Příklad produkce EPO (Erythropoetin)
Příklad produkce EPO (Erythropoetin je lidský hormon podporující tvorbu červených krvinek).
Pro demonstraci toho, jak funguje proces adaptace, signalizace a genetické reakce v plném rozsahu, je třeba se stručně seznámit s procesem, jak nadmořská výška zvyšuje produkci EPO a v konečném důsledku červených krvinek.
Abychom si stanovili hypotetické parametry, podíváme se na středně intenzivní aerobní trénink (prováděný kolem laktátového prahu) v hypoxickém prostředí. Přechod do hypoxického prostředí, ať už přirozeného nebo umělého, představuje pro organismus novou zátěž, která způsobuje, že se v těle vytvářejí různé systémy a tělo musí reagovat a přizpůsobit se novému prostředí. Trénink, a to i na úrovni moře, způsobuje četné změny v těle, které se snaží reagovat na stres způsobený konkrétní tréninkovou zátěží. Proto při tréninku v nadmořské výšce musí tělo reagovat a přizpůsobit se nejen jednomu podnětu, ale musí reagovat na dva, tréninkový a hypoxický. Když se tyto dva stresory spojí, stává se hlavním cílem těla zajistit dostatečný přísun kyslíku do organismu k pracujícím svalům. Toho dosahuje prostřednictvím různých mechanismů.
Nejprve je se třeba podívat na některé větší změny, ke kterým dochází při tréninku v hypoxickém prostředí.
Fyziologickou a metabolickou odezvu určují dva hlavní faktory; tzv. intenzita tréninku a úroveň hypoxie. Oba tyto faktory ovlivní množství kyslíku dodávaného do svalů prostřednictvím různých faktorů. Úroveň hypoxie nejprve ovlivní nasycení hemoglobinu kyslíkem v důsledku poklesu tlakové přímky, ke kterému dochází v důsledku snížení parciálního tlaku kyslíku v nadmořské výšce. To značně ovlivňuje VO2max, protože každý 1% pokles saturace kyslíkem pod 95 % snižuje VO2max o 1-2 %.
K tomuto poklesu saturace kyslíkem dochází i při středně vysoké až nízké intenzitě, jak bylo prokázáno u dobře trénovaných sportovců, kteří zaznamenali pokles i při tréninku na 60-85% VO2max. Pokles saturace kyslíkem je lineárně spojen s poklesem maximální srdeční frekvence, ke kterému dochází ve vysoké nadmořské výšce. V důsledku tohoto poklesu maximální srdeční frekvence je srdeční výdej v této výšce snížen.
Při řízení reakce na hypoxické podmínky hraje roli také nervový systém. Díky poklesu koncentrace kyslíku se v hypoxických podmínkách snižuje svalová aktivita (Peltonen 1997). Toto snížení zapojování svalů může být způsobem, jakým CNS (centrální nervový systém) reguluje výkonnost. Snížení VO2max ve vysokohorském prostředí je důsledkem toho, že CNS řídí výkonnost, namísto toho, aby snížené zapojení svalů bylo příčinou snížení VO2max. Jaký je přesný řídicí mechanismus reakce CNS na hypoxické podmínky, zůstává neznámý. Je však jasné, že CNS hraje určitou roli v celkové odezvě na trénink v hypoxických podmínkách.
Něco pro odborníky:
"Všechny tyto změny, k nimž dochází při tréninku v hypoxických podmínkách, vedou ke konečnému poklesu hladiny kyslíku v krvi a k poklesu hladiny kyslíku v samotných svalech. Toto snížení v krvi a ve svalech je podnětem pro mechanismy, které se projevují v důsledku snížení koncentrace kyslíku v krvi a ve svalech, za konečným požadovaným výsledkem, zvýšením hmotnosti RBC (erytrocyty). Snížení koncentrace kyslíku v krvi aktivuje ve tkáních dráhu indukovaného faktoru 1 (HIF-1), který způsobuje hypoxii, kde může docházet k produkci EPO (tj. ledviny, játra, mozek) (Stockmann a kol. 2006).
HIF-1 je hlavním regulátorem kyslíkové homeostázy v těle. Dvě podjednotky, HIF-1α a HIF-1β, tvoří komplex HIF-1. Za normálních podmínek je přítomen HIF-1β, ale HIF-1α je tzv.je neustále degradován proteasomem (Dery 2005). Při snížení hladiny kyslíku je HIF-1α inhibována, což ji stabilizuje. Stabilizace umožňuje, aby se HIF-1α navázala na transkripční koaktivátory a vstoupila do jádra buňky. Zde se HIF-1α váže na HIF-1β, a vytvoří transkripční komplex HIF-1 (Marzo a kol. 2008). Tento komplex HIF-1 se pak váže na Hypoxia Response Element (HRE) na genu EPO. To následně vede k expresi EPO (Stockmann a kol. 2006). EPO pak musí být transportován k receptorům EPO a navázat se na ně. Receptory EPO mohou být na erytroidních kmenových buňkách v kostní dřeni (Marzo a kol. 2008). Vazba na receptor na buněčnou membránu vede k signalizační kaskádě, jejímž výsledkem je aktivace transkripce STAT-5 a dvou enzymů, PI3K a MAPK. Ty vstupují do jádra a indukují transkripci specifických genů, které vedou k inhibici apoptózy, programované destrukce buněk (Marzo a kol. 2008, Jelkmann 2004). Konečným výsledkem je, že tato prevence destrukce vyvíjejících se RBC vede ke zvýšení počtu RBC. Větší hmotnost RBC znamená větší kapacitu přenášet kyslík, což v konečném důsledku vede ke zvýšené dodávce kyslíku do svalů. Bylo prokázáno, že dodávka kyslíku je hlavním limitujícím faktorem VO2max (Bassett & Howley 2000). Ve studiích provedených na krevní transfuzi RBC u elitních vytrvalců, došlo k výraznému zvýšení vytrvalostního výkonu a v některých případech i VO2max. (Calbet a kol. 2006). V jedné konkrétní studii provedené na elitních vytrvalcích s průměrnou VO2max 80 ml. kg-1 min-1 se významně zvýšila doba do vyčerpání ve vytrvalostním testu i VO2max. (Buick a kol. 1980)."
Zvýšená dodávka kyslíku má tedy za následek zvýšení aerobní kapacity a funkční změnu v podobě zlepšení vytrvalosti. To vede k odůvodnění výběru intenzity tréninku.
Myšlenka, která stojí za volbu intenzity tréninku kolem laktátového prahu vyplývá z požadovaného výsledku. Abychom vyvolali snížení hladiny kyslíku v krvi a ve svalech, musí být intenzita dostatečně vysoká, aby bylo možné dosáhnout tréninkového cíle, aby se to podařilo.
Jak již bylo uvedeno dříve, Peltonen a kol. zjistili, že ke snížení saturace kyslíkem dochází i při submaximální intenzitě mezi 60-85 % VO2max (1999). U dobře trénovaných jedinců, tato intenzita odpovídá intenzitě LT (prahová hodnota laktátu) . Za druhé, intenzita musí být dostatečně nízká, aby umožnila uskutečnit významný objem tréninku. Doba strávená tréninkem musí být dostatečně dlouhá, aby umožnila aktivaci dráhy zodpovědné za požadované adaptace. Signalizace HIF-1 za hypoxických podmínek se již projevilo zvýšením HIF-1α v organismu, který je v hypoxických podmínkách, prvních dvou minutách. Maximum HIF-1α se však objevilo až po 1 hodině hypoxie, přičemž maximální hodnoty se objevily mezi 12. a 13. minutou. Kromě toho k obnově dodávky kyslíku po hypoxii došlo rychle, rovněž během 2 minut, a k normálnímu stavu se vrátilo během 32 minut (Jewell 2001). Tyto výsledky naznačují, že k vyvolání maximálního přírůstku je nutná dostatečná doba trvání prostřednictvím HIF-1. A konečně ve studii Zoll a kol. zjistili, že trénink s intenzitou, která odpovídala ventilačnímu prahu (práh je nalezen v průběhu pravidelně se zvyšující zátěže v oblasti začátku prudšího nárůstu ventilace, výdeje oxidu uhličitého, kulminace utilizace kyslíku a ventilačního ekvivalentu pro kyslík atd.), zvýšila koncentrace mRNA (je jednovláknová nukleová kyselina (RNA), která vzniká během transkripce DNA a slouží jako předpis pro výrobu bílkoviny na základě genetické informace) HIF-1α, což dalo věrohodnost výše uvedené teorie (2005).
Při pohledu na výzkum a cesty zapojené do produkce EPO a zvyšování RBC, je patrné, že k tomu, aby hypoxický trénink vedl ke zvýšení hmotnosti RBC, je zapotřebí dostatečná intenzita a doba trvání.
Intenzita musí být dostatečně vysoká, aby došlo k poklesu saturace kyslíkem, a zároveň dostatečně nízká, aby trénink při této intenzitě trval dostatečně dlouho na to, aby se dosáhlo dostatečné saturace kyslíku, aby se aktivovala tato cesta. Kromě toho je zapotřebí dostatečný počet opakovaných tréninků tohoto typu, aby bylo zajištěno, že syntéza EPO bude pokračovat v růstu na novou úroveň. Bez opakování je pravděpodobné, že se mRNA vrátí na výchozí úroveň a EPO bude rychle následovat, což neumožní trvalé zvýšení RBC.
Pozn. s použitím zahraničních materiálů
