Betyr dette at det finnes noen pustetriks som kan forbedre yteevnen vår?

Transkript

1 Kan viljestyrt økt ventilasjon føre til bedret utholdenhetsprestasjon? Hensikten med denne artikkelen er å gi innsikt i hvordan økt ventilasjon forut for fysisk hardt arbeid kan føre til bedret utholdenhetsprestasjoner. Rådene og kunnskapen i artikkelen baserer seg på masteroppgaven til Øystein Sylta, og en del praktiske erfaringer som Erlend Hem har opparbeidet seg på høydetrening med det norske langrenslandslaget siden 90-tallet. Av Øystein Sylta, juni 2010 Det tradisjonelle synet på lungene og ventilasjonssystemet er at dette ikke er en begrensende faktor for prestasjonen innen utholdenhetsidretter. Det hevdes at det hovedsakelig er skjelettog hjerte- karsystemet som er av fysiologisk betydning for utholdenheten (Dempsey, 1986). Lungene er generelt fantastisk godt utstyrt til å gjøre jobben sin, og blir normalt ikke ansett som det svake leddet i okygenkaskaden hos friske utøvere (Nielsen, 2003). I motsetning til hjertet er imidlertid ventilasjonen under betydelig voluntær kontroll. Dette betyr at det finnes en mulighet for å kontrollere rytme og frekvens pustingen. Betyr dette at det finnes noen pustetriks som kan forbedre yteevnen vår? I de senere årene har det blitt publisert flere studier som har undersøkt effekten av forskjellige former for muskeltrening på lungene. Hovdesakelig er vekttrening for pustemusklene benyttet, hvor motstand er generert ved å bruke en anordning som reduserer luftstrømmen ved inspirasjon og tvinger inspirasjonsmusklene til å arbeide hardere. Resultatene har vært varierende, men enkelte studier har vist en liten økning enten i tid til utmattelse eller redusert tid i en testløype på sykkel (Markov et al., 2001; Holm et al., 2004). I de senere årene er det også ved OLT gjennomført en del praktisk testing av viljestyrt økt ventilasjon i strategiske faser av et arbeid. Tanken bak er at på en gitt intensitet, eksempelvis i inngangen til en motbakke på ski, vil kroppen opparbeide seg en ventilasjonsgjeld (figur 1).

2 Ved å viljestyrt øke ventilasjonen slik at denne gjelden dekkes kan det da tenkes at en oppnår en fordel? For å svare på dette må vi dykke litt mer i teorien. Figur 1: Viser hvordan kroppen opparbeider seg en V E - eller VO 2 gjeld i starten av et arbeid på en gitt belastning (Modifisert etter Gjerset et al., 1992). Når blodet forlater lungene er hemoglobinet (Hb) normalt fullmettet med oksygen. Dette betyr at lungene er veldig effektive til å ventilere blodet, og er en av grunnene til at lungene normalt ikke anses som en begrensning for utholdenheten (Dempsey, 1986). Nylige studier på godt trente personer (VO 2 maks >70 ml. kg -1. min -1 ) har derimot vist signifikant reduksjon av arteriell metning under arbeid med høy intensitet. Blodet som returnerer fra periferien må kvitte seg med CO 2 og lastes med O 2 i løpet av den korte tiden det passerer gjennom lungekapillærene. Normalt er dette ikke noe problem. For utøvere med svært høy hjertekapasitet viser det seg derimot at blodet strømmer så hurtig gjennom lungene at Hb ikke rekker å bli fullmettet med O 2 før det forlater lungene (Nielsen, 2003). Figur 2: Viser hypotetisk sett hvordan et Hb molekyl ikke klarer å holde på fire O 2 molekyler. Resultatet av dette er ufullstendig oksygenmetning i blodet. Resultatet av dette er eksempelvis at istedenfor å være % mettet, forlater blodet lungene bare % mettet hos utøvere med stor kapasitet. Hypotetisk sett kan man derfor tenke seg 3

3 at VO 2maks ville vært ca 5 % høyere hos disse utøverne hvis lungene kunne fullmettet blodet med O 2 under svært høy arbeidsintensitet. Denne antakelsen støttes av det faktumet at når godt trente utøvere puster inn en høyere konsentrasjon av O 2 under arbeid i lab-forsøk, øker VO 2maks. Hvorvidt økt viljestyrt ventilasjon vil gi en prestasjonsforbedring i utholdenhetsidretter er et område i forskningen som er svært dårlig dokumentert. På bakgrunn av dette har det de senere årene blitt igangsatt enkelte mindre studier for å kartlegge dette tema. I 2009 ble det publisert to masteroppgaver ved Norges Idrettshøgskole (Midtun, 2009 & Sylta, 2009) som begge undersøkte effekten av viljestyrt økt ventilasjon, den ene i lavland (Midtun, 2009) og den andre i høyde tilsvarende 2000moh (Sylta, 2009). Resultatene i begge studiene var relativt like og hovedfunnene tyder på at det er fordelaktig å viljestyrt øke ventilasjonen i starten av et intensivt arbeid (oppgavene er tilgjengelig på biblioteket på NIH). Felttesting gjennomført av OLT, på bl.a. langrennslandslaget, hvor en har undersøkt oksygenmetningen under ulike arbeidsbelastninger har også antydet at viljestyrt økt ventilasjon (for å dekke ventilasjonskravet) har vært fordelaktig ved at oksygenmetningen ikke har blitt redusert i like stor grad under høy intensitet. Videre i denne artikkelen vil det bli gitt et sammendrag av arbeidet til Sylta (2009): Hensikt Hensikten med arbeidet var å se om en viljestyrt økt ventilasjon under akutt hypobare omgivelser tilsvarende 2000 moh på godt utholdenhetstrente utøvere kunne føre til bedret prestasjon (tid til utmattelse) og endrede fysiologiske parametere som oksygenmetning (SpO 2 ), oksygenopptak (VO 2 ), hjertefrekvens (HF), laktatkonsentrasjon i blodet ([la - bl]) og respiratorisk utvekslingskoeffisient (R). Metode 23 utholdenhetstrente kvinner og menn i alderen år (gjennomsnitt VO 2maks 66,4 og 74,0 ml kg -1 min -1 ) deltok i studien. Forsøksoppsettet bestod av fire dager med løping på tredemølle: Dag 1: laktatprofil og VO 2maks (tilvenning) i normobare omgivelser. 4

4 Dag 2: laktatprofil og VO 2maks (utgangstester) i hypobare omgivelser tilsvarende 2000 moh. Dag 3 og 4: prestasjonstest 1 og 2 (løping til utmattelse på en belastning tilsvarende 105 % av VO 2maks ) i hypobare omgivelser tilsvarende 2000 moh. Arbeidet varte i gjennomsnitt ca 5-6 minutter før utmattelse. Utvalget ble randomisert til en intervensjons- (n=14) eller kontrollgruppe (n=6), hvorav intervensjonsgruppen hadde normal ventilasjon under prestasjonstest 1 og viljestyrt økt ventilasjon under prestasjonstest 2. Hensikten med økt ventilasjon var å dekke et forhåndsbestemt ventilasjonskrav allerede fra starten av arbeidet. Kontrollgruppen hadde normal ventilasjon under begge prestasjonstestene. Figur 3: Viser studiens forsøksdesign. Resultater Studiens hovedfunn viste at viljestyrt økt ventilasjon, sammenlignet med normal ventilasjon, førte til signifikant (p=0,009) prestasjonsforbedring tilsvarende 26,4 sek (8,4 %) under prestasjonstest 2 (figur 4). I tillegg var SpO 2 verdiene signifikant høyere på alle målinger fra 0 til 90 sek ut i arbeidet (figur 5), VO 2 signifikant høyere ved 0 sek (totalt 2,6 % høyere gjennom hele arbeidets varighet) (figur 6) og HF signifikant høyere fra 30 sek før start til 0 sek. Det var ingen endringer i [la - bl] etter prestasjonstest 2 tross forlenget tid til utmattelse. I kontrollgruppen var det ingen endringer fra prestasjonstest 1 til 2 av vesentlig betydning. 5

5 TTU i % av prestasjonstest # 108,4 p=0, ,0 100,0 100,9 p=0,938 Figur 4: Forsøksgruppenes (menn og kvinner) gjennomsnittlige prestasjonsforbedring fra prestasjonstest 1 til 2. Røde søyler viser prosentvis fremgang + standard feil (SEM). # markerer høysignifikant forskjell (p<0,01). N=14 (intervensjon) og 6 (kontroll). Intervensjon Kontroll Gruppe Prestasjonstest 1 Prestasjonstest 2 SpO 2 (%) * # # * # # * Figur 5: Intervensjonsgruppens gjennomsnittlige endring i SpO2 fra prestasjonstest 1 til 2. Kurvene viser SpO2 fra -1 til 3 min ± standard avvik (SD). * markerer signifikant forskjell (p<0,05), og # viser høysignifikant forskjell (p<0,01). N=14(9 menn/ :00 00:00 01:00 02:00 03:00 kvinner). Tid (min) Prestasjonstest 1 Prestasjonstest 2 VO 2 (l min -1 ) 4,00 3,00 2,00 # 1,00 0,00-01:00 00:00 01:00 02:00 03:00 Tid (min) Prestasjonstest 1 Prestasjonstest 2 Figur 6: Intervensjonsgruppens endring i gjennomsnittlig VO 2 (l min -1 ) fra prestasjonstest 1 til 2. Kurvene viser VO 2 fra -1 til 3 min ± standard feil (SEM). # viser høysignifikant forskjell mellom prestasjonstest 1 og 2 (p<0,01). N=14 (9 menn/5 kvinner). Konklusjon Viljestyrt økt ventilasjon i starten av en intensivt arbeid førte til forlenget tid til utmattelse under en prestasjonstest i hypobare omgivelser. Resultatet kan trolig forklares med redusert desaturering og derav høyere VO 2 til arbeidende muskulatur. Høyere VO 2 og HF, kan også tyde på at økt ventilasjon krevde ekstra O 2 til respirasjonsmusklene. Ingen endringer i [la - bl] tyder imidlertid på at de positive effektene av økt V E overskygger effekten av ekstra O 2 kostnad. Arbeidet konkluderer med at det sannsynligvis er fordelaktig med viljestyrt økt ventilasjon i starten av et intensivt arbeid for godt trente personer i hypobare omgivelser. 6

6 Praktisk bruk Det finnes sannsynligvis en rekke metoder på praktisk bruk av denne vitenskapelige tilnærmingen til viljestyrt økt ventilasjon og eksempler på hvordan utøvere benytter seg av det. I miljøet rundt Olympiatoppen har metodene blitt brukt på toppidrettsutøvere i ulike sammenhenger i flere år. Fysiolog Erlend Hem har vært en frontfigur i dette arbeidet og blant annet langrennsløpere og roere har testet ut metodene. Det er imidlertid lite av dette arbeidet som er dokumentert og publisert, og behovet for forskning på dette området er stort. I forhold til resultatene i studien til Sylta (2009) er det viktig at intensiteten, og derav ventilasjonskravet, øker relativt mye på kort tid for at en skal kunne bruke metodene i praktiske sammenhenger. Eksempler på dette kan være: 1. I starten av et relativt hardt arbeid. 2. I overgangsfaser mellom lavere til høyere intensitet (eks ved inngangen til en motbakke). I utholdenhetsidretter med konkurransetid på sub 10 min vil arbeidsbelastningen være svært høy i hele konkurransens varighet. I slike tilfeller er det sannsynligvis fordelaktig å ventilere kraftig de siste 30 sek før start, samt være veldig bevisst på økt ventilasjon de første ca 2 minuttene av arbeidet. I løping gjelder dette trolig spesielt på distanser opp til 5000m. I overgangsfaser mellom lavere til høyere intensitet er det viktig at det er en reel økning i arbeidsbelastning og ventilasjonskravet for at teknikkene fra studien til Sylta (2009) skal være fordelaktige. Figur 7 og 8 illustrerer et tenkt eksempel på hvordan ventilasjonskravet endrer seg fra en nedoverbakke til en oppoverbakke. Videre viser figurene hvordan kroppens normale ventilasjonsrespons er, og hva som skjer ved viljestyrt økt ventilasjon. Det er mest reelt at slike situasjoner oppstår i kuperte løyper på ski eller sykkel, men også i løping/orientering kan en finne lignende situasjoner. Resultatene i studien til Sylta (2009) kan trolig relateres til dette praktiske eksempelet. 7

7 Figur 7:Ventilasjonskravet øker brått i en tenkt situasjon hvor en utøver går fra en nedover- til en oppoverbakke. Kroppens normale ventilasjonsrespons fører til en ventilasjonsgjeld. Eksempelet er mest realistisk på ski/sykkel hvor energikravet i nedoverbakken er lavt. Figur 8:Ved å viljestyrt ventilere mer enn en behøver før inngangen til en motbakke reduseres ventilasjonsgjelden. Fordelen av redusert ventilasjonsgjeld kan sees i sammenheng med resultatene fra studiene til Sylta (2009). Andre eksempler: Kan en skiløper for eksempel gå raskere oppover bakker og deretter viljestyrt øke ventilasjonen i den kommende nedoverbakken for å bufre H + /øke ph i muskulaturen? 8

8 En kan også spekulere i hvorvidt viljestyrt økt ventilasjon fører til langsommere reduksjon av ph pga økt bufring av H + (ref bikarbonatlikevekten). Teorien baserer seg på at en blir mindre sur i muskulaturen ved økt ventilasjon fordi en bedre klarer å kvitte seg med H +. Denne hypotesen finnes det ingen vitenskapelig dokumentasjon for å bekrefte eller avkrefte, men det er grunn til å tro at økt ventilasjon bufrer unna H + fortere enn ved normal ventilasjon. En skal imidlertid være klar over at bufferkapasiteten ikke er evigvarende, og vil etter en viss tid (avhengig av forbruket) gå tom. Resultatet av dette er reduksjon i ph og stiv/sur muskulatur. Spørsmålet om skiløperen bevisst kan gå fortere oppover for deretter å ventilere kraftig i den kommende nedoverbakken for å kvitte seg med syra er vanskelig å svare korrekt på. Det er imidlertid ting som tyder på at teorien til en viss grad kan brukes i en periode, men det er urealistisk å tro at en kan makse oppover i den tro at en henter seg inn igjen i den kommende nedoverbakken. Finnes det treningsmetoder hvor viljestyrt økt ventilasjon er fordelaktig? I en treningssituasjon kan det for en løper være fordelaktig å trene intervalløkter med høy hastighet mtp spesifisitet i forhold konkurransesituasjonen. En utfordring er å finne metoder hvor farten er høy over relativt lang varighet uten at muskulaturen stivner (reduksjon i ph). Bevisst bruk av viljestyrt økt ventilasjon kan trolig til en viss grad løse dette problemet. Ved å f. eks løpe korte intervaller hyppig avbrutt av korte pauser (eks 45 sek løp/15 sek pause) hvor en aktivt ventilerer kraftig i pausen oppnår en høy fart uten å bli sur i muskulaturen. Dette er pga at en bufrer H + i pausen, noe som fører til liten eller ingen reduksjon i ph (flukterende bevegelser), samtidig som laktaten er høy/stigende. På denne måten trener en anaerob energifrigjøring uten at det får store konsekvenser. Under en slik økt er det viktig med langsom økning av fart for at kroppen skal klare å tilpasse seg uten at muskulaturen stivner for tidlig. Referanser Dempsey, J. A. (1986). J.B. Wolffe memorial lecture. Is the lung built for exercise? Med.Sci.Sports Exerc., 18, Gjerset, A., Svendsen, T., Enoksen, E., Weinholdt, T., Vilberg, A., Major, J. et al. (1992). Idrettens treningslære. Universitetsforlaget AS. 9

9 Holm, P., Sattler, A., & Fregosi, R. F. (2004). Endurance training of respiratory muscles improves cycling performance in fit young cyclists. BMC.Physiol, 4, 9. Markov, G., Spengler, C. M., Knopfli-Lenzin, C., Stuessi, C., & Boutellier, U. (2001). Respiratory muscle training increases cycling endurance without affecting cardiovascular responses to exercise. Eur.J.Appl.Physiol, 85, Midtun, I. R. (2009). Effekten av viljestyrt økt ventilasjon under arbeid. Oslo: Masteroppgave, Norges Idrettshøgskole. Nielsen, H. B. (2003). Arterial desaturation during exercise in man: implication for O2 uptake and work capacity. Scand.J.Med.Sci.Sports, 13, Sylta, Ø. (2009). Bedret prestasjon gjennom en viljestyrt økning av ventilasjonen i akutt hypobare omgivelser? Oslo: Masteroppgave, Norges Idrettshøgskole. 10