Διερεύνηση της συνδυαστικής οξείας επίδρασης πρωτοκόλλων διαλείπουσας υποξίας -νορμοξίας και άσκησης σε βιοχημικούς δείκτες

Abstract

Intermittent hypoxia training is currently examined for its impact on metabolism and vascular function, including the improvement of mitochondrial function, the regulation of glucose transport, the enhancement of antioxidant enzyme activity, as well as anti-inflammatory factors. Additionally, increasing research data suggest that intermittent hypoxia-normoxia training (IHNT), influence positively on physical activity and enhance the well-being. Despite the wider availability of INHT protocols and exercise under hypoxic conditions, evidence regarding the effects of acute INHT as well as acute INHT followed by exercise are limited. The purpose of this thesis was to examine the effects of a session of Intermittent Hypoxia-Normoxia Training (IHNT), a resistance-based circuit training (m-HIΙT), and their combination on oxidative stress and antioxidant capacity markers, hematological markers, and metabolic markers in healthy men. The sample consisted of 12 healthy men (age 25.6±5.8 years, height 179.6±10.5 cm, body mass 82.6±10.6 kg, and BMI 25.6±2.6 kg/m²). They participated in a HIIT session (3x10 minutes, 8 minutes Hypoxia – 2 minutes Normoxia), a 30-minute resistance-based circuit training and a IHNT session followed by resistance-based circuit training (m-HIT) in a random order. A pulse oximeter was utilized to monitor the heart rate (HR) and oxygen saturation (SpO2) during the IHNT. Venous blood samples were taken at five time points: baseline, before the trial, immediately after, one hour later, and three hours later, while an additional blood draw was added at the end of the IHNT and before the exercise in the combined protocol. For the analysis of data comparing changes in IHNT, peripheral oxygen saturation (SpO2), heart rate (HR), and Hypoxia-Inducible Factor (HIF-1a), a two-way ANOVA was performed with two repeated measures factors (time x trial). For the analysis of the IHNT data, dependent samples t-tests were conducted to examine the changes before and after the protocol, one-way ANOVA was performed to examine the changes at all time points, and two-way ANOVA (time x protocol) was conducted to compare IHNT and the combined protocol. For the analysis of comparisons between the exercise trial and the combined trial, a two-way ANOVA was performed with two repeated measures factors (time x trial). The results of the analyzes showed that IHNT produced a distinct hypoxic stimulus, as recorded by the reduced SpO2, the increased heart rate during hypoxic cycles, and the elevated levels of HIF-1α. Additionally, after IHNT, a significant increase in protein carbonyls was recorded, a short-term decrease in hematological markers, while small short-term increases in glucose and albumin levels were observed, with no impact on insulin sensitivity or lipid markers. In m-HIIT, the total antioxidant capacity showed a significantly lower value compared to the combined protocol, while protein carbonyls increased similarly in both protocols, indicating protein damage. White blood cells and lymphocytes showed a significant interaction between the protocols, while neutrophils increased similarly in both protocols. Erythropoiesis markers recorded significantly increased levels, with hematocrit and hemoglobin showing higher values in the combined protocol. Additionally, m-HIIT and the combined protocol led to significant but transient acute increases in glucose, insulin, HOMA-IR, glycerol, and lactate levels, indicating significant metabolic and glycolytic stress. During recovery, triglyceride levels decreased, vitamin D increased at 1 and 3 hours post-exercise protocol and decreased with the combined protocol, and urea showed a reduction with both protocols. These results indicate that a single exposure to IHNT activates the oxidative and antioxidant mechanisms as it induces metabolic and physiological responses such as the increase in glucose. Resistance-based circuit training enhances glycolytic activity, confirming the differentiated energy response depending on the stimulus. Finally, intermittent hypoxia affects the body's response to exercise, increasing leukocytes, hemoglobin, and hematocrit, reinforcing the fact that the hypoxic stimulus increases exercise stress, while not altering the redox balance and metabolism.

Η διαλείπουσα υποξική προπόνηση έχει μελετηθεί για τις επιδράσεις της, στον μεταβολισμό, την αγγειακή λειτουργία, τη βελτίωση της μιτοχονδριακής λειτουργίας, τη ρύθμιση της μεταφοράς γλυκόζης, την ενίσχυση της δράσης των αντιοξειδωτικών ενζύμων καθώς και των αντιφλεγμονωδών παραγόντων. Επιπλέον, αυξανόμενα ερευνητικά δεδομένα υποδεικνύουν ότι οι συνεδρίες διαλείπουσας υποξίας-νορμοξίας (IHNT) βελτιώνουν την αθλητική απόδοση και προάγουν την ευεξία. Παρά την αυξημένη διαθεσιμότητα πρωτοκόλλων ΙΗΝΤ και άσκησης σε υποξικές συνθήκες, τα δεδομένα για την επίδραση της οξείας ΙΗΝΤ καθώς και της οξείας ΙΗΝΤ ακολουθούμενη από άσκηση είναι περιορισμένα. Σκοπός της διδακτορικής διατριβής ήταν να εξετάσει τις επιδράσεις μιας συνεδρίας ΙΗΝΤ, μιας προπονητικής μονάδας κυκλικής προπόνησης δύναμης με αντιστάσεις (m-HIT) και τον συνδυασμό τους σε δείκτες οξειδωτικού στρες και αντιδιοξειδωτικής ικανότητας, σε αιματολογικούς δείκτες και σε δείκτες μεταβολισμού σε υγιείς άνδρες. Το δείγμα αποτέλεσαν 12 υγιείς άνδρες (ηλικίας 25,6±5,8 ετών, ύψους 179,6±10,5 cm, σωματικής μάζας 82,6±10,6 kg και ΔΜΣ 25,6±2,6 kg/m2). Συμμετείχαν με τυχαία σειρά σε α) μια συνεδρία ΙΗΝΤ (3x10 λεπτά, 8 λεπτά Υποξία – 2 λεπτά Νορμοξία), β) μια προπονητική μονάδα κυκλικής προπόνησης με αντιστάσεις διάρκειας 30 λεπτών και γ) μια συνεδρία ΙΗΝΤ ακολουθούμενη από κυκλική προπόνηση δύναμης με αντιστάσεις (m-HIT). Σε όλη τη διάρκεια της ΙΗΝΤ πραγματοποιούνταν καταγραφή του κορεσμού οξυγόνου (SpO2) και της καρδιακής συχνότητας (HR). Δείγματα φλεβικού αίματος λήφθηκαν για τα πρωτόκολλα της ΙΗΝΤ και της άσκησης σε 5 χρονικές στιγμές: αναφοράς, πριν την συνεδρία, αμέσως μετά, μια και τρεις ώρες μετά, ενώ στο συνδυαστικό πρωτόκολλο οι συνολικές αιμοληψίες ήταν έξι. Για την ανάλυση των δεδομένων για τις συγκρίσεις στις μεταβολές στη ΙΗΝΤ, του SpO2, της HR και του Επαγώμενου Παράγοντα από την Υποξία (HIF-1a) πραγματοποιήθηκε στατιστική ανάλυση διακύμανσης ως προς δύο επαναλαμβανόμενους παράγοντες. Για την ανάλυση των δεδομένων της ΙΗΝΤ πραγματοποιήθηκαν αναλύσεις t-test για εξαρτημένα δείγματα, ώστε να εξεταστούν οι μεταβολές πριν και μετά το πρωτόκολλο, ανάλυση διακύμανσης ως προς έναν επαναλαμβανόμενο παράγοντα για να εξεταστούν οι μεταβολές σε όλες τις χρονικές στιγμές και ανάλυση διακύμανσης ως προς δύο επαναλαμβανόμενους παράγοντες, για τη σύγκριση μεταξύ της ΙΗΝΤ και του συνδυαστικού πρωτοκόλλου. Για την ανάλυση των συγκρίσεων μεταξύ του πρωτοκόλλου άσκησης και του συνδυαστικού πρωτοκόλλου πραγματοποιήθηκε ανάλυση διακύμανσης ως προς δύο επαναλαμβανόμενους παράγοντες. Τα αποτελέσματα των αναλύσεων έδειξαν ότι η IHNT δημιούργησε υποξικές συνθήκες όπως καταγράφηκε από τον μειωμένο SpO2, τον αυξημένο καρδιακό ρυθμό κατά τη διάρκεια των υποξικών κύκλων και τα αυξημένα επίπεδα του HIF-1α μετά την IHNT. Επιπλέον, μετά τη ΙΗΝΤ καταγράφηκε σημαντική αύξηση των πρωτεϊνικών καρβονυλίων, μια βραχυπρόθεσμη μείωση στα επίπεδα των αιματολογικών δεικτών, ενώ καταγράφηκαν μικρές βραχυχρόνιες αυξήσεις στα επίπεδα της γλυκόζης και της αλβουμίνης, ενώ δεν επηρεάστηκε η ευαισθησία στην ινσουλίνη ή οι δείκτες λιπιδίων. Στη m-HIIT η ολική αντιοξειδωτική ικανότητα εμφάνισε σημαντική μείωση έναντι του συνδυαστικού πρωτοκόλλου, ενώ τα πρωτεϊνικά καρβονύλια αυξήθηκαν παρόμοια και στα δύο πρωτόκολλα, υποδεικνύοντας πρωτεϊνική βλάβη. Τα λευκά αιμοσφαίρια και τα λεμφοκύτταρα εμφάνισαν σημαντική αλληλεπίδραση μεταξύ των πρωτοκόλλων, ενώ τα ουδετερόφιλα αυξήθηκαν με παρόμοιο τρόπο και στα δύο πρωτόκολλα. Οι δείκτες ερυθροποίησης κατέγραψαν σημαντικά αυξημένα επίπεδα, με τον αιματοκρίτη και την αιμοσφαιρίνη να εμφανίζουν υψηλότερες τιμές στο συνδυαστικό πρωτόκολλο. Επιπλέον, η m-HIIT και το συνδυαστικό πρωτόκολλο οδήγησαν σε σημαντικές αλλά παροδικές οξείες αυξήσεις στα επίπεδα γλυκόζης, ινσουλίνης, HOMA-IR, γλυκερόλης και γαλακτικού, υποδεικνύοντας σημαντικό μεταβολικό και γλυκολυτικό στρες. Κατά τη διάρκεια της αποκατάστασης, τα επίπεδα των τριγλυκεριδίων μειώθηκαν, η βιταμίνη D αυξήθηκε στις 1 και 3 ώρες μετά το πρωτόκολλο άσκησης και μειώθηκε με το συνδυαστικό πρωτόκολλο και η ουρία κατέδειξε μείωση και με τα δύο πρωτόκολλα. Αυτά τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι μια μόνο έκθεση σε IHNT ενεργοποιεί τον οξειδωτικό και τον αντιοξειδωτικό μηχανισμό καθώς προκαλεί μεταβολικές και φυσιολογικές αποκρίσεις όπως η αύξηση της γλυκόζης. Η κυκλική προπόνηση δύναμης με αντιστάσεις ενισχύει τη γλυκολυτική δραστηριότητα, επιβεβαιώνοντας τη διαφοροποιημένη μεταβολική απόκριση ανάλογα με το ερέθισμα. Τέλος, η διαλείπουσα υποξία επηρεάζει την απόκριση του οργανισμού στην άσκηση, αυξάνοντας τα λευκοκύτταρα, την αιμοσφαιρίνη και τον αιματοκρίτη, ενισχύοντας το γεγονός ότι το υποξικό ερέθισμα αυξάνει το στρες της άσκησης, ενώ δεν διαφοροποιεί την οξειδοαναγωγική ισορροπία και τον μεταβολισμό.