SPOR FİZYOLOJİSİNE GİRİŞ

Transkript

1 SPOR FİZYOLOJİSİNE GİRİŞ Kelime anlamı olarak Physi doğa ology nın araştırılması anlamına gelir. Bir nesne veya varlığın canlı olarak tanımlanabilmesi ve fizyolojinin kapsamına girmesi için belli koşullar gerekir. Bunlar: 1- Organizasyon (veya otoregülasyon): organizmanın kendi canlılığını kontrol edebilmesi 2- İrritabilite (uyarılabilirlik): çevreden gelen uyaranlara cevap verebilme 3- Kontraktilite. (kasılabilirlik): hareket etme yeteneği 4- Beslenme: sindirme, öğütme,emme ve özümseme yeteneği 5- Metabolizma ve Büyüme: besinlerdeki potansiyel enerjiyi açığa çıkararak kimyasal enerjiye dönüştürebilme ve basitten karmaşığa yeni yapılar üretebilme 6- Respirasyon (solunum): besinlerin oksidasyonu için gereken oksijeni kullanabilme ve oluşan karbondioksiti atabilme 7- Ekskresyon (Boşaltma-atma): metabolizma sonucu oluşan artık ürünleri elimine etme 8- Reprodüksiyon (üreme): Fizyolojinin amacı, doğada yaşamın kaynağı, gelişimi, sürdürülmesi ve ilerlemesinden sorumlu fiziksel ve kimyasal unsurları açıklamaktır. En basit canlılar olan amip, virus ve bakterilerden bitkilere, hayvanlara ya da çok daha karmaşık olan insana kadar her tip canlı kendi işlevsel özelliklerine sahiptir. Bu nedenle virus, bakteri, bitki fizyolojisi, insan fizyolojisi gibi birçok bölümlere ayrılır. İnsan fizyolojisi, vücut işlevlerini araştıran bilim dalıdır. Canlılığı sürdürebilmek kişinin bilinçli ve bilinç dışı işlevleri sonucu olanaklıdır. Bazal metabolizma otomatik olarak bilinç dışı devam eder; nefes alma, kalbin çalışması, besinlerin sindirilmesi, vd. gibi. Bilinç insanı açlık duygusu sonucu yiyecek arayışına, tehlike karşısında kaçma, geri çekilme vs gibi davranışlara yöneltir. Düşünmek, hissetmek, bilgi edinmek gibi daha üst düzey işlevler, bu otomatik yaşam süreci içinde yerlerini alırlar. İNSAN VÜCUDUNUN ORGANİZASYONU Kimyasal organizasyon: atom, molekül ve bileşik: En basit düzeyde vücut, maddelerin temel birimi olan atomlardan oluşur. Yaklaşık 100 farklı çeşit atom bulunur. Element olan atomlar nötron, proton ve elektronlardan oluşur. İnsanda en sık bulunanlar karbon, hidrojen, oksijen, nitrojen, kalsiyum ve fosfordur. Bunlardan ilk üçü temel besin kaynakları olan karbonhidrat ve yağların yapısında yer alırken, dördüncü elementinde eklenmesiyle vücut yapı taşları olan proteinler sentez edilebilir. İki veya daha fazla atomun birleşmesiyle moleküller oluşur. Örneğin, iki oksijen atomu birleşerek oksijen molekülünü (O 2 ) meydana getirir. Farklı elementler içeren moleküllere bileşik adı verilir. H 2 O, CO 2, karbonhidratlar, proteinler ve yağlar vücudumuz için önemli bileşiklerdir. Hücreler: Vücudun en küçük bağımsız birimidir. Yaşam hücrede gelişen birçok kimyasal işlev üzerine kurulmuştur. Hücrelerin önde gelen özellikleri büyüme, metabolizma, uyarılabilme ve çoğalmadır. Dokular: Aynı özgün işlevi gören birçok hücrenin birleşmesiyle dokular oluşur. Başlıca dört gruba ayrılırlar: Epitel dokusu: Derinin dış tabakasında bulunmasının yanı sıra organların, damarların ve vücut boşluklarının iç yüzlerini döşer. Başlıca koruyuculuk görevi bulunur. Bağ dokusu: Vücudun birçok parçalarını birleştirir ve destekler. Deride epitel dokusunun altında bulunur. Kemik ve tendonların büyük bölümünü oluşturur. En yaygın olandır. Kas dokusu: Kasılma yeteneği sayesinde hareketi sağlar. İskelet kası dokusu kol, bacak, gövde ve yüzde; düz kas dokusu sindirim sisteminde, gözlerde, damarlarda; kalp kası ise yalnızca kalptedir. Sinir dokusu: Beyin, omurilik ve sinirlerde bulunur. Uyarı oluşturabilme, çeşitli uyaranlara yanıt verebilme ve sinir impulslarını vücutta taşıma yeteneğine sahiptir. Eğitim Fakültesi_Spor Fizyolojisi Ders Notları_2009 1

2 Organlar: Belirli bir görevi yürütebilmek için birlikte çalışan iki veya daha fazla tipte dokunun birleşimiyle oluşur. Örneğin midede epitel dokusu midenin içyüzünü döşer ve koruma görevi yapar; düz kas dokusu kasılmaları sayesinde yiyeceklerin küçük parçalara bölünmesini ve sindirim için gerekli kimyasal maddelerle karışmasını sağlar; sinir dokusu kas kasılmalarını başlatan ve düzenleyen sinir impulslarını taşır ve bağ doku da tüm diğer dokuları bir arada tutar. Sistemler: Sistem, önemli bir görevi birlikte yapan bir dizi organdan oluşur. Örneğin solunum sisteminde, hava ile kan arasında O 2 ve CO 2 değişimini sağlayan düzenekleri yürüten çeşitli organlar bulunur. Tüm vücut sistemleri özelleşmiştir ve birlikte işlev görmeleri sayesinde dinamik bir organizma, yani insan vücudu oluşur. HÜCRE Vücudun canlı en küçük birimi hücredir. Her hücre tipi bir veya daha fazla özgün işlevi görebilecek şekilde özelleşmiştir. Örneğin kırmızı kan hücreleri vücutta sayıca en fazla bulunan hücreler olup (25 trilyon) görevleri oksijeni akciğerlerden dokulara taşımaktır. Tüm vücutta yaklaşık 100 trilyon hücre bulunur. Tüm hücre tiplerinin bazı ortak özellikleri vardır. Örneğin bütün hücrelerde, hücre işlevi için gerekli enerji, oksijenin öncelikle karbonhidrat ve yağ (gerekirse protein) yıkım ürünleriyle birleşmesi ile sağlanır. Yine besin maddelerinin enerjiye çevrilmesini sağlayan mekanizmalar tüm hücrelerde aynıdır. Çoğu hücreler çoğalma yeteneğine sahiptirler ve herhangi bir nedenle bir grup hücrede kayıp olduğunda, kalan sağlam hücreler çoğalarak normal işlevi sürdürmeye devam ederler. Bazı çok özelleşmiş tipteki hücreler (örn. sinir hücreleri) çoğalamazlar ve zamanla sayıları giderek azalır. Hücre yapısını kolaylık olması için üçe ayırarak incelemek mümkündür: 1- Hücre veya plazma membranı Her hücre bir zarla çevrilidir ve bu membran hücrenin yakın ve uzak çevresi ile iletişimini sağlar. Hücre içi ve dışına çeşitli maddelerin geçirgenliğini ayarlayarak normal hücre koşullarının devamını sağlar, ayrıca hücreyi koruyucu görev üstlenmiştir. 2- Sitoplazma hücre içini tamamen dolduran jele benzer maddenin adıdır. Sitoplazmanın sudan oluşan ve içinde hücrenin ihtiyacı olan birçok maddenin çözünmüş olduğu kısmına sitozol adı verilir.. Sitoplazmada her biri önemli görevler üstlenen, özelleşmiş yapılara ise organel adı verilir. Organeller hücrenin canlılığı ve değişen şartlara uyabilmesi için gerekli tüm işlevleri yürütürler. Örneğin yaşamın devamı için şart olan enerji üretimi hücrenin enerji santralleri olan mitokondrilerde gerçekleşir. 3- Olgun kırmızı kan hücreleri dışında tüm memeli hücreleri bir nukleusa (çekirdek) sahiptir. İskelet kası hücreleri gibi bazılarında ise birden fazla nukleus olabilir. Nukleusta hücrenin yapı ve işlevini belirleyen DNA moleküller(genetik şifre) bulunur. Nukleus hücrenin kontrol merkezidir ve hücrede enerji meydana getiren reaksiyonları düzenler, hücre içi olayları idare eder ve bölünerek çoğalmayı sağlar. HOMEOSTAZİS ve DÜZENLENMESİ Homeostasis, vücudun iç ortamının normal şartlar çerçevesinde dengede (stabil) tutulmasıdır. Dış ortamın sürekli değişmesine karşın, sağlıklı vücutta iç ortam düzenleyici mekanizmalar yardımıyla normal sınırlar içinde kalır (kan glikoz düzeyi, kan basıncı, vücut ısısı, solunum ve kalp hızı vb gibi). Gerçekte vücutta gelişen tüm olaylar homeostazisin korunmasına yöneliktir, öyle ki sonuçta tüm vücut sistemleri birlikte çalışarak vücut iç ortamının stabilitesinin (dengesinin) sürekliliğini sağlarlar. Bu düzenlemeleri sağlayan temel olarak merkezi sinir ve endokrin (hormonal) sistemlerdir. Sinir sistemi kimyasal ve/veya elektrofizyolojik impulslarla saniyeler/dakikalar içersinde, hormonal sistem ise salgıladığı kimyasal maddeler ile daha uzun sürede devreye girer. Bu sistemlerin dolaylı veya doğrudan kontrolü altındaki birçok doku ve organda gelişen koordineli etkilere ve düzenleyici işlemlere Eğitim Fakültesi_Spor Fizyolojisi Ders Notları_2009 2

3 geri bildirim ( feedback ) düzenekleri denir. Bir geri bildirim sisteminde 3 bileşen vardır: 1- Alıcı/Reseptör: hemen her doku veya organda yer alan sinirsel, kimyasal ve mekanik değişikliklere duyarlı bir çeşit alıcı, 2- Kontrol merkezi: reseptörlerin değişiklik sinyallerini ulaştırdığı merkez, 3- Uygulayııcı/ Efektör yapı: herhangi bir organ veya doku olabilir. Kontrol merkezinden gelen emirlere göre homoestazisin onarılması ve devamı için gerekli etkiyi yaratır. Stres ve Homeostazis: Vücudu uyum yapıcı değişiklikler yapmaya zorlayan uyaranların tümüne "stres" adı verilir. Gerçekte yaşamı mümkün kılan, insanların üstün bir uyum sağlama yeteneğine sahip olmasıdır. Stres çeşitli şekillerde karşımıza çıkabilir: fiziksel (sıcak, gürültü), kimyasal (yiyecekler, hormonlar), mikrobiyolojik (viruslar, bakteriler), fizyolojik (egzersiz), gelişimsel (yaşlılık, genetik değişiklikler) veya psikolojik (duygusal ve mental bozukluklar). Fizyolojik stres yararlı olabilir: örneğin egzersizin en basit şekli olan yürümek ile kemikler, kaslar ve eklemler üzerinde bir stres oluşturur ve bu yapıların güçlenmesini sağlar. Çok az egzersiz ya da hareketsizlik kemiklerin ve kasların zayıflamasına neden olurken aşırı fiziksel stres ise kemiklerde kırılmaya ve kas yırtılmalarına yol açar. Elektrolitler eriyik içindeki tuz çözeltileridir. Sinir iletileri için gerekli olan elektriksel özelliğe sahiptir. 70 kg'lık erişkin bir insanda, total vücut sıvısı vücut ağırlığının yaklaşık % 60'ını oluşturur, yani yaklaşık 42 litredir. Bu oran yaşa, cinsiyete ve şişmanlık derecesine göre değişkenlik gösterir. Örneğin, vücutta yaşlanma ile paralel olarak yağ oranı artar ve yağ hücreleri diğer hücre tiplerinden daha az su tuttuğu için vücut su oranı azalır. Benzer şekilde kadınlarda yağ dokusu miktarının erkeklerden biraz daha fazla olması, kadınlarda vücut suyunun daha az olmasına yol açar. Total vücut sıvısı başlıca iki bölüme dağılmıştır: hücre içi sıvı (HİS) ve hücre dışı sıvı HDS). Vücut ağırlığının % 60 ını oluşturan sıvının %40 ı hücre içinde, %20 si hücre dışındadır. Hücre dışı sıvı da hücrelerarası sıvı (HDS nın % 15 i) ve kan plazması (HDS nın % 5 i) olmak üzere tekrar ikiye ayrılır. Bunun dışında transsellüler sıvı olarak bilinen akciğer, beyin, kalp, karın, göz ve diğer boşluklarda küçük bir sıvı bölümü daha bulunur. Tüm transsellüler sıvılar toplam 1-2 litrelik hacim kaplarlar. VÜCUT SIVILARI Organizmada çeşitli işlevlerin yaşamla bağdaşır sürmesi vücut sıvılarının dengesine bağlı olduğu için bunların uygun bir hacim ve bileşimde tutulması homeostaz için çok önemlidir. Normalde vücut sıvılarının önemli görevleri arasında hücrenin ihtiyacı olan maddeleri hücreye taşımak, metabolik atıkları hücreden uzaklaştırmak, vücut ısısını dengede tutmak ve bazı organları dış etkenlerden korumak sayılabilir. Vücut sıvıları vücuttaki su ve onun içinde çözünmüş maddelerden meydana gelir. Bu maddelerden en önemlileri elektrolitlerdir. Eğitim Fakültesi_Spor Fizyolojisi Ders Notları_2009 3

4 HDS de hücrenin gereksinimi olan iyonlar ve besin maddeleri bulunur. Doku sıvısı ile hücre içi sıvı arasında sürekli bir alışveriş vardır. Hücreye gereken maddeler bu sıvı tarafından verilir ve metabolizma atıkları bu sıvı tarafından alınır. Vücudun sağlıklı kalabilmesi ve egzersiz sırasında oluşan değişikliklere uyum sağlayabilmesi için, hücre içi ve dışı arasında ince bir denge sağlanması gerekir. Bu dengeyi sağlamak için, hücre dışı ve içinde bulunan sıvının içeriğinin sabit kalması gerekir. HDS tüm vücutta dolaştığı ve birçok madde bu sıvı aracılığıyla hücrelere ulaştığı için vücutta optimal sıcaklık ve basınç düzeylerinin sürdürülmesinde, asit-baz ve O 2 -CO 2 düzeyleri ile kanda bulunan su ve birçok diğer kimyasal madde düzeylerinin dengede tutulmasında rol oynar. HDS yüksek miktarda Na, Cl, HCO 3 - iyonları ve aynı zamanda hücre için gerekli olan oksijen, glikoz, yağ asitleri ve aminoasitleri içerir. Ayrıca hücrelerden akciğerlere taşınan CO 2 ve yine böbreklerden atılacak olan hücresel ürünler de HDS'da bulunur. Vücut Sıvı Dengesi Normal koşullarda alınan sıvı ile atılan miktar dengededir. Vücuda sıvı başlıca iki yolla alınır: 1-Yenilen yiyecekler ve içilen sıvılarla alınan su (2200ml/gün) 2-Vücutta karbonhidratların oksidasyonu sonucu sentezlenen su (300ml/gün) Bununla birlikte günlük sıvı alımı kişiden kişiye, hatta aynı kişide günden güne iklime, alışkanlıklara ve fiziksel etkinlik düzeyine göre değişir. Günlük çıkarılan sıvı miktarı ise ortalama aşağıdaki gibidir: 1-Gizli sıvı kaybı: solunum sisteminden buharlaşma (450ml) ve deriden terleme ile (450ml) 2-Feçesle (100ml) 3-İdrarla (1500ml) olmak üzere yine yaklaşık 2300ml/gün kadardır. Böylece günlük alınan ve atılan sıvı miktarı dinlenim deki bir kişide 2.5 l/gün olarak dengededir. Egzersiz ve spor sırasında da hücre işlevlerinin normal devam edebilmesi için bu denge korunmalıdır. Spor esnasında buharlaşma ve ter ile çok yüksek miktarlara çıkabilecek sıvı kayıpları dakikalık(en geç 30 dak) aralarla alınacak dengeli içeceklerle yerine konmalı ve performansın etkilenmesine izin verilmemelidir. Eğitim Fakültesi_Spor Fizyolojisi Ders Notları_2009 4

5 MERKEZİ SİNİR SİSTEMİ Sinir sistemi endokrin sistemle birlikte vücuttaki işlevleri düzenler. Bu işlevini genellikle saniyeler veya dakikalar içersinde yerine getirir. Sinir dokusunun yapısal ve işlevsel birimi sinir hücresidir, nöron adı verilir. Sinir sisteminde nöronların yanısıra glia hücreleri de bulunur. Glia hücreleri nöronları korur, destekler, beslenme ve metabolizmasına yardımcı olur. MSS 100 milyardan fazla nörondan oluşur. Nörona gelen sinyaller özellikle dendritlerdeki ve hücre gövdesindeki sinapslar aracılığıyla nörona girerler. Çıkış sinyalleri ise tek bir aksonla nöronu terk eder, fakat bu akson MSS nin diğer kısımlarına veya vücudun periferik bölümlerine gitmek üzere birçok dallara ayrılır. Bu sistemler duyu sinirlerine sahiptir. Bunlar reseptörler aracılığıyla periferden duyuyu alıp MSS'ne iletirler. Merkezden emirleri perifre götürenlere ise motor sinirler denir. Bunlar ulaştıkları doku ve organların işlevini değiştiren sinirlerdir. Otonom sistemde de sempatik ve parasempatik olmak üzere iki çeşit yol bulunmaktadır. SİNİR SİSTEMİ, MERKEZİ SİNİR SİSTEMİ (MSS) VE PERİFERİK SİNİR SİSTEMİNDEN OLUŞMAKTADIR. Merkezi sinir sistemi beyin ve medulla spinalisten (omurilik) meydana gelir. Beyin organizmanın komuta merkezidir. Vücuda ait bilgiler sinir impulsları şeklinde beyne gelir ve bu bilgiler beyinde değerlendirilerek uygun yanıtlar verilir. Periferik sinir sistemi ise dış ortamdan çeşitli izlenimleri merkeze getiren ve merkezden de hareket ve salgı emirlerini çevreye götüren sinirlerden meydana gelir. Beyinden çıkan 12 çift (sağ ve sol) kranial sinir ve medulla spinalisten çıkan 31 çift (sağ ve sol) spinal sinir duyu organları, kaslar ve vücudun diğer parçaları ile bağlantılıdır. Periferik sinir sistemi somatik, otonom ve enterik olmak üzere üç alt gruba ayrılır. 1- Dış çevre ve gövdeden gelen duyular somatik duyulardır (basınç, dokunma, sıcak, soğuk, ağrı, vd.). 2- İç çevreyi düzenleyen sistem ise otonom sinir sistemidir. 3- Enterik sistem ise bağırsakların beyni olarak tanımlanır ve gastrointesitinal sistemde ki olayları denetler. MSS ve otonom sinir sisteminden kısmen bağımsızdır. SİNİR SİSTEMİNİN FİZYOLOJİK OLARAK 3 TEMEL İŞLEVİ VARDIR. 1) Sinir sisteminin duysal işlevi: Sinir sistemi aktivitelerinin çoğu duysal reseptörlerden gelen duysal bilgilerle başlar. Bu reseptörler dokunma, ısı, görme, işitme, ağrı ya da diğer reseptörler olabilir. Bu bilgi, MSS ne duysal periferik sinirler yoluyla girer ve çok sayıda primer duysal alana iletilir. Sinyaller bu alanlara ek olarak sinir sisteminin diğer bütün alanlarına da iletilir. 2) Sinir sisteminin bütünleştirici (entegratif) işlevi: Sinir sistemi nöronlarının çoğunluğu bu işlevle yükümlüdür. Duysal sinirlerden gelen bilgileri inceler, gerekenleri depolar veya siler, eğer bir tepki oluşturulması gerekiyorsa gerekli kararları alarak motor bölüme gönderir. Eğitim Fakültesi_Spor Fizyolojisi Ders Notları_2009 5

6 3) Sinir sisteminin motor işlevi: Birinci ve ikinci işlevler sonrası gerekli emirleri motor sinirler aracılığı ile uygulama organlarına taşır: Bu yolla sinir sistemi çeşitli vücut aktivitelerini kontrol eder. En önemlilerden biri vücuttaki iskelet kasları kontraksiyonunun (kasılmasının) denetimidir. İskelet kasları MSS nin çeşitli düzeylerinden kontrol edilir. Bunlar; medulla spinalis (omur ilik), alt beyin düzeyi, bazal ganglionlar (beyin ve omurilik dışında yerleşmiş küçük sinir dokusu kütleleri), beyincik (serebellum) ve motor kortekstir (serebrum, kabuk). Haberleşme yani impulslar/uyarılar; bir nörondan diğerine geçerken duraklatılabilir, tek bir uyarıdan tekrarlayan impulslara dönüşebilir, başka nöronlardan gelen uyarılarla entegre edilerek, birbirini izleyen nöronlara daha karmaşık bir karakter kazanabilir. Bu işlevlere nöronların sinaptik işlevleri denir. MSS İŞLEVİNİN DÜZEYLERİ: Üst beyin ya da korteks: Beyin korteksi düşünme işlemlerinin çoğu için temel yapıdır. Korteks her zaman sinir sisteminin alt merkezleri ile birlikte çalışır. Korteks olmadan alt beyin işlevleri hassas değildir. Alt beyin düzeyi: Vücutta, bilinçaltı adı verilen faaliyetlerin çoğu beynin alt bölümleri olan medulla oblongata, pons, mezensefalon, hipotalamus, talamus, serebellum ve bazal ganglionlar tarafından yürütülür. Bunlar arter basıncı ve solunumun kontrolü, dengenin sağlanması, tükürük salgısı, hiddet, heyecan, cinsel yanıt gibi faaliyetlerdir. Medulla spinalis düzeyi: Medulla spinalisteki çeşitli devreler yürüme hareketleri, ağrı oluşturan cisimlerden vücudun tamamını veya bazı kısımlarını uzaklaştıran refleksler, vücudu yerçekimine karşı taşımak üzere bacakları sertleştiren refleksler, lokal kan damarlarını, sindirim sistemi hareketlerini kontrol eden reflekslerden sorumludur. Sinir sistemindeki sinapsların hemen hepsi kimyasal sinapslardır. Burada ilk nöron sinaps bölgesine nörotransmitter (arahaberci) denilen bir kimyasal madde salgılar ve bu madde de ikinci nöronun zarında bulunan reseptörleri etkiler. Kimyasal sinapslar sinyalleri daima tek yönlü iletirler. Tek yönlü ileti özelliği sinyallerin belirli bir amaca yönelimini sağlar. MSS SİNAPSLARI VE HABERCİ MADDELER MSS nde bilgi, sinir impulsları yani aksiyon potansiyelleri şeklinde birbirini izleyen nöronlar boyunca iletilir. İşte iki hücre arasında iletişimin gerçekleştiği bölge ye sinir-kas kavşağı, nöromuskuler kavşak veya kısaca sinaps denir. Sinapslar sinir hücrelerinin kendi arasında ve sinir ile kas hücreleri arasında bulunur. Eğitim Fakültesi_Spor Fizyolojisi Ders Notları_2009 6

7 Duysal İşlevlerin Organizasyonu ve Bileşenleri: Duyu genel olarak bilinçli veya bilinçsiz bir iç veya dış uyarandan haberdar olma halidir. Duyunun doğası ve yanıt olarak oluşturulan tepki duysal bilginin ulaştığı MSS seviyesine göre değişir. Örneğin spinal seviyede kalan duysal bilgi spinal refleks oluştururken, alt beyin düzeyine ulaşanlar belli belirsiz bir ağrı, tat, dokunma, vs hissi oluştururlar. Ancak kortekse ulaşan duyuları kesin olarak tanımlamak mümkün olur. Duyusal bilgileri başlıca iki gurupta toplayabiliriz: 1)Genel duyular: a- Somatik duyular: vücuttan gelen dokunma, basınç, sıcak, soğuk, ağrı, eklem ve kasların pozisyonunu bildiren duyular, b- İç organlara ait duyular 2) Özel duyular: koku, tat, işitme, görme, denge. Duygulanma duyu reseptöründe başlar. Böylece merkezi sinir sistemine gelen bilgiler dokunma, ses, ışık, ağrı, soğuk, sıcak, vd gibi duysal uyarıları alan duysal reseptörler tarafından sağlanır. OTONOM SİNİR SİSTEMİ: Sinir sisteminin vücutta iç organların işlevlerini kontrol eden kısmına otonom sinir sistemi denir. Bu sistem arter basıncı, bağırsak hareket ve salgıları, mesane boşalması, terleme, vücut ısısı ve diğer birçok işlevin kontrolüne yardım eder ve bunların bazıları tamamen, bazıları da kısmen otonom sinir sistemi tarafından kontrol edilir. Otonom sinir sisteminin en önemli özelliklerinden biri iç organların işlevlerini hızlı ve şiddetli bir şekilde değiştirebilmesidir. Örneğin 3-5 saniye içinde kalp atış hızını normalin iki katına çıkartabilir ve saniye içinde arter basıncı ikiye katlayabilir veya tersine damar basıncı 4-5 saniye içinde bayılmaya neden olacak kadar düşürebilir. Terleme birkaç saniye içinde başlayabilir ve mesane de yine birkaç saniye içinde istemsiz olarak boşalabilir. Otonom sistemin işleyebilmesi için iç organlar ve damarlardan duysal uyaranların beyindeki merkezlere akması gerekir. Beyin sapı ve hipotalamusta yer alan bu merkezlerde bilgiler bütünleştirilir ve otonom motor sinyaller vücuda sempatik ve parasempatik sinir sistemi olarak adlandırılan iki temel alt grupla aktarılır. Sempatik sistem, vücudun egzersize gerekli uyumu sağlaması için çok önemlidir. Eğitim Fakültesi_Spor Fizyolojisi Ders Notları_2009 7

8 EGZERSİZ PROTOKOLLERİ Klinik ve labarotuvar koşullarında, genellikle bisiklet veya koşu bandında yapılan bu testlerde kullanılan egzersiz protokolleri başlıca iki tiptir: Test öncesi bir ısınma dönemi uygulanmalıdır. Sonrasında da yani soğuma/toparlanma döneminde de ısınmada uygulanan yükte 5-10 dak kadar egzersize devam edilmelidir. a) Artan yüke karşı yapılan egzersiz (rampa, inkremental egzersiz): bir ısınma döneminden sonra düzenli aralıklarla yük, direnç veya koşu hızının arttırılmasıdır. b) Sabit yüke karşı yapılan egzersiz: yük, direnç veya koşu hızının bir kez ve aniden arttırılması ile önceden belirlenen bir süre (3, 5, 10, 30 vs dak) yapılan test. KARDİYAK FİZYOLOJİ İnsan vücudunun en küçük birimi olan hücrelere O 2 ve besin maddelerini götürmek, metabolizm atıklarını ve CO 2 uzaklaştırmak kalp dolaşım sisteminin (kardiyovasküler sistem) görevidir. Kalp dolaşım sisteminin üç önemli bileşeni vardır; kalp, kan damarları ve kan. Vücutta homeostazisin korunması için kanın aralıksız akması gerekir. Kalp kanın bu sürekli dolaşımını sağlayan bir pompa, kan damarları ise kanın vücudun tüm bölümlerine taşınmasını sağlayan borular sistemidir. Kalp dört boşluktan oluşan içi boş bir organdır. Dolaşım sisteminde kan sağ kalpten akciğerlere ve oradan da sol kalbe geçer, sol kalpten tüm vücuda taşınır ve daha sonra sağ kalbe geri döner. Kanı kalpten perifere götüren damarlara arter denir. Kalpten uzaklaştıkça büyük arterler dallanır, küçük arterler meydana gelir ve bunların da dallara ayrılmasıyla arterioller oluşur. Dokular/kaslar düzeyinde arterioller, kanla dokular arasında gaz ve madde alışverişini sağlayan geniş bir kapiller (kılcal) damar ağına dönüşürler. Kapillerin birleşmesiyle kanı kalbe doğru götüren venüller ve bunların toplanmasıyla da venler oluşur. Dokulardan dönen oksijenden fakir kan üst ve alt vena kavalar aracılığıyla sağ atriyuma, buradan da sağ ventriküle geçer. Sağ ventrikülden pulmoner arterler yoluyla akciğerlere taşınır ve burada içeriğindeki karbondioksiti bırakarak O 2 alır. Oksijenden zengin bu kan pulmoner venlerle sol atriyuma ve oradan da sol ventriküle taşınır. Sol ventrikülden aortaya pompalanan oksijenlenmiş kan arterler aracılığıyla tüm vücut bölgelerine gönderilir (perifere). Dokularda O 2 ni bırakıp metabolizma ürünü olan karbondioksiti aldıktan sonra venler aracılığıyla tekrar sağ kalbe iletilir. Kalp ile akciğerler arasındaki dolaşıma pulmoner dolaşım, kalple vücudun diğer tüm bölümleri arasındaki dolaşıma da sistemik dolaşım adı verilir. Eğitim Fakültesi_Spor Fizyolojisi Ders Notları_2009 8

9 KALP KASININ FİZYOLOJİSİ: Kalp Döngüsü: Bir kalp atımının başlangıcından, bir sonraki kalp atımının başlangıcına kadar gerçekleşen fizyolojik olaylardır. Kalp döngüsü, kalbin kan ile dolduğu, diyastol (gevşeme) ve takiben kanın perifere ve akciğerlere atıldığı sistol (kasılma) dönemlerinden oluşur. Gevşeme sırasında dolan her bir ventrikülün hacmi ml'ye yükselir. Buna diyastol-sonu hacmi denir. Sistol sırasında ventriküller boşalınca, her birinin hacmi 70 ml azalır. Bu atım hacmidir. Her bir ventrikülde geride kalan ml ise sistol-sonu hacmidir. Kalbin bir dakikada aortaya pompaladığı kan miktarına kalp debisi (5000ml = 5l), venalardan bir dakikada sağ atriyuma akan kan miktarına ise venöz dönüş adı verilir. Kalbin Pompalama İşlevinin Düzenlenmesi Dinlenmedeki bir kişide kalp dakikada ortalama 5 litre kan pompalar. Egzersiz sırasında kalp kası bu miktarın 2-7 kat daha fazlasını pompalamak zorundadır. Kalbin pompaladığı kan hacminin düzenlenmesi iki yolla olur: 1- Kalbe dönen kanın hacmindeki değişikliklere cevap olarak pompalama işlevinin iç-kaynaklı düzenlenmesi: Buna göre "fizyolojik sınırlar içinde kalp, venalarda normalden fazla miktarda kan birikmesine izin vermeyecek şekilde kendisine gelen kanın tamamını pompalar". Başka bir deyişle pompalama kuvveti artan kalp kası artan miktarda kanı arterlere pompalar. 2- Kalbin otonom sinir sistemi ile düzenlenmesi: Kalbin pompalama etkinliği kalpte dağılmış çok sayıda sempatik ve parasempatik sinirin denetimi altındadır. Sempatik uyarılar: 1) kalp kasılma hızını arttırırlar, 2) kalp kasının kasılma kuvvetini arttırırlar. Böylece kalpten bir dakikada pompalanan kan miktarı (kalp debisi) birkaç kat artabilir (Egzersiz başlar başlamaz devreye girer). Parasempatik uyarılar: 1) kalp hızın yavaşlatır hatta kalbi geçici olarak durdurabilir, 2) kalbin kasılma gücünü hafifçe azaltabilirler. Kalbin Ritmik Uyarılması: Kalpte kalp kasının ritmik kasılmasını sağlamak için ritmik uyarılar doğuran ve bu uyarıları hızla bütün kalbe ileten özelleşmiş bir sistem bulunur. Bu sistem kalbin özelleşmiş uyarı ve ileti sistemi olarak adlandırılır. Bu sistemin bileşenleri şunlardır: 1- Normal ritmik uyarıları doğuran sinüs düğümü (sinoatrial, S-A, düğüm):sağ atriyumun üst-yan duvarında, vena kava superiorun ağzına yakın yerleşmiş özel bir kas kitlesidir. Normal koşullarda kalbin atım hızını sinüs düğümü belirler. 2- Uyarıları sinüs düğümünden atrioventriküler (A-V) düğüme ileten düğümlerarası yollar: Sinüs düğümü liflerinin uçları, bunları çevreleyen atriyum kası lifleri ile kaynaşmıştır. Sinüs düğümünde doğan elektriksel uyarılar/sinyaller bu liflere doğru hareket ederek atriyum kas kitlesinin tamamına ve oradan da A-V düğüme yayılır. 3- Atriyumlardan gelen uyarıların ventriküllere geçişini geciktiren A-V düğüm: sağ atriyumda, triküspid kapağın hemen arkasında yerleşmiştir. Kalpte uyarı A-V düğümden ventriküllere A-V demet içinde Purkinje lifleri ile taşınır. 4- Uyarıları atriyumlardan ventriküllere ileten A-V demet: A-V demet sağ ve sol dallara ayrılarak, her iki ventrikül boşluğunu çevreleyecek şekilde, ventrikülün apeksine ve oradan da kalbin tabanına doğru, giderek daha küçük dallara ayrılarak ilerler. Eğitim Fakültesi_Spor Fizyolojisi Ders Notları_2009 9

10 5- Uyarıları ventriküllerin bütün bölgelerine ileten sağ ve sol Purkinje lifleri En uçtaki Purkinje lifleri kas kitlesinin derinliklerine inerek sonuçta kalp kası lifleri ile devamlılık kazanırlar. Purkinje lifleri çok büyük liflerdir ve aksiyon potansiyellerini çok hızlı iletirler. düzgün ve sürekli akımını sağlar. Eğer arterlerin gerilebilme yeteneği olmasaydı, kan dokularda yalnızca sistol boyunca ilerler, diyastolde kanın akması mümkün olmazdı. Bütün damarlar içinde en fazla gerilebilme yeteneği olanlar venalardır. Hafif bir basınç artışı bile venlerde litre ekstra kan depolanmasına neden olur. Bu özellikleri ile venler, dolaşımda başka bir vücut bölgesinde gerektiğinde kullanılmak üzere büyük miktarda kanın depolanmasını sağlar. Örneğin vücuttan kan kaybı olduğu ve arter basıncı düşmeye başladığı zaman, dolaşımın basınca duyarlı bölgelerinden basınç refleksleri doğar; bunlar venlere sempatik sinyaller göndererek kasılmalarını sağlar ve dolaşıma depodan kan verilerek kanamanın yol açtığı eksiklik giderilebilir. Aynı refleks yolla egzersiz sırasında artan kardiyak debi ile kullanıma sunulan kanın büyük kısmı da venlerden gelir. KAN BASINCI Kan basıncı kanın damar çeperinin herhangi bir birim alanına uyguladığı basınçtır. Arterlerdeki sistolik basıncın kaynağını ventriküllerin kasılması oluştururken, ventrikül sistolü ile gerilen arterlerin daralması da diyastolik basıncın kaynağını oluşturur. Diyastolik basınç sayesinde dolaşım sisteminde kan kesintisiz bir şekilde akar. Kan basıncı, ölçüm için standart olarak cıvalı manometreler kullanıldığından, sıklıkla mmhg olarak ifade edilir. Bir damarda basıncın 50 mmhg olması, o damardaki kanın uyguladığı kuvvetin bir cıva sütununu 50 mm'lik düzeye çıkarabileceği anlamına gelir. Damarların gerilebilme yeteneği: Damar sisteminin önemli bir özelliği tüm damarların gerilebilir, esnek olmasıdır. Bu özellikleri nedeniyle, örneğin arteriyollerde basınç artarsa bu damarlar genişler ve dirençleri azalarak kan akımı artar. Arterler esnek yapıları sayesinde kalbin kanı nabızlı olarak pompalamasına uyum sağlarlar. Bu özellik kanın, dokuların çok küçük damarları içinde hemen tamamen Aortadan çıktığı noktada sistolik ve diyasyolik değereleri 120/80 mmhg olan artreriyel basınç damar sistemi boyunca azalarak sağ atriuma döndüğü noktada 0 ila 2 mmhg arasına geriler. Kardiyak pompanın calışması sayesinde damar sisteminde basıncın bu şekilde giderek azalması sistemik ve pulmoner dolaşımı ve döngüyü mümkün kılar. Mikrodolaşım ve Kapiller (Kılcal damarlar) Sistem: Kılcal damarlarda gerçekleşen mikrodolaşımda besin Eğitim Fakültesi_Spor Fizyolojisi Ders Notları_

11 maddeleri ve O2 dokulara taşınır ve hücresel atıklar uzaklaştırılır. Yüzey alanı metrekare olan yaklaşık 10 milyar kılcal damar vücudun tümünde bu işlevi yerine getirir. Maddelerin plazma ile hücreler arasındaki geçişini sağlayan en önemli yol difüzyondur (sızma). Yağda eriyebilen maddeler (örn. O 2 ve CO 2 ) doğrudan kapiller zardan geçerler. Buna karşılık, suda eriyen maddeler (örn. Na +, Cl -, glikoz) ve H 2 O molekülleri kapiller zardaki deliklerden difüzyona uğrarlar. KAH maks (maksimum kalp atım hızı) = 220 yaş Andersen formulü (Riskli kişilerde maksimumda 10 vuru kadar daha az beklenebilir) EGZERSİZDE KALP-DOLAŞIM SİSTEMİ FİZYOLOJİSİ Kalp atım sayısında ve solunum sayısında hızlanma daha egzersiz tam olarak başlamadan, korteksin uyarılmasıyla (düşünce ile) sinir-kas arası mekanizmaların harekete geçmesi ile başlar. Kas kasılması ve güç oluşumu, egzersizin tipi ve şiddetine göre kardiyovaskuler sistemin O 2 ve enerji sunmasına bağlı olarak ya yorgunluktan tükenene ya da amacın gerçekleşmesine kadar devam eder. Bu surada metabolizmanın yükselmesi ile vücut ısısı da artar. Egzersiz sırasında oluşan bu metabolik değişiklikler ve özellikle aktif kasların oksijen ihtiyacının artması, kalp dolaşım sisteminde önemli değişikliklere neden olur: 1) Kalp atım sayısı (nabız): Kalp atım sayısı egzersize kalp-dolaşım sisteminin yanıtını en kolay gösteren değişikliktir. Egzersizde iş yükünün artışına paralel nabız da artar. En üst noktada egzersizin şiddetinin artmaya devam etmesine rağmen kalp atım sayısı artık değişmiyorsa bu maksimum kalp atım sayısıdır ve tahmini değeri 220-yaş formülü ile öngörülebilir. Bu değer egzersiz şiddetini belirlemek açısından da önemlidir. Örneğin 40 yaşında bir bireyin egzersiz sırasındaki kalp atım sayısı 125 civarı ise bu birey maksimmumun (220-40= 180) % 70 i şiddetinde bir egzersiz yapıyor denebilir. 2) Kalbin bir kerede pompaladığı kan miktarı= atım hacmi: Egzersizde atım hacminin egzersizin şiddetine paralel artışı, maksimalin % ı civarına kadar devam eder. Bu noktada atım hacmi bir plato kararlı denge izlemeye başlar. Antrenmansız bireylerde dinlenimde ml civarı olan atım hacmi değeri maksimal egzersizde ml ye ulaşır. Endurans (dayanıklılık) sporcularında ise dinlenimde ml olan bu değer maksimal egzersizde ml civarına yükselir. Yatar ve dikey poziyonda egzersiz yapmak yer çekimi etkisi ile venöz dönüşü etkileyerek atım hacmini değiştirir. Bu hacim 4 unsur tarafından belirlenir: a)kalbe venöz dönüş yapan kan miktarı b) Ventriküler genişleme kapasitesi, diyastol sonu hacim (DSH, 120 ml) ile sistol sonu hacim (SSH, 50 ml) bu kapasiteyi belirler. c) Ventrikülün kasılma gücü d) Arter basıncı (arteryel tansiyon). Eğitim Fakültesi_Spor Fizyolojisi Ders Notları_

12 3) Kalbin bir dakikada pompaladığı kan miktarı (kardiyak debi): Dinlenim de 4-5 litre/dak olan kardiyak debi maksimal egzersizde litre/dak ya ulaşabilir. Olimpik düzeydeki sporcularda 60 litre/dak ya gibi değerler görülebilir. Çalışan kasların fazladan oksijen ihtiyacı karşılamak için artan kalbin dakikalık kan pompalama kapasitesi (kardiak debi) kalp atım sayısı ile atım hacminin çarpımının bir sonucudur. 4) Kan akımı: Dinlenimde kardiyak debinin % si kaslara giderken bu oran tüketici bir egzersizde %80-85 lere kadar ulaşır. Kan akımının yeniden düzenlenmesinde: 1) vücudun inaktif bölgelerindeki damarlarda refleks vazokonstriksiyon (daralma), özellikle mide-bağırsak sistemi, karaciğer, böbrek ve deride; 2) egzerzisin hemen öncesinde ve başlangıcında özellikle dikkati çeken çalışan kaslarda ki damarlarda refleks vazodilatasyon (genişleme), 3) O 2 nin azalması, CO 2 in artışı, asidite, ısı artışı ile adenozin, Mg +2 ve K + derişim artışları gibi yerel unsurlar belirleyicidir. Çalışan kaslarda yoğunlaşan yerel öğeler, özellikle nitrik oksit (NO) artışına yol açarak yerel damarları genişletip kan akımını çoğaltırlar. Egzersizin hemen başlangıcında otonom sinir sisteminin sempatik desarji (noradrenalin, adrenalin artışı) arteriyel damar sisteminde daralmaya yol açar. Ancak kalp kası, solunum kasları ve çalışan iskelet kasların artan O 2 ihtiyacı ve metabolizma artık ürünlerinin uyarısı bu daralmaya baskın çıkarak kan akımını artırmak üzere bölgedeki arteriyel damarların genişlemesini sağlarlar. Böylece, kan akımı etkin olarak çalışmayan vücut bölgelerinden egzersiz yapan ve çalışan vücut kasları ile organlarına yönlendirilir (refleks mekanizma). Kan akımının dağılımına ilişkin diğer bir önemli nokta da egzersiz şiddeti arttıkça, özellikle maksimuma doğru, ısı kaybını artırmak için deri damarlarında genişlemenin ön plana geçmesidir. Bu çerçevede, egzersizden dakika önce alınan besinler mide-bağırsak kan akımında %20-25 artışa yol açarken ekstremite (kol-bacak) kaslarında egzersiz esnasında kan akımını % azaltır. Bu durumun egzersize başlama zamanı açısından dikkate alınmalıdır. Eğitim Fakültesi_Spor Fizyolojisi Ders Notları_

13 5) Kan basıncı: Kan basıncı (KB) = TPR (total periferik direnç ) ile KD (Kardiyak orantılıdır. Kardiyak debi ise sistolik basınç ile orantılıdır. KAN BASINCININ SİSTOLİK VE DİYASTOLİK DEĞERLERİNİN EGZERSİZ İLE DEĞİŞMESİ Arteriyel basınç değişikliklerinde yapılan egzersizin tipi, egzersizde kullanılan ekstremite ve /veya kas grupları gibi unsurlar kan basıncı değeri üzerinde belirleyicidir. Vücuttaki kasların çoğunluğun etkin olduğu, böylece yaygın damar genişlemesinin görüldüğü dayanıklılık (endurans) tipi yürüme, koşma, yüzme (en az dak sürecek şekilde) gibi egzersizlerde sistolik basınçta artma görülür (sistolik basınçın artan venöz dönüş ve atım hacmi ile yakın ilişkili olduğu hatırlanmalıdır). Dinlenimde 120 mmhg olan sistolik kan basıncı değeri egzersizde 200, hatta elit sporcularda ye kadar çıkabilir. Bu da kanın kas dokuya daha hızlı bir şekilde ulaşması açısından önemlidir. Diyastolik kan basıncı endurans tip egzersizlerde önemli bir değişiklik göstermez, bazen çok az düşer veya yükselir. Dayanıklılık sporları sırasında diyastolik basıncın 15 mmhg veya üzeri yükselmesi anormaldir ve egzersiz sonlandırılmalıdır. Güç- çabukluk/ sprint egzersizlerinde veya küçük kas grupları ile yapılan değişik tip egzersizlerde ise (kısa süreli maksimal koşma, atma, atlama, ağırlık kaldırma gibi patlayıcı güce dayanan etkinlikler) vücut damarlarında refleks daralma ön plandadır. Adrenalin boşalması demek olan maksimum veya debi) çarpımına eşittir. TPR arteriyel sistemin kan pompalanmasına karşı gösterdiği dirençtir, diyastolik basınç ile yakın sempatik desarj olunca total periferik direnç yükseleceği için bunun yansıması olan diyastolik arter basıncıda yükselecektir. Bu durum, özellikle doğumsal arter bozukluğu, damar sertliği (ateroskleroz) veya diğer kardiyak sorunları olan kişilerde istenmeyen bir sonuçtur. Bu şahıslarda seçilmesi gereken dayanıklılık tipi egzersizlerdir. 6) Kandaki değişiklikler: Arter kan oksijen miktarından venöz kan oksijen miktarı çıkarıldığında elde edilen değer arterio-venöz oksijen farkı olarak isimlendirilir ve dinlenimde 100 ml kan için 5 ml dir. Aktif kasların egzersizde daha fazla oksijene ihtiyaç duyması arteriyollerden daha fazla oksijenin kasa geçmesine neden olur ki kastaki venöz kanda oksijen miktarı kuramsal olarak sıfıra kadar düşebilir. Ancak pratikte sağ atriuma ulaşan venöz kandaki değeri ise 100 ml kan için 5 ml kadardır. Sonuçta ortalama bir atlet için maksimum egzersizde oluşan maksimum arterio-venöz oksijen farkı 100 ml kan için ml olarak saptanır. Olimpik düzeydeki sporcular 100ml arter kanından ml O 2 çekebilirler. EGZERSİZE YENİ BAŞLAYANLAR ( SEDANTERLER) İÇİN TEMEL İLKELER 35 yaş üstü ve/veya kilolu gençlerde: Haftada 3 gün, en az 30 dak (ısınma dahil), maksimum kalp atımının %60 ı ile yapılan dayanıklılık egzersizleri (yürüme, koşma, yüzme gibi) Haftada 3 gün, en az dak, maksimun gücün zorlandığı kuvvet egzersizleri (sprint, ağırlık, atma, atlama gibi) Normal kilolu ve göreceli olarak aktif kişilerde bu zamanlara başlangıç için dak ilave edilebilir. Eğitim Fakültesi_Spor Fizyolojisi Ders Notları_

14 ANTRENMAN VE KALP-DOLAŞIM SİSTEMİ Düzenli egzersiz veya antrenman yapan sporcularda kalbin kan pompalama gücü gelişir. Kalpte iç hacim artışı ve/veya kas kitlesinde artış (hipertrofi) belirgin değişikliklerdir. Dayanıklılık sporcularında hacim (özelliklede ventrikül çapında artma) ağırlıklı bir gelişime karşın güç geliştirme sporu yapanlarda hipertrofi (ventrikül kas kitlesinde daha belirgin) ağırlıklı gelişim söz konusudur. Bu değişmeler ekokardiografi aleti ile saptanabilir. Sedanterler ile karşılaştırıldığında belirgin olan bu anatomik ve histolojik kardiyak değişimler vücut kitlesi ile oranlandığında özelliğini kaybeder. Fizyolojik sonuçlar ise, antrenmanla diyastol sonu hacmin artarken sistol sonu hacmin azalmasıdır (atım oranı/ ejeksiyon fraksiyonun büyümesi). Diğer bir deyişe atım hacminin artması ve dolayısıyla kardiyak debinin de artmasıdır. Bu artışlar dayanıklılık antrenmanı yapanlarda özellikle belirgindir. Tüm bu değişimler maksimal oksijen kullanım yeteneğinin de artması demektir. Antrene kişilerde kalp atım sayısı bir kaç dakika içinde dinlenim seviyesine dönerken sedanterlerde bu süre belirgin şekilde daha uzundur. Antrenman sonucu artan iskelet kasının kapilleritesi (kılcal damar sayısı) kan akımının artması anlamına gelir. Kastaki kapillerlerin daha fazla dilate olması, kardiak debinin daha büyük bir bölümünün çalışan kasa yönlenmesi antrene kişilerde kas kan akımının artmasına yol açar. Ayrıca aylar süren antrenmanlar sonrası kas myoglobulini ve 2,3 difosfogliserat (DPG) miktarında artışlar kasın oksijenlenmesini kolaylaştırması açısından önemlidir. O 2 bağlayan özel bir protein olan myoglobin, kas hücresinde O 2 nin zardan mitokondrilere taşınmasını kolaylaştırır. Pre-training: antrenman öncesi, Post-training: ant nrası, EF: atım oranı Güçlenen miyokard dolayısıyla antrenman sonrası aynı işi yapmak için gereken atım sayısı daha azdır. Ayrıca antrenmanlı kişilerde dinlenimde kalp atım sayısı belirgin şekilde düşer, ancak maksimum kalp atım sayısında ise önemli bir değişim gözlenmez. Kalp dolaşım sisteminin antrenmanla geliştiğinin en kolay göstergelerinden biri egzersiz sonrası toparlanmadır. Antrene kişilerde submaksimal veya maksimal egzersizde kan basıncı değerlerinde sedanterle karşılaştırıldığında önemli bir fark gözlenmemesine karşın dinlenim kan basıncında 10 mmhg civarı bir düşüş gözlenir. 4-6 haftalık aerobik egzersiz sonrası dinlenim sistolik ve diyastolik kan basıncında 6-10 mmhg lık azalma saptanır. Bunun sebebi antrene kişilerde antrenmanla gelişen Eğitim Fakültesi_Spor Fizyolojisi Ders Notları_

15 kardiyosirkulatuvar ve sinirsel uyumlar sonucu istirahat metabolizmasının daha az sempatik deşarj ve periferik direnç ile karşılanabilmesidir. Submaksimal veya maksimal egzersizlerde ulaşılan kan basınçları ise değişmez. Kronik egzersiz sonucu edinilen kardiyo respiratuvar kazanımlar, antrenmana son verildikten belli süreler sonra başlangıç seviyelerine dönerler. Kardiyak debi ve atım hacmindeki artış, bunların sonucu gelişen dinlenim bradikardisi; arteriyel kandan daha fazla O 2 alabilme yeteneği, VO 2maks ta saptanan yükselme gibi çeşitli kazançlar; egzersize tamamen son verildikten sonra üçüncü haftadan başlayarak geriler ve 10 ila 12 haftada antrenman öncesi seviyelere dönerler. Bu geri dönüş hızı kişisel antrenman düzeyine, egzersizin tipi ve şiddetine bağlıdır. Kazanımları önemli ölçüde korumak için yapılması gereken haftada en az 2 gün, önceki antrenman yoğunluğunun %50-60 ile yaşam boyu egzersize devam etmektir. Zorunlu hallerde verilmesi gereken aralar 2-3 haftayı geçmemelidir. EGZERSİZ VE SOLUNUM SİSTEMİ FİZYOLOJİSİ Solunum sisteminin esas görevi vücudun bütün dokularının metabolizması için gerekli oksijeni atmosfer havasından almak ve metabolizma sonucu açığa çıkan CO 2 ' i atmosfer havasına atmaktır. Solunum sistemi bu amaçla dolaşım sistemini atmosfer havasına bağlar. İnsanda akciğerlerin total vücut kitlesine göre çok büyük bir hacmi olmamasına rağmen, çok geniş bir yüzey alanına sahiptir. Bu sayede hızlı bir gaz difüzyonu sağlanır. Solunum yollarını oluşturan yapılar: Akciğerler ağaç benzeri havayolu aracılığı ile havalanırlar. Solunum yolunu oluşturan trakea önce iki bronşa ayrılır. Her bir bronş birçok dallara ayrılarak sonuçta bronşiyolleri oluştururlar. Terminal bronşiyol denen son dallar, daha küçük olan respirator bronşiyole açılırlar. Respirator bronşiyollede akciğerlerde gaz değişiminin gerçekleştiği alveolar kanal ve keselerde sonlanırlar. Bronşiyoller yalnızca düz kas hücreleriyle çevrilidir ve otonom sinirlerin etkinleşmesine ve bazı hormonlara cevap olarak çaplarını değiştirebilirler. Parasempatik (vagal) aktivite bronşiyol düz kaslarının hafiften orta dereceye kadar kasılmasını sağlar. Sempatik aktivite, epinefrin ve norepinefrin bronşiyol düz kasları gevşetir. Böylece havayolları genişlerken hava akımına direnç azalır ve daha kolay nefes alır veririz.. Akciğerlerin temel işlevsel ünitesi alveollerdir. Her akciğerde yaklaşık 300 milyon alveol bulunmaktadır. Bu alveollerin oluşturduğu yüzey alanının 70 m 2 'ye yaklaştığı hesaplanmıştır. Alveollerin bu geniş yüzey alanı yoğun bir damar ağına sahiptir. Bu kapillerlerden eritrositler ancak sıkışarak geçebilmektedir. Böylece O 2 ve CO 2 'in çok kalın plazma tabakasından geçmesi gerekmez. Bu olay gazların difüzyon hızını arttırır. PULMONER VENTİLASYON Ventilasyon işi inspirasyon (nefes alma) ve ekspirasyon (nefes verme) olmak üzere iki kademede gerçekleşir. Bu iki olay uygun hava basıncı oluştuğunda, gazların hava basıncı yönünde akciğerlerin içine veya dışına hareketi ile oluşur. Solunum kasları göğüs kafesini genişletip daraltarak akciğer alveollerindeki basıncın Eğitim Fakültesi_Spor Fizyolojisi Ders Notları_

16 (=intralveoler basınç, intrapulmoner basınç) azalıp artmasına neden olurlar. Akciğerlerin dış yüzeyi ile göğüs kafesinin iç yüzünü örten plevra zarı arasındaki boşlukta intraplevral basınç bulunmaktadır. Bu basınç akciğerlerin normal gergin durumunu sağlar. Normal sakin solunumda insprasyon esas olarak diyafragmanın, daha az olarak eksternal interkostal kasların kasılması ile sağlanır. Derin inspirasyonda ise diyafragma ve eksternal interkostal kaslara ek olarak diğer yardımcı solunum kasları devreye girer. Bu kasların kasılması göğüs kafesini dışa ve yukarı doğru çekerken, diyafragma aşağı doğru iner. Dinlenimde ekspirasyon pasif bir olaydır, göğüs kaslarının ve diyafragmanın gevşemesi ile soluk verilir. Egzersiz sırasındaki derin ekspirasyonda bu esnek güçler yeterli olmaz. Karın kasları, internal interkostal kaslar ve diğer yardımcı kaslar kasılarak göğüs kafesi aşağı doğru çekilirken, diyafragma yukarı doğru itilerek derin ekspirasyon gerçekleştirilir. AKCİĞER HACİM VE KAPASİTELERİ Soluk alma işlemine inspirasyon, soluk verme işlemine ekspirasyon adı verilir. İnspirasyon ve ekspirasyon sırasında akciğerlerdeki hacim değişiklikleri spirometre ile ölçülebilir. Akciğerler hava ile maksimum dolu iken, dört ayrı hacim ve dört ayrı kapasite içermektedir. Kapasite terimi, birden fazla hacmi kapsayan akciğer fonksiyonları ölçümünü tanımlamaktadır. Erişkin bir insanda sakin solunumda dakikadaki soluk sayısı arasındadır, çocukta ise biraz daha fazladır. Vücut aktivitesi ve metabolik hastalıklarla ilişkili olarak artış görülür. Tek bir solukta inspire veya ekspire edilen hava hacmine soluk hacmi (tidal volüm) denir, normal değeri yaklaşık 500 mldir. Solunum faaliyeti arttıkça solunum hacmi de artar. Soluk hacmi, soluk sayısı ile çarpılırsa solunum dakika hacmi bulunur Solunum dakika hacmi (V E ) = Soluk hacmi x soluk frekansı = 500 ml x 12 dak- 1 = 6 L.dak-1 Maksimum bir ekspirasyondan sonra akciğerlerde kalan ve çıkartılamayan hava hacmi rezidüel volümdür (tortu hacmi), yaklaşık 1200 ml 'dir ve bu hacim spirometre ile ölçülemez. Zorlu/maksimum bir inspirasyondan sonra maksimum ekspire edilebilen hava hacmi vital kapasite adını alır. Vital kapasite genç sağlıklı kişilerde yaklaşık ml'dir. Derin bir inspirasyondan sonra akciğerlerde bulunan hava hacmine total akciğer kapasitesi denir ve yaklaşık ml kadardır. Vital kapasite ve tortu hacminin toplamına eşittir veya bir deyimle bütün hacimlerin toplamıdır. Alveolar ventilasyon: Pulmoner ventilasyonda akciğerlerde gaz değişiminin yapıldığı pulmoner kapillerlere en yakın bölümlerdeki keseciklerde (alveoller) havanın sürekli yenilenmesine alveolar ventilasyon denir. Normal Eğitim Fakültesi_Spor Fizyolojisi Ders Notları_

17 solunumla alınan havanın önemli bir kısmı gaz değişiminin olmadığı solunum yollarını doldurur. Bu kısma anatomik ölü boşluk denmektedir. Alveollerin az bir kısmı da işlev görmediği için ölü boşluktur. Normal genç erişkinlerde anatomik ve fizyolojik ölü boşluğun toplamı 150 ml kabul edilir Alveoler ventilasyon = Solunum frekansı x (Tidal hacim-ölü boşluk hacmi) = 12 x ( ) = 4.2 l/dak Pulmoner Dolaşım: Akciğerlerdeki kanın % 99 'u pulmoner arterlerden gelir. Bunun görevi kan ile akciğer alveolleri arasında O 2 ve CO 2 değişimini sağlamaktır. % 1-2'si ise bronşial arter ile sistemik arterlerden gelir. Bunun görevi ise akciğer parankim dokusunun beslenmesi için gerekli maddeleri sağlamaktır. O 2 ve Co 2 Solunum Membranından Difüzyonu Ve Kanda Taşınmaları Gaz alım veriminin temeli, gaz moleküllerinin kinetik enerjileri sonucu sürekli hareket halinde olmaları ve çok yoğun ortamdan az yoğun ortama doğru hareket etmeleridir. Gazlar bu hareketleri sırasında gerek birbirlerine, gerekse içinde bulundukları ortamın çeperine çarparlar. İşte bu çarpma gaz basıncını meydana getirir. Bir ortamda bulunan moleküllerin sayısı ne kadar fazla ve kinetik hareketleri ne kadar hızlı ise gaz basıncı o kadar yüksek olur. Bu yüzden gaz basıncı, birim hacimde bulunan moleküllerin sayısına bağlıdır. Deniz düzeyinde gazların oluşturduğu basınç 760 mmhg'dır (atmosfer havasını oluşturan bütün gazların oluşturduğu toplam basınç = total basınç). Parsiyel (kısmi) basınç total basıncı oluşturan her gazın ayrı ayrı oluşturduğu basınca denir. Örneğin, atmosfer havasının % 'si azot, % 'ü O 2, % 0.04 'ü CO 2 ve % 0.9 'u diğer gazlardan oluşmuştur. Total basınç 760 mmhg olduğua göre: azotun parsiyel basıncı 760 X 78.62/ 100 = mmhg yaklaşık 600 mmhg, oksijenin parsiyel basıncı 760 X 20.84/ 100 = 159 mmhg yaklaşık 160 mmhg karbondioksit kısmi basıncı ise 760 X 0.04/ 100 = 0.3 mmhg 'dır. Oksijenin Periferik Kapillerlerden Doku Sıvısına Difüzyonu: Arteriyel kan uç dokulara ulaştığında, kapillerlerdeki PO 2 hala mmhg'dır. Doku hücrelerini çevreleyen interstisyel sıvıda ise PO 2 yalnızca 40 mmhg'dır. Bu basınç farkı ile oksijen kandan dokulara doğru hızla difüzyona uğrar. Doku kapillerlerini terkeden ve venalara giren kanda PO 2 düzeyi 40 mmhg kadardır. Kanda Oksijenin Taşınması: Normalde akciğerlerden dokulara taşınan oksijenin yaklaşık % 97'si eritrosit içinde hemoglobinle kimyasal bileşik halinde taşınır. Kalan % 3 ise plazmada ve hücre sıvısında çözünmüş durumda taşınır. Hemoglobin oksijenle geri dönüşümlü olarak bağlanır ve düşük PO 2 'de oksijeni serbest bırakır. PO mmhg iken kanın alabileceği maksimum oksijen miktarına oksijen kapasitesi denir. Kanda karbondioksitin taşınması: Kapillerlerin arteriyel ucuna gelen kanın PCO 2 'ı 40 mmhg 'dır. İntraselüler PCO 2, CO 2 'in dokularda sürekli olarak metabolik olaylarda üretilmesi sonucu 46 mmhg'dır. İnterstisyel PCO 2 ise 45 mmhg 'dır. Bu basınç farkı sonucu CO 2 kapiller kana difüze olur. Kapillerlerin venöz ucundaki kanın PCO 2 'ı 45 mmhg 'dır. Kanda CO 2 'in taşınması üç şekilde olur. 1- CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCO 3 + H + reaksiyonu sonucu açığa çıkan HCO 3 - şeklinde taşınması (%70) 2- Eritrosite giren CO 2 'in hemoglobinle birleşerek karbamino-hemoglobin şeklinde taşınması (%23) 3- Plazmada erimiş olarak taşınması (%7) SOLUNUM REGÜLASYONU Soluk alıp verme otomatik olarak devam eden bir olaydır. Kalp çalışmasına benzetilebilir, ancak solunum kaslarının kasılması için sinirsel sinyallere gerek duyulur. Solunum kaslarının çalışması istemli olarak da kontrol edilebilmesine rağmen internal uyaranlar daha büyük önem taşımaktadır. Bu yüzden kişiler nefeslerini bir kaç dakikadan fazla Eğitim Fakültesi_Spor Fizyolojisi Ders Notları_

18 tutamamazlar. Solunum hızının kontrolü sinirsel ve kimyasal olmak üzere iki çeşittir: A- Solunumun sinirsel regülasyonu: Sinir sistemi alveolar ventilasyon hızını en ağır egzersizde bile kanın arteryel oksijen (PO 2 ) ve CO 2 basıncı (PCO 2 ) hiç değişmeyecek şekilde ayarlar. Solunum hızının vücudun ihtiyacına göre düzenlenmesini sağlayan solunum merkezi alt beyinde bir dizi nöron gruplarından oluşmaktadır.. Ancak, periferden (akciğerler, kemoreseptörler) ve merkezi sinir sisteminin diğer bölgelerinden gelen uyarıların etkisiyle solunum merkezinin faaliyeti değiştirilebilir. Solunum merkezindeki solunum nöronları iki gruba ayrılırlar. Dorsal solunum grubu nöronları, medullanın dorsaline (arka, sırt tarafına) yerleşmiştir, başlıca inspirasyondan sorumludurlar. Ventral solunum grubu nöronları ise medullanın ventraline (ön tarafına) yerleşmiştir. Buradaki nöronlar vücudun ihtiyacına göre inspirasyon ve ekspirasyondan sorumlu olabilirler. Öte yandan O 2, solunum kontrolü açısından beyindeki solunum merkezleri üzerine önemli bir doğrudan etkiye sahip değildir. Bunun yerine hemen tamamıyla aort yayı ve karotid arterin çatallanma noktasında bulunan periferik kemoreseptörler üzerine etki eder ve bunlar solunumun kontrolü için uygun sinirsel sinyalleri merkeze iletirler. Solunum düzenlenmesinde önemli rolü olan periferik kemoreseptörler, glomus karotikum ve glomus aortikumda bulunur. Glomus karotikum, iki taraflı olarak karotis arterlerin çatallanma bölgesinde bulunur. Glomus aortikumlar arkus aorta boyunca sıralanmıştır. Buradan kaynaklanan sinyaller vagus siniri ile aynı merkeze ulaşır. Santral kemoreseptörlerin aksine periferal kemoreseptörler arteriyel kanla doğrudan temas halindedir. Periferal kemoreseptörler en çok arteriyel PO 2 'na hassastırlar. Arteriyel PO 2 azaldığında kemoreseptör etkinlik önce yavaş artar, ancak PO 2 'nın daha düşük değerlerinde artış hızlıdır. Arteriyel PO 2 azaldığında aortik ve karotid cisme ait sinirler artan uyarıları beyin sapındaki solunum merkezlerine iletir. Solunum merkezleri buna solunum sıklığını ve tidal hacmi arttırarak cevap verirler. B-Solunumun kimyasal düzenlenmesi: Solunumun ana hedefi, vücut sıvılarında O 2, CO 2 ve H + iyon düzeylerini uygun düzeyde devam ettirmektir. CO 2 veya H + iyonlarının fazlalığı doğrudan solunum merkezini uyarır. Sonuçta solunum kaslarına giden hem inspirasyon hem de ekspirasyon sinyalleri önemli ölçüde artar. EGZERSİZDE VENTİLASYON VE OKSİJEN KİNETİĞİ Egzersizde dolaşan kanda oksijen miktarının ve ph ın düşmesi, karbondioksidin artması periferik ve merkezi kemoresöptörler yolu ile solunum merkezinin uyarılması sonucu solunumun hızlanmasına yol açar. Fakat egzersiz başlamadan veya egzersizin ilk saniyelerinde dolaşan kanda bu tür Eğitim Fakültesi_Spor Fizyolojisi Ders Notları_

19 değişiklikler olmamasına karşın solunum artmıştır. Bu da egzersizde solunumun düzenlenmesinde kimyasal mekanizmalar dışında sinirsel düzenekler de olduğuna işaret etmektedir. Egzersize solunum yanıtı 3 fazda incelenebilir: Faz I: Ani artış dönemi: serebral korteksden egzersize başlamak için kaslara giden uyarıların solunum merkezlerinden geçmesi sonucu uyarması, egzersize başlama ile aktif kaslardan kalkan uyrıların yine solunum merkezine gitmesi ile solunum artar. Kimyasal hiç bir değişim yoktur (serabral korteksten santral-periferik nörojenik mekanizmalar). Faz II (yavaş yükselme fazı, non steady-state ) egzersizden saniye sonra başlar, Bir iki dakika boyunca devam eder. Merkezi ve kaslardan kalkan uyarılara medulladaki solunum sinirlerinin uyarısı eklenir. (Nörohumoral düzenekler, hareket- gerim reseptörleri, kas iğcikleri, proprioseptörler) Faz III (kararlı devre, plato, steady-state ). Önceki, düzenleme mekanizmaları kararlı hale gelirken buna periferal mekanizmalar da (kemoreseptörler, vücut sıcaklığındaki değişiklikler) eklenir. EGZERSİZDE PULMONER O 2 ALIMI (VO 2 ) MEKANİZMALARI Faz I: Kardiyodinamik faz: Kardiyak debi, dolayısıyla pulmoner kan akımındaki artışa bağlı olarak VO 2 de ki ani artış dönemi. Faz II: Hızlı kararsız metabolizma dönemi (non-steady-state): a) vücut O 2 depoları (venöz hb) b) kimyasal enerji depolarının devreye girmesi: Hazırdaki ATP kullanılır ve sürekli diğer kaynaklardan ikame edilerek belli bir seviyede tutulmaya çalışılır. (kritik düzey sürdürülemezse yorgunluk oluşur) Yüksek enerjili fosfat bileşikleri: PCr fosfat + kreatin Glikojen glikolizis laktat- + H+ (piruvatın Krebs siklusune girerek yakılması sonucu anaerobik yoldan enerji oluşması) Faz III: aerobik enerji (O 2 varlığında karbonhidrat, lipid ve çok gerekirse proteinlerin yakılması ) + glikolizis (tüketici egzersizlerde zorunlu olarak anaerobik kaynakların devreye girmesi) VO 2 ÖLÇÜMÜ İLE BELİRLENEBİLEN FİZYOLOJİK PARAMETRELER: Maksimum O 2 alımı, laktat veya anaerobik eşik, O 2 ederi ( VO 2 / W), egzersiz şiddeti veya yoğunluğu Sporda akciğer hacimlerindeki değişimler: Egzersizin yoğunluğuna göre solunum dakika hacmi (VE) istitahattaki 12 l/dak dan l/dak ya kadar çıkabilir. Solunum frekansı 12-16/dak dan 40-60/dak ya, Soluk hacmi (VT) 500 ml den ml ye (vital kapasitenin %50-60 ına) kadar yükselebilir. Bu parametrelerin önemi ekonomik ve kolay uygulanır olan egzersiz testleri (KPET) ile saptanabilmeleri sonucu denek veya sporcuların performansı ve bunun gelişimi ile çeşitli hastalıklarda tanının belirlenip tedavinin izlenmesinde giderek daha yararlı ve yaygın kullanımlarından kaynaklanır. Maksimum O 2 alımı (VO 2 maks): Artan iş yüküne karşın pulmoner O 2 alımın sabit kaldığı en yüksek düzey aşağıdaki koşulları taşıdığı takdirde VO 2maks olarak tanımlanır. a- Kısa da ( sn) olsa bir plato olmalı (yoksa VO 2 pik olarak belirlenir) b- Kardiyak atım sayısı (220-yaş ± 10 ) sınırı içersinde olmali c- R 1.1 in üzerinde olmalı Laktat /anaerobik eşik ( L- an): Egzersiz sırasında laktat üretimindeki net artışın kan Eğitim Fakültesi_Spor Fizyolojisi Ders Notları_

20 laktat düzeyinde artışa yol açarak devamlı hale geldiği pulmoner O 2 düzeyidir. Laktat eşiği doğrudan kandan, tercihen arterden, yapılan ölçümle belirlenebilir. Veya; V-slope yöntemi ile VO 2 ve VCO 2 nın birbirine karşı olan değişimleri ve/veya PETCO2, PETO2, VE/VCO 2, VE/VO 2 gibi solunumsal parametrelerin zamana (yüke, O 2 alımına) karşı ani bir yükselme gösterdikleri noktayı göz önüne alan teknikler kullanılarak dolaylı olarak saptanabilir. O 2 ederi: ( VO 2 / W) = NŞA 8-12 ml/dak/w olmalı VO2 = Egz.sonu Vo2 - Egz.basl. VO 2 W Egz.sonu W - Egz.basl. W(yük) Egzersiz şiddetini belirlemede kullanılan yöntemler: 1- L altı veya üstü (sub- supra- L) 2- Vo2max ın %si(% 60, 110 Vo2max gibi) (VO 2 max - L ) kavramı 4- Kalp hızı Antrenmanın solunum işine etkisi Dinlenimde toplam enerji harcamasının %2 si solunum sistemi tarafından kullanılırken ağır egzersizde tüketilen azalırken, bu egzersiz şiddetine bağlı olarak -iyi derecede antrenmanlı kişide- 1-2 ml.dl -1 ye dek geriyebilir. oksijenin % 15 i solunum sırasında çalışan kaslar için kullanılır. Bu oran akciğer hastalığı olanlarda %40 a kadar çıkar. Pulmoner ventilasyon egzersiz performansı üzerinde sınırlayıcı değildir. Maraton gibi uzun süreli aktivitelerde solunum kaslarındaki glikojen depolarının boşalması performansı sınırlayıcı bir neden olabilir. Fakat diğer iskelet kasları ile karşılaştırıldığında örneğin diafragma kasında oksidatif enzim, mitokondri ve kapiller yoğunluğun 2-3 kat daha büyük olması bu etkiyi azaltır. Dolayısiyle antrenmanın ventilatuvar dayanıklılığa katkı sağladığı söylenebilir. Düzenli yapılan antrenmanlar sonrası (2-8 hafta) aynı işi yapmak için gereken solunum işi ciddi miktarda azalır (Örnek: 100 W dirence karşı iş yapabilmek için gereken O 2 miktarı azaldığı için üretilen CO 2 düzeyi de düşer ve V E da azalır). Antrenman ile solunum işinin azalması solunum kaslarının hipertrofisi sonucudur. -kapiller sayısında artış -mitokondrilerin hacim ve sayısında artış -sitazol ve mitokondride aerobik vd enzimlerin artışı -piruvat, yağ asitleri, keton cisimcikleri gibi enerji kaynaklarını metabolize etme yeteneğinde artış Antrenmanla vital kapasitede minimal artış, rezidüel hacimde minimal düşüş gözlemlenirken soluk hacminde maksimal egzersiz dışında değişiklik olmaz. Solunum sayısı antrenmanla submaksimal egzersizde ve dinlenimde düşerken maksimal egzersizde artar. Tidal hacim ve solunum sayısındaki artış sedanterle karşılaştırıldığında antrene kişilerde pulmoner ventilasyonun 2 kat kadar artmasını sağlar. İyi antrenmanlı bir sporcu arteryel kandan alabileceği O 2 miktarını ml/dl ye kadar çıkarabilir. Normalde arteriyel kanda O 2 miktarı dinlenimde 20 ml.dl -1 den 15 ml.dl -1 ye (venöz kan) Valsalva Manevrası: Kapalı glottise karşı zorlu ekspirasyon yapılmasıdır. Kısa sürede maksimum güç (halter, ağır yük kaldırmak gibi) kullanıldığında Eğitim Fakültesi_Spor Fizyolojisi Ders Notları_