80
Fyziologie a klinické aspekty pohybové aktivity
teplota (°C)
39
38
SD ezofageální teplota
37
SD rektální teplota SD svalová teplota
0 25
50
3,0 (%)
Obr. 4.4. Tělesná teplota po hodinové zátěži na bicyklovém ergometru ve vztahu k relativní intenzitě zátěže. Podle (17)
Studie o vlivu tréninku potvrdily, že u trénovaných osob je citlivost mechanismu pocení zvýšená a že se začínají potit již při nižší tělesné teplotě než neadaptovaní. Mění se i aktivita potních žláz. I když jejich počet je stejný, funkce může být individuálně přizpůsobená vyšším nárokům. Platí rovněž, že
zvýšení plazmatického objemu, které je výsledkem adaptace jak na teplo, tak na zátěž, přispívá k účinnosti mechanismu odvádění tepla pocením. Individuální rozdíly v pocení jsou značné. Na jedné straně někteří lidé mají omezený počet potních žláz, na druhé straně u osob adaptovaných na teplo stoupá množství produkovaného potu. Kapacita pocení závisí na relativním VO2 max podobně jako tělesná teplota. Člověk má schopnost vyprodukovat až 10–12 l potu za 24 hodin. Při práci v horkém prostředí byly zjištěny ztráty 6–7 l potu během pracovní směny, během fotbalového nebo hokejového zápasu 1,5 až 5 l, během maratonského závodu byla zjištěna výjimečná hodnota 6,5 litru. Při dlouhodobém vystavení teplu se pocení postupně snižuje, a to i když je nahrazována ztracená voda. Pokles rychlosti pocení je větší ve vlhkém prostředí než v suchém. Rychlost klesá spíš u člověka oblečeného v lehkém šatě než u člověka téměř nahého. Protože pot obsahuje různé ionty, zejména Na+ a Cl–, ve značně kolísajícím množství mohou při nadměrném pocení vzniknout značné ztráty. Během cvičení stoupá teplota jádra a současně se zvyšuje prokrvení kůže. Tato vazodilatace je ovlivněna řadou faktorů. Vedle základního působení z tepelného centra v hypothalamu se uplatní současně i kardiovaskulární reflexy, které kontrolují krevní tlak a plnění srdce.(4) Definitivní rozhodnutí o rozsahu prokrvení kůže ve prospěch termoregulace se děje často na úkor centrálních cirkulačních potřeb, například dodávky krve pracujícím svalům (obr. 4.5.).
4.1.1. Změny kožní cirkulace při cvičení v horku
v chladu
v horku
zátěž střední intenzity
Obr. 4.5. Změny distribuce krve při cvičení v chladu (vlevo) a v horku (vpravo). V chladu se snižuje objem i průtok krve splanchnickou oblastí a zvyšuje se průtok krve kůží a pracujícím svalstvem. V horku nastává další snížení průtoku krve splanchnickou oblastí a také v plicích, výrazně se zvyšuje průtok krve kůží. Podle (2)
Vliv tréninku na průtok krve kůží byl opakovaně studován a výsledek ukázal u trénovaných osob snížení prahu pro počátek zvýšeného prokrvení kůže. Vedení tepla tkáněmi se u těchto osob během cvičení snižuje.(4) Znamená to, že při stejné relativní zátěži protéká kůží za stejných zevních podmínek méně krve. Trénink zvyšuje kapacitu pro pocení, což má za následek nižší kožní teplotu a snížení prokrvení kůže. Podobný efekt byl nalezen i při adaptaci na teplo v klidu po 2 týdnech denního pobytu v horkém prostředí. Aerobní trénink ovlivní termoregulaci v tom smyslu, že při zvýšení VO2 max o 10 % se zvyšuje senzitivita mechanismu pocení a snižuje se práh pro začátek pocení i teplota jádra při cvičení. Tento efekt je vysvětlován zlepšením pracovní účinnosti. Tréninkem se sníží spotřeba kyslíku, a tím i produkce tepla při standardním výkonu.
Ukázka elektronické knihy, UID: KOS168178
Vliv zevního prostředí na výkonnost a zdravotní stav, adaptace a aklimatizace (MJ · h-1) 2,51
výdej tepla prouděním a zářením a stoupal výdej tepla odpařováním potu.(3) Odpařování potu znesnadňuje vysoká tenze vodních par v prostředí. Pot po těle volně stéká a člověk neúčelně ztrácí vodu a soli, přičemž nadbytečné teplo není z těla odváděno. Mohou se tak dříve nebo později narušit cirkulační funkce a nastat selhání oběhu.(5) Ztráta tělesné tekutiny pocením zejména při prolongované zátěži vede ke snížení objemu plazmy a hydratace tkání a zvýšení osmolality. V teplém klimatu nebo ve vyšší nadmořské výšce vznikají větší ztráty vody odpařením z dýchacích cest. Je-li dehydrataci zabráněno přiměřeným pitím vhodného nápoje, objem plazmy dále neklesá, a jestliže se nahradí vznikající ztráta, může objem plazmy dosáhnout až hodnot před cvičením. Pot obsahuje 99 % vody, jeho osmolalita není u dospělého vyšší než 180 mmol · kg–1(7) a u dětí a dospívajících je ještě nižší. Pocení je proto vždy provázeno zvýšením osmolality tělesných tekutin. Koncentrace Na+ a Cl–, ale nikoliv K+ v potu stoupá se zvyšující se intenzitou pocení. Naproti tomu koncentrace Mg2+ a Ca2+ klesá při zvyšujícím se pocení. Diuréza během cvičení klesá a může částečně kompenzovat ztráty vody pocením. Především je snížena dehydratací a dále zvýšenou aktivitou antidiuretického hormonu. Naproti tomu pocení není omezeno, dokud deficit tělesných tekutin nepřekročí 5–6 % počáteční tělesné hmotnosti. I za cenu ztráty tělesných tekutin odvede organismus nadbytečné teplo a udrží teplotní rovnováhu. Opakovaná expozice současnému stresu z tepla a cvičení vede k postupné adaptaci oběhových funkcí, snížení rektální teploty, snížení obsahu NaCl v potu a moči. Jako poslední stoupá rychlost pocení, i když je pot hypotonický, prolongované a opakované cvičení, zvláště v teple, vede k velkým ztrátám solí, zejména NaCl (obr. 4.7.). Výsledkem aklimatizace je zvýšení schopnosti odvádět nadbytečné teplo zvýšenou rychlostí pocení, snížením teploty kůže se zvyšuje teplotní gra
výdej energie
2,09 1,67
tvorba tepla
ím en oc p a
1,26
pl j te
de vý
0,84
vý de
j te
0,42
pla
ve de n
ím
0
az
áře
ním
-0,42 20
10
81
40 30 teplota místnosti (°C)
Obr. 4.6. Výměna tepla u svlečené osoby při zátěži 150 W v místnosti o různé teplotě. Podle (3)
Teplota jádra se při cvičení v chladném prostředí nemění, ale v horkém prostředí se adaptace projeví vyšší tolerancí tepla, a proto i menším vzestupem rektální teploty. Srovnáním vztahu tělesné teploty k intenzitě zátěže, vyjádřené v % VO2 max u skupiny osob různého pohlaví, věku a trénovanosti, se potvrdilo, že v podstatě jádrová teplota se zvyšuje u všech osob stejně a že různé dříve zjištěné rozdíly lze vysvětlit rozdíly v trénovanosti. Podobný vztah platí i pro kapacitu pocení. Lze uzavřít, že termoregulační odpověď na teplotní zátěž je individuální, je závislá na schopnosti produkovat a odvádět teplo a závisí na tělesné zdatnosti. Nielsen měřila rektální teplotu při zátěži v rozdílné zevní teplotě v rozsahu od 5 do 36 °C. Po 30 minutách cvičení stejnou intenzitou byla rektální teplota vždy stejná bez ohledu na teplotu prostředí. Protože mechanická účinnost byla konstantní, byla i ve všech těchto pokusech produkce tepla stejná (obr. 4.6.). Měnil se ale způsob odvádění nadbytečného tepla. Se stoupající teplotou prostředí klesal
95 % adaptace fyziologických funkcí Adaptace
Dny aklimatizace 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
SF ↓ objem plazmy ↑ Tr ↓ RPE ↓ Na+, Cl- v potu ↓ rychlost pocení ↑ Na+, Cl- v moči ↓
Obr. 4.7. Průběh adaptace fyziologických funkcí během 14denní aklimatizace. Podle (2)
Ukázka elektronické knihy, UID: KOS168178
82 dient (jádro – povrch) a tím odvod tepla fyzikálními pochody, zvyšuje se systolický objem, více krve je distribuováno do svalů a kůže, snížený metabolismus glykogenu oddálí začátek únavy. Dosažený stupeň aklimatizace závisí na teplotních podmínkách expozice a jejím trvání a na velikosti produkovaného tepla, tj. intenzitě cvičení. Fyziologické výhody získané aklimatizací se postupně ztrácejí, jestliže se omezí expozice teplu. Podle různých autorů do 14 dní adaptace se sníží SF o 20–80 %, teplota rektální (Tr) o 18–40 %. Neuvědomělá dehydratace se vyvine u lidí, kteří cvičí v teple a nenahrazují dostatečně pitím tekutinu, kterou vypotili, i když pijí ad libitum. U dospělých se velikost deficitu pohybuje mezi 1,5–7 % počáteční tělesné hmotnosti. Závisí to na klimatu, tedy nejen teplotě, ale zejména vlhkosti ovzduší, trvání a intenzitě cvičení, složení náhradní tekutiny a trénovanosti.
4.1.2. Reakce na tělesnou zátěž v horku u dětí Existují některé fyziologické a anatomické rozdíly mezi dětmi a dospělými, které mohou negativně ovlivnit jejich termoregulační odpověď na cvičení v horku. Týká se to především nižší ekonomiky cvičení, vysokého poměru mezi povrchem těla a tělesnou hmotností, snížené kapacity pocení a menšího minutového srdečního výdeje při stejném výkonu ve srovnání s dospělými. Rozdíly však mizí, jestliže srovnáváme reakci dítěte s dospělým při stejné relativní intenzitě cvičení. Ukázalo se, že neexistují rozdíly ve zralosti v termoregulaci nebo vytrvalostní výkonnosti při cvičení v horku, a u dětí není při sportu větší riziko poškození z horka. Dynamika odvodu tepla během nepřetržitého výkonu je dána tím, že teplo uvolněné při kontrakci svalových vláken je odváděno protékající krví, což má za následek zvýšení teploty tělesného jádra (Tc). Kontrolní centra v hypothalamu a periferní receptory spustí kompenzační ochlazovací mechanismus: jednak vazodilatace v kůži zvýší krevní průtok kůží a odvod tepla konvekcí do okolního vzduchu, jednak se zvýší rychlost pocení a odpaření potu z povrchu kůže. Na teplotním rozdílu mezi povrchem kůže a vzduchem záleží, jak bude tento pochod efektivní. Konvence je nejefektivnější v mírné teplotě okolí, efektivita se zmenšuje, jestliže okolní teplota stoupá. Odvod tepla odpařováním závisí jak na množství vytvořeného potu, tak na gradientu tenze vodních par mezi kůží a okolním vzduchem. Ve vysoké okolní teplotě se teplo odvádí hlavně pocením, zejména při nízké okolní vlhkosti. Záleží ještě
Fyziologie a klinické aspekty pohybové aktivity na dalších faktorech a to zejména úrovni aerobní zdatnosti, oděvu, utilizaci energetických substrátů, složení těla, rychlosti proudění vzduchu (wind). Ale nejdůležitější je stav hydratace těla a objem plazmy, protože stoupající dehydratace pocením během výkonu vede k poklesu minutového srdečního výdeje, snížení rychlosti pocení a vzestupu Tr. Účinnost termoregulace během cvičení v horku závisí na intenzitě cvičení a je určena hlavně: přiměřeností reakce oběhu, rychlostí produkce potu, udržením objemu tělesných tekutin. Dítě při práci na běhátku při stejné rychlosti a sklonu vydává relativně více energie než dospělý; jednou z příčin je potřebná vyšší kroková frekvence. Jestliže však propočteme výdej energie na délku dolních končetin, pak tyto rozdíly zmizí. Podobný výsledek dostaneme, když vztáhneme výdej energie, vyjádřený spotřebou kyslíku, na jeden krok. Termoregulační mechanismy se liší u dětí a dospělých při srovnání v absolutních hodnotách, jakmile vztáhneme tyto hodnoty na velikost těla (svalstvo, délka končetin atd.), rozdíl zmizí. Pokud se týká odvádění tepla povrchem těla pocením nebo konvencí, jedinci s větším povrchem těla (BSA) v poměru k hmotě těla (M), reprezentované hlavně svalovou hmotou, jsou ve výhodě, protože rychleji během cvičení odvádějí teplo a urychlují tak termoregulaci. Ve velmi horkém klimatu, když Ta je vyšší než teplota kůže, vyšší poměr BSA/M vede k tomu, že tělo absorbuje teplo z okolního prostředí a teplota těla by se ještě mohla zvyšovat. Týká se to okolních teplot vyšších než 38 °C, které se však při obvyklých sportovních aktivitách nevyskytují. Protože rychlost pocení nejvýznamněji ovlivňuje termoregulační odpověď na cvičení, rozdíly mezi dětmi a dospělými jsou přičítány hlavně nízké hladině hormonů v prepubertě. Tento názor se opírá o stejnou rychlost pocení u mladých dívek nebo mladých žen ve srovnání s prepubertálními chlapci. Nicméně malé rozdíly mezi chlapci a dospělými byly nalezeny, a sice, že chlapci se méně potí na hrudníku, zádech a předloktí ve srovnání s mladými muži. To, že se děti méně potí, může být pro ně výhodné, protože je u nich menší riziko vývoje dehydratace z pocení, ale na druhé straně je větší riziko z kumulace tepla, tj. snížení výkonu, a riziko vzniku poruchy zdraví z horka. Na druhé straně odpařování potu je hlavní způsob jak se zbavit tepla během cvičení v horkém klimatu, kdy konvekční mechanismus přestal fungovat. U dětí lze v takových podmínkách očekávat zvýšenou zátěž teplem a zvýšení Tr. Určitou nevýhodou menší produkce potu je riziko zvýšení Tr, což se projeví při zátěži v extrémních teplotních podmínkách, nikoli v normálním klimatu.(6)
Ukázka elektronické knihy, UID: KOS168178