I.E.S. DOLORES IBARRURI EDUCACIÓN FÍSICA-4º E.S.O. 1ª EVALUACIÓN SISTEMAS Y ÓRGANOS DEL CUERPO HUMANO Y ACTIVIDAD FÍSICA 1.- INTRODUCCIÓN Los humanos hemos sobrevivido en este planeta por miles de años gracias a nuestra capacidad de adaptación. Las adaptaciones fisiológicas comienzan a aparecer casi inmediatamente cuando se inicia un nuevo programa de ejercicios. Aparecen muchos cambios en el cuerpo pero los más significativos incluyen cambios en los músculos, huesos y en el sistema cardiovascular. Veremos cuales son. 2- EL SISTEMA CARDIO-RESPIRATORIO. ESTRUCTURA Y FUNCIONES. El aparato cardio-respiratorio y la sangre forman el Sistema de Aporte de Oxígeno (S.A.O), que consiste en la integración de varios aparatos del organismo: Ofertar a los tejidos y órganos el oxígeno suficiente, según las necesidades individuales y dependiendo del estado o actividad. La eliminación de anhídrido carbónico resultante del deshecho del ciclo respiratorio. Este sistema integrado requiere los siguientes elementos siguiendo el curso del oxígeno: El aparato respiratorio, encargado de captar oxígeno e introducirlo al organismo, y eliminar el CO2 resultante. La hemoglobina, dentro de los eritrocitos de la sangre, capaz de transportar el oxígeno. El aparato cardiovascular, capaz de distribuir el oxígeno a través del bombeo de la sangre y canalización de la misma en función de las necesidades metabólicas de los tejidos y órganos de los tejidos. El Sistema cardio-respiratorio es el encargado de proveer y hacer llegar hasta el músculo el oxígeno necesario para su funcionamiento. El ejercicio físico implica un aumento tanto del consumo muscular de oxígeno como de la producción de anhídrido carbónico, para satisfacer esa demanda aumentada en reposo físico. 2.1- APARATO RESPIRATORIO El aparato respiratorio forma parte del S.A.O., permitiendo la entrada de oxígeno al Sistema Circulatorio para ser transportado por la hemoglobina eritrocitaria, al tiempo que extrae el anhídrido carbónico formado en los procesos oxidativos celulares. Esta participación tiene como fin el intercambio de gases respiratorios. Proceso: El oxígeno debe entrar en la estructura pulmonar, para que una vez llegado el oxígeno al pulmón, se permita el paso de la sangre. Esto formará parte de la captación y entrega de IES DOLORES IBARRURI-Dpto Educación Física-Curso 2014-2015 Página 1
los gases respiratorios (fisiología de la respiración), donde será importante la ventilación, que nos orienta acerca de cómo el pulmón puede introducir cantidades variables de aire, y de la mecánica respiratoria (tórax-pulmón) permitiendo la entrada de aire en cantidades variables. Una vez que el aire se encuentra dentro del pulmón, puede producirse el paso de oxígeno t anhídrido carbónico a través de las estructuras que separan el aire de la sangre (barrera alvéolo-capilar), produciéndose el intercambio gaseoso pulmonar, mediante la relación ventilación/perfusión. Si el flujo sanguíneo pulmonar es adecuado, pero entra poco aire al pulmón, la sangre saldrá poco oxigenada. Si la ventilación se ajusta adecuadamente, pero la perfusión es nula, la sangre saldrá poco oxigenada. Siguiendo el camino del oxígeno, una vez se difunde, debe ser transportado a los tejidos para su utilización mediante el transporte sanguíneo de los gases respiratorios, incluyendo el transporte de anhídrido carbónico de los tejidos al pulmón. Estructura anatómica: IES DOLORES IBARRURI-Dpto Educación Física-Curso 2014-2015 Página 2
2.2-APARATO CARDIOVASCULAR. ESTRUCTURA Y FUNCIONES. E aparato cardiovascular forma parte del S.A.O a los tejidos, permitiendo la distribución de la sangre. El aparato cardiovascular posee un sistema de bombeo, corazón, y un sistema de canalización, los vasos sanguíneos (arterias, venas y capilares). Su función global es la de distribuir la sangre a todos los órganos y recogerla de estos para volverla a oxigenar en los pulmones. Estructura anatómica: El corazón es un órgano musculoso, hueco, rojizo, situado en el tórax, entre los pulmones, de situación central pero orientando 2/3 a la izquierda, pesa 300 gr. Y tamaño de un puño, formado por fibras cardiacas estriadas e involuntarias. En su interior hay 4 cavidades, dos aurículas o superiores (donde desembocan las venas) y dos ventrículos o inferiores (donde salen las arterias). Cada mitad del corazón es una unidad funcional independiente, no se comunican al estar separadas por un tabique. Entre las cavidades existen unas válvulas (mitral a la izq. y tricúspide a la derecha), que dan paso a la sangre de la aurícula al ventrículo e impiden el retroceso de ventrículo a aurícula. A la aurícula izq. llegan las venas pulmonares (con sangre que llega de los pulmones y cargada de O2) y a la derecha las dos venas cavas, sup. e inf. (con sangre de resto del cuerpo, cargada de O2). Del ventrículo izq. nace la arteria aorta, que llevará sangre oxigenada a todo el cuerpo y del ventrículo derecho nace la arteria pulmonar, que llevará la sangre a los pulmones para oxigenarse, es decir, rica en anhídrido carbónico. La diferencia en oxígeno entre ambos tipos de vasos es la diferencia arteriovenosa de oxígeno. IES DOLORES IBARRURI-Dpto Educación Física-Curso 2014-2015 Página 3
EL S.A.O. Proceso: La sangre oxigenada procedente de los pulmones llega por las venas pulmonares a la aurícula izq., pasa al ventrículo izq. y éste la expulsa a la arteria aorta para distribuirla a todo el cuerpo. La sangre regresa por las venas cava superior e inferior a la aurícula derecha, desde la que pasa al ventrículo derecho, saliendo a la arteria pulmonar, que llega hasta los pulmones, donde se oxigena, y vuelve a la aurícula izq. por las venas pulmonares, y así repetida y continuadamente. El corazón tiene la capacidad de contraerse, mediante un periodo llamado ciclo cardiaco. El ciclo cardiaco es el periodo de tiempo (un latido) donde sucede: la diástole o periodo de relajación (llenado ventricular) y la sístole o periodo de contracción-eyección. IES DOLORES IBARRURI-Dpto Educación Física-Curso 2014-2015 Página 4
La función del ciclo cardiaco es doble: Eyectar un determinado volumen de sangre en cada latido. Generar presión a dicho volumen, que se transmite a lo largo de todo el sistema arterial. 3-ADAPTACIONES DEL S.A.O. AL EJERCICIO: Frecuencia cardiaca Entre las modificaciones cardiovasculares se observa un descenso de la frecuencia cardiaca (pulsaciones del corazón por minuto) en reposo y también durante la realización de un ejercicio físico, sin que se aprecien modificaciones habitualmente en la frecuencia cardiaca máxima con el entrenamiento. Es decir, un mismo esfuerzo mecánico (por ejemplo correr a 12 km/h) antes del entrenamiento podría suponer para el organismo un esfuerzo en cuanto a frecuencia cardiaca de 140 lat/min. y después de 4 semanas de entrenamiento aeróbico suponer 130 lat/min. Indudablemente es una evolución positiva y una mejora en la condición cardiovascular. La frecuencia cardiaca por lo tanto, es un parámetro fácil de medir, que cuantifica de una manera práctica y real la intensidad del esfuerzo físico a nivel cardiovascular. Su conocimiento nos permite objetivar la intensidad de un ejercicio y prescribir las cargas de entrenamiento en función de dicho parámetro. Por este motivo, cada vez con más frecuencia, los deportistas en sus entrenamientos y competiciones, fundamentalmente atletas de fondo, utilizan pulsómetros que, por telemetría, les permiten saber en cada momento la frecuencia cardiaca. Tensión arterial Las cifras de tensión arterial disminuyen en reposo y durante el ejercicio experimentan incrementos más suaves que en sujetos no entrenados, de forma que el producto de la tensión arterial sistólica por la frecuencia cardiaca, que es un índice de sobrecarga a que está sometido el corazón, disminuye. El ejercicio físico aeróbico está recomendado como tratamiento en la hipertensión arterial ligera-moderada, junto a medidas higiénicodietéticas como la dieta hiposódica (sin sal), la pérdida de peso en caso de obesidad y el control del estrés. Estas son medidas iniciales antes de considerar el tratamiento farmacológico de la hipertensión arterial. El ejercicio aeróbico produce una vasodilatación que tiende a disminuir las resistencias vasculares periféricas y en consecuencia disminuir la tensión arterial durante el ejercicio. Tamaño de las cavidades del corazón Otra de las adaptaciones más interesantes que se producen a nivel cardiovascular como consecuencia del entrenamiento aeróbico de larga duración, es en relación al tamaño de las cavidades del corazón, las cuales aumentan, mejorando su capacidad de llenado por lo que se incrementa el volumen cardiaco. Las paredes del corazón son algo más gruesas que en la población no deportista. En conjunto el corazón crece de una forma IES DOLORES IBARRURI-Dpto Educación Física-Curso 2014-2015 Página 5
armónica sin que se produzcan desequilibrios entre el volumen de las cavidades cardiacas y los espesores de las paredes. Incremento del volumen sistólico Otra adaptación importante del corazón es el incremento del volumen sistólico o volumen latido, es decir, la cantidad de sangre que expulsa el corazón cada vez que se contrae. Este aumento se produce en reposo y en ejercicio submáximo y máximo. Por lo tanto la cantidad de sangre que expulsa el corazón cada minuto (gasto cardiaco o volumen minuto) también se incrementará de forma importante al realizar un esfuerzo máximo, sin que experimente modificaciones en reposo ni al realizar un ejercicio submáximo. Vasos sanguíneos sanguíneos A nivel de los vasos sanguíneos que irrigan el corazón, tienen una mayor capacidad de dilatarse en ejercicio a la vez que aumenta el número de capilares en relación a las fibras del músculo cardiaco. En cuanto a la vascularización periférica, es decir, los pequeños vasos (capilares) que aportan la sangre a las fibras musculares de los músculos esqueléticos también aumentan en número y capacidad de dilatarse con el ejercicio. De esta forma el incremento de la densidad capilar permite que con mayor facilidad llegue la sangre a las fibras musculares del corazón y músculos, aportando el oxígeno y nutrientes necesarios para la contracción muscular. El volumen plasmático Por otra parte el volumen plasmático, el número de hematíes y la hemoglobina, es decir, los transportadores del oxígeno por la sangre aumentan en individuos entrenados. Además el músculo es capaz con el entrenamiento aeróbico de extraer más oxígeno de la sangre (aumenta la diferencia arterio-venosa de oxígeno), de forma que al salir la sangre del músculo lleva menos oxígeno de lo que llevaría en el caso de una persona no entrenada. El músculo entrenado además tiene mayor capacidad de utilizar el oxígeno que le llega por los capilares (mayor capacidad oxidativa) debido a un incremento en el número y tamaño de las mitocondrias y a un aumento en la actividad de las enzimas oxidativas. Igualmente será capaz de incrementar la utilización de las grasas como substrato energético, retrasando la utilización del glucógeno muscular (hidratos de carbono del músculo muy útiles para obtener energía, pero más escasos que las grasas de reserva del organismo). El consumo máximo de oxígeno (VO 2 máx.) Es un parámetro que nos indica la capacidad de trabajo físico de un individuo y nos refleja de forma global el sistema de transporte de oxígeno desde la atmósfera hasta su utilización en el músculo. Si consideramos que el consumo de oxígeno es el producto del gasto cardiaco por la diferencia arterio-venosa de oxígeno, deducimos que éste se incrementa en personas entrenadas. Esta mejoría del VO 2 máx. se ha demostrado no sólo en sujetos sanos que realizan ejercicio físico con regularidad, sino también en pacientes con cardiopatía isquémica, e incluso en algunos con enfermedad pulmonar pulmonar. IES DOLORES IBARRURI-Dpto Educación Física-Curso 2014-2015 Página 6
Enlaces de interés: http://www.youtube.com/watch?v=jbt3b8dvhzc https://www.youtube.com/watch?v=j Z7aPgYSs IES DOLORES IBARRURI-Dpto Educación Física-Curso 2014-2015 Página 7
3-EL SISTEMA MUSCULAR El sistema muscular del cuerpo humano está compuesto por unos 650 músculos. Algunos de ellos se encargan de mantener la postura erguida y otros tienen la función de aportar movimiento al cuerpo junto al sistema esquelético. 1. Influencia del ejercicio físico en el sistema muscular El ejercicio físico produce adaptaciones en todo el sistema muscular: - Si realizamos ejercicio cardiovascular, las fibras musculares se adaptan a un metabolismo de tipo aeróbico, y las mitocondrias optimizan su capacidad para captar el oxígeno transportado por la sangre - Y si realizamos ejercicios de fuerza, estas fibras musculares sufren cambios no sólo en su metabolismo, sino en su arquitectura muscular. Se produce la hipertrofia o aumento del tamaño muscular, el incremento del número de fibras o una optimización del funcionamiento del sistema neuromuscular. IES DOLORES IBARRURI-Dpto Educación Física-Curso 2014-2015 Página 8
2. Tipos de fibra Dentro del fascículo muscular nos encontramos con dos tipos de fibras musculares: - Fibras de contracción lenta o fibras rojas, adaptadas a contracciones de baja intensidad y larga duración. La gran cantidad de mitocondrias y mioglobina las hace más eficientes al metabolismo de tipo aeróbico (en presencia de oxígeno). - Fibras de contracción rápida o fibras blancas, donde las reservas elevadas de ATP y fosfatos de creatina (sustratos energéticos), las hacen especialmente aptas para aquellas contracciones de corta duración y alta intensidad, estando más adaptadas al metabolismo anaeróbico (sin presencia de oxígeno). Las fibras blancas presentan una gran velocidad de contracción y son poco resistentes a la fatiga. Este tipo de fibras es el que más interviene en el trabajo de fuerza. Aunque la población normal suele tener una predominancia ligeramente superior de fibras rojas (55%) y la tipología de las fibras está determinada genéticamente. Estos valores se pueden ver alterados por factores como la edad, sexo, maduración y tipo de entrenamiento, pudiéndose transformar la funcionalidad de las fibras rápidas (blancas) en lentas (rojas) aunque en una proporción muy pequeña, sin embargo este cambio de tipología no sucede al contrario. Esto explica porque una persona entrenada en deportes de fuerza puede adaptarse a deportes cardiovasculares pero no al contrario. 3. Beneficios del desarrollo muscular 3.1. Antienvejecimiento La atrofia muscular (pérdida de tejido muscular) ocurre, en primer lugar, sobre las fibras musculares de contracción rápida que son precisamente aquellas involucradas en actividades explosivas y de fuerza. Por este motivo, el entrenamiento de fuerza puede ayudar a prevenir este proceso involutivo y otras patologías degenerativas como la osteoporosis. Asimismo es muy importante su influencia en el mantenimiento de la postura, muy perjudicada con el paso de los años y en según que ámbitos laborales. 3.2. Gasto metabólico El desarrollo muscular incrementa el metabolismo en estado de reposo, ya que el tejido muscular mantiene un coste metabólico muy elevado. Diferentes investigaciones han demostrado que desarrollando 1,5 kg de tejido muscular, se incrementan los niveles de metabolismo basal en un 7% y las calorías diarias en un 15% aproximadamente. Por lo tanto, hay que desterrar el mito de que únicamente el trabajo aeróbico es útil para la pérdida de peso. IES DOLORES IBARRURI-Dpto Educación Física-Curso 2014-2015 Página 9
3.3. Evita desequilibrios El entrenamiento con resistencias conlleva un aumento de la estabilidad de las diferentes articulaciones a través del incremento de la resistencia estructural, no sólo de la masa muscular, sino también del tejido conectivo: tendones y ligamentos. 4. Adaptaciones musculares en el entrenamiento Las mejoras en los niveles de fuerza muscular se deben a dos tipos de adaptaciones: las mejoras de fuerzas iniciales son debidas a mecanismos neuromusculares: una adaptación neural por activación de las unidades motrices, la innervación nerviosa a nivel muscular es mayor, en cada contracción se pueden activar un número mayor de fibras. Esta adaptación sucede en las primeras semanas de aplicación de cargas, no se produce un aumento de la masa muscular, tan sólo es una mejora en la eficiencia de la contracción. Por este motivo, personas que se inician aprecian unas mejoras en sus niveles de fuerza de forma muy rápida. Se producen en ambos géneros y a cualquier edad del individuo. Posteriormente, a medio y largo plazo se producen cambios en la arquitectura del músculo aumentando la densidad de proteínas contráctiles con el consecuente aumento de tamaño muscular, este proceso se denomina hipertrofia muscular. Es necesario un clima hormonal dominado por testosterona principalmente, por esta razón, sucede en los hombres con mucha mayor significación que en las mujeres. 4.1. Las primeras semanas En este periodo se produce un aumento en la inervación nerviosa de las fibras musculares, en cada contracción se pueden activar un mayor número de fibras musculares, a corto plazo se produce una mejora significativa de la fuerza sin aumento del volumen muscular. 4.2. A medio y largo plazo Con la aplicación de cargas se produce una hipertrofia muscular con el aumento de la sección transversal del músculo y aumento de las miofibrillas. Esta adaptación tiene un carácter congénito y no sucede por igual en todos los individuos, cada persona tiene un potencial para la hipertrofia. Para llegar al máximo desarrollo muscular de una persona se necesita un largo periodo de entrenamiento a intensidades sobre el 80% de la fuerza máxima y un clima elevado de testosterona. Por esta razón, estas adaptaciones sólo suceden de forma significativa en el hombre y no en la mujer. 4.3. A nivel profesional Por último, se pueden alcanzar aumentos de volumen muscular extremadamente elevados, como sucede en el caso de culturistas profesionales, donde además de tener un IES DOLORES IBARRURI-Dpto Educación Física-Curso 2014-2015 Página 10
potencial muy alto para la hipertrofia, se aplican apoyos químicos artificiales para estimular el entorno anabólico del músculo. 5. La hipertrofia muscular Es el aumento del tamaño muscular debido al entrenamiento con cargas elevadas. Las diferencias en la composición de fibras, junto a otros factores, podrían explicar en parte la gran diferencia que existe en la respuesta hipertrófica a los mismos sistemas de entrenamiento entre diferentes individuos. Una mayor densidad de fibras blancas por músculo será esencial para mayores rendimientos en la fuerza e hipertrofia, cuyo factor genético. Enlaces de interés: http://www.youtube.com/watch?v=8p6nehoxxcu http://www.youtube.com/watch?v=kec1qrtwv5q 4-EL SISTEMA ÓSTEOARTICULAR El cuerpo humano es una complicada estructura de más de doscientos huesos, un centenar de articulaciones y más de 650 musculos actuando coordinadamente. Gracias a la colaboración entre huesos y musculos, el cuerpo humano mantiene su postura, puede desplazarse y realizar múltiples acciones. Juntos forman el aparato locomotor. El conjunto de huesos y cartílagos: forma el esqueleto. Las funciones del esqueleto son múltiples: sostiene al organismo y protege a los órganos delicados, a la vez que sirve de punto de inserción a los tendones de los musculos, Además, el interior de los huesos largos aloja la medula ósea, un tejido noble que fabrica glóbulos rojos y blancos. La cabeza está constituida por el cráneo y la cara. IES DOLORES IBARRURI-Dpto Educación Física-Curso 2014-2015 Página 11
4.1-ADAPTACIONES CON EL EJERCICIO Cuando realizamos actividad física los huesos alteran su resistencia en respuesta a la tensión mecánica que se genera con la actividad. Se inicia un aumento en el depósito de sales minarales y la producción de fibras colágenas. Si no existe tensión se provoca una eliminación de sales minerales con lo que el hueso tiende a debilitarse. Los huesos de los atletas, que están sometidos a una tensión de alto grado, se hacen considerablemente más gruesos que los de las personas que no practican alguna actividad. De no haber esas tensiones el hueso no se desarrollará de manera normal. Caminar vigorosamente o correr son actividades sencillas para estimular el crecimiento óseo. En otras palabras, cuando realizamos actividad física, ejercicios dentro de la clase de educación física contribuimos con el crecimiento de nuestros huesos, obviamente mientras estamos en crecimiento, sin embargo, el ejercicio regular nos fortalece. No olvidemos que a esto debemos sumar algunos hábitos como una alimentación adecuada. Por cierto: es necesario evitar el consumo de bebidas que contengan cafeína como los refrescos de cola (coca, pepsi, big), algunas infusiones o el café, ya que de nada servirá el ejercicio físico y propiciar su descalcificación (pérdida del calcio) consumiendo estas bebidas. Beneficios sobre el sistema osteoarticular: Aumento de la resistencia a las fracturas La actividad física aporta beneficios sobre las propiedades mecánicas de los huesos aumentando la resistencia a la fractura. Una mayor resistencia de los ligamentos y tendones La actividad física aporta una mayor resistencia a los ligamentos y tendones. En los niños Durante el crecimiento, la actividad física juega un papel importante en la adquisición del capital óseo, particularmente en niños de entre 10 y 18 años (las actividades con impactos o tensiones suaves son más eficaces) Practicarla lo más precozmente posible Cuanto más se practique y de forma más precoz, mayor será su influencia sobre el capital óseo. Cuanto más variadas sean las tensiones mecánicas y más prolongadas sean las contracciones durante la marcha o la carrera, mayor será la formación de hueso. Este efecto ha sido particularmente observado en los niños en fase de pre-puberal y más al principio que al final de la pubertad. Practicar múltiples actividades La práctica deportiva de diferentes actividades parece comportar un mayor beneficio durante el crecimiento. IES DOLORES IBARRURI-Dpto Educación Física-Curso 2014-2015 Página 12
En la mujer En la mujer, después de una pérdida masiva de masa ósea los primeros años después de la llegada de la menopausia, la pérdida media se sitúa alrededor del 1% por año. Según un análisis reciente que recopila el conjunto de las publicaciones entre 1966 y 1996 muestra de manera significativa que la práctica regular de actividad física puede prevenir, incluso invertir, esta pérdida ósea ligada al envejecimiento, tanto a nivel vertebral como a nivel del cuello femoral. En personas de más de 70 años La actividad física previene la pérdida de masa muscular debida al envejecimiento Una disminución de la pérdida ósea Más allá de los 70 años, la actividad física continúa ejerciendo un efecto beneficioso reduciendo, aunque sin anularlo completamente, la pérdida ósea. Elije la marcha, la musculación, subir escaleras Los ejercicios de esfuerzo de carga como las carreras, la musculación, la marcha a buen ritmo, o subir escaleras, tienen probada su eficacia. Los ejercicios que no implican esfuerzo de carga (natación, ciclismo) son poco o nada eficaces Musculación La musculación es eficaz puesto que aumenta la fuerza del músculo, mostrando la importancia de la tensión mecánica ejercida por el músculo sobre el hueso. Siempre dirigida por un profesional. Prevenir la osteoporosis El deporte combate la osteoporosis y mantiene una masa ósea suficiente. La osteoporosis se desarrolla con el envejecimiento y vuelve los huesos más frágiles. El ejercicio físico provoca una presión sobre los huesos que mantiene el proceso de calcificación. Enlaces de interés: https://www.youtube.com/watch?v=oncfwxy0jt0 IES DOLORES IBARRURI-Dpto Educación Física-Curso 2014-2015 Página 13