Význam objemu krve a jeho interakce s kardiovaskulárními adaptacemi

Pozadí Je dobře známo, že vysoká maximální spotřeba kyslíku (VO2max) je spojena s vynikajícím fyzickým výkonem ve vytrvalostních sportovních disciplínách. Aby bylo dosaženo vysokého V ̇O2max, musí být optimalizováno několik věcí podle Fickovy rovnice. Jedním z hlavních determinantů VO2max je schopnost krve přenášet kyslík, která je dána celkovou hmotou hemoglobinu a je výrazně vyšší u vytrvalostních sportovců než u netrénovaných jedinců.

Tento systém je přirozeně přísně regulován, aby se udrželo stabilní složení krve a aby se rychle obnovil objem krve, pokud dojde ke ztrátě v důsledku např. krvácení, ale může být také změněn cvičením nebo vystavením extrémním podmínkám prostředí. Změny v objemu a složení krve lze pozorovat již po dvou týdnech konvenčního tréninku, kdy je pozorováno zvýšení PV v kombinaci se zvýšeným erytropoetinem (EPO), zatímco objem červených krvinek zůstává nedotčen. To podporuje navrhovanou představu, že ledviny fungují jako "kritometr" a že snížený hematokrit v důsledku expanze PV může regulovat erytropoézu. U již trénovaných jedinců, tj. sportovců, lze PV a Hbmass dále zvýšit opakovaným nebo dlouhodobým vystavením nadmořské výšce nebo horkým podmínkám prostředí.

Výzkumné otázky a hypotézy

1. Prozkoumejte genderové a individuální rozdíly v časovém průběhu a vztahu mezi kardiovaskulárními (centrálními a periferními) adaptacemi na dlouhodobý aerobní trénink a doprovodnými změnami krevního objemu.
2. Vyhodnoťte rozdíly mezi pohlavími a faktory ovlivňující individuální rozdíly (vysoké vs. nízké respondéry) – předpokládejte, že ženy mají otupenou kardiovaskulární odpověď na dlouhodobý aerobní trénink.
3. Jaký je relativní význam krevního objemu, svalové metabolické a kardiovaskulární adaptace pro výkon a aerobní sílu.

Pro stanovení maximální pracovní rychlosti a VO2max bude proveden inkrementální zátěžový test na cykloergometru. Během klidového období se odeberou čtyři vzorky žilní krve, každý o objemu 4 ml. Objem krve a složení těla subjektů se hodnotí pomocí DXA-scanu a techniky opětovného dýchání CO po krátké době odpočinku po zátěžovém testu.

Ve druhém experimentálním testu (návštěva 2) budou účastníci seznámeni s experimentálním protokolem jízdou na kole v pololehu. Účastníci experimentu podstoupí standardizovaný test ortostatické tolerance podtlakem v dolní části těla (LBNP) -15 mmHg po dobu maximálně 10 minut a -30 mmHg po dobu maximálně 10 minut. Komorová funkce se měří na obou úrovních LBNP. Po ortostatickém tolerančním testu bude subjekt provádět cyklování v pololehu při dvou submaximálních intenzitách s euhydratací (kontrola). Alespoň 30 minut po prvním cvičení (poté, co se subjekt vrátil na výchozí hemodynamické hladiny), subjekty požijí hypertonický nápoj s cílem zvýšit PV o ~15 % (intervence). Komorová funkce je opět měřena předtím, než je zahájena druhá fáze submaximálního cyklování v pololehu při stejných intenzitách, jak bylo uvedeno výše.

Při třetí návštěvě (návštěva 3) změříme, zda má cvičební režim vliv na periferní regulaci průtoku krve (paže). Periferní vaskulární funkce je určena měřením průměru pažní tepny a rychlosti krve pomocí duplexní ultrasonografie před a po průtokem zprostředkované dilataci (FMD), kdy se manžeta umístěná kolem horní části paže nafoukne na 200 mmHg po dobu 5 minut a poté se vyfoukne. Cévní citlivost a endoteliální funkce se pak měří ultrazvukem před a po infuzi vazoaktivních léků Acetylcholin (Ach) (25 a 100 μg min-1 (kg paže)-1), Nitroprusid sodný (SNP) (0,75, 1,5 a 3,0 μmol min-1 L rameno-hmotnost-1). Mezi všemi těmito měřeními bude přestávka minimálně 15 minut. Před tím, než subjekt poprvé opustí tuto návštěvu (základní hodnota), jsou také odebrány dvě svalové biopsie o přibližně 150 mg pro kultivaci buněk a hodnocení změn hustoty kapilár, složení svalových vláken a hustoty a funkce mitochondrií. Jedna svalová biopsie bude také odebrána během první návštěvy v místě odběru vzorků po 2 týdnech, 1, 2 a 6 měsících po základní linii a se dvěma biopsiemi svalů 12 měsíců po základním kole, což znamená celkem osm biopsií pro každého pacienta.

Po ukončení prvního kola experimentu budou subjekty podstupovat cvičební režim po dobu 12 měsíců, sestávající ze 3-4 cyklistických tréninků pod dohledem a monitorováním týdně. Cvičební trénink bude řízen a strukturován progresivním způsobem, aby si subjekty zvykly na pravidelné a vysoce intenzivní cvičení. Subjekty opět podstoupí studijní procedury 2 týdny 1, 2, 6 a 12 měsíců po základním měření, aby byla umožněna kontinuální analýza krátkodobých a dlouhodobých kardiovaskulárních adaptací. Kromě toho chceme měřit koronární průtok krve, svalový mitochondriální objem - a funkci, abychom určili účinky centrální versus periferní adaptace na dlouhodobý trénink na začátku, 2, 6 a 12 měsíců.

Abychom rozeznali jakékoli centrální kardiovaskulární účinky od periferních, chceme akutně normalizovat objem krve flebotomií při poslední návštěvě 12měsíčního cvičení. Před a po flebotomii budou stanoveny VO2max a Qmax, aby se prozkoumaly jakékoli centrální kardiovaskulární adaptace.

Subjekty v tomto projektu jsou podrobeny následujícím měřením: ultrazvuk srdce a cév, svalové biopsie, katetrizace se vzorky arteriální a venózní krve, technika CO-rebreathing, DXA-scan, elektrokardiogram (EKG), průtokem zprostředkovaná dilatace, vazodilatační odpověď na intra -arteriální infuze Ach a SNP, LBNP, výkonnostní test a flebotomie.