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

1. Fizikai aktivitás a víz alatt és az űrbenDr. Uvacsek MartinaForrás: 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.: 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. 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. Ami a 20-30 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 30-40 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 PO2 318-1500Hgmm-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. 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.

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.

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! 12.875 km (8000mi) távolságban a tömegünk 25%-a a Földön mérhetőnek! 337.962 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-78 1996) 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!

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!