Viktigheten av blodvolum og dets interaksjon med kardiovaskulære tilpasninger

Bakgrunn Det er godt etablert at et høyt maksimalt oksygenforbruk (VO2max) er assosiert med utmerket fysisk ytelse i utholdenhetsidrettsgrener. For å oppnå en høy V ̇O2max må flere ting optimaliseres i henhold til Fick-ligningen. En av hoveddeterminantene for VO2max er oksygenbæreevnen til blodet, som er diktert av den totale hemoglobinmassen og er betydelig høyere hos utholdenhetsidrettsutøvere enn utrente individer.

Naturligvis er dette systemet tett regulert for å opprettholde en jevn blodsammensetning og for raskt å gjenopprette blodvolumet hvis det går tapt på grunn av f.eks. blødning, men det kan også endres ved trening og/eller eksponering for ekstreme miljøforhold. Endringer i blodvolum og sammensetning kan sees allerede etter to uker med konvensjonell treningstrening der økninger i PV sees i kombinasjon med forhøyet erytropoietin (EPO) mens volumet av røde blodlegemer forblir upåvirket. Dette støtter den foreslåtte forestillingen om at nyren fungerer som et "kritometer" og at en redusert hematokrit på grunn av utvidelse av PV derved kan regulere erytropoesen. Hos allerede trente individer, dvs. idrettsutøvere, kan PV og Hb-masse økes ytterligere gjennom gjentatt og eller langvarig eksponering for høyde eller varme miljøforhold.

Forskningsspørsmål og hypoteser

1. Utforske kjønn og individuelle forskjeller i tidsforløpet og forholdet mellom kardiovaskulære (sentral og perifere) tilpasninger til langvarig aerob trening og samtidige blodvolumsendringer.
2. Evaluer forskjeller mellom kjønn og faktorer som påvirker individuelle forskjeller (høy vs. lav respondere) - anta at kvinner har en avstumpet kardiovaskulær respons på langvarig aerob trening.
3. Hva er den relative betydningen av blodvolum, muskelmetabolske og kardiovaskulære tilpasninger for ytelse og aerob kraft.

En inkrementell treningstest på et sykkelergometer vil bli utført for å bestemme maksimal arbeidshastighet og VO2max. Fire venøse blodprøver, hver på 4 ml, tas i hvileperioden. Forsøkspersonens blodvolum og kroppssammensetning blir evaluert med en DXA-skanning og CO-repustteknikk etter en kort hvileperiode etter treningstesten.

I de andre eksperimentelle forsøkene (besøk 2) vil deltakerne bli kjent med den eksperimentelle protokollen ved å sykle i halvt liggende stilling. For eksperimentet vil deltakerne gjennomgå en standardisert test av ortostatisk toleranse ved et underkroppsundertrykk (LBNP) på -15 mmHg i maksimalt 10 minutter og -30 mmHg i maksimalt 10 minutter. Ventrikkelfunksjonen måles ved begge nivåene av LBNP. Etter den ortostatiske toleransetesten vil forsøkspersonen utføre semi-liggende sykling ved to submaksimale intensiteter med euhydrering (kontroll). Minst 30 minutter etter den første treningen (etter at forsøkspersonen har returnert til hemodynamiske nivåer i utgangspunktet), vil forsøkspersonene innta en hypertonisk drikk med sikte på å øke PV med ~15 % (intervensjon). Ventrikkelfunksjonen måles igjen før den andre anfall av semi-tilbakeliggende submaksimal sykling initieres med samme intensiteter som tidligere nevnt.

I det tredje besøket (besøk 3) vil vi måle om treningsregimet har effekter på perifer (arm) blodstrømregulering. Den perifere vaskulære funksjonen bestemmes ved målinger av brachialis arteriediameter og blodhastighet ved bruk av dupleks ultrasonografi før og etter strømningsmediert dilatasjon (FMD) hvor en mansjett plassert rundt overarmen blåses opp til 200 mmHg i 5 minutter for deretter å tømmes. Vaskulær sensitivitet og endotelfunksjon måles deretter ved ultralyd før og etter infusjon av de vasoaktive legemidlene Acetylkolin (Ach) (25 og 100 μg min-1 (kg arm-masse)-1), Sodium Nitroprusside (SNP) (0,75, 1,5 og 3,0 μmol min-1 L arm-masse-1). Mellom alle disse målingene vil det være en pause på minimum 15 min. Før forsøkspersonen forlater dette besøket for første gang (baseline) tas det også to muskelbiopsier på ca. 150 mg for dyrking av celler og vurdering av endringer i kapillærtetthet, muskelfibersammensetning og mitokondriell tetthet og funksjon. En muskelbiopsi vil også bli tatt under besøk en ved prøvetakingspunktet etter 2 uker, 1, 2 og 6 måneder etter baseline og med to muskelbiopsier 12 måneder etter baseline-runden, noe som gir totalt åtte biopsier for hvert forsøksperson.

Etter at den første runden av eksperimentet er avsluttet, vil forsøkspersonene gjennomgå et treningsregime i 12 måneder, bestående av 3-4 overvåket og overvåket sykkeltreningsøkter ukentlig. Treningstreningen vil bli veiledet og strukturert på en progressiv måte for å venne forsøkspersonene til regelmessig og høyintensiv trening. Forsøkspersonene vil igjen gjennomgå studieprosedyrer 2 uker 1, 2, 6 og 12 måneder etter baseline-tiltak for å tillate kontinuerlig analyse av de kort- og langsiktige kardiovaskulære tilpasningene. I tillegg ønsker vi å måle koronar blodstrøm, muskelmitokondriell volum - og funksjon for å bestemme effekten av sentrale versus perifere tilpasninger til langvarig trening ved baseline, 2, 6 og 12 måneder.

For å skjelne eventuelle sentrale kardiovaskulære effekter fra perifere, ønsker vi å akutt normalisere blodvolumet ved flebotomi ved siste besøk av 12 måneders treningstrening. Før og etter flebotomi vil VO2max og Q̇max bli bestemt for å undersøke eventuelle sentrale kardiovaskulære tilpasninger.

Emner i dette prosjektet er utsatt for følgende tiltak: Hjerte- og vaskulær ultralyd, muskelbiopsier, Kateterisering med arterielle og venøse blodprøver, CO-repusteteknikk, DXA-skanning, Elektrokardiogram (EKG), Strømningsmediert dilatasjon, vasodilatorrespons på intra -arteriell infusjon av Ach og SNP, LBNP, ytelsestest og flebotomi.