Wysiłek fizyczny na wysokości – co daje biegaczowi?

Adaptacja organizmu człowieka do warunków panujących na dużej wysokości nad poziomem morza (n.p.m.) jest jednym z najczęściej stosowanych sposobów wspomagania treningu w sportach wytrzymałościowych, gdzie wysiłek fizyczny jest ogromny. Polepszenie efektu treningowego zachodzi poprzez usprawnienie mechanizmów przenoszenia tlenu do tkanek. Wiedza stosowana w procesie treningowym oparta jest nie tylko na praktykach trenerów dyscyplin wytrzymałościowych, ale w dużej mierze wypływa z doświadczeń medycyny lotniczej i wysokogórskiej. 

W literaturze dotyczącej aktywności fizycznej w górach można znaleźć wiele rozbieżności co do wysokości i intensywności treningowych, jakie powinny być stosowane dla osiągnięcia pożądanych efektów. Analizując dostępne źródła, można przyjąć, że większość treningów powinno odbywać się gdzieś w przedziale 1500-3500 metrów n.p.m. Dolna granica (1500 m n.p.m.) jest według licznych badań graniczną wartością wysokości, która powoduje zmiany przystosowawcze w organizmie. Z kolei 3500 m n.p.m. jest granicą, powyżej której rośnie ryzyko choroby wysokościowej, a zdolności fizyczne organizmu są znacznie ograniczone.

W treningu stosuje się różne metody postępowania, takie jak przebywanie na nizinach połączone z trenowaniem na wysokości (LLTH – live low, train high), przebywanie i trening na wysokości (LHTH – live high, train high) czy trening na niższych wysokościach połączony z bytowaniem na wysokości (LHTL – live high, train low). Żadna z metod nie ma nad pozostałymi jednoznacznie udowodnionej przewagi. Związane jest to z różnorodnością i indywidualnością reakcji organizmu na wysiłek na wysokości. Co więcej, w toku wielu badań naukowych zaobserwowano u niektórych osób brak poprawy wydolności organizmu w trakcie i po treningu wysokogórskim. Grupę tą określa się jako nonresponders („bez odpowiedzi”).

Poniżej znajduje się kilka definicji, które mogą być przydatne dla lepszego zrozumienia dalszej części tekstu:

Ciśnienie parcjalne gazu (Pa) – jest to cecha fizyczna gazu, zależna od trzech wartości: jego ilości, objętości w jakiej się znajduje i temperatury. Dla potrzeb tego tekstu najważniejsze jest zrozumienie, że ciśnienia parcjalne (cząsteczkowe) gazów oddechowych tj. tlenu (PaO2), dwutlenku węgla (PaCO2) są różne w powietrzu atmosferycznym, powietrzu znajdującym się w płucach i we krwi. Zazwyczaj wyrażane w milimetrach słupa rtęci (mmHg).

Hipoksja– niedobór (względny, bo zależny od zapotrzebowania) tlenu w tkankach ustroju. Jest wiele rodzajów hipoksji, w warunkach wysokogórskich mamy do czynienia z hipoksją hipoksemiczną – oznacza to, że ciśnienie parcjalne tlenu (PaO2) we krwi tętniczej jest obniżone.

Hipoksemia – niedobór tlenu we krwi, PaO2 we krwi tętniczej poniżej 75mmHg

Hiperkapnia– nadmiar dwutlenku węgla (CO2) we krwi, PaCO2 we krwi tętniczej powyżej 45mmHg

pH– w uproszczeniu jest to ujemny logarytm dziesiętny ze stężenia jonów wodorowych, w praktyce pH pozwala na określenie kwasowości lub zasadowości roztworów wodnych. Skala pH obejmuje wartości od 0 (pH kwasu solnego) do 14 (pH wodorotlenku sodu). Prawidłowe pH krwi tętniczej człowieka waha się między 7,35 a 7,45 (lekko zasadowe).

2,3-difosfoglicerynian (2,3-DPG) – związek organiczny występujący w erytrocytach, wywierający silny wpływ na powinowactwo hemoglobiny do tlenu, ułatwiający jego dysocjację (odłączenie) w tkankach. Wzrost zawartości 2,3-DPG w erytrocytach występuje po ok. 60 minutach wysiłku fizycznego, po 6h przebywania na znacznej wysokości, w niedokrwistości i innych chorobach przebiegających z przewlekłym niedotlenieniem.

Adaptacja do warunków panujących na wysokości jest procesem bardzo złożonym, przebiegającym w kilku różniących się od siebie etapach. Początkowo zachodzą doraźne zmiany, mające na celu szybkie zniwelowanie niedoboru tlenu, jakiemu poddany jest organizm,  głównie poprzez obniżenie jego (tlenu) zużycia.

Do podstawowych mechanizmów należą:

• wzrost wentylacji płuc poprzez zwiększenie częstości oddechów – spowodowany stymulacją chemoreceptorów obwodowych w łuku aorty i kłębkach szyjnych (reagują głównie na zmiany PaO2 i pH) oraz ośrodka oddechowego w rdzeniu przedłużonym (wrażliwy na wzrost PaCO2),
• tachykardia (wzrost częstości skurczów serca) spowodowana głównie większym uwalnianiem amin katecholowych w reakcji na stres, jakiemu poddany jest organizm,
• zmiany dystrybucji i objętości krwi krążącej – zmniejszenie przepływu krwi przez skórę, przewód pokarmowy i nerki dla utrzymania prawidłowej perfuzji mózgu, serca i pracujących mięśni,
• modyfikacja tlenowego powinowactwa krwi – występowanie tzw. efektu Bohra, polegającego na ułatwionym oddawaniu tlenu w tkankach w sytuacji występowania niskiego pH (zakwaszenie środowiska), zwiększonego stężenia CO2 (produkt procesów oddychania komórkowego) i 2,3-DPG (wzrost stężenia w erytrocytach w wyniku hipoksji), czyli w warunkach panujących w pracujących mięśniach szkieletowych – przesunięcie krzywej dysocjacji w prawo (niebieskie strzałki).

Ryc.1 Krzywa wysycenia hemoglobiny w zależności od ciśnienia cząstkowego tlenu   

Wpływ hipoksji na organizm związany z przebywaniem na wysokości jest zależny od takich cech jak: wiek, płeć, uwarunkowania genetyczne czy stan wytrenowania. Aklimatyzacja jest łatwiejsza u osób w średnim wieku w porównaniu do osób młodych i starszych. Kobiety, prawdopodobnie dzięki większej efektywności procesów beztlenowych, lepiej od mężczyzn tolerują warunki hipoksji. Natomiast osoby, które w przeszłości znalazły się na dużych wysokościach, aklimatyzują się sprawniej poprzez obniżenie wrażliwości chemoreceptorów na niedotlenienie.

Zagrożeniem związanym z przebywaniem na dużej wysokości jest występowanie choroby wysokościowej. Stosunkowo wcześnie, bo już od wysokości 1500 m n.p.m. może dochodzić do zaburzeń ze strony układu nerwowego. Zbyt szybkie przemieszczenie się na wysokość 3000-3500 m n.p.m. może prowadzić do utraty apetytu, bólu gowy, nudności, wymiotów, kłopotów ze snem, osłabienia czy zaburzeń widzenia. Jednym z najgroźniejszych powikłach jest wysokościowy obrzęk płuc. Trzeba zauważyć, że wysokości nieco niższe od podanych występują w polskich Tatrach (Rysy 2503 m n.p.m.), co warto wziąć pod uwagę przy planowaniu wyjść w góry i w pierwszych dniach obecności w Tatrach w szybkim tempie nie atakować najwyższych szczytów, by uniknąć chociażby złego samopoczucia.

Fizjologiczne efekty treningu wysokogórskiego umożliwiające w dłuższej perspektywie sprawniejsze przenoszenie tlenu do tkanek osiąga się po ok. 3 tygodniach przebywania na wysokości. Adaptacja obejmuje zmiany czynnościowe i strukturalne, tj.:

• zwiększoną wentylację i pojemność dyfuzyjną płuc,
• wzrost ilości erytrocytów i hemoglobiny (poprzez zwiększone wydzielanie erytropoetyny),
• wzrost objętości krwi,
• zwiększenie sieci naczyń włosowatych i przepływu krwi przez serce, mózg i mięśnie,
• zwiększenie ilości mioglobiny magazynującej tlen w mięśniach,
• zwiększenie ilości mitochondriów odpowiedzialnych za produkcję energii w komórkach organizmu.

Pozytywne efekty treningowe nie są obserwowane zaraz po zejściu na niższe wysokości nad poziom morza. W pierwszych dniach zawodnicy uzyskują gorsze wyniki sportowe, by w drugim tygodniu od zakończeniu treningu wysokogórskiego wrócić do osiągów sprzed tego treningu. Maksymalny potencjał zdolności wysiłkowych obserwuje się między 18. a 20. dniem. Poprowadzenie obozu klimatycznego na dużej wysokości wymaga więc poznania indywidualnych cech zawodnika i zaplanowania obozu w odpowiednim czasie w stosunku do priorytetowych zawodów i spodziewanych rezultatów.

Opracowano na podstawie:

• Medycyna Sportowa, wyd. PZWL 2013 A. Jagier, K. Nazar, A. Dziak
• Fizjologia człowieka, wyd. Elsevier 2007 S.J.Konturek