Problém s kyslíkem?

Problém s kyslíkem?

Zeptejte se téměř kohokoli, co omezuje běžecký výkon, a nevyhnutelnou odpovědí bude nedostatek kyslíku. To může široké veřejnosti stačit, ale znamená tato vágní odpověď - dýchání kyslíku, jeho transport, nebo jeho využití ve svalech?

Abychom pochopili úlohu kyslíku, podívejme se nejprve na to, jak měříme vliv kyslíku, a poté na jeho cestu od příjmu v plicích až po využití ve svalech.

Většině z nás je význam kyslíku pravděpodobně zřejmý, ale je důležité si uvědomit, že kyslík prochází mnoha kroky od příjmu až po jeho využití. Pochopení tohoto procesu, a kde leží potenciální překážky, vám umožní lépe trénovat, respektive cílit svůj trénink.

Tréninky mohou být navrženy tak, aby řešily specifická omezení pro každého jednotlivého sportovce, protože je pravděpodobné, že někteří budou mít problémy s využitím kyslíku, zatímco jiní mohou mít problém s omezením jeho příjmu.

Měření VO2max

"Jaký je váš VO2max?" Pro každého vytrvalostního sportovce se toto běžné měření zdá být jako definice vašeho talentu nebo potenciálu. VO2max označuje maximální spotřebu kyslíku a je jedním z nejčastěji měřených hodnot při sledování změn vytrvalostního výkonu. My všichni jsme slyšeli o neuvěřitelně vysokých hodnotách VO2max Lance Armstronga nebo Bjørna Dæhlieho, ale měla by se mu opravdu věnovat taková pozornost jaká se mu věnuje? Stručně řečeno, ano, ale...... Populární VO2max, který je pouhým měřením neurčuje kondici nebo potenciál. Ve skutečnosti  mezi dobře trénovanými běžci nelze podle VO2max jednoznačně určit, kdo je nejrychlejší. To ale neznamená, že přenos a využití kyslíku není důležité, znamená to pouze, že měření VO2max tyto procesy přesně neodráží. Než vyvrátíme některé mýty o VO2max, podívejme se na faktory, které přispívají k VO2max.

Jak bylo dříve uvedeno, kyslík se využívá k tvorbě energie aerobním způsobem. Aerobní energie má méně negativních vedlejších účinků, a proto je pro vytrvalostní výkon jedním z cílů, tzn. zvýšit naši schopnost aerobně pracovat. VO2max označuje maximální množství spotřebovaného kyslíku. Měření VO2max slouží ke kvantifikaci kapacity organismu aerobního systému. Je potenciálně ovlivněn řadou faktorů, protože kyslík si razí cestu v těle až k mitochondriím ve svalech. VO2max se vypočítává pomocí Fickovy rovnice, kde Q se rovná srdečnímu výdeji, CaO2 se rovná obsahu kyslíku v arteriích a CvO2 znamená kyslík obsažený v krvi:

VO2max= Q (CaO2-CvO2)

Dle Fickovy rovnice je VO2max ovlivněn řadou faktorů.

Zatímco měření VO2max nemá velký praktický význam z důvodů, o kterých bude pojednáno v jiném článku, je maximalizace schopnosti organismu získat a následně využít kyslík ve svalech nesmírně důležitá. Složky, které tuto schopnost ovlivňují a omezují lze rozdělit na příjem, transport a využití kyslíku. Cesta kyslíku ze vzduchu až do svalů je z velké části řízena rozdílem tlakových gradientů, což znamená, že kyslík který se dostává ze vzduchu až do svalů, rád cestuje z oblasti s vysokou koncentrací do oblasti s nízkou koncentrací.

Hlavní kroky zahrnují:

Příjem kyslíku

Přívod vzduchu do plic do bronchiolů a aveolů, odkud difunduje do kapilár

Transport kyslíku

Srdeční výdej - přečerpávání krve do celého těla

Koncentrace hemoglobinu

Objem krve/rozptyl

Kapiláry k rozptýlení kyslíku do svalů

Využití kyslíku

Transport do mitochondrií

Využití při aerobním dýchání a v řetězci pro přenos elektronů

Příjem kyslíku

Prvním krokem na cestě kyslíku je samozřejmě dostat ho do těla a do organismu, do krve, což se děje především díky činnosti dýchacího systému. Vzduch je nasáván ústy nebo nosem díky podvědomému řízení, které se opírá o tlakový rozdíl v dýchacích cestách, vnějšího vzduchu a vzduchu v plicích. Vzduch postupuje hltanem do plic. V plicích vzduch putuje nejprve průduškami a poté do menších trubic, které se nazývají bronchioly. Na konci bronchiolů v plicích jsou alveoly. Zde dochází k přenosu kyslíku do krve. K přenosu kyslíku z plicních sklípků do krve dochází difuzí přes plicní kapiláry. Kapiláry jsou velmi malé krevní cévy, které umožňují výměnu do větších krevních cév prostřednictvím difuze. Množství difundovaného kyslíku závisí na tlakovém rozdílu mezi alveoly a plicními kapilárami a celkovém množství difundovaného kyslíku v plicních kapilárách. Množství kapilár hraje roli zejména u dobře trénovaných sportovců, protože umožňuje delší dobu, po kterou je přitékající krev v kontaktu, což znamená, že kyslík se může do krve šířit delší dobu. I při vysoké intenzitě je saturace krve kyslíkem běžně vyšší než 95 %. To bylo použito jako důkaz, že příjem a transport kyslíku z plic do krve je v souladu s principy a není limitujícím faktorem, protože saturace je téměř stoprocentní. Nicméně u některých dobře trénovaných sportovců  dochází k jevu známému jako cvičením vyvolaná arteriální hypoxémie (EIAH). EIAH způsobuje nedostatek kyslíku, během těžké fyzické zátěže až o 15 % nižší než v klidovém stavu. To značně ovlivňuje VO2max, protože každý 1% pokles saturace kyslíkem pod 95% snižuje VO2max o 1-2%. K EIAH dochází proto, že velký srdeční výdej dobře trénovaného běžce způsobuje, že se krev pohybuje plicními kapilárami tak rychle, že není dostatek času na plnou difuzi kyslíku, a tím i na saturaci. Proto u některých vysoce trénovaných běžců může být příjem a difuze kyslíku limitem VO2max.

Udělejte si sami fyziologický test:

Jednoduchý způsob, jak zjistit, zda máte námahou navozenou arteriální hypoxemii (EIAH), je následující: v prvé řadě si kupte nebo půjčte pulzní oxymetr. Tento přístroj si jednoduše připněte na prst a měřte si hodnotu kyslíku v krvi neinvazivním způsobem. Většina modelů pulzních oxymetrů poskytuje údaje o pulzu a úroveň nasycení kyslíkem. Chcete-li zjistit, zda máte EIAH, použijte jeden z těchto přístrojů během série postupně se zrychlujících opakování. Dobrým testem je opakování 1000m úseků s krátkým odpočinkem při postupně se zvyšujících rychlostech. Mezi každým úsekem si připněte oxymetr na prst a zaznamenejte úroveň nasycení kyslíkem. Pokud klesne o 5 nebo více procent oproti klidové hodnotě cca 98%, tak pravděpodobně máte EIAH.

EIAH je přehlížený fenomén, který by mohl mít význam ohledně výkonu elitních vytrvalců. Vědci  často hledají jeden hlavní limitující faktor, nicméně limitující faktor určitého systému nebo dráhy se mění v závislosti na fyziologickém složení a trénovanosti jedince. Vzhledem k enormní tréninkové zátěži elitních vytrvalců, která výrazně zvyšuje přenos kyslíku, je pravděpodobné, že dochází k posunu hranice omezování z transportního problému na problém s přívodem a odběrem.

Difuze (schopnost plic absorbovat kyslík ze vzduchu) je problém, který závisí jak na příjmu kyslíku, tak na srdečním výdeji. O míře nasycení kyslíkem se často uvažuje pouze v souvislosti s výdejem kyslíku tlakového gradientu mezi vzduchem a plícemi a následně plícemi a krví. Tlakový gradient a vazebná afinita kyslíku k hemoglobinu hrají roli, stejně tak přispívá i srdeční výkon srdce. Jak již bylo zmíněno, při větším srdečním výkonu se krev pohybuje oblastí, kde dochází k výměně kyslíku, rychleji, což vede ke zkrácení doby výměny kyslíku.  To může být částečně kompenzováno zvětšením plicních kapilár. Větší průřez kapilár umožňuje delší dobu pro výměnu kyslíku v plicních sklípcích a nasycení kyslíkem. Pokud zjistíte, že sportovec má sníženou úroveň saturace kyslíkem nebo EIAH, může být prospěšné pokusit se zvýšit plicní kapilarizaci pomocí různých cvičení navržených tak, aby zatěžovaly plicní systém.

Vysoká rychlost ventilace může vést k promíchání plynů v plicích, což má za následek nerovnost mezi ventilací a perfuzí (poměr plicní ventilace a perfuze je veličina, která vyjadřuje poměr alveolární ventilace [V_A] = l/min a kapilárního průtoku v plicích [Q] = l/min.). V jedné studii z roku 1996 v přehledu o VO2max se uvádí, že u většiny normálních lidí existuje důkaz o nějakém druhu plicní dysfunkce.  Její výsledky lze pozorovat na příkladu zvýšení rozdílu alveolárního a arteriálního PO2 (ukazatel parciálního tlaku kyslíku v arteriální krvi, který je funkcí uptake kyslíku v plicích a podílu kyslíku ve vdechované směsi) se zvyšující se intenzitou zátěže.

Při tréninku hrají roli také svaly, které pomáhají při dýchání. Náklady na dýchání se významně podílí na VO2max. U netrénovaných jedinců při střední intenzitě se dýchání podílí na 3-5 % VO2max, zatímco při vyšších intenzitách zátěže představuje ~ 10 % VO2max. U dobře trénovaných sportovců však bylo zjištěno, že respirace při intenzivním tréninku  představuje 15-16 % VO2max. Tato zjištění, že dýchání má u dobře trénovaných vytrvalců vyšší náklady na kyslík, potvrzuje myšlenku, že nároky a limity u trénovaných a netrénovaných jedinců se liší.

Dalším možným důvodem, proč by dýchání mohlo omezovat výkonnost, je to, že "dýchací" svaly soutěží o okysličenou krve s kosterním svalstvem. V důsledku této soutěže dochází při intenzitě vyšší než 80 % VO2max k únavě bránice. Ve studii Harmsové a kol. zkoumali tuto možnost umělým zvyšováním a snižováním zatížení  "dýchacího" svalstva. Zjistili, že při snížené dechové zátěži se vytrvalost významně zvýšila o 15 %, zatímco při zvýšené zátěži "dýchacích" svalů se vytrvalost snížila o 14 %. Tyto studie teoreticky prokazují, že dochází o únavě dýchacích orgánů, ale co se děje v reálném světě? Studie Romera a kol. poskytuje odpověď, neboť zjistila, že během cyklistických časovek na 20 a 40km docházelo ke globální únavě inspiračních svalů.  

Otázkou tedy zůstává, zda lze "dýchací" svaly trénovat a zda takový trénink dokáže vést ke zlepšení výkonnosti. Romerova studie si kladla za cíl vyhodnotit i tuto skutečnost a zjistila, že pomocí tréninku inspiračních svalů se zlepšila výkonnost v testech na 20 a 40km o 3,8 % a 4,6 % ve srovnání s kontrolní skupinou bez tréninku inspiračních svalů, a vedl ke snížení únavy "dýchacích" svalů po pokusu.

Další studie zkoumající trénink "dýchacích" svalů byly nejednotné.

Několik studií zaznamenaly zvýšení výkonnosti u cyklistů a veslařů. Na druhou stranu několik autorů nezjistilo žádnou změnu výkonnosti. V přehledu na toto téma zjistili, že z 8 provedených studií šest prokázalo zlepšení výkonnosti po respiračním tréninku. Protichůdné výsledky jsou pravděpodobně způsobeny tím, zda byl příjem kyslíku a dýchání účastníků hlavním limitujícím faktorem. Jak jsme viděli, míra, jakou se dýchací svaly podílejí na VO2max se liší v závislosti na úrovni tréninku. U běžců na vyšší úrovni je pravděpodobné, že únava dýchacích svalů nebo EIAH dochází v důsledku dříve diskutovaných změn. Z tohoto důvodu by běžci vyšší úrovně měli zvážit dechový trénink, zatímco běžci nižší úrovně pravděpodobně nebudou mít ten stejný přínos.

Pozn. s použitím zahraničních materiálů