6.

6. A terheléses protokollok kialakítása és végrehajtása sportélettani laboratóriumban

A technikai fejlődés és a tudományos érdeklődés következtében egyre több, korábban csak orvos-diagnosztikában, vagy az iparban használatos módszer, eszköz, műszer került az edzéstudománnyal foglalkozó szakemberek látókörébe. A pontosabb, gyorsabb mintavételnek köszönhetően már nemcsak a statikus mérések, hanem a dinamikus monitorozás, a mozgás, teljesítés folyamán történő adatgyűjtés is egyre fontosabbá vált. Az orvos-diagnosztika és a sporttudomány közös érdeklődési területe lett (bár nem ugyanazon a mintán), a vizsgált személyek teljesítőképességének megállapítása, a terhelés közben kialakuló élettani és anyagcsere változások mérhetővé tétele.

6.1. Az ergometria és a spiro-ergometria alapjai

Ezek a vizsgálatok nagy megterhelést jelentenek a vizsgált személy szervezetének, ezért több feltételnek kell teljesülnie ahhoz, hogy egy ilyen vizsgálatot valóban elvégezhessenek egy laboratóriumban.

Fontos, hogy a vizsgált személy saját akaratából vegyen részt a vizsgálaton (1972, Helsinki egyezmény), lehetőleg egészséges legyen, könnyű sportruházatot viseljen. A valódi terheléses vizsgálatokon a hölgyek a menstruáció első három napjában nem vehetnek részt. A vércukorszint vizsgálathoz 12 órás éhezés után, éhgyomorra kell érkezni.

A terheléses vizsgálatok lebonyolítása, csak megfelelő szakszemélyzet jelenlétében lehetséges. Ez sportorvos, kardiológus, vagy más szakorvos aktív jelenlétét feltételezi, valamint az újraélesztésben jártas segédszemélyzet jelenlétét, közreműködését is.

A létesítményi feltételek betartása is nagyon fontos. Az ÁNTSZ előírásoknak megfelelő élettani vizsgálatra alkalmasnak minősített helyiség álljon rendelkezésre, megfelelő szellőzéssel, nemenként megfelelő tisztálkodási és kézfertőtlenítési lehetőséggel, a személyiségi jog figyelembe vételével (fényáteresztő, de belátást nem adó ablakok); biztonságos, érintésvédelemmel ellátott elektromos berendezések, elzárható vizsgálati eszközök (különös tekintettel a szúró és vágó eszközökre); a veszélyes hulladék megfelelő tárolási és megsemmisítési lehetőségével (használt tűk, véres vatták, stb.). Az eszközöknek hibátlannak, a vizsgálni kívánt paraméter megbízható mérésére alkalmasnak kell lenniük.

6.2. Az EKG változása terhelés hatására

A szív szerkezeti változása nemcsak betegségekben, hanem edzés hatására is bekövetkezik. Általában különbséget teszünk a dinamikus és statikus izommunkák szívre kifejtett hatásai között, bár ezt többen vitatják. A dinamikus, nagy aerob kapacitást igénylő sportágak esetén a szív térfogata is jelentősen változik. Ez elsősorban a bal kamra térfogati növekedését jelenti. Így a kamra lényegesen több vért tud kipumpálni magából egy összehúzódásra. Ez a szívműködést hatékonyabbá teszi. Természetesen mindez csak a kamra falának megvastagodásával lehetséges. Ez az EKG görbén magasabb és valamivel szélesebb QRS-hullámot jelent (ld. 3.1.2. fejezet). Erősportok esetén azonban előfordulhat, hogy a kamra fala igen jelentősen megvastagszik a térfogat jelentős megváltozása nélkül. Ez a QRS-hullám méretének növekedésével jár ugyan, de térfogati növekedés hiányában a szív működése nem lesz hatékonyabb. Ez az elváltozás elsősorban a súlyemelőket és testépítőket szokta érinteni, akiknél az igen jelentős mellkasi prés következtében a nagy nyomás elviselésére vastagszik meg a kamrák fala. Igen jelentős falvastagodás figyelhető meg különböző doppingszerek (pl. szteroidok) rendszeres fogyasztásával is. Ez tehát szintén látható elváltozásokat eredményez a rutin EKG görbén is. Főleg akkor válik ez egyértelművé, ha echocardiográfiás vizsgálatokkal is kiegészítik a méréseket.

6.3. Pulzusmonitorozás, pulzusváltozások értelmezése terhelés hatására

A pulzus (HR) vizsgálatára a tapintásos és auszkultációs módszereken túl megbízható és folyamatos követési módszereket dolgoztak ki. Ezek a pulzusmonitorok (sportteszterek) nemcsak a pulzusszám pontos mérésére alkalmasak, hanem a tudományban eddig leírt egyenletek segítségével a pulzusszámok alapján meghatározzák az illető energia-szükségletét, oxigén-felhasználását, sebességét, stb. Képesek az adatok tárolására, grafikus megjelenítésére, valamint a szervezet vegetatív idegrendszeri állapotának meghatározására. A mintavétel ideje már beállítható, így az 1 secundumonkénti, 5 secundumonkénti mintavétel is nagyon informatív lehet. A valódi munkapulzus folyamatos kijelzésén kívül az edzési célzóna is beállítható, vagy figyelhető a pulzustartalék is.

A rendszeres edzés következményeként az egyik könnyen mérhető változás az ébredési és a nyugalmi HR csökkenése. Ez a vegetatív idegrendszer működésében is tapasztalható változást okoz. A nyugalmi HR csökkenése a paraszimpatikus túlsúly kialakulásának köszönhető. Ez természetesen nem jelenti azt, hogy a vegetatív idegrendszer szimpatikus idegrendszeri szakasza nem működik megfelelően. A modern sportteszterek egyik legnagyobb előnye éppen az, hogy a vegetatív idegrendszer aktuális állapota folyamatosan monitorozható. A pulzus, a szívciklusok jelzésére alkalmas. A szívciklusok hossza azonban, nagyon keveset ugyan, de változik, éppen a vegetatív idegrendszer állapotának függvényében (39. ábra).

39. ábra: A szívciklusok hosszának változása, amely mind az EKG götbén, mind a pulzushullám görbén látható. RR: a szívciklus hossza (RR távolság) az EKG görbén; PP: két pulzushullám között mérhető időbeli távolság.

A spontán pulzus variabilitást három élettani tényező határozza mag. Az egyik a vérnyomás ingadozásaiból és így a vérnyomás-szabályozás változásaiból származik, a másik a hőszabályozás, s a harmadik tényező a légzés. Az ”ütésről-ütésre” változás az R-R távolságok változásával jár, ezt hívjuk RR variabilitásnak (Heart Rate Variability, HRV). A HRV pulzusmonitorokkal való vizsgálata ma már egy fontos paraméter az edzettség megállapításához. A HR Hz-ben való megadása után különböző frekvenciasávok mérhetőek. A High Frequency (nagy frekvenciájú) ? 0,15 változások, a légzésváltozásnak (légzési aritmia) köszönhetők, a Low Frequency (alacsony frekvenciájú) sáv 0,004-0,15 Hz, ami az artériás nyomás változása miatt alakul ki, és a Very Low Frequency (nagyon alacsony frekvenciájú) ? 0,04 Hz, ami a perifériás vazomotoros aktivitásnak köszönhető (Perini és Veicsteinas 2003). A 0,15 Hz fölötti változások kizárólag a Vagus-tónus (X. agyideg) változásaiból adódnak, míg az alatta levőket a szimpatikus és paraszimpatikus hatások együtt alakítják ki. Emiatt a LF/HF arány a két rendszer aktuális viszonyát mutatja meg.

6.4. A sportélettani terheléses protokollok alapelvei

A sportélettan tulajdonképpen az edzettség élettana. Az edzettség elérése kívánatos, változásának követése pedig elengedhetetlen egy sportoló életében, akár rekreációs, akár élsportoló az illető. Az edzettség, a szervezet olyan pszichofiziológiai harmóniája, mely egyidejűleg jelenti az ember optimális teljesítőképességét, szilárd egészségi egyensúlyát és lelki, szellemi teherbírását. Az edzettség kialakulása mind fizikai, mind erkölcsi-akarati tulajdonságok fejlődését jelenti (Frenkl, 1985). Az edzettséget hibásan az állóképesség fogalmával is azonosítják. Ezek kétségtelenül szoros összefüggésben állnak egymással, a két fogalom közé azonban egyenlőség nem tehető. Az állóképesség a szervezet elfáradással szembeni ellenálló-képessége. Attól függően, hogy mikor következik be a teljesítmény romlása, beszélhetünk: rövidtávú (45 s – 2 min), középtávú (2 – (5)9 min) és hosszútávú ((5)9 min<) állóképességről. Köthetjük az állóképességet bizonyos mozgásfajtákhoz is, így létezik például az ugró állóképesség, erő-állóképesség, gyorsasági-állóképesség. Ezeket összefoglaló néven kondícionális képességeknek hívjuk. A sportélettani vizsgálatokat az erőnlét, a kondíció, a sportági felkészültség felmérésére végezzük. A nyert információkat használhatjuk (i) sportági kiválasztáshoz, (ii) sportolók edzés-hatékonyságának növelésére, (iii) az edzésmódszer hatékonyságának ellenőrzésére, (iv) az esetleges megbetegedések korai kiszűrésére, illetve megelőzésére, (v) sérülések utáni rehabilitációs programok kidolgozásához illetve azok hatékonyságának ellenőrzésére, és nem utolsó sorban (vi) tudományos kutatás céljából.

A valódi terheléses vizsgálatok adják a legpontosabb adatokat egy személy aktuális állapotáról (kondíciójáról). Ezek a vizsgálatok alkalmasak arra, hogy pontosan megmutassák a vizsgált személy élettani paramétereit (pulzus, vérnyomás, EKG stb.), közben mérjék az illető aerob, illetve relatív aerob kapacitását, fizikai teljesítményét is. Képet kaphatunk az illető izomteljesítményéről is, hiszen a teljesítés során mérik az egyes szintekhez tartozó teljesítési időt és sebességet, vagy Wattban mért teljesítményt is. Az eredményeket megfelelően ábrázolva (pl. sebesség és relatív aerob-kapacitás értékek, ld. 43. ábra), megállapítható, hogy milyen paraméterek mellett érte el a vizsgált személy a relatív VO2max értékét.

Mivel a szervezet oxigén felvétele szoros összefüggésben áll (egyenes arányosság) az energiaforgalommal, valóban meg tudjuk mérni a vizsgált személy aerob munkavégző képességét. Ennek ismeretében meghatározható milyen körülmények között kell edzeni a további fejlődés érdekében. Mivel lehetőség szerint a valódi maximális teljesítmény meghatározása a cél (vita maxima), a vizsgálatok végrehajtása nagy körültekintést igényel, számos fontos orvos-egészségügyi szabály betartása mellett.

6.5. A maximális oxigénfelvevő képesség jelentése, mérése

A maximális oxigénfelvevő képesség a szervezet azon munkavégző képessége, amelyet a vizsgált személy megfelelő oxigénellátás mellett képes elvégezni. Számos szinonimáját ismerjük, pl. aerob kapacitás, VO2max. Az oxigénfelvevő képességet alapvetően az edzettség befolyásolja. A megfelelő oxigénfelvételhez nem nagy tüdő (vitálkapacitás), hanem a vér megfelelő oxigénszállító-, valamint az izomsejtek oxigén-felhasználó képessége szükséges. A megfelelő szállító funkció függ:

  • a vér vörösvértest-számától (hematokrit),
  • a vörösvértest oxigénfelvevő képességétől (hemoglobin mennyisége, az alveolusokból a vérbe kerülő oxigén 98%-a hemoglobinhoz kötve szállítódik).
  • az izmok kapillarizáltságától,
  • a mitokondriumok számától (a felvett oxigén szállítása mellett annak hasznosítási képessége is meghatározza az aerob kapacitást, ebben a mitokondriumok száma meghatározó).
  • A tápanyagok raktározási- és hasznosítási képessége (glikogén, glükóz, zsírsavak) befolyásolja a mitokondriumokban nyerhető energia mennyiségét. Ehhez a különböző enzimrendszerek adaptálódása is szükséges (ATP és CP, mobilizálás, termelés).

Az edzettebb egyének több oxigén hasznosítására képesek egyetlen légvétellel is. Erre utal pl. az arterio-venosus oxigénkülönbség (a-v O2 diff), amely azt méri, hogy két légvétel között mennyi oxigént adott le a vér a környező szövetekbe (40. ábra).

40. ábra: A nyugalomban és terhelés hatására mérhető arterio-venosus oxigén különbség

Az aerob kapacitás az életkor előrehaladtával nő (a keringés és a tüdő növekedése is befolyásolja), de a legfontosabb tényezőnek a kapillarizáltság tűnik. Ahogy a gyermekek izomzatának és kapillárisainak arányai csökkennek, úgy az oxigénfelvevő képesség csökken, a görbe ellaposodik (41. ábra). Ez nem azt jelenti, hogy a maximális oxigénfelvevő képesség nem befolyásolható, hanem azt, hogy a pubertás tájékán éri el a szervezet a genetikai potenciálját megközelítő mértéket.

41. ábra: A percenkénti oxigénfelvétel különböző életkorokban terhelés hatására

A relatív aerob kapacitás (a testtömeg kg-ra jutó oxigénfelvétel ml-ben percenként, ml/kg/min) valójában tehát a szövetek (elsősorban az izomszövet) oxigénfelvevő képességét mutatja. A szállított oxigént el kell juttatni a működő izomsejtekhez. Ez a képesség az izomszövet kapillarizáltságán múlik. A kapillárisok az izmok rendszeres használatával maradnak életképesek. Ha az adott izmot mindig csak kis intenzitású izommunkában használja a szervezet, a kapillárisok elsorvadnak. Ha azonban gyakran viszonylag nagy intenzitású munkának vannak kitéve, akkor új kapillárisok fejlődnek az izomban. Ezt a folyamatot angiogenezisnek nevezzük. A kapillárisok fejlődésének ingerét a rendszeres és viszonylag nagy vérátáramlás indukálja. A vérátáramlás sebességének fokozódása először a már meglévő vérerek keresztmetszetének növekedését és az erek falának átrendeződését (vastagodás) eredményezi (arteriogenezis). Ez a folyamat önmagában azonban csak a nagyobb nyíróerő elviselését biztosítja. Az angiogenezis a véreloszlás megváltozását, a nagyobb vérmennyiség izomba áramlását teszi lehetővé. Edzett emberekben az aerob teljesítőképességet először a keringés limitálja. A megfelelő mitokondriumokkal rendelkező izomszövet oxigén-hasznosítási képessége lényegesen nagyobb, mint a szív és keringési rendszer vérszállító képessége az izmokhoz. A rendszeres aerob edzés hatására az izmok O2-hasznosítási képessége 200-300%-t is javulhat, ugyanakkor a VO2max csak 20-25%-al nő. Ezzel ellentétben a VO2max az edzetlen emberekben viszonylag gyorsan nő edzés hatására, míg a mitokondriumok száma, azok enzimrendszereinek hatékonysága később fog csak változni. Mindezek alapján az aerob kapacitás független a harántcsíkolt izomszövettől. Az élsportolók teljesítményének határait tehát keringési és légzési paramétereik fogják meghatározni. Emiatt nagy előny a szív méretének növekedése, a sportszív kialakulása.

A nyugalmi légzés során percenként kb. 250 ml oxigén jut a vérbe és kb. 200 ml CO2 jut a vérből a tüdőbe. Nehéz aerob munka hatására ennek akár 25-szörösére is emelkedhet az O2-felvétel. A légzés alapvető feladata nagyjából állandó szinten tartani az oxigén és a szén-dioxid koncentrációt a vérben. Ha a fizikai aktivitás intenzitása nő, a szervezet oxigén-igénye is fokozódik. Az oxigén-igény kielégítése érdekében fokozódik a légzési frekvencia, a felvett levegő mennyisége (respirációs volumen), így a felvett oxigén mennyisége is. Ezek a paraméterek azonban nem változtathatók vég nélkül, a terhelés növelésével eljut a szervezet a maximális O2 felvevő képességéig. Ha ezt grafikonon ábrázoljuk, akkor egy kb. exponenciálisan emelkedő görbe a tetőpontját elérve ellaposodik, majd egy csúcspont után csökkenni fog. Az aerob teljesítőképesség szorosan összefügg a VO2 max-al, de önmagában ez az érték nem mutatja meg, hogy kinek milyen nyerési esélyei vannak egy versenyen. A VO2max ismerete azonban megmutatja a szervezet aerob-kapacitását, illetve azt, hogy tartósan nagy fizikai terhelés esetén milyen teljesítményre lehet képes a vizsgált személy. Az átlagos külföldi adatsorok szerint a felsőoktatásban jelen lévő hallgatók VO2max értéke kb. 38-42 ml/kg/min nők és kb. 44-50 ml/kg/min férfiak esetében. Élsportolóknál ugyanez kb. 80-90 ml/kg/min a nagy aerob kapacitást igénylő sportok esetében.

A teljesítőképességet az állóképességi sportokban alapvetően két tényező határozza meg. Az általános aerob kapcatiás (general aerobic capacity, GAC) és a lokális aerob kapacitás (local aerobic capacity, LAC). Az általános aerob kapacitást elsősorban az oxigénszállító képesség, a keringési rendszer aktuális állapota, a szív munkavégző képessége határozza meg, míg a LAC a mioglobin-tartalom, az izom kapillarizáltsága, valamint a mitokondrium enzimrendszerének függvénye (Astrand and Rodahl, 1977).

Az aerob kapacitás nemek és életkorok szerint változik. A maximális oxigénfelvevő képességet alapvetően meghatározza a kapillarizáltság, amely a fiúk/férfiak esetében általában nagyobb, mint a nők esetében. A kisebb aerob kapacitás a nők esetében kialakulhat talán a női szerepek gyakorlásától is, a leánygyermekek sokkal immobilisabbak, mint a fiúk már kicsi korukban is. A szív és a tüdő térfogata kisebb, az izomtömeg kisebb, mint a férfiakban, a test zsírtartalma nagyobb, mindezek predesztinálják a nőket az alacsonyabb aerob kapacitás kialakulására. Ráadásul a nemi ciklus hatására alacsonyabb a hemoglobin-szint, mint a férfiakban, amely tovább rontja az aerob kapacitást. A relatív és abszolút aerob kapacitás is csökken az életkor előrehaladtával. Inaktív emberek esetében ez gyorsabb, 25-30 éves kor körül kb. 1%-al csökken évente.

A lokális keringés állapotára, valamint az izomszövet mitokondriális enzimrendszerének hatékonyságára utal az arterio-venozus O2-különbség. Ennek ismeretében pl. kiszámítható a szervezet O2-felvevő képessége:

O2-felhasználás = perctérfogat x a-v O2 diff

Az a-vO2 diff egyértelműen az izomszövet O2-felhasználó képességétől függ, ezt pedig a mitokondriumok száma, s azok energia-rendszerei befolyásolják. Ha valaki edzetlen, akkor a keringés elszállítja az O2-t az izomszövethez, de az izomba bediffundálni nem fog (az a-vO2 diff kicsi marad). Így az edzetlenek terhelései során a VO2max értéke nemcsak kicsi lesz, hanem a csúcsérték elérése után a görbének nincs platója, sőt a görbe felfelé futásából jól látható, hogy lehetnének még további mérési pontok.

A fizikai teljesítményt és az anyagcsere szintjének változását a terheléses vizsgálatok során a MET értékekkel is monitorozzák. A MET megmutatja, hogy hányszorosára változott az anyagcsere szintje a nyugalmi anyagcseréhez képest. Mivel az anyagcsere válrozását méri, ezért szoros összefüggésben van a szervezet O2-felvételével.

1MET megfelel percenként kb. 450 ml O2 felvételének férfiakban és 400 ml oxigén felvételnek nőkben.

Ha tehát egy terhelés során a fizikai aktivitás 4MET energiaigényű (férfiak esetében közepes terhelés), a percenkénti oxigén-felhasználás 1800 ml volt. Mivel a relatív aerob kapacitás összehasonlíthatóbbá teszi a különböző testfelépítésű egyének adatait, abban kifejezve 1MET = 3,6 ml/kg/min oxigén felvételnek felel meg, tehát 1 kg testtömeg percenkénti oxigén-felhasználása 3,6 ml. Ezen adatok ismeretében lehet a különböző edzőtermek eszközein is O 2-felhasználási értékeket olvasni spirometriai készülékek nélkül is. Az alábbi táblázatban a különböző fizikai aktivitási szintek (10. táblázat) és az anyagcsere változásának értékei olvashatók.

TERHELÉS Oxigén igény
(ml/kg/min) 		Energia szükséglet
(kcal/min) 		MET
Könnyű F 6,1-15,2
N 5,4-12,5 		2,0-4,9
1,5-3,4 		1,6-3,9
1,2-2,7
Közepes F 15,3-22,9
N 12,6-19,8 		5,0-7,4
3,5-5,4 		4,0-5,9
2,8-4,3
Nagy F 23,0-30,6
N 19,9-27,1 		7,5-9,9
5,5-7,4 		6,0-7,9
4,4-5,9
Nagyon nagy F 30,7-38,3
N 27,2-34,4 		10,0-12,4
7,5-9,4 		8,0-9,9
6,0-7,5
Extrém nagy F 38,4-
N 34,5- 		12,5-
9,5- 		10,0-
7,6-

10. táblázat: Különböző terhelések során mért relatív aerob kapacitás és a terhelés energiaigénye

A spiro-ergometriai vizsgálatok során a felvett és leadott levegő O2 (felvett) és CO2 (kilélegzett) szintjeit mérik légvételről légvételre. A modern szenzorok csutora méretű eszközök. A két gáz nemcsak abszolút értékét vizsgáljuk, hanem a kettő arányát is. Ez az érték a légzési hányados (RQ).

Respirációs kvociens (RQ) = CO2/ O2

A légzési hányados aszerint változik, hogy milyen tápanyagokat fogyasztott, vagy használ éppen a kísérleti személy energianyerésre.

Szénhidrátokban a glükóz bontásának (elégetésének) képlete alapján számítjuk a RQ-t:

C6H12O6 + 6O2 › 6CO2 + 6H2O.

A képlet alapján jól látszik, hogy ebben az esetben a szükséges O2 és a keletkezett CO2 mennyisége azonos, így a RQ=1. (6CO2: 6O2). Ha tehát a RQ=1, tisztán szénhidrátokat használ a szervezet energianyerésre, 1 fölötti érték esetén pedig már O2 -hiányos közegben (anaerob körülmények között) történik az energianyerés. Így az aerob-anaerob küszöb megállapítása a RQ folyamatos figyelésével a legegyszerűbb.

Az aerob kapacitás vizsgálatát a gyakorlatban az aerob-anaerob-küszöb meghatározásával együtt végzik. Ehhez gyakran használják a vértejsav-szint méréseket (laktát-szint). Többféle módszer létezik, de leggyakrabban a tejsav-küszöb (4 mmol/l) használatos. Abban az esetben, ha a vértejsav szintje elérte a 4 mmol/l-t a tejsav amennyisége a vérben exponenciálisan emelkedik. A tejsav-küszöböt ezért a VO2max százalékában adják meg. Így elmondható, hogy a különböző edzettségi állapotú emberek esetében a VO2max hány százalékánál jelenik meg az anaerob teljesítés, tehát az oxigén deficit a teljesítés során. Átlagemberek esetében az aerob-anaerob átmenet általában a VO2max 50-60%-nál mérhető, míg az edzett sportolók esetében ez a maximális oxigénfelvevő képesség 70-80 %-a. Természetesen ez azt jelenti, hogy nagyobb terhelés, intenzitás mellett is hosszabb ideig képesek fizikai aktivitásra aerob módon. Az aerob módon végzett fizikai aktivitás tehát a szervezet (vér, izom) biokémiai változásainak segítségével is képes jelentősen növelni a fizikai teljesítőképességet. Ennek köszönhető, hogy a modern edzéstudomány alapvetően az izom biokémiai rendszerének változására fókuszál.

A VO2max fejlesztését és aktuális értékét az edzések mellett a genetikai potenciál, valamint az életmód is befolyásolja. Az elmúlt évtizedekben tapasztalható fejlődés a humán genetikai kutatásokban felkeltette a sporttudósok érdeklődését is. Olyan genetikai módosulásokat keresnek, amelyek nagymértékben meghatározhatják egy személy állóképességét, izomtömegét stb. Edzetleneket állóképességi edzések után vizsgálva több genetikai tényezőt is leírtak, amelyek befolyásolják az aerob-kapacitás fejleszthetőségét. Ilyenek pl. a zsírsav mobilizáló képesség, a Ca-szignál rendszer állapota, izomfunkciók, de sejt-sejt kommunikációt meghatározó géneket is leírtak, valamint a veleszületett immunrendszer állapota is befolyásoló tényező. Az elmúlt években kiderült, hogy a kalcineurin nevű fehérje nagyon fontos jelölt a sportgenetikai kutatások területén. A kalcineurin egy szignálmolekula a harántcsíkolt izomban, amely a lassú rángású, oxidatív rosttípusba (SO) való átalakulást serkenti (Wolfarth és mtsai, 2014). Azokban a kísérleti egerekben és vizsgálati személyekben, akiknél egy génhiba miatt (ACTN3) a kalcineurin aktivitása magasabb volt, az izomrosttípusok edzés hatására nagyobb mértékben alakultak át lassú rángású rostokká és állóképességi edzés hatására az adaptáció nagyobb mértékű volt. Ezeket az eredményeket izombiopsziával is megerősítették. Az életmódi tényezők közül az egyik legfontosabb a táplálkozás, amely nemcsak az élsportolók, hanem a rekreációs szinten sportolók aerob teljesítményére is kihat. A hosszú ideig tartó folyamatos izommunka végzésének energiaigénye igen nagy. A korábbi sejtanyagcsere folyamat fejezetből is megtudható, hogy a folyamatosan biztosított ATP mennyisége a mitokondriumokban szénhidrátokból és zsírokból nyerhető. A rendszeres edzést folytatók ezért gyakran fogyasztanak olyan táplálék-kiegészítőket, amelyektől az aerob teljesítőképesség növekedését remélik. Nagyon gyakran fogyasztanak sportolók creatin-monohidrátot (CrH2O). Mivel a kreatin a szervezet azonnali energiaraktára, csak a nagy robbanékonyságot, nagy erőkifejtést igénylő és rövid ideig tartó mozgásokban van megbízható hatása (5-10%, McArdle és mtsai, 2009). Hosszú ideig tartó közepes intenzitású mozgásokra nincs hatása. Különböző kerékpár-ergométeres tesztekben, ha sprint sorozatokat végeztek olyan egyének, akik előtte néhány napig creatint fogyasztottak, akkor a sprintek közötti pihenők biztosítása mellett a teljesítményük nagyobb volt, mint a kreatint nem fogyasztóké, s a teljesítés 30-80 percig is jobb volt, mint a nem fogyasztóké. Ennek alapján a röplabdázóknál és amerikai football játékosoknál írtak le bizonyítható teljesítmény javulást, de tartósan kb. ugyanolyan intenzitású hosszabb terhelés mellett pozitív hatást nem írtak le. A folyamatos aerob teljesítmény biztosítása érdekében a megfelelő szénhidrát és zsíranyagcsere a hatásos eszköz. A szénhidrát-raktárak feltöltése (glikogén) minden edzés után nagyon fontos. Ha a glikogén-raktárak hiányosak az edzés megkezdésekor, akkor nemcsak aerob teljesítmény romlás lesz tapasztalható, hanem nő a sérülésveszély is. A szervezet legnagyobb szénhidrát-felvevő képessége edzés után az első két órában mérhető. Újabban a zsíranyagcsere fokozásában látják a legígéretesebb táplálkozási segítséget állóképességi sportolók számára. A szervezetben raktározott trigliceridek biztosítják a legtöbb energiát a tartós izommunka számára. A zsírsavak ß-oxidációval acetil-csoportokra bontódva kerülnek a citromsav-ciklus, terminális-oxidáció folyamatába (ld 4.3.4. fejezet). Az emberi szervezetben a zsírsavak többsége 16-18 szén-atomos molekula. Ezek a hosszú zsírsavláncok lassítják a táplálék ürülését a gyomorból, majd vékonybélben a felszívódásuk is nagyon lassú (több óra). A nyirokerekbe szívódnak fel, s ráadásul kilomikronokba csomagolva jutnak el a raktárakba, vagy a felhasználás helyére. Ezzel szemben a közepesen hosszú zsírsavak (pl. kókuszolaj, pálmamag olaj) 8-10 szénatomos zsírsavakat tartalmaznak, amelyeket már a gyomorban előemésztünk, közvetlenül átdiffundálnak a vékonybél endothel sejtjein, nem kerülnek a nyirokkeringésbe és nem csomagolódnak kilomikronokba (McArdle és mtsai, 2009). Szállítómolekulák nélkül diffundálnak a mitokndriumok membránján és nincs szükségük az acetil-KoA rendszerre sem. Ezek a molekulák többnyire nem raktározódnak a zsírszövetben, megemelik a vér szabad zsírsavszintjét, így azonnal hasznosulhatnak. Íly módon a máj és izomglikogén később kerül felhasználásra. Ha a közepesen hosszú zsírsavakat fogyasztották, inkább csökkent a sportolók teljesítménye (kerékpár), ha azonban szénhidráttal együtt, akkor jelentős teljesítmény fokozódást tapasztaltak (14%). Az állóképességet rontja a C-, D- és E-vitamin hiány is.

Az egy szívösszehúzódás alatt továbbított és felvett oxigén mennyiségét nevezzük oxigénpulzusnak. Kiszámítása a következő: VO2/ percenkénti pulzusszám, tehát az egy balkamrai összehúzódás során továbbított vér oxigén tartalmát jelenti. A balkamrai végdiasztolés térfogatról, szívműködés gazdaságosságáról, valamint a teljesítőképességről ad felvilágosítást. Nyugalmi értéke férfiaknál 4-4,5, míg a terhelés maximumában 13-15 között van. Értéke (mind nyugalomban, mind a maximális terhelésnél) annál nagyobb, minél edzettebb az egyén. Nagy aerob állóképességet igénylő sportágak versenyzőinél értéke elérheti a 25-öt is. Az 11. táblázatban jól látható, hogy gyermekkorban az életkor előrehaladtával nő a szív mérete, ezzel nő az O2-pulzus is,

Életkor HRMax relVO2max O2Pulzus Laktátszint
4 200-210 47,3±3,1 4,04±0,5 4,64±0,34
5 200-210 48,3±3,1 4,27±0,5 5,3±0,42
6 200-210 49,36±3,91 5,0±0,61 6,15±0,44
7 195-205 48,7±2,88 5,45±0,59 6,48±0,53
8 190-205 50,36±3,38 5,45±0,59 8,00±0,5
9 190-200 50,27±3,69 6,03±0,66 8,58±0,59
10 190-200 50,87±3,89 8,59±0,88 9,33±0,8
11 190-200 50,67±3,55 9,64±0,9 9,76±0,97

11. táblázat: Néhány élettani paraméter változása az életkor függvényében. Mészáros (1994) nyomán

Az adatsor jól mutatja, hogy gyermekekben a keringési- és légzőrendszer fejlődése jelentősen befolyásolja a vizsgált paramétereket. A növekedési lökés következtében jelentősen nő a kamrai térfogat, így az O2-pulzus is, viszont a relVO2max inkább csökken a prepubertás korhoz képest. Érdekes, hogy miután az adott izomtömegre jutó érellátás gyermekekben nagyobb, mint felnőttekben, így a várható laktát-szintek lényegesen kisebbek, mint nagy aerob kapacitású élsportolókban.

6.6. A terheléses protokollok típusai

A terheléses vizsgálatok között ismerünk valódi terheléses vizsgálatokat, valamint megnyugvási próbákat. A valódi terheléses vizsgálatok során meghatározott protokoll szerint terhelik a vizsgált egyént, s közben monitorozzák a szervezetében kialakuló változásokat. A megnyugvási próbák lényege, hogy egy jól definiált terhelés után a szervezet megnyugvási ütemét, a megnyugvás során tapasztalható változásokat vizsgálják. A legmegfelelőbb protokollok és eszközök alkalmazásával mind a terhelés közbeni, mind a terhelés után tapasztalható változásokat követhetjük.

A protokollok típusait tekintve ismerünk lépcsős protokollokat, valamint ramp protokollokat. A lépcsős protokollok esetében 2-3 percenként változtatunk a terhelés mértékén sebesség, dőlésszög, ellenállás növelésével, esetenként egyszerre több tényezőnél is. A ramp (rámpa) típusú protokollok során minden percben változik egy, vagy két paraméter (pl. sebesség és dőlésszög). Lehetőség szerint vita maxima terheléseket végeznek. Ez különösen az élsportban fontos, de orvos-diagnosztikai szempontból is fontosak lehetnek. A vita maxima azt jelenti, hogy az egyén maximális terhelhetőségét, teljesítőképességét vizsgáljuk, ezért határterhelésnek is szokták nevezni. Ha valaki vita maxima terhelésen vesz részt a protokollt úgy kell megválasztani, hogy a terhelés valóban nagy teljesítményt igényeljen a vizsgált személytől. Ez úgy érhető el, hogy a teljes izomtömegnek legalább 50%-t mozgatni kell a terhelés közben. Ilyen mozgás a futás, a kerékpározás és az evezés. Ezért futószalag-ergométereket, kerékpár-ergométereket (42. ábra) és evezőpad-ergométereket szokás használni.

42. ábra: Kerékpár- és futószalag-ergométeres terheléses vizsgálatokhoz alkalmas computer-asszisztált mérőrendszer

A vita maxima terheléseknél fontos, hogy a teljesítés független legyen az illető testméretétől, izomerejétől, valamint sportági képességeitől. Ez alól az úszók, evezősök vagy korcsolyázók számára kifejlesztett speciális tesztek kivételt képeznek.

Fontos, hogy a terhelés ideje se túl rövid, se túl hosszú ne legyen. Ideális esetben egy vita maxima terhelés 6-12 percig tart. A legtöbb protokollt azonban 20-25 percesre írják. Szintén alapvető feltétel, hogy a vizsgált személy megfelelően motivált legyen, mivel a terhelés valóban nagy erőkifejtést igényel.

A korábban leirt és alkalmazott protokollok közül a futószalag ergométerekre leírtak esetében bizonyos idejű gyaloglás után a vizsgálati személyeknek futniuk kellett. A nagyobb testű egyének, betegek esetében, illetve a kerékpár sportok esetében a teszteket kerékpár-ergométerrel végezték. Nagyon gyakran azonban főleg edzetlenek esetében az alanyok izomzata jóval előbb elfáradt, mint keringési és légzőrendszerük eljutott volna maximális teljesítőképességéhez. Ezért az utóbbi években több steady state gyalogló protokollt vezettek be a sporttudományi kutatásokban. Ezek lényege, hogy nagyjából közepes terhelést kapnak a vizsgálati alanyok, s az adott intenzitáson terhelik őket teljesítőképességük határáig, így elérve a vita maxima állapotot. A rekreációs sportokat űzők, valamint gyermekek teljesítőképességének vizsgálatára vezették be a gyalogló protokollokat, melyek lényege, hogy az intenzitás, a dőlésszög, ellenállás változik, de a vizsgálati alanyok úgy jutnak el a határterhelésig, hogy a terhelés során nem kell futniuk, vagy csak az extrém nagy terhelést elérve. A modernebb laboratóriumokban a futószalag-ergométerek dőlésszöge már mindkét irányba változtatható, így nemcsak hegyre fel, hanem hegyről lefelé mozgásokat is ki lehet alakítani a terhelések során.

A valódi terheléses vizsgálatok adják a legpontosabb adatokat egy személy aktuális állapotáról (kondíciójáról). Ezek a vizsgálatok alkalmasak arra, hogy pontosan és folyamatosan mutassák a vizsgált személy élettani paramétereit (pulzus, vérnyomás, EKG stb.), közben mérjék az illető aerob, illetve relatív aerob kapacitását is. Fontos megjegyeznünk, hogy képet kaphatunk az illető izomteljesítményéről is, hiszen a teljesítés során mérik az egyes szintekhez tartozó teljesítési időt és wattban mért teljesítményt is. Az eredményeket megfelelően ábrázolva (pl. sebesség és relatív aerob-kapacitás értékek, ld. 43. ábra), megállapítható, hogy milyen paraméterek mellett érte el a vizsgált személy a relatív VO2max értékét, milyen körülmények között kell edzeni a további fejlődés érdekében. Fontos figyelni a relVO2max konkrét értékét, valamint azt, hogy az illető elérte-e a várható VO 2max értékét.

43. ábra: A terhelés közben mérhető oxigén-felvétel. Az ábrán jól látszik, hogy a futószalag sebességének növekedésével jelentősen nő a sejtek oxigén-igénye. Bizonyos sebesség értékig ez lineárisan nő, majd a sejtszintű anyagcsere ugrásszerű növekedésével az oxigén-szükséglet is exponenciálisan nő a szervezetben.

A 43. ábrán megfigyelhető, hogy a relVO2max elérése után az erősen motivált személyek bizonyos ideig képesek ellenállni a szervezet fáradásának, s az O2-felvétel csökkenése mellett is folytatják a terhelést. Ilyenkor a teljesítés már anaerob körülmények között, jelentős laktát termelés mellett zajlik. A légzési percventilláció és az oxigén-felvétel görbéje alapján is meghatározható az aerob-anaerob küszöb (AT küszöb) a szervezet munkavégzése során (44. ábra). A terhelés során az oxigénfelvétel lineárisan változik a terhelés növekedésével addig. amíg a terhelés közepes intenzitású az egyén számára, majd a szervezet oxigén-igényét már nem lehet egyszerűen a légzésfrekvencia, illetve pulzusszám növelésével kielégíteni. A jelentős légzésfrekvencia növekedése mellett a volumen is, keringés esetében pedig a végdiasztolés térfogat is jelentősen nőni fog. Ekkor a görbe exponenciálisan emelkedik.

44. ábra: Az aerob-anaerob küszöb (AT) meghatározása az oxigén-felvétel görbéje alapján.

6.7. A legismertebb protokollok jellemzése (Bruce, Astrand, Cooper stb.)

A legkorábban leírt és standardizált protokoll Robert A. Bruce nevéhez köthető. 1949-ben közölte az első közleményt, amelyben a terheléses protokoll leírása és annak szerepe a diagnosztikában olvasható. Ekkor még egyetlen sebességen, a dőlésszögek változtatása nélkül terhelték az egészséges és beteg embereket 10 percig. A terhelés közben már elvezetések segítségével folyamatosan figyelték a vizsgálati személyek EKG változását, valamint a légzési paramétereket (légcsere és gázcsere vizsgálata is) percenként elemezték. Azt a terheléses protokollt, amelyet ma is ismerünk, s amelyben a futószalag sebessége és dőlésszöge is 3 percenként változik, 1963-ban tette közzé (12. táblázat). A terhelés vita maxima, amelyet azóta annyiban változtattak, hogy a futószalag kezdő sebességét és dőlésszögét alacsonyabb szintről indítják, hogy betegek, átlagemberek, beleértve az időseket is, valamint sportolók vizsgálatára is alkalmas legyen. Ezt módosított Bruce protokollként ismerjük, s az egyik leggyakrabban használt terheléses vizsgálat ma is. Bruce sok évig tartó és részletes munkájának köszönhető a terhelés hatására kialakuló keringési és légzőrendszeri változások jellemzése, monitorozása, valamint a VO2max becslése és mérése is.

Szintek Dőlésszög Sebesség MET
1 10 2.7 5
2 12 4.0 7
3 14 5.4 10
4 16 6.7 13
5 18 8.0 15
6 20 8.8 18
7 22 9.6 20

12. táblázat: A Bruce protokoll paraméterei

Közzétettek képleteket is a VO2max becslésére, ha a terhelés közben nem tudjuk mérni a gázcserét. Ebben az esetben a futószalagon eltöltött idő ismeretére van szükség. Az egyik legismertebb formula:

VO2max (ml/kg/min) = 14.76 - (1.379 × T) + (0.451 × T2) - (0.012 × T3)

T: terhelési idő, pl. 8 min 30s a képletbe helyettesítve 8,5 (ACSM's Health-Related Physical Fitness Assessment Manual)

Külön formulák léteznek a VO2max becslésére nemre, korosztályokra vonatkoztatva is.

Astrand-teszt

Kerékpár- vagy futószalag-ergométer segítségével becsüljük meg a relatív aerob kapacitást. A kezdősebesség 8,05 km/h. 3 percenként 2,5%-al emeljük a dőlésszöget, a sebesség azonban nem változik a terhelés során. A teszt addig tart, amíg a vizsgált személy tartani képes a megadott sebességet. A vizsgálat értékelése:

Fontos feljegyeznünk a teljesítés idejét (min, s). Ennek ismeretében a következő képlettel számolunk:

VO2max = (Idő x 1,444) + 14,99 (ml/kg/min)

A Cooper Intézet standardjai a Balke teszt alapján készültek (13. táblázat), amely valódi vita maxima terhelés. Hátránya, hogy sokkal hosszabb ideig tart, mint a többi terheléses teszt. A férfiak és nők eltérő protokoll szerint végzik a felmérést. A futószalag sebessége nem változik, csak a dőlésszöget változtatják. A HR vizsgálata és az EKG követése a protokollok része.

Nem Sebesség
(km/h) 		Dőlésszög
(%) 		Időintervallum
(min)
Férfi 5,6 0 1
5,6 2 1
5,6 3 1
5,6 4 1 *
Nő 3,0 mph 0 1
3,0 2,5 3
3,0 5 3 *

13. táblázat: A Balke-teszt protokollja

A Balke-féle protokoll férfiak esetén minden további percben 1%-os dőlésszög változás, nők esetében 2,5%-os változás 3 percenként teljes kimerülésig.

A terheléshez nem használnak spirométert a VO2max becslésére a következő képleteket használják:

Férfiak: VO2 max = 1.444 (Idő) + 14.99 [Pollock et al., 1976)
Nők: VO2 max = 1.38 (Idő) + 5.22 [Pollock et al., 1982)

Idő: terhelés ideje percben, tizedessel megadott másodperccel (ld. Bruce protokoll számításánál).

Gyermekeknek (10-14 év) egy módosított Balke protokollt fejlesztettek ki Marinov és munkatársai (14. táblázat, 2000). Előnye, hogy nem kell szimptóma limitált terhelést elviselniük a gyermekeknek, nem tart nagyon sokáig, s mégis megbízható a VO2max mérését illetően. Valójában egy ramp protokoll, de csak a futópad dőlésszöge változik a terhelés során, a sebesség állandó marad. Meg kell jegyezni, hogy a mért VO2max elmarad a Bruce protokollal mért értékektől.

Sebesség
(km/h) 		Dőlésszög
(%) 		Időintervallum
(min)
5,6 6 1
5,6 8 1
5,6 10 1
5,6 12 1
5,6 14 1
5,6 16 1
5,6 18 1
5,6 20 1
5,6 22 1

14. táblázat: A gyermekekhez módosított Balke-protokoll (Marinov és mtasai, 2000)

6.8. A terheléses vizsgálatok során nyert adatok értelmezése, edzéselméleti jelentősége

A fentiekben láttuk, hogy az aerob kapacitást a GAC és a LAC rendszer működése fogja meghatározni (6.5. fejezet), ami a teljesítmény egyik legfontosabb meghatározója az állóképességi sportoknál, ezért nem mellékes, hogy a fiatal sportolók aerob kapacitása meddig fejleszthető, vannak-e még tartalékok az aerob rendszerben. Ennek kiderítésére is alkalmazzák a terheléses vizsgálatokat. A sportolókat az utóbbi időben tapasztalt teljesítményük, valamint a terheléses vizsgálat során mért értékek alapján csoportokba sorolták, amelyek a következők:

  • nagy teljesítmény, alacsony energia-befektetés
  • alacsony teljesítmény, alacsony energia-befektetés
  • nagy teljesítmény, nagy energia-befektetés
  • alacsony teljesítmény, nagy energia-befektetés

A négy csoport különböző szintű teljesítmény tartalékokkal rendelkezik. Az első esetben még nagy tartalékokkal rendelkezik a sportoló, a másodikban még lehetséges a tartalékok mozgósítása, a harmadik esetben már szinte teljesen kihasználtuk az élettani lehetőségeket, az utolsó esetben nagyon alacsony élettani tartalékokkal rendelkezik a sportoló (Szögy, 1989). A GAC a maximális oxigén pulzus alapján becsült érték általában. Az energia-befektetés és a tartalékok viszonyát a nyugalmi pulzus alapján becsülik. (Ne felejtsük el, hogy létezik a pulzus-tartalék becslése, amely a munkapulzus maximuma és a várható maximális pulzus közötti különbség.) A LAC becslésére a VO2max, a maximális oxigénfelvevő képesség. használatos. Ezt egészítik ki a 4 mmol/l-es vértejsav-szint mérésekor tapasztalható pulzusértékkel. Ennek alapján elmondható, hogy a sportoló jövőbeni teljesítménye a LAC függvénye (Szögy és mtsai, 1989). A teljesítőképesség alapvetően a kapillarizáltság fokozásával, a mioglobin/hemoglobin mennyiségével, valamint az enzimrendszer fejlesztésével érhető el. A GAC-t befolyásolja a genetikai háttér, így a szív mérete, a maximális pulzusszám stb.

Nagyon pontos információk nyerhetők a vizsgált személy anaerob kapacitását illetően is. Az RQ ismeretében időben is vizsgálható az anaerob kapacitás, az RQ maximális értéke pedig az egyén hipoxia-tűrő képességéről is ad információt. Mivel a modern spiroergometriai rendszerek a folyamatos HR monitorozás mellett az EKG változásait is azonnal mutatják, nagyon pontos információk nyerhetők a szív morfológiai és működési paramétereit illetően. Ha megfelelő ergométert választunk a vizsgált személy számára, akkor az izom teljesítménye is mérhető. Mivel vita maxima vizsgálatokat végzünk, amelyek nagyon nagy terhelést jelentenek a szervezet számára, csak megfelelő feladatorientáltság és esetleges diszkomfort tűrés mellett lehetséges a maximális teljesítőképesség mérése. Így a vizsgált személy tűrőképessége, pszichés állapota is megfigyelhető. Előfordul, hogy a spiro-ergometriás vizsgálattal párhuzamosan reakció-idő vizsgálatokat is végeztetnek sportolókkal. Ebben az esetben az idegrendszer aktuális állapota, fáradékonysága is vizsgálható. Összességében tehát nagyon fontos adatok nyerhetők a keringés, a légzés aktuális állapotáról, az izom teljesítőképességéről, enzimrendszereiről, az idegrendszer aktuális állapotáról, tehát a kondíciót meghatározó tényezők többségéről. Ennek köszönhető, hogy a gyógyászatban is (pulmonológia, kardiológia), s a gyakorlatban a sport különböző szintjein is az egyik legkedveltebb diagnosztikai módszer.

Ellenőrző kérdések:

  1. Melyek a terheléses vizsgálatok alapelvei?
  2. Milyen ergométereket alkalmaznak leggyakrabban a terheléses vizsgálatok során?
  3. Mi a vita maxima terhelés?
  4. Mit jelent az aerob kapacitás, hogyan mérjük?
  5. Mire utalnak a pulzusmonitorokkal mérhető frekvencia-változások?
  6. Mi a GAC és LAC, melyek utal az edzettségre?
  7. Hogyan változik a relVO2max az életkor előre haladtával?
  8. Milyen terheléses protokollokat alkalmaznak leggyakrabban az edzettség meghatározására?
  9. Mit jelent a ramp protokoll?
  10. Mi az AT, hogyan mérjük?
  11. Mi az O2-pulzus?
  12. Mi az arterio-venosus oxigénkülönbség?
  13. Mi az RQ, mi a jelentősége az edzettség meghatározásakor?
« Előző fejezet Tartalomjegyzék Következő fejezet »

Események

Jelenleg nincs aktuális esemény.

További események... »

Ajánló

A pályázat egyetemi oldala

Sporttudományi és Testnevelési Intézet

Sportközpont

TTK Tanulmányi Osztály

Szentágothai János Szakkollégium

Botanikus Kert

BTK-TTK Könyvtár

Egyetemi Könyvtár

Nyitott Egyetem

Táncoló Egyetem

Univ Pécs

TTK meteorológiai állomás