Περιοριστικοί παράγοντες μέγιστης πρόσληψης οξυγόνου ( VO2max) κατά την αερόβια άσκηση

Ο ανώτατος όγκος οξυγόνου που προσλαμβάνεται από το ανθρώπινο σώμα και στη συνέχεια καταναλώνεται από τους ιστούς ενός ατόμου,

κατά την έντονη συνεχόμενη άσκηση, ονομάζεται μέγιστη πρόσληψη οξυγόνου(VO2max) και εκφράζει την αερόβια ικανότητα του ατόμου.

Όσο μεγαλύτερη είναι η αερόβια ικανότητα, τόσο πιο εύκολα ένας οργανισμός μπορεί να καταναλώνει μεγαλύτερο έργο δίχως να επέρχεται άμμεσα το αίσθημα της κοπώσεως. Στην επιστημονική βιβλιογραφία, η VO2max είναι η πιο σύνηθες μέθοδος αξιολόγησης της αερόβιας ικανότητας ενος ατόμου και κατ’ επέκταση της αθλητικής απόδοσης και χρησιμοποιείται στο σχεδιασμό του προπονητικού πλάνου. Δεδομένου του σημαντικού ρόλου που έχει η VO2max στην αθλητική απόδοση, υπάρχει μεγάλο ενδιαφέρον στην εξερεύνηση των παραγόντων που παίζουν καθοριστικό ρόλο και περιορίζουν την VO2max στην αθλητική απόδοση.

Σύμφωνα με έρευνες παρατηρείται, ότι η VO2max είναι μεγαλύτερη στους άνδρες, από ότι στις γυναίκες και σχεδόν διπλάσια στους αθλητές, σε σχέση με αυτούς που κάνουν καθιστική ζωή.(2)(Σχήμα 1)

Σχήμα 1

Παρατηρώντας το παραπάνω σχήμα διαπιστώνουμε το σημαντικό ρόλο που κατέχει στην αθλητική απόδοση η VO2max, κυρίως στα αθλήματα αντοχής. Φαίνεται, ότι η βελτίωσή της VO2max αποτελεί έναν από τους πιο σοβαρούς προπονητικούς στόχους, διότι οι αθλητές καταφέρνουν να παράγουν το ίδιο έργο με χαμηλότερη έντασης άσκησης. Η VO2max θεωρείται ένας έγκυρος δείκτης μέτρησης των ορίων της ικανότητας του καρδιοαναπνευστικου συστήματος, σχετικά με τη μεταφορά και κατανάλωση οξυγόνου από την ατμόσφαιρα στους ιστούς, σε ένα δεδομένο επίπεδο φυσικής κατάστασης και διαθεσιμότητας οξυγόνου.(3)

Η πρώτη έρευνα προσδιορισμού της VO2max, έγινε το 1923 από τον Hill και τον Lupton, όπου προσδιόρισαν τη VO2max και ανακοίνωσαν τις εξής αρχές:

i) υπάρχει ένα ανώτατο όριο στην πρόσληψη οξυγόνου,

ii) υπάρχουν ατομικές διαφορές στη VO2max,

iii) προαπαιτείται μια υψηλή VO2max για την επιτυχία σε αγωνίσματα δρόμου μεσαίων και μεγάλων αποστάσεων και

iv) η VO2max περιορίζεται από την ικανότητα του καρδιοαναπνευστικού συστήματος να μεταφέρει οξυγόνου στους μύες.(4)

Οι αρχές αυτές αποδείχθηκαν εκπληκτικά ακριβής, όπως επιβεβαιώθηκε αργότερα και από περαιτέρω έρευνες.

Το ανθρώπινο σώμα αδυνατεί να αποθηκεύσει οξυγόνο και πρέπει να γίνουν κάποιες βιολογικές προσαρμογές για τη μεταφορά και κατανάλωση οξυγόνου στους ιστούς. Αρχικά το οξυγόνο εισέρχεται στον οργανισμό μας μέσω του εισπνεόμενου αέρα από τη στοματική ή τη ρινική κοιλότητα και περνά στους πνεύμονες. Κατόπιν, το οξυγόνο δεσμεύεται από την αιμοσφαιρίνη και το διοξείδιο του άνθρακα αποβάλλεται στο περιβάλλον. Στη συνέχεια, η καρδιά διοχετεύει το οξυγονωμένο αίμα στους ιστούς όπου προσλαμβάνεται και καταναλώνεται από τα μιτοχόνδρια των μυών για την παραγωγή ενέργειας.(1)

Καθ’ όλη αυτή την πορεία του οξυγόνου, μπορούν να εμφανιστούν δυνητικοί παράγοντες, που μπορούν να καθορίζουν τη μέγιστη τιμή της πρόσληψης οξυγόνου όπως, α) η πνευμονική διάχυση (πνευμονική λειτουργία), β) η καρδιακή παροχή (μέγιστη ικανότητα της καρδιάς να διοχετεύει το αίμα στο σώμα), γ) η περιεκτικότητα αιμοσφαιρίνης (ικανότητα του αίματος να δεσμεύει και να μεταφέρει το οξυγόνο) και δ) τα χαρακτηριστικά των σκελετικών μυών (είδη μυϊκών ινών, περιεκτικότητα ένζυμων κτλ).(Σχήμα 2)

Σχήμα 2. Παράγοντες που περιορίζουν την μέγιστη πρόσληψη οξυγόνου κατά την αερόβια άσκηση

Σχετικά με την πνευμονική διάχυση, μια έρευνα έδειξε, ότι κορυφαίοι αθλητές ενδέχεται να υποβληθούν σε αρτηριακό αποκορεσμό του οξυγόνου κατά τη διάρκεια μέγιστου έργου, εν συγκρίση με τα φυσιολογικά άτομα. Τα γυμνασμένα άτομα τείνουν να έχουν μεγαλύτερη μέγιστη καρδιακή παροχή σε σχέση με τα μη γυμνασμένα, με συνέπεια α) να μειώνεται ο χρόνος διέλευσης των ερυθρών κυττάρων του αίματος στα τριχοειδή αγγεία των πνευμόνων και β) να μην υπάρχει αρκετός χρόνος για να κορεστεί το αίμα με το οξυγόνο πριν βγει από τα τριχοειδή αγγεία.(5) Οι Powers S. K. και οι συν., παρατήρησαν, ότι ο πνευμονικός περιορισμός σε κορυφαίους προπονημένους αθλητές, μπορεί να ξεπεραστεί με εμπλουτισμό του αέρα με περισσότερο οξυγόνο. Η μέθοδος του εμπλουτισμού του αέρα με περισσότερο οξυγόνο σε προπονημένους αθλητές, έδειξε μια αύξηση της VO2max από 70.1 σε 74.7 mL/kg/min και μία αύξηση στον αρτηριακό κορεσμό του οξυγόνου από 90.6% σε 95.9%, κατά τη διάρκεια έντονου έργου.(6)

Πνευμονικοί περιορισμοί είναι εμφανής και σε άτομα που κάνουν άσκηση σε μεσαία και μεγάλα ύψη (3000μ-5000μ). Συγκεκριμένα, όσο μεγαλώνει το υψόμετρο τόσο περισσότερο μειώνεται η μερική πίεση του οξυγόνου. Φαίνεται, σε υψόμετρο 5000μ η μερική πίεση του οξυγόνου να μειώνεται κατα 50%, 84,8mmHg, σε σχέση με το επίπεδο της θάλασσας, 159,1mmHg.(1) Άτομα διεγνωσμένα με άσθμα, παρατηρείται να υποφέρουν και αυτά από μείωση της μερικής αρτηριακής πίεσης οξυγόνου. Οι Rooyackers J. M. και οι συν., παρατήρησαν, ότι η ικανότητα για άσκηση μπορεί να αυξηθεί με εμπλουτισμό του αέρα με περισσότερο οξυγόνο, διότι με αυτό τον τρόπο αυξάνεται η περιεκτικότητα του οξυγόνου στο αίμα.(7)

Η VO2max είναι το γινόμενο της καρδιακής παροχής αίματος επί την αρτηριοφλεβική διαφορά οξυγόνου.(1) Αρκετές μελέτες έχουν δείξει ότι διαμέσου της προπόνησης επέρχεται μια αύξηση στη VO2max, που οφείλεται στην αύξηση της μέγιστης καρδιακής παροχής, παρά σε μια διεύρυνση της αρτηριοφλεβικής διαφοράς οξυγόνου.(8) Γνωρίζουμε ότι το φυσιολογικό εύρος των τιμών της VO2max που παρατηρούνται σε προπονημένα άτομα και σε αυτά που κάνουν καθιστική ζωή, οφείλεται κυρίως στην μεταβολή του μέγιστου όγκο παλμού. Επίσης, υπάρχει σημαντικά μικρότερη διακύμανση στο μέγιστο καρδιακό ρυθμό και τη συστηματική αποβολή του οξυγόνου. Κατά τη διάρκεια της μέγιστης άσκησης, σχεδόν όλο από το διαθέσιμο οξυγόνο εξάγεται από το αίμα και διοχετεύεται στους μυς που εκτελούν έργο. Η περιεκτικότητα σε οξυγόνο του αρτηριακού αίματος είναι περίπου 200 mL O2/L. Στο φλεβικό αίμα κατά τη διάρκεια μεγίστου μυϊκού έργου τα επίπεδα πέφτουν στα 20-30 mL O2/L, με συνέπεια να μένει λίγο οξυγόνο στο αίμα για να εξαχθεί κατά τη διάρκεια έντονης άσκησης. Ως εκ τούτου, ο κυρίαρχος μηχανισμός για την αύξηση της VO2max κατά την προπόνηση, πρέπει να είναι μια αύξηση στη ροή του αίματος και μια αύξηση της μεταφοράς του οξυγόνου. Από τα πιο πάνω εκτιμάται, ότι το 70-85% του περιορισμού της VO2max συνδέεται με τη μέγιστη καρδιακή παροχή.(9)

Ένας άλλος περιοριστικός παράγοντας της VO2max είναι η περιεκτικότητα της αιμοσφαιρίνης, η ικανότητα δηλαδή του αίματος να δεσμεύει και να μεταφέρει το οξυγόνο. Μια μέθοδος που μπορεί κάποιος να μεταβάλει τη μεταφορά οξυγόνου στους εργαζόμενους μύες, είναι μεταβάλλοντας την περιεκτικότητα της αιμοσφαιρίνης στο αίμα. Το ντόπινγκ αίματος είναι μια διαδικασία τεχνητής αύξησης του αριθμού των συνολικών ερυθρών αιμοσφαιρίων, διαμέσου της διαδικασίας αφαίμαξης, αποθήκευσης και κατόπιν μετάγγισης.(1) Ο σκοπός του ντόπινγκ αίματος είναι, να αυξηθεί η μέγιστη αερόβια ικανότητα, αυξάνοντας την ικανότητα του αίματος να μεταφέρει οξυγόνο. Μια έρευνα έδειξε ότι με την έγχυση τουλάχιστον 900ml αίματος, τα επίπεδα συγκέντρωσης αιμοσφαιρίνης αυξάνονται σημαντικά, με αποτέλεσμα να αυξάνουν την VO2max.(10)

Κάποιες άλλες μελέτες έχουν γίνει και έχουν δείξει σε ενδοκυτταρικό επίπεδο, ότι περιοριστικός παράγοντας της VO2max αποτελεί και το σύστημα κατανάλωσης του. Η ένταξη σε ένα αερόβιο πρόγγραμμα αντοχής, οδηγεί σε μια αύξηση του όγκου των μιτοχονδρίων και κατα συνέπεια, σε μια αύξηση της VO2max.(12) Έχει παρατηρηθεί επίσης, ότι η αερόβια προπόνηση οδηγεί σε αύξηση της οξειδωτικής ικανότητας των μιτοχονδρίων κατα 100%, ενώ της αερόβιας ικανότητας μόνο κατα 14%.(1) Οι άμεσες μετρήσεις κατανάλωσης του οξυγόνου σε ένα καθορισμένο μυ, μας δείχνουν ότι οι μύες που εκτελούν έργο, καταναλώνουν οξυγόνο μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα από την έναρξη άσκησης. Η καθυστερημένη κατανάλωση οξυγόνου κατά την αρχική φάση της έντονης άσκησης, δεν φαίνεται να οφείλεται στην ανεπαρκή διαθεσιμότητα οξυγόνου. Μπορεί όμως, να είναι το αποτέλεσμα μιας μη βέλτιστης κατανομή της ροής του αίματος στους μύες που εκτελούν έργο και ένας περιορισμός του ρυθμού εξαγωγής του οξυγόνου από τα μυϊκά κύτταρα. Το αποτέλεσμα είναι ότι, τα ένζυμα της οξυγλουταρικής αφυδρογονάσης και πυροσταφυλικής αφυδρογονάσης μπορεί να έχουν περιοριστικό ρόλο στην πρόσληψη οξυγόνου, όταν ένας απομονωμένος μυς ασκείται.(11)

Συνοψίζοντας, διαπιστώνουμε ότι υπάρχει μια περιοριστική σχέση στο σύστημα κατανάλωσης οξυγόνου και στη μεγίστη πρόσληψη του. Οι περισσότερες έρευνες όμως, μας τεκμηριώνουν ότι ο πιο σημαντικότερος περιοριστικός παράγοντας της μεγίστης πρόσληψης οξυγόνου, είναι το σύστημα μεταφοράς του και όχι το σύστημα κατανάλωσης του. Περισσότερες έρευνες πρέπει να υλοποιηθούν, που θα συνεισφέρουν στην ανακάλυψη νεων δεδομένων σχετικά με τους παράγοντες περιορισμού της VO2max και κατ’ επέκταση της αερόβιας ικανότητας.

Βιβλιογραφία:

1. ΚΛΕΙΣΟΥΡΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ. Εργοφυσιολογία-Φυσιολογική βάση της μυϊκής προσπάθειας. 6^thed. Athens: Εκδόσεις Συμμετρία, 1997:237-274.

2. WILLIAM D. MCARDLE, FRANK I. KATCH, VICTOR L. KATCH. Επιστημονική επιμέλεια ΚΛΕΙΣΟΥΡΑΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ. Φυσιολογία της Άσκησης. Athens: Ιατρικές Εκδόσεις Π.Χ Πασχαλίδης, 2001:248-279

3. HAWKINS, M. N., P. B. RAVEN, P. G. SNELL, J. STRAY-GUNDERSEN, and B. D. LEVINE. Maximal Oxygen Uptake as A Parametric Measure of Cardiorespiratory Capacity. Med. Sci. Sports Exerc., Vol. 39, No. 1, pp. 103–107, 2007.

4. HILL, A. V. and H. LUPTON. Muscular exercise, lactic acid, and the

supply and utilization of oxygen. Q. J. Med. 16:135–171, 1923.

5. DEMPSEY, J. A., P. HANSON, and K. HENDERSON. Exercise-induced

arterial hypoxemia in healthy humans at sea-level. J. Physiol.(Lond.) 355:161–175, 1984.

6. POWERS, S. K., J. LAWLER, J. A. DEMPSEY, S. DODD, and G. LANDRY.

Effects of incomplete pulmonary gas exchange of V˙ O2max. J. Appl. Physiol. 66:2491–2495, 1989.

7. ROOYACKERS, J. M., P. N. DEKHUIJZEN, C. L. VAN-HERWAARDEN, and H. T. FOLGERING. Training with supplemental oxygen in patients with COPD and hypoxaemia at peak exercise. Eur. Respir.J. 10:1278–84, 1997.

8. BENJAMIND. Levine VO2,max: what do we know, and what do we still need to know?J Physiol 586.1 (2008) pp 25–34.

9. DAVID R. BASSETT, JR. and EDWARD T. HOWLEY. Limiting factors for maximum oxygen uptake and determinants of endurance performance. Med Sci Sports Exerc. 2000 Jan;32(1):70-84.

10. GLEDHILL, N. Blood doping and related issues: a brief review. Med. Sci. Sports Exerc. 14:183–189, 1982.

11. BΑΝGSBO J. Muscle oxygen uptake in humans at onset of and during intense exercise. Acta Physiol Scand.2000 Apr;168(4):457-64.

12. TERJUNGRL, ZARZECZNYR, YANGHT. Muscle blood flow and mitochondrial function: influence of aging.Int J Sport Nutr Exerc Metab.2002 Sep;12(3):368-78.