ÖSSZEFOGLALÁS:

Ennek a tanulmánynak az volt a célja, hogy megvizsgáljuk, vajon a maximális laktát steady state (MLSS) megegyezik e a komplett fiziológiai steady state-el. Nyolc edzett alany teljesítetett egy 30 perces tesztet, kerékpáros ergométeren, állandó erővel, az ő saját MLSS-üknek megfelelően, melyet már korábban meghatároztunk.

Nem figyeltünk meg jelentős változásokat a 10 perc és a 30 perc alatt az artérikus laktát koncentrációban, a redox state-ben, az artérikus oxigénnyomásban, az artérikus oxigén szaturációban, a bikarbonátok koncentrációjában, a bázikus többletben, a hematokritban, hemoglobin koncentrációban, plazma mennyiségben, oxigén felvételben, a karbon dioxid leadásban, gázcsere értékekben, percenkénti ventillációban, az oxigén és karbon dioxid ventillációs ekvivalensében, és az artérikus szisztolés vérnyomás értékekben. Azonban az artérikus karbon dioxidnyomás, és a pH értékek szignifikánsan különböztek a 10 perc, és a 30 perc között (p<0.01). A légzési értékek, és a pulzus jelentősen emelkedett (p<0.01). Ezek az adatok azt jelezték, hogy az MLSS nem egyezik a komplett fiziológiai steady state-el.

BEVEZETÉS:

Az állóképesség meghatározható, mint az a kapacitás, mellyel egy adott sebességet, vagy erő leadást tartani tudunk a lehető leghosszabb ideig. Mivel az aerob állóképesség a VO2max-tól függ, ezért az aerob állóképesség megállapításához speciális eszközökre van szükség. Amint arra Bosquet és munkatársai rámutattak, többféle metódus lehetséges, és ez zavart okozhat a sport tudósok, az edzők és a sportolók között. A vér laktát koncentrációja ([La]) használható index a gyakorlatok teljesítésekor, és általában tükrözi az izmok anaerob metabolizmusát. Frissebb tanulmányok, melyek állandó időtartamú teszteket alkalmaztak, kimutatták, hogy alacsony intenzitású edzéskor megfigyelhető egy kezdeti emelkedés, egy rövid plateau, és végül csökkenés a [La]-ban. Magas intenzitás alatt az [La] folyamatosan emelkedett. A maximális laktát steady state (MLSS) meghatározható, mint a legmagasabb edzési steady state szint, melyet fent lehet tartani egyensúlyban a laktát megjelenés és az eltűnés között. Tehát az MLSS megegyezik a legmagasabb, laktát felhalmozódás nélkül fenntartható terheléssel. Ettől a kijelentéstől fogva az MLSS-t gyakran társították a kapacitással, mely a hosszú ideig fenn tartható edzés intenzitást jelentette (értsd: 60 percnél nagyobb), és ezt a fajta MLSS koncepciót kiterjesztették az általános steady state-re is, ami zavarhoz vezetett.  Mindazonáltal, az MLSS értékelése - amennyiben megfelelően pontos műszerekkel végezték -, fontos adatot adhat az állóképességről, és segíthet megtervezni az edzés programot. Mivel az ’ujjáélesztett’ formát, a kardiális rehabilitációt, és más előírt mozgásformákat általában állandó edzés intenzitással végezték, és az MLSS-t egyre szélesebb körben alkalmazták, aktuálisnak tűnt tanulmányozni az edzés alatti fiziológiai paraméterek fejlődését ilyen intenzitás mellett.

Többféle koncepciót dolgoztak már ki az anaerob küszöbre, melyek különféle fiziológiai paraméterek fejlődésén alapulnak, mint például a változó laktát koncentráció, ventilláció, pulzus, ammóniaion koncentráció. Néhány szerző megpróbált valamiféle [La]  fejlődést felfe- dezni a különböző variációk fiziológiai paramétereinek kapcsolatában. Például, Lajoie megfi- gyelt egy egymást követő emelkedést, olyan fiziológiai paramétereknél, mint a pulzus és a ventilláció, szemben a [La]-al, MLSS-en végzett 60 perces teszttel. Mindamellett, Baron és Pelayo steady state-et jegyeztek fel a szisztolikus vérnyomásnál, és a pulzus reakcióknál, a 30 perces, MLSS-en teljesített futó teszten, kinti, hideg körülmények között. Hence-t úgy tűnik érdekelte, mely fiziológiai paraméterek változnak, vagy sem az MLSS teszt alatt. Például, az MLSS alatt végzett edzés folyamatos emelkedést okoz a [La]-ban, ami nem direkt módon okoz savasodást, de mint köztudott a proton koncentráció ([H+]) emelkedés egybevág a [La] emelkedéssel. Hence, még ha számos korábbi tanulmány mutatta is ki, hogy a csökkent pH-nak nincs nagy hatása az izomfáradásra, fontosnak találta vizsgálni a sav-bázis egyensúly fejlődést egyenletes terhelésű, MLSS-en végzett teszteknél.

Így, azt gondolni, hogy az MLSS korlátlanul fenntartható nem tűnik helytállónak. Csakugyan, lényegesnek tűnik, hogy előre megjósolhatóak legyenek a fáradtság főbb tényezői, melyek ezen az intenzitáson a munka végzés abbahagyásához vezethetnek; ami lehetséges,  köszönhetően a 30 perces teszt  szív-légzés rendszer, és a metabolikus paraméterek terén előrehaladott tanulmányainak.

Tehát, ennek a tanulmánynak a célja az volt, hogy kiderítsük, vajon az MLSS megegyezik e fiziológiai steady state-el. Megállapítható volt, hogy a fiziológiai paraméterek nem maradnak állandóak a kerékpáros ergométeren, MLSS-en végzett 30 perces teszt utolsó 20 percében.

ALANYOK ÉS METÓDUSOK: 

Nyolc, jól edzett alanyt választottunk ki erre a vizsgálatra (kor:23±2.9). A tesztek megkezdése előtt mindegyiküket informáltuk a teszt mibenlétéről, és ők írásos beleegyezésüket adták. Az átlag testsúly 69.2±5.1kg, a magasság 1.81±0.02m volt. Mindegyik alany 6 tesztet teljesített egy kerékpáros ergométeren (ergo-metrics 800, ergoline, Germany), egy 15 napos perióduson belül, mely a következő volt:

1. Teszt:

Egy ’folyamatosan növekvő’ teszt, hogy lemérhessük a maximális aerob erőt (MAP), és a maximális oxigén felvételt (VO2max). Ezt a maximális, lépcső tesztet megelőzte egy 3 perces bemelegítés 75W-on. Ezt a kezdeti terhelést aztán emeltük 25W-al percenként. Azért, hogy biztosak legyünk benne, az alanyok elérték e a VO2max-ot a teszt alatt, arra utasítottuk őket, hogy addig folytassák amíg csak bírják. A teszt a kimerülésnél ért véget. A teszt alatt az alanyok egy maszkon keresztül lélegeztek. Az oxigén felvétel (VO2), karbon dioxid leadás (VCO2), percenkénti ventilláció (VE), és a légzés foka folyamatosan mérve volt, egy nyílt körű rendszerrel (CPX Medical Graphics, St. Paul, Minnesota). A 10 ledes ECG-t (Quinton Q 810, Seattle, Washington) folyamatosan métük, így meghatároztuk a pulzust (HR). Az átlag légzés ekvivalens arány (RER), a légzés ekvivalens O2-ben (VE/VO2), és a CO2 (VE/VCO2) értékeket a felvett mérésekből kalkuláltuk ki. A teszt után, a VO2max meghatározásához szükséges ismertetőjel az a plateau volt a VO2 emelkedésben (mely kisebb volt 1.5ml·perc‾¹·kg‾¹ a szakaszok között), a légzési arány 1.1 alatt, és a pulzus megegyezett az elméleti maximummal. MAP-ot meghatározhattuk, mint azt a minimális edzés intenzitás, mely kicsalja a VO2max-ot.

2-3-4-5. Teszt:

Négy, 30 perces tesztet teljesítettek a VO2max 70, 75, 80, és 85%-án, egy nap teljes pihenővel elkülönítve egymástól. Ezeket az intenzitásokat azért választottuk, mert a tesztek közül az egyik valószínűleg megegyezett az alanyok MLSS-ével. Az ujjvégekből vettünk vér- mintát 5 percenként a tesztek során. A mintákat fotometrikus eljárással vizsgáltuk, és meghatároztuk a kapilláris vér koncentrációt ([La]cap). Az MLSS-t a Beneke féle metódussal határoztuk meg minden alanynál, ami azt a legmagasabb munkaterhelést jelenti, amit fenn tudnak tartani 1.0mmol-nál alacsonyabb [La] emelkedéssel a 30 perces teszt utolsó 20 percében. Az MLss  [La] értékét az átlag [La]-ból számoltuk ki, melyet a 10., 15., 20., 25., és 30. percben mértünk a teszt alatt.

 6. Teszt:

Az alanyokat megkértük, hogy teljesítsenek egy 30 perces tesztet, a korábban már meghatározott MLSS intenzitással. A vérmintát a radiális artériából vettük egy katéteren keresztül, hogy meghatározhassuk az arteriális vér laktát ([La]), pyruvát ([Pyr]), redox state ([La]/[Pyr]), és ammónia koncentrációt ([NH4]). Ugyanezen a módon, a pH, artérikus oxigén nyomás (pO2), artérikus oxigén szaturáció (SO2), hematokrit (Hte), és a hemoglobin koncentrációt ([Hb]) mértük, elektrokémikus metódus alapján (ABL 520, Radiometer Medical A/S, Bronshoj, Denmark), ezenkívül a bikarbonát koncentrációt ([HCO3‾]), és a bázikus többletet (BE) is kiszámoltuk. A katekolamin hormon koncentrációt, mint az epinephrine ([E]), és a norepinephrine ([NE]) a HPLC metódussal mértük (Waters, Milford, Massachussets). Végül, a testhőmérsékletet is mértük, egy lézeres, dobhártya hőmérővel (Braun Thermo Scan fül hőmérő, Gmbh, Kronberg/TS, Germany). Ezt az összes változót megmértük pihenés közben (t0), és a 10., 20., és 30. percben a teszt alatt (t10, t20, t30). A VO2, VCO2, RER, VE, RR, és HR(pulzus) folyamatosan mérve volt, az 1.teszt folyamatnak megfelelően, amíg a szisztolikus artériás vérnyomást automatikusan mértük 3 percenként (Critikon Dinamap NIBP model 1846SX, Ranking Biomedical Corporation, Clarkston, MI). Az észlelt erőkifejtést a CR-10-es skálán mértük. Ez a skála fel volt írva egy táblára, az alanyokkal szemben, és ők minden perc utolsó 10 másodpercében rámutattak a mutató ujjukkal a megfelelő értékre. Az alanyokat utasítottuk, hogy az egész testükre kiterjedő erőkifejtés értéket adjanak meg. Végül, a pedálcsapást (rpm·perc) folyamatosan mértük a teljes teszt alatt.

1.sz.Táblázat:

STATISZTIKUS ANALÍZIS:

Az összes számítást a STATISTICA-val végeztük (Statsoft 200). Standard statisztikai eljárásokat használtunk az átlagos és szabványszerű elhajlások kiszámításánál. Az adatok normális Gaussian tagoltsága igazolva volt a Shapiro-Wilks teszttel. Az ismételt méréses ANOVA-át használtuk, hogy összehasonlíthassuk a változásokat a fiziológiai paraméterekben a 6.teszt alatt. Minden adatot megvizsgáltunk t10, t20 és t30-nál, kivéve a pulzust és a respirációs paramétereket, melyeket percről-percre analizáltunk. Az összetett szimmetria, vagy a szférikuság igazolva volt a Mauchley teszttel. Az összetett összehasonlítást a Tukey HSD post hoc teszttel végeztük, akkor, amikor a Greenhouse-Geisser ’y’ korrekciós faktor >0.50, vagy a Bonferroni post hoc tesztet alkalmaztuk, amikor az ’y’ faktor <0.50. A statisztikai jelentés minden analízisnél p = 0.05-re volt beállítva.

EREDMÉNYEK:

FOLYAMATOS LÉPCSŐ TESZT (TESZT 1):

Az alanyok átlagos maximális erő értéke 357±42W volt, míg a MAP 342±22W volt, és ez megegyezett a VO2max 50.3±2.6ml·perc·kg értékével.

SUB MAXIMÁLIS TESZTEK (TESZT 2-3-4-5):

Mindegyik alanynál a [La]cap emelkedett több mint 1mmol·1‾¹-al t10 és  t30 között, legalább egyszer a tesztek alatt. Az átlag MLSS értékeket a különböző szub maximális tesztekkel határoztuk meg, melyeket a VO2max 75.0±4.1%-án végeztek. Az átlag kapilláris vér laktát koncentráció értéke hasonló volt az MLSS-ével, ami 5.6±0.3mmol-tól 5.2-5.9mmol közöttig terjedt.

TESZTEK MLSS-en (TESZT 6):

Vér paraméterek:

A vér paraméterek átlag értékei, és az alapvető eltérései t0, t10, t20 és t30-nál az 1.sz.táblázatban láthatóak. Mindegyik átlagérték, melyet t10, t20 és t30-nál mértünk jelentősen magasabb volt, mint azok melyeket pihenéskor mértünk, kivéve a pH értéket, mely inkább alacsonyabb volt (p<0.05). A vér paraméterek nem változtak jelentősen, összehasonlítva a t10-et és a t30-at, kivéve az [NH4] és a pH értékeit, melyek látványosan emelkedtek, és a [Pyr], és PCO2 értéket, melyek viszont süllyedtek (p<0.05). Az átlagos artérikus [La] érték t10 és t30 esetében 433.9±156.5mg·1‾¹ vagy 4.8±1.7mmol volt. Hasonlóan az átlag [La]/[Pyr] 28.3±7.4 volt. Az átlag PO2, [HCO3‾] és BE 87.4±8.3mm Hg, 21.4±2.4mmol és -3.6±2.4mmol volt. Az átlag SaO2 [Hb] és Hte érték 94.9±1.4%, 16.7±1.2g·100ml és 47.5±3.0% volt.

Légzési paraméterek:

Az összes átlagérték, melyet a teszt alatt mértünk lényegesen magasabb volt, mint a pihenés alatt mértek (p<0.05). Viszont a légzési paraméterek nem változtak t10 és t30 között, kivéve az RR mely emelkedett (p<0.05). Az átlag VO2, VCO2, RER, VE, VE/VO2, VE/VCO2 értékek t10 és t30 között 2721.7±147.6ml·perc, 2752.8±172.2ml·perc, 1.01±0.003 és 71.6±9.5ml·perc, 26.4±4.2 és 26.2±4.3 egyenként. A Bonferroni post hoc teszt kimutatta, hogy az RR érték jelentősen emelkedett a teszt 15. percétől fogva.

Szív-érrendszer reakció és testhőmérséklet változás

A pulzus és a középfül hőmérséklet jelentősen emelkedett t10 és t30 között (164.3±8.1 kontra 176.2±10.4 ütés/perc, és 37.8±1.7 kontra 39.7±2.1°C; p<0.01), míg az SBP nem változott t10 és t30 között (176.7±17.2mmHg; p>0.05).

Észlelt erőkifejtés és pedálcsapás

Az észlelt erőkifejtés és a pedálfordulat nem változott jelentős mértékben t10 és t30 között (3.6±0.9, és 97.1±11.3 rpm; p>0.05).

VITA:

Ennek a tanulmánynak az volt a fő megállapítása, hogy az általunk mért és kiszámolt összes fiziológiai paraméter nem maradt konstans a 30 perces, MLSS-en végzett teszt utolsó 20 percében. Ez rávilágított arra, hogy az MLSS nem egyezik a komplett fiziológiai steady state-el.

Vér paraméterek:

A 2., 3., 4., és 5. teszt során az MLSS-t a VO2max 75±4.1%-aként határoztuk meg, ami megfelelt a Beneke általi értékkel. A 6. teszt alatt az artérikus [La] stabilitása t10 és t30 között (p = 0.99) alátámasztotta, hogy az intenzitás melyet a teszt során választottunk, összeegyeztethető volt a vér laktát steady state-el. Valóban, minden alanynál megfigyelhető volt egy 1mmol-nál nagyobb emelkedés a [La]cap-ban, azoknál a teszteknél, melyeket az MLSS-nél nagyobb intenzitással végeztek. Így feltételezhető, hogy a 6. teszt intenzitása inkább megegyezik az artérikus MLSS-el, mintsem más szintű vér laktát steady state-el. A 6. teszt alatt az ideiglenes és enyhe emelkedése a [Pyr]-nek t10 és t20 között (p<0.05) a purivát acetil koenzim-A-vá való átalakulásával  magyarázható.  Ennek a reakciónak a katalizátora  a  purivát dehidrogenáz (PDH) volt, amely egy mitokondrikus multi-enzim komplex, és mint közismert, edzéskor a PDH aktiváció az emberi izmokban arányban van a relatív aerob erő leadással. Azonkívül, az [La]/[Pyr] stabil maradt t10 és t20 között (p = 0.24). Néhány szerző arról számolt be, hogy a küszöbig az [La] és [Pyr] alig emelkedett, míg az [La]/[Pyr]-ben nem volt változás. Ez az arány nem emelkedett az anaerob küszöb alatt, a stabil sejt redox state miatt. Wasserman-nak megfelelően a gyors változás a [La]/[Pyr]-ben az anaerob küszöb alatt arra enged következtetni, hogy a redox state létezik. Mindamellett, az emelkedés a [La]-ban egy szimultán [Pyr] emelkedés nélkül egy megváltozott sejt redox state-et jelezhet az NADH megjelenés által. Ebben a tanulmányban a [La]/[Pyr] steady state-je t10 és t30 között az MLSS teszt alatt rávilágított, hogy a laktát steady state MLSS-nél valóban összekapcsolható a redox state steady state-el.   

A 6. teszt során az MLSS nem volt kompatibilis a [NH4] steady state-el, ami megegyezett Bouckert és Pannie eredményeivel, akik korábban már kimutatták, hogy az [NH4] folyamatosan emelkedik egy 15 perces szakaszon, melyet a VO2max 65%-án teljesítenek ergométeren. Mindazonáltal, Buono és munkatársai kimutatták, hogy a lépcső teszt alatt létezik egyfajta ammónia felhalmozódási küszöb, ami nem nagyon különbözik a laktát küszöbtől. Ezek az apró eltérések az edzés típusából adódhatnak. Valóban, a lépcső teszt során a különböző paraméterek változása csak az edzés intenzitásától függ, mivel ez egy viszonylag rövid időtartam. Ezzel szemben, egy állandó terhelésű edzés alatt a változók eltérése nem csak az intenzitástól, hanem az időtartamtól is függ. A hipotézisnek megfelelően Ogino és munkatársai kimutatták, hogy a 15 perces, sub-maximális edzés alatt a [La], és a [NH4] közepes intenzitással emelkedett, míg a [La] stabil maradt és a [NH4] emelkedett alacsony edzés intenzitás hatására.

Korábbi tanulmányokkal egyetemben, melyek kimutatták, hogy a proton felszabadulás együtt jár a laktát iontermeléssel, MLSS-nél [H+] steady state-et figyeltünk meg. Azonban újabb keletű tanulmányok bebizonyították, hogy a tejsav nem közvetlenül az okozója az edzés által gerjesztett metabolikus savasodásnak. Valóban, Robergs rámutatott, hogy még, ha az erős edzés okoz is savasodást, mely egybeesik a laktát felhalmozódással, a savtermelés nem az egyedüli forrása a proton sejtről történő leválásának. A proton leválás okai lehetnek kémiai reakciók is, és ez a protonforrás a fő okozója a savasodásnak az összehúzódó izmokban. Továbbá, Stewart tisztán kimutatta, hogy a töltött ionok mozgása az izomsejt membránján keresztül befolyásolhatja a sav-bázis egyensúlyt. További kutatások bizonyították, hogy ez összefüggésben van a proton izom sejt kapcsolat nélküli felhalmozódásával, feltételezhetően a potassium intenzív edzés alatt, az izomból történő visszaáramlása miatt van. Hence szerint a proton leválás nagyobb, mint a laktát termelés. Ez megegyezik Hughson és Green eredményeivel, melyek kimutatták, hogy a [La]szint emelkedésénél nagyobb mérvű a pH, és a [HCO3] csökkenés a lépcső teszt alatt (8.2W·perc), melyet kerékpáros ergométeren végeztek, 2000ml·perc VO2-nél. Ez a H+ más, az izmot elhagyó anyagokról történő leválásával magyarázható.

Mindezeknek a tanulmányoknak megfelelően, az MLSS tesztünk alatt, t0 és t30 között a pH csökkent (p<0.01), ami megegyezett egy enyhe savasodással a teszt végén. 

Légzési paraméterek

Az MLSS teszt alatt az intenzitás összeegyeztethető volt a VO2, RER, és VCO2 steady state-jével, mely stabilnak tűnt t10 és t30 között, ahogy azt Ribeiro és munkatársai is kimutatták. Ezek a kutatók bebizonyították, hogy létezik VO2 steady state a 40 perces teszt alatt, melyet aerob küszöbön, illetve aerob-anaerob küszöbön teljesítettek. Emellett, az RR steady state létezése nem teljesen evidens. Ez az edzés által generált metabolikus savasodás ventillációs kompenzációjával magyarázható, vagy az észlelt hyper ammoniával.

Szív-érrendszer reakció

Az MLSS teszt során az átlag HR érték emelkedett t0 és t10 között (p<0.01), és t10-t30 között (p<0.01). Bár, az MLSS nem egyezett a HR steady state-el. Ez kapcsolatba hozható a testhő-

mérséklet emelkedéssel. Valóban, egy meghosszabbított idejű sub-maximális edzés alatt a szív ’hozama’ állandó maradt, míg a löket mennyiség csökkent, és a pulzus emelkedett. Ez a módosulás a ’szív-érrendszer hajlamával’ magyarázható, mely a testhőmérséklet emelkedésének hatása miatt van, és a szimpatikus központi idegrendszer aktivitásának emelkedése miatt is lehet. Azonban, Baron és Pelayo kimutatták, hogy az MLSS összhangban van a maximális edzés intenzitással, ami összhangban van a pulzus steady state-el, de az eredményeiket futásnál kapták, kinti, hideg körülmények között. Mégis, ebben a tanulmányban és kapcsolatban a pulzus értékek emelkedésével, az [NE] értékek jelentősen emelkedtek t10-t30 között. Bár, ez a pulzusemelkedés kapcsolatba hozható az [NE] emelkedéssel. Az [NE] alfa hatása emelkedést okoz a periférikus ellenállásban, ami megmagyarázhatja a pulzusemelkedést. Emellett, az SBP növekedett t0-t10 között (p<0.01), de nem változott t10-t30 között (p = 0.10). Mégis, az MLSS megegyezett az SBP steady state-el. 

Észlelt erőkifejtés, és pedálcsapás:

Az MLSS-en teljesített, 30 perces teszt alatt az észlelt erőkifejtés, és a pedálcsapás steady state-jét is megfigyeltük. Ezek az eredmények megegyeztek Brisswalter eredményeivel, aki kimutatta, hogy a 30 perces, a MAP 80%-án végzett teszt alatt a pedálfordulat állandó vo

KONKLÚZIÓ:

Ennek a tanulmánynak a fő megállapítása az volt, hogy az MLSS nem egyezik a komplett fiziológiai steady state-el. Valóban, bár a [La], [La]/[Pyr], PaO2, [HCO3], BE, VO2, VCO2, RER, VE, VE/VO2, és az SBP változatlan maradt, [NH4], pH, PaCO2, [E], [NE], HR és RR viszont emelkedett t10-t30 között, a 30 perces MLSS teszt alatt. Mindazonáltal, ez az intenzitás részben megegyezőnek tűnik a homeostasis-al. Bár a fiziológiai steady state nem abszolút, ez a speciális edzés intenzitás, melyet a 30 perc alatt teljesítenek, úgy tűnik, összefüggésben van a kompenzációs mechanizmussal, és azzal a ténnyel, hogy az MLSS stimulálja az adaptációt, de nem lépi túl azt. Ez az intenzitás megegyezhet az optimális kompromisszummal a nyerhető haszon, és a felmerülő kockázat között. Az érvényes rehabilitációs program elméletileg alacsonyabb edzés intenzitást ír elő, hogy optimalizálhassa a szív-légzés reagálást. Az egyéni fiziológiai MLSS meghatározása, és előírása jó alternatíva lehet az aerob kapacitás fejlesztésénél, a keveset mozgó alanyok esetében, és a jól edzettek túledzésének veszélye nélkül.

Végül, az MLSS-el megegyező edzés intenzitás az arany középút lehet az aerob kapacitás fejlesztése és fenntartása esetén.

Maximal lactate steady state does not correspond to a complete physiological steady state