Fisiologia dell'esercizio

La fisiologia dell'esercizio è la fisiologia dell'esercizio fisico. È una delle professioni sanitarie alleate che prevede lo studio delle risposte acute e degli adattamenti cronici all'esercizio fisico.

Comprendere l'effetto dell'esercizio fisico comporta lo studio di cambiamenti specifici nei sistemi muscolari, cardiovascolari e neuroumorali che portano a cambiamenti nella capacità funzionale e nella forza a causa dell'allenamento di resistenza o dell'allenamento della forza. L'effetto dell'allenamento sul corpo è stato definito come la reazione alle risposte adattative del corpo derivanti dall'esercizio o come "un aumento del metabolismo prodotto dall'esercizio".

I fisiologi dell'esercizio studiano l'effetto dell'esercizio sulla patologia e i meccanismi con cui l'esercizio può ridurre o invertire la progressione della malattia.

Storia

Vedi anche: Esercizio § Storia; Esercizio aerobico § Storia

Il fisiologo britannico Archibald Hill ha introdotto i concetti di consumo massimo di ossigeno e debito di ossigeno nel 1922. Hill e il medico tedesco Otto Meyerhof hanno condiviso il Premio Nobel per la fisiologia o la medicina del 1922 per il loro lavoro indipendente relativo al metabolismo energetico muscolare. Basandosi su questo lavoro, gli scienziati hanno iniziato a misurare il consumo di ossigeno durante l'esercizio. Notevoli contributi furono dati da Henry Taylor all'Università del Minnesota, dagli scienziati scandinavi Per-Olof Åstrand e Bengt Saltin negli anni '50 e '60, dall'Harvard Fatigue Laboratory, dalle università tedesche e dal Copenhagen Muscle Research Center.

In questi giorni, in alcuni paesi è un fornitore di assistenza sanitaria primaria. I fisioterapisti degli esercizi accreditati (AEP) sono professionisti con formazione universitaria che prescrivono interventi basati sull'esercizio per trattare varie condizioni usando specifiche prescrizioni di risposta alla dose specifiche per ciascun individuo.

Dispendio energetico

Gli umani hanno un'alta capacità di consumare energia per molte ore durante uno sforzo prolungato. Ad esempio, un singolo ciclista a una velocità di 26,4 km / h (16,4 mph) attraverso 8.204 km (5.098 mi) in 50 giorni consecutivi ha speso un totale di 1.145 MJ (273.850 kcal; 273.850 calorie di diete) con una potenza media di 182,5 W.

Il muscolo scheletrico brucia 90 mg (0,5 mmol) di glucosio ogni minuto durante l'attività continua (come quando si estende ripetutamente il ginocchio umano), generando ≈24 W di energia meccanica e poiché la conversione dell'energia muscolare è efficiente solo dal 22-26%, ≈76 W di energia termica. Il muscolo scheletrico a riposo ha un tasso metabolico basale (consumo di energia a riposo) di 0,63 W / kg, con una differenza di 160 volte tra il consumo di energia dei muscoli inattivi e attivi. Per uno sforzo muscolare di breve durata, il dispendio energetico può essere molto maggiore: un maschio umano adulto che salta da uno squat può generare meccanicamente 314 W / kg. Un movimento così rapido può generare il doppio di questa quantità in animali non umani come i bonobo e in alcune piccole lucertole.

Questo dispendio energetico è molto elevato rispetto al tasso metabolico basale a riposo del corpo umano adulto. Questo tasso varia leggermente con le dimensioni, il sesso e l'età, ma è in genere compreso tra 45 W e 85 W. Il dispendio energetico totale (TEE) dovuto all'energia muscolare consumata è molto più alto e dipende dal livello medio di lavoro fisico ed esercizio fisico svolto durante il giorno. Pertanto, l'esercizio fisico, in particolare se prolungato per periodi molto lunghi, domina il metabolismo energetico del corpo. Il dispendio energetico dell'attività fisica è fortemente correlato al genere, all'età, al peso, alla frequenza cardiaca e al VO2 massimo di un individuo, durante l'attività fisica.

Cambiamenti metabolici

Fonti energetiche rapide

L'energia necessaria per eseguire esplosioni di breve durata e ad alta intensità deriva dal metabolismo anaerobico all'interno del citosol delle cellule muscolari, al contrario della respirazione aerobica che utilizza ossigeno, è sostenibile e si verifica nei mitocondri. Le fonti energetiche rapide sono costituite dal sistema fosfocreatina (PCr), glicolisi rapida e adenilato chinasi. Tutti questi sistemi sintetizzano nuovamente l'adenosina trifosfato (ATP), che è la fonte di energia universale in tutte le cellule. La fonte più rapida, ma la più facilmente esaurita delle fonti di cui sopra è il sistema PCr che utilizza l'enzima creatina chinasi. Questo enzima catalizza una reazione che combina fosfocreatina e adenosina difosfato (ADP) in ATP e creatina. Questa risorsa è di breve durata perché l'ossigeno è necessario per la risintesi della fosfocreatina attraverso la creatina chinasi mitocondriale. Pertanto, in condizioni anaerobiche, questo substrato è finito e dura solo da circa 10 a 30 secondi di lavoro ad alta intensità. La glicolisi rapida, tuttavia, può funzionare per circa 2 minuti prima dell'affaticamento e utilizza prevalentemente glicogeno intracellulare come substrato. Il glicogeno viene rapidamente scomposto tramite glicogeno fosforilasi in singole unità di glucosio durante un intenso esercizio fisico. Il glucosio viene quindi ossidato a piruvato e in condizioni anaerobiche viene ridotto ad acido lattico. Questa reazione ossida NADH in NAD, rilasciando così uno ione idrogeno, promuovendo l'acidosi. Per questo motivo, la glicolisi rapida non può essere sostenuta per lunghi periodi di tempo. Infine, l'adenilato chinasi catalizza una reazione mediante la quale 2 ADP vengono combinati per formare ATP e adenosina monofosfato (AMP). Questa reazione si verifica durante situazioni a bassa energia come esercizio fisico intenso o condizioni di ipossia, ma non è una fonte significativa di energia. La creazione di AMP derivante da questa reazione stimola la proteina chinasi attivata dall'AMP (AMP chinasi) che è il sensore di energia della cellula. Dopo aver rilevato condizioni di bassa energia, la chinasi AMP stimola vari altri enzimi intracellulari orientati all'aumento dell'approvvigionamento energetico e alla riduzione di tutte le funzioni cellulari anaboliche o che richiedono energia.

Glucosio plasmatico

Si dice che il glucosio plasmatico sia mantenuto quando vi è un uguale tasso di comparsa del glucosio (entrata nel sangue) e smaltimento del glucosio (rimozione dal sangue). Nell'individuo sano, i tassi di aspetto e smaltimento sono sostanzialmente uguali durante l'esercizio di intensità e durata moderate; tuttavia, un esercizio prolungato o un esercizio sufficientemente intenso può comportare uno squilibrio che tende a un tasso di smaltimento più elevato rispetto all'apparenza, a quel punto i livelli di glucosio diminuiscono producendo l'insorgenza della stanchezza. La velocità di comparsa del glucosio è dettata dalla quantità di glucosio assorbito nell'intestino e dalla produzione di glucosio epatico (epatico). Sebbene l'assorbimento del glucosio dall'intestino non sia in genere una fonte di comparsa del glucosio durante l'esercizio, il fegato è in grado di catabolizzare il glicogeno immagazzinato (glicogenolisi) e di sintetizzare nuovo glucosio da specifiche molecole di carbonio ridotte (glicerolo, piruvato e lattato) in un processo chiamato gluconeogenesi. La capacità del fegato di rilasciare glucosio nel sangue dalla glicogenolisi è unica, dal momento che il muscolo scheletrico, l'altro grande serbatoio di glicogeno, non è in grado di farlo. A differenza del muscolo scheletrico, le cellule del fegato contengono l'enzima glicogeno fosfatasi, che rimuove un gruppo fosfato dal glucosio-6-P per rilasciare glucosio libero. Affinché il glucosio esca da una membrana cellulare, la rimozione di questo gruppo fosfato è essenziale. Sebbene la gluconeogenesi sia un componente importante della produzione di glucosio epatico, da sola non può sostenere l'esercizio. Per questo motivo, quando le riserve di glicogeno si esauriscono durante l'esercizio, i livelli di glucosio diminuiscono e la fatica aumenta. L'eliminazione del glucosio, l'altro lato dell'equazione, è controllata dall'assorbimento del glucosio nei muscoli scheletrici in attività. Durante l'esercizio fisico, nonostante la riduzione delle concentrazioni di insulina, il muscolo aumenta la traslocazione e l'assorbimento del glucosio da parte di GLUT4. Il meccanismo per una maggiore traslocazione di GLUT4 è un'area di ricerca in corso.

controllo del glucosio : come accennato in precedenza, la secrezione di insulina si riduce durante l'esercizio e non svolge un ruolo importante nel mantenimento della normale concentrazione di glucosio nel sangue durante l'esercizio, ma i suoi ormoni controregolatori compaiono in concentrazioni crescenti. Il principio tra questi sono glucagone, epinefrina e ormone della crescita. Tutti questi ormoni stimolano la produzione di glucosio epatico (epatico), tra le altre funzioni. Ad esempio, sia l'epinefrina che l'ormone della crescita stimolano anche la lipasi adipocitaria, che aumenta il rilascio di acido grasso non esterificato (NEFA). Ossidando gli acidi grassi, questo risparmia l'utilizzo del glucosio e aiuta a mantenere il livello di zucchero nel sangue durante l'esercizio.

Esercizio per il diabete : l'esercizio fisico è uno strumento particolarmente potente per il controllo del glucosio in coloro che hanno il diabete mellito. In una situazione di elevata glicemia (iperglicemia), un esercizio fisico moderato può indurre una maggiore eliminazione del glucosio rispetto all'apparenza, riducendo in tal modo le concentrazioni totali di glucosio nel plasma. Come detto sopra, il meccanismo per questo smaltimento del glucosio è indipendente dall'insulina, il che lo rende particolarmente adatto per le persone con diabete. Inoltre, sembra esserci un aumento della sensibilità all'insulina per circa 12-24 ore dopo l'esercizio. Ciò è particolarmente utile per coloro che hanno il diabete di tipo II e producono insulina sufficiente ma dimostrano resistenza periferica alla segnalazione dell'insulina. Tuttavia, durante episodi iperglicemici estremi, le persone con diabete dovrebbero evitare l'esercizio a causa di potenziali complicanze associate alla chetoacidosi. L'esercizio fisico potrebbe esacerbare la chetoacidosi aumentando la sintesi chetonica in risposta all'aumento dei NEFA circolanti.

Anche il diabete di tipo II è strettamente legato all'obesità e potrebbe esserci una connessione tra il diabete di tipo II e il modo in cui il grasso viene immagazzinato nelle cellule del pancreas, dei muscoli e del fegato. Probabilmente a causa di questa connessione, la perdita di peso dovuta all'esercizio fisico e alla dieta tende ad aumentare la sensibilità all'insulina nella maggior parte delle persone. In alcune persone, questo effetto può essere particolarmente potente e può comportare un normale controllo del glucosio. Sebbene nessuno sia tecnicamente guarito dal diabete, gli individui possono vivere una vita normale senza il timore di complicazioni diabetiche; tuttavia, riguadagnare peso comporterebbe sicuramente segni e sintomi del diabete.

Ossigeno

Un'attività fisica intensa (come l'esercizio fisico o il duro lavoro) aumenta la domanda di ossigeno da parte dell'organismo. La risposta fisiologica di prima linea a questa richiesta è un aumento della frequenza cardiaca, della frequenza respiratoria e della profondità della respirazione.

Il consumo di ossigeno (VO2) durante l'esercizio fisico è meglio descritto dall'equazione di Fick: VO2 = Q x (a-vO2diff), che afferma che la quantità di ossigeno consumata è uguale alla gittata cardiaca (Q) moltiplicata per la differenza tra ossigeno arterioso e venoso concentrazioni. Più semplicemente, il consumo di ossigeno è dettato dalla quantità di sangue distribuito dal cuore e dalla capacità del muscolo di lavoro di assorbire l'ossigeno all'interno di quel sangue; tuttavia, si tratta di una semplificazione eccessiva. Sebbene si ritiene che la gittata cardiaca sia il fattore limitante di questa relazione in soggetti sani, non è l'unico fattore determinante della VO2 max. Cioè, devono essere considerati anche fattori come la capacità del polmone di ossigenare il sangue. Varie patologie e anomalie causano condizioni come limitazione della diffusione, disadattamento della ventilazione / perfusione e shunt polmonari che possono limitare l'ossigenazione del sangue e quindi la distribuzione dell'ossigeno. Inoltre, anche la capacità di trasportare ossigeno nel sangue è un fattore determinante dell'equazione. La capacità di trasportare ossigeno è spesso il bersaglio di esercizi fisici (aiuti ergogenici) utilizzati negli sport di resistenza per aumentare la percentuale di volume dei globuli rossi (ematocrito), ad esempio attraverso il doping del sangue o l'uso di eritropoietina (EPO). Inoltre, l'assorbimento di ossigeno periferico dipende da un reinstradamento del flusso sanguigno dai visceri relativamente inattivi ai muscoli scheletrici funzionanti e, all'interno del muscolo scheletrico, il rapporto tra capillare e fibra muscolare influenza l'estrazione di ossigeno.

Disidratazione

La disidratazione si riferisce sia alla ipoidratazione (disidratazione indotta prima dell'esercizio) sia alla disidratazione indotta dall'esercizio (disidratazione che si sviluppa durante l'esercizio). Quest'ultimo riduce le prestazioni di resistenza aerobica e si traduce in un aumento della temperatura corporea, della frequenza cardiaca, dello sforzo percepito e, possibilmente, di una maggiore dipendenza dai carboidrati come fonte di carburante. Sebbene gli effetti negativi della disidratazione indotta dall'esercizio sull'esercizio siano stati chiaramente dimostrati negli anni '40, gli atleti hanno continuato a credere per anni che l'assunzione di liquidi non fosse benefica. Più recentemente, sono stati dimostrati effetti negativi sulle prestazioni con una modesta disidratazione (2%) e questi effetti sono esacerbati quando l'esercizio viene eseguito in un ambiente caldo. Gli effetti dell'ipoidratazione possono variare, a seconda che sia indotta attraverso diuretici o esposizione alla sauna, che riducono sostanzialmente il volume plasmatico o l'esercizio precedente, che ha un impatto molto minore sul volume plasmatico. L'ipoidratazione riduce la resistenza aerobica, ma i suoi effetti sulla forza muscolare e sulla resistenza non sono coerenti e richiedono ulteriori studi. Un intenso esercizio prolungato produce calore di scarto metabolico e questo viene rimosso dalla termoregolazione basata sul sudore. Un corridore di maratona maschile perde ogni ora circa 0,83 L in tempo freddo e 1,2 L in caldo (le perdite nelle donne sono inferiori del 68-73% circa). Le persone che fanno esercizio fisico pesante possono perdere due volte e mezzo la quantità di liquido sudato dell'urina. Questo può avere profondi effetti fisiologici. Ciclare per 2 ore al caldo (35 ° C) con un'assunzione minima di liquidi provoca un calo della massa corporea dal 3 al 5%, anche il volume del sangue dal 3 al 6%, la temperatura corporea aumenta costantemente e, rispetto a un'adeguata assunzione di liquidi, un battiti cardiaci, bassi volumi di ictus e gittate cardiache, ridotto flusso sanguigno cutaneo e maggiore resistenza vascolare sistemica. Questi effetti vengono in gran parte eliminati sostituendo dal 50 all'80% del fluido perso nel sudore.

Altro

Le concentrazioni plasmatiche di catecolamina aumentano di 10 volte nell'esercizio di tutto il corpo.
L'ammoniaca è prodotta dai muscoli scheletrici esercitati dall'ADP (il precursore dell'ATP) mediante deaminazione dei nucleotidi purinici e catabolismo degli aminoacidi delle miofibrille.
l'interleuchina-6 (IL-6) aumenta la circolazione sanguigna a causa del suo rilascio dal lavoro dei muscoli scheletrici. Questo rilascio si riduce se viene assunto glucosio, suggerendo che è correlato alle sollecitazioni di esaurimento dell'energia.
L'assorbimento del sodio è influenzato dal rilascio di interleuchina-6 poiché ciò può causare la secrezione di vasopressina arginina che, a sua volta, può portare a livelli di sodio pericolosamente bassi associati all'attività fisica (iponatriemia). Questa perdita di sodio nel plasma sanguigno può provocare gonfiore del cervello. Questo può essere prevenuto dalla consapevolezza del rischio di bere quantità eccessive di liquidi durante l'esercizio fisico prolungato.

Cervello

A riposo, il cervello umano riceve il 15% della gittata cardiaca totale e utilizza il 20% del consumo di energia del corpo. Il cervello è normalmente dipendente dal suo elevato dispendio energetico dal metabolismo aerobico. Di conseguenza, il cervello è altamente sensibile al fallimento della sua fornitura di ossigeno con perdita di coscienza che si verifica entro 6-7 secondi, con il suo EEG che si abbassa in 23 secondi. Pertanto, la funzione del cervello verrebbe interrotta se l'esercizio fisico influisse sulla sua fornitura di ossigeno e glucosio.

Proteggere il cervello da interruzioni anche minori è importante poiché l'esercizio dipende dal controllo motorio. Poiché gli esseri umani sono bipedi, è necessario il controllo motorio per mantenere l'equilibrio. Per questo motivo, il consumo di energia cerebrale aumenta durante l'esercizio fisico intenso a causa delle esigenze della cognizione motoria necessarie per controllare il corpo.

I fisioterapisti trattano una serie di condizioni neurologiche tra cui (ma non limitato a): Parkinson, Alzheimer, Traumatic Brain Lesjury, Lesioni della corda spinale, Paralisi cerebrale e condizioni di salute mentale.

Ossigeno cerebrale

L'autoregolazione cerebrale di solito assicura che il cervello abbia la priorità per la gittata cardiaca, sebbene questo sia leggermente compromesso da un esercizio esaustivo. Durante l'esercizio sottomassimale, la gittata cardiaca aumenta e il flusso sanguigno cerebrale aumenta oltre il fabbisogno di ossigeno del cervello. Tuttavia, questo non è il caso di uno sforzo massimo continuo: "L'esercizio massimo è, nonostante l'aumento dell'ossigenazione capillare, associato a un ridotto contenuto di O2 mitocondriale durante l'esercizio di tutto il corpo" L'autoregolazione dell'afflusso di sangue al cervello è compromessa soprattutto in ambienti caldi

Glucosio

Negli adulti, l'esercizio fisico esaurisce il glucosio plasmatico disponibile per il cervello: un esercizio breve e intenso (ciclo dell'ergometro di 35 minuti) può ridurre l'assorbimento di glucosio nel cervello del 32%.

A riposo, l'energia per il cervello adulto viene normalmente fornita dal glucosio ma il cervello ha una capacità compensativa di sostituire parte di questo con il lattato. La ricerca suggerisce che questo può essere aumentato, quando una persona riposa in uno scanner del cervello, a circa il 17%, con una percentuale più alta del 25% durante l'ipoglicemia. Durante un intenso esercizio fisico, è stato stimato che il lattato fornisce un terzo del fabbisogno energetico del cervello. Vi sono prove che il cervello potrebbe, tuttavia, nonostante queste fonti alternative di energia, soffrire ancora di una crisi energetica poiché l'IL-6 (un segno di stress metabolico) viene rilasciato durante l'esercizio dal cervello.

Ipertermia

Gli esseri umani usano la termoregolazione del sudore per la rimozione del calore corporeo, in particolare per rimuovere il calore prodotto durante l'esercizio. È stato segnalato che una moderata disidratazione a seguito di esercizio fisico e calore compromette la cognizione. Queste menomazioni possono iniziare dopo una perdita di massa corporea superiore all'1%. La compromissione cognitiva, in particolare dovuta al calore e all'esercizio fisico, è probabilmente dovuta alla perdita di integrità della barriera emato-encefalica. L'ipertermia può anche ridurre il flusso sanguigno cerebrale e aumentare la temperatura del cervello.

Fatica

Attività intensa

I ricercatori hanno attribuito una volta la fatica a un accumulo di acido lattico nei muscoli. Tuttavia, questo non è più creduto. Piuttosto, il lattato può fermare l'affaticamento muscolare mantenendo i muscoli che rispondono pienamente ai segnali nervosi. L'ossigeno disponibile e l'apporto energetico e i disturbi dell'omeostasi degli ioni muscolari sono il principale fattore che determina le prestazioni dell'esercizio, almeno durante brevi esercizi molto intensi.

Ogni contrazione muscolare comporta un potenziale d'azione che attiva i sensori di tensione e quindi libera ioni Ca2 + dal reticolo sarcoplasmatico della fibra muscolare. I potenziali d'azione che causano ciò richiedono anche cambiamenti di ioni: afflussi di Na durante la fase di depolarizzazione e efflussi di K per la fase di ripolarizzazione. I clioni si diffondono anche nel sarcoplasma per favorire la fase di ripolarizzazione. Durante un'intensa contrazione muscolare, le pompe ioniche che mantengono l'omeostasi di questi ioni vengono inattivate e ciò (con altre interruzioni correlate agli ioni) provoca disturbi ionici. Ciò provoca depolarizzazione della membrana cellulare, ineccitabilità e quindi debolezza muscolare. Anche la perdita di Ca2 + dai canali del recettore della ryanodina di tipo 1 è stata identificata con affaticamento.

Fallimento di resistenza

Dopo un intenso esercizio prolungato, può esserci un collasso nell'omeostasi del corpo. Alcuni esempi famosi includono:

Dorando Pietri nella maratona maschile delle Olimpiadi estive del 1908 ha corso nella direzione sbagliata ed è crollato più volte.
Jim Peters nella maratona dei Giochi del Commonwealth del 1954 barcollò e crollò più volte, e sebbene avesse un vantaggio di cinque chilometri (tre miglia), non riuscì a finire. Sebbene in precedenza si credesse che ciò fosse dovuto a grave disidratazione, ricerche più recenti suggeriscono che si trattava degli effetti combinati sul cervello di ipertermia, ipernatremia ipertonica associata a disidratazione e forse ipoglicemia.
Gabriela Andersen-Schiess nella maratona femminile alle Olimpiadi estive di Los Angeles 1984 negli ultimi 400 metri della gara, fermandosi di tanto in tanto e mostrando segni di esaurimento da calore. Sebbene abbia raggiunto il traguardo, è stata dimessa dalle cure mediche solo due ore dopo.

Governatore centrale

Tim Noakes, basato su un'idea precedente del premio Nobel per la fisiologia o la medicina del 1922 Archibald Hill, ha proposto l'esistenza di un governatore centrale. In questo, il cervello regola continuamente la potenza erogata dai muscoli durante l'esercizio in relazione a un livello sicuro di sforzo. Questi calcoli neurali incidono sulla durata precedente dell'esercizio fisico intenso, sulla durata prevista di ulteriore sforzo e sull'attuale stato metabolico del corpo. Questo regola il numero di unità motorie dei muscoli scheletrici attivate ed è soggettivamente vissuto come affaticamento e stanchezza. L'idea di un governatore centrale rifiuta l'idea precedente che la fatica sia causata solo da un fallimento meccanico dei muscoli che esercitano ("fatica periferica"). Invece, il cervello modella i limiti metabolici del corpo per garantire che l'omeostasi del corpo intero sia protetta, in particolare che il cuore sia protetto dall'ipossia e che sia sempre mantenuta una riserva di emergenza. L'idea del governatore centrale è stata messa in discussione poiché le "catastrofi fisiologiche" possono e si verificano suggerendo che, se esistesse, gli atleti (come Dorando Pietri, Jim Peters e Gabriela Andersen-Schiess) possono ignorarlo.

Altri fattori

La fatica da sforzo è stata anche suggerita per essere effettuata da:

ipertermia cerebrale
deplezione di glicogeno nelle cellule cerebrali
specie reattive dell'ossigeno che compromettono la funzione muscolare scheletrica
ridotto livello di glutammato secondario all'assorbimento di ammoniaca nel cervello
Affaticamento del diaframma e dei muscoli respiratori addominali che limitano la respirazione
Apporto di ossigeno alterato ai muscoli
Effetti dell'ammoniaca sul cervello
Vie della serotonina nel cervello

Biomarcatori cardiaci

Esercizio prolungato come le maratone può aumentare i biomarcatori cardiaci come la troponina, il peptide natriuretico di tipo B (BNP) e l'albumina modificata con ischemia (aka MI). Questo può essere frainteso dal personale medico come segni di infarto del miocardio o disfunzione cardiaca. In queste condizioni cliniche, tali biomarcatori cardiaci sono prodotti da lesioni irreversibili dei muscoli. Al contrario, i processi che li creano dopo uno sforzo intenso negli sport di resistenza sono reversibili, con i loro livelli che tornano alla normalità entro 24 ore (sono ancora necessarie ulteriori ricerche).

Adattamenti umani

Gli esseri umani sono specificamente adattati per impegnarsi in un'intensa attività muscolare intensa (come un'efficace corsa bipede a lunga distanza). Questa capacità di corsa di resistenza potrebbe essersi evoluta per consentire il declino degli animali selvatici con inseguimenti lenti e costanti persistenti per molte ore.

Fondamentale per il successo di questo è la capacità del corpo umano, a differenza di quello degli animali che cacciano, di rimuovere efficacemente lo spreco di calore muscolare. Nella maggior parte degli animali, questo viene immagazzinato consentendo un aumento temporaneo della temperatura corporea. Ciò consente loro di fuggire dagli animali che rapidamente li inseguono per un breve periodo (il modo in cui quasi tutti i predatori catturano le loro prede). Gli umani, a differenza di altri animali che catturano le prede, rimuovono il calore con una termoregolazione specializzata basata sull'evaporazione del sudore. Un grammo di sudore può rimuovere 2.598 J di energia termica. Un altro meccanismo è l'aumento del flusso sanguigno cutaneo durante l'esercizio che consente una maggiore perdita di calore convettivo, favorita dalla nostra postura eretta. Questo raffreddamento a base di pelle ha portato gli esseri umani ad acquisire un numero maggiore di ghiandole sudoripare, combinato con una mancanza di pelo corporeo che altrimenti impedirebbe la circolazione dell'aria e un'evaporazione efficiente. Poiché gli esseri umani possono rimuovere il calore dell'esercizio, possono evitare l'affaticamento dovuto all'esaurimento da calore che colpisce gli animali inseguiti in modo persistente e quindi alla fine catturarli.

Esperimenti di allevamento selettivo con roditori

I roditori sono stati appositamente allevati per il comportamento o le prestazioni dell'esercizio in diversi studi. Ad esempio, i ratti di laboratorio sono stati allevati per prestazioni elevate o basse su un tapis roulant motorizzato con stimolazione elettrica come motivazione. La linea di ratti ad alte prestazioni mostra anche un comportamento volontario maggiore nel funzionamento della ruota rispetto alla linea a bassa capacità. In un approccio di evoluzione sperimentale, quattro linee replicate di topi da laboratorio sono state allevate per alti livelli di esercizio volontario su ruote, mentre quattro linee di controllo aggiuntive vengono mantenute mediante allevamento senza tener conto della quantità di ruote in movimento. Queste linee selezionate di topi mostrano anche una maggiore capacità di resistenza nei test di capacità di resistenza forzata su un tapis roulant motorizzato. Tuttavia, in nessuno degli esperimenti di selezione sono state determinate le cause precise dell'affaticamento durante l'esercizio forzato o volontario.

Dolore muscolare indotto dall'esercizio

L'esercizio fisico può causare dolore sia come effetto immediato che può derivare dalla stimolazione delle terminazioni nervose libere a basso pH, sia da un dolore muscolare ad esordio ritardato. Il dolore ritardato è fondamentalmente il risultato di rotture all'interno del muscolo, anche se apparentemente non comporta la rottura di fibre muscolari intere.

Il dolore muscolare può variare da un lieve dolore a una lesione debilitante a seconda dell'intensità dell'esercizio, del livello di allenamento e di altri fattori.

Vi sono alcune prove preliminari che suggeriscono che l'allenamento continuo di intensità moderata ha la capacità di aumentare la soglia del dolore di qualcuno.

Educazione alla fisiologia dell'esercizio

Esistono programmi di accreditamento con organismi professionali nella maggior parte dei paesi sviluppati, garantendo la qualità e la coerenza dell'istruzione. In Canada, si può ottenere il titolo di certificazione professionale - Fisioterapista certificato per coloro che lavorano con clienti (sia clinici che non clinici) nel settore della salute e del fitness. In Australia, si può ottenere il titolo di certificazione professionale - Accredited Exercise Physiologist (AEP) attraverso l'ente professionale Exercise and Sports Science Australia (ESSA). In Australia, è comune che un AEP abbia anche la qualifica di Accredited Exercise Scientist (AES). Il principale organo di governo è l'American College of Sports Medicine.

L'area di studio di un fisiologo dell'esercizio può includere ma non è limitata a biochimica, bioenergetica, funzione cardiopolmonare, ematologia, biomeccanica, fisiologia dei muscoli scheletrici, funzione neuroendocrina e funzione del sistema nervoso centrale e periferico. Inoltre, i fisiologi dell'esercizio vanno dagli scienziati di base, ai ricercatori clinici, ai clinici, agli allenatori sportivi.

I college e le università offrono la fisiologia dell'esercizio come programma di studio a vari livelli, inclusi programmi di laurea, laurea e dottorato. La base della fisiologia dell'esercizio come principale è preparare gli studenti a una carriera nel campo delle scienze della salute. Un programma che si concentra sullo studio scientifico dei processi fisiologici coinvolti nell'attività fisica o motoria, comprese le interazioni sensomotorie, i meccanismi di risposta e gli effetti di lesioni, malattie e disabilità. Include istruzioni in anatomia muscolare e scheletrica; basi molecolari e cellulari della contrazione muscolare; utilizzo del carburante; neurofisiologia della meccanica motoria; risposte fisiologiche sistemiche (respirazione, flusso sanguigno, secrezioni endocrine e altre); stanchezza ed esaurimento; allenamento muscolare e del corpo; fisiologia di esercizi e attività specifici; fisiologia della lesione; e gli effetti delle disabilità e delle malattie. Le carriere disponibili con una laurea in Fisiologia dell'esercizio possono includere: lavoro non clinico, basato sul cliente; specialisti della forza e del condizionamento; trattamento cardiopolmonare; e ricerca clinica.

Al fine di valutare le molteplici aree di studio, agli studenti vengono insegnati i processi in cui seguire a livello di cliente. Gli insegnamenti pratici e le lezioni sono impartiti in classe e in laboratorio. Questi includono:

Valutazione della salute e dei rischi : per lavorare in sicurezza con un cliente sul posto di lavoro, devi prima essere in grado di conoscere i benefici e i rischi associati all'attività fisica. Esempi di questo includono la conoscenza di lesioni specifiche che il corpo può subire durante l'esercizio fisico, come controllare correttamente un cliente prima che inizi l'allenamento e quali fattori cercare che possano inibire la sua prestazione.
Test da sforzo: coordinare i test da sforzo per misurare le composizioni corporee, l'idoneità cardiorespiratoria, la forza / resistenza muscolare e la flessibilità. I test funzionali vengono anche utilizzati per comprendere meglio una parte più specifica del corpo. Una volta che le informazioni sono raccolte su un cliente, i fisiologi devono anche essere in grado di interpretare i dati del test e decidere quali risultati relativi alla salute sono stati scoperti.
Prescrizione di allenamento : formazione di programmi di allenamento che soddisfino al meglio gli obiettivi di salute e fitness degli individui. Deve essere in grado di prendere in considerazione diversi tipi di esercizi, i motivi / l'obiettivo di un allenamento dei clienti e le valutazioni pre-proiettate. È inoltre necessario saper prescrivere esercizi per considerazioni e popolazioni speciali. Questi possono includere differenze di età, gravidanza, malattie articolari, obesità, malattie polmonari, ecc.

programma scolastico

Il curriculum per la fisiologia dell'esercizio comprende biologia, chimica e scienze applicate. Lo scopo delle lezioni selezionate per questo importante è avere una conoscenza approfondita dell'anatomia umana, della fisiologia umana e della fisiologia dell'esercizio. Include istruzioni in anatomia muscolare e scheletrica; basi molecolari e cellulari della contrazione muscolare; utilizzo del carburante; neurofisiologia della meccanica motoria; risposte fisiologiche sistemiche (respirazione, flusso sanguigno, secrezioni endocrine e altre); stanchezza ed esaurimento; allenamento muscolare e del corpo; fisiologia di esercizi e attività specifici; fisiologia della lesione; e gli effetti delle disabilità e delle malattie. Non solo è necessario un programma completo di classe per completare una laurea in Fisiologia dell'esercizio, ma è richiesta una quantità minima di esperienza pratica e si raccomandano stage.

giochi

biologia