Monitoring zmęczenia – markery hormonalne i immunologiczne

Zawodnicy poddawani są cyklicznym obciążeniom treningowym, których celem jest budowanie formy sportowej. Wywoływanie zjawiska adaptacji związane jest z zawsze z zaburzeniem równowagi organizmu (homeostazy), które może odbywać się podczas pojedynczej sesji treningowej lub/i w trakcie zaplanowanych okresów o wzmożonej intensyfikacji pracy. Głównym celem planowania obciążeń treningowych, oprócz maksymalizacji formy sportowej (na odpowiednią imprezę sportową) jest bez wątpienia zarządzenie poziomem zmęczenia. Monitoring zmęczenia pozwala na planowanie formy sportowej i zmniejszenie ryzyka kontuzji/urazów poprzez odpowiednie zarządzanie obciążeniem treningowym.

Zmęczenie można monitorować za pomocą różnych testów: hormonalnych, immunologicznych i wysiłkowych. Celem tego artykułu jest przedstawienie przydatności poszczególnych parametrów w identyfikacji poziomu zmęczenia  i zaproponowanie metod, które w ocenie autora są optymalnym rozwiązaniem w kontekście koszt – zysk, co pozwoli na efektywniejsze sterowanie procesem treningowym.

Definicja zmęczenia

Zmęczenie to stan organizmu, w którym obserwujemy obniżenie jakości wykonywanej pracy mięśniowej np. pogorszona wartość mocy, siły lub/i prędkości. W literaturze naukowej rozróżnia się zmęczenie neuronalne i obwodowe. To pierwsze odnosi się do pogorszenia sprawności układu nerwowego natomiast zmęczenie obwodowe związane jest z wydajnością mechanizmu skurczu mięśniowego na poziomie lokalnym. W sporcie najczęściej mamy do czynienia z oba rodzajami zmęczenia i jest to zjawisko, które jest nieodłącznym elementem treningu, gdyż stanowi o czasie i dynamice superkompensacji.

Istnieje wiele biomarkerów oceny zmęczenia, które można podzielić na:

1. Hormonalne (np. testosteron, kortyzol)
2. Biochemiczne (np. kinaza kreatynowa)
3. Immunologiczne (Immunoglobuliny, leukocyty)

Czwartą grupę stanowią testy wysiłkowe. Biorąc pod uwagę fakt, iż zmęczenie przejawia się w pogorszonej pracy nerwowo-mięśniowej, istnieje wiele parametrów mechanicznych lub/i fizjologicznych (tętno, pobór tlenu), które mogą świadczyć o zmęczeniu organizmu.

Biomarkery hormonalne

W ocenie przemęczenia lub/i przetrenowania najczęściej dokonuje się analizy statusu hormonalnego osoby badanej. Testosteron, kortyzol, katecholaminy (adrenalina i noradrenalina)  oraz hormon wzrostu i IGF-1 są jednymi z najczęściej wybieranych hormonów w badaniach naukowych na temat oceny przemęczenia i przetrenowania (ang. overreaching i overtraining). W przeglądzie literatury z 2017r. (Cadegiani  i wsp. 2017) autorzy sprawdzili zmiany ponad 27 różnych biomerkerów homornalnych i immunologicznych aby sprawdzić, które z nich są najbardziej wrażliwe na przemęczenie (ang. overreaching). Na 16 prac dotyczących oceny poziomu kortyzolu, aż 12 prac nie wykazały żadnych zmian, podczas gdy 4 prace wykazały obniżenie poziomu tego hormonu. W przypadku testosteronu jest podobnie. W 10 eksperymentach  (na 15 prac) nie odnotowano znaczących zmian i tylko w 4 artykułach zaobserwowano redukcje jego poziomu. Jedyne markery, które wykazują jakiekolwiek zmiany przynajmniej w 50% wszystkich prac dotyczących zespołu przemęczenia to stosunek testosteronu do kortyzolu (T/C ratio) oraz poranny podniesiony poziom katecholamin w moczu. Niemniej wyniki te i tak nie są tak jednoznaczna abyśmy mogli wyłącznie na nich polegać. Na 10 artykułów dotyczących stosunku T/C, cztery nie wykazały żadnej zmiany, jeden wskazuje na poprawę stosunku T/C, natomiast pięć prac dowodzi redukcji wartości T/C. W przypadku katecholamin sytuacja jest jeszcze gorsza bo na 4 prace, jedna wskazuje brak zmian, jedna obniżenie i dwie wzrost ich koncentracji. Wyniki tych prac świadczą o słabej przydatności wielu markerów hormonalnych w ocenie przemęczenia/przetrenowania organizmu. Nie oznacza to jednak, iż ich monitoring jest bez znaczenia w kontekście kontroli obciążeń treningowych.

Monitorowanie stosunku T/C

Monitorowanie stosunku T/C, w głównej mierze w konkurencjach siłowo – szybkościowych jest wrażliwy na zmiany wywołane objętością i intensywnością treningu. Wiele badań wskazuje, iż wzrost obciążenia treningowego wywołuje nagły spadek testosteronu, wzrost kortyzolu i tym samym obniżenie stosunku T/C (Stone et al. 2007). W badaniach Fry i wsp. (2000) dowiedziono, iż poprawa rekordów życiowych w dwuboju olimpijskim korelowała z przyrostem stosunku T/C. Wykres poniżej (rys. 1) przedstawia ta zależność. Im większy wzrost stosunku T/C z przed okresu treningowego tym większa poprawa rekordów życiowych.

Podobne rezultaty zaobserwował Haff  i wsp. 2008 podczas 11 – tygodniowego okresu treningowego u kobiet. Wzrost stosunku T/C istotnie determinowany był objętością treningu (r = – 0.83) oraz jego intensywnością (r = – 0.72). To oznacza, że im większa objętość i intensywność treningu tym większe obniżenie stosunku T/C (rys. 2). Poprawa siły mięśniowej korelowała z przyrostem stosunku T/C podczas okresu taperingu

Utrzymanie środowiska anabolicznego jest wskazane, w szczególności u kobiet, gdyż zawodniczki z wyższym poziomem T/C podczas okresu treningowego cechowały się większym przyrostem mocy i siły mięśniowej w porównaniu do osób z niższym poziomem T/C  (Hakkinen i wsp. 1990) (rys. 3).

Badania przekrojowe

Badania przekrojowe (Cardinale i wsp. 2007) na 70 zawodnikach (22 kobiety i 48 mężczyzn) różnych dyscyplin sportowych (lekkoatletyka, gry zespołowe) dowodzą, iż wyższy poziom testosteronu jest związany z większą eksplozywnością zawodnika. Zależność ta jest obserwowana zarówno u mężczyzn jak i u kobiet. Ponadto autorzy porównali sprinterki z siatkarkami pod względem mocy kończyn dolnych i poziomu testosteronu. Co ciekawe, utrzymanie wyższego poziomu testosteronu u kobiet nawet w graniach fizjologicznych daje przewagę w kontekście rozwoju siły i mocy mięśniowej (rys. 4 i 5)

Dostępność pomiarów i proponowane rozwiązania

Problem w analizie T/C jest fakt, iż materiałem biologicznym jest krew, która w warunkach treningowych jest trudna do pobrania i natychmiastowej interpretacji. Istnieje jednak możliwość analizy kortyzolu  ze śliny człowieka i wartość jej koreluje z tym co obserwuje się we krwi. Ponadto ślina, może być materiałem biologicznym dla oznaczenia innych markerów związanych z odpornością i stresem organizmu takich jak przeciwciała IgA lub alfa-amylaza. Kolejną zaletą pomiaru ze śliny jest to, iż sama czynność pobrania materiału biologicznego nie jest stresorem dla człowieka jak w przypadku pobrania krwi, co może mieć wpływ na poziom hormonów stresu i zaburzyć rzetelność wyniku.

Markery immunologiczne

Podczas wysiłków o wysokiej intensywności lub/i długim czasie trwania dochodzi do zmniejszenia odporności sportowca. Czasowe zmniejszenie wydajności funkcjonowania układu odpornościowego, może trwać od kilku godzin do kilku dni w zależności o charakteru wysiłku. Zawodnicy trenujący na wysokim poziomie i poddawani dużym obciążeniem treningowym są od 2 – 6 razy bardziej podatni na infekcję przy kontakcie z patogenem niż w przypadku zwykłych osób. Każda infekcja sportowca to większe ryzyko urazu, przemęczenia lub/i utrata dni treningowych, co w rezultacie przekłada się na gorszą dyspozycję. W chronicznym stresie związanym z aktywacją osi podwzgórzowo-przysadkowo-nadnerczowej obserwuje się wzrost ślinowego poziomu kortyzolu z jednoczesnym spadkiem poziomu ślinowych przeciwciał IgA. IgA wydzielane są przez błony śluzowe i biorą udział w reakcji obronnej organizmu.  W najnowszej meta-analizie z 2022 r. (Drummond i wsp.) przedstawiono dosyć mocną argumentację, iż obniżenie przeciwciał IgA związane jest infekcją górnych dróg oddechowych (URTI, ang. upper respiratory tract infections) (rys. 6)

Badania wskazują, iż ciężki okres treningowy obniża zawartość przeciwciał IgA i spadek ten jest czynnikiem prognostycznym pojawienia się infekcji. W badaniach Tiernan i wsp. (2020) oceniano, związek pomiędzy obciążeniem treningowym, koncentracją IgA i ryzykiem infekcji górnych dróg oddechowych (URTI). Zawodnicy, którzy wykazywali się obniżeniem IgA o ponad 65% wartości wyjściowych byli najbardziej narażeni na ryzyko infekcji w kolejnych 14 dniach. Podobne wyniki zaobserwował Fahlman i wsp. (2005) na futbolistach amerykańskich i Tsai i wsp. (2009) na zawodnikach sportów walki. Najdłuższym badaniem (50 tygodni), oceniającym tygodniowe zmiany IgA został przeprowadzone na żeglarzach.  Obniżenie przeciwciał o 40% zwiększało ryzyko infekcji górnych dróg oddechowych o 50% w kolejnych 3 tygodniach (Neville 2008).

Wartość Alfa – amylazy

Z kolei w ostrym stresie, gdzie kluczową rolę odgrywa układ sympatyczno-nadnerczowy, występuje podwyższone stężenie chromograniny A i alfa – amylazy (α-amylaza, sAA).  Alfa-amylaza jest enzymem, który rozkłada cukry złożone na proste i jest pośrednim wskaźnikiem stężenia noradrenaliny w osoczu krwi. Organizm w gotowości do działania przygotowuje się do trawienia węglowodanów, które są najbardziej optymalnym źródłem energii w wielu dyscyplinach sportowych. Ciężki okres treningowy może stłumić odpowiedź układu wspólczulno – nadnerczowego i obniżyć poziom α-amylazy w jamie ustnej. W badaniach Shaal i wsp. 2015, pływaczki synchroniczne zostały celowo poddane przemęczeniu organizmu Poziom powysiłkowej  alfa-amylazy uległ obniżeniu, i odnotowano również średnią zależność (negatywną) pomiędzy jej wzrostem podczas obozu treningowego, a jakością i długością snu. Podobne rezultaty zaobserwowano podczas ultramaratonu (5 dni, 230 km) (Gill i wsp. 2013). Pomimo, iż spoczynkowa wartość α-amylazy rosła w każdym kolejnym dniu to po każdym etapie obserwowano jej co raz mniejszy przyrost (różnica przed vs. po wysiłku). Badania na pływakach wykazały, iż sAA maleje wraz ze wzrostem objętości i intensywności treningu wskazując na pogorszenie efektywności pracy współczulnego układy nerwowego (Diaz i wsp. 2013). W badaniach na biegaczach długodystansowych, im wyższy poziom IgA oraz alfa-amylazy przed okresem treningowym tym niższe ryzyko infekcji dróg oddechowych.  Ponadto, osoby które doznały infekcji posiadały stłumioną reakcję obronną w postaci mniejszej sekrecji tego enzymu przez ślinianki (Ihalianen i wsp. 2016). Biorąc pod uwagę jego antybakteryjną funkcję i posiadając zatem możliwość oceny ze śliny dodatkowo kortyzolu i IgA uważać można, że ocena tych immunologicznych biomarkerów może być przydatna w zarządzaniu procesem treningowym. Zaletą tych testów jest to, iż są nieinwazyjne, stosunkowo tanie i możliwe do przeprowadzania w warunkach treningowych (bez wyjazdu do laboratorium).

Podsumowanie

Markery hormonalne i i immunologiczne zawsze będą stanowiły dodatkową informację na temat reakcji organizmu na obciążenia treningowe. Odpowiednie zarządzane obciążeniem może wpływać na większy lub mniejszy status anaboliczno – kataboliczny organizmu i tym samym na sprawność układu nerwowego. To może być istotna informacja z punkt widzenia planowania obciążeń (np. tapering). Z uwagi na fakt, iż zmęczenie jest zjawiskiem wielopłaszczyznowym, należy również posiadać narzędzia, które zawierają zarówno aspekt psychologiczny jak i fizyczny. 

Literatura:

1. Gill, SK, Teixeira, AM, Rama, L, Rosado, F, Hankey, J, Scheer, V, et al. Salivary antimicrobial protein responses during multitstage ultramarathon competition conducted in hot environmental conditions. Appl Physiol Nutr Metab 38: 977–987, 2013.
2. Cadegiani FA, Kater CE. Hormonal aspects of overtraining syndrome: a systematic review. BMC Sports Sci Med Rehabil. 2017 Aug 2;9:14. doi: 10.1186/s13102-017-0079-8. PMID: 28785411; PMCID: PMC5541747.
3. Haff GG, Jackson JR, Kawamori N, Carlock JM, Hartman MJ, Kilgore JL, Morris RT, Ramsey MW, Sands WA, Stone MH. Force-time curve characteristics and hormonal alterations during an eleven-week training period in elite women weightlifters. J Strength Cond Res. 2008 Mar;22(2):433-46
4. Neville, V, Gleeson, M, and Folland, JP. Salivary IgA as a risk factor for upper respiratory infections in elite professional athletes. Med Sci Sports Exerc 40: 1228–1236, 2008.
5. Hakkinen i wsp. Neuromuscular adaptations and serum hormones in females during prolonged power training. 1990
6. Drummond LR, Campos HO, Drummond FR, de Oliveira GM, Fernandes JGRP, Amorim RP, da Costa Monteiro M, Lara HFG, Leite LHR, Coimbra CC. Acute and chronic effects of physical exercise on IgA and IgG levels and susceptibility to upper respiratory tract infections: a systematic review and meta-analysis. Pflugers Arch. 2022
7. Tiernan C, Lyons M, Comyns T, Nevill AM, Warrington G. Salivary IgA as a Predictor of Upper Respiratory Tract Infections and Relationship to Training Load in Elite Rugby Union Players. J Strength Cond Res. 2020
8. Tsai, M, Chou, K, Chang, C, and Fang, S. Changes of mucosal immunity and antioxidation activity in elite male Taiwanese taekwondo athletes associated with intensive training and rapid weight loss. Br J Sports Med 45: 729–734, 2009.
9. Fahlman, MM and Engels, HJ. Mucosal IgA and URTI in American college football players: A year longitudinal study. Med Sci Sports Exerc 37: 374–380, 2005.
10. Ihalainen, JK, Schumann, M, Häkkinen, K, and Mero, AA. Mucosal immunity and upper respiratory tract symptoms in recreational endurance runners. Appl Physiol Nutr Metab 41: 96–102, 2016.
11. Diaz, MM, Bocanegra, OL, Teixeira, RR, Soares, SS, and Espindola, FS. Salivary nitric oxide and alpha-amylase as indexes of training intensity and load. Int J Sports Med 34: 8– 13, 2013.