja udarni volumen raste sa porastom optereñenja, sve do dostizanja maksimalnih vrednosti koje su ekvivalentne optereñenju od oko 50% VO2max, nakon åega je prisutan minimalan porast (Slika 3.3). Razlozi zbog kojih dolazi do porasta udarnog volumena na poåetku aktivnosti su poveñan stepen priliva venske krvi (pojaåana aktivnost 39
miãiñne pumpe) i porast kontraktilnosti miokarda izazvan stimulacijom simpatiåkog nervnog sistema. U kasnijim fazama aktivnosti nakon 30 minuta, usled preusmeravanja krvi prema perifernim krvnim sudovima koæe, dolazi do pada udarnog volumena mada vrednosti ostaju iznad mirovnih.
Slika 3.3 Udarni volumen tokom fiziåke aktivnosti
U okviru pomenutih åinjenica, poveñan venski dotok krvi poveñava endijastolni volumen, rasteæe sråani miãiñ i poveñava snagu (silu) kontrakcije (Frank-Starling-ov mehanizam). Posledica je poveñanje ejekcione frakcije. Ejekciona frakcija se definiãe iz sledeñe relacije: Ejekciona frakcija = [SV/EDV] x 100 Vrednost ejekcione frakcije iznosi oko 65±8%, shodno mehanizmu Frank-Starling-ovog zakona (usled poveñanja komorske kontraktilnosti) i smanjenju endsistolnog volumena (posledica kateholaminima uzrokovane simpatiåke stimulacije). Stepen ovih promena zavisi od nekoliko faktora kao ãto su funkcija komore, poloæaj tela ili intenzitet fiziåkog veæbanja. Konaåno, pri visokim sråanim frekvencijama, udarni volumen opada usled skrañenja vremena punjenja komore.
MINUTNI VOLUMEN I ARTERIO-VENSKI GRADIJENT KISEONIKA Proizvod udarnog volumena i sråane frekvencije oznaåava se kao minutni volumen. Izraæava se u litrima krvi koje srce ispumpa svakog minuta. Minutni volumen je ogledalo sposobnosti kompletnog kardiovaskularnog sistema da odgovori metaboliåkim potrebama organizma tokom mirovanja i fiziåke aktivnosti. Minutni volumen kod zdravih odraslih osoba linerano se poveñava sa poveñanjem radnog optereñenja, od vrednosti u miru (5 L/min) do maksimalnih vrednosti (20 L/min) tokom intenzivnog veæbanja u stojeñem poloæaju (Slika 3.4). Meœutim, maksimalne vrednosti minutnog volumena zavise od mnogo faktora kao ãto su starost, poloæaj i veliåina tela, prisustvo 40
kardiovaskularnih bolesti, nivo fiziåke pripremljenosti. Na intenzitetima do 50% VO2max, poveñanje minutnog volumena izazvano je poveñanjem udarnog volumena i sråane frekvencije a nakon ovih vrednosti intenziteta, kontinuiranim poveñanjem sråane frekvencije (udarni volumen ostaje manje-viãe nepromenjen). Energija neophodna za funkcije srca obezbeœuje se putem aerobnog metabolizma, zbog åega je srce bogato snabdeveno krvnim sudovima koronarne cirkulacije. Miokardni protok krvi koji obezbeœuje neophodnu koliåinu kiseonika u mirovanju iznosi oko 250 ml/min, ãto odgovara vrednosti od oko 5% minutnog volumena. Sistem koronarnog krvotoka sastoji se od guste distribucije mreæe arteriola i kapilara od oko 3000 do 4000 kapilara po mm2 miokarda. Protok krvi kroz koronarnu cirkulaciju u velikoj meri zavisi od faze sråanog ciklusa. Tokom sistole komora, usled visokog intramiokardnog pritiska, koronarne arterije su komprimovane pa je protok krvi smanjen. Sa druge strane, dijastola je faza u kojoj se dominantno odvija protok krvi kroz koronarnu cirkulaciju. Stepen efikasnosti oslobaœanja kiseonika iz koronarne cirkulacije je veoma visok i iznosi 60-70% ãto zajedno sa brojnim mitohondrijama sråanih miofibrila omoguñava adekvatno snabdevanje i ishranjenost miokarda. Preuzimanje kiseonika od strane perifernih tkiva (npr. aktivnih miãiña) odvija se kao posledica razlike u sadræaju kiseonika u arterijskoj krvi (oko 20 ml kiseonika po dL krvi u mirovanju) i sadræaja kiseonika u venskoj krvi (oko 15 ml O2/dL krvi). Dakle, tipiåna arterio-venska kiseoniåka razlika ili gradijent (CaO2 - CvO2) iznosi oko 5 ml u mirovanju, pri åemu je koeficijent upotrebljivosti kiseonika oko 25%. Tokom veæbanja, koliåina kiseonika u venskoj krvi opada do 5 ml/dL krvi pa i manje, åime se kiseoniåki gradijent poveñava od 5 na 15 ml/dL krvi, uz poveñanje koeficijenta iskoristljivosti na 75% (Slika 3.4). Svi pomenuti mehanizmi omoguñavaju efikasno i ekomoniåno isporuåivanje neophodnog kiseonika angaæovanoj muskulaturi.
Slika 3.4 Promene minutnog volumena i arterio-venskog (AV) gradijenta kiseonika
41
PROTOK KRVI TOKOM AKTIVNOSTI U stanju mirovanja, 15-20% minutnog volumena distribuira se skeletnoj muskulaturi - ostatak odlazi za snabdevanje visceralnih organa, srca i mozga. Meœutim, tokom veæbanja, preko 85-90% minutnog volumena se selektivno distribuira akivnoj skeletnoj muskulaturi i preusmerava iz koæe i splanhiåne cirkulacije, hepatiåne i bubreæne vaskularne mreæe (Slika 3.5). Miokardni protok krvi se moæe poveñati 4 do 5 puta tokom veæbanja dok se protok krvi u CNS uglavnom odræava na vrednostima prisutnim u stanju mirovanja. Tokom produæenih aktivnosti, posebno onih koje se odvijaju u toplom okruæenju, prisutan je kontinuirani gubitak telesne teånosti nastao usled termoregulatornih mehanizama (znojenje). Koliåina izgubljene teånosti varira od 900 do 1300 ml/h zavisno od intenziteta optereñenja i faktora ambijenta. Ukoliko se izgubljena teånost ne nadoknadi, zapremina plazme se smanjuje i ravnoteæa teånosti biva ugroæena.
Slika 3.5 Promene protoka krvi u mirovanju i tokom fiziåke aktivnosti
42
ARTERIJSKI KRVNI PRITISAK Arterijski krvni pritisak, kao sila kojom krv u cirkulaciji deluje na zid arterijskih krvnih sudova, trpi znaåajne promene tokom fiziåkog veæbanja. Sa poveñanjem intenziteta veæbanja uoåava se linearni porast sistolnog krvnog pritiska za pribliæno 8 do 12 mm Hg na svaki metaboliåki ekvivalent (MET = 3.5 ml O2/kg/min). Maksimalne vrednosti dostiæu 190 do 220 mm Hg. Ipak, sistolni krvni pritisak moæe se poveñati iznad 260 mm Hg. Sa druge strane, dijastolni krvni pritisak moæe blago opadati ili ostati nepromenjen. Shodno tome, pulsni pritisak (razlika izmeœu sistolnog i dijastolnog pritiska) uglavnom raste u direktnoj proporciji sa porastom intenziteta fiziåke aktivnosti (Slika 3.6). Kako je krvni pritisak direktno povezan sa minutnim volumenom i perifernim vaskularnim otporom, on predstavlja efikasan neinvazivni naåin prañenja efikasnosti rada srca i njenog kapaciteta da pumpa krv. Sistolni krvni pritisak koji se ne poveñava ili se smanjuje tokom poveñanja optereñenja, moæe biti signal za dostizanje platoa ili smanjenje minutnog volumena. Veæbanje ili test fiziåke sposobnosti treba prekinuti kod osoba kod kojih se pojavi pad pritiska na napor (sistolni krvni pritisak koji do kraja testiranja padne ispod vrednosti u miru ili koji se smanjuje za 20 mm Hg ili viãe tokom veæbanja nakon inicijalnog porasta). Ovakav nalaz povezan je sa rizikom od miokardne ishemije, disfunkcijom leve komore i poveñanim rizikom od kardiovaskularnog zadesa tokom aktivnosti. Pokazano je da osobe sa maksimalnim sistolnim pritiskom tokom optereñenja od 140 mm Hg imaju 15 puta veñi rizik od iznenadne sråane smrti na godiãnjem nivou u odnosu na osobe kod kojih je maksimalni sistolni pritisak 200 mm Hg.
Slika 3.6 Promene arterijskog pritiska (TA) tokom veæbanja
43
Pluñna ventilacija (VE), zapremina razmenjenog vazduha u minuti, uglavnom ima vrednosti od oko 6 L/min u mirovanju kod odrasle zdrave sedentarne osobe. Pri maksimalnom optereñenju, VE raste 15 do 25 puta iznad vrednosti u mirovanju. Tokom laganog i umerenog veæbanja, VE raste kao posledica poveñanja disajnog volumena, dok je prilikom intenzivnog veæbanja razlog poveñanja VE pre svega poveñanje frekvencije disanja. Uglavnom je poveñanje pluñne ventilacije direktno proporcionalno poveñanju potroãnje kiseonika (VO2) i produkcije ugljen dioksida (VCO2). Meœutim, pri kritiånim intenzitetima veæbanja (uglavnom 45 do 65% VO2 max kod neutreniranih osoba tj. 70 do 90% VO2 max kod sportista) VE ne raste u skladu sa potroãnjom kiseonika, veñ dolazi do iznenadnog porasta sliåno skoku koncentracije laktata i produkcije ugljen dioksida. To je verovatno posledica åinjenice da je pluñna ventilacija regulisana u veñoj meri uklanjanjem ugljen dioksida pre nego potroãnjom kiseonika. Shodno tome ventilacija uglavnom nije limitirajuñi faktor maksimalnog aerobnog kapaciteta tokom aktivnosti. Tabela 3.1 Promene kardiorespiratornih parametara tokom veæbanja VARIJABLA
Jedinica merenja
Odgovor
Maksimalna potroãnja kiseonika
ml/kg/min
b
Sråana frekvencija u mirovanju
udar/min
d
Submaksimalna sråana frekvencija
udar/min
d
Maksimalna sråana frekvencija
udar/min
e (ili blagi d)
Arterio-venski gradijent kiseonika
ml kiseonika/100 ml krvi
b
Maksimalna minutna ventilacija
L/min
b
Udarni volumen
ml/udar
b
Minutni volumen
L/min
b
Zapremina krvi
L
b
Sistolni pritisak
mm Hg
b
Koncentracija laktata
ml/ 100 ml krvi
b
Oksidativni kapacitet miãiña
–
b
UTICAJ POLOÆAJA TELA NA KARDIORESPIRATORNE PARAMETRE Poloæaj tela ima direktan uticaj na povratak venske krvi u srce (preload) posebno tokom kratkih epizoda fiziåke aktivnosti. U mirovanju, endijastolni volumen ima najveñe vrednosti kada je telo u leæeñem poloæaju. On se smajuje kako telo prelazi u sedeñi ili stojeñi poloæaj. Tokom veæbanja u leæeñem poloæaju, endijastolni volumen ostaje relativno nepromenjen. Shodno tome, promene u stepenu vrañanje venske 44
krvi u srce imaju malog uticaja na poveñanje udarnog volumena u ovoj vrsti aktivnosti. Sa druge strane, tokom veæbanja u stojeñem poloæaju, endijastolni volumen se poveñava pri intenzitetima ispod 50% VO2max. Meœutim, pri veñim intenzitetima, endijastolni i udarni volumen se uglavnom smanjuje - produæena aktivnost u stojeñem poloæaju pri konstantnom optereñenju izlaæe srce poveñanom optereñenju. Iako se aerobni zahtevi veæbanja ne poveñavaju, prisutan je progresivan pad venskog povratka krvi u srce koji dovodi do smanjenja udarnog volumena i progresivnog poveñanja sråane frekvencije. Rezultujuña tahikardija se pojavljuje kao posledica promena simpatiåkih cirkulatornih kontrolnih mehanizama, poveñanog preusmeravanja krvi prema periferiji (koæi) zbog rashlaœivanja i smanjenja ukupnog volumena krvi posebno u toplom ambijentu, usled znojenja.
MAKSIMALNA POTROÃNJA KISEONIKA Najznaåajnija mera kardiovaskularne utreniranosti (forme) poznata je kao aerobni kapacitet ili maksimalna potroãnja kiseonika (VO2max). Ovaj parametar se definiãe kao najveña stopa transporta i utilizacije kiseonika koja se dostiæe pri zadatom maksimalnom optereñenju (Slika 3.7). Organizam se oslanja na respiratorni sistem koji doprema kiseonik iz spoljaãnje sredine, kardiovaskularni sistem koji kiseonik transportuje i ñelije koje ekstrahuju i utilizuju kiseonik u generisanju metaboliåke energije. Utvrœivanje vrednosti VO2max omoguñava kvantifikovanje funkcionalnog kapaciteta åitavog aerobnog sistema. Potroãnja kiseonika se izraæava matematiåki modifikovanom Fick-ovom jednaåinom: VO2 = HR x SV x (a-vDO2) gde je VO2 - potroãnja kiseonika (ml/min/kg), HR - sråana frekvencija (udar/min) SV - udarni volumen (ml/udar), (a-vDO2) - arterio-venski gradijent kiseonika
Slika 3.7 Ostvarivanje maksimalne potroãnje kiseonika (VO2 max)
45
Åinjenica je da i centralni (npr. minutni volumen) i periferni regulatorni mehanizmi (npr. arterio-venski gradijent kiseonika) utiåu na stepen utilizacije kiseonika. U tom smislu, adaptacije koje nastaju delovanjem redovne fiziåke aktivnosti na kardiovaskularni sistem znaåajno utiåu na vrednost maksimalne potroãnje kiseonika. Tipiåne vrednosti VO2 i drugi kardiorespiratorni parametri u miru i tokom maksimalnog napora sedentarne zdrave osobe stare 30 godina i utreniranog vrhunskog sportiste iste starosti prikazane su u Tabeli 3.2. Tabela 3.2 Kardiorespiratorni parametri sportiste i sedentarne osobe VO2
VO2
MV
HR
SV
a-vO2
(L/min)
(ml/kg/min)
(L/min)
(u/min)
(ml/udar)
(ml/dl)
SEDENTARNI Mirovanje
0.25
3.5
6.1
70
87
4.0
Maksimalni napor
2.50
35.0
17.7
190
93
14.0
Mirovanje
0.25
3.5
6.1
45
136
4.0
Maksimalni napor
5.60
80.0
35.0
190
184
16.0
SPORTISTI
gde je VO2 - potroãnja kiseonika, MV - minutni volumen, HR - sråana frekvencija, SV - udarni volumen, a-vO2 - areterio-venski gradijent kiseonika Potroãnja kiseonika u mirovanju (250 ml/min) podeljena telesnom masom daje vrednost jednog metaboliåkog ekvivalenta (MET = 3.5 ml/kg/min) koja ima ogroman znaåaj u fiziologiji sporta i veæbanja, jer se smatra varijablom nezavisnom od kondicione pripremljenosti ispitanika i veliåine tela. Dalje, multiplikovanje ove vrednosti åesto se koristi u cilju doziranja nivoa energetske potroãnje. Tråanje na 9 kilometara zahteva 10 puta viãe energije od stanja mirovanja pa je energetsko koãtanje ove aktivnosti 10 MET-a odnosno 35 ml/kg/min. Porast VO2 za 10 puta tokom veæbanja (35 ml/kg/min) znatno je manje od porasta od 23 puta (80 ml/kg/min) koji se javlja kod vrhunski treniranog aerobnog sportiste. Poveñana aerobna sposobnost kod treniranih sportista javlja se kao posledica poveñanog maksimalnog minutnog volumena zbog porasta sråane frekvencije i udarnog volumena, pre nego poveñanog stepena periferne ekstrakcije kiseonika (Tabela 3.2). Kako postoji mala varijacija u maksimalnim vrednostima sråane frekvencije i arterio-venskog gradijenta kiseonika koja nastaje kao posledica treninga, VO2max primarno definiãe kapacitet srca kao pumpe, åime se podvlaåi znaåaj njegove evaluacije i merenja pri analizi sportskog funkcionalnog kapaciteta. Maksimalna potroãnja kiseonika se moæe prikazati u apsolutnim vrednostima (L/min) koje reflektuju ukupnu energetsku potroãnju organizma (1 L ~ 5 kcal) ili relativnim vrednostima (ml/kg/min). Kako krupnije osobe imaju veñu apsolutnu potroãnju kiseonika zbog veñe miãiñne mase, relativne vrednosti VO2max su mnogo pogodnija mera koja omoguñava uporedivost izmeœu osoba razliåite telesne mase. Ovaj parametar, bez obzira 46
kako prikazan, smatra se pojedinaåno jednim od najboljih indeksa fiziåkog radnog kapaciteta ili kardiorespiratorne kondicije.
ODREŒIVANJE VO2 MAX Maksimalna potroãnja kiseonika se uglavnom odreœuje merenjem zapremine i sadræaja kiseonika u izdahnutom vazduhu uz korekciju ambijentalnih vrednosti pritiska i temperature koriãñenjem sledeñe jednaåine: VO2 = VE x (FIO2 - FEO2) gde je VE – zapremina izdahnutog vazduha, FEO2 - direktno merena frakcija kiseonika u izdahnutom vazduhu, FIO2 - direktno merena frakcija kiseonika u udahnutom vazduhu (normalno 0.2093). Tradicionalno, potroãnja kiseonika se meri koriãñenem tzv. spirometrije otvorenog kruga ili tehnikom Douglas-ovih vreña. Meœutim, åesto je nemoguñe maksimalnu potroãnju kiseonika meriti direktnim putem pa se aerobni kapacitet procenjuje uz upotrebu drugih indirektnih varijabli kao ãto su sråana frekvencija (zahvaljujuñi zavisnosti izmeœu sråane frekvencije i VO2 max), brzina i nagib pokretne trake (tredmila) ili brzina i stepen optereñenja na ergo-biciklu. Jedan od najpoznatijih protokola za procenu VO2max je Bruce-ov protokol koji se zaniva na principu ocene aerobnog kapaciteta shodno dostignutom optereñenju na tredmilu. Sliåan test sa stepenastim poveñanjem nivoa intenziteta na ergobiciklu je Åstrand-ov test. Iako jednostavni za izvoœenje, ovakvi viãestepeni testovi åesto precenjuju maksimalnu potroãnju kiseonika pa se sve viãe koriste tzv. RAMP protokoli koji ukljuåuju kontinuirano i uniformno poveñanje optereñenja i precizniju procenu aerobnog kapaciteta (Slika 3.8).
Slika 3.8 Primer procene VO2max preko submaksimalnog pulsa
47
Åesto se za procenu maksimalne potroãnje kiseonika koriste jednostavni terenski testovi koji koriste prirodne aktivnosti (npr. hodanje, tråanje, penjanje uz stepenice) koje omoguñavaju testiranje velikog broja osoba za kratko vreme (npr. Conconi-jev test, shuttle-run test, Cooper-ov test tråanja na 12 minuta ili 1.5 milju, AAPHERD test) gde se procena VO2max zasniva na linearnoj zavisnosti brzine tråanje i maksimalne potroãnje kiseonika. Potroãnja kiseonika sråanog miãiña Parametri koji odreœuju potroãnju kiseonika sråanog miãiña (miokarda) su sråana frekvencija, kontraktilnost i tenzija koji nastaje u zidu sråane komore. Tenzija zida komore predstavlja kombinaciju odnosa izmeœu sistolnog krvnog pritiska i zapremine komore i obrnuto je srazmerna debljini zida miokarda. Tokom veæbanja, poveñanje sråane frekvencije glavni je faktor koji doprinosi poveñanju zahteva miokarda za kiseonikom. Sa druge strane, dopremanje kiseonika je olakãano zahvaljujuñi poveñanom koronarnom protoku koji je omoguñen smanjenjem vaskularnog otpora, prañenog blagim porastom miokardnog gradijenta kiseonika. Pokazano je postojanje jasne zavisnosti izmeœu merene potroãnje kiseonika miokarda (koja se izraæava kao ml kiseonika na 100 grama leve komore na min), sråane frekvencije i proizvoda brzine i pritiska. Sråana frekvencija je ograniåen parametar u merenju miokradne potroãnje kiseonika, posebno kada je sistolni arterijski pritisak znaåajno poveñan. Ovo se javlja tokom veæbi gornjih ekstremiteta koje su po obliku izometrijske. Slabija ishranjenost srca (ishemija) izazvana veæbanjem koju prate znaci na EKG (znaåajna depresija ST segmenta 1 mm) uglavnom se javlja kod osoba sa koronarnom bolesti. Ova åinjenica sugeriãe na postojanje ishemiånog praga pri kojem miokardna potroãnja ksieonika prevazilazi miokardno snabdevanje kiseonikom.
VENTILATORNI PRAG Poåetak nagomilavanja kiselih proizvoda metabolizma (metaboliåka acidoza) tokom fiziåke aktivnosti tradicionalno se meri serijskim analiziranjem uzoraka krvi i merenjem koncentracije mleåne kiseline. Meœutim, poåetak metaboliåke acidoze moguñe je utvrditi i bez upotrebe invazivnih metoda, pre svega analizom izdahnutih gasova tokom testiranja, posebno stepena pluñne ventilacije (VE) i produkcije ugljen dioksida (VCO2). Teoretski, anerobni prag razmene gasova oznaåava maksimalno radno optereñenje ili potroãnju kiseonika pri kojoj energetski zahtevi prevazilaze sposobnost organskih sistema (pre svih kardiorespiratornog) da nastave obezbeœivanje energije aerobnim metabolizmom. Mehanizmu pojave anaerobnog praga u izvesnoj meri doprinosi i stepen neutralisanja (puferisanja) mleåne kiseline od strane natrijum-bikarbonata u krvi, pa otpuãteni ugljen dioksid produkovan od strane aktivnih miãiña, predstavlja dodatni stimulus za ventilaciju. Ove biohemijske promene prikazane su reakcijom:
48
Shodno tome, vrednosti ventilacije i produkcije ugljen dioksida rastu u skladu sa poveñanjem serumskih laktata ali bez linearne zavisnosti od intenziteta veæbanja. Ovaj metod pokazuje visok stepen korelacije sa metodom merenja koncentracije laktata u krvi. Porast ventilatornog ekvivalenta za kiseonik (VE/VO2) tokom veæbanja bez odgovarajuñe promene u ventilatornom ekvivalentu za ugljen dioksid (VE/VCO2) takoœe se smatra senzitivnim i pouzdanim metodom za odreœivanja anaerobnog praga. Meœutim i dalje postoje brojna neslaganja koja okruæuju mehanizme definisanja anaerobnog praga. Poveñana produkcija laktata se moæe pojaviti i kao posledica mehanizama koji nisu povezani sa neadekvatnim snabdevanjem kiseonikom. Nedovoljan puferski kapacitet pri fiksnom metaboliåkom intenzitetu, kada su produkcija laktata i potroãnja kiseonika u linearnom porastu, takoœe igra odreœenu ulogu. Anaerobni prag dobijen gasnim analizama se åesto izraæava kao procenat od VO2max. Visoko utrenirani sportista sa VO2max od 4.25 L/min, åija se taåka ventilatornog praga javlja na 3.20 L/min ima anaerobni prag koji odgovara 75% VO2max. Ovaj sportista ima sposobnost da odræi aktivnost na vrednostima ispod 75% VO2 max koristeñi osobine aerobnih sistema za dobijanje energije. Ovakva aktivnost se odvija bez znaåajne akumulacije laktata i miãiñnog zamora. Mada se anaerobni prag tipiåno javlja u rasponu od 55±8% VO2max kod zdravih neaktivnih osoba, ona ima znaåajno veñe vrednosti kod vrhunskih sportista (70-90% VO2max) (Slika 3.9).
Slika 3.9 Taåka dostizanja anaerobnog (laktatnog) praga
Maksimalna potroãnja kiseonika je prepoznata kao vaæan prediktor sportskog postignuña u sportovima izdræljivosti (npr. tråanje na duge staze, maraton, biciklizam, plivanje). Meœutim, pokazano je da je sposobnost odræavanja visokih vrednosti potroãnje kiseonika tokom produæenog intenzivnog veæbanja, bez nagomilavanja mleåne kiseline (VO2 na anaerobnom pragu) joã vaænija determinanta kardiorespiratorne kondicije. Shodno tome, anaerobni prag ima kljuåni znaåaj u odreœivanju optimalnog optereñenja, posebno kod aktivnosti izdræljivosti.
49
DINAMIÅKE (IZOTONIÅNE) I STATIÅKE (IZOMETRIJSKE) AKTIVNOSTI Dinamiåke ili izotoniåne aktivnosti su one aktivnosti u kojima se veæbanje karakteriãe ritmiånim, repetitivnim pokretima velikih miãiñnih grupa kakve su na primer tråanje, plivanje ili sportske igre. Posledica dinamiåkih aktivnosti je poveñanje potroãnje kiseonika i porast sråane frekvencije i udarnog volumena, koji se odvijaju paralelno sa poveñanjem intenziteta aktivnosti. Prisutan je i progresivan porast sistolnog krvnog pritiska sa odræavanjem (ili blagim padom) dijastolnog pritiska tj. porastom pulsnog pritiska. Kod ovakvih aktivnosti, krv se preusmerava iz unutraãnjih organa prema aktivnoj muskulaturi, gde poveñano oslobaœanje kiseonika poveñava sistemski arterio-venski gradijent kiseonika. Dakle, dinamiåke aktivnosti dovode do poveñanog optereñenja sråanog miãiña delovanjem poveñane zapremine krvi, ãto predstavlja osnovu trenaænih adaptacionih promena. Sa druge strane, izometrijska optereñenja ukljujuåuju miãiñnu kontrakciju protiv fiksnog optereñenja bez promene duæine ukljuåene miãiñne grupe ili pokreta u zglobu. Kardiovaskularni odgovor na izometrijske aktivnosti je posredovan tzv. neurogenim mehanizmima. Pre svega, statiåke aktivnosti koje ukljuåuju manje od 20% maksimalne voljne kontrakcije (MVC) odreœene miãiñne grupe, dovode do blagog porasta sistolnog i dijastolnog krvnog pritiska i sråane frekvencije. Tokom aktivnosti intenziteta veñeg od 20% MVC, sråana frekvencija raste u odnosu na stepen tenzije i uoåava se iznenadan porast sistolnog krvnog pritiska. Udarni volumen ostaje nepromenjen osim pri velikom stepenu tenzije (50% MVC), kada dolazi do sniæavanja vrednosti. Rezultat statiåkih aktivnosti je umereno poveñanje minutnog volumena koje ne odgovara stepenu poveñanog metabolizma. Bez obzira na poveñanje minutnog volumena, protok krvi kroz neaktivnu muskulaturu ne raste usled refleksne kontrakcije krvnih sudova. Takva kombinacija vazokonstrikcije i poveñanog minutnog volumena izaziva neravnomeran porast sistolnog, dijastolnog i srednjeg arterijskog krvnog pritiska. Shodno tome, prisutan je znaåajan obim optereñenja na sråani miãiñ izazvan poveñanjem pritiska, nastao u cilju poveñanja perfuzije aktivne muskulature (Tabela 3.3).
50
Tabela 3.3 Uticaj dinamiåkog i statiåkog veæbanja na parametre kardiovaskularnog
sistema Dinamiåka aktivnost
Statiåka aktivnost
Minutni volumen
++++
+
Sråana frekvencija
++
+
Udarni volumen
++
0
Periferni otpor
-
+++
Sistolni arterijski pritisak
+++
++++
Dijastolni arterijski pritisak
0-
++++
Srednji arterijski pritisak
0+
++++
Optereñenje leve komore
volumen
pritisak
0 nema uticaja; - pad parametra; + rast parametra Stepen optereñenja pritiskom, nastao kao posledica izometrijske aktivnosti, zavisi od stepena tenzije kontrahovanih miãiña u odnosu na maksimalnu moguñu tenziju u izabranoj miãiñnoj grupi (% MVC) kao i od ukljuåene ukupne miãiñne mase. Nekada i relativno umerena izometrijska aktivnost muskulature gornjih ekstremiteta moæe pobuditi intenzivan skok pritiska. U takvom sluåaju, poveñani miokardni zahtevi bivaju kamuflirani relativno niskim aerobnim zahtevima pa su uobiåajeni znaci upozorenja usled preoptereñenja (tahikardija, znojenje, oteæano disanje) odsutni. Kod osoba koje imaju slabije ishranjenu (ishemiånu) levu komoru, znaåajan porast pritiska moæe dovesti do opasnih komorskih aritmija i iznenadne sråane smrti.
AKTIVNOSTI GORNJIH I DONJIH EKSTREMITETA Pri fiksnom submaksimalnom optereñenju gotovo svi kardiorespiratorni parametri (sråana frekvencija, sistolni i dijastolni pritisak, minutna ventilacija, potroãnja kiseonika i koncentracija laktata) imaju poveñane vrednosti, dok su udarni volumen i anaerobni prag (izraæen kao % od VO2max) niæih vrednosti, tokom veæbanja sa angaæovanim gornjim ekstremitetima u odnosu sa aktivnosti nogu (Slika 3.10). Kako je minutni volumen gotovo isti za ruke i noge pri fiksnoj potroãnji kiseonika, poveñani pritisak tokom veæbanja rukama posledica je poveñanog perifernog vaskularnog otpora. Sa druge strane, tokom maksimanog napora, fizioloãki odgovori su uglavnom veñi pri veæbanju nogama osim kod osoba koji imaju ograniåenu sposobnost da izvedu aktivnost donjih ekstremiteta usled neuroloãkih, vaskularnih ili ortopedskih ograniåenja. Razlika u kardiorespiratornim i hemodinamskim odgovorima dve vrste veæbanje (ruke vs. noge) pri istom nivou optereñenja posledica je nekoliko faktora. Mehaniåka efikasnost (odnos izmeœu izvrãenog rada i kalorijske potroãnje) je niæa tokom veæbanja rukama. To je posledica ukljuåivanja manjih miãiñnih grupa i statiåkog 51
napora potrebnog za rad rukama, koji dovodi do poveñane potroãnje kiseonika ali ne utiåe na izvrãeni rad.
Slika 3.10 Razlike u frekvenciji srca (HR) i art. pritisku (TA) tokom aktivnosti ruku
i nogu Veñi stepen porasta pritiska i procenjene miokardne potroãnje kiseonika pri fiksnom optereñenju za rad rukama, rezultat je poveñanog tonusa simpatiåkog nervnog sistema tokom ove vrste aktivnosti. Ovaj fenomen je posredovan smanjenjem udarnog volumena sa poslediånim kompenzatornim poveñanjem sråane frekvencije (tahikardijom), izometrijskom kontrakcijom, suæenjem krvnih sudova u neaktivnoj muskulaturi ili svim faktorima zajedno. Maksimalna potroãnja kiseonika tokom veæbanja rukama kod muãkaraca i æena varira izmeœu 64 i 68% vrednosti dobijenih pri veæbanju nogama. Osim toga, maksimalni minutni volumen je niæih vrednosti tokom veæbanja rukama, dok su maksimalna sråana frekvencija, sistolni krvni pritisak sliånih vrednosti ili neãto niæi tokom veæbanja rukama, ãto je od kljuånog znaåaja za preporuke trenaænih reæima kod veæbi kod kojih su ukljuåeni samo gornji ekstremiteti. Shodno tome, doziranje veæbi za gornje ekstremitete koji koristi HRmax ekvivalentan vrednostima dobijenih sa testa tråanjem moæe dovesti do precenjivanja trenaænih pulseva. Kao opãti savet, preporuåena sråana frekvencija za trening nogu treba da bude smanjena za oko 10 otkucaja pri treningu koji ukljuåuje samo gornje ekstremitete.
52
IV RESPIRATORNI SISTEM I VEÆBANJE Tokom fiziåke aktivnosti potrebe za energijom rastu zavisno od vrste, intenziteta i trajanja veæbanja. U veñini aktivnosti, sposobnost organizma da odgovori na poveñane potrebe za energijom, zavisi od dostupnosti kiseonika. Obezbeœivanje potrebne koliåine kiseonika za aerobnu produkciju energije obavlja respiratorni sistem. Ventilacija pluña se poveñava omoguñavajuñi poveñan dotok kiseonika i bolju ventilaciju alveola, poveñava se oslobaœanje kiseonika u krvi i perifernim tkivima. Sve ove promene ne samo da obezbeœuju adekvatnu oksigenaciju miãiñnog tkiva veñ igraju glavnu ulogu i u odræavanju acido-bazne ravnoteæe i termoregulacije. U veñini aktivnosti, nivo respiratorne aktivnosti odgovara stepenu izvrãenog fiziåkog rada. Zbog precizne kontrole i velikog rezervnog potencijala, respiracija kod normalne, sedentarne zdrave osobe ili kod umereno utreniranog pojedinca ne predstavlja ograniåavajuñi faktor aktivnosti, åak i kada osoba ostane bez daha tokom treninga. Kod vrhunskih sportista u pojedinim situacijama (intenzivna aerobna optereñenja) kapaciteti kardiovaskularnog i metaboliåkog sistema prevazilaze kapacitete respiracije koja moæe ograniåiti parametre sportskog postignuña.
PROMENE RESPIRATORNIH PARAMETARA TOKOM VEÆBANJA Najuoåljiviji odgovor respiratornog sistema na poveñane metaboliåke zahteve je poveñanje pluñne ventilacije (VE izraæena u L/min) (Slika 4.1). Neposredno nakon poåetka veæbanja uoåava se nagli skok minutne ventilacije, koji se odræava 10 do 20 sekundi. Nakon inicijalnog skoka uoåava se dalji postepeni porast do uspostavljanja stabilnog stanja koji se uglavnom zavrãava nakon 2 do 3 minuta kod aktivnosti umerenog intenziteta. Dostignuti nivo stabilnog stanja zavisi od nekoliko faktora kao ãto su nivo optereñenja, pripremljenost osobe ili uslovi ambijenta.
Slika 4.1 Promene respiratornih parametara tokom veæbanja 53
VE – minutna ventilacije, PCO2/O2 – parcijalni pritisak CO2/O2 Poåetni porast ventilacije posledica je poveñanja disajnog volumena (zapremina vazduha koja se unese pri jednom udisaju). Teoretski potencijalan raspon za porast disajnog volumena je vitalni kapacitet (zapremina vazduha koja se moæe udahnuti nakon maksimalnog izdaha). U realnosti, disajni volumen raste do 50-65% vitalnog kapaciteta pre dostizanja platoa, posebno obuhvatajuñi udisajnu komponentu kapaciteta. Pri laganom i umerenom veæbanju doprinos poveñanja ventilacije poveñanjem frekvencije diasanja je minimalan, mada se poveñava sa produæenjem i intenziviranjem aktivnosti. Otpor u disajnim putevima se smanjuje kao posledica ãirenja disajnih puteva (bronhodilatacije) veñ pri poåetku aktivnosti. Kao posledica toga, odnos izmeœu pluñnog prostora koji se ne ventilira (mrtvog prostora) i disajnog volumena opada. Najveñe promene se uoåavaju pri umerenom nivou optereñenja. Rezultat promene je poveñana ventilacija alveola (VA) sa nivoa u mirovanju od 70% pluñne ventilacije do preko 80% tokom aktivnosti. Poveñanje VA omoguñava odræavanje parcijalnog pritiska kiseonika (PO2) na alvelolarnom nivou (PAO2) koji predstavlja pokretaåku silu transfera kiseonika kroz alveolarno-kapilarnu mreæu. Razmena gasova i perfuzija krvi u pluñima tokom nisko-intenzivne i umerene aktivnosti je dovoljna da odræi zasiñenost (saturaciju) krvi kiseonikom (SaO2%). Na ñelijskom nivou uoåava se nekoliko faktora koji omoguñavaju porast oslobaœanja (ekstrakcije) kiseonika tokom fiziåke aktivnosti.
54
Faktori poveñane ekstrakcije kiseonika tokom veæbanja Poveñanje gradijenta pacijalnog pritiska kiseonika Pod uslovima mirovanja dovoljna koliåina kiseonika ostaje u muskulaturi odræavajuñi parcijalni pritisak kiseonika (PO2) od 40 mm Hg. Kada veæbanje dovede do poveñanih metaboliåkih zahteva, kiseonik prisutan u miãiñu se odmah koristi, ãto za posledicu ima pad parcijalnog pritiska kiseonika u miãiñnom tkivu. Tako, gradijent pritiska se proãiruje od 55 mm Hg (kapilarni 95 mm Hg, tkivni 40 mm Hg) na 65 mm Hg (kapilarni 95 mm Hg, tkivni 30 mm Hg) tokom submaksimalnog veæbanja. Ravnoteæa izmeœu miãiñnog tkiva i krvi se postiæe na venskom kraju kapilara pa venska krv koja se vraña iz miãiña takoœe ima niæi PO2. Posledica veñeg tkivnog gradijenta kiseonika je veña disocijacija i ekstrakcija kiseonika koja se poveñava sa 23% u mirovanju na 38% tokom veæbanja. Poveñanje parcijalnog pritiska ugljen dioksida Kada se kiseonik koristi u aerobnoj produkciji energije, nusprodukt aerobnog metabolizma je ugljen dioksid (CO2). Poveñanje koncentracije CO2 podrazumeva i porast parcijalnog pritiska (PCO2). Porast parcijalnog priitiska pomera krivu disocijacije kiseonika u desno izazivajuñi veñe oslobaœanje i ekstrakciju kiseonika od strane miãiñnog tkiva. Stepen disocijacije zavisi od intenziteta veæbanja i brzine produkcije ugljen dioksida. Ãto je aktivnost veñeg intenziteta i produkcija ugljen dioksida veña to je i ekstrakcija kiseonika veñeg stepena. Smanjenje pH (porast koncentracije jona vodonika) Joni vodonika nastaju kao posledica dva hemijska procesa tokom fiziåke aktivnosti. Ugljen dioksid se kombinuje sa vodom gradeñi ugljenu kiselinu (H2CO3) koja se razgraœuje na jone vodonika i bikarbonat. Drugo, mleåna kiselina se razgraœuje na laktate i vodoniåne jone. Prisustvo poveñane koncentracije jona vodonika smanjuje pH i pomera acido-baznu ravnoteæu prema kiseloj sredini. Kiseli pH pomera krivu disocijacije kiseonika u desno (sliåno PCO2) åime se poveñava stepen ekstrakcije kiseonika. Stepen ekstrakcije zavisi od brzine produkcije jodoniånih jona i deãava se tokom prolaska eritrocita kroz kapilare miãiñnog tkiva. Kombinovan efekat CO2 i pH na afinitet hemoglobina za kiseonik i stepen disocijacije poznat je kao Bohr-ov efekat. Porast telesne temerature Joã jedan nusprodukt energetske produkcije u aktivnoj muskulaturi je topota. Koliåina osloboœenje energije koja se koristi za miãiñnu kontrakciju je svega oko 40% ostatak energije oslobaœa se kao metaboliåka toplota. Toplota se prenosi od miãiñnog tkiva prema kapilarima. Rezultat trasnfera toplotne energije je porast temperature krvi koji dovodi do pomeranja krive disocijacije u desno izazivajuñi veñi stepen oslobaœanja kiseonika. Kao ãto smo videli, porast stepena upotrebe kiseonika u produkciji energije tokom aktivnosti i nusprodukti sagorevanja goriva zajedno funkcioniãu u poveñanju dostupnosti kiseonika. Viãak ugljen dioksida koji nastaje tokom veæbanja izbacuje se disanjem iz pluña, ãto moæe dovesti i do sniæenja parcijalnog pritiska. 55
Tabela 4.1 Respiratorni odgovori na fiziåku aktivnost Vrsta aktivnosti Submaksimalna Kratkotrajna
Submaksimalna Dugotrajna
Maksimalna Progresivna
Statiåka
VE
b
b
b
b
VD
d
d
d
d
VT
b
b
bP
b
f
P
P
b
P
VD/VT
d
d
d do 60% max e
d
VA
b
b
b
b
PAO2
e
e
e do 75% max b
e
PaO2
e
P
e do 75% max b
e
(A-a)PO2 diff
deb
deb
e do 75% max b
deb
SaO2%
P
e
e
P
PaCO2
ed
ed
ed
ed
PvCO2
P
P
b
P
SvO2%
d
d
d
d
a-vO2 diff
b
b
b
e
gde je VE – minutna ventilacija, VD – zapremina mrtvog prostora, VT – disajni volumen, f – frekvencija disanja, Va – alveolarna ventilacija, PAO2 – alveolarni parcijalni pritisak kiseonika, PaO2 – parcijalni pritisak kiseonika u arterijskoj krvi, (A-a)PO2 diff – gradijent parcijalnog pritiska kiseonika izmeœu alveola i aarterija, SaO2% - procenat saturacije arterijske krvi kiseonikom, PACO2 – parcijalni pritisak ugljen dioksida u alveolama, a-vO2 diff – gradijent kiseonika izmeœu arterijske i venske krvi, PaCO2 – parcijalni pritisak CO2 u arterijskoj krvi, PVCO2 – parcijalni pritisak CO2 u venskoj krvi, SvO2% - procenat saturacije venske krvi kiesonikom, PvO2 – parcijalni pritisak kiseonika venske krvi, - brz porast varijable, - postepen porast varijable, - sniæenje varijable, - bez promene varijable.
RESPIRATORNI SISTEM I HRONIÅNI TRENAÆNI STIMULUS Iako su promene koje respiratorni sistem trpi tokom pojedinaåne aktivnosti veoma kompleksne, malo je podataka o veæbanju i hroniånim adaptacijama respiratornog sistema. Veñina autora se slaæe da pri upotrebi odreœenih modaliteta aktivnosti 56
(tråanje, biciklizam, rvanje) nema znaåajnih promena totalnog kapaciteta pluña, vitalnog kapaciteta, rezidualnog volumena, funkcionalnog rezidualnog kapaciteta kod muãkaraca i æena svih starosnih grupa, niti ima razlika meœu sportistima i nesportistima. Sa druge strane, kod aktivnosti u vodi (npr. plivanje, vaterpolo, ronjenje) sportisti imaju znaåajno veñe pluñne volumene i kapacitete u poreœenju sa ostalim sportistima i nesportistima. Pre svega, plivaåki trening dovodi do poveñanja ukupnog kapaciteta pluña i vitalnog kapaciteta kod dece i kod odrasle populacije. Moguñe je da je razlog za ovu razliku åinjenica da sportisti u vodi diãu protiv otpora vode u ograniåenom obrascu disanja, sa ponovljenom ekspanzijom pluña do totalnog pluñnog kapaciteta. Plivanje takoœe omoguñava zauzimanje horizontalnog poloæaja tela a ovakav stav je optimalan za perfuziju pluña i difuziju respiratornih gasova. Promena minutne ventilacije najuoåljivija je posledica dugogodiãnjeg treninga opãte izdræljivosti (Slika 4.2). U mirovanju se ne uoåavaju razlike u VE mada kod sportista dolazi do poveñanja disajnog volumena i smanjenja frekvencije disanja. Ovakav obrazac se uoåava i tokom submaksimalnog rada i stepen minutne ventilacije je niæih vrednosti nego kod nesportista. U maksimalnom optereñenju VE je veñih vrednosti nakon treninga nego pre treninga, ãto odslikava veñu radnu sposobnost. Glavna komponenta promene pri maksimalnom optereñenju je poveñanje frekvencije disanja mada raste i disajni volumen. Konaåno, kapacitet za veñi stepen i trajanje maksimalne voljne ventilacije je poboljãan ãto reflektuje veñi stepen snage i izdræljivosti respiratorne muskulature. Ove adaptacije se uoåavaju nakon 6 do 10 nedelja programiranog redovnog veæbanja i brzo se povlaåe nakon prestanka aktivnosti. Javljaju se kao posledica svih vrsta aktivnosti u svim starosnim grupama. Osim toga, ventilatorni prag se pomera prema veñim optereñenjima kao rezultat treniga i kod dece i kod odraslih osoba.
Slika 4.2 Promene minutne ventilacije pre i nakon treninga
Kod svih starosnih grupa oba pola, parametri gasne razmene veoma malo variraju kao posledica trenaænih aktivnosti. Pokazano je da je difuzioni kapacitet veñi kod vrhunskih plivaåa i trkaåa, mada se konzistentan porast ne javlja kao posledica submaksimalnih ili maksimalnih treninga. Moguñe je da je veñi difuzioni kapacitet po57
sledica genetskih razlika i predispozicija za ove sportove. Arterijske vrednosti pH i PCO2 ne menjaju se sa treningom mada pH venske krvi sporije raste (krv postaje manje kisela) dok pCO2 opada tokom submaksimalnog treninga. Gradijent pritiska kiseonika izmeœu alveola i arterija se smanjuje kao rezultat aerobnih treninga veñe uåestalosti (4 do 5 treninga nedeljno). Trening takoœe dovodi i do pomeranja krive disocijacije kiseonika udesno, olakãavajuñi otpuãtanje kiseonika u miãiñno tkivo. Uoåljiv je i porast arteriovenske razlike u koncentraciji kiseonika, kao rezultat aerobnih treninga i u miru i tokom optereñenja. Ostali parametri ne trpe uticaj trenaænog stimulusa. Razlog malih promena respiratornog sistema na uticaj trenaænog stimulusa je posledica velikog rezervnog kapaciteta koji ovaj sistem poseduje a koji je viãe nego dovoljan da podmiri potrebe intenzivnih produæenih napora. Shodno tome, tokom treninga razliåite komponenete respiratornog sistema nisu stimulisane u dovoljnoj meri, da bi doãlo do pozitivnih adaptacionih odgovora.
58
V MIÃIÑNA VLAKNA – STRUKTURA, KONTRAKCIJA, TIPIZACIJA Miãiñne kontrakcije su osnova pokreta åoveka. U cilju razumevanja nastajanja pokreta, neophodno je razumeti veze koje postoje izmeœu razliåitih struktura ljudskog organizma. Miãiñne ñelije treba da budu sposobne da produkuju i koriste adenozin trifosfat (ATP) kako bi obezbedili enegiju za kontrakciju i generisanje sile. Ovaj proces zahteva operativno funkcionisanje mnogih sistema kao ãto su digestivni, respiratorni, endokrini i kardiovaskularni sistem, koji treba da obezbede ñeliji kiseonik i hranljive materije u cilju proizvodnje energije. Miãiñno tkivo sposobno je da proizvodi silu zbog posebne interakcije kontraktilnih elemenata (miofilamenata) koji su primarno izgraœeni od proteina. Funkcija miãiñnog tkiva direkno zavisi od vrste tkiva (skeletna, glatka, sråana muskulatura) ukljuåenog u aktivnost. Sila koja nastaje moæe se koristiti za lokomociju (skeletni miãiñi), pokrete sadræaja cevastih organa kao ãto su digestivni ili vaskularni sistem (glatka muskulatura) i aktivnost srca kao pumpe (sråani miãiñ – miokard). Kako skeletna muskulatura poseduje razliåite karakteristike, åesta je upotreba brojnih sinonima kakav je na primer voljna muskulatura (obzirom da je pod kontrolom voljnih centara) ili popreåno-prugasta (poseduje ponavljajuñi obrazac svetlih i tamnih polja pri posmatranju mikroskopske strukture). Konaåno, u cilju diferencijacije skeletnih miãiñnih vlakana od intrafuzalnih senzornih organa (propriocepotora) nekada se skeletna miãiñna vlakna nazivaju i ekstrafuzalna vlakna. Skeletna muskulatura ima zaãtitinu ulogu spreåavajuñi delovanje agenasa iz spoljaãnje sredine na unutraãnje organe i mesto je sinteze proetina u organizmu. Iako je izvoœenje pokreta (lokomocija) primarna funkcija miãiñnog tkiva, lokomotorni sistem odræava posturu (stojeñi stav), pomaæe u vrañanju venske krvi u srce i igra vaænu ulogu u termogenezi (produkciji topote). Toplota je nusprodukt metaboliåkih procesa u ñeliji – kako miãiñ utilizira veliku koliåinu energije u cilju proizvodnje sile, velika koliåina topote nastaje tokom miãiñne kontrakcije. Konaåno, miãiñi predstavljaju aktivna metaboliåka tkiva sposobna da biohemijsku enegiju iz unete hrane transformiãu u mehaniåku energiju kontrakcije. Miãiñno tkivo poseduje jedinstvene osobine neophodne za izvoœenje primarne funkcije - konvertovanja nervnog elektriånog signala u mehaniåki dogaœaj, kontrakciju miãiñnih vlakana. Karakteristike muskulature koje omoguñavaju ovu kljuånu osobinu su iritabilnost, kontraktilnost, ekstenzibilnost i elastiånost. Iritabilnost (podraæljivost) se odnosi na sposobnost miãiña da primi i odgovori na stimulus. Stimulus je uglavnom u formi hemijske poruke (neurotransmitera) dok je odgovor uglavnom u oblku generisanja elektriånog signala (akcionog potencijala) koji se prosture duæ ñelijske membrane miãiñne ñelije. Kontraktilnost se odnosi na svojstvo miãiña da na delovanje stimulusa (draæi) odgovara skrañivanjem sopstvene duæine. Ovo skrañivanje proizvodi silu i miãiñno tkivo je jedino tkivo u organizmu koje poseduje ovu osobinu. 59
Ekstenzibilnost (produæivost) se odnosi na osobinu da miãiñ moæe biti istegnut ili produæen. Istezanje miãiña se dogaœa uz obavezno delovanje spoljaãnje sile. Konaåno, elastiånost se odnosi na sposobnost miãiña da povrati poåetnu duæinu nakon istezanja. Ove karakteristike miãiña deluju zajedno omoguñavajuñi pokret åoveka.
MAKROSKOPSKA STRUKTURA MIÃIÑA U telu åoveka nalazi se oko 400 skeletnih miãiña koji åine 40 do 45% telesne teæine odraslog muãkarca, odnosno 30 do 35% telesne teæine odrasle æene koji nisu fiziåki aktivni. Kod sportista, pomenute vrednosti mogu biti veñe i za 10 do 15%. Svi miãiñi organizma deluju zajedno u zadivljujuñoj harmoniji koja dovodi do finih, integrisanih pokreta i razliåitih aktivnosti od kojih mnoge zahtevaju minimalno anagaæovanje volje i razmiãljanja. Miãiñna aktivnost predstavlja bazu za sportsko ili rekreativno fiziåko veæbanje a estetska definicija miãiña postala je osnovni cilj u pojedinim sportovima (npr. bodi-bilding, atletska gimnastika). Da bi se ostvarile sloæene funkcije lokomotornog sistema, skeletna muskulatura je organizivana na sistematiåan naåin (Slika 5.1). Pojedini segmenti ogranizacije dostupni su oku posmatraåa, meœutim veñina strukturnih elemenata postaje vidljiva tek upotrebom svetlosnog ili elektronskog mikroskopa.
Slika 5.1 Makroskopska struktura miãiña 60
Skeletni miãiñi priãvrãñeni su za skelet putem tetiva, vezivnih struktura koje omoguñavaju transfer sile kontrakcije sa miãiña na koãtani skelet. Svaki miãiñ omotan je tankim vezivnim omotaåem - fascijom. Neposredno ispod fascije nalazi se fini omotaå koji naleæe direktno na miãiñ – epimysium. Unutraãnjost miãiña podeljena je na snopove miãiñnih vlakana (fascikule) koji su takoœe obavijeni vezivnim tkivom. Listovi vezivnog tkiva koji odvajaju fascikuluse nazivaju se perimysium. Konaåno, svaki fascikulus sastoji se od mnogo pojedinaånih miãiñnih vlakana (ñelija) od kojih je svaka obavijena sopstvenim vezivnim omotaåem – endomysiumom. Tri sloja vezivnog tkiva obezbeœuju unutraãnju strukturu miãiña, dræeñi sve strukture u jednoj funkcionalnoj celini. Sva tri sloja se na krajevima miãiña meœusobno povezuju, formirajuñi tetive koje se zavrãavaju na skeletu. Kada se miãiñ kontrahuje, on povlaåi vezivno tkivo u koje je “zarobljen” izazivajuñi pokret tetive koji dovodi do pokreta kosti za koju je miãiñ pripojen. Shodno razliåitom aranæmanu fascikulusa, uoåavamo razliåite oblike koje poprima åitav miãiñ (Slika 5.2). Opisuju se longitudinalni, fuziformni, radijatni, unipenatni, bipenatni, multipenatni i cirkularni miãiñi. Oblik miãiña odreœuje obim pokreta i utiåe na produkciju sile. Ãto su miãiñi duæi i paralelne strukture, kao kod longitudinalnih miãiña, veñi je stepen skrañivanja a manje generisanje sile. Bipenatni i multipenatni miãiñi se vrlo malo skrañuju, meœutim proizvode veñu silu.
Slika 5.2 Tipovi miãiña prema pravcu pruæanja fascikulusa
MIKROSKROPSKA STRUKTURA MIÃIÑNOG VLAKNA Pojedinaåno miãiñno vlakno koje ulazi u sastav fascikulusa dalje je segmentirano na manje jedinice poznate kao miofibili koji se sastoje od miofilamenata (Slika 5.3). Miãiñno vlakno predstavlja jednu miãiñnu ñeliju, funkcionalnu jedinicu miãiñnog tkiva. Miãiñna vlakna su duge, cilindriåne ñelije preånika od 10 do 60 m, duge od 1 do 400 mm. Miãiñno vlakno sadræi mnogo jedara (nukleusa) koji su lokalizovani ispod ñelijske membrane. Membrana miãiñne ñelije zove se sarkolema i osobine sarkoleme odgovorne su za nadraæljivost miãiña. Citoplazma miãiñne ñelije (sarkoplazma) sliåna je citoplazmi ostalih ñelija, meœutim poseduje odreœene specifiåne osobine kao ãto su poveñana koliåina glikogena (koji sluæi kao depo energije) i mioglobina (protein za vezivanje i transfer kiseonika). 61
Slika 5.3 Unutraãnjost strukture miãiñne ñelije
Miãiñno vlakno sadræi ñelijske organele koje se nalaze i u drugim ñelijama (ukljuåujuñi veliki broj mitohondrija) zajedno sa specifiånim organelama, kakve su transverzalni (T) tubuli, sarkoplazmatski retikulum i miofibrili. Miofibrili su izgraœeni od proteinskih mioflamenata i odgovorni su za kontraktilne osobine miãiña. Sarkoplazmatski retikulum (SPR) je specijalizovana organela koja sluæi kao rezervoar jona kalcijuma. Graœen je kao mreæa cevåica i vreñica (cisterni) koje se nalaze obmotane oko miofibrila. Glavna uloga SPR je sposobnost da deponuje, otpuãta i ponovo preuzima jone kalcijuma omoguñavajuñi na taj naåin miãiñnu kontrakciju. Transverzalni popreåni T tubuli su organele koje prenose elektriåni signal iz sarkoleme u unutraãnjost ñelije. Oni se nastavljuju na sarkolemu i uvlaåe se u unutraãnjost miãiñnog vlakna i mada su u tesnom kontaktu sa SPR reå je o dve odvojene anatomske strukture. Prenos impulsa kroz T tubule dovodi do osobaœanja kalcijuma iz kesica SPR u trenutku kada elektriåni signal dospe u unutraãnjost ñelije. Svako miãiñno vlakno sadræi stotine ili hiljade malih cilindriånih jedinica miofibrila. Miofibrili su kontraktilne strukture sastavljene od miofilamenata koji leæe paralelno sa horizontalnom osom miãiñne ñelije i pruæaju se åitavom duæinom (Slika 5.4). Miofibrili åine oko 80% zapremine åitave miãiñne ñelije. Svaki miofibril sastoji se iz miofilamenata koji su organizovani tako da se ponavljaju tokom åitave duæine miofibrila, dajuñi im popreåno isprugan izgled. Svaka jedinica miofilamenata koja se ponavlja ima funkcionalni znaåaj i zove se sarkomera. U okviru sarkomere razlikujemo tanke i debele filamente proteina. Debeli filamenti sastoje se od kontraktilnog proteina miozina a tanki od aktina. Tanki filamenti u strukturi poseduju i regulatorne proteine, troponin i tropomiozin. Pri posmatranju miofilamenata elektronskim mikroskopom, uoåavaju se naizmeniåne svetle i tamne pruge. Svetle pruge se zovu I trake i sadræe samo tanke filamente a tamne su poznate kao trake A i sadræe i tanke i debele miofilamente. Miofilamenti zauzimaju trodimenzionalni prostor u sarkopla62
zmi – svaki debeli filament okruæen je sa 6 tankih a svaki tanak filament sa 3 debela miofilamenta. Pored pomenutih kontraktilnih i regulatornih proteina, sarkomeru grade i strukturni proteini (npr. dezmin, titin, nebulin) koji åine citoskelet miãiñne ñelije koji dræi na okupu aktinske i miozinske filamente.
Slika 5.4 Ultrastruktura miãiñnog vlakna
MEHANIZAM MIÃIÑNE KONTRAKCIJE Skeletna muskulatura kontrolisana je od strane centralnog nervnog sistema (CNS) kako na nivou viãih centara i pojedinih segmenata kiåmene moædine tako i od strane proprioceptivnih struktura (npr. miãiñno vreteno, Golgi-jev tetivni organ) povezanih sa kompleksom miãiña i tetiva. Integracija CNS i lokomotornog sistema je kompleksna ali efikasna. U cilju dobijanja miãiñne kontrakcije neophodno je da se generiãe akcioni potencijal od strane neurona koji inerviãe miãiñno vlakno (motoneuron) a da se zatim ova elektriåna poruka transportuje od neurona do miãiña kroz neuromiãiñnu spojnicu stvaranjem hemijskog signala. Posledica je stvaranje akcionog elektriånog potencijala u miãiñnoj ñeliji koji se sprovodi sarkolemom i T tubulima u unutraãnjost ñelije stimuliãuñi pokret miofilamenata. Proces povezivanja elektriånog siganala sa pokretom filamenata poznat je kao mehanizam ekscitacija-kontrakcija. Kada je muskulatura stimulisana na kontrakciju, miãiñ se skrañuje ili produæava kao posledica klizanja miozinskih i aktinskih miofilamenata bez promene njihove individualne duæine. Kontakt izmeœu miofilamenata poznat je kao cross-bridging i on kontroliãe skrañenje ili produæenje miãiña pri kontraktilnim pokretima (Slika 5.5).
63
Sukcesivne faze miãiñne kontrakcije Stanje mirovanja Joni kalcijuma su vezani u sarkoplazmatskom retikulumu (SPR) Tropomiozin-troponin kompleks blokira mesta vezivanja za miozin ATP je vezan za glavice miozina
Miãiñna kontrakcija Nervni impuls iznad mirovnog potencijala ãiri se kroz sarkolemu i transverzne tubule Oslobaœaju se joni kalcijuma iz SPR Kalcijum se vezuje za troponin - uspostavljaju se mostovi izmeœu aktina i miozina Aktivira se miozin ATPaza - ATP se razgraœuje Transfer energije izaziva pokret mostova aktin-miozin, dolazi do stvaranja napetosti Mostovi se odvajaju nakon vezivanja ATP za miozinski most
Relaksacija Spajanje i odvajanje mostova se nastavlja dok se koncentracija kalcijuma ne smanji Kada prestane nervni impuls, kalcijum se preuzima od strane SPR Aktin i miozin se vrañaju u stanje mirovanja
Slika 5.5 Shematizovan prikaz miãiñne kontrakcije
Ovaj kontinuirani proces pribliæavanja i udaljavanja ukrãtenih mostova dovodi do generisanja sile koji dovodi do skrañivanja, istezanja miãiña ili se sila generiãe a promena duæine izostaje. Ova klasifikacija bazira se na tri karakteristike miãiñne kontrakcije – vremena (trajanje ili brzina kontrakcije), promene duæine i produkcije sile (Slika 5.6). Izotoniåna kontrakcija se odnosi na onu kontrakciju u kojoj je produkcija sile (tenzije) nepromenjena izazivajuñi odgovarajuñi obim pokreta. Varijacije u generisanju sile su prisutne zbog usklaœivanja miãiñne duæine sa uglom pokreta 64
zglobova. Optereñenje je konstantno ali se sila menja kroz obim izvedenog pokreta pa je pravilan termin dinamiåka kontrakcija, koja poslediåno dovodi do pomeranja skeleta. Izotoniåna kontrakcija koja dovodi do skrañivanja duæine miãiña uz generisanju tenzije zove se koncentriåna kontrakcija, dovodeñi do pozitivnog spoljaãnjeg rada i primarno je odgovorna za pokrete. Ako se pokret javlja kao posledica dinamiåke miãiñne kontrakcije koja proizvodi napetost miãiña tokom produæavanja (istezanja) takva kontrakcija je ekscentriåna kontrakcija. Ona proizvodi negativan rad i primarno je odgovorna za decelarcione pokrete usporavanja, åesto povezana sa mikrotraumama muskulature. Izokinetiåka kontrakcija je kontrakcija miãiñnih vlakana u kojoj brzina kontrakcije ostaje konstantna bez obzira na skrañivanje ili produæavanje miãiña. Kontrakcija miãiñnog vlakna koja ne dovodi do promene duæine miãiña je izometrijska (statiåka) kontrakcija. Tokom izometrijske kontrakcije mostovi filamenata se uvrñu oko svoje ose bez promene duæine proizvodeñi napetost koja ne generiãe rad ili pokret. Znaåaj ove vrste kontrakcije je fundamentalan tokom fiksacije ili stabilizacije lokomocije. Produkcija sile se nastavlja sve dok je miãiñ stimulisan ali sposobnost da miãiñ funkcioniãe ograniåena je odreœenim unutraãnjim faktorima kao ãto su smanjenje produkcije i koncentracije ATP-a, smanjenje vrednosti pH i akumulacija metaboliåkih nusprodukata (npr. mleåne kiseline).
Slika 5.6 Vrste miãiñne kontrakcije
Tri termina koji opisuju miãiñnu kontrakciju (bez obzira da li je dinamiåka, statiåka ili izokinetiåka) su trzaj, sumacija i tetanus (Slika 5.7). Trzaj je pojedinaåna miãiñna kontrakcija izazvana jednim stimulusom nakon åega se javlja relaksacija. Sumacija se odnosi na sukcesivne stimuluse koji dolaze do zavrãetka motoneurona brzinom dovoljno velikom da sumirani izazovu miãiñnu kontrakciju bez potpune relaksacije. Ovaj termin poznat je i kao tzv. temporalna sumacija. Spacijalna sumacija se pojavljuje kada razliåiti presinaptiåki terminali na istom motoneuronu bivaju stimulisani u isto vreme dovodeñi do miãiñne kontrakcije. Konaåno, tetaniåka kontrakcija (tetanus) se definiãe kao stimulacija miãiñnih vlakana dovoljno visoke frekvencije koja ne dozvoljava povratak na relaksaciju izmeœu sukcesivnih kontrakcija. Jednom uspostavljen, tetanus traje do prestanka stimulusa ili pojave zamora. 65
Slika 5.7 Karakter miãiñne kontrakcije
Princip sve ili niãta Shodno principu sve ili niãta, kada je stimulisan jedan motorni neuron, sva miãiñna vlakna koja motoneuron inerviãe se kontrahuju do punog obima ili se ne kontrahuju uopãte. Minimalna koliåina stimulusa neophodna da bi se inicirala kontrakcija je tzv. stimulus praga. Ako se dostigne njegova vrednost, do kontrakcije ñe doñi. Ovaj fenomen povezan je sa elektriånim svojstvima ñelijske membrane i odnosi se na jednu miãiñnu ñeliju ili motornu jedinicu ali ne na åitav miãiñ. Motorna jedinica je osnovna neuromiãiñna jedinica kontrakcije. Sva miãiñna vlakna inervisana jednim neuronom åine motornu jedinicu.
TIPIZACIJA MIÃIÑNIH VLAKANA Ljudski organizam ima sposobnost da izvodi ãirok spektar fiziåkih zadataka kombinujuñi razliåite elemente brzine, izdræljivosti i snage. Nijedno pojedinaåno miãiñno vlakno ne poseduje karakteristike koje bi optimizovale sportsko postignuñe kroz spektar razliåitih fiziåkih izazova. Miãiñna vlakna poseduju odreœene karakteristike tzv. relativne specijalizacije. Pojedini miãiñni fascikulusi ili vlakna bivaju selektivno regrutovana za izvoœenje kratkih i snaænih, intenzivnih zadataka dok su druga angaæovana u aktivnostima izdræljivosti duæeg trajanja i niæeg intenziteta. Smenjivanje angaæovanja razliåitih miãiñnih vlakana deãava se naizmeniåno u aktivnom miãiñu koji odgovara ãarolikom zahtevima, pa isti miãiñ shodno strukturi i lokaciji moæe pokazivati najbolje rezultate u aktivnostima izdræljivosti, ali u manjoj meri pokazuje rezultate u aktivnostima generisanja sile ili brzine. Tokom godina, definisano je nekoliko naåina za podelu razliåitih miãiñnih vlakana. Takoœe, otvoreno je pitanje u kojoj meri se miãiñna vlakna mogu menjati kao rezultat odreœene vrste treninga. U svakom sluåaju, postoji opãti konsenzus da postoje dve vrste miãiñnih vlakana - tip I ili sporo-kontrahujuña vlakna i tip II tj. brzo-kontrahujuña vlakna, klasifikovana prema svojim kontraktilnim i metaboliåkim osobinama. U cilju ilustracije razliåite zastu66
pljnosti dva tipa vlakana, prikazana je distribucija i tipizacija miãiñnih vlakana u nekim sportovima (Tabela 5.1). Tabela 5.1 Raspodela miãiñnih vlakana kod sportista i nesportista MIÃIÑNA VLAKNA SPORT
TIP I
TIP II
Trkaåi na duge staze
60-90
10-40
Sprinteri
25-45
55-75
Skakaåi u vis
35-45
55-65
Dizaåi tegova
45-55
45-55
Bacaåi kugle
25-40
60-75
Biciklisti
55-65
35-45
Nesportisti
47-53
47-53
Miãiñna vlakna tip I Karakteristike miãiñnih vlakana prikazana su u tabeli (Tabela 5.2) i kao jedna od najvaænijih karakteristika vlakana tip I istiåe se otpornost na zamor. Tip I vlakna selektovana su za aktivnosti niskog intenziteta i dugog trajanja. U okviru jednog miãiña, vlakna tip I se asinhrono kontrahuju ãto zajedno sa njihovom otpronosti na zamor, produæava aktivnosti izdræljivosti konstantnim nadraæajem vlakana, kako se stimulus nastavlja. Sedentarne osobe poseduju oko 50% sporo-kontrahujuñih vlakana i ovakva distribucija je prisutna u svim veñim miãiñnim grupama u organizmu. Kod vrhunskih sportista u sportovima izdræljivosti, procenat tip I vlakana je poveñan ali verovatno kao posledica genetske predispozicije, mada postoje odreœeni dokazi da trening opãte (aerobne) izdræljivosti moæe ograniåeno transformisati vlakna. Sa metaboliåke taåke glediãta, tip I vlakna su dominatno aerobnog metabolizma jer se generisanje energije za kontinuiranu miãiñnu kontrakciju dobija sagorevanjem dostupnih nutrijenata (ugljenih hidrata, masti i proteina) uz prisustvo kiseonika.
67
Tabela 5.2 Fizioloãke karakteristike miãiñnih valakna Karakteristike
ST
FT a
FT b
veliåina motoronog neurona
mali
veliki
veliki
prag okidanja motoneurona
nizak
visok
visok
brzina provoœenja motoneurona Strukturalni aspekti
niska
visoka
visoka
dijametar miãiñnog vlakna
mali
veliki
veliki
razvijenost SPR
mala
velika
velika
gustina mitohondrija
velika
velika
mala
kapilarna gustina
visoka
srednja
niska
sadræaj mioglobina
visok
srednji
nizak
PC depoi
niski
visoki
visoki
depo glikogena
nizak
visok
visok
depo triglkicerida
visok
srednji
nizak
aktivnost miozinATPaze
niska
visoka
visoka
aktivnost enzima glikolize
niska
visoka
visoka
kapacitet oksidativnih enzima Funkcionalni aspekti
visok
visok
nizak
kontrakcija
spora
brza
brza
relakasacija
spora
brza
brza
produkcija sile
niska
visoka
visoka
energetska ekonomiånost
visoka
niska
niska
otoprnost na zamor
visoka
niska
niska
elasticitet
nizak
visok
visok
Neuralni aspekti
Energetski supstrati
Enzimski aspekti
gde je ST – sporo-kontrahujuña vlakna, FT – brzo-kontrahujuña vlakna SPR – sarkoplazmatski retikulum, PC - fosfokreatin
Miãiñna vlakna tip II Sa druge strane fizioloãkog kontinuuma, osobe koje postiæu maksimalne rezultate u sportovima generisanja velike snage i brzine uglavnom poseduju veñu proporciju tip II vlakana u velikim miãiñnim grupama. Tip II vlakna (brzo-kontrahujuña miãiñna vlakna) se kontrahuju bræe i razvijaju veñu tenziju od vlakana tip I. Posebnu brzinu i snagu kontrakcije poseduju tip IIb vlakna ili klasiåna „brza” vlakna. Metaboliåki, ova vlakna su anaerobna po tipu jer se oslanjuju na trenutno dostupne izvore energije u miãiñu (ATP, CP, glukoza). Kada su u pitanju sportske aktivnosti koje traju nekoliko 68
minuta (trka na 800 do 1500 m) regrutuje se drugi tip vlakana - tip IIa. Ova vlakna su tzv. tranziciona jer poseduju karakteristike i tipa I i tipa IIb vlakana. Metaboliåni gledajuñi, dok tip IIb vlakna imaju sposobnost da produkuju veliku koliåinu sile, tip IIa poseduju i odreœen stepen aerobnog kapaciteta ali ne kao tip I vlakna. Ona predstavljaju logiåan i neophodan most izmeœu razliåitih tipova vlakana, kako bi se zadovoljio spektar raznolikih fiziåkih zadataka. Smatra se da postoje i brza miãiñna vlakna tip IIc koja su opisana kao relativno retka i nedefirencirana vlakna koja imaju ulogu u reinervaciji ugroæenog skeletnog miãiña. Determinacija vrste miãiñnih vlakana u odreœenom miãiñu tipiåno se vrãi uzimanjem mikroskopskog dela miãiñnog tkiva biopsijom. Ovaj uzorak se zamrzava u teånom azotu a zatim seåe na tanke listiñe koji se zatim hemijski modifikuju. Mada postoji tipizacija putem nuklearne magnetne rezonance (NMR), ova metoda je skupa, retko dostupna i sloæena. Postoje pokuãaji koriãñenja merenja visine vertikalnog skoka u proceni tipizacije miãiñnih vlakana koji imaju promenljiv uspeh. Znaåaj tipizacije miãiñnih vlakana odnosi se na odreœivanje individualnih razlika u performasama i odgovorima na trening. Odnos brzih i sporih vlakana pomaæe u analizi parametara koji se mogu unaprediti treningom a koji ne. Konaåno, selekcija dece za sport u velikoj meri zavisi od tipizacije miãiñnih vlakana koje poseduju. Meœutim, svi miãiñi åovekovog organizma sastavljeni su od kombinacije brzih i sporih vlakana u razliåitim obrascima meœusobnih odnosa. Ovakav aranæman reflektuje åinjenicu da postoje razliåiti zahtevi koje isti miãiñ treba da izvede. Relativna zastupljenost vlakana veoma varira meœu razliåitim miãiñima. Na primer, m. soleus moæe imati 85% sporo-kontrahujuñih vlakna a m. trices surae i m. orbicularis oculi samo 30%. Distribucija varira inter-individualno u istim miãiñnim grupama, zavisno od brojnih unutraãnjih i spoljaãnjih faktora. Distribucija miãiñnih vlakana Bez obzira na varijacije, veñina osoba ima izmeœu 45 i 55% sporih miãiñnih vlakana. Nema razlike u distribuciji miãiñnih vlakana izmeœu muãkaraca i æena Kod muãkaraca je prisutna veña varijacija u distribuciji tipova miãiñnih vlakana Nakon ranog detinjstva, distribucija vlakana se ne menja sa starenjem Distribucija vlakana je primarno genetski determinisana Miãiñi ukljuåeni u posturalne aktivnosti imaju viãe sporo-kontrahujuñih miãiñnih vlakana
TRENING I MODELOVANJE MIÃIÑNIH VLAKANA Malo tema u sportskoj nauci privlaåi toliko interesa i debate kao distribucija miãiñnih vlakana kod sportista. Kao ãto smo videli, sportisti u aerobnim aktivnostima tipiåno imaju veñu distribuciju sporih miãiñnih vlakana, dok su kod sportista ukljuåenih u kratkotrajne visoko-intenzivne aktivnosti dominantno prisutna brzo-kontrahujuña 69
vlakna. Meœutim, postoje i razlike u distribuciji jednog tipa vlakana u razliåitim miãiñima vrhunskih sportista. Npr, kod trkaåa na duge staze prisutna je dominacija sporih vlakana u miãiñima nogu (m. vastus lateralis) dok je kod veslaåa prisutna dominacija u miãiñima trupa i ruku (npr. m. deltoideus). Kljuåno pitanje odnosi se na modifikacije distribucije vlakana treningom. Dostupni podaci sugeriãu da je distribucija vlakana zasnovana na njihovim kontraktilnim osobinama primarno genetski determinisana i da samo oko 10% tzv. prelaznih vlakana (tip II b i tip IIc) moæe pretpreti odreœene primarno metaboliåke modifikacije delovanjem razliåitih vrsta trenaænih nadraæaja (Tabela 5.3). Tabela 5.3 Modifikacije miãiñnih vlakana nakon razliåitih vrsta treninga Tip miãiñnog vlakna
Tip I
Tip II
sporo-kontrahujuña vlakna
brzo-kontrahujuña vlakna
VRSTA TRENINGA
Snaga
Izdræljivost
Snaga
Izdræljivost
Sadræaj
0 ili ?
0 ili ?
0 ili ?
0 ili ?
Veliåina vlakna
+
0 ili +
++
0
Kontraktilnost
0
0
0
0
Oksidativni kapacitet
0
++
0
+
Anaerobni kapacitet
? ili 0
0
? ili +
0
Sadræaj glikogena
0
++
0
++
Kapilarna gustina
?
+
?
? ili +
Protok krvi tokom aktivnosti ?
? ili +
?
?
Oksidacija masti
++
0
+
0
0 - nema odgovora, ? - nepoznat odgovor, + - mali odgovor, ++ - veliki odgovor Relativno malobrojna istraæivanja ukazala su na porast sadræaja oksidativnih vlakana nakon tzv. aerobnih treninga, odnosno poveñanje procenta brzo-kontrahujuñih vlakana nakon anaerobnih treninga snage, brzine i eksplozivnosti. Visoko-intenzivni trening miãiñne snage (u trajanju od 20 nedelja) izgleda da predstavlja faktor koji izaziva transformaciju vlakana tip IIb u vlakna tipa IIa. Sa druge strane produæeni nisko-intenzivni trening aerobne sposobnosti dovodi do znaåajnog porasta sadræaja vlakana tip IIb i IIc (koja imaju visok oksidativni kapacitet) i smanjenja sadræaja vlakana tip IIa. Izgleda da se transformacija odvija iskljuåivo u okviru subtipova vlakana tip II i da je moduliranje najintenzivnije u prvim fazama novih trenaænih programa (prve dve nedelje) ili nakon duæih perioda neaktivnosti (detreninga). Za sada, nije pokazana moguñnost adaptacione transformacije tip I vlakana u tip II vlakna ili obratno.
70
VI NEUROMIÃIÑNI ASPEKTI POKRETA Gledaoci sportskih priredbi åesto ostaju zadivljeni gracioznoãñu i veãtinom umetniåkog klizanja i neverovatnih sposobnosti gimnastiåara. Sa druge strane, roditelji su zaåuœeni sposobnostima dece da uåe nove zadatke – hodanje, vezivanje pertle ili kolut unapred. Svaki trener ili fitnes instruktor oseña zadovoljstvo kada sportisti inkorporiraju date savete u poboljãanje sopstvenih znanja i veãtina. Pokreti koje åesto uzimamo zdravo za gotovo zahtevaju neverovatnu sinhronizaciju muskulature i preciznu kontrolu nervnog sistema. Nervni sistem, sastavljen od mozga, kiåmene moædine i æivaca je primarni kontrolni i komunikacioni centar åitavog organizma. On funkcioniãe u skladu sa endokrinim sistemom u cilju kontrole unutraãnje sredine (homeostaze) organizma. Svi pokreti åoveka zavise od nervnog sistema - skeletni miãiñi se neñe kontrahovati ukoliko ne dobiju signal iz ovog vrhovnog kontrolnog centra.
NERVNA KONTROLA MIÃIÑNE KONTRAKCIJE Svi skeletni miãiñi zahtevaju nervnu stimulaciju koja dovodi do elektriånog pobuœivanja (ekscitacije) miãiñne ñelije åija je posledica miãiñna kontrakcija. Neuroni koji nose informaciju iz centralnog nervnog sistema (CNS) do miãiña zovu se eferentni neuroni. Eferentni neuroni koji inerviãu skeletni miãiñ poznati su kao motorni neuroni (motoneuroni) i dele se na alfa i gama motorne neurone. Alfa motoneuroni su relativno krupne ñelije koje inerviãu skeletne miãiñe i dovode do kontrakcije muskulature. Podvrste alfa motoneurona inerviãu razliåita miãiñna vlakna – alfa1 motoneuroni inerviãu brzo-kontrahujuña vlakna dok alfa2 neuroni inerviãu sporo-kontrahujuña miãiñna vlakna. Gama motoneuroni inerviãu tzv. proprioceptore (receptore detekcije poloæaja). Prilikom prolaska kroz vezivne strukture koje obavijaju miãiñ, neuron (akson) se deli na granåice koje se zavrãavaju na nekoliko miãiñnih vlakana, pa svaki motoneuron inerviãe nekoliko miãiñnih vlakana (motorna jedinica) (Slika 6.1). Elektriåna aktivnost u jednom neuronu kontroliãe kontrakciju svih miãiñnih vlakana koje taj neuron inerviãe. Broj miãiñnih vlakana kontrolisanih od strane jednog motoneurona drastiåno varira zavisno od veliåine i funkcije miãiña. Jedno miãiñno vlakno uvek je inervisano samo od jednog motornog neurona.
71
Slika 6.1 Ilustracija motorne jedinice
Kao ãto se vidi iz prikazane ilustracije, telo motornog neurona locirano je u sivoj masi kiåmene moædine a akson se pruæa kroz dorzalni koren spinalnog æivca i nosi elektriåni signal do miãiñnog vlakna, zavrãavajuñi se aksonskim terminalom (proãirenjem) neposredno pored miãiñnog vlakana. Prostor izmeœu membrane neurona i miãiñne ñelijske membrane zove se neumomiãiñna (sinaptiåka) pukotina a cela struktura poznata je kao neuromiãiñna spojnica (Slika 6.2). Neuromiãiñna spojnica je kljuåna struktura u transmisiji elektriånog signala motoneurona u hemijsku poruku koja se predaje miãiñnoj ñeliji, a koja dalje generiãe elektriåno pobuœivanje åitavog miãiña. Miãiñne ñelije su u kontaktu i sa aferentnim nervnim zavrãecima koji su osetljivi na mehaniåke i hemijske promene u miãiñnom tkivu i koje ovu informaciju nose ushodnim putevima do CNS, u cilju podeãavanja miãiñne kontrakcije.
Slika 6.2 Neuromiãiñna spojnica 72
Neuromiãiñna spojnica Neuromiãiñna spojnica je specijalizovana sinapsa koja se formira izmeœu terminalnog kraja motoneurona i miãiñnog vlakna. Kada akcioni potencijal dostigne aksonski terminal, membrana motoneurona postaje propustljiva za kalcijum i kalcijum ulazi u ñeliju. Poveñana koncentracija kalcijuma u ñeliji dovodi do migriranja sinaptiåkih vezikula od ñelijske membrane neurona (proces se zove egzocitoza) da bi se u pukotinu izmeœu miãiñne ñelije i neurona otpustio neurotransmiter (acetilholin). Acetiholin difuzijom dolazi do sarkoleme, vezuje se za receptore na membrani i izaziva promenu jonske propusnosti membrane, koja dovodi do depolarizacije i produkcije akcionog potencijala. Akcioni potencijal (promena naelektrisanja) se ãiri duæ åitave sarkoleme i unutraãnjosti miãiñne ñelije putem T tubula. Mada je neuromiãiñna spojnica sliåna ostalim tipovima sinapse, postoje i odreœene specifiånosti – a) na neuromiãiñnoj spojnici pojedinaåni presinaptiåki akcioni potencijal dovodi do postsinaptiåkog akcionog potencijala, b) sinapsa je samo ekscitatorna i c) miãiñno vlakno prima signal od samo jednog motoneurona. Kao ãto se vidi, uloga kalcijuma je kljuåna ne samo u kontroli pozicije regulatornih proteina (troponina i tropomiozina) kod miãiñne kontrakcije veñ i u otpuãtanju acetilholina iz sinaptiåkih vezikula na terminalu motoneurona.
KONTROLA POKRETA – KIÅMENA MOÆDINA I PIRAMIDALNI SISTEM Refleksi igraju vaænu ulogu u odræavanju pravilne pozicije tela i odgovoru na pokrete u koordinisanom maniru. Refleks je brz, nevoljni odgovor na draæ u kome specifiåni stimulus dovodi do specifiånog motornog odgovora. Refleksi se klasifikuju na dva naåina – autonomni refleksi koji aktiviraju sråanu i glatku muskulaturu i endokrine ælezde i somatski refleksi koji dovode do kontrakcije skeletne muskulature. Mnogi spinalni refleksi ne zahtevaju uåeãñe viãih moædanih centara za zapoåinjanje odgovora. Ipak, viãi moædani centri su åesto „informisani“ o finalnim pokretima putem sinapsi aferentnih neurona. Kiåmena moædina je ukljuåena i u voljne i nevoljne pokrete. Ona izvodi dve esencijalne funkcije – povezuje periferni nervni sistem sa mozgom i sluæi kao mesto integracije refleksa. Spinalni nerv koji izlazi iz kiåmene moædine sadræi i aferentna (senzorna) i eferentna (motorna) vlakna. Tela ñelija aferentnih vlakana nalaze se u dorzalnom ganglionu korena kiåmenog æivca koji pripadaju perifernom nervnom sistemu. Tela ñelija motornih neurona nalaze se u CNS a akson izlazi kroz ventralni koren kiåmenog æivca i pruæa se do miãiñne ñelije kao alfa motoneuron. Iako pojedinaåni neuron sadræi aferentnu ili eferentnu funkciju, nerv tipiåno sadræi i jedne i druge neurone posedujuñi motorne i senzorne karakteristike.
73
Komponente refleksnog luka Veliki broj svakodnevnih pokreta zavisi od spinalnih refleksa. Nervni put kojim se refleks pojavljuje zove se refleksni luk (Slika 6.3). Osnovne komponente refleksnog luka su receptor tj. organ koji detektuje stimulus konvertujuñi ga u nervni elektriåni signal, aferentni neuron koji prenosi signal do centralnog nervnog sistema, integrativni centar lokalizovan u centralnom nervnom sistemu gde se ostvaruje veza aferentnog neurona sa eferentnim neuronom (nekad je veza direktna a nekad su izmeœu ukljuåeni i asocijativni neuroni tj. interneuroni), eferentni neuron koji nosi signal (odgovor) na poåetnu draæ i efektorni organ (miãiñ ili endokrina/egzokrina ælezda).
Slika 6.3 Komponente refleksnog luka
Informacije se nose kroz kiåmenu moædinu ushodnim i nishodnim snopovima. Ushodni snopovi nose senzorne (aferentne) a nishodni motorne (eferentne) informacije. Postoje i specifiåni snopovi koje nose razliåite tipove specifiånih senzornih informacija (npr. pritisak, temperatura) i motorne informacije (fini distalni pokreti). Nishodni putevi se dele na dve grupe – piramidalne i ekstrapiramidalne puteve. Voljni motorni impulsi koji potiåu iz cerebralnog korteksa prenose se iz motorne kore mozga somatskim eferentnim neuronima do skeletnih miãiña putem tzv. piramidalnih puteva. Piramidalni (kortikospinalni) sistem se sastoji od neurona sa telima ñelija u cerebralnom korteksu i aksonima koji putuju duæ kiåmene moædine - ovi neuroni poznati su kao gornji motorni neuroni. Neuroni ostvaruju sinapse sa donjim motornim neuronom tj. alfa motoneuronom u prednjim rogovima sive mase kiåmene moædine. Donji motoneuron dalje nosi poruku do skeletnih miãiña, specifiåno kontroliãuñi precizne, diskretne pokrete. Ova dva snopa (lateralni i prednji kortikospinalni put) se ukrãtaju nakon napuãtanja mozga, pa motorni korteks desne strane mozga kontroliãe miãiñe leve strane tela i obratno. Sa druge strane, ekstrapiramidalni sistem se sastoji od nishodnih puteva koji ne obuhvataju piramidalni sistem. Tipiåno, neuroni ovih puteva imaju telo locirano u bazalnim ganglijama ili retikularnoj formaciji mozga. Ekstrapiramidalni sistem nosi informaciju koja „diktira“ miãiñni tonus i posturu ali omoguñava i kontrolu pokreta glave u odgovoru na vizuelni stimulus ili promene ravnoteæe. 74
PROPRIOCEPTORI Proprioceptivne senzacije obezbeœuju prañenje aktivnosti miãiña, tetiva i zglobova i obezbeœuju oseñaj ravnoteæe. Iako su sva åula podjednako vaæna, ovo poglavlje se prevashodno bavi ulogom proprioceptivnih sistema mada ne treba zaboraviti i uticaj dugih åula pri izvoœenju sportskih pokreta (npr. vizuelni oseñaji obezbeœuju informaciju o brzini i smeru kretanja lopte, åulo sluha obezbeœuje informacije o kretanju protivniåkog igraåa). Ne samo da su pokreti åoveka ekstremno kompleksni nego na njih utiåe veliki broj faktora, ukljuåujuñi sva åula. Stimulacija proprioceptora izaziva tzv. kinestetiåke doæivljaje. Kinestetika se definiãe kao percepcija osobe o sopstvenom kretanju, meœusobnom kretanju ekstremiteta i åitavog tela. Propriocepcija se definiãe kao percepcija pokreta tela zajedno sa orijentacijom u prostoru. Åesto se kinestetika i propriocepcija koriste kao sinonimi. Specijalizovani receptori ravnoteæe koji se nalaze u unutraãnjem uhu (vestibularni aparat) obezbeœuje vaæne proprioceptivne oseñaje. Primarna funkcija vestibularnog aparata je odræavanje ravnoteæe i odræavanje konstantne ravni pozicije glave modifikovanjem miãiñnog tonusa. Receptori vestibularnog aparata dele se na dve kategorije – locirani u vestibulumu i u polukruænom kanalu. Vestibulum se sastoji od dve keseice ispunjene teånoãñu – utrikulusa i sakulusa. Receptori u ovim strukturama (makule) registruju informacije o poziciji glave, kada se telo ne pomera i tokom linearnog kretanja. Polukruæni kanali su orijentisani u tri ravni, pod pravim uglom jedan u odnosu na drugi. Ovakav raspored omoguñava receptorima ravnoteæe u polukruænim kanalima (criste ampularis) da detektuju ugaone pokrete glave u svakoj ravni. Receptori u polukruænim kanalima su osetljivi na promene ubrzanja pokreta glave (angularna akceleracija). Informacija iz vestibularnog aparata se prenosi do mozga putem vestibulokohlearnog æivca do vestibularnog kompleksa jedara i malog mozga. Ovde se informacija procesuira zajedno sa informacijama vizuelnih receptora i somatskih receptora u miãiñima, tetivama i zglobovima. Iako je vestibularni aparat veoma vaæan, nekada moæe biti prevladan informacijama iz drugih receptora. Na primer, tehnika fiksiranja jedne taåke pogledom omoguñava umetniåkim klizaåima da izvedu okrete bez pojave vrtoglavice.
MIÃIÑNO VRETENO I MIOTATSKI REFLEKS Miãiñno vreteno (poznato i kao neuro-miãiñno vreteno) nalazi se u skeletnom miãiñu i leæi paralelno sa miãiñnim vlaknima (Slika 6.3). Miãiñno vreteno je vrsta receptora koji detektuje istezanje miãiña pruæajuñi informaciju centralnom nervnom sistemu o duæini i brzini promene duæine skeletne muskulature. Stimulacija miãiñnog vretena dovodi do refleksne kontrakcije istegnutog miãiña putem miotatskog refleksa poznatog i kao refleks na istezanje. Miãiñno vreteno ima i senzitivnu i motornu funkciju.
75
Slika 6.4 Miãiñno vreteno
Miãiñno vreteno se sastoji od kapsule izgraœene od vezivnog tkiva ispunjenog teånoãñu, cilindriånog oblika sa suæenjem na krajevima. Tipiåno miãiñno vreteno dugaåko je 4 do 7 mm, debljine oko 1/5 dijametra miãiñnog (ekstrafuzalnog) vlakna. U kapsuli se nalaze specijalizovana miãiñna vlakna poznata kao intrafuzalna, za razliku od ostalih ekstrafuzalnih vlakana koja imaju kontraktilne osobine. Svaki kraj vretena prikaåen je za ekstrafuzalna vlakna. Postoje dva tipa intrafuzalnih vlakana u miãiñnom vretenu – vlakna jedarnih kesica i jedarnih lanaca. Vlakna jedarnih kesica su veñeg dijametra i imaju veliki broj ñelijskih jedara centralno lokalizovanih u vlaknu. Ova vlakna se pruæaju i van kapsule vretena i povezana su sa vezivnim tkivom ekstrafuzalnih vlakana. Vlakna jedarnih kesica su kraña i tanja sa manjim brojem nukleusa (jedara). Obe vrste intrafuzalnih vlakana sadræe kontraktilne elemente na distalnim krajevima. Centralni region vlakna nema kontraktilne elemente i predstavlja senzornu zonu vretena. Tipiåno vreteno sadræi dva vlakna jedarnih kesica i oko pet vlakana jedarnih vreñica. Intrafuzalna vlakna su inervisana senzornim anulospiralnim i cvetolikim neuronima. Zavrãeci anulospinalnih neurona su obmotani oko centralnih delova obe vrste vlakana i ova vlakna su krupna mijelinizirana vlakna. Zavrãeci cvetolikih neurona locirani su sa strane anulospinalnih neurona na vlaknima jedarnih lanaca. Cvetoliki neuroni su manji i provode impulse sporije od anulospinalnih neurona. Obe vrste aferentnih vlakana su stimulisana kada doœe do istezanja centralnog dela vretena. Kako su intrafuzalna vlakna paralelna sa ekstrafuzalnim, one se skrañuju ili isteæu sa åitavim miãiñem. Cvetoliki neuroni imaju niæi prag ekscitacije od anulospinalnih i oni obezbeœuju informaciju o relativnoj duæini miãiña, dok anulsopinalni nervni zavrãeci primarno registruju brzinu promene duæine miãiña. Kontraktilni segmenti intrafuzalnih vlakana inervisani su motornim neuronima CNS. Eferentna vlakna koja se zavrãavaju na intrafuzalnim vlaknima su gama motoneuroni ili fuziformni neuroni. Aksoni gama motornih neurona ulaze u vreteno i zavrãavaju se na distalnim krajevima intrafuzalnih vlakana. Stimulacija gama motoronih 76
neurona dovodi do kontrakcije intrafuzalnih vlakana ãto dovodi do istezanja centralnog dela vretena. Gama motorni neuroni zbog svog znaåaja åine åak 1/3 svih motornih neurona u organizmu åoveka. Miotatski refleks (refleks na istezanje) (Slika 6.5) se sastoji od dve odvojene komponente: dinamiåke i statiåke reakcije. Dinamiåka reakcija se pojavljuje kao odgovor na iznenadnu promenu duæine miãiña. Kada se miãiñ naglo istegne, anulospinalni nervni zavrãeci (ne i cvetoliki) prenose impuls do kiåmene moædine, ãto dovodi do momentalnog snaænog refleksa kontrakcije istog miãiña iz koga je proistekao signal. Takva situacija se deãava prilikom mehaniåke stimulacije patelarnog ligamenta neuroloãkim åekiñem. Istezanje skeletnog miãiña dovodi do stimulacije miãiñnog vretena koje prati promenu duæine. U primeru je istezanje izazvano kuckanjem po patelarnom ligamentu, izazivajuñi deformaciju koja poslediåno dovodi do istezanja åetvoroglavog miãiña buta. Miãiñno vreteno se isteæe, senzorni signali se putem anulospinalnih neurona ãalju do kiåmene moædine, gde se u sivoj zoni nervna vlakna granaju – jedna grana se vezuje sa alfa motornim neuronom a druga sa interneuronom. Alfa motorni neuron izlazi iz kiåmene moædine, dolazi do miãiña koji je istegnut i izaziva kontrakciju koja je grubo reåeno, ekvivalentna sili i rastojanju poåetnog istezanja miãiña. Inhibitorni pridruæeni neuron ostvaruje sinapsu sa drugim aferentnim neuronom, koji inerviãe antagonistiåki miãiñ (miãiñi zadnje loæe buta) gde dolazi do inhibicije. Ovaj refleks relaksacije miãiña antagonista u odgovoru na kontrakciju agonista zove se reciproåna inhibicija. Reciproåna inhibicija olakãava kontrakciju stimulisanog miãiña agoniste – inhibirani antagonista se ne suprostavlja kontrakciji agonistiåke muskulature. Åim miãiñ prestane da se dalje isteæe, brzina emitovanja impulsa se vraña na poåetni nivo, sem u sluåaju malih statiåkih odgovora koji se odræavaju sve dok je duæina miãiña iznad poåetne normalne duæine. Statiåki odgovor je omoguñen i putem anulospinalnih i cvetolikih nervnih zavrãezaka. Poslediåna miãiåna kontrakcija „niskog nivoa“ suprotstavlja se sili koja izaziva preterano istezanje miãiña sa konaånim ciljem - povratak duæine na mirovno stanje. Statiåki odgovor se javlja i prilikom sporog istezanja miãiñnog vretena. U normalnim okolnostima, miãiñno vreteno emituje senzorne nerve signale niskog nivoa koji pomaæu u odræavanju miãiñnog tonusa i posturalnih podeãavanja. Miãiñni tonus je stanje niskog nivoa miãiñne kontrakcije u stanju mirovanja. Miãiñno vreteno takoœe odgovara i na istezanje miãiña antagoniste, gravitaciju ili optereñenja aplikovana na miãiñ.
77
Slika 6.5 Shematizovan prikaz miotatskog refleksa
Koaktivacija gama motoneurona U cilju odræavanja miãiñnog tonusa i podeãavanja posture i optereñenja, miãiñno vreteno sluæi kao mehanizam fine miãiñne kontrakcije koji se ostvaruje tzv. gama petljom. Gama petlja je refleks na istezanje aktiviran gama motoronim neuronima. Stimulacija ovih motoneurona dovodi do kontrakcije distalnih krajeva miãiñnog vretena uz istezanje centralnog dela, ãto dovodi do deformacije senzornih nervnih zavrãetaka i pojave miotatskog refleksa. Ãta stimuliãe gama motoneurone i zaãto? Kada se signal prenosi do alfa motoneurona iz motornog korteksa ili drugih regiona mozga, gama motoneuroni su gotovo uvek istovremeno stimulisani. Ovaj fenomen naziva se koaktivacija i ima nekoliko znaåajnih posledica kakve su nivelisanje finih pokreta (sinhronizovanjem refleksnih kontrakcija alfa i gama motoneurona), odræavanje adekvatnog odgovora na optereñenje (bez obzira na duæinu miãiña) i asistiranje voljnim pokretima (usaglaãavanjem intrafuzalne i ekstrafuzalne kontrakcije na nivou viãih moædanih centara). Miotatski refleks igra znaåajnu ulogu u posebnoj vrsti treninga poznatoj kao pliometrijski trening. Pliometrijska aktivnost (npr. trening skoånosti) predstavlja vrstu trenaænog procesa koji ukljuåuje specifiåne ekscentriåno-koncentriåne sekvence miãiñne aktivnosti. Iako je ova vrsta treninga dokazala efkasnost u poveñanju parametara skoka, svi fizioloãki mehanizmi koji su odgovorni za poboljãanje sportskog nastupa nisu do kraja poznati, mada je ciklus istezanje-skrañenje (stretch-shortening) koji se oslanja na elastiåne karakteristike miãiña, kao i miotatiåki refleks, analizirani i poznati. Ukratko, tokom ekscentriåne faze miãiñna vretena bivaju podraæena poboljãavajuñi kontrakciju miãiña tokom koncentriåne faze.
78
GOLGI-JEV TETIVNI ORGAN Golgi-jev tetivni organ (GTO) predstavlja receptore koji se aktiviraju istezanjem ili aktivnom kontrakcijom miãiña i koji prenose informacije o miãiñnoj napetosti. Aktivacija ovih receptora dovodi do refleksne inhibicije miãiña putem tzv. inverznog miotatskog refleksa. GTO se nalazi u tetivama, blizu mesta miãiñno-tetivnog prelaza (Slika 6.6).
Slika 6.6 Golgi-jev tetivni organ
Svaki GTO se sastoji od tanke kapsule vezivnog tkiva koja obmotava kolagena vlakna. Kolagena vlakna u kapsuli su probijena vlaknima senzornih neurona åije terminalne grane stupaju u kontakt sa kolagenim vlaknima. Aferentni neuroni nose informacije o miãiñnoj napetosti do kiåmene moædine. Zatim se ta informacija prenosi do miãiña eferentnim putevima ili do viãih moædanih centara (uglavnom malog mozga). GTO je serijski povezan sa miãiñem. Moæe se stimulisati ili istezanjem ili kontrakcijom miãiña, mada je aktivna kontrakcija efektivnija u iniciranju signala. Kao i kod miotatskog refleksa, inverzni miotatski refleks ima statiåku i dinamiåku komponentu. Kada napetost raste brzo i intenzivno, ukljuåen je dinamiåki odgovor. Nakon nekoliko milisekundi, dinamiåki odgovor postaje statiåki odgovor niskog nivoa koji odgovara miãiñnom tonusu. Kontrakcija skeletnog miãiña (ili istezanje) dovodi do razvijanja napetosti koja stimuliãe GTO u tetivi miãiña. Stimulacija GTO dovodi do transmisije impulsa do kiåmene moædine aferentnim neuronom. U kiåmenoj moædini, aferentni neuron se spaja sa inhibitornim pridruæenim neuronom i ekscitatornim motornim neuronom. Inhibitorni neuron vezuje se sa motornim neuronom koji inerviãe miãiñ åija je tetiva istegnuta - inhibitorni impulsi dovode do relaksacije kontrahovanog miãiña. Ekscitatorni pridruæeni neuron je spojen sa motornim neuronom koji inerviãe antagonistiåki miãiñ. Dakle, miãiñna grupa koja biva izloæena promeni napetosti (agonisti) se isteæe a suprotna miãiñna gupa (antagonisti) se reciproåno aktivira i kontrahuje. 79
Relaksantna aktivnost GTO ima nekoliko vaænih uloga. Prvo, preterana napetost koja moæe dovesti do kidanja tetive i miãiña je izbegnuta. Smatra se da je poveñanje teæine koja se moæe podiñi tokom treninga miãiñne snage delimiåno posledica inhibicije GTO, koja omoguñava razvijanje veñe sile koju miãiñ proizvodi. Drugo, posledica relaksacije izazvane tetivnim organom je moguñnost da se miãiñna vlakna koja se relaksiraju, istegnu viãe bez poslediånog oãteñenja. Ovaj odgovor vaæan je u razvoju fleksibilnosti. Treñe, senzorna informacija o napetosti, koja dolazi do malog mozga, omoguñava fina miãiñna podeãavanja i olakãava izvoœenje preciznih radnji na poåetku i kraju pokreta, ãto je posebno vaæno kod naizmeniånih ponovljenih pokreta (npr. tråanje, plivanje).
80
VII PRINCIPI TRENINGA I ADAPTACIJE Prvobitna nauåna istraæivanja koja su dovela do razvoja osnovnih principa treninga, pre svega kardiovaskularnog sistema, razvijena su u cilju unapreœenja fiziåke kondicije (fitness-a) uglavnom definisanog preko poveñanja maksimalne potroãnje kiseonika. Ove studije formirale su neophodnu bazu za preporuke usvojene od strane Ameriåkog koledæa za sportsku medicinu (ACSM) originalno objavljenih 1978. godine, kao preporuåeni kvalitet i kvantitet veæbanja za razvoj i odræavanje kondicije kod zdravih odraslih osoba. Tokom sledeñih godina, preporuke su se proãirile ne samo na zdrave osobe koje æele da postanu bolje pripremljene, veñ i na osobe koje u fiziåkoj aktivnosti prepoznaju tretman i terapiju odreœenih patoloãkih stanja. Iako postoji mnogo dokaza koji ukazuju na znaåaj kondicionog stanja u unapreœenju i oåuvanju zdravlja, zdravlje i utreniranost nemaju isto znaåenje. Koliåina i kvalitet veæbanja potrebnih za razvoj ili odræavanje kardiorespiratorne kondicije nisu isti kao oni potrebni za oåuvanje zdravlja. Sa druge strane, veñina vrhunskih i profesionalnih sportista koji æele da ostvare bolje rezultate fiziåke pripremljenosti i forme, spremni su da uåestvuju u intenzivnim i produæenim naporima. Ovakvi programi nose rizik od povreœivanja i åesto su psiholoãki prezahtevni za populaciju gojaznih, starih ili bolesnih. Tako, definicija optimalnog treninga koji maksimizira korisne efekte a rizike svodi na minimum varira u odnosu na populaciju i ciljeve treninga. Ovo poglavlje odnosi se na definisanje osnovnih principa treninga pre svega za razvoj kardiorespiratorne kondicije, definisane kroz sposobnost da se isporuåi i iskoristi kiseonik tokom intenzivnog produæenog rada ili veæbanja. Preporuke ACSM koje su se pokazale korisnim u mnogim programima dizajniranja aerobnih treninga ukljuåuju nekoliko elemenata. Preporuke Ameriåkog koledæa za sportsku medicinu Oblik aktivnosti
svaka aktivnost koja koristi velike miãiñne grupe kontinuirana, ritmiåna i primarno aerobna aktivnost
Intenzitet
aktivnost na nivou 60-90% HR max; 50-85% VO2max, 12-16 SUBJ. PROCENE ZAMORA
Trajanje
20 do 60 minuta kontinuirane aktivnosti
Frekvencija
3 do 5 puta nedeljno
81
SPECIFIÅNOST TRENINGA Princip specifiånosti treninga odnosi se na jedinstvene adaptacije nastale kao posledica odreœenog trenaænog zahteva. Jednostavno reåeno, ono ãto radite to dobijate. Svaka aktivnost koja ukljuåuje velike miãiñne grupe tokom produæenog vremena ima potencijal da poboljãa kardiorespiratornu kondiciju. Ovakvi oblici aktivnosti ukljuåuju aerobik, voænju bicikla, hodanje na skijama, razliåite oblike plesa, dæoging, voænju rolera, veslanje, brzo klizanje, penjanje uz stepenice, plivanje, hodanje. Sportovi u kojima se energija obezbeœuje dominatno putem aerobnih energetskih sistema kao ãto su hokej na travi, fudbal ili tenis mogu takoœe imati korisne efekte na kardiorespiratorni sistem. Za osobu koja uåestvuje u veæbanju, izbor modaliteta veæbanja treba da bude zasnovan na interesu, dostupnosti i riziku od povreda. Ukoliko aktivnost pruæa oseñaj zadovoljstva, veña je verovatnoña da ñe osoba nastaviti da prati program treninga. Iako je tråanje najefikasniji naåin za postizanje kardiovaskularne kondicije, ova aktivnost ne mora da bude prijatna pojedinim osobama a poseduje i relativno veliku uåestalost povreda, pa je neophodno izabrati druge opcije. Iako mnogi modaliteti dovode do poboljãanja kondicionog statusa, najveña dobit za odreœeni sportski nastup dobija se treningom kojim se trenira specifiåna sportska aktivnost. Princip kako treniraã, tako se takmiåiã podrazumava suãtinu principa specifiånosti. Osobe koje treniraju plivanje, bolje rezultate ñe postizati u plivanju nego u npr. tråanju. Ovaj princip ima dve bitne praktiåne osobine. Prvo, kako bi se ispitao napredak tokom treninga, osoba treba da bude testirana u specifiånom modalitetu u kome je trenirala. Dalje, ãto je viãe osoba okrenuta treningu za sportski nastup a manje za rehabilitaciju, znaåaj izabranog modaliteta je veñi. Tako, vrhunski veslaå treba ãto viãe vremena da trenira veslajuñi, bilo na otvorenoj vodi ili ergometru dok za njega tråanje ima najmanji nivo specifiånosti. Ipak postoji izuzatak od ovog pravila koji se odnosi na tzv. cross trening. Kros-trening podrazumeva razvijanje utreniranosti upotrebom dva ili viãe trenaænih modaliteta razliåite specifiånosti. Interes za ovaj trening proistekao je iz dva glavna razloga – prevencije neaktivnosti povreœenih sportista koji ne mogu da treniraju u svom specifiånom modalitetu i razvoja multi-sportskih disciplina kakve su biatlon ili triatlon (Tabela 7.1).
82
Tabela 7.1 Situacije u kojima cross trening ima korisne efekte POVOD
NESPORTISTA
TAKMIÅAR
Multisportovi
Ø
Predsezonski ciklus Sezonski ciklus Vansezonski ciklus
Povreda Rehabilitacija Odræavanje kondicije
Po potrebi Po potrebi Po potrebi
Po potrebi Po potrebi Po potrebi
Vremenske neprilike
Po potrebi
Po potrebi
Opãte kondicioniranje
Uvek
Van sezonski ciklus
Oporavak
Nakon intenzivnog treninga Nakon intenzivnog treninga Nakon takmiåenja
Prevencija pretreniranosti
Uvek
Faza aktivnog odmora
Svaka forma aerobnog treninga dovodi do adaptacija na nivou centralnog i perifernog kardiorespiratornog sistema. Adaptacije na centralnom nivou odnose se pre svega na srce i komponente za transfer kiseonika koje doprinose poveñanoj sposobnosti organizma za transfer kiseonika. Ove adaptacije su uglavnom istog obima bez obzira koji modalitet treninga se koristi jer je srce optereñeno na sliåan naåin, bez obzira da li je osoba tråala, plivala ili vozila bicikl. Shodno tome, mnogi modaliteti mogu imati isti korisni efekat na centralne adaptacije kardiorespiratornog sistema. Sa druge strane, periferne komponente ukljuåene su u ekstrakciju kiseonika u miãiñima - od tipa modaliteta direktno zavisi koje miãiñne grupe uåestvuju u veæbanju. Periferne adaptacije se pojavljuju u vaskularnoj mreæi i miãiñima i doprinose poveñanoj sposobnosti ka ekstrakciji kiseonika. Ove adaptacije su specifiåne samo za one miãiñne grupe koji se koriste tokom odreœene aktivnosti. Na primer, dodatna mreæa kapilara ñe se pojaviti u aktivnim miãiñima u cilju prenosa kiseonika dok se u neaktivnoj muskulaturi kapilarna gustina ne menja. I drugi faktori, kakvi su broj mitohondrija ili aktivnost oksidativnih enzima, takoœe rastu u aktivnoj muskulaturi u cilju poveñanja sposobnosti za utilizaciju kiseonika. Da bi se maksimizirale periferne adaptacije organizma, neophodno je trenirati aktivnosti specifiåne za dati sport ili imitirati pokrete koji angaæuju specifiånu muskulaturu (npr. trenaæeri za brzo klizanje, tråanje pod vodom za hodanje na skijama). Ãto su aktivnosti sliånije matiånoj miãiñnoj aktivnosti, to su veñi korisni efekti izabranog treninga.
NADOPTEREÑENJE I INTENZITET Princip nadoptereñenja podrazumeva izlaganje organizma zahtevima veñim od onih na koji je organizam naviknut. Meœutim, pre odreœivanja stepena nadoptereñenja, neophodno je utvrditi znaåaj odreœenih fizioloãkih determinanti treninga odnosno odgovoriti na pitanje da li trening provocira kardiorespiratorni, metaboliåki ili ne83
uromiãiñni sistem i u kojoj meri. Nadoptereñenje kardiorespiratornog sistema postiæe se manipulisanjem intenziteta, vremena trajanja i uåestalosti epizoda veæbanja. Ove varijable se lako pamte kao fit akronim (f – frequency, i – intensity, t – time). Najvaænija komponenta nadoptereñenja je intenzitet. Intenzitet je veoma vaæan u cilju unapreœenja fizioloãkih parametara (npr. VO2max) kao pojedinaåan i kombinovan parametar (zajedno sa trajanjem veæbanja). Intenzitet veæbanja se uglavnom opisuje u vezi sa ciljnom sråanom frekvencijom, potroãnjom kiseonka ili subjektivnom procenom zamora. Laboratorijske studije tipiåno koriste procenat od VO2max dok su metode sråane frekvencije i subjektivne procene zamora znatno praktiånije i prisutnije u svakodnevnoj praksi. Sreñom, prisutna je direktna veza izmeœu sråane frekvencije i potroãnje kiseonika pa se doziranje intenziteta treninga znaåajno pojednostavljuje.
Slika 7.1 Poboljãanje potroãnje kiseonika (VO2max) sa poveñanjem intenziteta
treninga Slika 7.1 pokazuje vezu izmeœu promene u VO2max i intenziteta veæbanja. Pri intenzitetima iznad 100% VO2max (tzv. supramaksimalni intenziteti) kada obim treninga opada, poboljãanje aerobnog kapaciteta se smanjuje. Intervalni trening, u kojem sportista prolazi kroz naizmeniåne epizode rada i odmora, omoguñava veñi obim aktivnosti pri intenzitetina od 90 do 100% VO2max ãto dovodi do veñeg napretka u razvijanju aerobne sposobnosti. Meœutim, stopa unapreœenja najveña je pri radu koji je neprekidan i kontinuiran jer adaptacije koje se javljaju na submaksimalnim optereñenjima nisu zavisne od intenziteta. Tabela 7.2 pokazuje tehnike za klasifikovanje intenziteta (prema HRmax, VO2max i subjektivnoj proceni zamora) i preporuåene procente od maksimuma za aktivnosti koje variraju od veoma blage do vrlo intenzivne. Ove preporuke date su za trenaæne reæime koji traju od 20 do 60 minuta.
84
Tabela 7.2 Klasifikacija intenziteta aerobnog treninga RELATIVNI INTENZITET Klasifikacija intenziteta
% HR max
% VO2 max
SPZ
Veoma blag
35%
30%
10
Blag
35-59%
30-49%
10-11
Umeren
60-79%
50-74%
12-13
Teæak
80-89%
75-84%
14-15
Izuzetno teæak
90%
85%
16
Metoda sråane frekvencije Intenzitet veæbanja se moæe izraziti kao procenat od maksimalne sråane frekvencije (HRmax) ili kao procenat tzv. sråane rezerve (% HRR). Obe tehnike zahtevaju poznavanje ili procenu maksimalne sråane frekvencije. Najprecizniji naåin podrazumeva merenje maksimalno dostignute sråane frekvencije prilikom progresivnog testa optereñenja. U situaciji kada nije moguñe izvesti test, maksimalna vrednost sråane frekvencije dobija se koriãñenjem poznate formule HRmax (udar/min) = 220 - starost (godine). Kod gojaznih osoba maksimalna sråana frekvencija se raåuna prema formuli: HR max = 200 - [0.5 x starost] Primer odreœivanja maksimalne sråane frekvencije Osoba stara 28 godina, normalna telesna kompozicija HRmax = 220 - godine = 220 - 28 = 192 udara/min Osoba stara 28 godina, gojazna telesna kompozicija HRmax = 200 - [0.5 x starost] = 200 - [0.5 x 28] = 186 udara/min
Obe vrednosti su procenjene shodno proseånim vrednostima åitave populacije pa je prisutan znaåajan stepen varijabiliteta. Procenjene vrednosti HRmax mogu preceniti ili potcenti realnu HRmax za 10-12 udara/min. Kada je dobijena vrednost HRmax, moguñe je lako dobiti trenaænu vrednost zahvaljujuñi parametrima iz Tabele 7.2. Primer odreœivanja ciljnog trenaænog pulsa Osoba je normalne telesne kompozicije, stara 28 godina, trening je umerenog intenziteta Umereni intenzitet treninga odvija se na frekvencijama od 60-79% HR max Maksimalna sråana frekvencija je 192 udara/min Ciljne sråane ferkvencije su
60% HR = 0.60 X 192 = 115 udara/min 79% HR = 0.79 X 192 = 152 udara/min
Trenaæna zona umerenog aerobnog rada za ovu osobu iznbosi 115 – 152 udara/min 85
Prilikom doziranja treninga, uvek je bolje dati vreme trajanja treninga (Tabela 7.3) i raspon ciljnih frekvencija nego samo jednu pragovnu vrednost zbog promena frekvencije tokom zagrevanja, uslova ambijenta, terena, unosa teånosti i drugih uticaja na osobu koja veæba. Gornja granica trenaænog pulsa sluæi kao zaãtita od preoptereñenja i pretreniranosti. Tabela 7.3 Vreme za koje je moguñe odræavati odreœeni nivo aerobne moñi % VO2 max
Vreme (min)
100
8-10
97.5
15
90
30
87.5
45
85
60
82.5
90
80
120-210
Drugi naåin za doziranje trenaænih pulseva odnosi se na metod sråane rezerve (HRR), poznat i kao Karvonen-ov metod. Ovaj metod ukljuåuje sloæeniju matematiåku analizu i zahteva poznavanje sråane frekvencije u mirovanju. Potrebno je odrediti sråanu rezervu (HRR) oduzimanjem sråane frekvencije u mirovanju (RHR) od HRmax. HRR = HRmax – RHR Sråana frekvencija u mirovanju dobija se u situacijama kada je osoba u stanju kompletnog mirovanja, kakvo je npr. stanje nakon jutarnjeg buœenja (tzv. jutarnji puls). Vrednosti sråane frekvencije neposredno pre veæbanja su neprecizne i åesto nerealno visoke i ne treba ih koristiti u dizajniranju trenaænih optereñenja. Kada se poznaje HRR lako je na osnovu zahteva treninga odrediti ciljne sråane frekvencije mnoæenjem procenata (kao decimala) sa gornjim i donjim limitom æeljenog trenaænog intenziteta a zatim dobijenu vrednost dodati vrednosti RHR. Primer odreœivanja ciljne sråane frekvencije metodom Karvonena Osoba je normalne telesne kompozicije, stara 28 godina, trening je umerenog intenziteta Sråana frekvencija u mirovanju (jutarnji puls) = 80 udara/min HRR = HR max - RHR = 192 – 80 = 112 udara/min 50% HR = 0.50 X 112 = 56 udara/min 74% HR = 0.74 X 112 = 83 udara/min Ciljne sråane frekvencije su
50% HR + RHR = 56 + 80 = 136 udara/min 74% HR + RHR = 83 + 80 = 163 udara/min
Trenaæna zona umerenog aerobnog rada za ovu osobu iznosi 136 – 163 udara/min 86
Razlika izmeœu vrednosti trenaænih pulseva dobijenih dvema metodama nastaje kao posledica uticaja sråane frekvencije u mirovanju. Metod doziranja intenziteta treninga prema procentima VO2max se koristi u laboratorijskim uslovima kada je osoba testirana radi odreœivanja VO2max a oprema za monitorisanje dostupna je i za vreme treninga. Ova metoda, mada najpreciznija nije praktiåna i realna opcija zbog nedostupnosti opreme. Shodno istim ciljnim pulsevima za metodu VO2max i HRR, posebno kod aktivnosti u kojima se telo pomera u suprotnosti sa delovanjem sile teæe (npr. tråanje, skijanje, steping) oba metoda se mogu simultano koristiti.
Metoda subjektivne procene zamora Treñi naåin koriãñen za doziranje intenziteta veæbanja (treninga) zasniva se na skalama subjektivne procene zamora (SPZ) shodno paramerima prikazanim u Tabeli 7.4. Najåeãñe se koriste tablice po ãvedskom neurofiziologu Borg-u, åije ocene zamora (6 do 20) visoko koreliãu sa dostignutim sråanim frekvencijama na fiksnom nivou optereñenja. Stepen zamora koju osoba oseña dok veæba, blisko je povezan sa kardiorespiratornim i metaboliåkim parametrima i smatra se pouzdanim i validnim indikatorom nivoa intenziteta veæbanja, pogotovo tokom aktivnosti u kojim se postiæe stabilno stanje. Ipak, prilikom veæbanja u ekstremnim uslovima spoljaãnjeg ambijenta, korelacija izmeœu SPZ, HR i VO2max znaåajno se menja. Tabela 7.4 Skale subjektivne procene zamora po Borg-u ORIGINALNA SKALA
MODIFIKOVANA SKALA
6 7
Veoma, veoma lak
8 9
Veoma lak
10 11
Lak
12 13
Umeren Teæak
Veoma, veoma slab
1
Veoma slab
2
Slab
3
Umeren
4
Unekoliko snaæan
5
Snaæan Veoma snaæan
8 9
Veoma teæak
10
18 19
0.5
7
16 17
Potpuno odsustvo
6
14 15
0
Veoma, veoma snaæan Maksimalan
Veoma, veoma teæak
20
Klasifikacija intenziteta veæbanja i odgovarajuñih odnosa izmeœu procenta maksimalne sråane frekvencije i sråane rezerve, maksimalne potroãnje kiseonika, subjektivnih procena zamora prikazan je na tabeli 7.2 pre svega za aktivnosti u umerenom 87
klimatskom ambijentu i u sportovima koji se izvode na suvom. Odnos izmeœu SPZ i % HRmax i SPZ i % VO2max je varijabilniji nego izmeœu % VO2max i % HRmax ali ne u toj meri da se SPZ ne koristi u doziranju intenziteta treninga. Sa druge strane, veæbanje u toplom okruæenju utiåe na odnos izmeœu HR, VO2max i SPZ. Na primer, sråana frekvencija je veña za zadati nivo VO2max ili SPZ, kada se aktivnost odvija u toplom okruæenju. Za aktivnosti koje se odvijaju u vodi, posturalne promene i promene pritiska usmeravaju krv centralno dovodeñi do promena krvnog pritiska, minutnog volumena, vaskularnog otpora i respiracije. Iako postoje velike populacione varijacije u stepenu promena parametara kardiovaskularnog sistema, najkonzistentnija promena je niæa vrednost sråane frekvencije (za 8 do 12 udara/min) pri datom optereñenju, niæa HRmax i niæi VO2max kada se aktivnost odvija u vodi. Veñe oslanjanje na anerobni metabolizam je evidentno i SPZ su veñih proseånih vrednosti pri istom optereñenju na kopnu. Niæa sråana frekvencija je verovatno rezultat kompenzacije za poveñani udarni volumen koji se javlja centralnim preusmeravanjem krvi. Kao rezultat pomenutih åinjenica, doziranje putem sråane frekvencije treba da bude za 10% niæe za aktivnosti u vodi u odnosu na aktivnosti na suvom. Ukoliko osoba veæba na intenzitetima od 75% HRmax na kopnu, ekvivalentan trening u vodi se odvija na 65% HRmax. Ova promena dovodi i do poslediåne redukcije subjektivnih procena zamora. Nekoliko åinjenica ima poseban znaåaj u doziranju veæbanja, bez obzira koji se metod za preskripciju koristi. Intenzitet veæbanja treba da se daje u opsegu koji se dozira u skladu sa trajanjem i frekvencijom veæbanja (intenzitet je obrnuto proprcionalan trajanju – intenzivnija aktivnost traje krañe i obrnuto). Odgovarajuñi nivo intenziteta zavisi od nivoa pripremljenosti osobe (poåetnici treba da zapoånu aktivnosti niæeg intenziteta i da postepeno poveñavaju intenzitet do æeljene vrednosti). Konaåno, upotreba sråane frekvencije ili subjektivne procene zamora radi kontrole treninga, pre nego tipiåno merenja vremena treninga ili pretråane distance, omoguñava analizu uticaja ambijenta, terena, subjektivnog odgovora i preciznije merenje fizioloãkih adaptacija na trening.
Trajanje veæbanja Kao ãto je ranije pokazano, poboljãanje VO2max postiæe se aerobnim veæbanjem trajanja od 15 do 45 minuta. Znaåajnije poboljãanje dobija se nakon duæih sesija nego krañim trenaænim epizodama. Generalno, unapreœenje VO2max deãava se nakon duæih treninga od 35 do 45 minuta sa niskim intenzitetom (50-90%) nego tokom kratkih sesija od 25-30 minuta sa visokim intenzitetom (90-100%). Izgleda da je ukupan obim rada znaåajniji u odreœivanju stepena trenaænih adaptacija kardiovaskularnog sistema, nego pojedinaåno posmatrani intenzitet ili trajanje aktivnosti. Ova åinjenica znaåajna je sa stanoviãta prevencije povreda jer su aktivnosti niskog intenziteta i dugog trajanja manjeg stepena rizika nego intenzivne kratkotrajne aktivnosti a zastupljenost uåesnika u veæbanju veña. Shodno tome, veñina kvalitetno dizajniranih programa aktivnosti odrasle populacije trebalo bi da koristi umerene intenzitete (60-90% HRmax tj. 50-85% HRR ili VO2max) trajanja 20 do 60 minuta. To ne znaåi da krañe veæbanje nije vredno u smislu zdravstvenih benefita ili poboljãanja VO2max, 88
meœutim akumulacija 30 minuta aktivnosti dnevno predstavlja granicu za ostvarivanje zdravstveno korisnih efekata. Dve grupe odraslih sportista treniraju dæoging na intenzitetima 65-75% HRmax pet dana u nedelji, tokom 8 nedelja. Jedina razlika meœu grupama je ta da jedna grupa trenira kontinuirano 30 minuta a druga 10 minuta, tri puta dnevno. U obe grupe dolazi do poboljãanja VO2max, smanjenja telesne mase mada su efekti veñi u grupi koja je veæbala 30 minuta kontinuirano. Ipak, znaåaj serije trenaænih epizoda tokom dana (npr. u trajanju od 10 minuta) pojedinim osobama viãe odgovara zbog nedostatka vremena a efekti na zdravlje su vidljivi. Posebno je ovaj oblik veæbanja vaæan za osobe tokom programa rehabilitacije od povreda ili kod dece. Povreœene osobe nekada ne mogu da veæbaju duæi period vremena dok su kratke trening sesije moguñe i izvodljive viãe puta tokom dana. Deca sa druge strane predstavljaju tzv. sporadiåne veæbaåe i åesto je sloæeno da ona uåestvuju u kontinuiranim aktivnostima duæim od 20 minuta.
Uåestalost Ukoliko je ukupni izvrãeni rad isti odnosno broj treninga konstantan, nema razlike da li treniramo tri ili pet dana u nedelji. Meœutim, kada ovi preduslovi nisu ispunjeni, frekventniji treninzi poseduju znaåajnu prednost u razvoju ili odræavanju kardiorespiratorne kondicije. Poboljãanje VO2max je direktno proporcionalno broju nedeljnih treninga. Generalno uzev, manje od tri treninga nedeljno ne dovodi do znaåajnih poboljãanja maksimalne potroãnje kiseonika. Sa druge strane dalje poboljãanje VO2max se ne uoåava ukoliko promenimo broj dana treninga sa 4 na 5. Ukoliko ukljuåimo i ãesti dan treninga nedeljno, poboljãanje VO2max je uoåljivo, meœutim rizik od povreda i pretreniranosti raste. Optimalna uåestalost za sve intenzitete izgleda da je åetiri dana nedeljno ãto je u skladu sa preporukama ACSM koje podrazumevaju 3 do 5 dana treninga nedeljno. Meœutim, pojedine osobe sa niskim nivoom kondicije treba da zapoånu sa 2 treninga nedeljno tokom prvih nekoliko nedelja ili da budu dnevno aktivni u manje intenzivnim i krañim aktivnostima. Mnogi sportisti åesto ukljuåuju ãest pa i viãe dana treninga na nedeljnom nivou, menjajuñi obim treniga, koristeñi sistem lakih i teãkih dana, åesto koristeñi cross-trening.
INDIVIDUALIZACIJA I ADAPTACIJA Programi fiziåke aktivnosti treba da budu individualno prilagoœeni svakom uåesniku. Ne samo da su ciljevi programa razliåiti meœu uåesnicima veñ su i adaptacione reakcije na fiziåku aktivnost razliåite. Odgovor na veæbanje zavisi od brojnih faktora kakvi su pol, starost, telesna struktura, genetska predispozicija, nivo kondicionog statusa. Pokazano je da osobe sa niæim inicijalnim stanjem kondicije pokazuju veñe unapreœenje VO2max pri fiksnom intenzitetu, trajanju i uåestalosti veæbanja. Apsolutni i relativni porast VO2max obrnuto je srazmeran poåetnom nivou kondicije. Iako je po-
89
boljãanje VO2max kod vrhunskih sportista relativno malo, ipak ta mala razlika ima kljuåni znaåaj na sportski nastup. Adaptacija znaåi promenu fizioloãke funkcije koja se pojavljuje kao posledica reakcije na trenaæni stimulus. Adaptacija se kategorizuje u nekoliko faza. Inicijalna faza uglavnom traje 4 do 6 nedelja mada se trajanje razlikuje meœu razliåitim uåesnicima u veæbanju. U ovoj fazi uglavnom su prisutne aerobne aktivnosti niskog intenziteta koje izazivaju minimum zamora, bolova u miãiñima i drugih tegoba. Åest je sluåaj zapoåinjanja programa uvodnim treninzima na intenzitetima niæim od poæeljnih a trajanje treninga je u okviru 10 minuta i postepeno raste. Kod osoba sa veoma niskom kondicijom savetuje se nekoliko (2-3) kratkih sesija lagane aerobne aktivnosti nedeljno. Adaptacije se javljaju kada se isti obim rada izvede tokom krañeg vremenskog intervala, kada se isti obim rada obavi uz manje odstupanje fizioloãkih parametara, kada se isti obim rada obavi uz manji subjektivan oseñaj zamora ili kada se izvede veñi fiziåki rad. Tokom trajanja programa treninga, znaåajno pobojãanje fizioloãkih funkcija je jasan indikator prilagoœavanja organizma stresogenom faktoru (fiziåkoj aktivnosti). Kada se adaptacija pojavi, potrebno je poveñati optereñenje u cilju nastavka procesa unapreœenja. Odliåan naåin prañenja trenaænih adaptacija ostvaruje se morfofunkcionalnim testiranjima pre, za vreme i nakon trenaænih ciklusa.
PROGRESIVNOST TRENINGA I ODRÆAVANJE Progresivnost treninga odnosi se na promenu nadoptereñenja nakon adaptacije na trenaæni stimulus. Kada se pojavi adaptacioni odgovor organizma na veæbanje, neophodno je poveñati nivo optereñenja u cilju ostvarivanja daljeg poboljãanja funkcionalnih parametara. Optereñenje se moæe poveñati manipulisanjem uåestalosti, intenziteta ili trajanja veæbanja. Poveñanje bilo koje od varijabli doveãñe do poveñanja ukupnog obima aktivnosti, obezbeœujuñi nadoptereñenje neophodno za nastavak adaptacija. Stopa progresije zavisi od individualnih potreba ili ciljeva, nivoa kondicije, zdravstvanog statusa i starosti. Faza unapreœenja trenaænog procesa tipiåno traje od 4 do 5 meseci i karakteriãe se brzom progresijom – intenzitet se poveñava do ciljnih nivoa a trajanje treninga raste konsistentno svake 2 do 3 nedelje. Kod osoba koje imaju nisku inicijalnu kondiciju, neophodna je postepena progresija od diskontinuirane ka kontinuiranoj aktivnosti. Zatim je potrebno poveñati trajanje aktivnosti sa 20 na 30 minuta, nakon åega sledi poveñanje uåestalost veæbanja. Na kraju se modulira intenzitet veæbanja. Princip adaptacije i progresije su meœusobno blisko povezani i naizmeniåno se ponavljaju do ostvarivanja æeljenog nivoa kondicije ili sportskog postignuña. Svaki put kada se modifikuje program veæbanja, neophodan je period adaptacije koga sledi progresija itd. Princip odræavanja podrazumeva balansiranje ostvarenih adaptacija efikasnim programiranjem vremena i nivoa trenaænog optereñenja. Sportisti åesto pokazuju tendenciju da variraju nivo optereñenja u treningu, shodno fazi aktivnog odmora, vansezonskom, predsezonskom ili sezonskom ciklusu kada su orijentisani ka strategiji odræavanja uspostavljenog obima treninga. Za rekreativca ili osobu na programu 90
rehabilitacije, odræavanje tipiåno zapoåinje nakon prvih 6 meseci treninga. Dostizanje nivoa odræavanja je indikator da je osoba dostigla personalno prihvatljiv nivo utreniranosti i da nije potrebno dalje poveñanje trenaænog optereñenja. Jednom uspostavljen nivo kondicije, moæe se odræavati nastavljanjem istog obima treninga ili smanjenjem obima treninga uz zadræavanje istog intenziteta. Kada se na primer redukuje broj trenaænih dana sa 6 na 4 ili 2 a da se intenzitet i trajanje treninga ne promeni, vrednosti VO2max se efikasno odræavaju na dostignutom nivou. Kada se redukuje trajanje treninga sa 40 na 25 ili 15 minuta, VO2max se i dalje odræava na dostignutim vrednostima. Meœutim, kada se smanji intenzitet treninga, dolazi do redukcije maksimalne potroãnje kiseonika ãto potvrœuje kljuåni znaåaj intenziteta u odræavanju nivoa utreniranosti. Iako je ukupan obim treninga vaæan u postizanju odreœenih ciljeva kondicioniranja, intenzitet ima primarnu ulogu u odræavanju dostignutih rezultata. Tokom faze odræavanja, cross-trening postaje posebno koristan pogotovo u danima niæeg intenziteta.
REVERZIBILNOST U jednom trenutku tokom trenaænog procesa, osoba koja veæba neñe biti u moguñnosti da poboljãa utreniranost ili ñe åak doæiveti i sniæenje sportskog postignuña, bez obzira na dalju progresiju treninga. Kada se pojavi ovakav obrazac, neophodno je potraæiti znake pretreniranosti. Dalje poveñanje obima treninga ili ukljuåivanje novih trenaænih dana se ne preporuåuje. Ukoliko se trening prekine iz bilo kog razloga, pojaviñe se fenomen detreninga. Princip reverzibilnosti podrazumeva fenomen da nakon prestanka treninga dolazi do prepodeãavanja organskih sistema u skladu sa smanjenim fizioloãkim stimulusom. Redukcija vrednosti VO2max posebno je drastiåna tokom prvog meseca neaktivnosti, dok je pad manji tokom 2 i 3 meseca detreninga.
91
Jednom kada je trenaæni program dizajniran, treba ga primenjivati shodno obrascu koji ñe dovesti do maksimalnih rezultata. Ovakav obrazac poznat je kao trenaæni ciklus ili princip periodizacije. Cilj periodizacije treninga zasniva se na manipulaciji komponenti kondicioniranja i principa treninga koji treba da dovedu do maksimalnog sportskog rezultata u takmiåarskoj sezoni ili nekom specifiånom njenom delu. Periodizacija je prisutna i kod fiziåke aktivnosti sa zdravstveno korisnim efektima, mada su trenaæne varijacije manje rigidne i nisu strogo povezane sa posebnim sportskim dogaœajem i takmiåarskom sezonom. Periodizacija moæe biti organizovana na razliåite naåine i uglavnom obuhvata jednu sezonu ili godinu i uglavnom se deli na åetiri faze ili ciklusa – fazu aktivnog odmora, vansezonski, predsezonski i sezonski ciklus. Svaki veliki period (makrociklus) se deli na manje faze (mezocikluse) trajanja uglavnom åetiri nedelje koji se sastoje od jednonedeljnih mikrociklusa. Cilj svake faze je optimiziranje aktivnosti i odmora. Faza aktivnog odmora zapoåinje nakon poslednjeg takmiåarskog optereñenja prethodne sezone. Sportistima se uglavnom preporuåuje nekoliko dana kompletnog odmora a zatim uåestvovanje u netakmiåarskim fiziåkim aktivnostima van matiånog sporta (npr. cross-trening). Vansezonska faza zapoåinje evaluacijom sport-specifiånog nivoa pripremljenosti u cilju stvaranja preporuka za dizajniranje treninga, koja se moæe ponavljati i tokom ostalih trenaænih ciklusa u cilju determinisanja trenutne forme i nivoa pripremljenosti, odnosno potrebnih korekcija trenaænog procesa. Vansezonski ciklus uglavnom sluæi za opãte kondicioniranje kardiorespiratornih kapaciteta, fleksibilnosti ili miãiñne snage odnosno moduliranje telesne strukture. Tokom predsezonskog ciklusa akcenat treninga se usmerava na specifiåno pripremanje komponenti neophodnih za odreœeni sport ili aktivnost. Trenaæni program u ovoj fazi je veoma naporan i uglavnom obuhvata od 6 do 8 nedelja pre prvog takmiåenja. Kada poåne sezona, glavni cilj treninga usmeren je na odræavanje dostignutog nivoa sport-specifiåne kondicije koja se razvila tokom prethodne faze. Pogotovo pre vaænih takmiåenja neophodno je minimizirati trenaæni stimulus (fenomen poznat kao tapering) smanjujuñi frekvenciju i trajanje treninga uz odræavanje intenziteta, kako bi se sportista adekvatno oporavio.
ZAGREVANJE I AKTIVNOSTI NAKON TRENINGA Period zagrevanja omoguñava organizmu da prilagodi organske sisteme (kardiovaskularni, metaboliåki, neuromiãiñni) zahtevima fiziåke aktivnosti (npr. poveñanje protoka krvi u miãiñima, poveñanja fleksibilnost zglobova). Zagrevanje treba da traje barem deset minuta pre poåetka glavnog dela kondicioniranja i da bude sport-specifiåno i individualno programirano. Tokom zagrevanja potrebno je postupno podizati intenzitet do uspostavljanja ciljnih vrednosti. U mnogim aktivnostima period zagrevanja se odmah nastavlja u trening. Period zagrevanja poseduje brojne korisne efekte na kardiovaskularni sistem.
92
Korisni efekti zagrevanja na kardiovaskularni sistem Poveñanje protoka krvi kroz aktivnu skeletnu muskulaturu Poveñanje protoka krvi kroz sråani miãiñ Poveñanje stepena disocijacije oksihemoglobina Zapoåinjanje ranijeg znojenja i bolja regulacija telesne temperature Redukcija pojave poremeñaja provoœenja srca (aritmija) Period aktivnosti nakon treninga (tzv. hlaœenje) nastavlja se na glavni deo treninga i traje uglavnom 10 do 15 minuta. Primarni kardiovaskularni korisni efekat je spreåavanje zadræavanja venske krvi na periferiji, aktiviranjem skeletne muskulature posebno donjih ekstremiteta (tzv. miãiñne pumpe) neposredno nakon aktivnosti, kada je venski krvotok dilatiran. Osim toga, uspostavlja se mirovna ravnoteæa termoregulacije.
TAPERING Vrhunski sportski rezultat zahteva maksimalnu fiziåku i mentalnu toleranciju na stes izazvan fiziåkom aktivnoãñu. Intenzivan trening åesto dovodi do redukcije takmiåarskih kapaciteta pa sportisti smanjuju intenzitet treninga pre vaænog takmiåenja, kako bi dozvolili organizmu odmor od intenzivnog treninga i spreåili pretreniranost. Ovakva strategija smanjivanja volumena treninga pre takmiåenja poznata je kao tapering. Period taperinga tokom kojeg su intenzitet i trajanje treninga redukovani, treba da obezbedi dovoljno vremena za osveæavanje angaæovanih tkiva i obnovu istroãenih depoa ñelijske energije. Trajanje ovog perioda zavisi od faktora kakvi su prethodni intenzitet i vrsta treninga, tip sporta i osobine sportiste. Smatra se da je u plivanju potrebno da period taperinga traje i dve nedelje pre znaåajnog takmiåenja. Najuoåljivija promena tokom taperinga je porast miãiñne snage, koja delimiåno objaãnjava poboljãanje sportskog nastupa na takmiåenju, mada nije poznato da li se porast snage javlja kao rezultat promena kontraktilnih mehanizama ili veñeg stepena regrutacije miãiñnih vlakana. Posebno je pokazan znaåaj taperinga u anaerobnim sportovima (npr. sprint, skok u dalj) dok su dokazi relativno malobrojni na uticaj taperinga kod timskih sportova, biciklizma ili tråanja na duæe staze.
93
Pretreniranost Fenomen pretreniranosti (overtraining) åesto se javlja u savremenom sportu kao posledica izlaganja sportiste trenaænim optereñenjima prevelikog obima uz neadekvatno trajanje oporavka. Jednostavno govoreñi, organizam ne uspeva da se prilagodi i odmori od prethodne epizode treninga, kada ponovo biva izloæen trenaænom nadraæaju. Osnovna posledica pretreniranosti ogleda se u smanjivanju takmiåarskih rezultata koji nastaju usled brojnih faktora (npr. neadekvatno doziranje treninga, kratkotrajan neadekvatan oporavak, monotoni jednoliåni treninzi, delovanje faktora spoljaãnje sredine). Kada se pretreniranost javlja nakon kratkoroånih greãaka u treningu, poznata je i kao prenaprezanje åije posledice prolaze relativno brzo, nakon nekoliko dana odmora, za razliku od sindroma pretreniranosti koji moæe trajati nekoliko meseci pa åak i viãe godina. Uglavnom se opisuju dva tipa pretreniranosti (simpatiåki i parasimpatiåki) koji nastaju kao posledica prenadraæenosti jednog segmenta vegetativnog nervnog sistema. Simpatiåki tip uglavnom se javlja kod visoko-intenzivnih, kratkotrajnih sportova a parasimpatiåki kod sportova opãte izdræljivosti. Pokazatelji pretreniranosti uglavnom su subjektivni, raznovrsni i komplikovani za dijagnostiku. Sportista se æali na slabije sportske rezultate, hroniåan zamor i usporenost, produæeno trajanje oporavka i pojavljivanje ranije otkonjenih greãaka u izvoœenju nauåenih veãtina. Od fizioloãkih parametra uoåava se smanjenje maksimalnog radnog kapaciteta, oteæano je odræavanje homeostaze, åesto se javljaju glavobolje, nesanica, bolovi u miãiñima i zglobovima, sklonost infekcijama, opstipacija ili dijareja, gubitak apetita, telesne i miãiñne mase, amenoreja kod æena sportista, znaåajan porast ili pad sråane frekvencije (pogotovo u mirovanju). Psiholoãki znaci i simptomi se odnose na oseñanje depresije, apatije i smanjenje stepena samopouzdanja, emocionalnu nestabilnost i nagle promene raspoloæenja, oteæana je koncentracije i smanjen takmiåarski duh. Jasni objektivni znaci pretreniranosti nisu poznati mada se koriste metode merenja hormonskog statusa (kortizol, testosteron, adrenalin), prañenje koncentracije enzima i supstrata (kreatin kinaza, ATP, laktati) i analiza EKG ali bez puno uspeha. Tretman pretreniranosti veoma je sloæen a ponekad i dubiozan. Upotreba fizikalnih procedura, suplementacije multivitaminskim i mineralnim kompleksima, upotreba kiseonika samo su neke od metoda koje se koriste u terapiji pretreniranosti. Ipak, najbolji tretman pretreniranosti je prevencija. Paæljivo i odmereno dizajniranje treninga koje ukljuåuje adekvatno trajanje oporavka jedna je od najvaænijih strategija u prevenciji pretreniranosti. Programiranje u skladu sa osnovnim principima treninga, redovni medicinski pregledi, kvalitetna ishrana i suplementacija, psiholoãka podrãka, uredan sportski æivot neke su od mera koje pojavu pretreniranosti svode na minimum.
MIÃIÑNI TRENING I FIZIOLOÃKE ADAPTACIJE Poseban segment usvajanja trenaænih principa odnosi se na razvoj miãiñne forme i kondicije, koji predstavljaju podjednako vaæan element ukupnog nivoa utreniranosti, kakav pripada i razvoju kardiorespiratorne ili metaboliåke sposobnosti. Iako je mo94
guñe razviti trenaæni program koristeñi statiåke kontrakcije, u realnosti je ovakva vrsta treninga relativno retka a upotreba dinamiåkih i izokinetiåkih aktivnosti znatno raãirenija i åeãña, poznata pod imenom trening miãiñnog otpora (resistance training program). Miãiñni trening, u uæem smislu, predstavlja sistematski program veæbi koje ukljuåuju proizvodnju sile nasuprot delovanju optereñenja, u cilju razvijanja miãiñne snage, izdræljivosti i/ili uveñanja (hipertrofije) muskulature åesto podrazumevajuñi samo trening sa tegovima (weight training). Miãiñni trening koristi se kod razliåitih pojedinaca, ukljuåujuñi one koji oåekuju poboljãanje opãteg zdravstvenog stanja i unapreœenje sportskog nastupa, rehabilitaciju od povrede, promenu estetskog ispoljavanja ili takmiåenje u specifiånim sportovima (npr. bodi-bilding, dizanje tegova, power lifting). Ovakav trening, ukoliko se odvija pod struånom kontrolom uz adekvatan oblik, disanje, tehniku, telesnu biomehaniku i definisana optereñenja, moæe se koristiti kod svih populacionih grupa i nosi relativno mali rizik od povreda åak i kod dece stare 7-13 godina. Kod dece, ova vrsta treninga nije kontraindikovana ali program mora biti paæljivo kontrolisan i aplikovan kao deo raznovrsnih aktivnosti i veãtina u kojima pedijatrijska populacija uåestvuje. Ipak, deca ne bi trebalo da uåestvuju u takmiåarskom dizanju tegova, power lifting-u ili bodi-bildingu i neophodno je da prihvate dinamiku trenaænih adaptacija. U ovoj starosnoj grupi, programirani miãiñni trening krañi od 20 nedelja ne dovodi do znaåajnih poboljãanja telesne kompozicije, sportskih rezultata ili oporavka od povrede, mada nisu uoåeni ãtetni efekti na stepen rasta i razvoja. Kao i kod druge vrste treninga, plan ostvarivanja miãiñne forme mora biti specifiåan za individualne ciljeve osobe koja veæba (npr. poveñanje snage, eksplozivnosti, izdræljivosti, hipertrofije). Miãiñi odgovaraju specifiånom adaptacijom na tip izvedene kontrakcije i optereñenje kojem su izloæeni. Sa druge strane, trening je specifiåan za angaæovanu miãiñnu grupu – kompletan program treninga trebao bi da ukljuåi barem jednu veæbu za svaku veliku miãiñnu grupu. Da bi se izbegla pojava zamora savetuje se sukcesivno smenjivanje veæbi za razliåite miãiñne grupe uz napomenu da prvo treba trenirati velike miãiñne grupe (npr. prvo m. latissimus dorsi pa zatim m. biceps brachii). Ova taktika omoguñava pravilan oporavak izmeœu epizoda treninga i smanjuje uåestalost zamora. Konaåno, intenzitet nadraæaja kojem je miãiñ izloæen odreœuje stepen odgovora. Miãiñ koji je izloæen optereñenju bliskom maksimalnim vrednostima, razviñe veñi stepen snage od miãiña izloæenog submaksimalnim nadraæajima. Obrnuto, miãiñ angaæovan u veñem broju ponavljanja submaksimalih optereñenja razviñe veñi stepen miãiñne izdræljivosti. Poseban element specifiånosti miãiñnog treninga odnosi se na brzinu kontrakcije kod izokinetiåkih veæbi (posebno veæbi koje se odvijaju uz malo ugaono ubrzanje).
Nadopterñenje u miãiñnom treningu Primena nadoptereñenja kod miãiñnog treninga odnosi se na modeliranje intenziteta (optereñenja), uåestalosti i trajanja odreœene veæbe (broj ponavljanja, serija i perioda oporavka). Kao i kod aerobnog treninga, intenzitet igra kljuånu ulogu. Poåetak dizajniranja miãiñnog treninga definisali su De Lorme i Watkins koji su 50-ih godina dvadesetog veka dizajnirali tzv. progresivni miãiñni trening koji se sastojao od 30 95
ponavljanja veæbe za svaku miãiñnu grupu na jednom treningu. Ovih 30 ponavljanja podeljeno je u 3 serije sa 10 ponavljanja po originalnom modelu koji je niæe naveden: Serija 1 = 10 ponavljanja na 50% 10-RM Serija 2 = 10 ponavljanja na 75% 10-RM Serija 3 = 10 ponavljanja na 100% 10-RM RM – repetitivni maksimum Tokom poslednjih 50 godina razvili su se brojni programi koji determiniãu optimalan broj ponavljanja i serija, optereñenje i uåestalost neophodnih za razvoj miãiñne snage, izdræljivosti ili eksplozivnosti. Trenutno, ne postoji jedinstvena kombinacija broja ponavljanja i optereñenja koja dovodi do najboljih rezultata - idealan broj ponavljanja zavisi od individualnih ciljeva i razlika. Uopãteno uzev, ukoliko je cilj razvoj miãiñne snage, preporuåuje se izvoœenje manjeg broja ponavljanja sa veñim optereñenjem. Izvoœenje 3 do 6 ponavljanja u seriji uz ukupno 3 do 5 serija smatra se najefikasnijom strategijom u razvijanju miãiñne snage. Sa druge strane, ukoliko je cilj poboljãanje izdræljivosti miãiña, poveñan broj ponavljanja sa manjim optereñenjem (miãiñ ipak mora biti nadoptereñen) je najefikasnija metoda. Ukoliko je dobitak na miãiñnoj snazi nedovoljan, intenzitet se mora podiñi na barem 60% maksimalnih vrednosti. Suprotno, unapreœenje izdræljivosti miãiña postiæe se intenzitetima 30% od maksimuma uz trening do pojave zamora. Kod izokinetiåkih aktivnosti, trajanje jedne veæbe izgleda da je vaænije od ukupnog obima rada ili broja izvedenih ponavljanja. Ãto se tiåe faza odmora, trajanje oporavka izmeœu veæbi zavisi od optereñenja kojima je miãiñ izloæen. Kod veæbi za unapreœenje snage oporavak izmeœu serija trebalo bi da je duæi (nekoliko minuta) nego kod treninga miãiñne izdræljivosti (pauza izmeœu serija kraña od 1 minuta). Uåestalost miãiñnog treninga varira shodno ciljevima osobe koja veæba (npr. takmiåar trenira åeãñe od osobe koja veæba iz zadovoljstva). Ameriåki koledæ za sportsku medicinu preporuåuje dva do tri miãiñna treninga nedeljno u cilju ostvarivanja zdravstveno korisnih efekata. Kod sportista se najåeãñe sreñe frekvencija od 2 do 4 treninga nedeljno. Izgleda da su dva miãiñna treninga nedeljno minimalan zahtev neophodan za poboljãanje snage – treniranje jednom nedeljno izgleda da izlaæe osobu poveñanom riziku od povrede ili upale miãiña a ne angaæuje adaptacione kapacitete u dovoljnoj meri. Åesta strategija sportista koji veæbaju åetiri puta nedeljno je smenjivanje veæbi za gornji deo tela sa veæbama za donji deo trupa i noge. S druge strane, neki takmiåari treniraju åetiri dana za redom nakon åega sledi dan pauze. Ovaj tip treninga zahteva angaæovanje samo jedne miãiñne grupe tokom treninga pa se time omoguñava oporavak tokom sledeñih 48 do 72 sata. Ukupno vreme treninga je varijabilno i zavisi od broja ponavljanja i serija i najåeãñe iznosi oko 20 do 30 minuta. Kod poåetnika (pogotovo adolescentnog uzrasta) neophodna je postepena progresija optereñenja, usvajanje adekvatne tehnike i implementacije mera kontrole i opreza. Koriãñena oprema treba da je odgovarajuña za pojedinaånog sportistu a veæbe bi trebalo da ukljuåe velike miãiñne grupe, agoniste i antagoniste kroz åitav obim pokreta. U prvom periodu (2 do 6 nedelje) savetuje se izvoœenje jedne serije do usvajanja neop96
hodnih veãtina i znanja uz trajanje oporavka od 2 do 3 minuta i rad niskog intenziteta (12-15 RM) frekvencijom od 2 do 3 puta nedeljno. Tabela 7.5 Kreiranje programa miãiñnog treninga Faza treninga
Analiza parametara
Principi treninga
Identifikacija ciljeva
Æeljeno postignuñe Komponenta miãiñne forme Vrsta miãiñne kontrakcije Angaæovana miãiñna grupa
Specifiånost Individualizacija
Evaluacija inicijalnih miãiñnih parametara
Izabrane miãiñne grupe Tehnike treninga
Specifiånost
Odreœivanje sistema treninga Dizajn jednog treninga
Vrste veæbi Optereñenje Broj serija Trajanje pauza Redosled veæbi Zagrevanje i hlaœenje
Specifiånost Nadoptereñenje Individualizacija
Periodizacija treninga
Prevencija monotonije
Adaptacija Progresija Reverzibilnost Individualizacija
Adaptacija, progresija i individualizacija Miãiñi se adaptiraju na stres kojem su izloæeni. U jednom trenutku, tokom kreiranja programa treninga (Tabela 7.5), sportista ñe zapaziti da inicijalni desetostruki repetitivni maksimum (10-RM) moæe podiñi viãe od 10 puta usled ostvarene adaptacije. Stepen adaptacije zavisi od nekoliko faktora kao ãto su kvalitet oporavka, adekvatna ishrana, angaæovana miãiñna grupa. Oporavak ima kljuåni znaåaj u formiranju optimalnih adaptacija nakon miãiñnog treninga. Neophodan je barem jedan dan odmora nakon treninga specifiåne miãiñne grupe. Odmor i kombinovanje lakih i teãkih dana je åesto preporuåena strategija u prevenciji povrede ili zamora. Mnogi vrhunski sportisti koji intenzivno treniraju odmaraju 72 sata pre treninga iste miãiñne grupe. Mehanizmi adaptacije koji se pojavljuju kod dece sliåni su onim kod odraslih. Paæljivo prañenje oporavka izmeœu treninga je verovatno joã vaænije kod dece i minimalno treba da traje 48 sati. Kada se adaptacija postigne, trenaæni nadraæaj se poveñava shodno principima progresije, ukoliko se æeli dalji priraãtaj npr. miãiñne snage. Progresivnost treba da bude postepena - poveñanjem optereñenja, broja ponavljanja i serija ili poveñanjem uåestalosti treninga odnosno skrañivanjem trajanja pauza izmeœu serija. Uglavnom se preporuåuje poveñanje broja ponavljanja (sa 6 na 10) a zatim poveñanje optereñenja. Radi efikasnijeg doziranja treninga, koristi se metoda utvrœivanja repetitivnog maksimuma (1-RM) za svaku angaæovanu miãiñnu grupu. Kada je poznat 1-RM lako je kvantifikovati trening (npr. 6 ponavljanja po seriji sa 60% 1-RM). Åak i kada se izvodi isti trenaæni program adaptacija zavisi od odreœenih personalnih faktora (starost, pol, telesna graœa, inicijalni nivo utreniranosti, genet97
ski faktori). Bez obzira koliko je trening bio adekvatno planiran, progresija miãiñne snage ili izdræljivosti ne ostvaruje se linearnim prirastom. Ukoliko se nakon progresivnog poveñanja optereñenja ne uoåava dalje poboljãanje performansi (plato) ili se postignuñe åak smanjuje (retrogresija), moguñe je da je sportista izloæen riziku od pretreniranosti.
Neuromuskularne adaptacije Zapoåinjanje miãiñnog treninga tipiåno dovodi do poveñanja parametara snage nakon prvih nekoliko nedelja, bez promena miãiñne mase, sugeriãuñi znaåaj nervnih faktora. Slika 7.2 ilustruje shematsku prezentaciju relativne uloge nervnih i miãiñnih adaptacija koje doprinose poveñanju miãiñne snage. Nervne adaptacije odnose se na poveñanje neuralne stimulacije muskulature, porast sinhronizacije motornih jedinica i inhibiciju zaãtitnih mehanizama Golgi-jevog tetivnog organa.
Slika 7.2 Doprinos neuralnih i miãiñnih adaptacija poveñanju miãiñne snage
Uåestvovanje u miãiñnom treningu tipiåno dovodi do poveñanja snage i porasta popreånog preseka miãiña. Osim toga, raste stepen regrutovanja miãiñnih vlakana oba tipa sa predominacijom brzo-kontrahujuñih vlakana. Stepen promena je specifiåan za analizirani miãiñ ili miãiñnu grupu i zavisi od tipa programa. Miãiñna hipertrofija (poveñanje veliåine jedne miãiñne ñelije) nastaje kao posledica poveñanja ukupne koliåine kontraktilnih proteina, broja i veliåine miofibrila u svakom vlaknu i uveñanju koliåine vezivnog tkiva koje se nalazi oko miãiñnih vlakana. Interesantan fenomen se javlja nakon izokinetiåkog treninga – prisutan je porast miãiñne snage bez prisustva hipertrofije muskulature (verovatno usled izostanjanja ekscentriånog oblika kontrakcije tokom ove vrste treninga). Iako muãkarci generiãu veñu apsolutnu snagu, promene usled miãiñnog treninga kod oba pola su sliåne. Stepen poveñanja snage i popreåni presek miãiña rastu prema sliånom obrascu i kod muãkaraca i æena nakon 16-to nedeljnog programa treninga (Slika 7.3).
98
Slika 7.3 Poboljãanja u miãiñnoj snazi kod muãkaraca i æena
Doskora se verovalo da miãiñni trening kod dece prepubertetskog uzrasta ne dovodi do jednakog priraãtaja snage kao kod odraslih osoba, pre svega zbog nedostatka anaboliåkog hormona testosterona. Meœutim, aktuelna istraæivanja pokazuju ekvivalentno poveñanje relativne snage kod preadolescenata, i izometrijske i izokinetiåke, ãto ih åini jednako trenabilnim kao ostale populacione grupe. Grupa dece stare 8 do 12 godina koja je trenirala 2 puta nedeljno tokom 8 nedelja, reæimom 3 serije sa 10 do 15 ponavljanja, 5 veæbi, intenziteta izmeœu 50 i 100% 10-RM poveñala je miãiñnu snagu za 73%. Fizioloãki mehanizmi koji dovode do ovih promena verovatno su razliåiti u odnosu na odraslu populaciju. Umesto hipertrofije muskulature, kod preadolescenata se javlja poboljãanje sposobnosti nervnog sistema da regrutuje i aktivira motorne jedinice na ãta ukazuju elektromiografske studije aktivnosti angaæovanih miãiñnih grupa.
99
VIII MEHANIZMI MIÃIÑNOG ZAMORA Etiologija miãiñnog zamora zanima nauånike veñ viãe od 100 godina, mada definitivni agensi zamora joã uvek nisu definisani. Problem je kompleksan jer je miãiñni zamor rezultat multivalentnih promena u samom miãiñu (periferni zamor) ali i promena nervne signalizacije (centralni zamor). Dalje, priroda i stepen miãiñnog zamora zavise od parametara kao ãto su tip, trajanje i intenzitet veæbanja, sadræaj i vrsta miãiñnih vlakana u aktivnoj muskulaturi, individualnog nivoa pripremljenosti i faktora spoljaãnje sredine. Na primer, faktori koji dovode do zamora u aktivnostima visokog intenziteta i ispoljavanja brzine i snage kratkog trajanja drugaåije su prirode od onih koji dovode do zamora kod dugoroånih aktivnosti izdræljivosti. Dalje, zamor se razlikuje kod aktivnosti sa optereñenjem (npr. dizanje tegova) od aktivnosti bez dodatnog optereñenja (npr. tråanje ili plivanje) åak i kada su istog trajanja. Konaåno, onesposobljavajuñi zamor koji je povezan sa virusnim ili bakterijskim infekcijama, oporavkom od povrede ili bolesti, sindromom hroniånog zamora, depresijom, poremeñajima spavanja i jet leg-om (naglim promenama vremenskih zona) verovatno nema puno veze sa muskulaturom veñ verovatno ukljuåuje faktore u okviru centralnog i perifernog nervnog sistema. Definicija zamora miãiña je jednostavna - gubitak sposobnosti da aktivni miãiñ generiãe snagu ili silu kao odgovor na voljnu stimulaciju, koja poslediåno dovodi do redukcije parametara sportskog nastupa (Slika 8.1). Ova definicija ilustruje ukljuåenost centralnih i perifernih faktora u razvoju miãiñnog zamora. Centralni zamor nastaje progresivnom redukcijom voljnog stimulusa motoronim neuronima tokom aktivnosti, dok se periferna komponenta zamora odnosi na smanjenje produkcije sile nezavisno od neuralne stimulacije.
Slika 8.1 Kriva zamora miãiñne kontrakcije
100
ZAMOR I KRATKOTRAJNA AKTIVNOST VISOKOG INTENZITETA Zamor tokom kratkotrajnih aktivnosti visokog intenziteta rezultat je poremeñaja komandnog lanca - od viãih moædanih centara do kontraktilnih proteina, aktina i miozina. Iako u razvoju zamora dominiraju promene nastale na nivou miãiña, centralni deficiti motorne kontrole takoœe igraju znaåajnu ulogu. Primarna mesta zamora lokalizovana su u samoj miãiñnoj ñeliji i ne obuhvataju periferne nerve ili neuro-miãiñnu spojnicu. Postoji nekoliko specifiånih elemenata sistema ekscitacije-kontrakcije, gde promene tokom intenzivne aktivnosti mogu indukovati pojavu zamora. Pri pojavi zamora, uoåava se da je mirovni potencijal ñelijske membrane åesto izmenjenih vrednosti, amplituda akcionog potencijala smanjena a trajanje produæeno. Mehanizmi zamora koji se odnose na poremeñaje sarkoleme (membrane miãiñne ñelije) predpostavljaju da izlazak jona kalijuma, ulazak jona natrijuma i inhibicija natrijum-kalijum (Na-K) pumpe, izazivaju poremeñaje depolarizacije ñelije, dovode do smanjenja amplitude akcionog potencijala pa åak i do kompletne inaktivacije miãiñne ñelije. Poslediåno, nastaje inhibicija narednih koraka ekscitacije, redukuje se propagacija impulsa kroz transverzalne tubule i inhibira se otpuãtanje kalcijuma ãto utiåe na snagu miãiñne kontrakcije. Zamoren miãiñ åesto pokazuje produæeno trajanje trzaja i smanjenje maksimalne brzine razvoja napetosti. Produæeno trajanje trzaja posledica je prolongiranog vremena nakupljanja kalcijuma u sarkoplazmi usled smanjene stope otpuãtanja ili preuzimanja kalcijuma od strane sarkoplazmatskog retikuluma. Dokazano je da se zamor razvija kako opada stepen preuzimanja kalcijuma u miãiñnoj ñeliji. Zamor se takoœe moæe javiti kao posledica direktnih promena kontraktilnih proteina. Visoko-intenzivna aktivnost ukljuåuje energetske potrebe koje prevazilaze maksimalne aerobne kapacitete i zahteva angaæovanje anaerobnih energetskih izvora. Poslediåno, nivo visoko energetskih fosfata, ATP i PC opada a koncentracija neorganskih fosfata (Pi), ADP, laktata i vodonikovih jona raste sa razvojem zamora. Svaki od ovih faktora moæe dovesti do pojave zamora. Adekvatne vrednosti ATP moraju se odræavati u cilju spreåavanja zamora jer je ATP jedini supstrat koji momentalno obezbeœuje energiju za miãiñnu kontrakciju. ATP je neophodan agens za funkcionisanje Na-K pumpe. Dalje, ATP stabilizuje kanale u sarkoplazmatskom retikulumu (SPR) za otpuãatanje kalcijuma – supstrat je SPR-ATPaze koja je neophodna za otpuãtanje i preuzimanje jona kalcijuma. Poremeñaj u bilo kom od ovih procesa moæe dovesti do miãiñnog zamora, pa se smanjena koncentracija ATP u miãiñnoj ñeliji smatra jednim od glavnih uzroånika pojave zamora. Koncentracija fosfokreatina se smanjuje tokom kontraktilnih aktivnosti pa su niske koncentracije intrañelijskog fosfokreatina dobar indikator zamora, verovatno smanjujuñi stepen koriãñenja ATP-PC energetskog sistema usporavajuñi stopu refosforilacije ADP u ATP. Koncentracije ADP, Pi i H+ rastu tokom intenzivne miãiñne kontrakcije i mogu dovesti do pojave zamora direktnom inhibicijom hidrolize ATP. Vodonikovi joni smatraju se jednim od glavnih agenasa zamora jer ugroæavaju miãiñnu aktivnost na nekoliko 101
naåina. Oni dovode do direktne inhibicije aktivnosti miozinske ATP-aze i onemoguñavaju klizanje filamenata i hidrolozu ATP, inhibiraju fosfofruktokinazu, kontrolni enzim glikolize, smanjuju cross-bridge aktivaciju blokirajuñi vezivanje kalcijuma za troponin i inhibiraju aktivnost SPR-ATPaze preuzimanjem i oslobaœanjem kalcijuma. Glavni izvor vodoniånih jona tokom intenzivne miãiñne aktivnosti je anaerobna produkcija mleåne kiseline. Iako se mleåna kiselina åesto smatra uzroånikom zamora, u stvari su vodonikovi joni odgovorni za neæeljene efekte zamora. Posebno osetljiva na poveñanje aciditeta su brzo-kontrahujuña miãiñna vlakna. Poveñana koncentracija jona vodonika inhibira miozinsku ATP-azu smanjujuñi na taj naåin maksimalnu brzinu skrañivanja. Obnavljanje sposobnosti za generisanje sile deãava se u dve faze prva rapidna faza traje oko 30 sekundi a druga sporija faza oko 50 minuta. Brza faza oporavka objaãnjava se mehanizmima obnove sistema eksictacija-kontrakcija, koji nisu posredovani uticajem vodonikovih jona, dok je druga faza oporavka rezultat uklanjanja viãka intracelularnih jona vodonika. Promene kiselosti takoœe utiåu i na regulaciju metabolizma kalcijuma, inhibirajuñi otpuãtanje i ponovno preuzimanje kalcijuma iz SPR. Izmenjena je sposobnost vezivanja kalcijuma za kontraktilne proteine åime se posredno utiåe na produkciju sile. Smatra se da poveñanje koncentracije fosfata izaziva zamor inhibiranjem procesa klizanja filamenata i redukcijom razvoja sile kontrakcije. Moguña uloga centralnog nervnog sistema u pojavi zamora uglavnom se odnosi na redukciju motornih signala prema aktivnoj muskulaturi usled uticaja psiholoãkih faktora kao ãto su motivacija, paænja i oseñaj napora ili bola, uz neizmenenjen miãiñni metabolizam, funkcije sarkoplazme i sistem ekscitacija-kontrakcija. Pokazano je da su sportisti koji su bili voljno motivisani i ohrabreni tokom napora mogli znatno duæe da izdræe postavljeni zadatak (npr. generisanje maksimalne sile). Geneza centralnog zamora najverovatnije se odvija na nivou motorne kore velikog mozga.
ZAMOR KOD AKTIVNOSTI IZDRÆLJIVOSTI Veliki broj faktora pojavljuje se kod zamora nakon aktivnosti izdræljivosti, ukljuåujuñi troãenje glikogena u miãiñima i jetri, smanjenje koncentracije glukoze u krvi, dehidraciju i poveñanje telesne temperature. Svakako svi pomenuti faktori uåestvuju u pojavi zamora u izvesnoj meri, zavisno od uslova spoljaãnje sredine i prirode fiziåke aktivnosti. Mehanizmi ukljuåuju i brojne neurotransmitere i neuromodulatore koji izazivaju zamor, delovanjem putem centralnih mehanizama. Odavno je poznato da stepen upotrebe ugljenih hidrata zavisi od intenziteta aktivnosti. Ova åinjenica potkrepljena je porastom indeksa upotrebljivosti ugljenih hidrata tokom fiziåke aktivnosti kao i merenjima stepena sagorevanja glikogena tokom razliåitih intenziteta veæbanja, mada stepen upotrebe tokom aktivnosti ne zavisi samo od intenziteta veñ i do stanja uhranjenosti i utreniranosti osobe. Pri fiksnom optereñenju, utrenirani sportisti imaju niæi indeks upotrebljivosti ugljenih hidrata, manje sagorevaju glikogen a viãe masti i mogu veæbati duæe od netreniranih osoba. Ishrana bogata ugljenim hidratima i unos sportskih napitaka tokom veæbanja dalje odlaæe pojavu zamora, poveñavajuñi stepen dostupnosti i oksidacije ugljenih hidrata åime se 102
potvrœuje teorija o depleciji depoa ugljenih hidrata kao glavnom faktoru zamora tokom aktivnosti izdræljivosti (Slika 8.2).
Slika 8.2 Sniæavanje sadræaja glikogena tokom veæbanja sa i bez unosa ugljenih
hidrata (UH) Niska koncentracija glikogena smanjuje produkciju nikotiamid adenin dinukleotida (NADH), vaænog energetskog jedinjenja, inhibira transportni lanac elektrona i Crebs-ov ciklus i smanjuje stepen oksidacije masti. Svi ovi efekti poslediåno dovode do inhibicije produkcije ATP i pojave miãiñnog zamora. Moguñe je da se centralni zamor takoœe pojavljuje u sprezi sa iscrpljivanjem (deplecijom) depoa ugljenih hidrata tokom produæenih fiziåkih aktivnosti. Unos ugljenih hidrata tokom veæbanja moæe odloæiti ili smanjiti poåetak negativnih promena u CNS koje ukljuåuju neurotransmiter serotonin. Meœutim, deplecija glikogena nije jedini faktor koji izaziva zamor tokom aktivnosti koje dugo traju. Drugi potencijalni faktori zamora ukljuåuju oãteñenje vaænih ñelijskih organela kao ãto su mitohondrije, sarkoplazmatski retikulum ili miofilamenti. Na prvi pogled, kontraktilni proteini i miofibrilna ATP-azna aktivnost izgledaju otporno na promene tokom aktivnosti izdræljivosti. Meœutim, preuzimanje kalcijuma od strane vezikula SPR je smanjeno i u sporim i brzim vlaknima. Veæbe izdræljivosti dovode do strukturnih oãteñenja SPR a promene posebno pogaœaju vlakna tipa I i tipa IIa dok su vlakna tipa IIb gotovo bez strukturnih i funkcionalnih promena, shodno maloj regrutaciji i ulozi u aerobnoj produkciji energije. U pojedinim sluåajevima, zamor se karakteriãe periodom produæenog oporavka tokom kojeg je produkcija sile smanjena u trajanju od nekoliko dana. Ovaj fenomen poznat je pod imenom zamor niske frekvencije i verovatno je izazvan prekidom nekog od procesa iz sistema ekscitacija-kontrakcija usled masovne produkcije reaktivnih kiseoniåkih radikala i produæene izloæenosti visokim intrañelijskim koncentracijama kalcijuma. Dug period oporavka nakon zamora niske frekvencije povezan je sa neophodnim vremenom za obnovu oãteñenih proteina. Degradacija proteina åesto dovodi do pojave otoka i tzv. upale miãiña koja traje i nekoliko dana shodno neophodnom vremenu za resintezu potroãenih proteina u miãiñima. Posebna uloga u etiologiji centralnog zamora pripada serotoninu, bitnom neurotransmiteru i neuromodulatoru centralnog nervog sistema. Primeñen je porast koncentracije serotonina i 5-HIAA (glavnog me103
tabolita) u pojedinim regionima mozga, sa dostizanjem maksimalnih vrednosti kod zamorenih sportista. Davanje antagonista serotonina dovodi do odsustva i odlaganja zamora iako nisu prisutni periferni faktori, åime se aktuelizuje uloga serotonina u genezi miãiñnog zamora. Åinjenica je da su istraæivanja prirode zamora joã u toku i da je priroda ovog fenomena veoma kompleksna.
104
IX FIZIÅKA NEAKTIVNOST (DETRENING) I ADAPTACIJE Efekti redovnog veæbanja ukazuju na zadivljujuñu sposobnosti ljudskog organizma koji se prilagoœava na raznovrsne trenaæne stimuluse. Nakon nekoliko nedelja treninga specifiåni sistemi organizma (npr. kardiovaskularni, metaboliåki, miãiñni, nervni) koji trpe uticaje fiziåke aktivnosti, razvijaju fizioloãke adaptacije koje poveñavaju toleranciju na oblik treninga. Nova adaptacija i stepen poboljãanja su proporcionalni potenciji stimulusa fiziåkog treninga. Iako fiziåki trening promoviãe razliåite fizioloãke adaptacije, dugi periodi neaktivnosti (detrening) povezani su sa gubitkom mnogih pozitivnih efekata. Koncept reverzibilnosti treninga podrazumeva kontra-adaptacione promene koje nastaju pri prestanku ili smanjenju treninga usled reakcije organskih sistema i smanjenja fizioloãkog stimulusa. Cilj ovog poglavlja je analiza stepena promena usled inaktivnosti i perzistencija pojedinih adaptacija tokom vremena. Posebno je analiziran uticaj detreninga nakon aktivnosti aerobne izdræljivosti koje izazivaju brojne metaboliåke, kardiovaskularne i druge adaptacije.
UTICAJ DETRENINGA NA KARDIOVASKULARNE PARAMETRE Poznato je da prolongirani trening opãte izdræljivosti dovodi do poveñanja VO2max, minutnog volumena i udarnog volumena srca. Kada neaktivna osoba uåestvuje u treningu niskog intenziteta tokom 6-10 nedelja, VO2max se poveñava za 6-10% i izgleda da ostaje na ovom nivou tokom 2-3 nedelje nakon prestanka treninga. Meœutim, duæi izostanak treninga (4-10 nedelja) dovodi do povratka vrednosti VO2max na vrednosti pre trenaænog procesa. Umereni trening opãte izdræljivosti poveñava VO2max za 10-20% ali nakon prestanka trenaænog stimulusa, vrednosti se vrañaju na poåetni nivo nakon svega nekoliko nedelja. Primeñeno je da VO2max opada naglo tokom prvog meseca detreninga, dok se pad ublaæava tokom drugog i treñeg meseca neaktivnosti. Dakle, dokazi sugeriãu da se poveñanje VO2max nastalo programiranim treningom niskog i srednjeg intenziteta potpuno gubi nakon nekoliko meseci netreniranja. Sliåan pad, mada ne tako dramatiåan, uoåava se i kod vrhunskih sportista koji su viãe godina uåestvovali u treningu opãte izdræljivosti (aerobne sposobnosti). Nagli pad VO2max kod vrhunskih sportista deãava se nakon prve nedelje inaktivnosti (oko 10%) koji se nastavlja tokom sledeñih meseci (za 21 do 84 dana pad od 10%). Nagli pad VO2max je posledica smanjenja maksimalnog udarnog volumena (posebno tokom prvih 12 dana) i minutnog volumena tokom aktivnosti u stojeñem poloæaju, bez obzira na adaptivni porast maksimalne sråane frekvencije. U kasnijim fazama, VO2max se smanjuje kao posledica redukcije maksimalnog arterio-venskog kiseoniåkog gradijenta (a-vDO2). Kod vrhunskih sportista koji su bili neaktivni tokom 3 meseca, pozitivne kardiovaskularne adaptacije uglavnom nestaju. Maksimalni udar105
ni volumen je isti kao i kod sedentarnih osoba koje nikada nisu uåestvovale u aerobnom treningu, mada a-vDO2 ostaje iznad vrednosti kod neaktivnih osoba (oko 17%). Neãto veñi VO2max kod detreniranih sportista posledica je poveñanje sposobnosti muskulature da ekstrahuje kiseonik, shodno zadræanoj poveñanoj kapilarnoj gustini i veñem broju mitohondrija koje ostaju u izvesnoj meri prisutne nakon prestanka trenaænih optereñenja. Produæena intenzivna aktivnost dovodi do poveñanja mase sråanog miãiña dok se detrening karakteriãe smanjenjem veliåine srca. Nije poznato u kojoj meri se poveñanje zapremine komora i debljine zida miokarda redukuje tokom neaktivnosti. Sedentarni bivãi sportisti imaju veñe srce i VO2max u odnosu na osobe koje nikada nisu bile fiziåki aktivne. Jedan od najuoåljivijih efekata detreninga je brzi pad udarnog volumena. Smanjenje udarnog volumena udruæeno je sa smanjenjem preånika leve komore na kraju dijastole. Stepen punjenja srca vaæan je faktor redukcije udarnog volumena, verovatno nastao kao posledica smanjenja zapremine krvi u cirkulaciji. Pojedini autori pokazali su da kod nekih sportista (npr. fudbaleri, atletiåari, biciklisti) detrening dovodi do smanjenja mase srca nakon 3 do 7 nedelja neaktivnosti (smanjenje debljine zadnjeg i septalnog zida leve komore), mada smanjenje mase nije povezano sa redukcijom udarnog volumena, kada je punjenje komore dovoljno. Veñina autora meœutim, ukazuje da se pomenuti morfoloãki parametri ne menjaju nakon 10 do 60 dana neaktivnosti, mada parametri sportskog nastupa opadaju. Moguñe je da je glavni razlog redukcije udarnog volumena tokom detreninga smanjenje ukupne zapremine cirkuliãuñe krvi. Intenzivan aerobni trening dovodi do poveñanja volumena krvi za oko 500 ml, pre svega poveñanjem zapremine plazme. Ova adaptacija prisutna je veñ nakon nekoliko treninga i brzo nestaje nakon prestanka trenaænog stimulusa. Maksimalna sråana frekvencija znaåajno raste tokom neaktivnosti, reflektujuñi kardiovaskularnu kompenzaciju smanjenja zapremine krvi i udarnog volumena. Primetan je porast HRmax za 4 odnosno 6% nakon 3 i 12 nedelja neaktivnosti. Raste i vrednost sråane frekvencije na fiksnom submaksimalnom optereñenju, kada poredimo trenirane i detrenirane osobe. Na primer, 12 dana neaktivnosti pri istom nivou optereñenja dovodi do porasta HR sa 154 na 170 tj. 184 nakon 84 dana detreninga (Slika 9.1).
106
Slika 9.1 Promene funkcionalnih parametara kardiovaskularnog sistema tokom
detreninga
NEAKTIVNOST I METABOLIÅKE ADAPTACIJE Trening opãte izdræljivosti izaziva adaptacije enzima skeletne muskulature koji usporavaju stopu deplecije glikogena i produkciju laktata, poboljãavajuñi parametre sportkog nastupa. Dolazi do poveñanja aktivnosti enzima u mitohondrijama koje favorizuje metabolisanje goriva aerobnim energetskim sistemom (Slika 9.2). Umeren aerobni trening trajanja 2 do 4 meseca poveñava aktivnost mitohondrijalnih enzima za 20 do 35% u odnosu na vrednosti pre treninga. Kada trening prestane, aktivnost mitohondrijalnih enzima (npr. citrat sintaze, sukcinat dehidrogenaze, malat degidrogenaze, beta-hidroksiacil-CoA dehidrogenaze) se smanjuje i za 25 do 56 dana opada na vrednosti pre zapoåinjanja trenaænog programa. Najintenzivnija redukcija enzimske aktivnosti (oko 50%) deãava se nakon prvih 12 dana detreninga. Posebno su ovim reduktivnim efektima pogoœena sporo-kontrahujuña vlakna (tip I) koja su odgovorna za procese generisanja energije aerobnim putem. Poveñana gustina kapilara aktivne muskulature, koja dovodi do poveñanja vremena protoka krvi kroz miãiñ i smanjuje difuzione distance poveñavajuñi dostupnost kiseonika i nutrijenata uz uklanjanje nusprodukata metabolizma (npr. CO2, H+, laktata) jedna je od najvaænijih adaptacija koja nastaje nakon prolongiranog treninga opãte izdræljivosti. Umereni trening izdræljivosti trajanja 2 do 3 meseca dovodi do poveñanja miãiñne kapilarizacije za 20 do 30% u odnosu na vrednosti pre treninga. Meœutim neaktivnost od 8 nedelja u velikoj meri smanjuje steåeni stepen kapilarizacije. Intenzivniji aerobni trening poveñava kapilarnu gustinu miãiña za 40 do 50% a neaktivnost redukuje ovaj nivo za 3 meseca dostiæuñi vrednosti pre treninga.
107
Slika 9.2 Promene sadræaja mitohondrija nakon prestanka treninga
DETRENING KOD VRHUNSKIH SPORTISTA Odgovori na neaktivnost visoko treniranih sportista koji su godinama angaæovani u redovnom programiranom treningu znaåajno se razlikuju od osoba koje su trenirale nekoliko nedelja ili meseci. Kod vrhunskih sportista nema drastiånog smanjenja nivoa kapilarizacije miãiña nakon 3 meseca neaktivnosti. Iako koncentracija mitohondrijalnih enzima opada nakon prestanka aerobnog treninga, aktivnost ostaje iznad vrednosti izmerenih kod netreniranih osoba. Poveñana vrednost VO2max verovatno je kod ovih sportista delom genetski determinisana pa su vrednosti nakon detreninga ipak veñe nego kod netreniranih osoba, ãto ih åini predisponiranim za aerobne sportske aktivnosti. Pored toga, hroniåan trening dovodi i do poveñane vrednosti a-vDO2 u odnosu na netrenirane osobe. Vrhunski sportisti nakon detreninga ipak uspevaju da veæbaju na veñim intenzitetima VO2max pre nego postanu zamoreni i pre poveñanja koncentracije laktata. Anaerobni prag detreniranih sportista javlja se pri 75% VO2max u odnosu na vrednosti od 63% VO2max kod netreniranih osoba ãto sve reflektuje zadræavanje odreœenog stepena adaptacija tokom neaktivnosti, pre svega na nivou miãiñnog metabolizma i funkcije (Tabela 9.1).
108
Tabela 9.1 Naeaktivnost i adaptacije organskih sistema Sportisti Netrenirane Maksimalno Detrenirani osobe utrenirani 3 meseca VO2max (ml/kg/min)
43.3
144%
177%
SV (ml)
128
120%
101%
a-vDO2 (ml/100 ml)
12.6
122%
116%
Citrat sintaza (mlo/kg/hr)
4.1
243%
149%
Citrat sintaza - tip I vlakna
4.8
140%
108%
Citrat sintaza - tip II vlakna
2.6
246%
180%
Kapilarna gustina (cap/mm2)
3108.0
146%
150%
Vrednosti za sportiste date su u procentima vrednosti za netrenirane osobe VO2max – maksimalna potroãnja kiseonika, SV – udarni volumen a-vDO2 – arteriovenski gradijent kiseonika Detrening podrazumeva potpuno prestajanje treninga i delovanja trenaænog stimulusa na bioloãke sisteme ljudskog organizma. Za razliku od neaktivnosti, smanjenje treninga odræava odreœene kardiovaskularne i metaboliåke adaptacije. Pokazano je da se VO2max i veliåina srca odræavaju na trenaænim vrednostima kada je uåestalost treninga redukovana sa 6 na 1 do 2 puta nedeljno uz uslov da je intenzitet treninga adekvatan (85-100% VO2max). Naæalost, vrhunski sportisti nakon tri mesaca gube gotovo sve adaptacije uslovljene dugogodiãnjim intenzivnim treningom. Ukoliko odluåe za zapoånu nov ciklus treninga potrebno je mnogo vremena da se povrate adaptacioni odgovori. Najbræe se obnavlja volumen cirkuliãuñe krvi (nakon nekoliko nedelja) dok je ograniåavajuñi faktor stepen poveñanja enzimske aktivnosti u mitohondrijama. Ukoliko osoba ne trenira samo 12 dana enzimska aktivnost opada za 50% a biñe joj potrebno najmanje 36 dana treninga da dostigne prethodne vrednosti enzimske aktivnosti. Shodno tome, teoretski je potrebno tri puta viãe vremena treninga da bi se postigle vrednosti izgubljene usled neaktivnosti!
109
X FIZIÅKA AKTIVNOST I FAKTORI SPOLJAÃNJE SREDINE Uslovi ambijenta u kome se veæba ili trenira mogu znaåajno promeniti fizioloãke odgovore na fiziåku aktivnost i poveñati rizik od poremeñaja povezanih sa uslovima spoljaãnje sredine. Razumevanje veza izmeœu okruæenja i fiziåkog veæbanja omoguñava bolje poznavanje rizika od oãteñenja izazvanih toplotom ili hladnoñom tokom aktivnosti jer su fizioloãki odgovori na stimuluse tolplote i hladnoñe bitno drugaåiji.
TOPLOTNI STRES Toplotni stres nastaje kao posledica kombinacije faktora spoljaãnje sredine, brzine metabolizma i odeñe koji zajedno mogu dovesti do poveñanja unutraãnje temperature. Tradicionalno objaãnjenje toplotnog stresa odnosi se na opisivanje ravnoteæe izmeœu produkcije i oslobaœanja topote (Slika 10.1). Ukoliko se ravnoteæa naruãi (produkcija veña od oslobaœanja toplote) unutraãnja temperatura raste. Glavni generator topote u ljudskom organizmu je energetski metabolizam. Oko 25% metaboliåke energetske potroãnje koristi se za obavljanje mehaniåkog rada tokom kretanja (npr. hodanja, voænje bicikla) dok se preostalih 75% oslobaœa u vidu toplote kontrahujuñeg miãiña. Kako brzina metabolizma raste kako bi se zadovoljile potrebe aktivnog organizma, stopa produkcije topote takoœe se poveñava. Stepen energetske potroãnje procenjuje se iz normogramskih tablica - proseåan muãkarac teæak 73 kg koji hoda brzinom od 4 km/h ima stopu metabolizma od oko 350 W.
Slika 10.1 Stepen produkcija i odavanje energije tokom veæbanja 110
Glavni put oslobaœanja viãka toplote je isparavanje (evaporacija) znoja sa povrãine koæe. Evaporativno hlaœenje sekrecijom vode iz znojnih æelezi na povrãinu koæe, omoguñava odnoãenje toplote i pretvaranje vodenih kapljica u vodenu paru dok vazduh koji okruæuje organizam akumulira paru. Dovoljna je mala koliåina znoja da se organizam oslobodi viãka toplote - evaporacija 500 ml znoja je dovoljna da ukloni 350 W viãka toplote, pomenutih u prethodnom primeru. Ukoliko se velike koliåine znoja proizvedu u kratkom vremenskom periodu i evaporacija nije ograniåena (npr. odeñom), termalna ravnoteæa se odræava i unutraãnja temperatura ne raste. Meœutim, ovakva situacija je relativno retka. Pre svega postoje odreœena ograniåenja stope znojenja ekvivalentne vrednostima od oko 1 L/min (u mirovanju) dok dugoroåno znojenje (nekoliko sati) izlaæe organizam riziku od dehidracije. Mehanizmi produkcije i oslobaœanja toplotne energije tokom veæbanja prikazani su na slici 10.2.
Slika 10.2 Mehanizmi odavanja toplotne energije tokom fiziåke aktivnosti
Fizioloãki limit produkcije znoja zavisi od stanja aklimatizacije, aerobne kondicije i genetskih predispozicija. Aklimacija (aklimatizacija) je proces fizioloãkog prilagoœavanja koji se pojavljuje nakon uåestalog izlaganja toplotnom stresu tokom fiziåke aktivnosti. Aklimatizacija dovodi do poveñanja brzine i stope evaporacije, skrañuje vreme zapoåinjanja znojenja i smanjuje sadræaj minerala u znoju, ãtedeñi natrijum. Korisni efekti aklimatizacije su smanjenje kardiovaskularnog stresa i niæa telesna temperatura pri istom nivou toplotnog optereñenja. Najznaåajniji efekti se javljaju nakon 3 do 5 dana i smanjuju se u sledeñih 2 do 7 dana nakon zapoåete aklimatizacije. Kao pravilo, jedan dan aklimatizacije se gubi svakih tri dana aktivnosti van delovanja toplotnog stresa. U sluåaju bolesti, jedan dan aklimatizacije gubi se sa svakim danom izostajanja sa treninga. 111
Aerobna sposobnost je najbolji pojedinaåni indikator sposobnosti za toleranciju topotnog stresa – visoka aerobna sposobnost znaåi dobru toleranciju na termiåki stres. Sa druge strane, jedna od 20 osoba ima sniæenu toleranciju na toplotu iz nepoznatih razloga. Stepen ograniåenja brzine evaporacije zavisi od faktora spoljaãnje sredine i odeñe. Osnovi razlog efikasnog evaporativnog sistema hlaœenja organizma je razlika u pritiscima vodene pare na koæi i u vazduhu. Ukoliko je razlika mala, stopa znojenja opada; ukoliko je razlika u pritiscima znaåajna, znojenje je uglavnom dovoljno da balansira åak i velike stope metaboliåke toplote. Pritisak vodene pare na koæi ima relativno konstantne vrednosti dok se pritisak pare u vazduhu menja, pa je vlaænost vazduha vaæan element koji utiåe na stepen toplotnog stresa. Pokreti vazduha takoœe utiåu na brzinu i obim evaporacije. Ukoliko je brzina strujanja vazduha 2 do 3 m/s, postiæe se maksimalna brzina znojenja dok veñe brzine uglavnom ne poveñavaju stepen evaporacije. Odeña (sportska oprema) moæe ograniåiti maksimalnu stopu evaporativnog hlaœenja. Odeña izmeœu koæe i spoljaãnje sredine smanjuje sposobnost hlaœenja evaporacijom znoja. U pojedinim okolnostima uticaj opreme je zanemarljiv ukoliko je vazduh suv (niska vlaænost) ili metaboliåka stopa niska, brzina znojenja kroz odeñu moæe biti dovoljna za odræavanje termiåke ravnoteæe. Otpor odeñe znojenju zavisi od nekoliko faktora - pokrivene povrãine koæe, prirode tekstilnih vlakana, broja slojeva i konstrukcije omotaåa. Potrebno je obratiti paænju na sledeña pravila kako bi se minimizirao ãtetan efekat odeñe na evaporaciju. Minimiziranje ãtetnih efekata odeñe Pokrivena povrãina koæe treba da je ãto je moguñe manja Vlakna treba da budu lagana, prozraåna kako bi omoguñila eveporaciju Zarobljeni vazduh izmeœu slojeva treba de je minimalan Oprema treba da je prostrana, otvorena i da omoguñava kretanje vazduha Sa suprotne strane nalazi se neadekvatna sportska oprema koja pokriva veñi deo tela, onemoguñava isparavanje vodene pare (npr. plastiåna, sintetiåka) i tesno naleæe na otvore za ruke, noge ili glavu ãto ñe onemoguñiti optimalnu stopu evaporativnog hlaœenja.
KONDUKCIJA I RADIJACIJA Ostali faktori koji modifikuju delovanje toplotnog stresa su kondukcija (odvoœenje toplote) i radijacija (zraåenje toplote) (Slika 10.2). Kada je temperatura vazduha veña od temperature koæe (uglavnom oko 35°C), toplota se akumulira u organizmu. Suprotno, kada temperatura vazduha padne ispod 35°C, organizam se posebnim oblikom odvoœenja toplote (konvekcija) oslobaœa viãka topote (Slika 10.3). Stepen konvekcije zavisi od kretanja vazduha i vrste odeñe. Infracrveno zraåenje sunca ili toplih objekata poveñavaju toplotni stres dok hladna tela i povrãine smanjuju stepen toplotnog stresa. Oblaåenje smanjuje dobitak toplote radijacijom. Kombinovano dejstvo kondukcije i radijacije uglavnom je odgovorno za gubitak (dobitak) toplote od oko 20% tokom fiziåke aktivnosti. Sa druge strane, fizioloãki odgovori na topotni 112
stres ogledaju se kroz vrednost telesne temperature, sråane frekvencije i stope znojenja. Metaboliåka toplota dovodi do porasta temperature aktivne muskulature a cirkuliãuña krv prenosi toplotu od unutraãnjih organa izazivajuñi porast unutraãnje temperature. Deo krvi nosi viãak toplote prema koæi, raste minutni volumen srca a krv se preusmerava iz splanhiåne cirkulacije prema miãiñima i koæi.
Slika 10.3 Mehanizmi odavanja toplote sa promenom temperature ambijenta
DISBALANS TOPLOTNE RAVNOTEÆE Normalan i prihvatljiv odgovor na toplotni stres ukljuåuje poveñanje telesne temperature, poveñanje sråane frekvencije i gubitak vode znojenjem. Ukoliko se delovanje toplotnog stresa nastavi, ovi odgovori mogu dovesti do poremeñaja ravnoteæe i psihomotornih i kognitivnih poremeñaja. Poremeñaji koji se javljaju tokom aktivnosti su toplotni gråevi, toplotna sinkopa, dehidracija, iscrpljenost toplotom i toplotni udar. Neophodno je da se uåesnici u sportu temeljno upoznaju i razumeju ove poremeñaje toplotne regulacije. Toplotni gråevi se javljaju tokom ili nakon fiziåke aktivnosti povezane sa obilnim znojenjem. Gråevi se uglavnom javljaju u miãiñima lista i prednjeg trbuãnog zida. Toplotna sinkopa nastaje kao posledica dehidracije ili zadræavanja krvi u perifernom vaskularnom koritu. Poslediåna hipotenzija moæe åesto dovesti do simptoma zacrnjenja pred oåima. Oporavak je relativno rapidan a mere prevencije ukljuåuju adekvatan unos teånosti (hidriranost), izbegavanje produæenog stajanja ili naglog ustajanja. Dehidracija i iscrpljenost toplotom najåeãñe se javljaju kod osoba koje nisu aklimatizovane na odreœeni ambijent ili kod onih koje ne unose ili nedovoljno unose teånost i ne obrañaju paænju na znakove upozorenja. U takmiåarskom sportu nije retko uoåiti i gubitak od 5% telesne mase tokom aktivnosti. Gubitak veñi od 1% telesne mase (700 ml za sportistu teãkog 70 kg) treba da bude prañen odgovarajuñim oporavkom i adekvatnom obnovom telesnih teånost (rehidracijom). Sa druge strane, toplotni udar spada u urgentna medicinska stanja pa åak i sumnja na postojanje ovog stanja opravdava hitan i agresivan tretman. Rizik od toplotnog udara je najveñi meœu osobama koje koriste alkohol ili narkotike, visoko motivisanih sportista 113
koji ne obrañaju paænju na znake upozorenja ili kod osoba koje imaju nisku toleranciju na topotu (npr. deca, stare osobe). Toplotni gråevi Bolni gråevi u voljno kontrolisanoj muskulaturi (npr. abdomen, potkolenice) Oseñaj zamora, iscrpljenosti Tretman: Odmor u hladnom ambijentu, unos slanih napitaka (0.5% NaCl), masaæa miãiña Toplotna sinkopa Zamuñen i oteæan vid, slabost Normalna temperatura Tretman: Odmor u hladnom ambijentu (leæeñi poloæaj), unos vode Dehidracija Zamor, slabost, suva usta Smanjenje radnog kapaciteta, usporenje brzine reakcije Tretman: Nadoknada teånosti i minerala Iscrpljenost toplotom Zamor, slabost, vrtoglavica, glavobolja, zamagljen vid Visoka sråana frekvencija, profuzno znojenje, nizak pritisak, nesiguran hod, bledilo, kolaps, normalna temperatura Tretman: Odmor u hladnom ambijentu (leæeñi poloæaj), unos vode, oslobaœanje od odeñe Topotni udar Iritabilnost, drhtavica, nemir Crveno lice, euforiånost, dezorijentacija, kolaps, nesvestica, konvulzije, temperatura 40°C Tretman: Momentalno, agresivno i efektivno hlaœenje, transport u medicinsku ustanovu Veæbanje u toplom ambijentu uvek nosi rizik od poremeñaja toplotne ravnoteæe. Rizik je poveñan ukoliko je aktivnost intenzivna ili je odeña neadekvatna ili preterana. Analiziranje rizika zavisi od prepoznavanja spoljaãnjih faktora i prilagoœavanja intenziteta i trajanja veæbanja na pravi naåin. Mada postoje posebne mere za utvrœivanje topotnog rizika (npr. WBGT indeks koji analizira temperaturu ambijenta, relativnu vlaænost vazduha i indeks radijacije) dovoljno je znati pojedine metode za redukciju toplotnog stresa kakve su smanjenje intenziteta veæbanja (smanjenje stvaranja metaboliåke toplote), promena rasporeda treninga (tokom hladnijeg dela dana ili u hladnijem ambijentu) i smanjenje koliåine i vrste sportske odeñe. Takoœe, liåne mere zaãtite mogu znaåajno smanjiti rizik od toplotnog stresa.
114
Personalne protektivne mere Liåne mere zaãtite podrazumevaju korake koje osoba moæe preduzeti u cilju smanjivanja rizika od toplotnih poremeñaja. Niæe su prikazane neke od najznaåajnijih mera. Metoda prañenja odreœenih fizioloãkih parametara jedna je od najefikasnijih naåina. Oralna temperatura je prihvatljiva mera toplotnog stresa pod odreœenim okolnostima. Treba je meriti 10 do 15 minuta nakon unosa teånosti ili intenzivne aktivnosti. Temperature ispod 38°C se smatraju bezbednim dok temperature veñe od 38.5°C ukazuju na neophodnost spreåavanja daljeg izlaganja toplotnom stresu. Sråana frekvencija (HR) je jednostavan parametar i dobar indikator toplotnog stresa. Merenje HR tokom oporavka, izraæene kao najmanja vrednost nakon 1 minuta od zavrãetka veæbanja, je åesto koriãñen metod. Ukoliko je frekvencija nakon 1 minuta oporavka ispod 110 udara/min, verovatno nije prisutan toplotni stres, ali ukoliko je vrednost iznad 110 udara/min neophodan je odmor. Koriãñenje monitora sråane frekvencije koji poseduju alarmni sistem u okviru podeãenog trenaænog optereñenja (npr 75% VO2max) je joã jedan koristan i efikasan zaãtitini metod. Liåne mere zaãtite od topotnog stresa Potraæiti zaklon od delovanja toplote ukoliko osetite znake i simptome toplotnog stresa. Obratiti paænju na nelagodnost, glavobolju, muåninu, gubitak kordinacije, slabost. Odræavati adekvatnu hidraciju unosom manjih koliåina napitaka viãe puta. Gubitak telesne mase od 2% tokom dana znak je dehidracije. Odræavati zdrav obrazac æivota - pravilna ishrana, adekvatan san, izbegavanje droga. Izbegavati toplotni stres tokom akutnih bolesti (npr. groznica, povrañanje, dijareja). Hroniåne bolesti redukuju toleranciju na topolotu - potraæite savet lekara. Smanjite sopstvena oåekivanja ukoliko se niste aklimatizovali na topli ambijent.
UTICAJ NISKIH TEMPERATURA NA VEÆBANJE Stres izazvan rashlaœivanjem predstavlja kombinovan izazov za organizam, uzrokovan interakcijom izmeœu faktora spoljaãnje sredine, stope produkcije metaboliåke toplote i odeñe. Posledica rashlaœivanja je gubitak toplote i smanjenje unutraãnje temperature åitavog organizma ili pojedinih delova tela. Oãteñenja izazavana hladnoñom obuhvataju kompletno rashlaœivanje tela (hipotermiju) i razliåite oblike i stepene oãteñenja perifernih tkiva (npr. promrzline). Hipotermija se definiãe kao stanje u kome je telesna temperatura ispod 35°C - ova temperatura ugroæava normalno funkcionisanje organizma i stanje moæe biti fatalno. Hipotermija se javlja u sluåajevima kada odavanje toplote premaãuje toplotnu produkciju. Stepen rizika od hipoter115
mije je pod uticajem temperature spoljaãnje sredine, brzine strujanja vazduha i individualnih karakteristika pojedinca. Indeks rashlaœivanja strujanjem vazduha,koji objedinjava uticaj efekata niske temperature i strujanja vazduha, sluæi kao precizan parametar za odreœivanje rizika od rashlaœivanja organizma tokom fiziåke aktivnosti. Iako produkcija toplote raste tokom fiziåke aktivnosti, pogotovo tokom aktivnosti produæenog trajanja (npr. maraton, triatlon), kada sportisti usporavaju u drugoj polovini trke ili odbace deo opreme, produkcija topote opada a gubitak raste åime se rizik od hipertermije poveñava. Rani znaci hipotermije se uglavnom odnose na smanjenje sråane frekvencije, hipoventilaciju i smanjenje refleksnih odgovora. Osoba se æali na zamor, bol u ekstremitetima, uoåava se drhtavica. Umerena hipotremija karakteriãe se gubitkom pravilnog rasuœivanja, gubitkom finih motornih funkcija i poremeñajima govora. Ozbiljan stepen hipotermije povezan je za porastom uzbuœenja i poremeñajima ponaãanja (npr. halucinacije, euforiånost, agitacija). Dok je blagu hipotermiju moguñe tretirati zagrevanjem izloæene osobe, uklanjanjem vlaæne odeñe i unosom toplih napitaka, srednje teãku i ozbiljnu hipotermiju treba prepustiti medicinskoj sluæbi. Delovanje niskih temperatura na lokalnom nivou izaziva pojavu smrzotina koje nastaju kao posledica kristalizacije vode u perifernim tkivima, dovodeñi do ñelijske dehidracije i oãteñenja tkiva. Nedovoljno zaãtiñena koæa biva oãteñena, dolazi do cirkulatornih poremeñaja i nekroze koja se åesto zavrãava amputacijom oãteñenih struktura. U prvoj fazi, sportisti se uglavnom æale na gubitak perifernog senzibiliteta, promenu boje koæe, bol, pojavu svraba i plikova. Tretman je sliåan onom koriãñenim kod hipotermije. Prevencija rashlaœivanja daleko je veñi prioritet od tretmana. Osoba koja je aktivna treba da je odgovarajuñe odevena u opremu koja je vodootporna i nepropusna za vetar. Preporuåuje se oblaåenje viãeslojne odeñe u cilju stvaranja slojeva vazduha koji deluju kao izolacija. Sloj odeñe koji je najbliæi koæi treba da spreåi vlaæenje koæe i upije znoj, pa pamuåna sportska oprema nije najbolji izbor jer zadræava vlaænost poveñavajuñi na taj naåin gubitak toplote. Obavezno je da sportista obavi zagrevanje, po moguñnosti u unutraãnjem prostoru do taåke nastajanja znoja, kako ne bi bio preznojen kada izaœe u spoljaãnji ambijent. Ukoliko je moguñe, preporuåuje se da sportisti prvo tråe u susret vetru a nakon toga sa vetrom u leœa. Posebnu paænju treba obratiti na zavrãne faze treninga kada je rizik poveñan zbog zamora sportiste i smanjenja produkcije toplote, dok se gubitak toplote odræava na istom nivou. U tom smislu preporuåuje se uzimanje dodatne odeñe ili prelazak u zatvoreni prostor.
116
Liåne mere zaãtite od rashlaœivanja Potraæiti zaklon od rashlaœivanja ukoliko oseñate nelagodnost posebno u ekstremitetima. Obratiti paænju na oseñaj zamora, slabosti ili gubitak koordinacije. Åesto unositi tople napitke koji sadræe ugljene hidrate, bez kofeina. Anticipirati vreme i birati adekvatnu viãeslojnu odeñu. Promeniti vlaænu odeñu momentalno, pogotovo ukoliko je spoljaãnja temperatura ispod 2°C. Planirati veæbanje tako da se izbegne pojava zamora daleko od mesta za oporavak. Odræavati zdrav obrazac æivota - pravilna ishrana, adekvatan san, izbegavanje droga. Zatraæiti medicinski savet pri pojavi ponovljene ili neprirodne osetljivosti na hladnoñu. Traæiti medicinsku dozvolu za veæbanje ukoliko je temperatura ambijenta ispod -11°C. Veliåina i struktura sastava tela su vaæni faktori koji utiåu na odgovor organizma na rashlaœivanje. Telesne masti pruæaju zaãtitni izolacioni sloj delovanju hladnoñe pa æene sportisti, shodno veñem udelu telesnih masti u strukturi sastava tela, bolje toleriãu rashlaœivanje. Sa druge strane, deca koja imaju veñu relativnu telesnu povrãinu, imaju veñi stepen odavanja toplote od odraslih. U cilju kompenzacije, deca imaju i veñi stepen vazokonstrikcije perifernih krvnih sudova u cilju spreåavanja gubitka toplote. Ovaj kompenzatorni faktor izlaæe decu veñem riziku od promrzlina. U uslovima hladne vode deca bræe odaju topotu zbog veñe povrãine i manje koliåine potkoænog mansog tkiva pa je posebna paænja neophodna za vreme sportskih takmiåenja dece u vodenom ambijentu.
VEÆBANJE U USLOVIMA VISOKE NADMORSKE VISINE Koliåina kiseonika u vazduhu ostaje ista (20.93%) bez obzira na nadmorsku visinu. Meœutim atmosferski (barometarski) pritisak (PB) eksponencijalno se smanjuje sa poveñanjem nadmorske visine. Na 1600 m PB iznosi 630 mm Hg, na 2300 m 586 mm Hg. Shodno tome, parcijalni pritisak kiseonika u vazduhu (PO2) se takoœe smanjuje. Na nadmorskoj visini od 1600 m iznosi 132 mm Hg (0.2093 x 630), na 2300 m iznosi 123 mm Hg, u poreœenju sa 159 mm Hg na nivou mora (0.2093 x 760). Zbog niæeg parcijalnog pritiska kiseonika u udahnutom vazduhu, niæi je i alveolarni parcijalni pritisak kiseonika (PAO2) - 80 mm Hg na 1600 m, odnosno 74 mm Hg na 2300 m. Sniæen PAO2 za posledicu ima niæi gradijent pritiska izmeœu venske krvi (PVO2) i alveola, koji poslediåno dovodi do manjeg stepena zasiñenosti kiseonikom (% SaO2) i niæeg arterijskog parcijalnog pritiska kisoenika (PaO2). Ovo sniæenje PaO2 stimuliãe porast ventilacije putem delovanja na aortne i karotidne hemoreceptore, u cilju kompenzovanja i obezbeœivanja veñe koliåine kiseonika za alveloarnu ventilaciju. Inicijal117
no poveñanje ventilacije zove se hiperventilacija i definiãe se kao porast pluñne ventilacije koji prevazilazi metaboliåke zahteve i primarno se dostiæe poveñanjem frekvencije disanja. Hiperventilacija izazvana poveñanjem nadmorske visine dovodi do poveñanja koliåine CO2 u izdahnutom vazduhu. Sa druge strane, poveñan CO2 u izdahnutom vazduhu smanjuje alveolarni i arterijski parcijalni pritisak CO2 i pH. Smanjenje stepena saturacije arterijske krvi kiseonikom na manjim nadmorskim visinama (ispod 2500 m) je relativno malo (oko 2 do 5%) jer dolazi do „zaravnjivanja“ krive disocijacije kiseonika. Na veñim nadmorskim visinama (npr. 4200 m) SaO2 iznosi 82% normalnih vrednosti. U eritrocitima dolazi do porasta 2,3-difosfoglicerata (2,3-DPG) koji ima iste efekte na krivu disocijacije kiseonika. Nakon dva dana na nadmorskoj visini dolazi do porasta koncentracije hemoglobina ãto dovodi do poveñanja transportnog kapaciteta za kiseonik. Naæalost, koncentracija hemoglobina raste samo kao posledica smanjenja volumena krvi, fenomena poznatog kao hemokoncentracija. Ovaj gubitak zapremine krvi odslikava smanjenje telesne vode nastalo kao posledica gubitaka putem bubrega i poveñane respiratorne evaporacije zbog kompenzatorne hiperventilacije. Hemokoncentracija dovodi do poveñanja viskoziteta krvi koja izaziva porast otpora kretanju krvi kroz cirkulaciju. U cilju odræavanja protoka krvi, sråana frekvencija raste (Slika 10.4).
Slika 10.4 Promena sråane frekvencije sa nadmorskom visinom
Iako sportista ne oseña ni jednu prethodno pomenutu pojavu, osim hiperventilacije, pojedini neprijatni simptomi mogu se pojaviti u okviru tzv. akutne planinske bolesti. Åesto se sreñu gubitak apetita, vrtoglavica, muånina, povrañanje, dehidracija i slabost. Akutni efekti nadmorske visine uoåavaju se najviãe u segmentu intenziteta veæbanja koji se ostvaruje tokom aerobnih aktivnosti. Ãto je veña nadmorska visina zamor se ranije javlja a intenzitet pri kome se odreœeni aerobni rad odigrava se smanjuje, kao i sposobnost da se odreœena aktivnost „izdræi“. Ovo se odnosi na sve populacione grupe a posebno pogaœa klasiåne aerobne sportove (npr. triatlon, biatlon, maraton, biciklizam, kros-kantri skijaãko tråanje) (Slika 10.5).
118
Slika 10.5 Promene VO2max sa porastom nadmorske visine
Aktivnosti brzine, miãiñne snage i miãiñne izdræljivosti sa fizioloãke taåke glediãta, nisu ugroæene veñ naprotiv mogu biti i unapreœene kao rezultat smanjenja vazduãnog pritiska (otpora) na veñim nadmorskim visinama. Sportisti koji se takmiåe na nadmorskim visinama imaju dva naåina da minimiziraju ãtetne efekte ovog ambijenta. Prvi je dolazak na mesto takmiåenja ne viãe od 12 sati pre aktivnosti. Iako ovakva strategija ne spreåava efekte nadmorske visine, minimizira se rizik od pojave akutne planinske bolesti kod predisponiranih sportista. Drugi izbor podrazumeva prethodni trenaæni period na istoj nadmorskoj visini gde se takmiåenje odvija. Tokom ovog vremena sportisti se u izvesnoj meri aklimatizuju na nadmorsku visinu. Potpuna aklimatizacija moæe potrajati i åitavih 12 meseci pa åak i tada, osoba koja je æivela na nivou mora neñe biti kompletno fizioloãki adaptirana kao ona koja se rodila i æivi na nadmorskoj visini. U poåetnim danima treninga preporuåuje se postepen porast nadmorske visine, kombinovano sa strategijom „treniraj visoko, odmaraj se nisko“, sve do stvaranja tolerancije organizma na nadmorsku visinu. Aklimatizacija obuhvata precizne ali fundamentalne mehanizme adaptacije na niæi parcijalni pritisak kiseonika. Hemokoncentracija je prisutna ali se postepeno javlja porast zapremine plazme, zajedno sa porastom broja eritrocita. Hiperventilacija se odræava ali osim poveñane frekvencije disanja raste i disajni volumen, ãto omoguñava efikasniji razmenu gasova u pluñima. Parcijalni pritiska CO2 u arterijskoj krvi ostaje sniæen ali se PaO2 poveñava. Æene se izgleda bolje aklimatizuju na nadmorsku visinu od muãkaraca. Aklimatizacija ne uspeva da poniãti sve efekte hipoksiånog stresa na organizam. Sportisti ne mogu da treniraju na istom nivou intenziteta isti period vremena kao na nivou mora. Teorija o maksimalnom sportskom nastupu na nivou mora, nakon treninga na nadmorskoj visini (tzv. visinskih priprema) je kontroverzna shodno velikim individualnim varijacijama. Veñina autora smatra da nema znaåajnih prednosti treninga na nadmorskoj visini u odnosu na efekte izazvane samim treningom – fizioloãki odgovor na dva stres-faktora (nadmorsku visinu i trening) nije aditivan. Ukoliko osoba æeli da trenira na umerenim nadmorskim visinama preporuåuje se da provede barem dve do åetiri nedelje na nadmorskoj visini, zadræi isti nivo intenziteta veæbanja koji je koriãñen na nivou mora ali smanji trajanje i poveña uåestalost veæba119
nja. Neophodno je produæenje trajanja epizoda mirovanja i oporavka i adekvatna nadoknada izgubljene telesne teånosti do nivoa hipehidracije. Preporuke za trening na visokoj nadmorskoj visini Nadmorska visina Smatra se da je optimalna nadmorska visina koja dovodi do pozitivnih promena izmeœu 2100 i 2500 metara. Mesta sa nadmorskom visinom ispod 2100 m ne dovode do znaåajne stimulacije poveñanja stvaranja eritrocita a iznad 2500 izazivaju teãkoñe adaptacije i oporavka. Idealna opcija je da sportisti provode vreme oporavka i ostalih aktivnosti na ovim visinama a da treniraju na nivou mora (living high, training low). Upotreba aparata koji simuliraju nadmorsku visinu (npr. azotne sobe, hipobariåne komore i ãatori) ili davanje suplementnog kiseonika smatraju se efikasnim metodama za simulaciju nadmorske visine. Trajanje trenaænog procesa Preporuåuje se da sportisti provedu barem 4 nedelje na nadmorskoj visini da bi se pojavile adaptacione hematoloãke promene i promene puferskog kapaciteta miãiña koje su povezane sa poboljãanjem sportskog nastupa. Ukoliko sportisti koriste simulacione aparate, preporuåuje se dnevno izlaganje od barem 8 do 10 sati. Efekti visinskih priprema Postoji velika individualna razlika u trajanju pozitivnih efekata treninga na nadmorskoj visini, nakon povratka na nivo mora. Veñina se slaæe da se efekti odræavaju uglavnom do 3 nedelje nakon silaska sa visine. Preporuåuje se da sportisti i treneri obavezno odvoje nekoliko dana nakon povratka sa nadmorske visine na adapataciju i da izbegavaju takmiåenje 1 ili 2 dana nakon povratka sa tzv. „visinskih priprema“.
VEÆBANJE U USLOVIMA AEROZAGAœENJA Tehnoloãki razvoj druãtva i sve veñi stepen zagaœenja spoljaãnje sredine neminovno izlaæu osobe koje su fiziåki aktivne polutantima pre svega iz vazduha. Nemoguñnost pravilnog funkcionisanja cilijarnih ñelija respiratornog trakta, koje omoguñavaju åiãñenje i vlaæenje disajnih puteva, prva je reakcija inhalacije duvanskog dima ili drugih ãtetnih agenasa. Udisanje gasova kao ãto su ozon, sumpor dioksid ili praãina, åaœ i smog izaziva refleksni bronhospazam gornjih disajnih puteva. Ukoliko osoba veæba u ovakvoj sredini, ãtetni efekti rastu. Kako se poveñava intenzitet veæbanja, uåestalost i dubina disanja takoœe rastu. Kako bi se prilagodili na poveñane potrebe, prelazimo sa disanja na nos na disanje na usta izbegavajuåi na taj naåin filtriranje, åiãñenje i zagrevanje vazduha nosnim kanalima. Rezultat je porast koliåine udahnutih ãtetnih agenasa koji duboko penetriraju u respiratorni sistem u mnogo veñoj meri nego kada osoba miruje. Åesto se javljaju bolovi u grudima (rezultat konstrikcije disajnih puteva), oteæano disanje, kaãalj, iritacija nosa i grla i smanjenje sportskog nastupa. Ukoliko je zagaœivaå ugljen monoksid, smanjuje se moguñnost prenosa kiseonika i sposobnost otpuãtanja kiseonika perifernim tkivima. Afinitet hemoglobina za ugljen 120
monoksid je 210 puta veñi nego za kiseonik, åime se stepen vezivanja kiseonika smanjuje na raåun geneze karboksi-hemoglobina. Zasiñenost arterijske krvi kiseonikom drastiåno opada a oslobaœanje kiseonika u perifernim tkivima se redukuje. Koliåina karboksi-hemoglobina od 4% imañe ãtetne efekte na parametre sportskog nastupa kao ãto su intenzitet ili vreme veæbanja, ãto se åesto deãava prilikom treninga u blizini saobrañajnica ili prilikom puãenja desetak cigareta dnevno. Unos dve kutije cigareta udvostruåuje koncentraciju karboksi-hemoglobina dok osoba koja se vozi kolima tokom jednog sata u prisustvu puãaåa poveñava karboksi-hemoglobin na 3%. Sportisti su posebno podloæni uticaju aerozagaœenja koje obiåno ne smeta nesportistima. Osetljivost je poveñana kod dece i sportista sa respiratornim ili kardiovaskularnim oboljenjima. Postoje brojne strategije za minimiziranje ãtetnih efekata aerozagaœenja tokom treninga ili takmiåenja. Mere prevencije aerozagaœenja Osobe sa zdravstvenim problemima koje su osetljive na aerozagaœenje ne treba da veæbaju u spoljaãnjem ambijentu veñ u prostorijama sa filtriranim i preåiãñenim vazduhom. Produæeno intenzivno veæbanje treba izbegavati u sluåaju upozorenja o poveñanom stepenu zagaœenja. Iako se osobe mogu momentalno adaptirati na izvesan stepen zagaœenja, dugoroåno izlaganje je ãtetno jer sniæava delovanje odbrambenih mehanizama. Treninge treba zakazivati rano ujutro ili uveåe kada je smanjen stepen zagaœenja. Trkaåi, biciklisti treba da potraæe mesta sa niskom frekvencijom saobrañaja. Preporuåuju se lokacije za veæbanje na kojima je udaljenost izmeœu osobe koja trenira i saobrañajnica najmanje 50 metara. Potrebno je redukovati puãenje i zabraniti upotrebu cigareta na mestima predviœenim za trening ili takmiåenje.
121
XI ANALIZA TELESNE STRUKTURE I GRAŒE U SPORTU Odreœivanje telesne strukture ljudi åesta je metoda ne samo u razliåitim sportskim i medicinskim disciplinama veñ i u antropologiji i pedagogiji. Najviãe paænje usmerava se na odreœivanje sadræaja masne komponente, pre svega u cilju procenjivanja zdravstvenog rizika ili kvaliteta sportskog nastupa, meœutim postoje i opravdani razlozi za utvrœivanje sadræaja i ostalih komponenti u strukturi sastava tela. Kao rezultat ovih potreba u prethodnim godinama porastao je interes za nove tehnike i metode u odreœivanju telesne kompozicije kako vrhunskih sportista tako i ostale populacije. Nekada metodu zlatnog standarda u odreœivanju telesne strukture, hidrodenzitometriju (podvodno merenje teæine), zamenile su nove modernije i preciznije metode. Meœutim, bez obzira na sve veñi broj tehniåkih reãenja, validnost izmerenih rezultata i dalje je kljuåni problem u odreœivanja strukture sastava tela. Åesto je prisutna konfuzija koja se odnosi na izbor odgovarajuñe metode, njenu taånost i preciznost, komparaciju sa drugom metodom u cilju definisanja validnosti. U ovom poglavlju osvrnuñemo se na glavne metode, razvrstati ih po hijerarhiji validnosti i osobito kada se radi o antropometrijskim metodama, pruæiti preporuke za praktiåan svakodnevni rad.
MORFOLOÃKI NIVOI ORGANIZACIJE Åesta je praksa da se objaãnjavanje strukture organizma åoveka posmatra kroz kompleksnost celog organizma od atoma i molekula do anatomskih struktura, opisanih kroz hijerarhijsku strukturu ñelija, tkiva, organa, sistema i åitavog organizma (Slika 11.1). Telesna struktura se moæe posmatrati kao problem kvantitativne anatomije koja moæe biti analizirana na bilo kom hijerarhijskom nivou zavisno od potreba analizatora. Na prvom nivou telesne strukture nalaze se mase oko 50 hemijskih elemenata koje predstavljaju tzv. atomski nivo. Oko 98% ukupne mase odraslog åoveka izgraœeno je od kombinacije kiseonika, ugljenika, vodonika, azota, kalcijuma i fosfora a ostala 44 hemijska elementa åine manje od 2% ukupne telesne mase. Tehnologija za odreœivanje atomske strukture svih kljuånih gradivnih elemenata sastoji se u izlaganju subjekta jonizujuñem zraåenju koje je ekstremno invazivno i stoga retko u upotrebi. Primeri su koriãñenje radioaktivnog kalijuma 40 (K-40) koje se koristi u odreœivanju ukupne koliåine kalijuma u organizmu ili neutronske aktivacije za odreœivanje nivoa azota ili kalcijuma. Primarna upotreba analize telesne strukture na nivou atoma odnosi se pre svega na indirektnu procenu drugih nivoa organizacije sadræaj azota se koristi u proceni ukupne koliåine proteina u organizmu. Meœutim, invazivnost metode ograniåava upotrebu samo u istraæivaåke svrhe. 122
Molekularni nivo organizacije podrazumeva raãålanjivanje telesne strukture na viãe od 100.000 razliåitih hemijskih jedinjenja koje se uglavnom grupiãu na pet glavnih jedinjenja - masti, vodu, proteine, ugljene hidrate i minerale. Oko termina lipidi ima dosta konfuzije a ovde se misli pre svega na hemijska jedinjenja nerastvorljiva u vodi bez obzira na lokalizaciju ili funkciju. Iako u organizmu postoji mnoãtvo razliåitih formi lipida, najåeãñi su trigliceridi koji predstavljaju znatan kalorijski depo sa relativno konstantnom hemijskom gustinom od 0.900 g/ml. Ostale forme lipida, ukupno manje od 10%, imaju gustinu koja varira od 1.035 g/ml (fosfolipidi) do 1.067 g/ml (holesterol). Lipidi se åesto kategoriãu kao esencijalni i neesencijalni na osnovu metaboliåkih i drugih uloga u organizmu. Esencijalni (neadipozni) lipidi su oni neophodni za optimalnu funkciju drugih strukturnih elemenata (ñeijska membrana, neuron) za razliku od neesencijalnih koji se pre svega deponuju kao rezerve energije. Iako se smatralo da vrednosti esencijalnih masti iznose od 3 do 5%, istraæivanja na kadaverima pokazala su znatno veñu varijabilnost.
Slika 11.1 Morfoloãki nivoi organizacije ljudskog organizma 123
Svako procenjivanje ukupnih telesnih masti (podvodnim merenjem ili metodom koænih nabora) daje jedinstvenu vrednost koja predstavlja ukupnu koliåinu lipida (masti) u organizmu bez obzira na funkciju (esencijale/neesencijalne). Ostatak strukture nakon uklanjanja masti naziva se bezmasna telesna masa (fat free mass) koju treba razlikovati od mrãave mase tela (lean body mass) u koju su ukljuåene i esencijalne telesne masti a koje se naæalost åesto koriste kao sinonimi. Treba posebno naglasiti da nema direktnog metoda za merenje segmenta masti u strukturi sastava tela i ovaj segment strukture se uvek procenjuje indirektnim putem. Ostali molekularni segmenti mogu se procenjivati dilucijom izotopa (ukupna telesna voda), DEXA (minerali) ili neutronskom aktivacionom analizom azota (proteini). Na treñem, ñelijskom nivou organizacije, organizam je podeljen na ukupnu ñelijsku masu, ekstracelularnu teånost i ekstracelularni matriks. Ukupnu masu ñelija åine sve ñelije organizma bez obzira na poreklo, funkciju ili strukturu. Za sada, ne postoje direktne metode za odreœivanje ukupne mase ñelija. Ekstracelularna teånost podrazumeva intravaskularnu plazmu i intersticijalnu teånost. Ovaj segment se sastoji uglavnom od vode i minerala i sluæi kao medijum za razmenu metabolita pa se njegova veliåina moæe proceniti metodama dilucije izotopa. Ekstracelularni matriks se sastoji od organskih materija kakve su npr. kolagen i elastin u vezivnim tkivima i neorganskih elemenata kao ãro su kalcijum i fosfor u kostima. Ceo ekstracelularni matriks se ne moæe direktno izmeriti ali se metodama neutronske aktivacione analize mogu proceniti neki njegovi delovi. Åetvrti nivo organizacije podrazumeva tkivni nivo tj. tkiva, organe i sisteme koji mada razliåitog nivoa kompleksnosti poseduju sliåne funkcionalne karakteristike. Tkiva se dele na vezivna, epitelijalna, miãiñna i nervna. Adipozno i koãtano tkivo spadaju u vezivna tkiva i zajedno sa miãiñnim åine oko 75% ukupne telesne mase. Adipozno tkivo se sastoji od ñelija adipocita zajedno sa kolagenim vlaknima i elastinom. Uglavnom se nalazi u potkoænom sloju ali i u manjim koliåinama oko organa, unutar miãiña i u koãtanoj sræi. Gustina masnog tkiva varira od 0.92 g/ml do 0.96 g/ml zavisno od glavnih konstituenata masti i vode - gustina opada sa poveñanjem sadræaja masnog tkiva. Ne postoji direktan naåin za merenje koliåine adipoznog tkiva ali napredne metode vizuelizacije (npr. ultrazvuk, magnetna rezonanca - MR, kompjuterizovana tomografija - CT) omoguñavaju relativno preciznu procenu zona masnog i drugih tkiva, analizom snimaka popreånog preseka odreœenih regiona organizma. Slike popreånih preseka definisanih regiona se geometrijskim modelovanjem obraœuju u cilju dobijanja vrednosti za åitav organizam. Iako su ove metode relativno skupe i nedostupne ãiroj populaciji, one poseduju potrencijal za procenu validnosti jeftinijih i pristupaånijih tehnika. Kosti predstavljaju vezivno tkivo sa elastiånim proteinskim matriksom koji sekretuju osteociti a u koji se deponuje hidroksiapatit, mineralni kompleks kalcijuma i fosfata koji kostima daje åvrstinu i snagu. Gustina koãtanog tkiva varira zavisno od starosti, pola i nivoa prethodne fiziåke aktivnosti. Gustina kostiju varira od 1.18 do 1.33 g/ml a procenjivanje mase kostiju moæe se odrediti indirektnim putem koriãñenjem DEXA ali izmerene vrednosti gustine odgovaraju segmentalnim presecima (g/cm2) i mogu izmeniti stvarne vrednosti koãtane gustine. Miãiñno tkivo se nalazi u organizmu u tri razliåita vida kao skeletna, visceralna i kardijalna muskulatura. Gustina miãiñnog tkiva je relativno konstantna i iznosi oko 1.065 g/ml, mada 124
prisustvo adipoznog intersticijalnog tkiva moæe uticati na izvesnu varijablinost. Postoji viãe metoda za procenu miãiñne mase mada su se metode vizuelizacije (CT, NMR) pokazale kao najvalidnije. Sa neãto manjom uåestaloãñu (i validnoãñu) se koriste i antropometrijske metode kao i merenje urinarne ekskrecije kreatinina. Ostala tkiva sa stanoviãta analize telesne strukture uglavnom nisu interesantna i uglavnom se nazivaju rezidualnim tkivima i sama se pojedinaåno ne analiziraju.
Slika 11.2 Telesna struktura referentnog muãkarca
Slika 11.3 Telesna struktura referentne æene
Poslednji peti nivo organizacije predstavlja åitav organizam odreœene veliåine, oblika, povrãine, gustine i drugih osobina koje se najåeãåe dostupne merenju i ukljuåuju telesnu masu, visinu, povrãinu, zapreminu. Primer telesne strukture organizma referentnog muãkarca i æene prikazan je na slikama 11.2 i 11.3. Pet nivoa hijerarhijske strukture ljudskog organizma su pogodno tlo za razliåite metode analize telesne kompozicije. Evidentno je postojanje veze izmeœu razliåitih elemenata strukture koja je åesto razlog za postojanje greãaka u analizi podataka na razliåitim nivoima. Na primer, telesne masti se analiziraju na molekularnom nivou a koliåina miãiñnog tkiva na 125
tkivnom nivou a oba koriste sliåne npr. antropometrijske metode. Same vrednosti se ne trebaju aditivno analizirati jer obe sadræe elemenat intersticijalnog adipoznog tkiva. Poãto poslednji nivo nije striktno strukturalni a atomski i celularni od relativno malog znaåaja za veñinu istraæivaåa, oraganizaciona ãema se svodi na dva bitna hijerarhijska nivoa - molekularni i tkivni koji ñe detaljnije biti analizirani. Validnost metoda Validnost metoda podrazumeva stepen u kome metoda precizno i taåno meri vrednost koja je poznata. Analiza telesne strukture je specifiåna analiza jer samo disekcija leãa (kadavera) moæe dati prave vrednosti æeljenih varijabli. Sa druge strane broj studija koji je komparirao direktne vrednosti nastale obdukcijom ispitanika i parametre nastale indirektnim merenjima je zanemarljivo mali pa nedostaju i podaci o validnosti i najkvalitetnijih metoda. Za sada, putem disekcije i ekstrakcije nisu prikupljeni direktni podaci o ukupnoj gustini tela niti vrednost ukupnih telesnih masti. Shodno tome, poznata je åinjenica da je denzitometrija prihvañana kao fundamentalni indirektni metod za procenjivanje koliåine lipida u organizmu. Postoje tri nivoa validnosti razliåitih metoda analize telesne kompozicije. Na primer, prilikom odreœivanja ukupne masne komponente u organizmu, na nivou validnosti I stepena, ukupna masna masa bi bila dobijena disekcijom kadavera ili ekstrakcijom svih lipida iz tela. Na nivou validnosti II stepena, neki drugi parametar je direktno meren (gustina ili slabljenje X zraka kod DEXA) a iz merenog parametra dobija se procenjena vrednost ukupne masti organizma. Nivo III stepena validnosti podrazumeva indirektno merenje (debljina koænih nabora ili bioimpedanca) i koriãñenje regresione jednaåine izvedene iz metode II stepena validnosti pa se na taj naåin procenjuje ukupna koliåina lipida u organizmu. Tako je nivo III stepena validnosti zapravo dvostruko indirektan inkorporirajuñi u svoju metodu sve pretpostavke metoda II stepena validnosti prema kojem su „kalibrisani” kao i svoje sopstvena ograniåenja. Regresioni pristup znaåi i da metoda kao ãto je npr. debljina koænih nabora ima visok stepen uzorak-specifiånosti, jer kvantitativni odnos izmeœu debljine koænih nabora i telesne gustine zavisi od mnogo varijabli kao ãto su hidriranost organizma, gustina kostiju, relativna muskularnost, pritisak krajeva kalipera, obrazac nagomilavanja masti, koliåina intraabdominalne masti itd. Ovo su razlozi zbog kojih postoji nekoliko stotina razliåitih formula za procenu koliåine masti u telu putem merenja debljine koænih nabora. Shodno svemu pomenutom, znaåaj metoda III nivoa validnosti u nauånom smislu je pod znakom pitanja i sve metode pre izbora adekvatne formule i protokola da odgovore na nekoliko pitanja kao ãto su izbor referentnog metoda koji je koriãñen pri razvijanju formule, veliåina uzorka za dobijanje formule, vrednost standardne greãke za formulu, izbor populacije, izbor merenih varijabli, unakrsna validnost formule na drugom uzorku iste populacije, korelacija izmeœu varijabli formule i referentne metode (srednja vrednost) i ukupna greãka metode. Iako je validnost metoda iz III grupe validnosti diskutabilna sve ove metode i dalje su ãiroko zastupljenje zbog svoje jednostavnosti, cene i dostupnosti.
126
MODELI I METODI STRUKTURISANJA Denzitometrija - podvodno merenje teæine i pletizmografija Hidrodenzitometrija ili podvodno merenje teæine tela predstavlja u hijerarhiji indirektnih metoda za odreœivanje telesne kompozicije jednu od najpreciznijih procedura (Slika 11.4). Udeo masti u sastavu tela se meri uranjanjem kompletnog tela u vodu. Bazirana je na Arhimedovim principima istiskivanja teånosti i razlici u gustini izmeœu masti sa jedne i miãiñnog i koãtanog tkiva sa druge strane. Iako veoma taåna, metoda je komplikovana, dugotrajna, skupa i zahteva specijalnu opremu i treniranog tehniåara. Pletizmografija je metoda sliåna hidrodenzitometriji samo se umesto vodenog medijuma koristi gas i merenja se obavljaju u posebnoj komori åime je komfor za ispitanika znaåajno unapreœen. I ova metoda je vrlo precizna ali se pojavila tek u poslednjih nekoliko godina i relativno je malo zastupljena i analizirana na veñoj populaciji.
Slika 11.4 Hidrodenzitometrija
Dvostuko-energetska apsorpciometrija X zraka (DEXA) Koãtana denzitometrija je evoluirala od pojedinaåne preko dvostruko-fotonske do dvostuko-energetske apsorpciometrije X zraka (DEXA) tokom poslednjih trideset godina i ova nekada ekskluzivna metoda postala je pristupaåna ãirem sloju korisnika. Sastoji se u propuãtanju jonizujuñeg zraåenja kroz telo ispitanika i beleæenju skretanja i slabljenja primljenog signala iznad åitavog tela ili pojedinih segmenata. Postala 127
je referentni metod u istraæivaåkim studijama analize telesne kompozicije a njene prednosti su pre svega kratko trajanje merenja, sigurnost i bezbednost za subjekta, minimalna kooperacija ispitanika. U buduñnosti se oåekuje da ñe DEXA zameniti denzitometriju kao referenta metoda za validnost procedura III nivoa validnosti.
Analiza bioelektriåne impedance (BIA) Analiza bioelektriåne impedance je brza, neinvazivna i relativno jeftina metoda za evaluiranje telesne kompozicije u terenskim i kliniåkim uslovima. Pionirski radovi ranih 60-ih godina dvadesetog veka udarili su temelje savremenoj BIA. BIA metod procenjuje strukturu sastava tela emitovanjem niske, bezbedne doze struje (800 amp) kroz ljudski organizam. Struja prolazi kroz telo - bez otpora kroz miãiñe, dok otpor postoji pri prolazu kroz masno tkivo (Slika 11.5). Ovaj otpor se zove bioelektriåna impedanca i meri se monitorima telesne masti. Kada se podesi za izabranog pojedinca (pol, visina, teæina, nivo aktivnosti), aparat na osnovu instaliranog softvera, izraåunava procentualni sadræaj masti (i ostalih segmenata) u strukturi sastava tela. BIA je u prethodnih desetak godina zadobila poverenje i podrãku medicinskih i sportskih eksperata i danas je prisutna dostupna aparatura za merenje procenta masti i u uslovima sopstvenog doma bez potrebe za skupom i sloæenom opremom. Napredna tehnologija i tradicionalna BIA ujedinjeni su u obiånu kuñnu vagu. Savremeni monitori telesne masti pruæaju taånost uporedivu sa standardima u merenju procenta masti u telu. Glavne prednosti BIA metode su ãto ne zahteva skupu opremu niti obuåenog tehniåara, najkomfornija je metoda koja ne ugroæava privatnost i intimu osobe koja se meri, i moæe se koristiti i kod vrlo gojaznih osoba.
Slika 11.5 Aparat za analizu biolektriåne impedance
Preinfracrvena reaktanca (NIR) Preinfracrvena reaktanca (near infrared interactance - NIR) je metoda proizaãla iz poljoprivrede gde je koriãñena za analiziranje strukture useva a koja se zasniva na principu apsorpcije i refleksije svetlosti. Sonda emituje svetlost blisku infracrvenom zraåenju (940 nm) na posebno oznaåenom mestu (prednja strana nadlaktice dominantne ruke) a detektor meri intenzitet reemitovane svetlosti izraæenu kao optiåka gustina. Promena frekvencije emitovane svetlosti u skladu sa prethodno definisanim parametrima (telesna masa, visina, pol, nivo fiziåke aktivnosti) koriãñenjem predik128
tivne formule dovodi do izraåunavanja sadræaja masti u strukturi sastava tela. Sliåno BIA i ova metoda je relativno brza, bezbedna, jeftina i ne zahteva obuåenu osobu pa je njena popularnost kao i popularnost drugih metoda III nivoa validnosti velika. Ipak najnovija saznanja ne smatraju NIR validnom metodom odreœivanja telesne strukture.
Kompjuterizovana tomografija (CT) i nuklearna magnetna rezonaca (NMR) CT i NMR su metode vizuelizacije koje emitovanjem zraåenja razliåite vrste i frekvencije proizvode regionalne ili kompletne radiografske zapise ispitivanog subjekta. Koriãñenjem kompjuterskog softvera, CT sken daje piktografsku i kvantitativnu analizu ukupne tkivne povrãine, povrãine regiona masti i muskulature i debljinu i volumen snimljenog tkiva po „kriãkama”. Nova NMR tehnologija daje korisne informacije o mnogim telesnim odeljcima. Za razliku od CT koji koristi jonizujuñe zraåenje, elektromagnetna radijacija NMR uz koriãñenje adekvatnog softvera takoœe daje precizne slike o segmentarnoj strukturi (masti, miãiñi, kosti) ispitivanog dela tela. Ipak obe metode imaju brojne druge segmente primene u medicini i u analizi telesne kompozicije se srazmerno retko koriste. Daleko najåeãñe koriãñene metode u terenskim i laboratorijskim uslovima u cilju odreœivanja telesne strukture fiziåki aktivne populacije predstavljaju pre svega antropometrijske metode. Ove metode merenjem dimenzija ljudskog tela (telesna visina, telesna masa, debljina koænih nabora, obim i dijametar ekstremiteta) i koriãñenjem adekvatnih jednaåina, na relativno jednostavan naåin daju indirektnu procenu o sadræaju masti, miãiñnog i koãtanog tkiva sportista i u narednom odeljku biñe detaljnije objaãnjeni.
ANTROPOMETRIJA U SAVREMENOJ SPORTSKOJ NAUCI Kinantropometrija je nauka definisana kao kvantitativna veza izmeœu anatomije i fiziologije odnosno izmeœu strukture i funkcije. Ona je istovremeno vaæna veãtina neophodna svakom ko meri veliåinu, oblik, proporciju, strukturu, stepen zrelosti dela tela ili åitavog organizma i na taj naåin kvantitativno definiãe parametre vezane za rast i razvoj, fiziåku aktivnost i trening, ishranu merene populacije. Antropometrija stavlja pojedinaånu osobu u objektivni fokus i pruæa jasan uvid u njegov strukturalni morfoloãki status u odreœenom trenutku i ãto je za trenera ili sportskog lekara znaåajno, pruæa kvantitativne podatke o uticajima treninga ili ishrane na organizam sportiste. Mada na prvi pogled jednostavna, u realnosti je antropometrija zahtevna i sloæena disciplina. Antropometrijski protokoli zahtevaju rigorozni trening i striktno pridræavanje uputstava kako bi dobijeni rezultati merenja imali maksimalnu validnost za ãta se stara Meœunarodna asocijacija za razvoj kinantropometrije (ISAK) koja organizuje adekvatne kurseve za obuåavanje osoba koje izvode antropometrijska merenja. Specifiånosti antropometrijskog rada na populaciji sportista zahtevaju stvaranje posebnih preporuka i protokola koji bi zamenili dugogodiãnje i prevaziœene modele. Telesna kompozicija sportista predstavlja interes za trenera, sportskog lekara i samog sportistu jer je poznato da je nizak procenat masti u strukturi sastava tela 129
poæeljan u mnogim sportovima kako sa aspekta estetizacije i stvaranja tzv. atletske kompozicije u sportovima kakvi su npr. body-building ili atletska gimnastika ali i u sportovima povezanim sa pomeranjem organizma nasuprot gravitaciji (trkaåki, skakaåki i kolektivni sportovi). Sa druge strane optimalna miãiñna masa poboljãava sportsko postignuñe u aktivnostima koje zahtevaju miãiñnu snagu i izdræljivost ali i u onima koje zahtevaju zavidnu aerobnu sposobnost. Tipiåno, sportisti imaju manje masti u strukturi sastava tela u poreœenju sa neaktivnim pojedinicima, sa najniæim vrednostima u sportovima izdræljivosti (triatlon, maraton, skijaãko tråanje, biciklizam). Kod muãkaraca donja fizioloãka granica masti u strukturi sastava tela iznosi oko 3 do 5% a kod æena sportista izmeœu 12 do 16% masti (Slika 11.1 i 11.2). Miãiñna masa takoœe je veña kod sportista i kod muãkaraca åesto prelazi 55 pa i 60% ukupne mase tela. Pored toga, gustina bezmasne telesne mase fiziåki aktivnih pojedinaca je veña nego kod sedentarnih osoba sa veñim sadræajem minerala i koãtanom gustinom i miãiñnom masom sportista. Upravo zbog toga pri analiziranju telesne kompozicije sportista antropometrijskim metodama (npr. merenjem koænih nabora, obima ili raspona ekstremiteta) (Slika 11.6) potrebno je koristiti validne i specifiåne protokole za ovu populaciju.
Slika 11.6 Antropometrijske metode
Za odreœivanje gustine tela i sadræaja masti u strukturi sastava tela sportista najveñi broj autora preporuåuje upotrebu sledeñih protokola i jednaåina:
130
Antropometrijski protokoli za procenu sadræaja masti Muãkarci (18 do 29 godina) BD = 1.12 - 0.00043499·7 + 0.00000055·(7)2 - 0.00028826·ST Æene (18 do 29 godina) BD = 1.096095 - 0.0006952·4 + 0.0000011·(4)2 - 0.0000714·ST Deåaci (14 do 19 godina) BD = 1.10647 - 0.00162·SSKn - 0.00144·Akn - 0.00077·TKn + 0.00071·MAKn Mast (%) = [(4.95/BD) - 4.5]·100 muãkarci Mast (%) = [(5.01/BD) - 4.57]·100æene Gde je BD = telesna gustina; 7 = suma sedam koænih nabora (mm): tricepsni, grudni, srednji aksilarni, trbuãni, suprailiaåni, subskapularni i natkoleni koæni nabor; 4 = suma åetiri koæna nabora (mm): tricepsni, suprailiaåni, trbuãni i natkoleni koæni nabor; ST = starost (godine); SSKn = subskapularni koæni nabor; AKn = trbuãni koæni nabor; TKn = tricepsni koæni nabor; MAKn = midaksilarni koæni nabor. Sadræaj miãiñnog tkiva u strukturi sastava tela relativno je malo ispitivan u poreœenju sa sadræajem masti. Ranije koriãñeni protokoli (npr. Matiegka) su pokazali brojna odstupanja u validnosti pri poreœenju sa referentim metodama pa je njihovo koriãñenje uglavnom prestalo. Ãiroka zastupljenost pomenute metode verovatno je bila posledica åinjenice da je isti autor objedinio svojim regresionim jednaåinama sve aspekte telesne kompozicije merene antropometrijskim procedurama. Meœutim ekstremno mali broj ispitanika-kadavera na kojim je studija bila izvedena, izolovana populacija, diskutabilna metodologija disekcije, stavili su metodu po Matiegka-i u istorijske okvire. Mada ne postoje specifiåne validne metode za procenu mase miãiñnog tkiva kod sportista u savremenoj antropometriji uglavnom se preporuåuje odreœivanje mase miãiñnog tkiva po Martin-u i saradnicima koja je niæe navedena ali koja se odnosi samo na populaciju muãkaraca. Antropometrijski protokoli za procenu sadræaja miãiña Muãkarci MM = [TV·(0.0553·CTG2 + 0.0987·FG2 + 0.0331·CCG2) - 2445] ·0.001 Miãiñi (%) = (MM/TM) ·100 Gde je MM = miãiñna masa (kg); TV = telesna visina (cm); CTG = korigovan obim nadkolenice (cm) obim (cm)-3.14·(DKN natkolenice (mm)/10); FG = maksimalan obim podlaktice; CCG = korigovan obim potkolenice (cm) obim (cm)-3.14· (DKN potkolenice (mm)/10); TM = telesna masa (kg). Davno je poznato da skeletna robusnost korelira sa dijametrima kostiju posebno kolena, lakta, ruånog i skoånog zgloba a sportisti u veñini sluåajeva imaju veñu koãtanu masu u poreœenju sa neaktivnim osobama. Mada je znaåaj procenjivanja koãtane mase antropometrijskim metodama u drugom planu u odnosu na procenjivanje sadræaja 131
masti i miãiñnog tkiva, koliåina koãtanog tkiva osobito je znaåajna u prañenju rasta i razvoja sportista i predselekciji dece za sport a greãke pri proceni koãtane mase u poreœenju sa referentnim metodama su najmanje u odnosu na antropometrijska merenja drugih strukturnih segmenata. Iako ne postoje specifiåni protokoli za sportiste uobiåajeno je da se sadræaj kostiju u strukturi sastava tela dobija koriãñenjem regresionih jednaåina po Drinkwater i saradnicima: Antropometrijski protokoli za procenu sadræaja koãtanog tkiva Muãkarci i æene KM = [(HB + WB + FB + AB)/4]2·TV·0.92·0.001 Kosti (%) = (KM/TM) ·100 Gde je KM = koãtana masa (kg); HB = humerusni biepikondilarni dijametar (cm); WB = bistiloidni dijametar (cm); FB = femoralani biepikondilarni dijametar (cm); AB = bimaleolarni dijametar (cm); TV = telesna visina (cm); TM = telesna masa (kg). Znaåaj koriãñenja aktuelnih formula za procenu masti, miãiña i kostiju u strukturi sastava tela najbolje se moæe uoåiti na tabeli 11.1 na kojoj su prikazane vrednosti pomenutih parametara dobijene koriãñenjem razliåitih protokola. Mada nije prikazana statistiåka signifikantnost, jasno se vidi da su razlike u svim pomenutim parametrima znaåajne kada se koriste aktuelni protokoli koji se odnose na sportsku populaciju (sadræaj masti) ili populaciju uopãte (miãiñi, kosti) u poreœenju sa nespecifiånim protokolima. Tabela 11.1 Komparacija protokola u procenjivanju telesne strukture Sadræaj masti (%) u strukturi sastava tela N Jackson i Pollock Matiegka Fudbaleri 32 7.1 ± 2.3 12.1 ± 3.5 Koãarkaãi 90 9.1 ± 3.5 14.3 ± 3.5 Ostali 20 8.5 ± 2.7 12.5 ± 5.1 Sadræaj miãiña (%) u strukturi sastava tela N Martin i sar. Matiegka Fudbaleri 32 53.1 ± 5.5 46.5 ± 5.1 Koãarkaãi 90 50.7 ± 4.8 45.2 ± 4.8 Ostali 20 52.1 ± 7.8 48.2 ± 6.1 Sadræaj kostiju (%) u strukturi sastava tela N Drinkwater i sar. Matiegka Fudbaleri 32 16.3 ± 1.5 18.1 ± 2.1 Koãarkaãi 90 17.6 ± 2.2 18.8 ± 1.5 Ostali 20 16.9 ± 2.5 17.6 ± 2.3
132
Durnin i Womersley 10.7 ± 2.3 12.1 ± 4.1 11.5 ± 3.1
U sintetizovanju i sumiranju znanja nekoliko kljuånih åinjenica potrebno je akcentovati. Antropometrija kao nauka i veãtina predstavlja i dalje aktuelan multikomponentni model analize telesne strukture (masti, miãiñi, kosti) aktivne populacije. Neophodno je pratiti savremene trendove i aktuelne tokove, shvatiti ograniåenja terenskih metoda i validnost izabranih tehnika i koristiti one protokole kod sportista koji su testirani i validni upravo na ovoj aktivnoj populaciji. Stvaranje ujednaåenih antropometrijskih protokola prilikom prañenja sportista i aktivne populacije na jednoj zajedniåkoj teritoriji, omoguñilo bi stvaranje nacionalnih standarda u ovoj oblasti (npr. prema polu, starosti, razliåitoj vrsti aktivnosti sportista) ãto je sluåaj sa mnogim sredinama u okruæenju ali i na izvestan naåin bilo uvod u definisanje optimalnog obrazca za morfo-funkcionalna testiranja u sportu, åiji su antropometrijska merenja segment koji je moæda i najlakãe standardizovati. Indeks telesne mase Veoma åest parametar koji sluæi za ocenjivanje “normalnosti” telesne mase u odnosu na visinu merene osobe zove se indeks telesne mase (body mass index - BMI) ili Quelet-ov indeks. Ovaj parametar se dobija kao koliånik telesne mase (kg) i kvadrata telesne visine (m2). Dobro je poznata veza izmeœu vrednosti BMI i rizika od oboljevanja od kardiovaskularnih bolesti, ãeñerne bolesti ili malignih oboljenja. Najmanji rizik oboljevanja imaju osobe kod kojih je BMI izmeœu 20 i 25 kg/m2 a najveñi osobe kod kojih je BMI veñi od 40 kg/m2. Nacionalni Centar za zdravstvenu statistiku SAD definisao je osobu sa uveñanom telesnom masom kao onu koja ima vrednost indeksa telesne mase veñu od 25 kg/m2 (za muãkarce 27.8 a za æene 27.3). Gojaznom osobom se smatra ona koja ima BMI iznad 31.1 kg/m2 (muãkarci) odnosno 32.2 kg/m2 (æene). U SAD je uoåen trend da krajem XX veka (1998. godine) osobe sa viãkom kilograma (overweight) nadmaãuju broj normalno uhranjenih osoba (59% muãkaraca i 49% æena). U cilju identifikacije, evaluacije i tretmana gojaznosti aktuelna je sledeña klasifikacija osoba prema vrednostima BMI prihvañena od Svetske Zdravstvene Organizacije: Pothranjenost
BMI 18.5 kg/m2
Normalna uhranjenost
18.5 kg/m2 BMI 24.9 kg/m2
Graniåna gojaznost
25.0 kg/m2 BMI 29.9 kg/m2
Gojaznost I nivo
30.0 kg/m2 BMI 34.9 kg/m2
Gojaznost II nivo
35.0 kg/m2 BMI 39.9 kg/m2
Gojaznost III nivo
BMI 40.9 kg/m2
Iako ima nesumljiv znaåaj pri analizi åitave populacije i zdravstvenih rizika, BMI ima mali znaåaj u sportskoj morfologiji. Brojni drugi faktori osim nagomilavanja telesnih masti (npr. miãiñna i koãtana masa, zapremina plazme, proporcionalna distribucija mase) igraju ulogu u determinaciji vrednosti BMI. Visok BMI kod sportista, usled poveñane miãiñne mase nastale usled treninga, moæe dovesti do pogreãnog zakljuåka o gojaznosti.
133
SOMATOTIPIZACIJA SPORTISTA U prethodnih stotinak godina mnogi istraæivaåi u bioloãkim naukama pokuãavali su da sve humane subjekte svrstaju u neki od tipova telesne graœe i oblika kroz proces poznat kao somatotipizacija. Pedesetih godina dvadesetog veka, Sheldon je na osnovu studije izvedene na 46.000 ispitanika identifikovao tri baziåna tipa åovekove graœe – endomorfni ili gojazni, mezomorfni ili miãiñni i ektomorfni tip koji se karakteriãe visokim stepenom linearnosti tj. mrãavosti (Slika 11.7).
Slika 11.7 Ektomorfni, mezomorfni i endomorfni tip
Svaka od komponenti telesne graœe graduira se na sedmostepenoj skali koja predstavlja indikator stepena dominantnosti odreœene karakteristike. Da bi se opisao svaki somatotip, karakteristike endo, mezo i ektomorfnosti su date u formi trocifrenog broja. Na primer, somatotip 6-1-1 ili 7-2-1 predstavlja dominantnu endomorfnu komponentu pa se osoba koja poseduje ovakvu tipizaciju smatra endomorfnim tipom. Osoba sa tipizacijom 1-7-1 je dominantno mezomorfna (miãiñava) a osoba sa tipizacijom 1-1-7 primarno ektomorfna. Meœutim, veñina osoba pokazuje kombinaciju dva tipa fiziåke graœe pre nego dominaciju jednog izrazitog somatotipa. Osamdesetih godina, Heath i Carter su redefinisali Sheldon-ove postulate somatotipizacije, poveñavajuñi obim objektivizacije i proãirujuñi originalnu sedmostepenu skalu na skalu sa 9 odnosno 12 stepeni. Osim klasiåne analize fotografskim metodom, neophodno je izvrãiti odreœena merenja telesnih dimenzija kao ãto su telesna visina i masa, debljina koænih nabora, koãtanih raspona i obima ekstremiteta a dobijene vrednosti somatotipizacije unose se u odgovarajuñi grafikon (somatogram) (Slika 11.8). 134
Slika 11.8 Somatogram sportista u razliåitim sportovima
Telesna graœa igra vaænu ulogu u sportskoj selekciji, pogotovo u sferi takmiåarskog sporta. Poznato je da su pojedini somatotipovi pogodni za odreœene sportove pa åak i za specifiåne pozicije ili discipline u izabranom sportu (npr. ektomorfni tip – skakaåi u vis, mezomorfni tip - sprinteri). Meœutim, s obzirom na åinjenicu da postoji veliki broj faktora koji utiåe na fiziåku graœu sportiste i konaåni sportski rezultat, ne postoji savrãen somatotip za odreœeni sport ili disciplinu. Nije redak sluåaj zapaziti vrhunskog sportistu koji ne pripada tipiånom somatotipu za izabrani sport. Poznat je sluåaj Petera Snella koji je bio atletski olimpijski ãampion u Tokiju 1964. godine na 800 i 1.500 metara, åija je telesna graœa viãe odgovarala sprinteru na 200 metara nego trkaåu srednjih deonica. Meœutim, åinjenica da je on posedovao visok aerobni kapacitet (VO2max = 73.3 ml/kg/min) omoguñila mu je superioran nastup. Mada na konaåni sportski rezultat utiåe veliki broj faktora, åinjenica je da se odreœeni somatotip veoma malo menja tokom æivota pa se predikcija odrasle morfoloãke graœe moæe efikasno koristiti u izboru odgovarajuñe sportske grane, posebno kod preadolescentne populacije.
PROPORCIONALNOST I SPORTSKI NASTUP Åak i obiåan gledalac lako moæe uoåiti razlike u telesnim proporcijama koje znaåajno variraju meœu razliåitim osobama koje uåestvuju u sportskim aktivnostima. Ove varijacije mogu igrati vaænu ulogu u procesu izbora odgovarajuñeg sporta i åinjenica je da je gotovo nemoguñe bitnije izmeniti telesne proporcije, posebno duæinu ekstremiteta. Ipak, u mnogim sportovima, moguñe je da se modifikacijama tehnike i upotrebom biomehaniåke analize pokreta, omoguñi sportistima optimalno sportsko postignuñe i efikasan pokret. Merenje telesnih dimenzija (antropometrija) omoguñava utvrœivanje duæina, ãirina, obima i volumena telesnih segmenata i zasniva se na utvrœivanju konvencionalnih metoda i ciljnih taåaka åija evaluacija omoguñava komparaciju i analizu telesnih segmenata. Åesto koriãñeni antropometrijski parame135
tri proporcionalnosti su odnos duæine potkolenice i natkolenice ili kruralni indeks tj. odnos duæine podlaktice i nadlaktice, poznat kao brahijalni indeks. Kruralni indeks = (duæina potkolenice/duæina natkolenice) x 100 Brahijalni indeks = (duæina podlaktice/duæina nadlaktice) x 100 Kada se ustanove odgovarajuñe antropometrijske mere i izraåunaju indeksi, moguñe je porediti izabranog sportistu sa vrhunskim sportistima iz njegovog sporta ili discipline. Osnovni zakoni fizike, primenjeni kroz antropometrijski model, igraju vaænu ulogu u sportu. Duæina kostiju i mesta pripoja miãiña mogu predstavljati prednost ili nedostatak u sportu zavisno od fiziåkih zahteva sporta u kojem se osoba takmiåi. Duæina kostiju je apsolutnih vrednosti kada osoba zavrãi rast i razvoj i ne moæe se promeniti treningom. Takoœe, mesto insercije tetiva i udaljenost od ose zgloba odreœuje mehaniåku prednost pri izvoœenju odreœenih pokreta. Ovi aspekti proporcionalnosti, zajedno sa tipizacijom miãiñnih vlakana i energetskim potencijalom, determiniãu sposobnost sportiste da generiãe fiziåka svojstva (npr. snagu, brzinu ili izdræljivost). Meœutim postoje i odreœene rasne razlike u proporcionalnosti meœu sportistima. Afriåki i afro-ameriåki sportisti imaju duæe ekstremitete i krañi trup u poreœenju sa evropskim sportistima dok u odnosu na Evropljane, Azijati imaju duæi trup i krañe donje ekstremitete. Kao posledica pomenutih morfoloãkih razlika (ali ne samo njih) sportisti poreklom iz Afrike (pogotovo delte Nila) dominiraju u sportovima kao ãto su koãarka ili tråanje na duæe staze, Evropljani su uspeãni u plivaåkim sportovima a Azijati u gimnastici, dizanju tegova i borilaåkim veãtinama. Razlike meœu sportistima u istom sportu åesto mogu biti veoma znaåajne. Proporcionalna analiza ukazuje da sprinteri imaju uglavnom proseånu telesnu visinu sa krañim miãiñavim nogama, trupom normalne duæine i srednjim kruralnim indeksom. Sa druge strane, skakaåi su populacija koja ima najveñu telesnu visinu, duæe noge i relativno krañi trup, sa visokim kruralnim indeksom koji sugeriãe prednost duæe potkolenice kod aktivnosti skoka. Rvaåi uglavnom imaju dugaåak trup sa kratkim miãiñavim nogama i niskim kruralnim indeksom, koji omoguñava niæi centar gravitacije i stabilnu bazu tokom takmiåenja. Vrhunski plivaåi odlikuju se veñom telesnom visinom i masom, sa duæim trupom, krañim nogama i veñim ãakama i stopalima u odnosu na plivaåe niæeg nivoa ili druge sportiste. Meœutim, i meœu vrhunskim plivaåima postoje znaåajne razlike shodno plivaåkim disciplinama. Plivaåi na kratkim deonicama imaju veñi brahijalni indeks od plivaåa na srednje pruge zbog duæih podlaktica i krañih nadlaktica, veñi kruralni indeks koji im obezbeœuju mehaniåku prednost i veñu efikasnost pokreta. Proporcionalnost je faktor selekcije za mnoge sportove i discipline i pojedini sportisti su roœeni sa proporcijama koje su prednost za uåestvovanje u pojedinim sportovima a nedostatak u drugim. Ipak, telesna graœa jedan je od elemenata sportskog postignuña i samo obrazovan, inteligentan i posveñen sportski struånjak valorizuje ove parametre i objedinjava ih sa ostalim funkcionalnim i psiholoãkim elementima koji svi zajedno dovode do pobedniåkog postolja.
136
XII FUNKCIONALNA TESTIRANJA U SPORTU Åesto pokuãavamo da u laboratoriji ili na terenu izmerimo one fizioloãke parametre koji reflektuju sposobnosti osobe da postigne rezultat u vrhunskom sportu ili rekreativnom veæbanju. U mnogim centrima, rutinski su razvijene procedure u kojima se testiraju i mere specifiåni kapaciteti osoba koje uåestvuju u fiziåkoj aktivnosti. Rezultati ovih merenja koriste se od strane trenera, sportskih lekara i drugih struånjaka pa i samih sportista, u cilju prañenja progresije treninga i finog i preciznog nivelisanja trenaænog procesa. Ovakvi testovi åesto se primenjuju i kod „obiånih“ uåesnika u veæbanju i fiziåkoj aktivnosti, kako bi se pratili odgovori organskih sistema (npr. kardiovaskularnog, respiratornog, neuromiãiñnog, endokrinog) na fiziåku aktivnost, doziranje i programiranje veæbanja, ili prevenciju i rehabilitaciju bolesti i povreda. Mada su performanse u svakoj sportskoj disciplini rezultat velikog broja faktora kao ãto su volumen i tip treninga, adaptacija na trening, motivacija, nutritivni status ili uslovi ambijenta, kada æelimo da maksimiziramo rezultate vaæno je odrediti sposobnost sportiste u pojedinim funkcionalnim aspektima. Iako je takmiåenje ultimativni test fizioloãkih kapaciteta i najbolji indikator kvaliteta treninga, optimalno dizajnirano i izvedeno testiranje treba da pomogne da se do krajnjeg rezultata doœe bræe, lakãe i preciznije.
EFEKTI TESTIRANJA I IZBOR TESTA Jedan od najvaænijih elemenata funkcionalnih testiranja odnosi se na utvrœivanje slabosti i kvaliteta uåesnika u testiranju. Poreœenje rezultata testova sa drugim sportistima u istoj trenaænoj grupi, sportu ili normativima ukazañe na oblasti koje zahtevaju unapreœenje i doveãñe do poveñanja efikasnosti treninga. Pored komparacije, monitorisanje napretka u treningu moæe pruæiti ideju sportisti gde se nalazi na poåetku trenaænog procesa, pa ñe naredna merenja ukazati na ostvareni stepen napretka. Odreœivanje poåetnog nivoa pripremljenosti pogotovo je znaåajno prilikom zapoåinjanja, izmena reæima ili tipa treninga. Obiåno se savetuje funkcionalno testiranje na poåetku i kraju svake nove faze trenaænog procesa. Ipak, testiranja ne bi trebalo da budu preåesta jer je potrebno barem 2 do 6 nedelja da bi se demonstrirale i izmerile adaptacione promene organizma. Sportisti åesto bivaju dodatno motivisani samim testiranjima i kvalitetnije treniraju znajuñi da na sledeñem merenju treba da postignu bolji rezultat (npr. krañe vreme, veñu silu ili brzinu). Poseban aspekt testiranja odnosi se na dijagnostikovanje sklonosti ka odreœenoj vrsti aktivnosti ili sportu, pogotovo kod mlaœe populacije. Iako se testiranje åesto koristi u cilju identifikacije tzv. talenata za pojedine sportove, potreban je oprez zbog nemoguñnosti preciznog 137
predviœanja promena koje nastaju tokom rasta i razvoja, pogotovo u sportovima koji se oslanjaju i na druge faktore uspeha (npr. tehnika, taktika, psiholoãki faktori). Mnogi testovi koji se koriste u cilju kvantifikovanja fizioloãkih kapaciteta oslanjaju se na metaboliåke procese koji utiåu na intenzitet ili trajanje aktivnosti. Kako je ranije opisano, trajanje i intenzitet aktivnosti odrediñe predominaciju jednog energetskog sistema – fosfokreatinskog, glikolitiåkog ili oksidativnog, u cilju regeneracije miãiñnog adenozin trifosfata (ATP). Jednostavno govoreñi, ukoliko se data aktivnost oslanja na jedan ili kombinaciju energetskih sistema, laboratorijski testovi se razvijaju u cilju merenja maksimalnog kapaciteta angaæovanog energetskog sistema. Ãto je veña laboratorijska vrednost maksimalnog kapaciteta i ãto je specifiåniji kapacitet za izvoœenje date aktivnosti, to je kvalitet testa veñi. Suãtina kvalitetnog testiranja jeste poznavanje metaboliåkih zahteva specifiåne aktivnosti ili sporta. Meœutim, osim identifikacije energetskih komponenti sportskog nastupa, neophodno je da su protokoli testiranja standardizovani kako bi se naknadna poreœenja razliåitih sportista u razliåitim vremenima bila validana i pouzdana. Potrebno je obratiti paænju na faktore koji mogu uticati na rezultat testiranja kakvi su npr. zagrevanje pre merenja, redosled testiranja, period oporavka izmeœu merenja, uslovi ambijenta ili unos hrane pre testiranja. U cilju adekvatne komparacije, svi testovi treba da se izvedu potpuno isto kako to nalaæe originalni protokol. Testovi treba da budu ãto je viãe specifiåni za dati sport åime se poveñava i validnost rezultata ali i motivacija sportista za izvoœenje maksimalnog napora tokom merenja. Elementi efektivnog testiranja Merene varijable su relevantne za sport. Izabrani testovi su validni i pouzdani. Protokoli testiranja su specifiåni za sport. Izvoœenje testova je rigorozno kontrolisano. Poãtovana su ljudska prava i etika osobe koja se testira. Testiranje se ponavlja u regularnim intervalima. Rezultati testiranja su interpretirani sportisti i treneru. Kod nekih sportova poæeljno je a nekada i neophodno da se sportista testira u uslovima ambijenta sopstvenog sporta. Takva testiranja nazivamo terenskim testiranjima koja stoje nasuprot laboratorijskim testiranjima u kontrolisanom ambijentu uz upotrebu protokola i opreme koja simuliraju sportsku aktivnost. Na primer, merenje aerobne sposobnosti (VO2max) upotrebom ergospirometrijskog stacionarnog sistema na veslaåkom ergometru u laboratoriji je primer laboratorijskog testiranja a kada sportista vesla u svom åamcu na vodi i koristi portabilni sistem za evaluaciju VO2max ili koristi neku od indirektnih metoda, govorimo o terenskom testu. U veñini sluåajeva, rezultati koje dobijamo terenskim testiranjima nisu pouzdani kao oni dobijeni laboratorijskim merenjima pre svega zbog nemoguñnosti kontrole parametara od strane osoba koje izvode testiranja (npr. brzina strujanja vazduha, temperatura i vlaænost ambijenta, uslovi sportske podloge). Prednost terenskih testiranja uglav138
nom se svodi na visoku specifiånost protokola, jednostavnost i ekonomiånost izvoœenja i moguñnost testiranja viãe sportista istovremeno. Mnoge terenske metode ne mere direktno funkcionalne parametre veñ ih procenjuju åime se pouzdanost i validnost testiranja smanjuje. Meœutim, zadnjih godina poveñava se kvalitet portabilnih dijagnostiåkih sistema åime znaåaj terenskih testiranja raste, pogotovo u sportovima gde nije moguñe simulirati sportske aktivnosti u laboratorijskom okruæenju. Rezultati laboratorijskih i terenskih testiranja trebalo bi da budu meœusobno komplementarni i zajedno izvoœeni i tumaåeni kako bi se dobili podaci od najveñeg praktiånog znaåaja i upotrebljivosti. Dizajniranje testova u cilju odreœivanja potencijala za sportsko postignuñe zahteva razumevanje onih faktora koji doprinose rezultatu u odreœenom sportu ili fiziåkoj aktivnosti. Uopãteno govoreñi, fiziåke performase su odreœene kapacitetom za maksimalnu utilizaciju energije (npr. maksimalna aerobna i anaerobna sposobnost), miãiñnom snagom, kordinacijom i ekonomiãnoãñu pokreta i psiholoãkim i drugim faktorima (npr. motivacija, taktika).
Slika 12.1 Neuralni i energetski procesi ukljuåeni u miãiñno ispoljavanje
Slika 12.1 ilustruje jednostavan model komponenti koje u meœusobnoj interakciji determiniãu kvalitet sportskog postignuña. Mnoge vrste sportova i aktivnosti zahtevaju kombinaciju nekoliko pomenutih faktora åija fina koordinacija doprinosi maksimalnom postignuñu. Ipak, åesto jedan od parametara igra dominantnu ulogu u sportskom uspehu. U golfu, maksimalno ispoljavanje energije igra minimalnu ulogu dok je optimalna koordinacija esencijalna za rezultat. Tråanje na 100 metara zahteva ne samo dobru tehniku veñ i visok nivo anaerobne utilizacije energije. Uspeha u maratonu nema bez visokog kapaciteta za aerobnu produkciju energije. Shodno parametru koji mere, funkcionalni testovi se mogu podeliti na nekoliko celina.
139
MERENJE MIÃIÑNE SILE I SNAGE Kategorija testova poznatih kao testovi miãiñne snage fokusiraju se na merenje vrãnog kapaciteta miãiña ili miãiñne grupe da proizvede silu. Ovi testovi imaju za cilj merenje razliåitih elemenata miãiñne aktivnosti, od sposobnosti da generiãu silu pri velikim brzinama, preko produkcije sile izometrijskom kontrakcijom, do merenja maksimalne snage. Vaæno je prepoznati da svako od ispoljavanja zahteva angaæovanje i centralnih i perifernih neuralnih procesa pa postignuñe u testovima zavisi od brojnih faktora. Na primer, maksimalna sila pri izometrijskoj kontrakciji zavisi od veliåine popreånog preseka miãiña koju odreœuje broj i veliåina miãiñnih vlakana. Generisanje maksimalne izometrijske sile od strane miãiña, nastaje pod uslovima maksimalne aktivacije u kojima je ekscitacija miãiña dovoljna da obezbedi maksimum interakcije aktina i miozina u svim miofibrilima, miãiñnim vlaknima i miãiñima. Sa druge strane, testovi koji odreœuju maksimalnu brzinu pri proizvodnji malih sila zavise od drugih faktora. Cilj nije poveñanje stepena kontakata kontraktilnih elemenata miofibrila, veñ brzina pri kojoj se ove interakcije pojavljuju. Ova brzina zavisi od sposobnosti miãiña da obezbedi brzu translaciju visokofrekventnog impulsa kroz procese ekscitacije, sa minimalnim vremenom kaãnjenja, i izazivanje asocijacije i diosocijacije aktina i miozina pri ponovljenoj rotaciji putem cros-bridge ciklusa. Primarna deteminantna ovakvog ponaãanja je brzina hidrolize ATP i stepen otpuãtanja energije. Shodno tome, enzim ukljuåen u hidrolizu ATP, miozin ATP-aza i njegova aktivnost jedan je primarnih faktora sportskog postignuña. Sa taåke glediãta skeletne muskulature, rezultati u aktivnostima koje ukljuåuju razliåite stepene produkcije brzine i sile, zavise od kombinacije kontraktilnih parametara i energetskog metabolizma odgovarajuñe aktivnosti. Generalno gledajuñi, kako su testovi relativno kratki, zahtevi za ATP su minimalni i uglavnom podmireni iz lokalnih miãiñnih depoa. Ukoliko su miãiñi spremni da „izraze“ svoj kapacitet za snagu i silu, sistemi centralne komande takoœe treba da budu optimalnog kapaciteta. Voljna komanda supraspinalnim centrima odnosi se na stepen regrutovanja miãiñnih vlakana, optimizaciju okidanja svake motorne jedinice i sinhronizaciju obrasca opaljivanja izmeœu razliåitih motornih jedinica. Kako testovi u ovoj oblasti treba da budu standardizovani definisanjem pozicije dela tela i åitavog tela (da bi rezultat odreœenog miãiña ili grupe mogao biti izolovan) i definisanjem ugla merenja i sile tj. brzine, neophodan je nov, nenauåeni neuralni program. Ovo za posledicu ima dve implikacije. Prvo, obrazac za specifiånu neuralnu koordinaciju mora biti pravilno nauåen ili zadatak neñe reflektovati kapacitet miãiña. Drugo, rigorozna standardizacija neophodna za objektivno merenje, omoguñava evaluaciju veoma specifiåne neuromiãiñne funkcije. U ovakvim testovima neophodna je maksimalna sliånost sa aktivnostima specifiånim za dati sport. Ipak, znaåaj i relevantnost snage i sile u sportskom rezultatu varira u razliåitim sportovima. U aktivnostima kao ãto su dizanje tegova ili skakanje, tråanje ili bacanje kugle ili koplja, snaga i sila su dominantni faktori, uz elemente tehnike i drugih svojstava. U drugim aktivnostima, snaga ili eksplozivnost su relativno
140
malog znaåaja kakav je sluåaj sportska veãtina (npr. streljaãtvo) ili sportovi sa dominatnom aerobnom komponentom (npr. maraton, plivanje na duge staze). Metode merenja sile i snage Izometrijska testiranja Meri se maksimalna sila ili moment sile koji se proizvode maksimalnom voljnom izometrijskom kontrakcijom. Aparati uglavnom obuhvataju komercijalne i specifiåne izometrijske dinamometre koji omoguñavaju evaluaciju specifiåne miãiñne grupe. Pojedini aparati omoguñavaju merenje u nekoliko pozicija kroz åitav obim pokreta. Uglavnom se merenje izvodi pri odreœenom zglobnom uglu uz dva do tri pokuãaja maksimalne kontrakcije, trajanja oko 5 sekundi. Prednosti merenja su jednostavnost i bezbednost merenja, a mane cena pojedinih sistema i åinjenica da veñina sportskih aktivnosti ukljuåuje dinamiåke pokreta pa je specifiånost merenja mala. Pored toga neophodno je ponoviti merenja kroz veliki broj uglova zgloba pa je vreme testiranja produæeno. Izotoniåka testiranja Izotoniåka testiranja mere ubrzanje, maksimalnu brzinu, rad i snagu postignute pri razliåitim programiranim optereñenjima (sila ili momenat sile) pri konstantnoj napetosti muskulature. Izotoniåni sistemi kontroliãu silu i mere postignutu brzinu za razliku od izokinetiåkih koji uz kontrolisanu brzinu mere postignutu silu. Najåeãñi oblik merenja odnosi se na podizanje tereta jer masa tega ostaje konstantna kroz åitav obim pokreta, mada se striktno govoreñi sila i moment sile menjaju. Meri se najveña masa koja se moæe podiñi (pomeriti) jedanput (repetitivni maksimum - RM) putem specifiånog obima pokreta, predstavljajuñi meru koncentriåne snage miãiñne kontrakcije. Za testiranje se koriste razliåiti aparati (tegovi, buñice) ili maãine (opãte ili specifiåne za dati sport). Kalistetika je vrsta testiranja gde se podizanje odreœenog tereta ponavlja tokom odreœene veæbe. Osobe koje imaju veñi indeks snage prema telesnoj masi izvode veñi broj ponavljanja. Snaga se meri analiziranjem preœenog puta podignutog tereta ili trajanjem veæbe. Prednosti izotoniåkog merenja snage su niska cena opreme i dinamiåko ispoljavanje sile ãto moæe simulirati specifiåne sportske pokrete. Nedostaci 1-RM tehnike su potencijalna moguñnost povrede ispitanika i nemoguñnost analize sile kroz åitav obim pokreta. Izokinetiåka testiranja Izokinetiåka testiranja odnose se na merenje sile (snage) u uslovima koncentriånih i ekscentriånih kontrakcija konstantne brzine. Koriste se izokinetiåki dinamometri (npr. Cybex, Byodex) koji odræavaju konstantnu brzinu pokreta varirajuñi otpor tokom odreœenog pokreta ekstremiteta. Otpor koji generiãe aparat je prilagoœavajuñi, koji je dizajniran da odgovara vrednosti sile koju generiãe miãiñ. Moguñe je merenje momenta sile, rada i snage tokom ekscentriånih i koncentriånih miãiñnih kontrakcija. Dok 1-RM pruæa podatke o finalnoj maksimalnoj masi podignutoj tokom odreœenog pokreta, izokinetiåko testiranje prikazuje razliku u proizvodnji sile tokom åitavog pokreta (Slika 12.2) sa visokim stepenom pouzdanosti dok je jedino ograniåenje upotrebe visoka cena opreme za testiranje. Testiranje stretch-shortening ciklusa Pojedini sportski pokreti (npr. skakanje, bacanje) sastoje se od ekscentriånih kontrakcija koje momentalno slede koncentriåne kontrakcije iste miãiñne grupe (tzv. strech-shortening ciklus). Ponekad je poæeljno meriti snagu i rad pod ovakvim uslovima, uglavnom testiranjem razliåitih parametara skoka na tenziometrijskim platformama koje mere sile, rad i snagu generisanu tokom skoka. Dinamometri koji poseduju koncentriåni i ekscentriåni modus takoœe se mogu koristiti u evaluaciji stretch-shortening ciklusa. 141
Slika 12.2 Rezultat merenja miãiñne sile na izokinetiåkom dinamometru
Kada se bira vrsta testa potrebno je obratiti paænju na parametre kao ãto su specifiånost testa, lakoña dobijanja i analize podataka i isplativost merenja. Specifiånost merenja odnosi se na izbor procedure testiranja koje angaæuje karakteristiåne miãiñne grupe za izabrani sport (analizom anatomskih pokreta agonistiåke muskulature), odreœivanjem obrasca kretanja i tipa kontrakcije i definisanjem brzine izvoœenja pokreta shodno obrascu specifiånom za sport. Na primer, merenje sport-specifiåne snage treba da obuhvati miãiñne grupe ukljuåene u aktivnost a oblik testiranja treba da simulira vrstu kontrakcije (izometrijska ili dinamiåka). Ukoliko je kontrakcija dinamiåka, treba dalje analizirati da li je ekscentriåna ili koncentriåna. Finalni nivo specifiånosti odnosi se na brzinu kontrakcije. Poznato je da sportisti u sportovima eksplozivnosti i snage (npr. sprinteri) bolje rezultate postiæu u testovima visoke brzine. Portabilnost opreme koja dominira u kreiranju novih sistema sve viãe omoguñava prisustvo testiranja i jednostavnost dobijanja i analize podataka. Ovakvi aparati smanjuju znaåajno vreme potrebno za merenja snage, mada je njihova cena i dalje relativno visoka. Konaåno, bezbednost izvoœenja testiranja treba da bude prvi prioritet testiranja i sve metode koje izlaæu sportistu poveñanom riziku od povrede treba izbegavati.
TESTIRANJE AEROBNE SPOSOBNOSTI Aerobna sposobnost se odnosi na stopu obezbeœivanja energije aerobnim metabolizmom. Stepen u kojem aerobni metabolizam generiãe ATP zavisi od dva faktora – metaboliåke sposobnosti tkiva da koriste kiseonik u sagorevanju hranljivih materija i kombinovane sposobnosti kardiopulmonalnog sistema, krvi i celularnih mehanizama da transportuju kiseonik do aerobne maãinerije u mitohondrijama miãiña. Iako se ovi faktori teoretski mogu izolovano analizirati u laboratorijskim uslovima, oba elementa transporta i utilizacije se zajedno testiraju merenjem brojnih funkcionalnih parametara, od kojih su neki veñ pomenuti (npr. VO2max, anaerobni prag, HR) (Slika 12.3). Shodno åinjenici da je u mnogim sportovima prisutna direktna ili indirektna zavisnost rezultata od aerobnog energetskog sistema, testiranje maksimalne aero142
bne sposobnosti (merenje VO2max) zauzima centralno mesto u evaluaciji sportista. Ipak, korelacija izmeœu VO2max i rezultata tråanja na duæe staze u homogenoj grupi sportista nije visoka, ãto potencira znaåaj drugih parametara aerobne sposobnosti. Dva najåeãña laboratorijska naåina za odreœivanje VO2max su aktivnosti na pokretnoj traci (tredmilu) ili bicikl-ergometru. Vaæan segment testiranja odnosi se na izbor one vrste aktivnosti koja angaæuje specifiåne pokrete u sportu. Na primer, ako se testira trkaå, neophodno je meriti VO2max tokom aktivnosti tråanja. U tom smislu razvijeni su i ergometri za druge aktivnosti (npr. kros-kantri tråanje, veslanje, plivanje). Testovi za odreœivanje VO2max uglavnom poåinju sa zagrevanjem na submaksimalnom optereñenju koje traje 3 do 5 minuta. Nakon zagrevanja, optereñenje se poveñava na nekoliko naåina – do predviœenog nivoa optereñenja koji se smatra maksimalnim za testiranu osobu, optereñenje se postepeno poveñava svakog minuta do taåke do koje dalji nivo optereñenja osoba ne moæe da toleriãe ili se optereñenje poveñava svaka 2 do 4 minuta do trenutka kada ispitanik ne moæe da odræava zadati nivo optereñenja.
Slika 12.3 Odreœivanje maksimalne potroãnje kiseonika i anaerobnog praga
Bez obzira koja se tehnika koristi, dobijaju se sliåne vrednosti VO2max. Kriterijumi da je VO2max prilikom testiranja ostvaren, odnose se na postizanje odreœenih preduslo143
va. Osnovni kriterijum je plato kiseoniåke potroãnje bez obzira na dalje poveñanje nivoa optereñenja. Dalje, vrednosti koncentracije laktata u krvi veñe od 8 mmol/l tokom poslednjeg nivoa testa optereñenja takoœe znaåe da je postignut maksimalan nivo preuzimanja i utilizacije kiseonika. Osim toga, smatra se da je VO2max dostignut i kada je indeks respiratorne razmene (odnos udahnutog O2 i izdahnutog CO2) R 1.15, odnosno sråana frekvencija prilikom poslednjeg nivoa optereñenja ± 10 otkucaja u odnosu na procenjenu maksimalnu vrednost (HRmax). Veliki broj studija pruæio je dokaze da vrednost maksimalne brzine tråanja na nivou stabilnog stanja predstavlja esencijalnu determinantnu rezultata u sportovima tråanja od 1.500 metara pa do maratona. Merenje anaerobnog (laktatnog) praga specifiåno se vezuje za aerobne sportove, mada je popularnost merenja sve veña i u drugim sportskim disciplinama pre svega zbog razvoja jednostavne i dostupne tehnologije. Ako se podsetimo da je laktatni prag taåka na kojoj intenzitet aktivnosti dovodi do sistematskog porasta koncentracije mleåne kisleine u krvi, logiåno je zakljuåiti da anaerobni prag vaæan indikator zamora i sportskog postignuña. Sliåno merenju VO2max odreœivanje koncentracije lakata zahteva testiranje ispitanika u specifiånim uslovima simulacije treninga (Slika 12.3). Protokoli uglavnom poåinju zagrevanjem (2 do 5 minuta) pri niskim nivoima optereñenjima koji slede stepenasto poveñanje optereñenja svakih 1 do 3 minuta. Obiåno se uzorci krvi uzimaju na svakom nivou optereñenja a dobijene vrednosti grafiåki predstavljaju i vrednost praga dobija kao taåka naglog porasta koncentracije laktata ( 4 mmol/L). Vrednost anaerobnog praga moguñe je dobiti i gasnom analizom preko tzv. ventilatornog praga kao taåku naglog porasta ventilacije (Slika 12.4).
Slika 12.4 Odreœivanje ventilatornog anaerobnog praga
Pored pomenutih parametara istiåe se i znaåaj odreœivanja tzv. kritiåne moñi. Koncept kritiåne moñi odnosi se na åinjenicu da sportista moæe odræati specifiånu submaksimalnu produkciju energije bez zamora, pa se kritiåka moñ definiãe kao graniåna produkcija energije (npr. brzina tråanja ili plivanja) koja se moæe odræavati dug period vremena. Smatra se da je kritiåna moñ jedan od najpreciznijih prediktora sportskog rezultata u aktivnostima koje traju od 3 do 100 minuta. Ekonomiånost veæbanja kao 144
parametar koji definiãe manji utroãak energije pri zadatom nivou optereñenja takoœe je znaåajan indikator sportskog rezultata. Sportista koji ima veñu ekonomiånost tråanja utilizira manje kiseonika i energije nego onaj koji ima slabiju ekonomiånost mada obojica mogu imati istu vrednost VO2 max (Slika 12.5).
Slika 12.5 Ekonomiånost tråanja
TESTIRANJE ANAEROBNE MOÑI I KAPACITETA Laboratorijska merenja anaerobne moñi i kapaciteta relevantna su pre svega za sportiste u kojima disciplina zahteva znaåajan doprinos anaerobnih energetskih puteva – fosfokreatinskog (alaktatnog) i glikolitiåkog (laktatnog) anaerobnog metabolizma. Ovakvi testovi najåeãñe se koriste kod sportista koji zahtevaju maksimalno ispoljavanje energije u kratkom vremenskom intervalu od nekoliko sekundi do oko 6 minuta. Postignuñe u krañim ili duæim aktivnostima zavisi primarno i od drugih faktora osim anaerobnog energetskog metabolizma. Anaerobna moñ i kapacitet zavise i od starosti ispitanika, pola, morfoloãkih karakteristika i trenaænog stanja o åemu se mora voditi raåuna prilikom interpretacije rezultata. Laboratorijski testovi maksimalne ananerobne moñi i kapaciteta su najefikasniji kada simuliraju matiåni obrazac aktivnosti i ukljuåuju specifiåne miãiñne grupe koriãñene u odreœenoj aktivnosti. Analiza postojeñe literature ukazuje na prisustvo velikog broja nespecifiånih testova aerobnog energetskog sistema. Relativno je mali broj specifiånih testova za merenje anaerobne moñi i kapaciteta u laboratorijskim uslovima pa je veñina ovih testova i dalje prisutna samo u terenskim uslovima. Prema trajanju aktivnosti, svi testovi anaerobne moñi i kapaciteta dele se na kratkotrajne, intermedijarne i duge.
145
Anaerobni testovi Kratkotrajni anaerobni testovi Uglavnom su trajanja oko 10 sekundi ili krañe i dizajnirani su u cilju evaluacije alaktatnog anaerobnog kapaciteta ukljuåenih miãiñnih grupa. Maksimalna produkcija energije u jednoj sekundi se åesto dobija kao rezultat ovih testiranja. Indeks ukupnog rada tokom testa ili proseåna snaga mogu se koristiti kao indikatori anaerobne izdræljivosti u kratkom periodu vremena. Najpoznatiji testovi su Margaria test (maksimalno brzo penjanje uz devet stepenica visokih 175 mm uz merenje vremena kretanja) (Slika 12.6), Quebec test od 10 sekundi (ispitanik okreñe maksimalno brzo pedale bicikl-ergometra pri optereñenju od 0.99 kp/kg telesne mase), testovi skoånosti (Seargent-ov test maksimalnog skoka u vis uz zamah ruku, skok sa rukama na kukovima, skok iz åuånja, skokovi u kratkim serijama), testovi tråanja (na 5, 10 i 20 metara sa kompletnim oporavkom) i drugi. Intermedijarni anaerobni testovi Ovi testovi traju od 20 do 50 sekundi i cilj je odreœivanje laktatne anaerobne moñi i kapaciteta anagaæovane muskulature. Rezulatat testiranja je ukupni izvrãeni rad, maksimalni izvrãeni rad, proseåna vrednost obavljenog rada, faktor anaerobnog zamora. Potrebno je zapamtiti da se maksimalan doprinos glikolize produkciji ATP deãava izmeœu 25 i 30 sekunde maksimalne aktivnosti. Primeri testova su Wingate-ov test (maksimalno brzo okretanje pedala na ergo-biciklu tokom 30 sekundi uz predviœeno optereñenje), de Bryn-Prevost test, sport-specifiåni i ostali testovi. Dugotrajni anaerobni testovi Ova grupa testova traje izmeœu 90 i 120 sekundi. Sluæe za procenjivanje ukupnog anaerobnog kapaciteta i sposobnosti za odræavanje maksimalme snage anaerobnih izvora energije. Primeri testova su Bosco ergojump test (serija od 60 maksimalnih skokova sa rukama na kukovima bez pauze), Quebec test od 90 sekundi na ergo-biciklu, Cunningham-ov test, RAST (test tråanja na 35 metara u 6 serija sa 10 sekundi pauze), side-step test (naizmeniåni boåni skokovi u seriji tokom 60 sekundi) i drugi.
146
Slika 12.6 Testiranje anaerobne moñi Margaria testom
Poseban indirektan i neinvazivni metod za odreœivanje anaerobnog kapaciteta je procena ukupnih energetskih zahteva aktivnosti izraåunavanjem teoretske potroãnje kiseonika neophodne za aktivnost i oduzimanjem od ove vrednosti merenog VO2. Testiranje se obiåno odvija na ergobiciklu ili tredmilu. Razlika izmeœu dve integrisane vrednosti je akumulirani deficit kiseonika (aO2D) i smatra se da reflektuje anaerobni kapacitet (Tabela 12.1). Vrednost aO2D je maksimalna nakon intenzivne aktivnosti koja izaziva zamor izmeœu 2 i 5 minuta. Tabela 12.1 Vrednosti akumuliranog deficita kiseonika kod sportista Sport
aO2D
Sprint
70-80 ml O2/kg
800, 1.500 m
65-70 ml O2/kg
Maraton
50-60 ml O2/kg
Nesportisti
55-60 ml O2/kg
Akumulirani kiseoniåki deficit predstavlja koliåinu energije koja se generiãe od strane aktivne muskulature, koja ne ukljuåuje mitohondrijalne metaboliåke procese. Nivo aO2D je veñih vrednosti kod sportista kod kojih dominira anaerobni metabolizam a manjih vrednosti kod triatlonaca, maratonaca i biciklista.
147
XIII LITERATURA Zbog ograniåenog prostora, u literaturi su navedene samo koriãñene monografije i enciklopedijska izdanja. Za kompletnu bibliografiju koja ukljuåuje ålanke iz struånih sportskih i medicinskih åasopisa kontaktirati izdavaåa. American College of Sports Medicine. ACSM’s Advanced Exercise Physiology. Baltimore: Lippincott, Williams & Wilkins, 2005. Armstrong LE. Performing in Extreme Environment. Champaign: Human Kinetics, 2000. Astrand PO, et al. Textbook of Work Physiology (2ed). Champaign: Human Kinetics, 2003. Australian Sports Comission. Physiological Tests for Elite Athletes. Champaign: Human Kinetics, 2000. Bouchard C, Malina RM, Perusse L. Genetics of Fitness and Physical Performance. Champaign: Human Kinetics, 1997. Clancy J, McViacar AJ. Physiology and Anatomy – a homeostatic Approach. London: Arnold, 2002. Cooper CB, Storer TW. Exercise Testing and Interpretation. Cambridge: cambridge University Press, 2001. Ehrman JK, et al. Clinical Exercise Phyisology. Champaign: Human Kinetics, 2004. Garrett WE, Kirkendall DT. Exercise and Sport Science. Baltimore: Lippincott, Williams & Wilkins, 1999. Hoffman J. Phyisological Aspects of Sport Traing and Performance. Champaign: Human Kinetics, 2002. Irion G. Physiology: The Basisi of Clinical Practice. Thorofare: Slack Inc., 2000. Kreider RB, Fry AC, O’Toole ML. Overtraing in Sport. Champaign: Human Kinetics, 1998. LeMura LM, von Duvillard SP. Clinical Exercise Physiology. Baltimore: Lippincott, Williams & Wilkins, 2004. 148
MacIntosh BR, gardiner PF, McComas AJ. Skeletal Muscle – Form and Function (2ed). Champaign: Human Kinetics, 2006. Maughan RJ. Basic and Applied Sciences for Sports Medicine. Woburn: Butterworth-Heinemann, 1999. McArdle WD, Katch FI, Katch VL. Exerice Phyisology – Energy, Nutrition, and Human Performance (5ed). Baltimore: Lippincott, Williams & Wilkins, 2004. Montoye HJ, et al. Measuring Physical Activity and Energy Expenditure. Champaign: Human Kinetics, 1996. Mooren FC, Volker K. Molecular and Cellular Exercise Physiology. Champaign: Human Kinetics, 2005. Pocock G, Richards CD. Human Physiology – The Basis of Medicine (2 ed). New York: Oxford University Press, 2004. Plowman SA, Smith DL. Exercise Phyisology (2ed). Needham Heights: Allyn and Bacon, 1997. Powers SK, Howley ET. Exercise Physiology – Theory and Application to Fitness and Performance (5ed). New York: McGraw-Hill, 2004 Robergs RA, Keteyian SJ. Essentials of Exercise Physiology (2ed). New York: McGraw-Hill, 2003 Rowland TC. Children’s Exercise Physiology (2ed). Champaign: Human Kinetics, 2005. Viru A, Viru M. Biochemical Monitoring of Sport Training. Champaign: Human Kinetics, 2001. Wilber RL. Altitude Traning and Athletic Performance. Champaign: Human Kinetics, 2004. Wilmore JH, Costill DL. Physiology of Sport and Exercise (3ed). Champaign: Human Kinetics, 2004.
149
XIV ELEKTRONSKE ADRESE Shodno razvoju elektronskih publikacija i izvora informisanja, kao dopuna gradivu i u cilju dalje edukacije iz fiziologije sporta prikazane su internet adrese struånih asocijacija, nauånih åasopisa ili foruma iz oblasti fiziologije sporta i veæbanja i sportske nauke.
Ustanove, organizacije i udruæenja American College of Sports Medicine American Society of Exercise Physiologists Canadian Society for Exercise Physiology Gatorade Sports Science Institute International Federation of Sports Medicine British Association of Sport and Exercise Sciences European Strength and Conditioning Association National Strength and Conditioning Association International Sport Sciences Association International Association of Fitness Professionals
www.acsm.org www.asep.org www.csep.ca www.gssiweb.com www.fims.org www.bases.org www.epca.org www.nsca-liift.org www.issa.usa.com www.ideafit.com
Struåni åasopisi British Journal of Sports Medicine Canadian Journal of Applied Physiology European Journal of Applied Physiology Journal of Applied Physiology Journal of Exercise Physiology Medicine and Science in Sport and Exercise Sports Medicine Journal of Sports Sciences Biology of Sport Journal of Sports Science and Medicine
www.bjsm.org www.hkusa.com/CJAP www.link-springer.de www.jap.physiology.org www.asep.org www.ms-se.org www.adis.com www.tandf.co.uk www.insp.pl/bos www.jssm.org
Forumi, panel-diskusije i druge korisne adrese Sportscience Masters Athlete Physiology and Performance Coaching Science Abstracts Applied Exercise Science Body Composition Tutorial Kinesiology & Health Science Nutrition & Fitness Fit Zone Fitness Testing Competitive Edge 150
www.sportsci.org www.krs.hia.no www.rohan.sdsu.edu www.edb.utexas.edu www.nuts.uvm.edu www.tahperd.sfasu.edu www.lifelines.com www.fit-zone.com fitness.testing.8m.com www.competitivedge.com
