Egzersiz Fizyolojisi

Egzersiz Fizyolojisi
1. Ders
Egzersiz fizyolojisine giriş, temel
kavramlar, Hücre fizyolojisi
• Anatomi; vücut parçalarının yapısı, şekilleri ve
birbirlerine göre organizasyonunu inceleyen
bir bilim dalıdır.
• Fizyoloji; Organizmanın ve organizmayı
oluşturan yapıların işlevlerini inceler.
– Vücut fonksiyonlarını inceleyen ve bir canlının
canlı olma özelliğini devam ettirmede rol oynayan
bütün yaşamsal fonksiyonların ne olduğunu ve
nasıl işlediğini açıklayan bilim dalıdır.
Fizyoloji
Fizik
Kimya
Biyoloji
Fizyoloji
Hayvan
Fizyolojisi
İnsan Fizyolojisi
Spor Fizyolojisi
Bitki Fizyolojisi
• Egzersiz Fizyolojisi; İnsan organizmasının
kassal çalışmalara cevabını ve uyumunu sportif
performansı arttırma amacını güden
antrenmanların fizyolojik temellerini inceleyen
bir bilim dalıdır (Akgün, 1986)
• Egzersiz Fizyolojisi Egzersiz, antrenman, spor
ve hareketsizliğin bireyler üzerindeki akut ve
kronik etkilerini inceleyen bilim dalıdır
(Açıkada, Ergen, 1989).
• Organizmadaki uygun biyokimyasal ve
biyofiziksel uyumların gelişmesi
• Performansın arttırılması
• Kalite ve miktar açısından antrenmanların
amaca dönük olarak kullanılabilmesi
• İnsan vücudu birbirinin içinde bulunan ve
karmaşıklık derecesi birbirinden farklı olan
bölümlerden oluşur.
• Bilindiği gibi bütün kimyasal maddelerin en
küçük yapı taşları atomlardır.
• Atom: Bir kimyasal elementin en küçük parçası
elementin tüm özelliklerini taşır. Elektron ve
protonlara sahiptir.
– İyonlaşma; Bir atomun (-) yük vererek yüklenmesi
veya (-) yük alarak düşmesi demektir.
– Pozitif elektron yüklü iyonlara “katyon”, negatif
elektrik yüklü iyonlara “anyon” denir.
• H⁺ (1 elektron vermiş atom)
• OH⁻ (1 elektron almış atom grubu)
• (SO₄) ² ⁻ (2 elektron almış atom grubu)
• İnsan vücudunu oluşturan kimyasal
maddelerde atomların bir araya gelmesiyle
oluşan ve molekül adı verilen daha büyük
parçalardan oluşmuştur. Molekül bir birine bağlı bir
grup atomun oluşturduğu kimyasal bileşiklerin en küçük temel yapısına verilen addır.
• Moleküller bir araya gelerek hücreleri
oluştururlar. Hücre dokuların en küçük yapı
taşlarıdır ve yaşamın tüm
özelliklerini sergilerler. Kas, sinir,
kan hücresi gibi…
• Ortak fonksiyonları olan hücreler bir araya
gelip organize olarak doku adı verilen
tabakaları veya kitleleri oluşturur.
• Farklı dokular bir araya gelerek
organları oluşturur. Organlar özel
fonksiyonlara sahip karmaşık yapılardır.
Birbirine benzer organların bir araya
gelerek oluşturduğu organ gruplarına organ
sistemleri adı verilir. Farklı organ sistemlerinin
bir araya gelmesiyle organizma oluşur.
Atom
Molekül
Organel
Hücre
Doku
Organ
Sistem
Organizma
Yapı Taşları
• Vücudun beslenmesi, oluşturulması ve hayatta
kalabilmesi için gerekli organik ve inorganik
maddelerdir.
• İnorganik maddeler, elementler, tuzlar ve
vitaminler gibi maddelerdir ve çoğunlukla
dışarıdan alınmaları gerekir.
• Organik maddeler ise karbonhidratlar (şeker),
lipidler (yağ), proteinler ve nükleik asitlerlerden
oluşur. Organik maddeler çoğunlukla vücudun
içinde yapılmakla beraber dışarıdan da
alınabilirler.
Karbonhidratlar
• Karbonhidratlar; enerji elde etmek amacıyla kullanılan organik
moleküllerdir.
• Vücuttaki organik materyalin % 3’ü
• Hücre yapısının %1’i
• Enerji metabolizmasında çok önemli
• Karbonhidratlar polar moleküllerdir.
• En basit karbonhidratlar Monosakkaridler (glukoz,fruktoz ve
galaktoz) gibi tek bir şeker zincirinden oluşur.
• En önemlileri Glukoz (6 C’lu)
• polisakkarid (un, nişasta ve şeker) gibi çok sayıda şeker zincirlerinin
dallanması sonucu meydana gelebilirler. Monosakkaritler birleşerek
sukroz(fruktoz+glukoz), maltoz(glukoz+glukoz),
laktoz(glukoz+galaktoz) gibi disakkaritleri oluştururlar.
Lipidler
• Lipidler; suda çözünmeyen, çok iyi depo molekülleridir.
Fosfolipidler; fosfat içeren lipidlerdir ve biyolojik zarların
yapısında bulunan primer lipidlerdir.
• Ağırlıklı olarak H ve C atomlarından oluşur.
• Nonpolardır.
• Bedendeki organik materyalin %40’ı
• Triaçilgliseroller (lipidlerin vücutta en çok bulunan türü)
•
3 Y.A. + Gliserol
• Y.A. Bir ucunda COOH bulunan C zinciri
• ‘2’li fragmanların birleşmesiyle oluştuğundan çoklukla çift
sayıdadır.
• En sık 16 ve 18 C’lular görülür.
Proteinler
• Proteinler; canlıların yapı ve fonksiyonları için
merkezi önemi olan organik moleküllerdir.
Yaşamsal olayların her aşamasında kilit rol
oynarlar. Çeşitli kimyasal bağlarla bir araya gelmiş
amino asitlerden oluşurlar. İnsan vücudunda 20
çeşit amino asit bulunur bunların vücutta
üretilemeyenlerine esansiyel aminoasitler denir
ve besinlerle alınması gerekir. Enzimler, kollajen,
hemoglobin, reseptör, aktin, miyozin, antikorlar
ve bazı hormonlar protein yapısındadır.
• Bedendeki organik materyalin %50’si. Birçok bedensel
yapıda yer alır.
• C,H,O,N ve bir miktar S’ den oluşur.
• Çoklukla büyük moleküllerdir.
• Altbirimleri aminoasitler , Primer (polipeptid zinciri),
Tersiyer (α–helix) Sekonder (Globüler) yapılar
• Steroidler
• C atomlu 4 halkanın bileşkesi (steron halkası)
• (Kolesterol, Testosteron, Östrogen)
– Steroidler, böbrek üstü bezlerinde bulunan ACTH kontrolü altında kolesterolden üretilen ve
salgılanan horman yapısıdır. Tuz tutucu kortizonları salgılarlar. Bu hormonlar genellikle su-tuz
dengesini sağlarlar. Çekirdekte protein üretimi için ihtiyaç olan transkripsiyonu başlatma
özelliğine sahiptirler. Steroidler farklı hücre ve dokularda farklı işlevler gösterirler. Bu yüzden
steroidler sporcular tarafından kullanılmak istenir.Steroidlerin çeşitlerine göre değişik
bölgelere değişik etkileri vardır. Steroidler sporcuların kas geliştirmek için istediği bazı etkiler
sağlar. Bunlar güç, dayanıklılık, hızlı kas gelişimi, özgüven duygusu, yağ yakmaya yardımcı
olması gibi etkilerinden dolayı sporcular tarafından tercih edilir.
Nükleik asitler
• Nükleik asitler; hücrenin yönetici
molekülleridir. Iki nükleik asit vardır.
Deoksiribonükleik asit (DNA) ve Ribonükleik
asit (RNA). İnsan DNA’sı çift sarmal, RNA’sı
ise tek zincir halindedir.
• Nükleik asitler, kalıtım materyalidir. Hücrenin
genetik şifresini taşır. DNA her hücrede
bulunur. RNA daha çoğunlukla yeni protein,
aminoasit vb. üretiminde şablon görevi
görür.
• DNA, adenin, timin, sitozin ve guanin
nukleotidlerinden oluşur. RNA adenin, urasil,
sitozin ve guanin’den oluşur.
Elementler
•
Major Elementler (Yüzde miligram kadar bulunan elementler)
•
Bilinen yüzden fazla elementten 24’ü vücudun yapı ve işlevlerinin
sürdürülmesinde görevlidir. Bunların dördü bedende yer alan atomların %99’unu
oluşturur.
•
•
•
•
H - %63
O - %26
C - %9
N - %1
•
Minör Elementler (Yüzde mikrogram kadar bulunan elementler)
•
İyon halde bulunanlar-Çoğu elektriksel olarak yüklü atomlar durumunda bulunurlar
Elektrolit dengesini sağlarlar
Bu elementler hücrelerin elektriksel özellikleriyle kimyasal enerjilerinin aktarımı ve
kullanımında önemli rol oynarlar. Vücuttaki elementlerin % 0.7’sini oluştururlar.
Bunlar Ca, P, K, S, Na, Cl, Mg dur.
•
•
• İz Elementler
• Normal büyüme ve bedensel işlemler için
bulundukları çok küçük miktarlarda dahi
önemlidirler. Hemoglobin, myglobin (Fe), çeşitli
enzimlerin yapısında bulunan metaller vardır.
Vücuttaki elementlerin % 0.01’ini oluştururlar. Fe,
I, Cu, Zn, Mn, Co, Cr, Se, Mo, F, Sn, Si, V.
• Belirtilen 24 element dışında besinlerle ve
solunan havayla alınan elementler olabilir ancak
bunların beden için gereken kimyasal bir
fonksiyonları yoktur. Hatta Pb ve Hg gibi bazıları
toksiktir.
Alım - Yapım - Yıkım
• Her hücre ihtiyaç duyduğu maddeleri ya dışardan alıp işlemlemesi
(anabolizma), ya da kendi üretmesi (sentez) ve daha sonra arta
kalanları yok etmesi gerekir (katabolizma). Bu işlemlere
metabolizma adı verilir. Amaç, madde ve enerji alış verişinin
sağlanmasıdır.
• Anabolizma; basit moleküllerden kompleks moleküller sentezlenir.
Aminoasitler gibi küçük moleküllerin birleştirilerek proteinler gibi
kompleks moleküllerin oluşması sağlanır.
• Anabolik reaksiyonların enerjiye gereksinimi vardır.
• Katabolizma; Enerjiden zengin yakıt moleküllerinin yıkılması ile
kimyasal enerji oluşumudur.
• Katabolizma reaksiyonları sonucu kompleks moleküllerden enerji
oluşumu sağlanır.
Hücre
• Hücre, hücre zarı ile çevrelenmiş stoplazma adı verilen bir sıvı ve bu
sıvı içine dağılmış organellerden oluşur.
• Su, elektrolit, protein, lipid ve CHO’ dan oluşur. Sitoplazma Hücre
zarı ve hücre çekirdeği arasındaki yapıdır. Sitoplazma 2 ana
bileşenden oluşmaktadır; sitozol ve organeller.
• Sitozol; büyük bir bölümü sudan oluşan, protein, karbonhidrat, tuz
ve mineral v.s içeren jöle kıvamında bir yapıdır.
• Su: Tipik bir hücrenin ağırlığının ort. %80’i sudur.
– Su bir çok katı madde için eritici görev yapar.
– Suda erimeyen maddeler yapısında iyonik veya polar gruplar
taşımayan (yağlar) maddelerdir.
– Biyolojik yönden önemli bir çok molekül suda erir ve kimyasal
reaksiyonlar için ideal ortamlar yaratır.
– Su sadece eritici olarak görev yapmaz kendisi de bir çok olaylarda
reaksiyona katılır.
Hücre Membranı
• Hücre zarı, sitoplazma zarı, sitoplazma
membranı, plazma membranı olarak da
adlandırılır.
• Hücre zarı; hücreyi çevreleyerek dış etkilerden
korur, hücreye şekil verir, madde alışverişini
denetler, hücrenin bütünlüğünü ve hücre
homeostazisini sağlar. (Homeostazis = dinamik
denge)
• Hücre zarı akışkan bir yapıdadır (sıvı yağın yoğunluğuna sahiptir).
Hücre zarının lipid ve proteinleri devamlı hareket halindedir
(Akışkan Mozaik Model). Hücre zarından bazı maddeler diğerlerine
göre daha kolay geçerken bazı maddelerin geçişine izin verilmez. Bu
nedenle hücre zarı seçici geçirgen (selektif permeabl) olarak
tanımlanır.
• Hücre zarından; küçük moleküller büyük moleküllere göre, nötr
moleküller iyonlara göre, yağda çözünen moleküller çözülmeyenlere
göre, yağı çözenler çözemeyenlere göre daha kolay geçer.
• Madde alışverişi, içeri doğru (endositoz) veya dışarı doğru
(ekzositoz) olabilir.
• Endositoz; hücre zarından geçemeyecek kadar büyük moleküllerin
hücre içerisine alınmasına endositoz denir. Endositoz 2 şekilde
gerçekleşir; fagositoz ve pinositoz
• Fagositoz; hücrenin, hücre zarından
geçemeyecek büyüklükte olan besin, bakteri
v.b. yalancı ayaklar (pseudopod) çıkartarak
hücre içerisine almasına denir.
• Pinositoz; hücrenin, hücre zarından
geçemeyecek büyüklükte olan besin, yabancı
cisim v.s hücre zarında oluşturduğu bir kesecik
yardımı ile hücre içerisine almasına denir.
• Ekzositoz; hücre zarından geçemeyecek kadar
büyük besin, yabancı cisim v.s hücre dışına
atılmasıdır.
Transport (taşıma) Mekanizmaları
• Difüzyon; moleküller
daha yoğun oldukları
ortamdan daha az
yoğun oldukları
ortama doğru hareket
ederler. Bu olaya
difüzyon adı verilir.
Hücre içi ile dışı
arasındaki yoğunluk
farkı sayesinde
gerçekleşen difüzyon
olayı, hücrenin enerji
harcamasını
gerektirmez.
• Kolaylaştırılmış Difüzyon; Bazen difüzyonu
hızlandırmak için hücre içerisindeki taşıyıcı
proteinler devreye girer. Bu geçiş
mekanizmasına kolaylaştırılmış difüzyon adı
verilir. Çok yoğun ortamdan az yoğun ortama
doğru gerçekleştiği için enerji harcamayı
gerektirmez
• Aktif (Transport) Taşıma: Moleküllerin az yoğun
oldukları ortamdan çok yoğun oldukları ortama
geçebilmeleri için enerji gerekmektedir.
Konsantrasyon akışının tersine gerçekleşen bu
geçişe aktif taşıma veya aktif transport denir.
Gereken enerji, yüksek enerjili fosfat bağları içeren
ATP, moleküllerden elde edilir.
• Adenozin Trifosfat (ATP): Canlılarda, yıkım
olayları sonucunda elde edilen enerji, ATP
molekülündeki fosfat bağlarında saklanır.
Enerji gerektiren durumlarda (sentez
reaksiyonları, aktif transport gibi) ATP
enzimatik olarak yıkılır. Bir fosfat bağının
yıkılması ile 7300 kalori açığa çıkar.
Organeller
• Hücrenin fiziksel yapısı
• Hücre Zarı ; Kalınlığı 7,5 nörometre . Protein ve
lipid yapıdadır. Karbonhidrat da içerir. Seçici
geçirgen bir yapıdır.
• Nükleus (hücre çekirdeği): Hücrenin kontrol
merkezi, beynidir. Nükleus, genetik materyali
yani DNA’yı içerir.
• Nukleolus (Çekirdekçik): Hücre çekirdeğinin
içinde ikinci bir çekirdek gibi
görünür. DNA yumak
halinde bulunur
• Endoplazmik retikulum ; Protein sentezinin olduğu yerdir. 2 çeşittir.
Granüler retikulum.Pürüzlüdür protein sentezi yapılır. Protein
sentezlenmesi için gerekli steroidlerin ve yağ asitlerinin sentezlendiği
organeldir. Agranüler retikulum pürüzsüzdür. Kas hücresinde
sarkoplazmik retikulum adını alarak kalsiyum düzenlenmesinde rol oynar.
• Golgi Kompleksi ; Üretilen proteini dışarıya vermeden saklayarak depo
görevini gören aygıt.
• Salgı kesecikleri; Proteinleri golgiden alıp dışarı gönderen yapılar yani
taşıyıcılar.
• Mitakondri ; Sitozole dağılmış halde bulunan, göreceli olarak büyük
organellerdir. Organik bileşiklerden elde edilen enerjiyi, ATP’ye
dönüştüren kimyasal reaksiyonların gerçekleştiği organeldir. Oksidatif
fosforilasyon enzimlerinin esas bulunduğu yerdir. Hücrenin enerji evi.
ATP üretimi oksijen tüketimi ve CO2 üretimi ve enzimler içerir.
• Lizozomlar ; Hücreye ulaşan bakterilerin veya hücre içindeki maddelerin
artıklarını parçalanması ve atılması görevini gören organel
• Ribozomlar Zarsız yapılar, aminoasitlerin birleşerek proteinleri
oluşturdukları yer. Endoplazmik retikulumla ilişkili çalışır.
• Sentriol ; Stoplazmada birer çift olarak bulunur. Zarsız ve silindirik
yapıdadır. Hücre bölünmesinde rol oynar.
Ökaryotik Hücre Yapısı: 1)Çekirdekçik 2) Çekirdek 3)Ribozom 4)Vezikül
5)Granüllü (Tanecikli)Endoplazmik Retikulum 6)Golgi Aygıtı 7)Sitoiskelet
8)Granülsüz (Düz)Endoplazmik Retikulum 9)Mitokondriler 10)Koful
11)Sitoplazma 12)Lizozom 13)Sentriyoller
HÜCRE İÇİ VE DIŞI SIVILARI
• İnsan vücudunun % 60 sıvıdır. Bu sıvı bir bölgede toplanmaz. Çeşitli
kompartmanlar içersine dağılmıştır. Sıvılar; madde taşıma, hacim
oluşturma, reaksiyonlar ve bazı özel görevler için gereklidir.
• Organlar dokular, sistemler hücrelerden oluşur. Bu hücrelerin
birbiriyle ilişkisini sağlayan bir sıvı vardır. Bu sıvı ve işlemi sağlayan
sistem İç Ortamdır.
• Bu sıvıya ekstrasellüler sıvı (Hücre dışı sıvı)denir. Yani ekstrasellüler
sıvı hücrenin içinde yüzdüğü sıvıdır. Bu sıvının içinde besin
maddeleri, tuz ve su bulunur ve bu hücrenin yaşayabilmesi için
insan vücudundaki ısıya ihtiyacı vardır. Bu ısı 30-32 den 40-42 ye
kadar çıkar.
• Hücrenin içindeki kendi sıvısına İntrasellüler sıvı (hücre içi sıvı),
hücreler arası sıvılara da İntersitisyal sıvı denir.
• Toplam vücut sıvısının 1/3 ‘ü ekstrasellüler sıvıdır.
EKSTRA SELÜLER SIVI
1/3 =14 LT.
TOPLAM VÜCUT SIVISI
İntrasellüler sıvı 2/3 = 28 lt. TVA %40
Plazma %20 ESS %4 TVA
İnterstisyal Sıvı %80 ESS 11lt %16 VA
• V.A. 70 kg. olan bir insanın için belirlenen ortalama değerlerdir.
EK Bilgi: Membran Geçirgenliği
• Hücrenin dış ortam sıvısı (Ekstra sellüler sıvı) ile temas ettiği
tek yer hücrenin dış yüzeyidir.
• Hücrenin temel faaliyetleri için bazı maddeler hücreye
girerken bazı artık maddeler de hücreden uzaklaştırılmaktadır.
• Hücreye giren ve çıkan maddeler için hücre zarı seçici geçirgen
bir engel oluşturur.
• Hücrenin elektriksel aktivitelerinde hücre zarı önemli bir rol
oynar.
– Örn. Sinir ve kas hücrelerinin elektriksel olayları ve
uyarılmaları hücre membranının özel karakteri sayesinde
olur.
– Ayrıca çeşitli kimyasal haberciler (hormonlar ve benzer
maddeler) hücre üzerindeki etkilerini membran yoluyla
yaparlar. Hormonlarında membranı geçebilen ve
geçemeyenleri vardır.
• Pasif taşıma Sistemi
–
–
–
–
1. Difüzyon
2. Kolaylaştırılmış Difüzyon
3. Osmosis
4. Filtrasyon
• Aktif Taşıma
– 1. Endositoz
• Pinositoz (Sıvı)
• Fagositoz (Katı)
– Ekzositoz
Pasif Taşıma Sistemi
• Difüzyon: Yayılma
– Molekül ve iyonların yüksek yoğunluklu olduğu
bölgelerden düşük yoğunluklu olduğu bölgelere doğru
taşınma hareketi
– Bu hareket eşitlik-denge sağlanana kadar devam eder.
• Polar ya da iyonize olmuş moleküller membranı
çok yavaş geçerler veya hiç geçemezler.
• Polar olmayan ya da az polarize olmuş bileşikler
membranı kolay geçerler; zira membranın kendisi
de polar olmayan bileşiklerden lipidlerden
yapılmıştır.
• Biyolojik önemi olan moleküllerin çoğu yağda az suda çok eriyen
moleküllerdir. Genel olarak lipidlerde eriyen moleküller membranı
rahat geçerler. Ancak bazı moleküllerin membran geçişleri lipidlerde
erime derecelerine göre olmaz. Örneğin: Na+, K+, Cl-, glukoz ve
amino asitler yağda erimezler, fakat membrandan kolay geçerler.
• Sebebi;moleküllerin ya da iyonların çapı küçüldükçe membrandan
geçişleri daha kolay olur.
• Molekül büyüklüğü ile membran geçiş hızı arasındaki ilişki elektrik
yüklü moleküllerin membranda var olan delikler (porlar) yoluyla
membranı geçtiklerini göstermektedir.
• Çapları 8 A’ dan büyük olan elektrik yüklü (polar veya iyonize)
moleküller membranı difüzyon yoluyla çok yavaş geçebilirler
• Porların varlığı küçük polar moleküllerin ve iyonların geçişini izah
eder.; ancak şekerlerin ve amino asitlerin geçiş şekli farklıdır.
Taşıyıcılar aracılığıyla Difüzyon
• Şekerler ve aa. Çapları 8 A dan büyüktür.
• Ancak hücrenin enerjisini sağlayabilmek için
şekerlere, kendi proteinlerini sentezlemesi için
a.a. lere ihtiyacı vardır.
• Bu bileşiklerin hücre zarından geçmeleri,
membran yapısında bulunan özel mekanizmalara
ihtiyaç duyar.
– Özgüllük
– Doymuşluk
– Rekabet
• Kolaylaştırılmış Difüzyon (yalnız yüksek
yoğunluktan alçak yoğunluğa…)
• Aktif Taşıma: Alçak yoğunluktan Yüksek
yoğunluğa doğru olabilir.. Metabolik enerjiye
ihtiyaç duyar.
– Fagositoz
– Pinositoz
– Endositoz
– Ekzositoz
• Osmosis/Ozmoz: Hücre membranından suyun geçişidir.
• Filtrasyon: Bir membranın iki yüzü arasında basınç farkı
varsa basıncın fazla olduğu taraftan az olan tarafa sıvı
ve erimiş maddelerin geçmesi. Burada membran bir
elek gibi işlev görmektedir ve gözeneklerin
büyüklüğüne göre belirli büyüklükteki maddeler
geçirilir. Maddelerin membranı geçiş hızı basınç ile
doğru orantılıdır.
• Kan kılcal damarlarından eriyiklerin damar dışına
çıkışı(dokular arası sıvı-intersitisyal sıvı) filtrasyon ile
olur ve basınç farkını yaratan güç kan basıncıdır.