1 T.C.
HACETTEPE ÜNİVERSİTESİ
SPOR BİLİMLERİ VE TEKNOLOJİSİ YÜKSEKOKULU
Nihat ÖZGÖREN N11124134
Derleme
SBT 648 - Spor Fizyolojisi II İskelet kasları ve kardiyovasküler sistem
Ders Sorumlusu
Yrd. Doç. Dr. Nazan KOŞAR
Mart, 2012
2 İskelet kasları: kardiyovasküler sistemin kölesi mi yoksa efendisi mi?
Birçok fizyolojik sistemin egzersiz sırasında ne şekilde ve nasıl etkileşim halinde çalıştığını biliyoruz fakat sistemler arası en büyük etkileşim, O2 ihtiyacını belirleyen iskelet kasları ile bu ihtiyacın karşılanmasını sağlayan kardiyo-solunumsal sistem arasındaki etkileşimdir.
Egzersizin hemen başında, pulmoner, kardiyovasküler ve kassal sistem etkileşerek oksijen tüketim oranını belirler. Bu oran, özellikle aerobik egzersize karşı çok duyarlı olmakla birlikte ağızdan veya doğrudan kastan ölçülebilir. Başlı başına her bir sistemin, VO2 oranında meydana gelen bu değişimdeki rolü, önemli tartışmaların konusu olmaya devam etmektedir.
Tüm bunların ötesinde, egzersiz sırasında oldukça aktif olan iskelet kaslarını ve hayati fonksiyonları olan beyin, kalp ve bağırsaklar gibi iç organları besleyen kanın dolaşımı ve VO2
değişimindeki rolü meselesiyle karşı karşıyayız. Metabolik ihtiyaçlar arttığında ve kardiyak çıktı sınırlarına ulaştığında, öncelik hangi sistemdedir? İzole iskelet-kas modelleri, maksimum kardiyak çıktının küçük bir kas grubu ile karşılaştığında merkezi unsurlara daha az yük bindiği ve böylece iskelet kaslarına daha fazla kan akışı gerçekleştiğini ortaya çıkarmıştır.
Ayrıca bu iskelet-kas modelleri, bir başka uzun soluklu çalışma alanlarından olan; maksimal metabolik oranın belirleyici faktörleri konusunda da oldukça verimli olmuştur. Özellikle de VO2maks'ı O2 ihtiyacının mı, yoksa sağlanan O2'nin mi belirlediği sorusuna da bir açıklık getirmiştir. Son olarak, iskelet-kas sistemi ile kardiyovasküler sistem arasındaki yapısal arayüz çalışmaları, bu iki sistem arasındaki koordinasyon ve işbirliği hakkında aydınlatıcı olacak güçlü bir yaklaşım olabilir. O2'nin kandan kas hücresine geçebilirliğinin, VO2maks'ın belirlenmesinde önemli bir rol oynadığı deneysel olarak gösterilebilir. Bununla birlikte, devam eden bir egzersiz uyaranı verildiğinde, kas oldukça aktif bir rol oynamaya başlayarak egzersiz yapma kapasitesini pozitif etkileyen kayda değer nitelikte bir esneklik sergiler. Bu nedenle, iskelet kasları ile kardiyovasküler sistem arasındaki ilişkide kimin efendi kimin köle olduğu konusu tartışmaya açık bir konudur.
Kassal perfüzyonü kasın ihtiyacı mı, yoksa kardiyovasküler sistemin gücü mü belirler?
Egzersiz sırasında, kardiyak çıktıya en büyük talep iskelet kaslarından gelir. Örneğin, bisiklet ergometresinde yapılan maksimal bir egzersiz sırasında, kan akışının %85'i çalışan bacak kaslarına yönlendirilir. Bugüne kadar yapılan birçok araştırmada, egzersiz sırasında farklı kas gruplarının kardiyak çıktı için nasıl birbirleriyle yarıştıkları ve ortada gerçekten bir "çalma"
fenomeninin olup olmadığı incelenmiştir. Secher ve arkadaşları (1990), bisiklet ergometresinde yapılan bir egzersize ilaveten bir kol egzersizi eklendiğinde bacaklardaki kan akışının azaldığını gözlemlemiş olmalarına rağmen, yapılan son araştırmalarda bu tip
3 bulgulara rastlanılmamıştır. Bununla birlikte, elde edilen verilerden yola çıkıldığında, kol egzersizinin çalışmaya dahil edilmesiyle birlikte bacaklarda, bu bölgede oluşan norepinefrin fazlalığıyla tespit edilen bir vazokonstriksiyon gerçekleştiği düşünülmektedir. Son zamanlarda, solunumla ilgili kasların kardiyak çıktıyı ve maksimal egzersiz sırasındaki dağılımını etkileyip etkilemediğini ortaya koymak için birkaç araştırma yapılmıştır. Bu araştırmaların sonuçlarına göre, solunum kasları, toplam kardiyak çıktının yaklaşık %14- 16'sına ihtiyaç duymaktadır ve bu ihtiyacı öncelikli olarak strok volum ve VO2 yoluyla karşılanmaktadır. Ayrıca, şiddetli bir egzersiz sırasında, solunum kaslarının talep ettiği bu metabolik ihtiyaç, kardiyak çıktının bacaklar ve solunum kasları arasındaki dağılımını etkilemektedir. Öyle ki, bacaklardaki kan akışı, solunum kaslarındaki kanın azalmasıyla artarken, artmasıyla düşmektedir. Egzersiz performansı, solunuma bağlı olarak, şiddetli bir egzersiz sırasında kan akışının göğüs duvarı ile lökomotor kaslar arasındaki dağılımdan da etkilenebilmektedir. Bu sebeple, kol-bacak egzersizinde gözlenen durumun tersine, kardiyak çıktı değeri ve dağılımı, maksimal bir egzersiz sırasında solunum kaslarının çalışma şiddetine bağlı olarak bile değişmektedir.
VO2maks: Sağlanan oksijene mi, yoksa oksijen ihtiyacına mı bağlıdır?
O2 transferindeki artışın, ancak O2 temininde bir sınırlama varsa VO2maks'ı arttığı bilinmektedir. İzole bir quadriceps egzersizi, kardiyak çıktının maksimum değerlerine erişmesini gerektirmez. Bu tür bir egzersizde kas, mevcut metabolik rezervlerini kullanır ve kasa özgü en yüksek VO2 değerine ulaşır. Bu durum, kas VO2maks'ının kasın O2 temin sınırlamasına sahip olduğunun bir kanıtıdır. Son zamanlarda yapılan bir diz-ekstansiyon çalışmasında, artmış O2 transferi sonucu (hiperoksi) VO2maks'ın arttığı gözlenmiştir.
Normoksik bir durumda bile, izole quadriceps egzersizi sırasında kas VO2maks'ı metabolik mitokondri oranından dolayı değil, O2 temininden dolayı sınırlanmıştır.
Bununla birlikte, birçok durumda da O2 transferindeki artış, VO2maks'ı arttırmaktadır. Fakat bunun VO2maks'daki artışı belirleyen tek faktör olmadığını biliyoruz. O2 taşınımındaki konnektif ve difusiv bileşenler arasındaki ilişki de maksimal metabolik oranı belirleyebilmektedir. Kasın içerisine dışarıdan verilen hemoglobin RSR13 allosterik düzenleyicinin, P50'de ve arterial O2'nin taşınmasında önemli ölçüde artışla sonuçlandığı ve bu artışın da kas VO2maks'ını arttırdığı bilinmektedir. Bu durum, %100 oksijen solunduğunda bile kastaki VO2maks'ın kısıtlandığını kanıtlamaktadır. Buna ek olarak, VO2maks'daki artış belli bir
4 oranda venözdeki PO2'ye bağlıdır. Tüm bu bulgular bir araya geldiğinde, alyuvar ile mitonkondri arasındaki O2 difüzyonunun VO2maks'ı belirlediği söylenebilir.
Şiddeti kademeli olarak artan bir egzersiz sırasında kaslarda oluşan laktat, kas içi oksijen dengesinin negatif yönde bozulduğunun bir göstergesidir. "Anaerobik eşik" kavramı da, kanda laktatın birikmeye başladığı "an"ı ifade etmek için kullanılmaktadır. Bu laktat birikiminin, kas içindeki metabolik ihtiyacı karşılayamayacak seviyede, yetersiz O2
üretilmesine bağlı olarak gerçekleştiği düşünülmektedir. Yapılan diğer gözlem sonuçlarına göre, hücre içi oksijen basıncının, metabolik düzenlemede oldukça önemli bir rolü vardır.
Arterial epinefrin seviyesi, şiddeti giderek artan bir egzersizde kas tarafından üretilen ve kana salınan laktat miktarıyla oldukça yüksek ilişki göstermektedir.
Dinlenme sonrası egzersize başlarken VO2'yi kan akışı mı, yoksa kas metabolizması mı belirler?
Dinenik durumdan egzersize başlarken veya düşük yüklerden yüksek yüklere geçiş sırasında, O2 alımı, ortaya konan güç performansının arkasından gelir. Güç çıktısı ile O2 alımı arasındaki bu süre VO2-kinetik olarak adlandırılır. Bu kinetik cevabın ortaya çıkma mekanizması ile ilgili iki farklı görüş vardır. Birincisi, bu oranın çalışan kaslara giden O2
oranı ile belirlendiği düşüncesidir. Diğeri ise bu oranın kas içi oksidatif metabolizmanın yaşadığı bir anlık eylemsizlik ile belirlendiğidir. Son yıllarda yapılan izole kas deneyleri sonrası bu "metabolik eylemsizlik" hipotezi oldukça güçlenmiştir.
Tüm bu bulgular bir araya geldiğinde, yapılan çalışmaların sonuçlarına ve deneysel modellerde yapılan gözlemlere dayanarak, kas fibrillerine konnektif veya difüsif yolla taşınan oksijenin kas VO2maks'ını etkilemediği, bunun yerine kas VO2maks'ını kasın oksidatif metabolizmasında meydana gelen eylemsizliğin etkilediği söylenebilir. Tüm bu çıkarımlar ve bulgular, araştırmacılar tarafından, "solunumsal eşik" altındaki yüklerde yapılan çalışmaların sonuçlarına göredir. Bunun tam tersi durumlarda (solunumsal eşiğin üzerindeki yüklerde yapılan egzersizlerde) ise kasa taşınan oksijen miktarı, kas VO2maks'ını önemli ölçüde etkileyecektir.
5 Özet
Kardiyovasküler sistem ile iskelet-kas sisteminin verdiği biyolojik cevapların fonksiyonel ve yapısal seviyeleri arasında oldukça sıkı bir bağlantı olduğu açıkça görülmektedir. Bu konuya bir açıklık getirmek üzere, hangi sistemin daha dominant, hangisinin diğerine dağa bağlı olduğu sorusuna bir cevap aradık fakat, her bir sistemin oynadığı rolü açıklamak için tek bir cevabın uygun olmayacağı ortadadır. Çünkü bu iki sistemin de bir arada çalışmasını sağlayan ve bir araya gelerek bu çalışma sistemini oluşturan birçok faktör vardır. Bu faktörlerde meydana gelen herhangi bir değişim; örneğin, akut egzersizin kronik egzersize dönüşmesi, kardiyovasküler sistem ile iskelet-kas sistemi arasındaki ilişkiyi kuvvetlendirerek hangi sistemin daha baskın, hangisinin daha itaatkar olduğu sorusunun cevabını değiştirecektir.
6 Kaynaklar
Grassi B. (1999) Skeletal Muscle VO2 on-kinetics: Set by O2 delivery or O2 utilization?
New insights into an old issue. MEDICINE & SCIENCE IN SPORTS & EXERCISE, sayfa 108-116
Richardson S. R, Harms C, Bruna, Grassi ve Hepple R. (1999) Skeletal muscle: Master or slave of the cardiovascular system? MEDICINE & SCIENCE IN SPORTS & EXERCISE, sayfa 89-93
