Физиолошки промени и прилагодувања на темпото базирани на докази при висока топлина и влажност на воздухот

Терморегулациски побарувања и субмаксимален метаболички трошок

За време на трчање на издржливост, ефикасноста на скелетните мускули диктира дека приближно 4 вати метаболичка топлина се генерираат за секој 1 ват механичка работа испорачана на подлогата [25]. Во умерени услови, вишокот топлинска енергија се ослободува примарно преку конвективен проток на воздух и испарување на потта. Меѓутоа, кога амбиенталната температура и влажноста се зголемуваат, градиентот на притисокот на водената пареа помеѓу кожата и околната атмосфера се стеснува, со што драстично се компромитира ослободувањето на топлината преку испарување [2, 25].

Ефикасноста на потењето — делот од излачената пот што навистина испарува наместо да капе од кожата — опаѓа од приближно 50% во средини со ниска влажност на дури 16% во услови со висока влажност [2]. Овој пад од две третини во ефикасноста на потењето го ограничува капацитетот за ладење, што доведува до неволно намалување на излезната моќност до 15% при идентични амбиентални температури на сув термометар [2].

Субмаксималната потрошувачка на кислород (VO2) и економичноста на трчање (RE) го опишуваат енергетскиот трошок за одржување на дадена брзина [1, 4]. Стандардните протоколи ја мерат RE за време на субмаксимално трчање (често стандардизирано на 16 km/h или брзини под лактатниот праг) со базен лактат во крвта и коефициент на респираторна размена (RER) < 1,0, прикажувајќи вредности релативни на телесната маса (ml/kg/min или ml/kg/km) или алометриски скалирани на BM^0.75 [1, 4]. Иако биомеханичките параметри — вклучувајќи го времето на контакт со подлогата, вертикалното поместување, силите на кочење и еластичниот поврат на Ахиловата тетива — сочинуваат над 50% од варијансата во економичноста на трчањето [1, 6], нелокомоторните физиолошки процеси исто така бараат значителен кислород [6]. Самото дишење учествува со до 7% од вкупниот VO2 за време на интензивно вежбање [6]. Под висок термички стрес, дополнителен кислород и протокот на крв мора да се пренасочат за да ја движат хипервентилацијата и кожната циркулација, менувајќи го системскиот метаболички трошок и ефикасноста [6, 21].

Кардиоваскуларен дрифт и ерозија на праговите

За да се зачува хомеостатската внатрешна телесна температура кога ладењето преку испарување ќе потфрли, автономниот нервен систем иницира значителна периферна вазодилатација, пренасочувајќи до 7 до 8 L/min од срцевиот минутен волумен кон кожното васкуларно корито [21]. Истовремено, продолженото потење го исцрпува интраваскуларниот волумен, предизвикувајќи намалување од 10% до 15% во волуменот на плазмата [25]. Губењето на телесната маса од приближно 4% поради дехидратација го намалува ударниот волумен за приближно 21% и го намалува вкупниот срцев минутен волумен за 13% за време на вежбање на топлина [21].

Оваа интеракција предизвикува кардиоваскуларен дрифт: срцевата фреквенција прогресивно се зголемува за да компензира за падот на ударниот волумен и да го одржи срцевиот минутен волумен [21, 25]. Додека бенигниот кардиоваскуларен дрифт во умерени услови вклучува стандардно зголемување на пулсот од 10 до 15 отчукувања во минута (bpm) за време на долготрајно трчање без зголемување на фреквенцијата на дишење или калориската потрошувачка [24, 25], екстремната топлина и дехидратацијата го забрзуваат дрифтот за 20 до 30 bpm при фиксно механичко оптоварување [25]. За време на трчање на топлина, срцевата фреквенција при фиксно темпо се зголемува за приближно 1 bpm за секое зголемување од 1°C на температурата според влажен термометар и црна сфера (WBGT) над 15°C [22].

Кардиоваскуларниот дрифт под топлински стрес не е само поместување на волуменот на крвта; тој исто така одразува подлежечка метаболичка деградација [25]. Долготрајното вежбање со 90% од првиот вентилациски праг (VT1) може да ја еродира излезната моќност на VT1 во просек за 10% (со опсег од 1 W до 45 W) во текот на времетраење од 2,5 часа [25]. За време на бениген дрифт, минутната вентилација останува стабилна додека фреквенцијата на дишење се зголемува за ~16%, а дишниот волумен се намалува за ~16%; меѓутоа, кога е комбиниран со дехидратација што надминува 2% загуба на телесната маса, вистинскиот метаболички замор се забрзува [25].

Еколошки прагови и намалување на перформансите

Резултатите во перформансите на издржливост се диктирани од амбиенталните термички параметри [10]. Упатствата за натпреварување на Светската атлетика (World Athletics) го класифицираат топлинскиот стрес преку WBGT во пет опсези: студено/свежо (<=10,0°C), неутрално (10,1°C–18,0°C), умерена топлина (18,1°C–23,0°C), висока топлина (23,1°C–28,0°C) и екстремна топлина (>28,0°C) [10].

Моделирањето од големи размери на 1.258 трки на издржливост и 7.867 атлетичари покажа дека оптималното трчање на издржливост се одвива помеѓу 7,5°C и 15,0°C WBGT (или 10,0°C–17,5°C температура на сув термометар) [10]. Надвор од овој оптимален опсег, перформансите на издржливост опаѓаат за 0,3% до 0,4% за секое зголемување од 1°C WBGT [10]. Во статистичките модели на машинско учење (R^2 = 0,21–0,58), температурата на воздухот ја претставува поединечно најважната карактеристика (40%), но сепак WBGT самостојно обезбедува поголема предиктивна моќ (R^2 = 0,11–0,47) отколку само температурата на сув термометар (R^2 = 0,04–0,34), бидејќи ги интегрира амбиенталната температура, влажноста, брзината на ветерот и зрачењето на топлина [10].

Во екваторијални маратонски услови, како што е маратонот во Сингапур (Standard Chartered Singapore Marathon), секое процентуално зголемување на температурата на сув и влажен термометар го зголемува нето-времето на завршување за 7,6% односно 39,1%, при што зголемувањето од 1,5°C на средната температура на влажен термометар доведува до просечно зголемување на времето на завршување за 9,3 минути (559 секунди) [14].

Низ повеќедецениски анализи на седум големи маратони, времињата на завршување константно се забавуваа со растот на WBGT квартaлите: Q1 (5,1–10,0°C), Q2 (10,1–15,0°C), Q3 (15,1–20,0°C) и Q4 (20,1–25,0°C) [15]. Најдобрите машки финишери забавија во однос на рекордите на патеката за 1,7% во Q1, 2,5% во Q2, 3,3% во Q3 и 4,5% во Q4 [2, 15]. Најдобрите женски финишери покажаа забавувања од 3,2% (Q1), 3,2% (Q2), 3,8% (Q3) и 5,4% (Q4) [15].

Клучно е тоа што падот на перформансите се зголемува со времетраењето на трката и способноста на тркачот [15, 22]. Додека елитните натпреварувачи губат приближно 0,9% од темпото на секои 5°C зголемување на WBGT, тркачите од средината и задната половина губат приближно 3,2% на секои 5°C WBGT [22]. Овој поголем дефицит примарно е предизвикан од тоа што побавите тркачи одржуваат помали брзини уште од самиот почеток, наместо да доживеат поголемо забавување во текот на самата трка, што дополнително се влошува поради подолгото вкупно време на изложеност на условите во средината и помалку поволниот сооднос меѓу телесната маса и површината на телото [15, 17, 22].

Корекции на темпото базирани на докази

За да се зачува целното физиолошко оптоварување — наместо форсирање на механичка излезна моќност што води кон прерана хипертермија — тркачите мора да применат нелинеарни корекции на темпото базирани на точката на роса или WBGT [2, 11, 18]. Алгоритмите за моќност при трчање и еколошките модели ги земаат предвид вистинската амбиентална температура, релативната влажност и надморската височина, наместо субјективните индекси на топлина [12].

Емпириските рамки за прилагодување според точката на роса ги даваат следните модификации на целното темпо во однос на умерените услови [2, 11]:

• Под 50°F–55°F (<12°C): 0% прилагодување; занемарлив терморегулациски пад [2, 11].
• 55°F–60°F (13°C–15°C): 1% намалување на темпото; забележлив термички напор [2, 11].
• 60°F–65°F (16°C–18°C): 2% до 3% намалување на темпото; мерливо аеробно раздвојување и срцев дрифт [2, 11].
• 65°F–70°F (18°C–21°C): 3% до 5% намалување на темпото; забрзан кардиоваскуларен дрифт и нарушена ефикасност на потењето [2, 11].
• 70°F–75°F (21°C–23°C): 5% до 8% намалување на темпото; значителен терморегулациски стрес [2, 11].
• 75°F–80°F (23°C–25°C): 12% до 15% намалување на темпото; сериозен ризик од топлотни заболувања и голема деградација на перформансите [2, 11].

Усвојувањето на овие проактивни прилагодувања на темпото гарантира дека внатрешното физиолошко оптоварување (целните зони на срцева фреквенција, концентрациите на лактат во крвта и траекторијата на телесната температура) останува стабилно и покрај зголемениот надворешен термички стрес [18].

Аклиматизација и мерки за претходно ладење

Протоколите за аклиматизација ги менуваат внатрешните термички прагови, ублажувајќи го обемот на потребните намалувања на темпото [7, 8, 18]. Една систематска мета-анализа покажа дека топлотната аклиматизација значително ги подобрува перформансите на хронометарските трки на издржливост (стандардизирана средна разлика: 0,50) и ја намалува максималната срцева фреквенција при вежбање во просек за 7 bpm [7].

Повеќето терморегулациски адаптации — вклучувајќи проширен волумен на плазмата, пониска срцева фреквенција во мирување и при вежбање, подобрена кожна вазодилатација и зголемени стапки на потење — се развиваат во рок од 6 до 10 дена континуирана изложеност, додека целосната оптимизација на капацитетот за издржливост бара до 14 дена [18]. Протоколите со контролиран интензитет или изотермичките протоколи (со цел Tc >= 38,5°C) го одржуваат соодветниот стимул за адаптација како што се подобруваат кондицијата и толеранцијата на топлина [18]. Протоколите што се состојат од вежби со умерен интензитет и кратко траење (30–35 мин на 75% VO2max) предизвикуваат споредливи физиолошки адаптации како и протоколите со низок интензитет и долго траење (60 мин на 50% VO2max) [18]. Понатаму, секојдневното вежбање до исцрпеност на 60% VO2max на топлина од 40°C го подобрува капацитетот за вежбање од 48 на 80 минути во текот на 9 до 12 дена [18].

Четири недели активна топлотна аклиматизација (20 сесии од 60 минути при целни внатрешни температури на телото од 39,0°C–40,0°C во услови на WBGT од 30°C–36°C) носи јасни метаболички промени кај тркачите на долги патеки [8]:

• Ја намалува внатрешната телесна температура по вежбањето за 0,4°C (38,2°C наспроти 38,6°C) [8].
• Го зголемува VO2 на првиот вентилациски праг (44,7 наспроти 43,0 mL/min/kg) и брзината на VT1 (12,9 наспроти 12,4 km/h) [8].
• Го зголемува VO2 на вториот вентилациски праг (55,9 наспроти 53,9 mL/min/kg) [8].
• Го штеди гликогенот преку значително намалување на стапките на оксидација на јаглехидрати на 75% VO2max (2,5 наспроти 3,1 g/min) и 85% VO2max (3,4 наспроти 4,0 g/min) [8].

За спортистите кои не се во можност да спроведат активни сесии за аклиматизација во топлински комори, пасивната термичка изложеност (потопување во топла вода по тренинг или одење во сауна) може да ги стимулира адаптациите додека го зачувува механичкиот интензитет на тренингот во умерени надворешни услови [9]. Дополнително, акутните стратегии за претходно ладење — како што е конзумирање на леден напиток (ice slurry) или ладен пијалак во рамките на 30 минути пред вежбањето — ја намалуваат почетната телесна температура за 0,4°C до 0,7°C, зголемувајќи го капацитетот за складирање топлина пред да се достигнат критичните хипертермички прагови [22].