A sport hatása a szervrendszerekre Dr. Kováts Tímea, PhD Semmelweis Egyetem Városmajori szív- és Érgyógyászati Klinika Testnevelési Egyetem, Egészségtudományi és Sportorvosi Tanszék Magyar Úszó Szövetség

Mi a sport? sport kifejezés az angolba származott francia „desporter” (mulatságoknak élő) szóból származik; A sport meghatározott célú mindennapos tevékenység, a mindennapoktól különböző környezetben; célja a testedzés, versenyzés, a szórakozás, eredmény elérése, a képességek fejlesztése. Wikipédia

Sport: fizikai megterhelés A vázizom energia (ATP) igénye terhelés hatására ~ 1000x nőhet Metabolizmus Keringés Metabolic challenge – stress response Szabályozás

A fizikai megterhelés hosszútávú hatásai Krónikus hatások: adaptatio – edzettség Selye stresszelmélet sportra vonatkoztatva: http://www.sports-training-adviser.com/general-adaptation-syndrome.html

Az edzettség: A rendszeres fizikai terheléshez alkalmazkodott szervek, szervrendszerek finoman összehangolt egysége, amely lehetővé teszi a nagyobb fizikai teljesítményt Mozgásszervi tulajdonságok Anyagcsere Keringési rendszer alkalmazkodása Szabályozás

Mozgásszervi tulajdonságok A mozgás aktív szervei: vázizmok A mozgás passzív szervei: csontok és ízületek

A haráncsíkolt izmok szerkezete és működése Az emberi test minden mozgása izomműködéshez kötött. Férfiakban a testsúly 40-45%, nőkben 25-35%. Kizárólag a beidegző idegek segítségével ingerelhetők – motoros egység: motoneuron a gv mellső szarvában – belőle kiinduló idegrostok – általa beidegzett idegrostok. A beidegzett izomrostok száma a mozgás finomságától függ: minél finomabb a mozgás, annál kevesebb izomrost van egy motoros egységben. Szemizmok: 3-5, hátizom 200-500. Egy motoros egységen belül csak egyféle izomrost! Izomsejt=izomrost (többmagvú óriássejt) Miofibrillum: kontrakcióért felelős vékony szálacska, 1micron, több 100-1000/izomrost 1000-2000 mitokondrium/izomrost Izomfehérjék: az izom 18-20%, konraktilis (miozin, aktin, tropomiozin) és nem kontraktilis fehérjék (enzimek, myoglobin - 0,5l O2). Vastagfilamentum:miozin, vékonyfilamentum: aktin, tropomiozin, troponin Motoneuron akciós potenciál – acetilkolin – neuromuszkuláris szinapszis – izomsejt akciós potenciál – Ca ionok a szarkoplazmatkius retikulumból a T-tubulusokon keresztül a Z lemezek közelébe kerülnek –Ca hozzákötődik a troponin C-hez, ettől az aktin aktiválódik – ettől a miozin ATP-áz aktivitása felszabadul, - ATP bomlás aktomiozin komplex képződését eredményezi. Izomrost – minden vagy semmi törvénye At rest, skeletal muscle consumes 54.4 kJ/kg (13.0 kcal/kg) per day. This is larger than adipose tissue (fat) at 18.8 kJ/kg (4.5 kcal/kg), and bone at 9.6 kJ/kg (2.3 kcal/kg).

Az izmok tulajdonságai Erő - statikus erő - dinamikus erő Gyorsaság Állóképesség

Az izmok rostösszetétele Lassú I. ST Gyors II. A (közepes) Gyors II. B (gyors, fáradékony) Átlagember FT/ST: 55/45 Sprinter: 60/40 Maratonista: 20/80 Rosttípus a beidegzéstől függ Testtartás fenntartása (feszítő izmok) – elsősorban lassú izmok Beidegzés, mitokondrium, kapillarizáció, glikolitikus aktivitás, myoglobin, kontrakció sebessége

Az izomerő jellemzői A statikus erő az izom élettani keresztmetszetétől függ, embernél 23-42N/cm2 Izomrostok (sejtek) száma edzés hatására nem változik, a rostok keresztmetszete nő (hypertrophia): - miofibrillumok száma nő - szarkoplazma mennyisége nő - enzimek aktivitása fokozódik - mitokondriumok száma nő - raktározott glikogén és zsír mennyisége nő - intramuscularis kötőszövet gyarapszik Az izom tömege 30-60%-kal nő A dinamikus erő függ a az izom statikus erejétől és az izmok rostösszetételétől Statikus erő fejlesztés: max. izomerő 70-90%

Gyorsaság Ciklikus-aciklikus Ciklikus helyváltoztató: mozgásgyorsaság Aciklikus: reakciógyorsaság Reakciógyorsaság: nagymértékben öröklött Gyorsaság: dinamikus erő + megfelelő koordináció Koordináció: technikai tudás + született beidegzés + finom koordináció Finom koordináció: agonista-antagonista izmok összehangolt működése

Állóképesség Legtöbbször a cardiovascularis rendszer teljesítőképessége határolja be Állóképességi edzés hatására az izmokban bekövetkező változások: mitokondriumok száma nő oxidációs enzimek aktivitása nő növekszik a raktározott glikogén és zsír mennyisége fokozódik a zsírok aktivációja csökken a tejsav dehidrogenáz aktivitása mioglobin koncentráció nő növekszik a pufferkapacitás emelkedik a glikolitikus enzimek aktivitása kapillarizáció nő erek vazodilatációs képessége fokozódik Gyorsasági állóképesség – gyors rostok az izomzatban, fejlett cardiovascularis rendszer Statikus állóképesség Tartós állóképesség Állóképességi edzés: Min. 20 percig, a max. intenzitás 60-80%-n

Csontok és ízületek A csontfejlődés serkentője a longitudinalis terhelés (gravitáció) és az izmok vongáló hatása A csontok ásványianyag tartalma összetett hormonális hatás eredménye Leginkább a rezisztencia-terhelés csökkenti az osteoporosis rizikóját De: atléta-triász! A sérülések elkerülése érdekében fontos a mozgás aktív és passzív szerveinek harmonikus fejlődése ↔ testépítés szteroiddal Az izom inai szorosan kapcsolódnak a csontokhoz, az ínrostok behatolnak a csontok csatornácskáiba → az ín soha nem szakad le a csontról;

Az edzettség: A rendszeres fizikai terheléshez alkalmazkodott szervek, szervrendszerek finoman összehangolt egysége, amely lehetővé teszi a nagyobb fizikai teljesítményt Mozgásszervi tulajdonságok Anyagcsere Keringési rendszer alkalmazkodása Szabályozás

Fizikai terhelés és anyagcsere A vázizom energia (ATP) igénye terhelés hatására ~ 1000x nőhet

Alapanyagcsere az ébren lévő ember életfolyamatainak fenntartásához szükséges energia At rest, skeletal muscle consumes 54.4 kJ/kg (13.0 kcal/kg) per day. This is larger than adipose tissue (fat) at 18.8 kJ/kg (4.5 kcal/kg), and bone at 9.6 kJ/kg (2.3 kcal/kg). Sportolók alapanyagcseréje? http://www.zuniv.net/physiology/book/chapter20.html

Az anyagcsere változásai MET (Metabolic Equivalent of Task): nyugalmi, ülő helyzetben lévő ember energia-felhasználása (12 óra éhezés után); 3,5ml/kg/min O2 felvétel Specifikus dinámiás hatás: DIT (Diet Induced Thermogenesis); Fehérjék 18-25%, szénhidrát 4-7%, zsírok 2-4% - az elfogyasztott táplálék energiatartalmának fenti százalékával nő az anyagcsere Tevékenység MET alvás 0,9 séta 4km/h 3,9 kocogás 7 ugrókötelezés 10 futás 22,5 km/h 23

Fizikai terhelés alatti energia-nyerés http://www.ohio.edu

Szubsztrát felhasználás a terhelés-intenzitás függvényében At exercise intensities below 30% of VO2max the principle energy source is fatty acids, between 40 and 65% of VO2max there is approximately a 50:50 balance between carbohydrate and fat oxidation and beyond 70% of VO2max there is an exponential rise in carbohydrate oxidation with a concomitant decrease in fat oxidation ( Romijn et al. Am J Phys Endocrinology Metabolism 1993;265:E380–E391.

Tápanyagok jellemzői Tápanyagok égéshője 2 Tápanyagok jellemzői Tápanyagok égéshője Tápanyag kcal/g Szénhidrát 4,1 zsír 9,5 fehérje (szervezetben) Oxigén-kalória egyenérték: 1 liter O2 felhasználásával mennyi energia nyerhető Fehérjék a szervezetben csak karbamidig égnek Szénhidrát az egyetlen energiaforrás, amely anaerob módon is szolgáltat energiát (? Pavlik G.) Tápanyag kcal/l szénhidrát 5,05 zsír 4,72 fehérje 4,6 vegyes 4,85

Terhelés alatti szénhidrát- és zsíranyagcsere Máj szénhidrátot mobilizál Izom kezdetben a saját szénhidrát raktárát fogyasztja → vércukorszint nő Lipáz aktivitását növeli a kortizol, adrenalin/noradrenalin, GH FFA-kínálat nő, zsírégetés fokozódik Edzés növeli a lipoprotein-lipáz aktivitását

Az edzettség: A rendszeres fizikai terheléshez alkalmazkodott szervek, szervrendszerek finoman összehangolt egysége, amely lehetővé teszi a nagyobb fizikai teljesítményt Mozgásszervi tulajdonságok Anyagcsere Keringési rendszer alkalmazkodása Szabályozás

A keringési rendszer alkalmazkodása Szív Vér/ érrendszer

A különböző jellegű fizikai terhelés hatásai a szívre Rövidtávú hatások Hosszútávú hatások: kardiális sportadaptáció Morfológiai Funkcionális Regulációs

A kardiális sportadaptáció morfológiai jellemzői La Gerche A. et al. JACCI 2, (2009) 350-63. 25

A sportolók jobb kamrája Akut terhelés A verseny alatt akár 80 Hgmm-ig is emelkedhet a pulmonalis arteriás nyomás (nincs adaptálódás!) Hosszú, kitartáson alapuló versenyek (3-11 h) után cardiac fatigue: RVEF csökken, volumenek nőnek, myocardium károsodik Krónikus terhelés: Arrhythmogenic cardiac remodelling Ventricular arrhythmias associated with long-term endurance sports: what is the evidence? Br J Sports Med. 2012 Nov;46 Suppl 1:i44-50. doi: 10.1136/bjsports-2012-091162.

A kardiális sportadaptáció funkcionális jellemzői Koszorúerek átmérője nő Fokozott kapillarizáció és kollateralizáció Javuló endothel funkció Antithrombotikus hatás Jobb diastoles funkció EKG eltérések

A vascularis rendszer edzés-adaptációja Az edzett izmokban gazdagabb a kapilláris-hálózat: hosszabb hajszálerek, érújdonképződés Gyorsabb a kapillárisok megnyílása az izmokban Hatékonyabb a keringés redisztribúciója Nagyobb a vértérfogat (albumin ↑, aldoszteron és ADH elválasztás ↑)

Az akut fizikai terhelés hatása a vérre Akut terhelésre a vérraktárak kiürülnek Plazma az extracelluláris térbe áramlik → haematokrit nő A fehérvérsejtszám akár 4x növekedhet (granulocyták) 1-másfél óránál hosszabb terhelésnél a hormonális változások miatt a plazmatérfogat már terhelés alatt normalizálódik Akut, hosszú távú terhelés csökkenti a Hgb-koncentrációt Emelkedik a thrombocytaszám, nő az aggregációs hajlam (katekolamin-hatás) De: hamarosan aktiválódik a fibrinolízis Mély légvételek hatására fokozódik a tüdőben a prosztaciklin-elválasztás (thrombocyta-aggregatio gátlás, vasodilatatio) Intenzív terhelés után egy napig magasabb plasmaprotein-szint (máj szintetizáló funkció) De: akut hosszútávú terhelés 2-3 napig csökkenti az IgG, IgA és IgM koncentrációt Akut terhelés - akut gyulladásos reakcióhoz hasonlatos

A rendszeres edzés hatása a vérre Növekszik a plazmatérfogat (↑↑) és az alakos elemek (↑) mennyisége Alvadási készség csökken Javul a pufferkapacitás A gyulladáshoz hasonló immunreakció mérséklődik

Az egyes szervek keringési adatai nyugalomban és sportolás közben Könnyű terhelés Közepes terhelés Nehéz terhelés ml % Szív 250 5 350 4 750 1000 Vázizom 840 16 4500 47 12500 71 22000 88 Agy 14 8 3 Vese 1200 22 900 10 600 1 GI 1500 28 1100 12 300 Bőr 460 9 1900 11 2 Egyéb 400 7 100 0,4 Perctérfogat 5400 9500 17500 25000 Pavlik G, Élettan-Sportélettan Medicina 2011

A veseműködés és a sport kapcsolata Fizikai aktivitás alatt a folyadékkiválasztás nagy mértékben csökken: keringési redisztribúció verítékezés Szimpatikus izgalom a verseny után is fennáll → vizeletképződés csak lassan indul el Nagy megterhelésnél nő a glomerulusmembrán áteresztőképessége → reverzibilis proteinuria (1.5mg/min, max 2g/nap, 24-48h) Exercised-induced protinuria nem csökken edzés hatására Nagyobb megterhelés után előfordulhat vér vagy haemoglobin a vizeletben, amennyiben pihenésre megszűnik, nem tekinthető kórosnak The root cause of exercise-induced proteinuria is unclear, but the renin-angiotensin system (RAS) and prostaglandins are thought to play a major role. The plasma concentration of angiotensin II increases during exercise, leading to filtration of protein through the glomerular membrane.30 And angiotensin-converting enzyme (ACE) inhibitors have been shown to significantly diminish exercise-induced proteinuria, thus supporting this theory.31,32 Also, strenuous exercise increases sympathetic nervous system activity as well as blood levels of catecholamines, thereby increasing permeability of the glomerular capillary membrane.33 Furthermore, lactate increases with strenuous exercise and causes conformational changes in serum proteins that, when coupled with glomerular barrier changes, can lead to increased permeability and protein excretion. Strenuous exercise increases glomerular filtration of low-molecular-weight proteins (β2-microglobulin), which overwhelm the reabsorbing capacity of the tubular apparatus, causing temporary dysfunction and tubular proteinuria.9 Thus, the pathophysiology is mixed, with a major contribution from glomerular proteinuria. Exercise-induced proteinuria does not decrease with regular physical training. J Fam Pract. 2012 January;61(1):23-26

A légzési rendszer terhelésre létrejövő változásai Terhelés hatására növekszik a légzésszám és a légzéstérfogat Tágulnak a légutak A légzést fokozza: vér CO2 szint emelkedése, szimpatikus idegrendszeri aktiváció, mellékvesevelő hormonok elválasztása Légzési equivalens: légzési perctérfogat (l)/O2 felvétel (ml/perc) Ventillációs küszöb

Edzés hatása a légzésre Edzés hatására a tüdő térfogata alig változik! De: fejlettebbek a légzőizmok, jobb a légzéstechnika → gazdaságosabb a légzés Nagyobb katekolamin-érzékenység Tágabb tüdőeerek   légzési perctérfogat (légzészám x légzési térfogat) Nem edzett Edzett Nyugalom 16x0,5=8l 12-14x0,6=8l Max. terhelés 60x1,5=90l 60x3=180l

Az edzettség: A rendszeres fizikai terheléshez alkalmazkodott szervek, szervrendszerek finoman összehangolt egysége, amely lehetővé teszi a nagyobb fizikai teljesítményt Mozgásszervi tulajdonságok Anyagcsere Keringési rendszer alkalmazkodása Szabályozás

A szabályozó rendszer alkalmazkodása Idegi Vegetatív Mozgás Hormonális

Fizikai terhelés hatása a vegetatív idegrendszerre Akut terhelés: szimpatiko-adrenális aktiváció (stressz válasz) Krónikus terhelés: paraszimpatikotónia

A mozgás szabályozása Akaratlagos mozgások: Testtartás Izomtónus tanult mozgások emlékképeinek aktiválódása: feltételes reflexláncok aktiválódnak dinamikus sztereotípiák formájában Testtartás Izomtónus

A rendszeres fizikai terhelés idegrendszeri hatásai agyi növekedési faktorok expressziója fokozódik (Brain Derived Neurotrophic Factor, nerve growth factor, galanin) Kognitív funkciók javulása Magasabb 5-hydroxy-triptamin szint, megváltozott agyi norepinephrin-szint → stresszválasz↓ The influence of central motor command on autonomic cardiovascular responses during exercise has been shown by increases in perceived exertion, blood pressure, and heart rate, concomitantly with increased cerebral blood flow to insular and thalamic regions, after hypnotic suggestion of increased work during constant-load cycling exercise

Fizikai terhelés alatti jellemző hormonális változások Koncentráció változása fizikai terhelés hatására Hatás/jelentőség GH ↑↑ 3-5x, intenzív terhelés:7-9x fokozza a zsírégetést TSH ↑ hosszan tartó submax. terhelésnek csak a kezdetén T4↑, majd →, T3 ↓ anyagcsere fokozás ACTH-kortizol ↑↓ erős megterhelés:↑, könnyű terhelés: ↓ gluconeogenesis katekolaminok intenzívmunkára_12-18x növekedés, egyébként 8-12x, edzettekben kisebb növekedés szimpatikus hatás, keringés redistribúció, vércukorszint-emelés inzulin ↓ pancreas β-sejtek szimpatikus blokádja miatt, de: inzulinreceptorok száma nő! Inzulinszint csökkenés kisebb edzettekben   glukagon a növekedés kisebb mértékű edzettekben vércukorszint emelése, máj gluconeogenezis fokozása tesztoszteron kismértékű növekedés, elsősorban erősportokban; állóképességi sportokban csökkenés?

Az izmok endokrin működése (myokinek) severe infection induced can result in levels of circulating IL6 that are up to ten times higher, i.e. a 1000-fold increase from basal levels in a glycogen depleted state there was an increase in the plasma concentration of cortisol and IL1r, IL6 and IL10 expression in the first hour following strenuous exercise (Bishop et al. 2001). Pedersen et Febbraio Physiological Reviews 2008;88:1379–1406. Derek Ball J Endocrinol 2015;224:R79-R95

Atléta triász – Relative Energy Deficiency in Sports (RED-S) Alacsony energia-bevitel Szabálytalan menstruáció Alacsony csontsűrűség Nem kell mind a háromnak egyidőben jelen lennie Alapja az energia-ellátottság diszbalansz A kezelés az energia-bevitel és szükséglet egyensúlyának helyreállításán alapszik RED-S: IOC Obstet Gynecol. 2017 Jun;129(6):1151-1152.

Atléta triász Pathophysiologiai háttér: a nem megfelelő kalória-bevitel hypothalamus dysfunctiohoz vezet A következményei nem minden esetben reverzibilisek! Prevenció ill. korai diagnózis kulcsfontosságú Másodlagos amenorrhea: hosszútávfutók 65%, táncosok 69% Csökkent ösztrogénszint → alacsony csontsűrűség (22- 50% vs. 12%) Csontsűrűség max: 18 éves korban, max. mineralizálódás: 11-14 éves korban Amenorrheas sportolók stressz-fractura rizikója 2-4x Másodlagos amenorrhea: > 90 nap

Atléta triász terápia Energia-igény biztosítása → szabályos menstruációs ciklus helyreállítása Esetleg: kombinált orális fogamzásgátló

Összefoglalás A vázizom energia (ATP) igénye terhelés hatására ~ 1000x nőhet Metabolizmus Keringés Szabályozás Akutan: stresszhelyzethez való alkalmazkodás Krónikusan: adaptatio - edzettség

Összefoglalás Köszönöm a figyelmet! A vázizom energia (ATP) igénye terhelés hatására ~ 1000x nőhet Metabolizmus Keringés Szabályozás Akutan: stresszhelyzethez való alkalmazkodás Krónikusan: adaptatio - edzettség