arbeidsfysiologi

For at musklene skal virke må det dannes ATP, som er alle cellers energivaluta. Via ATP blir den kjemiske energien i næringsstoffene omgjort til mekanisk energi, gjennom en serie reaksjoner som til slutt krever oksygen. Blir oksygentilbudet for lite, vil det dannes melkesyre som hoper seg opp, og som raskt setter grenser for videre energiomsetning og arbeid ved høy intensitet. Ikke all energi i næringsstoffene blir omgjort til ATP-molekyler. Om lag 70 prosent går tapt som varme. Det er derfor kroppstemperaturen øker under arbeid. Også ved omdannelse av energien i ATP-molekylene til muskelkontraksjoner blir det et energitap; hvor mye avhenger blant annet av arbeidets art og hvilke typer muskelfibrer vi har mest av.

En viktig begrensende faktor ved aerobt arbeid er oksygenleveransen til musklene. Selv den best trenede muskulatur kan ikke bruke oksygen som ikke blir levert kontinuerlig og i tilstrekkelig mengde. Kondisjonstrening har som et mål å øke hjertets pumpekapasitet, noe som best oppnås ved en økning av det blodvolumet hjertet sender ut i det store kretsløp ved hvert hjerteslag (slagvolumet). Det maksimale minuttvolum som hjertet kan prestere, er lik maksimal hjertefrekvens multiplisert med slagvolumet. I hvile er slagvolumet og slagfrekvensen om lag 70 milliliter/slag og 70 slag/min. Det gir 70 x 70 eller om lag 5 liter blod per minutt. Etter tre måneders kondisjonstrening er hvilefrekvensen lavere, men hvileminuttvolumet det samme. Det betyr at slagvolumet er økt. Dette pumpemønsteret er mer energiøkonomisk, både i hvile og under arbeid. Den viktigste årsak til at oksygenopptaket stiger som følge av kondisjonstrening, er at slagvolumet er blitt større ved alle arbeidsnivåer. En absolutt forutsetning for dette er at hjertefrekvensen er lavere, fordi fyllingen av hjerteventriklene i hver av hjertets hvilefaser (diastole) trenger lengre tid enn hos utrenede med mindre slagvolum.

Den oksidative kapasitet i musklene øker også som følge av kondisjonstrening. Forskjellen i oksygeninnhold mellom arterieblodet og venøst blod fra musklene blir større. Mer oksygen tas ut av hver milliliter blod som går gjennom muskelkapillarene. Dette kalles økt oksygenekstraksjon, og gir som et resultat at blodgjennomstrømningen gjennom musklene, og hjertets minuttvolum, ikke behøver å øke i samme grad som økingen i muskelarbeid.

En persons maksimale oksygenopptak (O₂) er et vanlig mål for kondisjonstilstanden eller den aerobe kapasitet. Ved måling av maksimal O₂ bør helst om lag halvparten av musklene tas i bruk under testen. Hos en voksen mann vil resultatet antagelig ligge mellom 3,0 og 6,0 liter/minutt, og hos en voksen kvinne mellom 2,5 og 4,5 liter/minutt. Dette absolutte mål tar ikke hensyn til hvor mye muskelmasse en person har. Men det kan man gjøre ved å måle den relative maksimale O₂. Personens maksimale O₂ divideres da med kroppsvekten. For en person med maksimal O₂ på 4,0 liter/minutt som veier 75 kg, får vi en relativ maksimal O₂ på 53,3 ml/min/kg. Maksimal O₂ avtar med økende alder, men fallet er mindre, ved alle alderstrinn, hos personer som er fysisk aktive enn hos personer med en mer sedat livsstil.

Et annet mål for aerob kapasitet er å måle ved hvilken arbeidsintensitet melkesyreinnholdet i blodet overstiger en bestemt terskelverdi (laktat-terskelen).

Også lungeventilasjonen må øke under muskelarbeid for at blodet på sin vei gjennom lungekretsløpet skal kunne ta opp oksygen og avgi karbondioksid i nødvendige mengder. Lungeventilasjonen øker lineært med arbeidet opp til den arbeidsintensitet hvor melkesyrekonsentrasjonen i blodet begynner å stige. Siden surgjøring av blodet stimulerer kjemoreseptorene, vil ventilasjonen ved tungt, delvis anaerobt muskelarbeid, øke mer enn lineært med økingen i arbeidsintensitet. Vi har nå fått et tilleggsstimulus som ikke var til stede ved lavere arbeidsnivåer. Dette oppleves subjektivt som åndenød og tungpustethet.

For at en skjelettmuskelfiber skal bidra til å utvikle kraft, må den aktiveres fra sentralnervesystemet. Det skjer via motoriske nervefibrer. En slik fiber forgrener seg og har kontakt med mange muskelfibrer. Én motornervefiber pluss de muskelfibrene som den innerverer, kalles en motorisk enhet. Muskler som vi bruker til fine, velkontrollerte bevegelser, har små motoriske enheter, mens muskler som vi bruker til grovarbeid kan ha motoriske enheter som består av så mange som 1000 muskelfibrer, som da alle blir innervert av samme motoriske nervefiber. Det finnes både langsomme (type I) og hurtige (type II) muskelfibrer. En motorisk enhet vil alltid bare bestå av den ene eller den andre typen, aldri en blanding, men muskelen som helhet vil inneholde begge typer, med varierende mengdefordeling. Små motoriske enheter (få muskelfibrer) har lav terskel for aktivering og rekrutteres først. Hvis større kraft er nødvendig under et arbeid, vil progressivt flere og større motoriske enheter bli rekruttert og bidra til kraftutvikling. Kraften kan også økes ved øking av impulsfrekvensen i motornervefibrer til muskelfibrer som allerede er aktivert. Ved lave arbeidsintensiteter, som når vi er ute og går, vil langsomme muskelfibrer bli tatt i bruk fordi de har lavest terskel for rekruttering. Hvis vi plutselig begynner å sprinte, vil raskere enheter tas i bruk. Også hvis langsomme enheter blir trette og kraftutviklingen derfor avtar, vil raske enheter bli rekruttert med det formål å opprettholde den ønskede kraftutfoldelse. Men slike enheter er mer trettbare, slik at muskelens yteevne allikevel etter hvert vil reduseres og melkesyre blir dannet.

Hvis vi ofte utfører et arbeid som består av kortvarige tunge løft og tunge tak, vil musklene som vi bruker bli tykkere og sterkere. Muskelcellene vil få et høyt innhold av kontraktile proteiner (aktin og myosin) som er nødvendige for muskelkontraksjonene. Derimot vil det i muskelcellene bli mindre plass til mitokondrier som vi trenger mange av for å kunne gjøre utholdenhetsarbeid over lang tid. Det vil også bli lengre avstand fra muskelkapillarene som ligger rundt muskelfibrene, og inn til midten av cellen. Det vil si at diffusjonsveien for oksygen blir lengre. Av disse og andre grunner vil styrketrening og kondisjonstrening være vanskelig å kombinere. Kroppsbyggere er ikke spesielt utholdende.

Arbeidsfysiologi handler vesentlig om bevegelsesapparatet, hjertet, blodsirkulasjonen og lungeventilasjonen. Men det skjer også forandringer i andre organsystemer i forbindelse med arbeid. Temperaturreguleringen blir satt på prøve. Væskebalansen i kroppen påvirkes, blant annet med endringer i nyrefunksjonen. Det skjer forandringer i indresekretoriske kjertler og i hormonsystemene. Mineraliseringen av knokler påvirkes. Arbeid fører også til forandringer i immunapparatet og i hjernen. Og det frigjøres substanser som har med vår sinnsstemning å gjøre, for eksempel endorfiner. Det har vist seg at kondisjonstrening har gunstig effekt ved noen typer depresjoner. Regelmessig mosjon virker forebyggende på sykdommer som aterosklerose («åreforkalkning»), osteoporose og høyt blodtrykk. Dels er dette spesifikke effekter av muskelarbeid, dels indirekte effekter ved at mosjonister har mindre tendens til overvekt.

• fysiologi