certificate iii in fitness - module 4 health science and nutrition

25
SAMPLE Certificate III in Fitness - Module 4 Health Science and Nutrition

Upload: duonglien

Post on 11-Dec-2016

217 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

Page 1: Certificate III in Fitness - Module 4 Health Science and Nutrition

SAMPLE

Certificate III in Fitness - Module 4 Health Science and Nutrition

Page 2: Certificate III in Fitness - Module 4 Health Science and Nutrition

SAMPLE

 

© Australian College of Sport & Fitness                                                         Page 1 of 95 Certificate III ‐Module 4 ‐ Course Notes ‐ 1405B 

CONTENTS 

CONTENTS ........................................................................................................................................................................ 1 

ADDITIONAL RESOURCES ................................................................................................................................................. 2 

OVERVIEW ........................................................................................................................................................................ 3 

PART A ‐ APPLY ANATOMY AND PHYSIOLOGY PRINCIPLES IN FITNESS............................................................................ 3 

ANATOMICAL TERMINOLOGY....................................................................................................................................................5 

STRUCTURAL LEVELS OF THE HUMAN BODY...........................................................................................................................9 

THE SKELETAL SYSTEM ..............................................................................................................................................................11 

BONE DEVELOPMENT................................................................................................................................................................17 

THE MUSCULAR SYSTEM...........................................................................................................................................................22 

THE CARDIORESPIRATORY SYSTEM.........................................................................................................................................34 

THE NERVOUS SYSTEM..............................................................................................................................................................43 

THE LYMPHATIC SYSTEM ..........................................................................................................................................................48 

THE ENDOCRINE SYSTEM..........................................................................................................................................................50 

ENERGY SYSTEMS.......................................................................................................................................................................55 

THE DIGESTIVE SYSTEM.............................................................................................................................................................60 

PART B ‐ PROVIDE HEALTHY EATING INFORMATION TO CLIENTS.................................................................................. 62 

OVERVIEW OF HEALTHY EATING .............................................................................................................................................62 

DIETARY TRENDS........................................................................................................................................................................70 

SIGNS OF GOOD AND BAD NUTRITION...................................................................................................................................72 

NUTRIENTS..................................................................................................................................................................................65 

CHRONIC DISEASE & NUTRITION.............................................................................................................................................73 

DIET AND BODY COMPOSITION...............................................................................................................................................80 

NUTRITIONAL REQUIREMENTS AND INTENSE EXERCISING.................................................................................................81 

BODY IMAGE ISSUES..................................................................................................................................................................81 

PROVIDE DIETARY RECOMMENDATIONS............................................................................................................................... 84 

CERTIFICATE III MODULE 4 ASSIGNMENT ......................................................................................................................87 

  

 

 

 

 

Page 3: Certificate III in Fitness - Module 4 Health Science and Nutrition

SAMPLE

 

© Australian College of Sport & Fitness                                                         Page 2 of 95 Certificate III ‐Module 4 ‐ Course Notes ‐ 1405B 

ADDITIONAL RESOURCES 

ADDITIONAL READING 

Further Readings: 

Eating Drinking Before Sport 

Eating and drinking during and after sport 

Carbohydrates and the glycemic index 

Fats and Oils 

Proteins 

Vitamin and Mineral Supplements 

Dietary Guidelines Australia abridged 

WEBSITES  

Better Health Channel Victoria      betterhealth.vic.gov.au 

Inner Body            innerbody.com/htm/body.html 

Anatomy & Physiology        anatomyandphysiologyi.com/ 

WEB PAGES & SEARCHES 

Search ‘Anatomy quiz’ 

Search ‘Anatomy pictures’ 

Search ‘Muscular system of the body’ 

Search ‘How does the cardiovascular system work’ 

Search ‘How does the body produce energy’ 

Search ‘What happens the [insert body system] during exercise’ 

Search ‘Dietary guidelines Australia’ 

ACTIVITIES  

Throughout this module and the following modules we have created activities for you to complete 

which will help your learning and understanding of the topics within each module. These activities 

are not compulsory or marked, however we  recommend  they are completed  to help understand 

topics within this module.  

 ACTIVITY 

Complete the following…… 

 

 

PLEASE NOTE: Handouts can be found at the back of the module following page 81.   

Page 4: Certificate III in Fitness - Module 4 Health Science and Nutrition

SAMPLE

 

© Australian College of Sport & Fitness                                                         Page 3 of 95 Certificate III ‐Module 4 ‐ Course Notes ‐ 1405B 

OVERVIEW  

This module  covers  the  basic  anatomy  and  physiology  related  to  fitness,  as well  as  looking  at 

providing  clients with  healthy  eating  information.  The  anatomy  and  physiology  section  initially 

looks at basic terminology and components of fitness before breaking down each individual system 

within the body and applying it to the fitness setting.   

The health eating section identifies the difference between good and bad nutrition, which may be 

linked to fad diets, as well as examining chronic diseases that may exist within the body that may 

result from poor nutrition.  

PART A ‐ APPLY ANATOMY AND PHYSIOLOGY 

PRINCIPLES IN FITNESS  

WHAT IS ANATOMY AND PHYSIOLOGY? 

ANATOMY is the study of internal and external structure of the body.  

PHYSIOLOGY is the study of how living organisms perform the various functions of life. 

As  a  fitness  instructor  you  need  to  understand  how  the  relevant  anatomical  and  physiological 

concepts apply to the development of a fitness program. Or in other words, you need to first know 

how the body works before planning an effective fitness program. 

WHAT IS EXERCISE PHYSIOLOGY? 

Exercise physiology is the study of the function of the human body during exercise conditions. 

As a fitness instructor understanding how the body reacts, changes and modifies as a result of the 

body undergoing exercise  is key  to planning and marinating  successful  fitness programs  for your 

client.  

COMPONENTS OF FITNESS RECAP 

The components of fitness allow us to be in a state of health, which is a state of complete mental, 

physical and social well‐being.  

There are five main components to fitness: 

Body Composition  

Cardiovascular Endurance  

Muscular Strength  

Muscular Endurance  

Page 5: Certificate III in Fitness - Module 4 Health Science and Nutrition

SAMPLE

 

© Australian College of Sport & Fitness                                                         Page 4 of 95 Certificate III ‐Module 4 ‐ Course Notes ‐ 1405B 

Flexibility  

BODY COMPOSITION  

Body composition is used to describe the percentages of fat, bone and muscle in the human body. 

Body  composition  is affected by  factors  such as diet and exercise. Muscular  tissue  takes up  less 

space  in our body  than  fat  tissue. Our body composition, as well as our weight, determines  lean 

mass. 

CARDIOVASCULAR ENDURANCE  

Cardiovascular endurance  is the ability of the heart to deliver blood to working muscles and then 

their ability to use it (e.g. running long distances). 

Frequent and  regular aerobic exercise has been  shown  to help prevent or  treat  serious and  life‐

threatening chronic conditions such as high blood pressure, obesity, heart disease, Type 2 diabetes, 

insomnia, and depression. Endurance exercise before meals  lowers blood glucose more  than  the 

same  exercise  after meals. According  to  the World Health Organisation,  lack of  physical  activity 

contributes  to approximately 17% of heart disease and diabetes, 12% of  falls  in  the elderly, and 

10%  in  breast  cancer  and  colon  cancer. Aerobic  exercise  also works  to  increase  the mechanical 

efficiency  of  the  heart  by  increasing  cardiac  volume  (aerobic  exercise),  or myocardial  thickness 

(strength training).  

 MUSCULAR STRENGTH  

Muscular  strength  is  the  limit  to which muscles can exert  force by contracting against  resistance 

(e.g. holding or restraining an object or person). 

Strength  refers  to  the  ability  of  muscles  to  generate  force  against  physical  objects  and/or 

resistance. In the fitness world, this typically refers to things  like how much weight you can  lift or 

how many push ups you can do. This type of resistance can include dumbbells, barbells, resistance 

bands, machines,  cables  or  your  own  body. When  lifting  heavy weight,  you  increase  strength, 

muscle size and connective tissues such as ligaments and tendons. The muscular system is made up 

of muscles, tendons,  ligaments and connective tissue (fascia) that help to support  internal organs. 

All of  these systems work  together  to provide  the body with stability and posture, motion, heat, 

circulation and help in digestion.  

MUSCULAR ENDURANCE 

Muscular Endurance is the ability of a muscle or group of muscles to sustain repeated contractions 

against a resistance for an extended period of time (e.g. rowing or cycling). It helps to increase bone 

mineral density,  improve  tolerance  to  lactic  acid  concentrations,  and  strengthen  the  integrity of 

muscular connective tissue.  

 

 

Page 6: Certificate III in Fitness - Module 4 Health Science and Nutrition

SAMPLE

 

© Australian College of Sport & Fitness                                                         Page 5 of 95 Certificate III ‐Module 4 ‐ Course Notes ‐ 1405B 

FLEXIBILITY 

Flexibility  is the ability to achieve an extended range of motion without being  impeded by excess 

tissue, like fat or muscle (e.g.  executing a leg split). 

Flexibility  refers  to  the  range of motion or movement of a  joint or group of  joints. The common 

factor affecting flexibility  is the  inability of the muscles and tendons surrounding a joint to stretch 

to  an  optimal  length.  Lack  of  mobility  causes  stiff  joints  and  pain  resulting  in  poor  posture. 

Flexibility  lengthens  the muscle and  tendon  tissue  surrounding  joints and  increases  the  range of 

motion.  It  also  assists  in  preventing  injuries,  enhances  biomechanical  efficiency,  coordination 

between muscles groups and relieves joint pain and postural issues.  

ANATOMICAL TERMINOLOGY  

To best describe the manner  in which the body moves and also the positions the body can be  in 

naturally, we use standard terms to create uniformity in the ranges of movement. 

ANATOMICAL POSITION 

This is used to describe the reference point from which the body moves from. The body stands  in 

the erect position, arms by the sides with palms facing anterior, feet parallel so that the toes and 

head face forwards.  

PRONE AND SUPINE POSITIONS  

Lying face down is called prone position.  

Lying face up is called supine position. 

PLANES OF BODY MOTION 

The body is divided into many planes of motion to describe movement.  

The  SAGITTAL  plane  passes  through  the  body  from  anterior  (front)  to  posterior  (back)  and 

divides the body into left and right parts. The movement that exists in this plane is flexion and 

extension. I.e. hip flexion  

The FRONTAL (coronal) plane passes through the body from  lateral to medial (ear to ear) and 

divides the body into anterior and posterior parts. The movement that exists within this plane is 

adduction and abduction. I.e. hip abduction.  

The TRANSVERSE plane passes  through  the body  level with  the horizon and divides  the body 

into superior  (upper) and  inferior (lower) parts. The movement that exists within this plane  is 

rotation, i.e. humeral internal rotation.  

 

 

 

Page 7: Certificate III in Fitness - Module 4 Health Science and Nutrition

SAMPLE

 

© Australian College of Sport & Fitness                                                         Page 6 of 95 Certificate III ‐Module 4 ‐ Course Notes ‐ 1405B 

  

 ACTIVITY 

List 3 types of exercise or movement that a relevant to each plane of motion: 

Sagittal    

Frontal    

Transverse    

Page 8: Certificate III in Fitness - Module 4 Health Science and Nutrition

SAMPLE

 

© Australian College of Sport & Fitness                                                         Page 7 of 95 Certificate III ‐Module 4 ‐ Course Notes ‐ 1405B 

DIRECTIONAL TERMINOLOGY 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 9: Certificate III in Fitness - Module 4 Health Science and Nutrition

SAMPLE

 

© Australian College of Sport & Fitness                                                         Page 8 of 95 Certificate III ‐Module 4 ‐ Course Notes ‐ 1405B 

Superior  towards the head 

Inferior  towards the feet 

Anterior  towards the front of the body 

Posterior  towards the back of the body 

Medial  towards the mid‐line of the body 

Lateral  away from the mid‐line of the body 

Proximal  towards the attachment point of a limb 

Distal  away from the attachment of a limb 

External/superficial  more towards the surface of the body 

Internal/deep  more towards the inside of the body 

Peripheral  away from the centre of an anatomical system 

Central  towards the centre of an anatomical system 

Unilateral  on one side of the body only 

Bilateral  on both sides of the body 

Contralateral  on the opposite side of the body 

Palmar  on the same side as the palm of the hand 

Plantar  on the same surface as the sole of the foot 

Dorsum  on either the back of the hand or back (top) of the foot 

MOVEMENT TERMINOLOGY 

Flexion  bending a joint (reducing the angle at a joint) 

Extension  the act of straightening (increasing the angle of a joint) 

Abduction  movement away from the midline of the body 

Adduction  movement towards the midline of body 

Circumduction  the circular movement of a limb 

Inversion  turning inward of a limb 

Eversion  turning outward of a limb 

Horizontal flexion  moving forward in the horizontal plane 

Horizontal extension  returning to original position 

Hyperextension  refers to the over extension, or moving beyond the normal extension range  

Pronation  internal rotation of the  forearm/hand so the palm  is  facing downwards or 

backwards;  and  a  similar movement with  the  foot where  the  foot/ankle 

rolls inwards.  

Page 10: Certificate III in Fitness - Module 4 Health Science and Nutrition

SAMPLE

 

© Australian College of Sport & Fitness                                                         Page 9 of 95 Certificate III ‐Module 4 ‐ Course Notes ‐ 1405B 

Supination   external  rotation  of  the  forearm/hand  so  the  palm  is  facing  upwards  or 

forwards;  and  a  similar movement of  the  foot where  the  foot/ankle  rolls 

outwards  

Plantar flexion   the action of extending the foot downwards so the plantar (sole) of the foot 

faces posterior.  

Dorsi flexion  the action of flexing the foot downwards so the dorsal (top of the foot) of 

the foot faces posterior. 

 

 ACTIVITY 

List the movement occurring in the following movements:  (tip – use the name of the joint along with the movement i.e. shoulder flexion) 

Bicep Curl (up phase) 

 

Press‐up (down phase) 

 

Kicking a ball  

Sitting down 

in a chair 

 

STRUCTURAL LEVELS OF THE HUMAN BODY 

The body is a complex structure which is made up of many different levels, these are described 

here:  

1. CHEMICAL LEVEL 

At this level atoms and molecules combine to make organelles, which determine cell function. These 

functions can include cell membranes, mitochondria and ribosomes.  

2. CELLULAR LEVEL 

Life begins with one cell. This cell is replicated through a process called mitosis, until the body get a 

full set of 46 chromosomes. By adulthood, the body has 10 trillion cells.  

The other major function on the cellular level is cellular differentiation, which facilitates the specific 

functions of cells and genes  in  the human body. Cellular differentiation determines differences  in, 

for example, skin, eye and hair colour.  

Page 11: Certificate III in Fitness - Module 4 Health Science and Nutrition

SAMPLE

 

© Australian College of Sport & Fitness                                                         Page 10 of 95 Certificate III ‐Module 4 ‐ Course Notes ‐ 1405B 

3. TISSUE LEVEL 

There are four distinct types of tissue which are produced when like cells come together:  

o Connective tissue which includes bone, blood, and cartilage 

o Muscular tissue which gives the body definition, produces force and causes motion 

o Epithelial tissue which is the skin that covers the body 

o Neural tissue which transmits electrical pulses throughout the body.  

4. ORGAN LEVEL 

Organs are formed when like tissue comes together and most organs contain all four tissue types. 

There are 76 organs in the human body, each performing a specific function such as: 

o blood movement (the heart)  

o waste management (the liver and kidneys)  

o respiration (the lungs) 

o regulation of body temperature (the skin) 

o glucose maintenance (kidneys and pancreas) 

5. SYSTEM LEVEL 

All  previously  mentioned 

levels come together to form 

systems that perform specific 

human  functions.  These 

organ  systems  include  the 

cardiovascular  system  (blood 

flow),  the  gastrointestinal 

system  (body waste) and  the 

skeletal  system  (human 

bones).  In  all,  the  human 

body has 11 organ systems.  

6. ORGANISM LEVEL 

This  is  the  final  level, where 

all  the  previous  levels 

function  together  and  form 

an organism.  

 

 

 

 (Sourced from: http://anatomyandphysiologyi.com/)

Page 12: Certificate III in Fitness - Module 4 Health Science and Nutrition

SAMPLE

 

© Australian College of Sport & Fitness                                                         Page 11 of 95 Certificate III ‐Module 4 ‐ Course Notes ‐ 1405B 

THE SKELETAL SYSTEM 

ANTERIOR SKELETAL SYSTEM 

 

Page 13: Certificate III in Fitness - Module 4 Health Science and Nutrition

SAMPLE

 

© Australian College of Sport & Fitness                                                         Page 12 of 95 Certificate III ‐Module 4 ‐ Course Notes ‐ 1405B 

ANTERIOR SKELETAL SYSTEM 

 

SPINAL POSTURE 

Page 14: Certificate III in Fitness - Module 4 Health Science and Nutrition

SAMPLE

 

© Australian College of Sport & Fitness                                                         Page 13 of 95 Certificate III ‐Module 4 ‐ Course Notes ‐ 1405B 

Curvatures of the Spine  

The  following  diagram  indicates  the  different 

curvatures of the spine  in relation to the 4 sections 

which  consist of  the  cervical,  thoracic,  lumbar and 

sacral spine. 

Spinal Movement  

 

 

The  next  diagram  shows  the 

degrees  of movement  possible  by 

the  cervical  spine,  the  include; 

lateral  flexion  (tilting  the  head 

from  side  to  side),  flexion  and 

extension  (bring  the chin closer  to 

the  chin  and  then  further  away 

from  the chin, and  lateral rotation 

(looking left or right whilst keeping 

the body facing forward). 

The diagram to the right indicates 

the movement  permitted  at  the 

thoracic  and  lumbar  spine,  this 

include;  lateral  flexion  (side 

bending),  Flexion  and  extension 

(bending  forward  and  back  from 

the  hips)  and  rotation  (look  left 

and  right moving  from  the  lower 

part of trunk) 

 

 

Page 15: Certificate III in Fitness - Module 4 Health Science and Nutrition

SAMPLE

 

© Australian College of Sport & Fitness                                                         Page 14 of 95 Certificate III ‐Module 4 ‐ Course Notes ‐ 1405B 

POSTURAL DEIVATION OF THE SKELETAL SYSTEM 

Kyphosis  

This  postural  deviation  involves  the  increased  kyphotic  curve  of  the  thoracic  spine  creating  a 

hunchback or slouching posture. The thoracic spine has a naturally rounded curve; however, in this 

condition  the  rounding  is  exaggerated.  The  following  table  indicates  the  areas  that  are  likely  to 

need addressing and exercises that can improve the condition: 

Muscles that are likely to be 

shortened and tight include:  

Muscles that are likely to be 

weak and stretched include:  

Exercises to help this 

condition include:  

o latissimus dorsi  

o pectorialis minor  

o pectorialis major 

o intercostals  

o internal oblique  

o anterior deltoid  

o abdominals  

o gluteals  

 

o Seated rows 

o Supermans  

o Abdominal stretch 

o Resistitive scapula 

retraction  

o Reverse fly  

o Back extensions  

Lordosis 

Lordosis is a condition where lumbar spine has an over exaggerated lordotic curve (inward curve). A 

healthy  spine possesses a  small degree of a  lordotic  curvature; however,  similar  to  kyphotic  the 

curvature goes beyond the naturally healthy level. The following table indicates the areas that are 

likely to need addressing and exercises that can improve the condition: 

Muscles that are likely to be 

shortened and tight include:  

Muscles that are likely to be 

weak and stretched include:  

Exercises to help this 

condition include:  

o Iliopsoas 

o Rectus femoris  

o Lower back erector spinae 

o Iliopsoas  

o Rectus femoris  

o Lower back erector spinae 

o Bridge  

o Hip flexor stretch  

o Abdominal crunch  

Scoliosis  

Scoliosis  is  a postural deviation where  they 

spine  is  unnaturally  curved  laterally.  The 

diagram  on  the  right  indicates  the  lateral 

curvature  of  the  spine.  This  condition  is 

usually accompanied with vertebral rotation 

causing the ribs to rotate.  

Page 16: Certificate III in Fitness - Module 4 Health Science and Nutrition

SAMPLE

 

© Australian College of Sport & Fitness                                                         Page 15 of 95 Certificate III ‐Module 4 ‐ Course Notes ‐ 1405B 

FUNCTION OF THE SKELETAL SYSTEM 

Differently  shaped  bones  that  join  together  in  a  collection  form  the  shape  of  the  human  body. 

When  two  bones meet  they make  a  joint.  The  soft  tissues  of  the  body  are  supported  by  the 

skeleton  for maintenance  of  form  and  posture.  Vital  organs  are  also  protected  by  the  strong 

structure of the skeleton. Bones store important minerals like calcium, for muscle contractions and 

transmission  of  nervous  system  messages  and  phosphorus,  used  for  normal  cell  functionality. 

Therefore the specific functions of the skeletal system include:  

o Protection –  acts  as  a protective  structure  for  vital organs.  Some examples  include  the  skull 

protecting the brain and the lungs being protected by the rib cage. 

o Support – the skeletal system provides the framework of the body’s shape, without it the body 

would not be kept upright.  

o Movement – individual bones within the skeletal system connect together to form joints. There 

are  several  different  types  of  joints which  allow  limited movement  planes  (explained  later). 

Movement occurs from the muscles which are attached to each bone within the joint.  

o Blood  production  –  skeletal  bones  consist  of  cancellous  bone  (spongy  bone)  that  contains 

redbone marrow the blood cell production component.  

o Mineral  storage  –  the  bone  can  also  store minerals within  its  structure.  Calcium  us  stored 

within bone matrix and iron can be stored within the bone marrow.  

There  are  206  bones  in  the  body  connected  by  a  variety  of  joints. Muscles  produce  force  that 

causes movement to occur at the joints. The skeleton is further divided into the axial skeleton and 

appendicular skeleton.  

 

 

 

The axial skeleton consists of the:  The appendicular skeleton consists of: 

o skull and facial bone  

o sternum 

o ribs  

o vertebral column 

 

o The pectoral girdle and the 

arm‐scapula,  clavicle, 

humerus,  radius,  ulna, 

carpals,  metacarpals  and 

phalanges 

o The  pelvic  girdle  and  the 

legs – the ilium,  

o ischium,  pubis,  femur, 

patella, tibia, fibula, tarsals, 

metatarsals and phalanges 

Page 17: Certificate III in Fitness - Module 4 Health Science and Nutrition

SAMPLE

 

© Australian College of Sport & Fitness                                                         Page 16 of 95 Certificate III ‐Module 4 ‐ Course Notes ‐ 1405B 

BONES  

Structure of long bone  

Articular Cartilage: This  is a  layer of  tough  tissue 

located at the end of the bone. It acts to provide a 

smooth  and  lubricated  surface  for  articulation 

between two bones at a joint.  

Periosteum: This is a thick membrane which covers 

the outer  layer of  a bone,  apart  from  the end of 

long bones.  

Compact  bone:  one  of  the main  components  of 

bone, it makes up one of two types of bone tissue. 

Its role  is to create and provide a strong structure 

within the bone.  

Cancellous bone: also known as spongy bone, this 

is the second type of tissue which constitutes bone 

tissue.  It  is  a  weaker,  less  dense  structure  that 

contains red bone marrow for blood production to 

occur.  

Bony epiphyseal line:  In children and adolescents, 

this  line  is called an epiphyseal plate and  is made 

of  hyaline  cartilage.  Referred  to  as  the  growing 

plate,  it  is  location  where  growth  takes  place 

within  the  bone.  In  adulthood,  when  growing 

stops,  this  hyaline  cartilage  (plate)  turns  into  an 

epiphyseal plate.    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 18: Certificate III in Fitness - Module 4 Health Science and Nutrition

SAMPLE

 

© Australian College of Sport & Fitness                                                         Page 34 of 95 Certificate III ‐Module 4 ‐ Course Notes ‐ 1405B 

THE CARDIORESPIRATORY SYSTEM 

OVERVIEW OF THE CARDIORESPIRATORY SYSTEM 

The cardiorespiratory system is a combination of 

the  cardiovascular  system  and  the  respiratory 

system working  together. The cardiorespiratory 

system  is made  up  of  the  heart,  blood  vessels 

(cardio  elements),  two  lungs  and  airways 

(respiratory  elements).  The  heart  and  lungs 

work  together  to  provide  the  body  with 

adequate levels of oxygen to enable survival.  

This system and all its components work 

together to transport gases to and from the 

lungs and cells within the body.  

This  system  functions  together as a whole, but 

each component has  individual  roles  to play.  It 

begins with  the  respiratory  system  inhaling  of 

gases (mostly important gas being oxygen) from 

the surrounding environment  into the  lungs. To 

reach  the  lungs  air  travels  down  the  trachea 

(windpipe) before the trachea branches off  into 

a  left  and  right  bronchus  (stiff  cartilage  and 

smooth  muscle  make  up  the  trachea  and 

bronchi).  To  ensure  the  air  is  clean  mucus  is 

secreted  in  these  airways  to  filter  dust  and 

particles  in  the air. The air  continues  to  travel  through  these  smaller airways  in  the  lungs  called 

bronchioles and  finally  into  the alveoli  (air  sacs) of  the  lungs. The alveoli are  surrounded by  tiny 

blood vessels known as capillaries. 

Once in the lungs gaseous exchange occurs, which is where oxygen that has reached the alveoli is 

transported through the alveolar walls  into the blood vessels. At the same time carbon dioxide  is 

exchanged in the opposite direction moving from the blood vessels to the alveoli.  

The carbon dioxide is simply forced out the body during exhalation of the lungs.  

The  next  stage  is  the  transportation  of  the  oxygen  within  the  blood  which  is  called  gaseous 

transport and is now the responsibility of the cardiovascular system. The blood travels back to the 

heart from the lungs where it is pumped out to the rest of the body. 

 

 

Page 19: Certificate III in Fitness - Module 4 Health Science and Nutrition

SAMPLE

 

© Australian College of Sport & Fitness                                                         Page 35 of 95 Certificate III ‐Module 4 ‐ Course Notes ‐ 1405B 

THE PROCESS OF TRANSPORTING AND EXCHANGING OXYGEN AND CARBON 

DIOXIDE  

In physiology,  respiration  is defined  as  the  transport of oxygen  from  the outside  air  to  the  cells 

within tissues, and the transport of carbon dioxide in the opposite direction. The respiratory system 

works with the circulatory system to carry gases to and from the tissues. 

In air‐breathing vertebrates like ourselves, respiration of oxygen includes four stages: 

Ventilation – moving of the ambient air into and out of the alveoli of the lungs. 

Pulmonary  gas  exchange  –  exchange  of  gases  between  the  alveoli  and  the  pulmonary 

capillaries. 

Gas transport – movement of gases within the pulmonary capillaries through the circulation 

to the peripheral capillaries in the organs, and then a movement of gases back to the lungs 

along the same circulatory route. 

Peripheral gas exchange – exchange of gases between the tissue capillaries and the tissues 

or organs, impacting the cells composing these and mitochondria within the cells. 

Respiratory  and  cardiovascular  activities  are  intensified  during  exercise.  However,  respiratory 

activity  is  highly  voluntary  (you  can  control  your  breathing)  compared  to  cardiovascular  activity 

which is totally involuntary. 

MAIN MUSCLES IN RESPIRATION  

During respiration, there are several muscles which have the ability to assist with respiration. These 

can  be  broken  down  into main muscles  that  are  used  during  normal  breathing  and  accessory 

muscles which  are  additional muscles  that  are  active  during  elevated  breathing, mainly  during 

exercise. Some of the main muscles are also mainly function during  inspiration or expirations and 

this will be indicated in the description of the muscle.  

Main muscles used during respiration:  

Diaphragm: the main muscle used in respiration controlling the volume of the lungs, it is located at 

the base of the lungs. It contracts to flatten and increases the volume within the thoracic region to 

draw air  into  the  lungs  (inhalation).  It  then relaxes and bulges upwards  to push air out  the  lungs 

(exhalation).  

Internal  and  external  intercostal muscles:  located  inbetween  the  ribs,  these muscles  act  as  a 

synergist  to  the  diaphragm  contracting  and  relaxing  to  increase  and  decrease  the  lung  space, 

assisting inhalation and exhalation.  

Scalenes: the scalenes have a small role during normal breathing, which is to help stabilise the first 

and second ribs.  

Accessory muscles used during respiration:  

Sternocleidomastoid  and  Scalenes:  helping  elevate  the  ribs  during  forced  respiration,  this  aids 

inspiration.  

Page 20: Certificate III in Fitness - Module 4 Health Science and Nutrition

SAMPLE

 

© Australian College of Sport & Fitness                                                         Page 36 of 95 Certificate III ‐Module 4 ‐ Course Notes ‐ 1405B 

Rectus abdominals and External Obliques:  these muscles help  respiration  in  two different ways; 

firstly they help depress the ribs during expiration, forcing air out more rapidly; and secondly they 

compress the internal organs which they lie above, helping push the diaphragm upwards.  

STRUCTURE OF HEART  

The heart is made up of three layers:  

o Pericardium – thin protective outer 

layer. 

o Myocardium – thick muscular wall. 

o Endocardium –  thin  inner  lining of 

the muscle.  

The heart  is  split up  into 4 chambers,  the 

two  top  chambers  are  called  the  atrium 

(left  and  right)  and  the  two  bottom 

chambers  are  called  the  ventricles  (left 

and  right).  The  atrium  chambers  receive 

blood  into  the  heart  and  the  ventricles 

chambers  pump  blood  away  from  the 

heart. There are two main blood vessels which are attached to the heart, which are:  

o Aorta – is the main artery which exits the heart and is pumped out by the left ventricle  

o Vena Cava – is the main vein which returns the blood back to the heart and enters into the 

right atrium 

Within the heart there are several valves which help prevent the backflow of blood into chambers, 

these include: tricuspid valve and mitral valve. 

CARDIAC CYCLE  

 

Stage 1 – The blood enters the right atrium of the heart via the vena cava veins.  

Stage 2 – Once in the right atrium, the blood is pumped into the right ventricular 

Stage 3 –  From  the  right  ventricle,  the blood  is pumped  through  the pulmonary  arteries  to  the 

lungs. 

Stage 4 – The blood then re‐enters the heart from the lungs into the left atrium.  

(Illustration sourced from http://www.heartfoundation.org.au/)

Page 21: Certificate III in Fitness - Module 4 Health Science and Nutrition

SAMPLE

 

© Australian College of Sport & Fitness                                                         Page 37 of 95 Certificate III ‐Module 4 ‐ Course Notes ‐ 1405B 

Stage 5 – The blood is then pumped into the left ventricle where it is pumped out through the aorta 

to the rest of the body. 

BLOOD PRESSURE  

Blood pressure  is  the pressure  the blood exerts on  the artery walls and  is considered during  two 

different stages of the cardiac cycle – systolic and diastolic.  

Systolic measures the pressure exerted on the artery walls whilst the blood is being pumped out of 

the heart to the rest of the body.  

Diastolic measures the pressure exerted on the artery walls whilst the blood is resting (or not being 

pumped out to the rest of the body).  

When blood pressure  is  taken,  it will produce  two  readings giving  the above measurements. The 

diastolic is the lower number as there will be less pressure exerted when the heart is resting.   

How blood pressure is controlled 

Blood pressure is usually measured using a sphygmomanometer and is measure in mmHg. 

An  individual’s  blood  pressure  can  change  quite  often  throughout  the  day  as  a  result  of  daily 

stimulants. The body changes blood pressure using receptors that are within the smooth muscular 

wall  of  the  arterioles.  These  receptors  detect  how  relaxed  or  constricted  the  vessels  are.  Any 

narrowing will restrict flow causing less blood to be transported through the vessels and around the 

body.  This  is  then  relayed  onto  the  brain, which  stimulates  a  nervous  and  hormonal  reaction, 

inducing the heart to beat  faster and overcome the restriction. As a result this causes high blood 

pressure, and can occur for short periods of time; however,  if  it  is prolonged then hypertension  is 

developed.   

Normal blood pressure is considered to be 120/80.  

Effects of exercise on blood pressure  

The effect of exercise on blood pressure can be related to short‐term affects or long‐term effects, 

they consist of the following:  

Short‐term  effects  –  during  exercise  the  body  requires  additional  oxygen  and  nutrients,  so  to 

achieve this, the cardiovascular and the respiratory systems work harder. The heart, a component 

of the cardiovascular system, is required to pumper harder and faster to push more blood around 

the body. As  a  result,  the pressure exerted on  the  artery walls  increases during  the  contraction 

phase but  remains constant during  the  relaxation of  the heart. Therefore systolic blood pressure 

increases and diastolic blood pressure remains relatively constant.   

Long‐term effect – the long term effects of exercise include the decrease in blood pressure at rest. 

This  is achieved as a result of the heart and cardiovascular system being more efficient when the 

body is not exercising. To achieve this long term effect, exercise is must be performed on a regular 

basis, over a long period of time.  

Page 22: Certificate III in Fitness - Module 4 Health Science and Nutrition

SAMPLE

 

© Australian College of Sport & Fitness                                                         Page 39 of 95 Certificate III ‐Module 4 ‐ Course Notes ‐ 1405B 

SYSTEMIC AND PULMONARY CIRCULATION  

The  following  illustration  shows  the 

circulation  system  and  the  route  it  takes. 

Systemic circulation is the circulation from 

the  heart  to  the  whole  body,  whereas 

pulmonary circulation is the name given to 

the circulation of blood passed the lungs.  

 

STRUCTURE AND FUNCTION OF 

BLOOD VESSELS 

Within  the  cardiovascular  system,  there 

are several different types of blood vessels 

which  have  different  structures.  These 

include:  

Arteries  –  these  are  blood  vessels which 

transport blood away from the heart (with 

the  exception  of  the  pulmonary  artery 

which  transports blood  from  the  lungs  to 

the  heart).  The  blood  transported  by 

arteries are always oxygenated.  

Veins  –  These  are  blood  vessels  that 

transport  blood  towards  the  heart  (with 

the exception of  the pulmonary vein which  transports blood  from  the heart  to  the  lungs). Veins 

always carry deoxygenated blood.  

Capilaries – these are blood vessels which attach arteries and veins and are responsible for allowing 

gases to diffuse in and out to and from other cells.  

 

Page 23: Certificate III in Fitness - Module 4 Health Science and Nutrition

SAMPLE

 

© Australian College of Sport & Fitness                                                         Page 40 of 95 Certificate III ‐Module 4 ‐ Course Notes ‐ 1405B 

THE CARDIORESPIRATORY SYSTEM AND EXERCISE 

The cardiovascular system serves five important functions during exercise:  

o Delivers oxygen to working muscles 

o Oxygenates blood by returning it to the lungs 

o Transports heat (a by‐product of activity) from the core to the skin 

o Delivers nutrients and fuel to active tissues 

o Transports hormones  

Exercise places an increased demand on the cardiovascular system. Oxygen demand by the muscles 

increases sharply. Metabolic processes speed up and more waste  is created.   Also AN  increased 

amount of heat is produced from the increased metabolism; therefore the whole body temperature 

will rise.  

To perform as efficiently as possible  the cardiovascular  system must  regulate  these changes and 

meet the body’s increasing demands. 

HEART RATE 

Your  heart  rate  is  an  important  guide  for  your  exercise  program  because  it  can  tell  you  how 

exercise  is affecting you. Your heart  rate can be used  to measure  intensity of exercise as well as 

gains in fitness. Knowing what to expect and how to gauge your heart rate can make your exercise 

program more effective. 

MAXIMAL HEART RATE 

Maximal heart rate is the greatest heart rate that can be measured when individuals are exercising 

to  the  point  of  stopping  because  they  cannot  exercise  longer.  Several  equations  have  been 

developed to estimate maximal heart rate:  

Maximal heart rate = 220 minus age (low estimate)  

Maximal heart rate = 210 minus [0.5 x age] (high estimate)  

Maximal heart rate = 226 minus age (estimate for older individuals)  

Maximal heart rate can, however, vary greatly among different individuals of the same age. 

SUBMAXIMAL HEART RATE 

Submaximal heart rate is where the heart is beating below the maximal heart rate.  

A submaximal heart rate is a rate at which an individual can sustain for a period of time, whereas a 

maximal heart rate would be too high to sustain.  

Aerobic Exercise 

Aerobic exercise is any sustainable activity that causes a rise in the heart rate. This activity must be 

done  for  at  least  three minutes  at  a  higher  than  resting  intensity.  As  the  intensity  of  aerobic 

Page 24: Certificate III in Fitness - Module 4 Health Science and Nutrition

SAMPLE

 

© Australian College of Sport & Fitness                                                         Page 41 of 95 Certificate III ‐Module 4 ‐ Course Notes ‐ 1405B 

exercise increases, so does your heart rate. When maximum capacity of work is achieved your heart 

rate will  plateau. Aerobic  exercise  can  be  performed  in  various modes.  Exercises which  involve 

upright positions  like  jogging will  result  in an  increased heart  rate  compared  to  those done  in a 

seated or reclined position like bike riding or swimming.  

Resistance Training 

Resistance training done with or without movement causes an increase in heart rate. However, this 

increase is different from aerobic exercise. An increase in heart rate from resistance training is due 

to an  increased after‐load  in  the heart, whereas during aerobic exercise  it  is due  to an  increased 

volume of blood being moved throughout the body.  

RATING OF PERCEIVED EXERTION (RPE) 

Also explained in module 2, the RPE is most commonly used in cardiovascular training but can just 

as easily be applied to strength training. It is a subjective rating that the person exercising assigns to 

the intensity of their exercise based on their perception of how hard the physical exertion was.  

When you ask a client how hard they are training on a scale of one to ten, you are asking for their 

RPE.  

If the client answers that they are at a 10 (they are probably lying because at 10 you can’t talk!) it 

would equate to lifting to failure, or collapsing at the end of a run from exhaustion. It means they 

have  exhausted  all  the  energy  or  strength  that  they  have.  An  RPE  of  between  1  ‐  5 would  be 

consistent with a warm up or cool down.  

OXYGEN DEMANDS FOR FITNESS ACTIVITIES 

Aerobic exercise includes lower intensity activities performed for longer periods of time.  

Activities such as walking, running, circuits, cycling and swimming require a great deal of oxygen to 

generate the energy needed for prolonged exercise (i.e. aerobic energy expenditure). However,  in 

sports which  require  repeated  short  bursts  of  exercise,  it  is  the  anaerobic  system  that  enables 

muscles  to  recover  for  the  next  burst.  This  includes  sports  such  as weightlifting  and  sprinting. 

Training for many sports demands that both energy producing systems be developed. 

SHORT TERM PHYSIOLOGICAL CHANGES OF THE CARDIORESPIRATORY 

SYSTEM WITH EXERCISE 

When an individual participates in an exercise program or any physical activity, there are short term 

changes which occur to the cardiorespiratory system. These include:  

o Increased capillary dilation  

o Blood shunting to working muscles  

o Increased temperature within the working muscles  

o Development of micro‐tears to the muscles 

 

Page 25: Certificate III in Fitness - Module 4 Health Science and Nutrition

SAMPLE

 

© Australian College of Sport & Fitness                                                         Page 42 of 95 Certificate III ‐Module 4 ‐ Course Notes ‐ 1405B 

PHYSIOLOGICAL ADAPTATIONS OF THE CARDIORESPIRATORY SYSTEM  

Following a cardiovascular endurance focused exercise program, there are some adaptations which 

occur to cardiovascular system. These include:  

o Heart size – the muscular walls of the heart hypertrophy (especially the left ventricle). This 

makes the heart a more powerful pump, enabling it to push more blood around the body.  

o Increase volume of blood vessels around the muscles and alveoli in the lungs.  

o Blood pressure – as explained earlier, the blood pressure decreases following a long period 

of exercise.  

o Volume of blood pumped out the heart changes: 

o Stroke volume (SV) – this is the amount of blood that leaves the heart in one pump. 

As a result of the being a more powerful muscle the SV increases 

o Decrease resting heart rate – as a result of the heart becoming more efficient,  it does not 

have to pump as often to deliver the same amount of blood. This is a result of more blood 

being pumped in one pump.  

o Venous  return  becomes more  efficient,  so  blood  returns  to  the  heart  through  the  veins 

easier.  

o The  red  blood  cells  increase  their  capacity  to  pick  up  and  transport  oxygen  and  carbon 

dioxide. Therefore circulating blood has oxygen extracted more effectively. 

o Lung  capacity  increases –  the ability or  the  lungs  to expand and  inhale oxygen  increases. 

This can be a result of increased muscles involved in breathing. 

o Improve  respiratory muscles  –  the  diaphragm  and  intercostal muscles  hypertrophy  and 

increase their capacity to perform (reducing their fatigue level) 

o Increase number of alveoli in the lungs for gases exchange.  

 

 ACTIVITY 

Explain what blood pooling is and how it can be avoided: 

Blood pooling 

definition 

 

How to avoid 

blood pooling