Fiziologiniai pokyčiai ir moksliškai pagrįstos tempo korekcijos esant dideliam karščiui ir drėgmei

Termoreguliaciniai reikalavimai ir submaksimali metabolinė kaina

Ištvermės bėgimo metu griaučių raumenų efektyvumas nulemia, kad kiekvienam mechaninio darbo vatui, perduodamam į žemę, sugeneruojami maždaug 4 vatai metabolinės šilumos [25]. Vidutinio klimato aplinkoje perteklinė šiluminė energija išsklaidoma daugiausia per konvekcinį oro srautą ir prakaito garavimą. Tačiau kylant aplinkos temperatūrai ir drėgmei, vandens garų slėgio gradientas tarp odos ir supančios atmosferos sumažėja, o tai smarkiai apsunkina šilumos atidavimą garavimo būdu [2, 25].

Prakaitavimo efektyvumas – išskirto prakaito dalis, kuri iš tikrųjų išgaruoja, o ne nulaša nuo odos – sumažėja nuo maždaug 50 % mažo drėgnumo aplinkoje iki vos 16 % esant dideliam drėgnumui [2]. Šis prakaitavimo efektyvumo sumažėjimas dviem trečdaliais apriboja vėsinimo pajėgumą, todėl generuojama mechaninė galia nevalingai sumažėja iki 15 %, esant tai pačiai sausojo termometro temperatūrai [2].

Submaksimalus deguonies suvartojimas (VO2) ir bėgimo ekonomiškumas (RE) apibūdina energijos sąnaudas, reikalingas tam tikram greičiui palaikyti [1, 4]. Standartiniai protokolai matuoja RE submaksimalaus bėgimo metu (dažnai standartizuojama iki 16 km/h arba greičio, mažesnio už laktato slenkstį), esant bazinei kraujo laktato koncentracijai ir kvėpavimo apykaitos koeficientui (RER) < 1,0, pateikiant vertes, perskaičiuotas kūno masei (ml/kg/min arba ml/kg/km) arba alometriškai perskaičiuotas į BM^0,75 [1, 4]. Nors biomechaniniai parametrai, įskaitant kontakto su žeme laiką, vertikalų poslinkį, stabdymo jėgas ir Achilo sausgyslės elastinį atoveikį, paaiškina daugiau nei 50 % bėgimo ekonomiškumo dispersijos [1, 6], nelokomotoriniams fiziologiniams procesams taip pat reikia daug deguonies [6]. Vien kvėpavimo darbas intensyvaus fizinio krūvio metu sudaro iki 7 % viso VO2 [6]. Esant didelei terminei įtampai, papildomas deguonis ir kraujotaka turi būti nukreipti hiperventiliacijai ir odos kraujotakai palaikyti, o tai keičia sisteminę metabolinę kainą ir efektyvumą [6, 21].

Širdies ir kraujagyslių sistemos dreifas bei slenksčių erozija

Siekdama išlaikyti homeostatinę vidinę kūno temperatūrą, kai garuojamasis vėsinimas tampa neefektyvus, autonominė nervų sistema inicijuoja ženklią periferinę vazodilataciją, nukreipdama net iki 7–8 l/min širdies minutinio tūrio į odos kraujagyslių tinklą [21]. Kartu ilgai trunkantis prakaitavimas sekina intravaskulinį tūrį ir lemia 10–15 % plazmos tūrio sumažėjimą [25]. Maždaug 4 % kūno masės netekimas dėl dehidratacijos sumažina sistolinį tūrį apytiksliai 21 % ir bendrą širdies minutinį tūrį 13 % fizinio krūvio karštyje metu [21].

Ši sąveika sukelia širdies ir kraujagyslių sistemos dreifą: širdies susitraukimų dažnis (ŠSD) progresyviai kyla, kad kompensuotų mažėjantį sistolinį tūrį ir palaikytų širdies minutinį tūrį [21, 25]. Nors nepavojingas širdies ir kraujagyslių sistemos dreifas vidutinio klimato sąlygomis pasireiškia standartiniu 10–15 k/min ŠSD padidėjimu ilgai bėgant be kvėpavimo dažnio ar kalorijų sąnaudų kilimo [24, 25], ekstremalus karštis ir dehidratacija pagreitina dreifą 20–30 k/min esant fiksuotam mechaniniam krūviui [25]. Bėgant karštyje, ŠSD esant fiksuotam tempui padidėja maždaug 1 k/min kiekvienam 1 °C, kuriuo drėgnojo termometro rutulio temperatūra (WBGT) viršija 15 °C [22].

Širdies ir kraujagyslių sistemos dreifas terminio streso metu yra ne tik kraujo tūrio persiskirstymas; jis taip pat atspindi giluminius metabolinius pokyčius [25]. Užsitęsęs krūvis, siekiantis 90 % pirmojo ventiliacinio slenksčio (VT1), per 2,5 valandos trukmę gali sumažinti VT1 galią vidutiniškai 10 % (nuo 1 W iki 45 W) [25]. Nepavojingo dreifo metu minutinė ventiliacija išlieka stabili, o kvėpavimo dažnis padidėja ~16 % ir kvėpuojamasis tūris sumažėja ~16 %; tačiau kartu su dehidratacija, viršijančia 2 % kūno masės netekimą, tikrasis metabolinis nuovargis spartėja [25].

Aplinkos slenksčiai ir neigiamas poveikis rezultatams

Ištvermės rezultatus lemia aplinkos terminiai parametrai [10]. „World Athletics“ varžybų gairėse terminis stresas pagal WBGT skirstomas į penkias kategorijas: šalta / vėsu (<=10,0 °C), neutralu (10,1 °C–18,0 °C), vidutinis karštis (18,1 °C–23,0 °C), didelis karštis (23,1 °C–28,0 °C) ir ekstremalus karštis (>28,0 °C) [10].

Pataisyti didelės imties modeliai, apimantys 1 258 ištvermės varžybas ir 7 867 sportininkus, parodė, kad optimalios sąlygos ištvermės bėgimui yra tarp 7,5 °C ir 15,0 °C WBGT (arba 10,0 °C–17,5 °C sausojo termometro oro temperatūros) [10]. Už šio optimalaus diapazono ribų ištvermės rezultatai prastėja 0,3–0,4 % kiekvienam WBGT padidėjimui 1 °C [10]. Statistiniuose mašininio mokymosi modeliuose (R^2 = 0,21–0,58) oro temperatūra pasižymi didžiausia individualia kintamojo svarba (40 %), tačiau vien WBGT suteikia didesnę prognostinę galią (R^2 = 0,11–0,47) nei vien sausojo termometro temperatūra (R^2 = 0,04–0,34), nes integruoja aplinkos temperatūrą, drėgmę, vėjo greitį ir spindulinės šilumos apkrovą [10].

Pusiaujo maratono sąlygomis, pavyzdžiui, „Standard Chartered Singapore Marathon“, kiekvienas sausojo ir drėgnojo termometro temperatūros padidėjimas procentu pailgina galutinį finišo laiką atitinkamai 7,6 % ir 39,1 %, o vidutinei drėgnojo termometro temperatūrai pakilus 1,5 °C, finišo laikas pailgėja vidutiniškai 9,3 minutės (559 sekundėmis) [14].

Kelių dešimtmečių septynių pagrindinių maratonų analizėse finišo laikas nuosekliai lėtėjo didėjant WBGT kvartiliams: Q1 (5,1–10,0 °C), Q2 (10,1–15,0 °C), Q3 (15,1–20,0 °C) ir Q4 (20,1–25,0 °C) [15]. Greičiausi vyrų finišuotojai, palyginti su trasos rekordais, sulėtėjo 1,7 % Q1, 2,5 % Q2, 3,3 % Q3 ir 4,5 % Q4 [2, 15]. Greičiausios moterys finišuotojos demonstravo sulėtėjimą 3,2 % (Q1), 3,2 % (Q2), 3,8 % (Q3) ir 5,4 % (Q4) [15].

Labai svarbu tai, kad rezultatų prastėjimas tiesiogiai priklauso nuo finišo laiko trukmės ir bėgiko pajėgumo [15, 22]. Nors elito bėgikai praranda maždaug 0,9 % tempo kas 5 °C WBGT kilimo, vidutinio pajėgumo ir lėtesni bėgikai praranda apytiksliai 3,2 % kas 5 °C WBGT [22]. Šį didesnį deficitą visų pirma lemia tai, kad lėtesni bėgikai nuo pat pradžių palaiko mažesnį greitį, o ne patiria didesnį sulėtėjimą distancijos metu; prie to prisideda ir ilgesnis bendras aplinkos poveikio laikas bei mažiau palankus kūno masės ir paviršiaus ploto santykis [15, 17, 22].

Moksliškai pagrįstos tempo korekcijos

Norėdami išlaikyti tikslinį fiziologinį krūvį, užuot forsavę mechaninę galią, kuri veda į ankstyvą hipertermiją, bėgikai privalo taikyti netiesines tempo korekcijas, pagrįstas rasos tašku arba WBGT [2, 11, 18]. Bėgimo galios algoritmai ir aplinkos modeliai atsižvelgia į faktinę aplinkos temperatūrą, santykinį drėgnumą ir aukštį virš jūros lygio, o ne į subjektyvius šilumos indeksus [12].

Empirinės rasos taško korekcijos kategorijos numato šiuos tikslinio tempo pakeitimus, palyginti su bėgimu vidutinio klimato sąlygomis [2, 11]:

• Žemiau 50 °F–55 °F (<12 °C): 0 % korekcija; nereikšmingas termoreguliacinis poveikis [2, 11].
• 55 °F–60 °F (13 °C–15 °C): 1 % tempo sumažinimas; pastebimos šiluminės pastangos [2, 11].
• 60 °F–65 °F (16 °C–18 °C): 2–3 % tempo sumažinimas; išmatuojamas aerobinis atsiejimas (angl. aerobic decoupling) ir širdies dreifas [2, 11].
• 65 °F–70 °F (18 °C–21 °C): 3–5 % tempo sumažinimas; pagreitėjęs širdies ir kraujagyslių sistemos dreifas ir sutrikęs prakaitavimo efektyvumas [2, 11].
• 70 °F–75 °F (21 °C–23 °C): 5–8 % tempo sumažinimas; didelė termoreguliacinė įtampa [2, 11].
• 75 °F–80 °F (23 °C–25 °C): 12–15 % tempo sumažinimas; didelė perkaitimo ligų rizika ir žymus rezultatų pablogėjimas [2, 11].

Šių prevencinių tempo korekcijų taikymas užtikrina, kad vidinis fiziologinis krūvis (tikslinės ŠSD zonos, laktato koncentracija kraujyje ir vidinės kūno temperatūros dinamika) išliks stabilus nepaisant padidėjusio išorinio terminio streso [18].

Aklimatizacija ir išankstinio vėsinimo priemonės

Aklimatizacijos protokolai modifikuoja vidinius šiluminius slenksčius, sumažindami būtinų tempo korekcijų mastą [7, 8, 18]. Sisteminė metaanalizė parodė, kad aklimatizacija karščiui reikšmingai pagerina ištvermės rezultatus kontroliniuose važiavimuose ar bėgimuose laikui (standartizuotas vidurkių skirtumas: 0,50) ir sumažina maksimalų fizinio krūvio ŠSD vidutiniškai 7 k/min [7].

Didžioji dalis termoreguliacinių adaptacijų – įskaitant išsiplėtusį kraujo plazmos tūrį, mažesnį ramybės ir krūvio ŠSD, pagerėjusią odos vazodilataciją bei padidėjusį prakaitavimo greitį – susiformuoja per 6–10 nepertraukiamo poveikio dienų, o visiškam ištvermės pajėgumo optimizavimui reikia iki 14 dienų [18]. Kontroliuojamo intensyvumo arba izoterminiai protokolai (kurių tikslinė Tc >= 38,5 °C) palaiko tinkamus adaptacinius stimulus gerėjant fizinei formai ir tolerancijai karščiui [18]. Protokolai, kuriuos sudaro vidutinio intensyvumo trumpos trukmės krūviai (30–35 min esant 75 % VO2max), sukelia panašias fiziologines adaptacijas kaip ir mažo intensyvumo ilgos trukmės protokolai (60 min esant 50 % VO2max) [18]. Be to, kasdienis fizinis krūvis iki visiško išsekimo esant 60 % VO2max 40 °C karštyje per 9–12 dienų prailgina darbo pajėgumą nuo 48 iki 80 minučių [18].

Keturios aktyvios aklimatizacijos karščiui savaitės (20 treniruočių po 60 min, esant tikslinei vidinei kūno temperatūrai 39,0 °C–40,0 °C ir WBGT 30 °C–36 °C) sukelia aiškius metabolinius poslinkius tarp ilgų nuotolių bėgikų [8]:

• Sumažina vidinę kūno temperatūrą po krūvio 0,4 °C (38,2 °C, palyginti su 38,6 °C) [8].
• Padidina VO2 ties pirmuoju ventiliaciniu slenksčiu (44,7, palyginti su 43,0 mL/min/kg) ir greitį ties VT1 (12,9, palyginti su 12,4 km/h) [8].
• Padidina VO2 ties antruoju ventiliaciniu slenksčiu (55,9, palyginti su 53,9 mL/min/kg) [8].
• Taupo glikogeną, ženkliai sumažindama angliavandenių oksidacijos greitį esant 75 % VO2max (2,5, palyginti su 3,1 g/min) ir 85 % VO2max (3,4, palyginti su 4,0 g/min) [8].

Sportininkams, kurie neturi galimybės atlikti aktyvių aklimatizacijos treniruočių karščio kamerose, pasyvus terminis poveikis (panirimas į karštą vandenį po treniruotės ar pirtis) gali paskatinti adaptacijas kartu išsaugant mechaninį treniruočių intensyvumą vidutinio klimato sąlygomis lauke [9]. Be to, ūmios išankstinio atvėsinimo strategijos – pavyzdžiui, ledo tirpsmo gėrimo (angl. ice slurry) ar šalto gėrimo vartojimas likus 30 minučių iki krūvio – sumažina pradinę vidinę kūno temperatūrą 0,4–0,7 °C, padidindamos šilumos kaupimo talpą prieš pasiekiant kritines hipertermines ribas [22].