Η επίδραση της προασκησιακής μυϊκής ισχαιμίας και της προπόνησης αντοχής στην απόδοση και στην εγκεφαλική οξυγόνωση

Abstract

This study tested the effect of applying ischemic preconditioning prior to high-intensity interval sessions (HIIT) in a long-term fashion, hypothesizing that physiological adaptations and performance would be enhanced. Moreover, it tested the effect of endurance training on brain oxygenation adaptations, and unveiling any potent differences between the left and right prefrontal cortex. Sixteen males distance runners participated in the study (age: 34.1±5.1 years, VO2max: 55.1±1.4 ml/kg/min). They separated in two teams: Α) Ischemia (ISC, N=8), B) Control (CON, N=8) and they underwent endurance training 5 times per week for 8 weeks. Two sessions were high-intensity interval sessions (90-100% VO2max) and three continuous running sessions at 70-80% VO2max. Before each HIIT session ISC group executed 3x5 min total blood flow occlusion to the legs using pressure cuffs (220-250mmHg), while CON executed the same protocol without pressure applied. Before and after training VO2max was assessed on a treadmill and cycle ergometer, while a field-test of 5x1000m with 2 min rest on a track took place to assess performance. Hematological profile was measured with the non-invasive CO-rebreathing method. Finally, two tests were performed, one submaximal cycling for 10-min at an intensity corresponding at 5% below first ventilatory threshold in which brain oxygenation and physiological responses were recorded. At the end of exercise, total blood flow occlusion in both legs took place for 5 min to assess metaboreflex activation. Then, a maximal exercise to exhaustion at 95% peak power output was performed to assess performance, physiological responses and brain oxygenation on the two hemispheres to evaluate limiting fatcors of endurance performace and the role of the central nervous system on fatigue. Training improved VO2max in running in both ISC and CON, but the increase was higher in ISC (+4.8%). Maximal aerobic speed also increased in both ISC and CON, but the increase was higher in ISC (+3.6%). After training, running session times in the field test (5x1000m) were significant faster in ISC. ISC, compared to CON had a greater increase in blood volume (+5.8%) and plasma volume (+6.5%). An interaction effect between groups was seen for peak systolic arterial blood pressure with an increase in ISC group while decrease in CON as well for mean arterial pressure. During submaximal cycling, training increased significantly (+23%) blood and oxygen delivery to the brain and inactive biceps brachialis muscle (+44%), while decreased for active vastus lateralis muscle (-18.7%). Tissue saturation index was decreased only in the left prefrontal cortex (-9.8%) and for the vastus lateralis muscle (-10.4%). Training also increased muscle's oxygen extraction (+5.6%) and decreased hemodynamic responses. At post-exercise muscle ischemia, training decreased the magnitude of cardiovascular respone (-5.2%). At maximal exercise, training increased time to exhaustion (+8.4%), blood and oxygen delivery to the brain, while there was a significant decrease in blood volume to the inactive biceps brachialis muscle (-50%). Oxygen uptake, cardiac output and stroke volume were increased after training. In conclusion, training with ischemic preconditioning enhanced physiological adaptations and hematological variables, improving endurance performance. Endurance training and the increase in aerobic capacity, as well the ability of the working muscle to extract oxygen facilitate blood volume redistribution from the muscle to the brain augmenting blood and oxygen supply to the brain during submaximal and maximal exercise. Finally, it seems that the right and left prefrontal cortex appear to adapt differently to endurance training, suggesting distinct functions in regulating aerobic exercise tolerance.

Η συγκεκριμένη διατριβή ερεύνησε την επίδραση μιας νέας μορφής προπόνησης αντοχής, αυτής της προπόνησης υψηλής έντασης με εφαρμογή προασκησιακής ισχαιμίας, καθώς αρκετές έρευνες δείχνουν την άμεση βελτίωση της απόδοσης με αυτήν την μέδοθο. Ακόμη, εξέτασε την επίδραση της προπόνησης αντοχής στην απόκριση της εγκεφαλικής οξυγόνωσης και την πιθανών διαφορετική λειτουργία του αριστερού και δεξιού ημισφαιρίου του εγκεφάλου στην άσκηση. Τέλος τον ρόλο των μυϊκών εργοαισθητήτων στην ρύθμιση του καρδιαγγειακού. Στην έρευνα συμμετείχαν 16 δρομείς αντοχή (ηλικία: 34.1±5.1 ετών, VO2max: 55.1±1.4 ml/kg/min). Αρχικά, χωρίστηκαν σε δυο ομάδες: Α) Ισχαιμίας (ΙΣΧ Ν=8), Β) Ελέγχου (ΕΛΕ Ν=8) όπου υποβλήθηκαν σε προπόνηση δρόμων αντοχής 5 φορές την εβδομάδα για 8 εβδομάδες. Δυο προπονήσεις ήταν υψηλής έντασης διαλειμματική προπόνηση (90-100% VO2max) και τρεις προπονήσεις ήταν συνεχόμενης προπόνησης στο 70-80% VO2max. Η ΙΣΧ πριν από κάθε διαλειμματική προπόνηση εφάρμοζε 3χ5 λεπτά πλήρους απόφραξης της αιματικής ροής με εφαρμογή περιμηρίδων και υπερατμοσφαιρικής πίεσης (220-250mmHg) στα πόδια. Η ΕΛΕ εφάρμοσε το ίδιο πρωτόκολλο χωρίς όμως την εφαρμογή πίεσης. Πριν και μετά την προπόνηση έγιναν μετρήσεις VO2max στο δαπαδοεργόμετρο και στο κυκλοεργόμετρο και δοκιμασία απόδοσης στο στίβο με εκτέλεση 5χ1000μ με 2 λεπτά διάλειμμα. Πραγματοποιήθηκε ανάλυση των αιματολογικών παραμέτρων με την μέθοδο της επανεισπνοής μονοξειδίου του άνθρακα. Ακόμη, διεξήχθησαν δυο δοκιμασίες, μια υπομέγιστη κάτω από το αναπνευστικό κατώφλι για 10 λεπτά για την αξιολόγηση της εγκεφαλικής οξυγόνωσης και των φυσιολογικών αποκρίσεων. Με το τέλος της άσκησης εφαρμόστηκε πλήρη απόφραξη της αιματικής ροής στα πόδια για 5 λεπτά για την αξιολόγηση των μυϊκών εργοαισθητήρων. Τέλος, μια δοκιμασία μέγιστης έντασης στο 95% του μέγιστου παραγόμενου έργου (PPO) ως την εξάντληση για την αξιολόγηση της απόδοσης, την μέτρηση της εγκεφαλικής οξυγόνωσης στα δυο ημισφαίρια και την επίδραση του στους μηχανισμούς κόπωσης και στον τερματισμό της άσκησης. Η προπόνηση βελτίωσε την VO2max στο τρέξιμο και στις δυο ομάδες (ΙΣΧ, ΕΛΕ) αλλά ήταν σημαντικά μεγαλύτερη στην ομάδα της ΙΣΧ (+4.8%). Επίσης η μέγιστη αερόβια ταχύτητα βελτιώθηκε και στις δυο ομάδες αλλά με μεγαλύτερη αύξηση στην ΙΣΧ (+3.6%). Μετά την προπόνηση οι χρόνοι στην δοκιμασία 5χ1000μ ήταν σημαντικά γρηγορότεροι για την ΙΣΧ (+5%). Η ΙΣΧ σε σχέση με την ΕΛΕ εμφάνισε σημαντικά μεγαλύτερο όγκο αίματος (+5.8%) και πλάσματος (+6.5%). Μετά την προπόνηση παρατηρήθηκε αλληλεπίδραση μεταξύ των ομάδων για την μέγιστη συστολική και μέση αρτηριακή πίεση του αίματος με αύξηση στην ΙΣΧ και μείωση στην ΕΛΕ. Κατά την υπομέγιστη άσκηση στο ποδήλατο, η προπόνηση αύξησε σημαντικά (+41%) την αιμάτωση και παράδοση του οξυγόνου στον εγκέφαλο, ενώ μειώθηκε για τον ενεργό μυ (-18.7%) και αυξήθηκε για τον ανενεργό μυ (+44%). Ο δείκτης οξυγόνωσης ήταν σημαντικά χαμηλότερος για το αριστερό ημισφαίριο (-9.8%) και για τον ενεργό μυ (-10.4%). Η προπόνηση αύξησε την απόσπαση του οξυγόνου από τον ενεργό μυ (+5.6%), ενώ μείωσε την καρδιαγγειακή απόκριση (-13.3%). Κατά την μετα-ασκησιακή ισχαιμία, η προπόνηση μείωσε σημαντικά την απόκριση του καρδιαγγειακού συστήματος (+6.2%). Στην μέγιστη άσκηση, η προπόνηση αύξησε τον χρόνο ως την εξάντληση (+8.4%). Ακόμη, αύξησε σημαντικά (+33.6%) την αιμάτωση και παράδοση του οξυγόνου στον εγκέφαλο, ενώ μείωσε σημαντικά στον ανενεργό ιστό (-50%). Η κατανάλωση οξυγόνου, η καρδιακή παροχή και ο όγκος παλμού αυξήθηκαν σημαντικά μετά την προπόνηση (+10.2%). Συμπερασματικά, η προπόνηση με προασκησιακή μυϊκή ισχαιμία για 8 εβδομάδες βελτίωσε την ταχύτητα τρεξίματος στην διαλειμματική προπόνηση σε σχέση με την ομάδα ελέγχου, επιφέρωντας μεγαλύτερη βελτίωση στην αερόβια ικανότητα και στην μέγιστη αερόβια ταχύτητα. Ακόμη, η παρατεταμένη εφαρμογή της ισχαιμίας-επαναιμάτωσης οδήγησε σε μεγαλύτερη αύξηση του όγκου αίματος και πλάσματος, και τέλος βελτίωσε την απόδοση σε δοκιμασία τρεξίματος 5χ1000μ. Η προπόνηση αντοχής, με τη αύξηση της αερόβιας ικανότητας, των αιματολογικών παραμέτρων και της ικανότητας του μυός να αποσπά οξυγόνο, οδήγησε σε μεγαλύτερη ανακατανομή του όγκου αίματος στον εγκέφαλο με αύξηση της αιμάτωσης και της παράδοσης οξυγόνου τόσο σε υπομέγιστο όσο και σε μέγιστο έργο. Ακόμη, φαίνεται να προκαλούνται διαφορετικές προσαρμογές μεταξύ του δεξιού και αριστερού ημισφαιρίου υποδηλώνοντας διαφορετικές λειτουργίες στην άσκηση.