Fizikai aktivitás a víz alatt és az űrben Dr. Uvacsek Martina Forrás: J. H. Wilmore, D. L. Costill (1999):Physiology of Sport and Exercise.

Az előadások a következő témára: "Fizikai aktivitás a víz alatt és az űrben Dr. Uvacsek Martina Forrás: J. H. Wilmore, D. L. Costill (1999):Physiology of Sport and Exercise."— Előadás másolata:

1 Fizikai aktivitás a víz alatt és az űrben Dr. Uvacsek Martina Forrás: J. H. Wilmore, D. L. Costill (1999):Physiology of Sport and Exercise

2 Búvárkodás

3 Hyperbaric környezet, víz alatti fizikai terhelés
A búvárkodás különleges kihívást jelent a szervezetnek, a vízhőmérséklet hatásán kívül a túlnyomással is meg kell küzdeni. A testünk kb. 70% a víz és egyéb folyadék 30%-a szilárd és gáz halmazállapotú. A gázok összenyomhatók! A kívülről jövő víznyomást belül a levegő nyomásával kell kiegyenlíteni! Ez a nyomáskiegyenlítés!

4 Ez a környezet növeli a melléküregekben, a légutakban és a bélrendszerben és a testfolyadékokban oldott gázok nyomását. A melléküregek kiegyenlítését akadályozhatja nátha, allergia egyéb fertőzés vagy rendellenesség. 10m es víz alatti mélységben a víz +760 Hgmm nyomással nehezedik ránk és mivel a víz sűrűbb mint a levegő ez a nyomás egyenlő egy 6000m mélyen levő bányaüregben létrejövő légnyomással.

5 A térfogat és a nyomás fordítottan arányos egymással!
A tüdőre nehezedő nyomás 10m mélységben 2x es, 20m mélységben 3x-os, 30 méteres mélységben 4x-es! 30 mélységben a tüdő térfogata az eredeti 25%-ára csökken! A 10m mélységben belégzett levegő térfogata a 2-szeresére tágul ha közben elérjük a vízfelszínt! Ezért ha felfelé haladsz ki kell fújni a levegőt!!!

6 A vízmélység és a belégzett gázok parciális nyomása
2x 4x A parciális nyomás növekedése nagyobb számú molekula átoldódását eredményezi a testfolyadékokba! Túl gyors emelkedésnél a testfolyadékokban levő gázok nyomása túllépi a víz nyomását. Ennek eredményeképpen a szöveti gázok kioldódhatnak és buborékot képezhetnek.

7 Cardiovasculáris válasz
Az alámerülés csökkenti a vérkeringést terhelő nyomást, segíti a vér visszaáramlását a szívbe, csökkenti a cardiovasculáris rendszer munkáját. Ugyanakkor a plazmatérfogat növekszik, a hematocrit és a hemoglobin mennyiség vagy arány csökken. A nyugalmi szívfrekvencia 5-8 ütéssel kevesebb lesz percenként részleges alámerülésnél. Teljes elmerülésnél ez még inkább jellemző. (Facial reflex!) Bizonyos vízalámerülő emlősök nyugalmi pulzusa akár 90%-kal is csökkenhet.(bradycardia)

8 Embereknél a bradycardia a merülés előtti pulzus 60%-a. Pl
Embereknél a bradycardia a merülés előtti pulzus 60%-a! Pl.: előtte: 70/perc búvárkodáskor: 40-45/perc. A hideg víz tovább csökkenti a nyugalmi és terheléses szívfrekvenciát alámerüléskor. Továbbá a szív szabályozása zavart szenvedhet nagyobb esély a ritmuszavarra!!!

9 Oxigénfelvétel és a szívfrekvencia összefüggése terheléskor, levegőn és vízben
10-12 ütés/perccel alacsonyabb szívfrekvencia!

10 Légvisszatartás, snorkoling
A legősibb alámerülési forma a légvisszatartásos. Az alámerülési idő hosszát az erős légzési stimulus (reflex jellegű) bekövetkezésének időpontja határozza meg. A legerősebb légzési ingert az artériás vér széndioxid tartalma adja.

11 A hyperventilláció elősegíti a széndioxid eltávolítását a szövetekből, és meghosszabbítja az egy légvétellel víz alatt eltölthető időtartamot. Fontos tudni hogy a hyperventilláció nem növeli a szöveti oxigén mennyiségét tehát az oxigén tartalék mennyiségét. Az artériás oxigén tartalom kritikus szintre csökkenhet ami eszméletvesztéssel jár. A szorongás, félelem és stressz gyors felszines légzést eredményezhet amely következtében a CO2 felszaporodik a vérben! A szén-dioxid többlet nehézlégzést légszomjat és fejfájást eredményez!

12 A légvisszatartásos alámerülés 1-2m mélység nyomásfokozódást okozhat a tüdő, légutak, arc és orr melléküregek és középfül területén. Kellemetlen érzés és fájdalom jelentkezhet. A süllyedésnél a mellkas fala összenyomódik és a tüdőben lévő levegő térfogata csökken. A tüdő térfogata egészen a reziduális (maradék) levegő térfogatáig csökkenhet.

13 A reziduális levegő az a levegő mennyiség amit nem tudunk kilélegezni
A reziduális levegő az a levegő mennyiség amit nem tudunk kilélegezni. Ha ennél lejjebb süllyed valaki akkor a tüdőben és légutakban lévő kis erek megsérülnek, kiszakadnak, mert az erekben lévő nyomás meghaladja a levegő nyomását. A mélységi limitet a Total lung volume és a residual volume aránya határozza meg. TLV:RV.

14 Átlagosan a TLV:RV arány 4:1 vagy 5:1
Átlagosan a TLV:RV arány 4:1 vagy 5:1. Ami a méteres mélységig való süllyedést engedi. Azok akiknek nagy a TLV je és kicsi a RV-je mélyebbre is tudnak süllyedni. Pl.: japán gyöngyhalászok. A világrekord 73 m! olyan ember állította fel a ki a 12m-rel mélyebbre tudott süllyedni mint a limitje!

15 A maszkban és szemüvegben rekedt levegő nyomása is fokozódik, így a szemben és az arcon lévő kis erek is megsérülhetnek. A speciális búvár szemüveg minimalizálja a levegő mennyiségét és csökkenti a sérülésveszélyt.

16 Scuba Angol mozaikszó „self-contained underwater breathing apparátus”

17 Scuba Diving/palackos merülés
A víz nyomásának megfelelő légnyomást kell biztosítani. Erre alkalmas a palack amivel pontosan állítható a süllyedés mértékével a palackból kijövő levegő nyomása. Felfedező: Jacques Cousteau 1943! A kifújt levegő a vízbe távozik ezért ezt nyílt rendszernek nevezzük.

18 A vízben tölthető idő hosszát a palackok mennyisége, a lemerülés mélysége és az ott eltöltött idő határozza meg. Egy palack pl. néhány percre elég 60-70m mélységben de percig elegendő 6-7m mélységben!

19 A búvárkodás veszélyei
A búvár süllyedésével a víz nyomása nő, a levegő nyomását növelni kell, a palackban lévő gázok parciális nyomása is növekszik. A megnövekedett nyomásgrádiens több oxigén és nitrogén gáz bejutását eredményezi a légutakból a vérbe majd a szövetekbe!

20 Megnövekszik az alveoláris széndioxid nyomás ami csökkenti azt a nyomásgrádienst ami elősegítené a széndioxid eltávolítást a szövetekből. Így ezeknek a gázoknak a belélegzése ilyen nyomáson szöveti mérgezést toxikációt eredményezhet.

21 Oxigén mérgezés A PO Hgmm-nak súlyos következményei lehetnek a tüdőt és a központi idegrendszert tekintve. A magas oxigénnyomás következtében a vérplazmában levő oxigén szint megemelkedik, a hemoglobin nem tudja leadni az oxigént a szövetek felé, a vénás oldalon is magas lesz az oxigén telítettség. A széndioxid nem tud eltávozni a szervezetből hiszen tele vagyunk oxigénnel!

22 Az agyi vérerek szűkülnek, csökken a vérátáramlás
Az agyi vérerek szűkülnek, csökken a vérátáramlás. Tünetek: látászavar, gyors és felületes légzés, izomremegés, légúti irritáció.

23 Decompression sickness
A magas nitrogénnyomás következtében több nitrogén kerül át a vérbe és szövetekbe. Túl gyors felfelé jövetelkor a többlet nitrogént nem tudjuk kiüríteni a szövetekből pl. tüdőből, és bent rekedhet vagy buborékok formájában keringhet a vérkeringési rendszerben vagy szövetekben.

24 Kellemetlen érzést és fájdalmat okoz pl. könyök, térd, váll ízületeknél. Ezek a buborékok embólusokká alakulhatnak akadályozzák a normál vérkeringést és akár halált is okozhatnak. Kezelés: a búvárt decompressiós tartályba helyezik. A nyomást megnövelik és szép fokozatosan engedik vissza. Így a nitrogén visszaoldódhat a vérplazmába és távozhat a légutakon keresztül.

25

26 A decompressziós betegség megelőzése

27 Nitrogén narcosis Nagyobb mélységben a nitrogén úgy hathat mint egy altató gáz! A búvár tünetei alkohol mérgezésre emlékeztetnek, a mélységgel a tünetek fokozódnak. Minden 15m egy martini üres gyomorba történő felszívódásának a hatásával egyenlő! 30 vagy nagyobb mélységben döntésképtelenség, vagy zavar jelentkezhet és a probléma fel nem ismerése! A rossz döntések életveszélyesek lehetnek! A 30m mélységnél mélyebbre merülők héliumot használnak!

28 Spontán Légmell Nagyobb nyomású levegő belégzése a víz alatt komoly problémát okozhat a felszínen vagy a felszín felé haladva. Pl. 2m mélységben vett levegő a felszínen kitágítja a tüdő szöveteit és elszakíthatja az alveolusokat! Így levegő kerülhet a mellkasba a mellhártyák közé ami a tüdő összeesését okozhatja! Ugyanakkor kis légbuborékok is kerülhetnek a tüdő vérkeringésébe, légembolusokat okozva, gátolva a keringést. A tüdő a szív és az agyi keringésben ezek akár halálhoz is vezethetnek. Megelőzése: felfelé haladva mindig ki kell fújni a levegőt!!!

29 Dobhártya beszakadás Emelkedés és süllyedésnél a melléküregekben és dobüregben a nyomás jelentősen változik. Ezek megrepesztik a kisebb ereket és hártyákat, membránokat ezekben az üregekben. A dobüreget a torokkal az Eustach-féle fülkürt köti össze, nyomáskiegyenlítő feladat van. A felső légutak gyulladása, sinusitis következtében a melléküregek és a fülkürt hártyái duzzadtak, az alkalmazkodás nehezebb és fájdalmas lehet, szélsőséges esetben a dobhártya beszakadhat.

30

31 A búvárkodás tapasztalatlan személyeknél veszélyes lehet még tapasztalt búvárok is bajba kerülhetnek ha nem követik a pontosan meghatározott szabályokat és nem veszik figyelembe az egészségüket veszélyeztető tényezőket!

32 Kommunikáció a víz alatt

33 Mikrogravitáció=Űr

34 Terhelés az űrben Hosszan tartó microgravitás = űrben tartózkodás legtöbbünket nem érinti, sohasem fogjuk megtapasztalni. A Földön a gravitáció mértéke 1g. Microgravitás= csökkent gravitáció, kevesebb mint a Földön tapasztalt 1g. A Holdon lévő gravitációs erő 17%-a a Földön levőnek! Az űrben tartózkodást microgravitációs környezetnek nevezzük mivel a test nem mindig van súlytalan vagy 0g környezetben.

35 A mikrogravitációs környezetben létrejövő élettani változások nagyban hasonlítanak a detraining (abbahagyás) állapotra, mikor egy sportoló inkatív vagy immobilis lesz egy időre vagy az öregedéssel kapcsolatos változásokra amelyek a csökkent aktivitással hozhatók összefüggésbe. Mikrogravitációs környezetben a degenerációs folyamatok csökkentése érdekében szükséges fizikai aktivitást végezni! Az űrkutatás fejlődése miatt a mikrogravitáció hatása a fizikai aktivitásra egy kiemelt terület!

36 A testtömegünk csökken ahogy távolodunk a Föld felszínétől. 12
A testtömegünk csökken ahogy távolodunk a Föld felszínétől! km (8000mi) távolságban a tömegünk 25%-a a Földön mérhetőnek! km távolságban (210000mi) testünk súlytalan lesz, g=0! Súlytalan állapotban a teherviselő csontok és az antigravitációs izmok terheletlenek! A csökkent terhelés azok degenerációjához vezet, csökken a funkcióképesség! Ugyanez figyelhető meg a cardiovascularis funkcióban! Ez lehet az űrbeli környezethez való adaptáció???

37 Izom Gyors változások figyelhetők meg az izomerőben és funkcióban ha a végtagok immobilak vagy felfüggesztettek! Izomatrófia elsősorban a csökkent protein előállítás következménye. Patkánykísérletekben igazolt hogy immobilizációban a fehérje előállítás 35%-kal csökken néhány óra alatt és 50%-ra csökken az első napokban! De az immobilizáció nem azonos a mikrogravitációval, mert az immobilizációkor semmilyen aktivitás nincs vagy csak minimális aktivitás van az izmokban.

38 Izom Űrutazáskor az izmok aktívak és összehúzódnak de sokkal kisebb erőkifejtésbe kerül végrehajtaniuk egy feladatot. 17 napos űrutazás alatt (STS ) kis mértékű vagy semmilyen változást nem észleltek a lábszárizmok erejében a 4 űrutazónál, ugyanakkor az izom keresztmetszete 8-11%-kal csökkent! Ágynyugalmi vizsgálatoknál (amelyek a mikrogravitációs környezetet szimulálják) nagyobb csökkenést találtak mind az izomerőben mind a keresztmetszetben mindkét izomrost típusnál! A gyorsrostokra nagyobb hatással van!

39 Jól megtervezett terheléses programok nagyban csökkenthetik az izomméret és izomerő csökkenését. Hatásos erőfejlesztő programokra van szükség! Elsősorban a testtartásban résztvevő izmokat kell fejleszteni!

40 Csont Valószínű, hogy egy hosszan tartó űrbeli tartózkodás (18 hónap vagy hosszabb) jelentős csont-degenerációt és kálcium veszteséget okozna, növelve a csonttörések rizikóját a Földre való visszaérkezéskor. A kálcium egyensúlyt vizsgáló kutatások eredményei (Gemini, Apollo, Skylab) csökkent kálcium szintet mutattak, a vizelettel és széklettel kiválasztott nagyobb kálcium mennyiség következtében. Hydroxyproline (csont fehérje kollagén komponens) fehérje fokozott ürítése=csont bontás jelzője.

41 Csont A Gemini asztronauták csont ásványi anyag tartalmának csökkenése: 2%-15% sarokcsont 3%-25% radius 3%-16% ulna Apollo 14, Apollo16 5%-6% sarokcsont Skylab 4% sarokcsont ulna es radius nem változott A sarokcsont testtömegtől nagyban függő csont! Teherviselő csont, a radius és ulna pedig nem! A csontveszteség nagyban függ az űrben töltött időtartamtól! Megválaszolatlan kérdések: ??A csontképzés csökken vagy a csontbontás sebessége növekszik?? A többszöri űrutazás hogyan hat??

42 Cardiovascularis funkció
Mikrogravitációs környezetben csökken a plazmatérfogat! Csökken a hidrosztatikus nyomás, a vér nem gyülemlik fel az alsó végtagokban ahogy az 1g környezetben a Földön természetes. Így több vér áramlik vissza a szív felé, ami növeli a perctérfogatot és az artériás vérnyomást. Növekszik a vese artériás vérnyomása így többet választ ki. Ez a pressure diuresis= nyomási diuresis. (Ez a magasabb artériás vérnyomásra adott természetes válaszreakció) ADH, aldoszteron, angiotenzin is szerepet játszanak a vértérfogat kialakításában. A csökkent vértérfogat kedvező az űrben de visszatérve a Földre súlyos gond. Alacsony vérnyomás, ájulás! A kisebb vértérfogat 1g-ben nem tudja ellátni a keringést!

43

44

45 Nem tapasztaltak cardiorespiratórikus funkció csökkenést a 84 nap alatt!

46 Testtömeg és testösszetétel
A 33 fős Apollo legénység átlagban 3.5kg–ot vesztett. A 9 Skylab legénység átlag 2.7kg-ot veszített. Egyéni különbségek: 0.1kg-tól 5.9 kg-ig! Az első három nap tömegvesztesége nagyrészt folyadékveszteség! 12 napos vagy hosszabb útnál, 50% adódik folyadékveszteségből a többi zsír és fehérjeveszteség!

47 Az átlagos 2.7 kg veszteség:
1.1 kg test folyadék 1.2 kg testzsír 0.3 kg fehérje 0.1 kg más forrásból A zsírveszteség nagy valószínűséggel a nem megfelelő mennyiségű energia-bevitel következménye.

48 Terhelés fontossága Az űrutazást, hosszabb és rövidebb mikrogravitációs környezetben való tartózkodást a szervezet jól tűri. Az űrutazók jól adaptálódnak a speciális környezethez, normál vagy normálishoz hasonló funkciókra képesek. Az előbb említett változások/adaptációs folyamatok akkor okoznak problémát mikor visszatérnek a Földre az 1g környezetbe. Az izomtömeg és csonttömeg csökkenés, a cardiovascularis szabályozás megváltozása veszélyezteti a földetérést. ?? Mi van akkor ha nem tudnak kimászni az űrhajóból baleset vagy tűz esetén?? Ezért fontos hogy a pilóták állapota ne romoljon illetve megfelelő edzésekkel akár fejlődjön is az űrben! Az orosz űrprogram keretében a napi 2 óra állóképesség fejlesztés volt ajánlott!