Znaczenie objętości krwi i jej interakcji z adaptacjami sercowo-naczyniowymi

Wstęp Powszechnie wiadomo, że wysokie maksymalne zużycie tlenu (VO2max) wiąże się z doskonałą wydajnością fizyczną w dyscyplinach sportów wytrzymałościowych. Aby osiągnąć wysokie V ̇O2max, należy zoptymalizować kilka rzeczy zgodnie z równaniem Ficka. Jednym z głównych wyznaczników VO2max jest zdolność krwi do przenoszenia tlenu, która jest podyktowana całkowitą masą hemoglobiny i jest znacznie wyższa u sportowców wytrzymałościowych niż u osób nietrenujących.

Naturalnie ten system jest ściśle regulowany, aby utrzymać stały skład krwi i szybko odzyskać objętość krwi, jeśli została utracona z powodu np. krwotoku, ale może być również zmieniony przez ćwiczenia lub ekspozycję na ekstremalne warunki środowiskowe. Zmiany w objętości i składzie krwi można zaobserwować już po dwóch tygodniach konwencjonalnego treningu fizycznego, gdzie wzrost PV obserwuje się w połączeniu z podwyższonym poziomem erytropoetyny (EPO), podczas gdy objętość krwinek czerwonych pozostaje niezmieniona. Potwierdza to proponowane pojęcie nerki działającej jako „krytometr” i że zmniejszony hematokryt z powodu ekspansji PV może w ten sposób regulować erytropoezę. U osób już wytrenowanych, tj. sportowców, PV i Hbmass można dalej zwiększać poprzez powtarzane i/lub długotrwałe narażenie na wysokość lub gorące warunki środowiskowe.

Pytania badawcze i hipotezy

1. Zbadaj płciowe i indywidualne różnice w przebiegu czasowym i związku między adaptacjami układu sercowo-naczyniowego (ośrodkowego i obwodowego) do długotrwałego treningu aerobowego i towarzyszącymi mu zmianami objętości krwi.
2. Oceń różnice między płciami i czynniki wpływające na różnice indywidualne (osoby z wysoką i niską reakcją) – wysuwając hipotezę, że kobiety mają osłabioną reakcję sercowo-naczyniową na długotrwały trening aerobowy.
3. Jakie jest względne znaczenie objętości krwi, metabolizmu mięśni i adaptacji sercowo-naczyniowych dla wydajności i mocy tlenowej.

Zostanie przeprowadzony test wysiłkowy przyrostowy na ergometrze rowerowym w celu określenia maksymalnego tempa pracy i VO2max. W okresie spoczynku pobiera się cztery próbki krwi żylnej, każda po 4 ml. Objętość krwi i skład ciała badanych ocenia się za pomocą skanowania DXA i techniki ponownego oddychania CO po krótkim okresie odpoczynku po teście wysiłkowym.

W drugiej próbie eksperymentalnej (wizyta 2) uczestnicy zapoznają się z protokołem eksperymentu poprzez jazdę na rowerze w pozycji półleżącej. W ramach eksperymentu uczestnicy zostaną poddani wystandaryzowanemu testowi tolerancji ortostatycznej poprzez podciśnienie dolnej części ciała (LBNP) wynoszące -15mmHg przez maksymalnie 10 min i -30mmHg przez maksymalnie 10 min. Czynność komór mierzy się na obu poziomach LBNP. Po teście tolerancji ortostatycznej pacjent będzie wykonywał jazdę na rowerze w pozycji półleżącej z dwoma submaksymalnymi intensywnościami z euhydratacją (kontrola). Co najmniej 30 minut po pierwszym wysiłku fizycznym (po powrocie pacjenta do wyjściowych poziomów hemodynamicznych) badani spożywają napój hipertoniczny w celu zwiększenia PV o ~ 15% (interwencja). Czynność komór jest ponownie mierzona przed rozpoczęciem drugiego ataku submaksymalnego cyklu w pozycji półleżącej z tą samą intensywnością, jak wspomniano wcześniej.

Podczas trzeciej wizyty (wizyta 3) zmierzymy, czy schemat ćwiczeń ma wpływ na regulację przepływu krwi obwodowej (ramię). Czynność naczyń obwodowych określa się mierząc średnicę tętnicy ramiennej i prędkość przepływu krwi za pomocą ultrasonografii dupleksowej przed i po dylatacji zależnej od przepływu (FMD), w której mankiet umieszczony wokół ramienia jest napompowywany do 200 mmHg przez 5 minut, a następnie opróżniany. Czułość naczyniową i funkcję śródbłonka mierzy się następnie za pomocą ultradźwięków przed i po infuzji leków wazoaktywnych acetylocholiny (Ach) (25 i 100 μg min-1 (kg masy ramienia)-1), nitroprusydku sodu (SNP) (0,75, 1,5 i 3,0 μmol min-1 l masa ramienia-1). Pomiędzy wszystkimi tymi pomiarami nastąpi przerwa wynosząca minimum 15 min. Zanim pacjent opuści tę wizytę po raz pierwszy (linia wyjściowa), pobiera się również dwie biopsje mięśni po około 150 mg w celu hodowli komórek i oceny zmian w gęstości naczyń włosowatych, składzie włókien mięśniowych oraz gęstości i funkcji mitochondriów. Jedna biopsja mięśnia zostanie również pobrana podczas pierwszej wizyty w punkcie pobierania próbek po 2 tygodniach, 1, 2 i 6 miesiącach po linii podstawowej oraz dwie biopsje mięśnia po 12 miesiącach od rundy podstawowej, co daje w sumie osiem biopsji dla każdego pacjenta.

Po zakończeniu pierwszej rundy eksperymentu badani przez 12 miesięcy będą przechodzić program ćwiczeń składający się z 3-4 nadzorowanych i monitorowanych sesji treningowych na rowerze tygodniowo. Trening fizyczny będzie nadzorowany i zorganizowany w sposób progresywny, aby przyzwyczaić uczestników do regularnych ćwiczeń o wysokiej intensywności. Pacjenci ponownie zostaną poddani procedurom badawczym po 2 tygodniach 1, 2, 6 i 12 miesięcy po pomiarach wyjściowych, aby umożliwić ciągłą analizę krótko- i długoterminowych adaptacji sercowo-naczyniowych. Ponadto chcemy zmierzyć przepływ wieńcowy, objętość mitochondriów mięśniowych - i funkcję, aby określić wpływ adaptacji ośrodkowych i obwodowych na długotrwały trening na początku, 2, 6 i 12 miesięcy.

W celu odróżnienia jakichkolwiek centralnych efektów sercowo-naczyniowych od obwodowych, chcemy ostro znormalizować objętość krwi przez upuszczanie krwi podczas ostatniej wizyty 12-miesięcznego treningu fizycznego. Przed i po upuszczaniu krwi zostaną określone wartości VO2max i Q̇max w celu zbadania wszelkich adaptacji ośrodkowego układu sercowo-naczyniowego.

Osoby biorące udział w tym projekcie są poddawane następującym środkom: USG serca i naczyń, biopsje mięśni, cewnikowanie z próbkami krwi tętniczej i żylnej, technika ponownego oddychania CO2, skanowanie DXA, elektrokardiogram (EKG), rozszerzanie za pośrednictwem przepływu, reakcja rozszerzająca naczynia krwionośne na -wlew dotętniczy Ach i SNP, LBNP, test wydajności i upuszczanie krwi.