8.1. Wprowadzenie do optymalizacji wydolności fizycznej

2. Fizjologia wysiłku fizycznego

Fizjologia wysiłku fizycznego to dziedzina naukowa badająca, jak organizm człowieka funkcjonuje podczas aktywności fizycznej oraz jakie zmiany biochemiczne, fizjologiczne i biomechaniczne zachodzą w odpowiedzi na różne formy i intensywności wysiłku. Fundamentem tej dziedziny jest zrozumienie adaptacji układów: krążenia, oddechowego, mięśniowego, hormonalnego oraz nerwowego w trakcie i po zakończeniu aktywności fizycznej. Wysiłek fizyczny może mieć charakter krótkotrwały i intensywny (beztlenowy) lub długotrwały i umiarkowany (tlenowy), co wpływa na specyfikę zaangażowania poszczególnych układów oraz strategię metaboliczną organizmu.

Układ krążenia i jego reakcje na wysiłek fizyczny

Jednym z pierwszych układów, który odpowiada na potrzeby metaboliczne organizmu podczas aktywności, jest układ krążenia. Serce przyspiesza swoją pracę poprzez zwiększenie częstości skurczów (tachykardia), co prowadzi do zwiększenia objętości minutowej serca (czyli ilości krwi pompowanej w ciągu jednej minuty). Wzrasta także ciśnienie tętnicze krwi, głównie skurczowe, co ułatwia transport tlenu, glukozy, aminokwasów oraz elektrolitów do pracujących mięśni. Dochodzi również do redystrybucji przepływu krwi — przepływ do narządów takich jak nerki, przewód pokarmowy czy wątroba jest ograniczany, natomiast maksymalizowany w obrębie mięśni szkieletowych oraz skóry (dla celów termoregulacji).

W praktyce oznacza to, że w trakcie wykonywania np. przysiadów z obciążeniem, organizm nie tylko mobilizuje lokalne grupy mięśniowe do pracy, ale całkowicie reorganizuje krążenie, by zasilić te mięśnie odpowiednią ilością składników energetycznych i tlenu. Zmienia się także lepkość krwi, poziom hematokrytu oraz powinowactwo hemoglobiny do tlenu w zależności od temperatury i pH, co określa tzw. efekt Bohra.

Układ oddechowy i jego adaptacja do wysiłku

Wysiłek fizyczny powoduje natychmiastowy wzrost częstości i głębokości oddechów. Celem tej odpowiedzi jest zwiększenie poboru tlenu i eliminacji dwutlenku węgla. Zjawisko to nosi nazwę hiperwentylacji wysiłkowej. Mięśnie oddechowe, w szczególności przepona oraz mięśnie międzyżebrowe zewnętrzne, intensyfikują swoją pracę, co prowadzi do wzrostu objętości oddechowej i wentylacji minutowej.

W długotrwałym wysiłku tlenowym, takim jak marsz pod górę z obciążeniem, organizm zwiększa wentylację w celu dostosowania dostarczania tlenu do aktualnych potrzeb metabolicznych. Pojawiają się także zmiany w tzw. wskaźniku oddechowym (stosunku wentylacji do poboru tlenu), który rośnie wraz ze wzrostem intensywności wysiłku i osiąga wartości szczytowe w tzw. progu wentylacyjnym.

Metabolizm energetyczny podczas wysiłku fizycznego

Energia niezbędna do skurczów mięśniowych pochodzi z przemian metabolicznych ATP – podstawowego nośnika energii chemicznej w komórkach. Zasoby ATP w mięśniach są ograniczone i wystarczają na zaledwie kilka sekund intensywnej pracy, dlatego organizm korzysta z trzech głównych systemów energetycznych:

1. System fosfagenowy (ATP-PCr) – dominujący w pierwszych 6–10 sekundach maksymalnego wysiłku. W praktyce: sprint na 40 metrów, rzut piłką lekarską, uderzenie w worka treningowego z pełną siłą.

2. System glikolityczny (beztlenowy) – uruchamiany przy wysiłkach intensywnych trwających 10 sekund do około 2 minut. Prowadzi do powstania mleczanu, czego konsekwencją jest tzw. zakwaszenie mięśni (obniżenie pH), prowadzące do ich zmęczenia.

3. System tlenowy (oksydacyjny) – dominujący w wysiłkach trwających powyżej 2–3 minut, o niskiej lub umiarkowanej intensywności. Oparty na pełnym rozkładzie węglowodanów, tłuszczów i — w mniejszym stopniu — aminokwasów w obecności tlenu.

Podczas ćwiczeń wielostawowych, takich jak przysiady z wyskokiem lub burpees, ciało często korzysta z różnych systemów energetycznych jednocześnie, w zależności od intensywności i czasu trwania ćwiczenia.

Adaptacje mięśni szkieletowych do wysiłku

Mięśnie szkieletowe zawierają dwa główne typy włókien: włókna wolnokurczliwe (typ I) oraz szybkokurczliwe (typ IIa i IIx). Włókna typu I są przystosowane do długotrwałego wysiłku o niskiej intensywności i charakteryzują się wysoką zawartością mitochondriów, bogatym unaczynieniem oraz dużą odpornością na zmęczenie. Włókna typu II, w szczególności IIx, są przystosowane do wysiłków krótkich, intensywnych i eksplozywnych, ale ulegają szybkiemu zmęczeniu.

Systematyczny trening wpływa na przebudowę strukturalną i funkcjonalną włókien mięśniowych. Dochodzi do hipertrofii (zwiększenia objętości) włókien mięśniowych, zwiększenia liczby i gęstości mitochondriów, poprawy efektywności transportu tlenu oraz wzrostu zawartości mioglobiny. U osób trenujących wytrzymałościowo dochodzi do przekształcania włókien szybkokurczliwych IIx w bardziej wytrzymałe IIa, a u osób wykonujących trening siłowo-eksplozywny — do zwiększenia rekrutacji jednostek motorycznych.

Układ hormonalny i jego rola w adaptacji do wysiłku

Wysiłek fizyczny aktywuje oś podwzgórze–przysadka–nadnercza, co prowadzi do uwolnienia katecholamin (adrenaliny i noradrenaliny), kortyzolu, a także hormonu wzrostu i testosteronu. Adrenalina zwiększa siłę skurczu mięśnia sercowego, rozszerza oskrzela i mobilizuje glukozę z glikogenu mięśniowego. Kortyzol, działając katabolicznie, zwiększa dostępność substratów energetycznych poprzez lipolizę i proteolizę.

Hormonalne adaptacje treningowe obejmują m.in. zwiększoną wrażliwość tkanek na insulinę, zwiększoną mobilizację kwasów tłuszczowych oraz korzystne zmiany w profilu lipidowym krwi. Trening interwałowy wysokiej intensywności (choć to nie temat niniejszego punktu) generuje znaczne wzrosty stężeń hormonu wzrostu, co przekłada się na przyspieszoną regenerację i odbudowę mięśni.

Układ nerwowy – koordynacja i rekrutacja mięśni

Na poziomie układu nerwowego wysiłek fizyczny angażuje zarówno centralne struktury mózgu (ośrodki ruchowe w korze mózgowej, jądra podstawy), jak i obwodowy układ nerwowy. Dochodzi do zjawiska tzw. rekrutacji jednostek motorycznych, czyli stopniowego aktywowania większych i bardziej siłowych jednostek mięśniowych wraz ze wzrostem intensywności pracy. Dodatkowo poprawia się tzw. synchronizacja między jednostkami motorycznymi, co przekłada się na wzrost siły i precyzji ruchu.

Na poziomie praktycznym można to prześledzić, wykonując ćwiczenie polegające na skokach z miejsca z maksymalnym zaangażowaniem siły – za pierwszym razem układ nerwowy działa zachowawczo, ale przy systematycznym powtarzaniu adaptuje się i pozwala osiągać wyższą moc. Dochodzi również do tzw. efektu wyhamowania ochronnego — mechanizmy ograniczające pełne zaangażowanie mięśni (jak odruch z narządów ścięgnistych Golgiego) ulegają osłabieniu.

Termoregulacja i homeostaza

Wysiłek fizyczny powoduje wzrost temperatury ciała. Mechanizmy termoregulacyjne, w tym rozszerzenie naczyń krwionośnych skóry i pocenie się, są aktywowane celem utrzymania temperatury rdzeniowej w granicach homeostazy. W warunkach dużej wilgotności lub intensywnego wysiłku może dojść do zaburzenia tej równowagi, czego skutkiem są m.in. skurcze cieplne, wyczerpanie cieplne lub nawet udar cieplny. Utrata elektrolitów z potem prowadzi do zaburzeń przewodnictwa nerwowo-mięśniowego, co może skutkować osłabieniem lub drgawkami mięśniowymi.

Przykłady ćwiczeń dla celów diagnostyki fizjologii wysiłku fizycznego

1. Test Margarii-Kalamen’a – ocenia siłę eksplozywną kończyn dolnych i zdolność układu nerwowo-mięśniowego do szybkiej generacji mocy. Polega na wbieganiu na stopnie schodów z pomiarem czasu.

2. Test Ruffiera-Dicksona – bada reakcję układu sercowo-naczyniowego na umiarkowany wysiłek. Po wykonaniu 30 przysiadów w 45 sekund mierzy się tętno i wylicza indeks.

3. Test Cooper’a (12 minut biegu) – pozwala na ocenę wydolności tlenowej, a pośrednio także VO2 max.

4. Ćwiczenia ze stopniowym zwiększaniem oporu (np. rosnące obciążenie w martwym ciągu) – monitorując tętno, oddech i czas regeneracji między seriami, można określić indywidualne progi beztlenowe.

5. Ćwiczenia izometryczne (np. plank statyczny przez 3 minuty) – dają obraz wytrzymałości lokalnych grup mięśniowych i odporności metabolicznej włókien typu I.

Wszystkie powyższe informacje stanowią podstawę rozumienia fizjologii wysiłku fizycznego w kontekście optymalizacji treningu funkcjonalnego, sportowego oraz zdrowotnego.