Wpływ ćwiczeń interwałowych o wysokiej intensywności i ćwiczeń ciągłych o umiarkowanej intensywności na poziom troponiny T w sercu na wczesnym etapie treningu

Summary

Tutaj prezentujemy protokoły ćwiczeń interwałowych o wysokiej intensywności i ćwiczeń ciągłych o umiarkowanej intensywności, aby obserwować reakcję stężenia krążącej troponiny sercowej T (cTnT) na ostre ćwiczenia przez 10 dni. Informacje te mogą pomóc w klinicznej interpretacji podwyższenia cTnT po wysiłku fizycznym i pomóc w przepisaniu ćwiczeń.

Abstract

Opisano wzrost stężenia troponiny sercowej T (cTnT), jako wysoce specyficznego biomarkera uszkodzenia kardiomiocytów, po ćwiczeniach ciągłych o umiarkowanej intensywności (MCE). Odpowiedź cTnT wywołana wysiłkiem fizycznym zniekształca diagnostyczną rolę testu cTnT. Chociaż ćwiczenia interwałowe o wysokiej intensywności (HIE) zyskują na popularności i nadal istnieją obawy co do ich bezpieczeństwa, dostępne dane dotyczące uwalniania cTnT po HIE są ograniczone, co utrudnia stosowanie HIE jako interwencji zdrowotnej. W tym miejscu przedstawiamy trzy reprezentatywne protokoły HIE [tradycyjny HIE (powtarzane 4 minuty jazdy na rowerze przy 90% V̇O_2max przeplatane 3 minutami odpoczynku, 200 kJ/sesję); ćwiczenie interwałowe sprintu (SIE, powtarzana 1 minuta jazdy na rowerze przy 120% V̇O_2max przeplatane 1,5 minutą odpoczynku, 200 kJ/sesję); i powtarzane ćwiczenie sprinterskie (RSE, 40 x 6 s sprinty totalne przeplatane 9 s odpoczynku)] oraz jeden reprezentatywny protokół MCE (ciągłe ćwiczenie na rowerze w intensywność 60% V̇O_2max, 200 kJ/sesję). Czterdzieści siedem młodych kobiet prowadzących siedzący tryb życia i z nadwagą zostało losowo przydzielonych do jednej z czterech grup (HIE, SIE, RSE i MCE). Każda grupa wykonała sześć serii odpowiednich ćwiczeń, przy czym każda z nich była oddalona od siebie o 48 godzin. Tymczasem dla czterech grup czas trwania całego okresu testowania był identyczny i wynosił 10 dni. Przed i po pierwszej i ostatniej próbie ćwiczeń przeprowadzono ocenę cTnT. Obecne badanie stanowi punkt odniesienia, dając jasny obraz tego, jak konkretna sesja ćwiczeń wpływa na stężenie krążącego cTnT na wczesnym etapie treningu. Informacje te mogą pomóc w klinicznej interpretacji powysiłkowego podwyższenia cTnT i ukierunkować przepisywanie ćwiczeń, szczególnie w przypadku HIE.

Introduction

Korzyści płynące z regularnych ćwiczeń na serce są dobrze udokumentowane¹. Jednak ryzyko zdarzeń sercowych, takich jak ostry zawał mięśnia sercowego (AMI), przejściowo wzrasta podczas intensywnego wysiłku fizycznego^2,3. Osoby o niskim poziomie regularnej aktywności fizycznej wykazują większe ryzyko w stosunku do AMI^2,3. Troponina sercowa T (cTnT) jest biochemicznym złotym standardem w diagnostyce AMI⁴. Istnieje jednak coraz więcej dowodów na to, że cTnT jest podwyższony po ciągłych, długotrwałych ćwiczeniach, co niewątpliwie zniekształca diagnostyczną rolę testu cTnT⁵.

Powtarzające się napady stosunkowo intensywnych ćwiczeń przeplatane krótkimi przerwami są typowym elementem ćwiczeń interwałowych o wysokiej intensywności (HIE), które zyskują na popularności w różnych dziedzinach, takich jak rehabilitacja kardiologiczna, zdrowie i sprawność6^,7. Powszechne zainteresowanie HIE wynika częściowo ze zdolności treningu HIE do wywoływania korzystnych adaptacji fizjologicznych podobnych lub lepszych od tradycyjnego treningu ciągłego o umiarkowanej intensywności (MCE), pomimo zmniejszonej całkowitej objętości ćwiczeń i zaangażowania czasowego⁶. Jednak obawy związane z bezpieczeństwem HIE zostały wyrażone ze względu na wysokie zapotrzebowanie na serce⁸. Do tej pory dostępne dane związane z uwalnianiem cTnT po HIE są ograniczone. Co więcej, żadne wcześniejsze zintegrowane badanie nie badało wpływu różnych modalności HIE i tradycyjnego MCE na pojawienie się cTnT podczas ćwiczeń. W związku z tym nie jest jasne, czy przy wyrównaniu całkowitej pracy mechanicznej między HIE i MCE, różne formaty ćwiczeń doprowadzą do rozróżnienia stężeń cTnT i jaki jest zakres podwyższonych wartości cTnT. Biorąc pod uwagę, że ćwiczenia wykonywane z większą intensywnością mogą prowadzić do większego ryzyka zdarzeń sercowych^2,3, istotne jest opracowanie reprezentatywnych propozycji HIE i MCE ze znanym zakresem odpowiedzi cTnT. Ocena podwyższenia cTnT związanego z wysiłkiem fizycznym może być potencjalnie pomocna w podejmowaniu decyzji klinicznych i pomóc fizjologom klinicznym w opracowywaniu bardziej skutecznych i bezpiecznych zaleceń dotyczących ćwiczeń.

W związku z tym opisujemy protokoły trzech reprezentatywnych typów HIE i jednego reprezentatywnego typu MCE, aby zbierać dane fizjologiczne podczas obserwacji odpowiedzi cTnT. Biorąc pod uwagę, że ryzyko ostrych incydentów sercowych jest wyższe u osób, które nie angażują się w regularne ćwiczenia^2,3, a ogólne uwalnianie cTnT wywołane ćwiczeniami zmniejsza się przy regularnym treningu⁹, w badaniu tym wzięły udział kobiety prowadzące siedzący tryb życia i nadwagę, które ukończyły 10-dniowy program treningowy. Dało to perspektywę pracy na wczesnym etapie szkolenia i skierowania do niedostatecznie zbadanej grupy.

Protocol

Protokół (nr 31771319) został zatwierdzony przez Komisję Rewizyjną Uniwersytetu Normalnego w Hebei i był zgodny z Deklaracją Helsińską. Wszyscy uczestnicy wyrazili pisemną świadomą zgodę przed wzięciem udziału w opisanych testach.

1. Selekcja uczestników i przygotowanie do eksperymentu

1. W celu rekrutacji upewnij się, że uczestnicy spełniają następujące kryteria włączenia: w wieku od 18 do 25 lat, minimalny wskaźnik masy ciała (BMI) wynoszący 23 kg/m, który jest granicą nadwagi dla dorosłych Azjatów¹⁰, stała masa ciała (± 2 kg) przez ostatnie trzy miesiące, brak treningu fizycznego lub regularnej aktywności fizycznej, brak zapisów hormonalnych, choroby ortopedyczne lub sercowo-naczyniowe, cukrzyca, hiperlipidemia, nadciśnienie tętnicze lub zespół policystycznych jajników, a także brak aktualnego stosowania leków na receptę (w tym tabletek antykoncepcyjnych) i brak historii palenia tytoniu.
2. Losowo przypisz 47 uprawnionych uczestników do jednej z następujących czterech grup: tradycyjna grupa HIE (n = 12), ćwiczenie interwałowe sprintu (SIE, n = 11), powtarzane ćwiczenie sprinterskie (RSE, n = 12) lub MCE (n = 12).
3. Dostosuj i zapisz odpowiednią wysokość siodełka na ergometrach rowerowych tak, aby uczestnik pedałował z lekkim zgięciem kolana (~10°) przy pełnym ruchu pedału w dół.
4. Poinstruuj uczestników, aby wykonali dwie początkowe sesje ćwiczeń (zgodnie z opisem w kroku 3), aby zapoznać ich z odpowiednim rodzajem ćwiczeń rowerowych (HIE, SIE, RSE lub MCE).

2. Procedury eksperymentalne

1. Najpierw poinstruuj każdego uczestnika, aby wykonał ciągły test przyrostowy na ergometrze cyklicznym do testów warunków skrajnych, aby ocenić maksymalny pobór tlenu (V̇O_2max).
   1. Rozgrzej się przez 5 minut przy 25 W. Następnie rozpocznij test, wykonując ciągłe 2-minutowe etapy (przyrost 20 W na stopień), zaczynając od 50 W z częstotliwością pedału 60 obr./min, aż do wyczerpania wolicjonalnego.
   2. Użyj analizatora metabolicznego oddech po oddechu, aby zmierzyć zużycie tlenu podczas ćwiczeń.
   3. Oblicz V̇O_2max na podstawie najwyższej średniej wartości z 30 s. Następnie oblicz moc wyjściową, która wywołuje 60%, 90% i 120% V̇O_2max odpowiednio w grupach MCE, HIE i SIE, używając równania regresji liniowej poprzez wykreślenie stanu ustalonego V̇O2 w funkcji mocy wyjściowej¹¹.
2. Co najmniej 5 dni po ocenach przedinterwencyjnych poinstruuj grupy HIE, SIE, RSE i MCE, aby rozpoczęły odpowiednie szkolenie.
   UWAGA: Rozpocznij wszystkie testy wysiłkowe o tej samej porze dnia (np. 11:00). W międzyczasie upewnij się, że testy są przeprowadzane w laboratorium z kontrolowanymi ustawieniami temperatury i wilgotności (20 °C i 50% wilgotności względnej). Poproś wszystkich uczestników, aby przez cały czas trwania eksperymentu trzymali się zarówno swoich codziennych czynności, jak i nawyków żywieniowych.
   1. Poinstruuj uczestnika, aby powstrzymał się od jakichkolwiek forsownych ćwiczeń przez 48 godzin, po rutynowej rozgrzewce poinstruuj grupy HIE, SIE, RSE i MCE, aby zaangażowały się w odpowiednią sesję ćwiczeń na ergometrze rowerowym zgodnie z ustaleniami. Wykonaj protokół ćwiczeń zgodnie z opisem w kroku 3.
   2. Wykonaj 6 sesji ćwiczeń przeprowadzonych w ciągu 10 dni dla wszystkich czterech grup. Wybierz 1. (1.) i 6. (6.) sesję ćwiczeń, aby obserwować odpowiedź cTnT na ostre ćwiczenie (Rysunek 1).

Rysunek 1: Schemat ideowy procedur badawczych. HIE = ćwiczenia interwałowe o wysokiej intensywności; SIE = ćwiczenie interwałowe sprintu; RSE = powtórzone ćwiczenie sprinterskie; MCE = ćwiczenia ciągłe o umiarkowanej intensywności. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

4. Rejestruj ciągły elektrokardiogram (EKG) podczas ćwiczeń za pomocą przenośnego monitora elektrokardiografu (EKG).
5. Pobrać próbki krwi żylnej przed i bezpośrednio po wysiłku, a także 3 godziny i 4 godziny po wybranej sesji ćwiczeń, aby ocenić cTnT w surowicy. Gdy badani znajdują się w pozycji siedzącej, pobierz 5 ml krwi żylnej z żyły łokciowej dla każdej próbki.
   nuta: Czas pobierania próbek krwi po wysiłku był zgodny z naszą wcześniejszą pracą, która wykazała, że stężenie cTnT we krwi osiągnęło szczyt 3 lub 4 godziny po ostrym wysiłku fizycznym w badaniu laboratoryjnym¹².
6. W celu oddzielenia surowicy pozwól krwi krzepnąć w temperaturze pokojowej. Odwirować próbki krwi o masie 3 500 x g przez 20 minut.
7. Odessać surowicę i przechowywać w temperaturze -80 °C do późniejszej analizy cTnT.
8. Użyj analizatora, aby wykonać ilościowy pomiar cTnT za pomocą testu immunologicznego o wysokiej czułości opartego na technologii elektrochemiluminescencji. Weź 1 ml surowicy i umieść ją w specjalnej probówce do pomiaru cTnT. Następnie włóż rurkę do analizatora i naciśnij przycisk start.
   nuta: Samo ludzkie białko cTnT składa się z 288 aminokwasów. Do testu stosuje się dwa przeciwciała monoklonalne, które są specyficznie skierowane przeciwko ludzkiej troponinie sercowej T. Przeciwciała rozpoznają centralną część białka T troponiny sercowej ⁴, w szczególności celując w dwa epitopy w pozycjach aminokwasów 125-131 i 136-147.

3. Protokoły ćwiczeń

1. W każdej sesji ćwiczeń poinstruuj 4 grupy, aby postępowały zgodnie z poniższymi krokami.
   1. Wykonaj identyczną 10-minutową rozgrzewkę przy 50-60%_maksymalnego tętna (procent indywidualnego maksymalnego tętna podczas sesji ćwiczeń) i 5-minutowe schładzanie przy 20 W.
   2. Po rozgrzewce. Mieć 2-minutowy okres regeneracji, podczas którego uczestnicy pozostają w pozycji siedzącej, ale nieruchomej na ergometrze rowerowym.
   3. Poinstruuj uczestników, aby przyspieszyli tak szybko, jak to możliwe na początku każdej serii ćwiczeń, aby osiągnąć zamierzoną intensywność. W tym czasie badacz ustawia odpowiedni protokół ćwiczeń w komputerze PC, a następnie odlicza w dół: "5-4-3-2-1-Go!". Na komendę "Start!" uczestnicy rozpoczynają ćwiczenia i aktywują system komputerowy.
      nuta: Dla MCE, HIE i SIE, rozpędzić do planowanej intensywności (patrz krok 2.1.3), tj. odpowiednio 60%, 90% i 120% V̇O_2max. W przypadku RSE przyspiesz do ćwiczenia "na całego" skalę (patrz krok 3.4). Ergometr jest połączony z komputerem PC za pomocą specjalnego oprogramowania.
   4. Poinstruuj uczestników, aby pozostali w pozycji siedzącej podczas jazdy na rowerze i przymocowali stopy do pedałów za pomocą klipsów na palce, a także werbalnie zachęcaj uczestników do maksymalnego wysiłku w celu ćwiczenia z pożądaną intensywnością podczas każdej sesji.
2. Protokół HIE: Powtórz 4-minutowe ćwiczenia na ergometrze cyklicznym do testów wysiłkowych z intensywnością 90% V̇O_2max, a następnie 3-minutową pasywną regenerację (całkowity odpoczynek), aż do osiągnięcia docelowych 200 kJ pracy.
3. Protokół SIE: Powtórz 1-minutowe ćwiczenia na ergometrze cyklicznym do testów wysiłkowych z intensywnością 120% V̇O_2max, a następnie 1,5-minutową pasywną regenerację, aż do osiągnięcia docelowych 200 kJ pracy.
4. Protokół RSE: Powtarzaj 6-sekundowe sprinty "totalne" przeplatane 9-sekundowymi pasywnymi okresami regeneracji na ergometrze rowerowym Wingate, z oporem 1,0 kg, aż do osiągnięcia docelowych 40 powtórzeń i zarejestrowania całkowitej pracy mechanicznej.
5. Protokół MCE: Wykonuj ciągłe ćwiczenia rowerowe, aż do osiągnięcia celu 200 kJ pracy, przy intensywności 60% V̇O_2max.

4. Analizy statystyczne

1. Wykonuj analizę danych za pomocą pakietu oprogramowania statystycznego. Oceń normalność danych za pomocą testu Kołmogorowa-Smirnowa¹². Użyj P < 0,05 do oceny istotności statystycznej.
2. Porównaj różnice w_średnim tętnie (średnie tętno podczas sesji ćwiczeń) i %_{tętna maksymalnego} w czterech grupach (HIE, SIE, RSE i MCE) oraz dwóch obserwowanych sesjach ćwiczeń (1. i 6. sesja ćwiczeń) przy użyciu dwukierunkowej ANOVA, z powtarzanymi pomiarami. Test post-hoc Newmana-Keulsa należy stosować w przypadkach, w których główny efekt jest znaczący.
3. Porównaj cTnT w punktach czasowych (przed wysiłkiem i szczyt po wysiłku) oraz dwie obserwowane sesje ćwiczeń (1. i 6. miejsce) za pomocą nieparametrycznego testu rang ze znakiem Wilcoxona ze względu na skośny rozkład danych cTnT. Ponadto do oceny istotności statystycznej różnic w poziomach cTnT w czterech grupach (HIE, SIE, RSE i MCE) zastosowano test Kruskala-Wallisa, a w stosownych przypadkach do porównań parami zastosowano test U Manna-Whitneya.

Results

Wszyscy uczestnicy (n = 47) ukończyli badanie, a podczas testów w czterech grupach nie stwierdzono żadnych niepożądanych zdarzeń sercowych (np. bólu w klatce piersiowej i oznaki niedokrwienia mięśnia sercowego w EKG). Zgodnie z oczekiwaniami, dane dotyczące tętna (HR) podczas ostrego wysiłku, w tym_średnia tętna i %HR_max, w 1. ocenie są podobne (wszystkie P > 0,05) do tych w ocenie 6. we wszystkich czterech grupach. Co więcej, dane HR w grupach RSE i MCE są najwyższe i najniższe odpowiedn...

Discussion

Powtarzające się krótkie i długie serie ćwiczeń o raczej wysokiej intensywności, przeplatane okresami regeneracji, są związane z HIE, który dzieli się na tradycyjne HIE ("prawie maksymalne" wysiłki) i SIE ("supramaksymalne" wysiłki), przy użyciu wspólnego schematu klasyfikacyjnego⁶. Ponadto RSE jest szczególnie intensywną formą SIE, w której aktywność jest "na całego", ale trwa tylko od 3 do 7 s⁶. Zgodnie z naszą najlepszą wiedzą, jest to pierwsze zintegrowane badanie, w kt...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Analizator Cobas E 601	Roche Diagnostics, Penzberg, Niemcy		Służy do pomiaru stężenia krążącej troponiny T w sercu
Ergometr cyklu testów wysiłkowych Monark 839E	Monark Exercise AB, Vansbro, Szwecja		Używany we wszystkich protokołach ćwiczeń z wyjątkiem powtarzających się ćwiczeń sprinterskich
Ergometr Monark 894E Wingate Testing Cycle	Monark Exercise AB, Vansbro, Szwecja		Używany tylko do protokołu powtarzających się ćwiczeń sprinterskich
Quark-PFT-ergo Metabolic Analyser	Cosmed, Rzym, Włochy	C09072-02-99
Pakiet oprogramowania SPSS Statistics 20.0	IBM Corp., Armonk, Stany Zjednoczone
Zephyr BioHarness 3.0	Zephyr Technology, Auckland, Nowa Zelandia	9800.0189/9600.0190	Monitor elektrokardiografu