Osrednja tema – Srce in ekstremni šport
V letošnjem in prejšnjih letih smo na dirki Tour de France in drugih tekmovanjih občudovali izjemne sposobnosti kolesarja Tadeja Pogačarja in drugih vrhunskih kolesarjev. Ob tem smo se spraševali, kako je mogoče, da človeško telo zmore tako ekstremne fizične napore, ki v vseh pogledih presegajo t. i. normalna območja delovanja človeškega organizma.
Na osnovi novih spoznanj športne kardiologije in drugih področij medicine športa bomo poskušali opredeliti delovanje človeškega organizma v ekstremnih pogojih, kakršnim so vrhunski kolesarji izpostavljeni med tekmovanji. Skušali bomo pojasniti, na kakšen način je danes s sodobnimi metodami mogoče spremljati fiziologijo takšnih obremenitev ter kako se pridobljene ugotovitve uporabljajo v praksi pri vrhunskih športnih tekmovanjih. Uporabili bomo podatke, ki so za ekstremne športnike dostopni v strokovni literaturi, ter jih primerjali s podatki rekreativcev in oseb, ki so zmerno ali zelo malo telesno dejavne. Podatki o fizioloških značilnostih Tadeja Pogačarja niso javno dostopni. Vendar pa lahko glede na njegove izjemne športne rezultate in način, kako jih dosega – na primer pri dolgotrajni vožnji v strm klanec – o njegovih fizioloških sposobnostih marsikaj sklepamo. Za doseženimi rezultati stoji številna strokovna ekipa, ki vsakodnevno zelo natančno spremlja potek tekmovanja in tekmovalca sproti usmerja. Ekipo sestavljajo zdravniki specialisti različnih strok, ki jo vodi glavni in odgovorni zdravnik, ter kardiologi, travmatologi, nutricionisti, fiziatri, maserji, psihologi in številni drugi strokovnjaki. Nič ni prepuščeno naključju. Rezultati spremljanja in njihova praktična uporaba so tako pomembni, da lahko vplivajo tudi na sekunde, ki odločajo o končnem rezultatu. Občasne poglobljene teste izvajajo v posebnih laboratorijih, opremljenih z najsodobnejšo opremo za funkcionalno testiranje. Ta omogoča natančno spremljanje sprememb in primerjavo izmerjenih parametrov s prejšnjimi stanji. Ekipe pri svojem delu uporabljajo tudi umetno inteligenco. Tako ima ekipa UAE Team Emirates lastno podatkovno bazo z umetno inteligenco Anna, ki uporablja strojno učenje ter napredno analizo in obdelavo podatkov za optimizacijo treninga, tekmovalne taktike in regeneracije. Opisali bomo spremljanje najpogostejših parametrov, pri čemer nekatere med njimi spremljajo tudi vsakodnevno. Številne meritve, ki jih bomo omenili, rutinsko izvajamo tudi pri vsakodnevnem delu v Laboratoriju za neinvazivno kardiološko diagnostiko Klinike Doktor 24.
Aerobna kapaciteta
Aerobna kapaciteta pomeni največjo sposobnost telesa, da med dolgotrajnim naporom sprejme kisik v pljuča in ga nato s krvjo prenese do mišic.
Kisik se nato v posebnih strukturah znotraj mišičnih celic, imenovanih mitohondriji, uporablja za tvorbo posebne energetske substance – ATP (adenozin trifosfat), ki je ključna za mišično delo oziroma krčenje mišičnih celic.
Aerobno kapaciteto najpogosteje izražamo kot VO₂max – največjo porabo kisika, izraženo v mililitrih na kilogram telesne mase na minuto (ml/kg/min).
Določamo jo lahko posredno, s pomočjo tabel pri obremenitvenem testiranju, ali neposredno z merjenjem vnosa in porabe kisika med obremenitvijo z uporabo obrazne maske (spiroergometrija).
Povprečen odrasel človek ima aerobno kapaciteto približno 30–45 ml/kg/min, dobro pripravljen športnik 55–70 ml/kg/min, vrhunski kolesar pa 75–90 ml/kg/min.
Večja aerobna kapaciteta pomeni, da lahko človek dlje časa vzdržuje visoko intenzivnost telesne obremenitve brez hitrega nastopa utrujenosti. Odvisna je od delovanja srca, krvne slike, pljuč, telesne mase, genetike in stopnje telesne treniranosti.
Pogačarjeva aerobna kapaciteta je verjetno med najvišjimi, kar so jih ocenili pri vrhunskih kolesarjih. Njegov VO₂max je ocenjen na približno 90–100 ml/kg/min. Pogačarjeva telesna masa naj bi bila 66 kg, kar bi pri VO₂max 95 ml/kg/min pomenilo približno 6,3 litra porabljenega kisika na minuto.
Vrhunski kolesarji imajo običajno VO₂max med 75 in 88 ml/kg/min, dobro pripravljeni rekreativci pa približno 45–60 ml/kg/min.
Navedene vrednosti za Pogačarja so izračunane na osnovi hitrosti vožnje v strm klanec, ocenjene moči, telesne mase in drugih podatkov. Kolesar z nižjim VO₂max je teoretično manj zmogljiv od Pogačarja. Čeprav je razlika lahko majhna, se lahko pomembno izrazi pri dolgotrajnih vožnjah s številnimi vzponi.
Aerobno kapaciteto rutinsko določamo tudi v našem laboratoriju pri obremenitvenem testiranju. Določitev je še posebej pomembna po določenih obolenjih srca. Če bolnik ne doseže statistično predvidene aerobne kapacitete glede na spol in starost, govorimo o t. i. izgubi aerobne kapacitete, ki jo opredelimo v odstotkih kot blago, zmerno ali hudo.
Izračun aerobne kapacitete je zelo pomemben tudi pri delu invalidskih komisij, predvsem pri kategoriziranju in oceni telesne okvare po določenih obolenjih.
Razmerje med močjo in mišično maso
Enota za moč je watt (W), ki pove, kako hitro se opravi delo oziroma porablja ali proizvaja energija. Natančna fizikalna razlaga presega raven tega članka, vendar podajamo osnovne vrednosti vatov za različne ravni kolesarjenja.
Tako je 100 W pri lahkotnem kolesarjenju, 200 W pri zmerno do intenzivnem in 400 W ob zelo velikem naporu.
Pogačar je sposoben na najbolj strmem klancu nenadoma razviti moč 1000 W in jo vzdrževati, tako da je njegov VO₂max še vedno približno 90–100 ml/kg/min, kar mu omogoči, da nenadoma pridobi prednost ob še vedno visoki in nezmanjšani aerobni kapaciteti. Za večino kolesarjev je tak nenaden porast energije na hudem klancu po celodnevnem kolesarjenju (letos tudi ob zelo hudi vročini) tik pred ciljem nedosegljiv.
Pomembno je razmerje med močjo in telesno (ne mišično) maso.
Označujemo ga z W/kg. Razmerje pove, koliko moči lahko športnik razvije glede na vsak kilogram telesne teže. Ekstremni kolesarji razvijejo več moči na kilogram telesne teže. Ob enaki teži razvije rekreativec 3 W/kg, vrhunski tekmovalec 5 W/kg, Pogačar pa tudi do 6 W/kg telesne mase.
Pogačar torej lahko nenadoma poveča moč na 1000 W in ima še vedno ugodno razmerje med W in telesno težo ob nespremenjeni aerobni kapaciteti. To pomeni, da še vedno dovaja v mišične celice dovolj kisika.
Če težji tekmovalec razvije več moči (W) in nima ugodnega razmerja med doseženo močjo in telesno težo, je na slabšem od tekmovalca, ki ima manjšo težo in tudi doseže manj moči, vendar ima ugodnejše razmerje med močjo in telesno težo. Pogačarju bi lahko konkuriral tekmovalec, ki ima manjšo težo, razvije enako moč in ima zato ugodnejše razmerje med močjo (W) in telesno težo.
Pri Pogačarju je izjemna predvsem kombinacija: relativno majhna telesna teža, zelo velika aerobna kapaciteta, velika absolutna moč in možnost še večjega nenadnega dviga ravni moči, kar je pomembno pri premagovanju klancev.
Izjemno pomembno je ustrezno okrevanje oziroma t. i. regeneracija, kar bomo posebej opredelili.
Metabolizem v mišičnih celicah
Metabolizem je v mišični celici zelo kompleksen, poudarili bomo le nekaj ključnih dogajanj.
Mišična celica potrebuje za svoje delo glukozo, ki jo dobi iz krvi. V mišičnih celicah se nahaja tudi zaloga glukoze v obliki glikogena. Glikogen se tvori tudi v jetrih, vendar mišice za svoje delovanje glukoze iz tega glikogena ne uporabljajo. Glikogen nastane predvsem z vnosom ogljikovih hidratov, kar je pomembno pri prehrani tekmovalcev.
Mišica torej dobi glukozo iz krvi in iz glikogena, po potrebi tudi iz maščob. Glukoza je gorivo, glikogen pa zaloga glukoze.
Končni cilj metabolizma v mišicah je tvorba energetske substance ATP. Razgradnja glukoze do ATP poteka večinoma ob zadostni količini kisika. Pot preko glikogena je zelo hitra, ni toliko odvisna od kisika in je pomembna pri zelo velikem in hitrem naporu.
Glukoza se v mišicah iz glikogena do ATP spremeni (metabolizira) najprej v mlečno kislino in zelo hitro v piruvat ter nato v laktat, ki omogoči tvorbo ATP.
Sliko dogajanja smo opisali nekoliko bolj poglobljeno, predvsem zaradi razumevanja tvorbe laktata.
Bolečina v mišicah, ki jo čutimo naslednji dan po večjem fizičnem naporu (»muskelfiber«), ni posledica povečane količine mlečne kisline v mišicah (kot se zelo pogosto govori), saj se ta takoj pretvarja v piruvat in nato v laktat, ki pa ne povzroča bolečin v mišicah in se po naporu zelo hitro odstrani iz krvi (približno v eni uri).
Omenjeno bolečino dan po velikem naporu povzročajo mikroskopske poškodbe mišičnih vlaken in ustrezen vnetni odziv, ne pa mlečna kislina, piruvat in druge substance. Pekoč občutek v mišicah med samim fizičnim naporom je povezan z zakisanjem in kopičenjem vodikovih ionov ter v mirovanju takoj popusti.
Laktatni prag
Kot rečeno, se glukoza lahko pretvori v laktat, zlasti ko mišice med intenzivnim naporom zelo hitro potrebujejo energijo. Pri lahkem in zmernem naporu se laktat sproti lahko ponovno uporabi za tvorbo glukoze. Zato je njegova koncentracija v telesu nizka. Ko intenzivnost fizičnega napora naraste, ga mišice proizvajajo hitreje, kot ga telo lahko odstrani ali uporabi – takrat nastopi t. i. laktatni prag.
Laktatni prag se torej pojavi, ko je dotok kisika zmanjšan, metabolizem pa preide iz aerobne faze v anaerobno (anaerobni prag).
Ko športnik prekorači laktatni prag, se lahko pojavijo naraščajoča utrujenost, pekoč občutek v mišicah, težke, manj odzivne noge, zmanjšanje mišične moči, globoko dihanje, še bolj pospešen srčni utrip, slaba koordinacija, slabost in omotica.
Športnik naleti na t. i. »laktatni zid«.
Dobro pripravljen športnik lahko vedno ohranja stabilno raven laktata. Tik nad laktatnim pragom lahko dobro pripravljen kolesar zdrži približno 20–60 minut, pri precej višji intenzivnosti pa le nekaj minut. Ko moč zmanjšamo, se laktat hitreje porabi in težave popustijo.
Vrhunski športnik mora zelo dobro odmerjati maksimalni tempo, da je omenjeni metabolizem učinkovit in neboleč ter še vedno daleč od »laktatnega zida«.
Verjetno sedaj lažje razumemo, zakaj se kolesarji neposredno po koncu etape takoj ustrezno hidrirajo in nekaj časa vrtijo kolo z zmanjšanim tempom. Tak pristop omogoča znižanje ravni laktata v procesu regeneracije po naporu.
Kako je s kisikom in hemoglobinom?
Zrak pride do pljučnih mešičkov, kjer kisik prehaja v kri in se veže na železo v hemoglobinu. Običajna zasičenost hemoglobina s kisikom je 95–99 %. Pri Pogačarju ni ključno samo, koliko kisika vstopi v pljuča, ampak kako hitro ga srce in kri dostavita v mišice. Posamezna molekula hemoglobina veže kisik pri vseh ljudeh enako.
Sklepamo lahko, da ima Tadej Pogačar veliko skupno maso hemoglobina in eritrocitov. Omenili smo, da ima velik minutni volumen krvi, kar pomeni, da srce prečrpa veliko količino krvi na minuto (tudi do 40 l/min). Normalni minutni volumen krvi je 4–8 l/min, večinoma okoli 5 l/min. Verjetno je v mišičnih celicah bistveno večje število delcev (mitohondrijev), ki tvorijo s kisikom in glukozo osnovno energetsko substanco – ATP. Poleg tega je povečano odstranjevanje kisika iz krvi. Tak hemoglobin zmore več ob velikem minutnem volumnu srca in učinkoviti uporabi kisika v mišicah.
Športno srce
Je oznaka za srce, ki nastane po dolgotrajnem fizičnem naporu. Pojavijo se lahko dolgotrajne fiziološke in morfološke spremembe, ki pa ne predstavljajo bolezni.
Srčne votline, zlasti levi prekat, so večje. Stene srca, zlasti levega prekata, so blago zadebeljene. Ko se srce stisne (faza sistole), požene kri v aorto in naprej. Ta volumen krvi imenujemo utripni volumen in je običajno 60–100 ml. Pri vrhunskem športniku je ta volumen v mirovanju 100–140 ml, pri velikem naporu pa 170–210 ml.
Količina krvi, ki jo požene srce v aorto v eni minuti (minutni volumen), je normalno 4–8 l/min. Pri maksimalnem naporu naraste na 35–40 l/min.
Pred krčenjem (sistola) se levi prekat polni s krvjo z določeno hitrostjo in pod določenim pritiskom. Pri športnikih se levi prekat srca hitreje polni ob še vedno normalnem vtočnem tlaku. Ob polnjenju se stene prekata sprostijo (faza polnitve ali diastola). Opisano dogajanje lahko natančno izmerimo z UZ-preiskavo srca.
Ko se srce skrči, požene določen volumen krvi v krvni obtok, del krvi pa še vedno ostane v levem prekatu. Manj ko ostane krvi v levem prekatu pri enem utripu, tem bolj je to ugodno. Pravimo, da ima srce dobro ejekcijsko frakcijo, ki je pri športnikih bistveno večja kot pri ostalih.
Frekvenca srca je v mirovanju normalno 60–80/min. Pri športniku je nižja, 42–43/min. Najvišja naraste na 203/min, pri Pogačarju so že kot mladincu opisovali frekvenco 213/min. Vrhunski športnik doseže maksimalni minutni volumen krvi z velikim utripnim volumnom, ki se nato povečuje z naraščanjem srčne frekvence.
Pri športnem srcu ugotavljamo hitrejše zniževanje srčne frekvence na normalno vrednost po obremenitvi.
Variabilnost srčne frekvence
Je eden od najpomembnejših parametrov za oceno stanja regeneracije po večjem fizičnem naporu, ki ga merijo vsak dan pred kolesarsko tekmo.
V srcu so posebne celice, ki lahko spontano, torej neodvisno od naše volje, povzročajo utripanje in vzdržujejo določen ritem. Poleg tega avtomatičnega mehanizma na srce vpliva tudi poseben živčni sistem (avtonomni, imenovan tudi vegetativni). Ta sistem ima dva dela. En del pospešuje srčno frekvenco in krepi moč srca (simpatični sistem). Drugi del deluje nasprotno, upočasnjuje srčno frekvenco in zmanjšuje moč srca (parasimpatični sistem).
Pri zdravem človeku v mirovanju prevladuje aktivnost zaviralnega sistema (parasimpatikus), ki na ta način deluje zaščitno pri pretirani in nepotrebno povečani aktivnosti srca. Oba sistema sta vedno v nekakšnem ravnovesju. Vpliv enega in drugega lahko opišemo z variabilnostjo srčne frekvence, ki jo ugotavljamo tudi v našem Laboratoriju za neinvazivno kardiološko dejavnost ob snemanju 24-urnega EKG-ja (Holterjevo monitoriranje).
Zdravo srce utripa z normalnim, na videz enakomernim ritmom, ki ga imenujemo sinusni ritem. Natančen pregled EKG-ja pokaže, da se časovna doba med srčnimi utripi spreminja za nekaj milisekund, kar na zapisu EKG-ja zelo težko zaznamo s prostim očesom. Neprestano spreminjanje časovne dolžine med posameznimi srčnimi utripi imenujemo variabilnost srčne frekvence. Ta je odraz delovanja obeh omenjenih živčnih sistemov, torej zaviralnega in pospeševalnega. Povečano delovanje zaviralnega sistema povečuje variabilnost srčne frekvence, kar pomeni, da se čas med posameznima utripoma stalno spreminja in ga lahko merimo v milisekundah. Povečano delovanje pospeševalnega sistema variabilnost zmanjšuje ali jo celo odpravi, kar pomeni, da je čas med dvema srčnima utripoma ves čas enak. Z ugotavljanjem variabilnosti lahko vidimo, kateri sistem prevladuje, kateri deluje izraziteje, ali je njegovo delovanje zmanjšano, kdaj se eden od sistemov ponovno vzpostavi in podobno.
Ko je torej srčna frekvenca pospešena, prevladuje simpatični sistem, ko mirujemo, pa parasimpatični.
Osebe, ki se redno fizično aktivni imajo v mirovanju bolj izraženo parasimpatično aktivnost kot osebe, ki takih naporov ne izvajajo. Med aerobno vadbo srčna frekvenca naraste. V začetku obremenitve se srčna frekvenca poveča na račun zmanjšanja delovanja zaviralnega sistema, v nadaljevanju pa je posledica naraščanja delovanja pospeševalnega sistema. To se zgodi običajno pri frekvenci 100 in več. Ob maksimalnem naporu ni več delovanja zaviralnega sistema. Po prenehanju telesne aktivnosti se mora zaviralni sistem vrniti na izhodiščno raven, kar se dogaja različno hitro. Po kratkotrajni vadbi se to zgodi v 10–20 minutah. Po dolgotrajni vadbi pa šele po nekaj urah ali dneh. Pri treniranih športnikih se ravnovesje vzpostavi hitreje, pri slabše treniranih pa pozneje. Ko se zaviralni sistem (parasimpatikus) regenerira, je čedalje bolj izražena variabilnost srčne frekvence in lahko služi kot kazalnik dobre treniranosti in stanja regeneracije športnika, kar se pri tekmovalcih spremlja vsakodnevno.
Športniki imajo običajno višjo variabilnost, ker redna fizična aktivnost povečuje delovanje parasimpatikusa. Zaradi povečane aktivnosti zaviralnega sistema je srčna frekvenca nižja v mirovanju in se hitreje umiri po obremenitvi.
Kako je s funkcijo pljuč?
Vitalna kapaciteta pomeni največjo količino zraka, ki jo lahko človek izdihne po globokem vdihu, in je pri športniku večja. Pri odraslem je običajno 3–5 litrov. Pri tekmovalcu, kot je Pogačar, je okoli 5–7 litrov. Tekmovalci torej nimajo močno povečanih pljuč, kot se pogosto misli. Odločilnejši so velik minutni volumen srca, dobra vezava in prenos kisika, izjemno dobra prekrvavitev mišic, izjemna aerobna kapaciteta, odlično razmerje med močjo in telesno maso ter učinkovita uporaba kisika v mišicah.
Vrhunski kolesarji imajo zelo vzdržljive dihalne mišice in še posebej trebušno prepono, zato lahko med naporom ventilacija doseže 150–200 l zraka na minuto.
Regeneracija
Na tekmovanju, kot je Tour de France, je čas za regeneracijo med dvema etapama zelo kratek in temu se zelo natančno posvečajo. Verjetno regeneracija ni popolna, vendar je še vedno v območju, ki zagotavlja uspešno nadaljevanje tekmovanja. Stanje nepopolne regeneracije se iz dneva v dan povečuje.
Variabilnost srčne frekvence merijo vsak dan po prebujanju. Glede na njeno stanje tekmovalci prilagodijo tempo tekmovanja za tisti dan.
Glede na dosežke Pogačarja, kakšen vtis utrujenosti daje na cilju in kako deluje naslednji dan pred začetkom tekme, lahko sklepamo, da je njegova regeneracija več kot odlična.
Za dobro regeneracijo so po tekmi potrebni ustrezna hidracija, natančno nadzorovana prehrana, masaže in predvsem počitek z zadostnim številom ur kakovostnega spanca. Zato je težko razumljivo bujenje Pogačarja in ostalih sredi noči zaradi dopinške kontrole.
V fazi regeneracije se laktat popolnoma normalizira, tudi mikroskopske poškodbe mišičnih celic se popravijo, kar preprečuje bolečine v mišicah naslednji dan.
Genetika
Je vsekakor zelo pomembna, čeprav genetski profili športnikov niso javno objavljeni. Znani so številni geni, ki vplivajo na zelo visoko aerobno zmogljivost in učinkovito delovanje mišičnih celic, ki tvorijo že omenjeni ATP. Dedna je tudi sestava mišičnih vlaken, odlična presnova laktata, sposobnost regeneracije po naporu ter ugodno razmerje med telesno maso in močjo. Tadej Pogačar ima verjetno izjemno ugodno kombinacijo številnih genov, vendar je genetika samo temelj.
Za uspeh vrhunskega športnika so torej pomembni tako genetika kot dolgotrajen trening, prehrana, nizka telesna masa, odlična aerobna kapaciteta, metabolizem laktata, odlično razmerje med močjo in telesno maso, odlično delovanje športnega srca, odlična variabilnost srčne frekvence, odlično delovanje drugih organskih sistemov, regeneracija, psihična stabilnost, tekmovalna taktika, modrost odločanja in vrhunska ekipa strokovnjakov z vso potrebno logistiko.
Zaključek
V besedilu smo opredelili predvsem kardiovaskularni sistem pri ekstremnih športnikih, kot je naš neverjetni Tadej Pogačar. Njegovi funkcionalni podatki o srcu in drugih organih javno niso dostopni. Vendar lahko na podlagi navedenih podatkov v članku sklepamo na izreden organizem, ki je sposoben izvajati ekstremne fizične napore.
prim. Risto Angelski, dr. med., specialist interne medicine, specialist kardiologije in vaskularne medicine
