Η επίδραση του διατροφικού νιτρικού άλατος στις αιμοδυναμικές παραμέτρους, τη λειτουργία του αυτόνομου νευρικού συστήματος και τη μυϊκή οξυγόνωση κατά την ισομετρική άσκηση

Abstract

The purpose of this PhD dissertation was to investigate the effect of nitrate-rich beetroot juice (i) on in vivo muscle oxygen consumption, microvascular reactivity (index of microvascular function) and autonomic nervous function at rest, (ii) muscle performance, muscle oxygenation, muscle oxygen consumption, hemodynamic responses, and autonomic nervous function during sustained isometric exercise to exhaustion. Sixteen young adults consumed beetroot juice (BRJ) with high nitrate content (500 mg or 8.1 mmol) or beetroot juice from which the nitrates had been removed (placebo). Two and a half hours after BRJ consumption, the participants performed an arterial occlusion / reperfusion maneuver at rest, sustained isometric handgrip exercise for 3 minutes at 30% of maximal voluntary contraction, and sustained isometric handgrip exercise until exhaustion with blood flow occlusion. Changes in oxygenated hemoglobin (O2Hb), deoxygenated hemoglobin (HHb), red blood cell contents in the microvascular circulation of skeletal muscle (tHb), and muscle oxygen consumption were measured using near infrared spectroscopy (NIRS). Changes in hemodynamic parameters were measured by infrared photoplethysmograph (Finapress), and a continuous recording of the force produced was performed. During blood flow occlusion, the magnitude of reduction of O2Hb did not differ significantly after consumption of BRJ and placebo (-30.3±1.6 vs. -31.1±1.5∆µΜ, respectively, p<0.05). During reperfusion, microvascular reactivity did not change after consumption of beetroot juice (1.584±0.093 vs. 1.556±0.072μM•s-1 respectively, p<0.05). There were, also, no differences in haemodynamic responses and autonomic nervous function at rest. During the 2nd and 3rd minutes of the sustained isometric handgrip exercise, the oxygenated (O2Hb) and total (tHb) hemoglobin values were higher after BRJ consumption versus placebo (p<0.05). Also, the force output was 13.5% higher during the 3rd minute of sustained isometric exercise after consumption of nitrite-rich beetroot juice (10.8±0.7 vs. 9.5±1.2 kg, respectively, p<0.05). Deoxygenated hemoglobin (HHb, index of fractional oxygen extraction) did not differ between the two protocols. There were no changes in hemodynamic responses (blood pressure, heart rate, stroke volume, and cardiac output) and autonomic nervous system (BRS) during sustained isometric exercise at 30% of maximum voluntary contraction after BRJ consumption vs. placebo. During sustained isometric handgrip exercise with blood flow occlusion, BRJ consumption significantly increased the exercise time to exhaustion vs. placebo (94.1±5.8 vs. 80.1±3.3s, respectively, p<0.01), with no effects on the slope of O2Hb reduction (-0.226±0.015 vs - 0.230±0.026μM•s-1,respectively) and on muscle oxygen consumption (14.1±1.0 vs. 14.3±1.6 μmol-L-1•min-1,respectively). In conclusion, a consumption of a single dose of BRJ with high nitrate content (500mg or 8.1mmol) in young adults : (i)did not alter the in vivo microvascular reactivity in skeletal muscle (index of microvascular function at rest) and basal oxidative efficiency (ii)increased muscle oxygenation during sustained isometric handgrip exercise (possibly through improvement in O2 delivery) and (iii)provided ergogenic action during sustained isometric exercise without affecting the muscle’s oxidative capacity (oxygen consumption). The ergogenic action of BRJ seems to be independent of its tissue perfusion benefits, and is possibly related to its positive effects on increasing the muscle’s contractile efficiency.

Ο σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν να διερευνήσει την επίδραση του χυμού από παντζάρι πλούσιο σε νιτρώδη (i)στην in vivo μυϊκή κατανάλωση οξυγόνου, στη μικροαγγειακή αντιδραστικότητα (δείκτης μικροαγγειακής λειτουργίας), και στη λειτουργία του αυτόνομου νευρικού συστήματος κατά την ηρεμία, και, (ii)στη μυϊκή απόδοση, στη μυϊκή οξυγόνωση, στη μυϊκή κατανάλωση οξυγόνου, στις αιμοδυναμικές αποκρίσεις και στη λειτουργία του αυτόνομου νευρικού συστήματος κατά την παρατεταμένη ισομετρική άσκηση μέχρι εξάντλησης. Στη μελέτη έλαβαν μέρος 16 νεαροί ενήλικες οι οποίοι κατανάλωσαν, με τυχαία σειρά, χυμό από παντζάρι με υψηλή περιεκτικότητα σε νιτρώδη (500mg ή 8,1mmol) ή χυμό από παντζάρι από τον οποίο είχαν αφαιρέθηκαν τα νιτρώδη. Δύο και μισή ώρες μετά την κατανάλωση του χυμού, οι συμμετέχοντες εκτέλεσαν μία μανούβρα απόφραξης αιματικής ροής–επαναιμάτωσης κατά την ηρεμία, παρατεταμένη ισομετρική άσκηση χειρολαβής για 3 λεπτά στο 30% της μέγιστης εκούσιας συστολής, και παρατεταμένη ισομετρική άσκηση χειρολαβής μέχρι εξάντλησης με ταυτόχρονη απόφραξη της αιματικής ροής. Οι μεταβολές στην οξυγονωμένη αιμοσφαιρίνη (O2Hb),στην αποξυγονωμένη αιμοσφαιρίνη (HHb), στην περιεκτικότητα των ερυθρών αιμοσφαιρίων στην μικροαγγειακή κυκλοφορία του σκελετικού μυός (tHb) και στη μυϊκή κατανάλωση οξυγόνου μετρήθηκαν με τη χρήση της εγγύς υπέρυθρης φασματοσκοπίας (NIRS). Οι μεταβολές στις αιμοδυναμικές παραμέτρους μετρήθηκαν με υπέρυθρο φωτοπληθυσμογράφο (Finapress), ενώ πραγματοποιήθηκε συνεχόμενη καταγραφή της παραγόμενης δύναμης. Κατά την απόφραξη της αιματικής ροής, η μείωση της O2Hb δεν διέφερε σημαντικά μετά την κατανάλωση του χυμού από παντζάρι και του εικονικού χυμού (30,3±1,6 έναντι-31,1±1,5∆µΜ, αντίστοιχα,p<0,05). Κατά την επαναιμάτωση, οι ενδείξεις της μικροαγγειακής αντιδραστικότητας (λειτουργίας) δε μεταβλήθηκαν μετά την κατανάλωση του χυμού από παντζάρι (1,584±0,093 έναντι 1,556±0,072µΜ•s-1 αντίστοιχα, p<0.05). Επίσης, δεν παρουσιάστηκαν διαφορές στις αιμοδυναμικές αποκρίσεις και τη λειτουργία του αυτόνομου νευρικού συστήματος στην ηρεμία.Κατά το 2ο και 3ο λεπτό της παρατεταμένης ισομετρικής άσκησης χειρολαβής, οι τιμές της οξυγονωμένης (O2Hb) και της συνολικής (tHb) αιμοσφαιρίνης ήταν υψηλότερες μετά την κατανάλωση του χυμού από παντζάρι έναντι του εικονικού χυμού (p<0,05). Επίσης, η παραγόμενη δύναμη ήταν υψηλότερη κατά 13,5% κατά το 3ο λεπτό της παρατεταμένης ισομετρικής άσκησης μετά την κατανάλωση του χυμού πλούσιο σε νιτρώδη (10,8±0,7 έναντι 9,5±1,2kg, αντίστοιχα, p<0,05). Η αποξυγονωμένη αιμοσφαιρίνη (HHb, δείκτης αποδέσμευσης οξυγόνου) δε διέφερε μεταξύ των δύο πρωτοκόλλων. Επίσης, δεν παρατηρήθηκαν μεταβολές στις αιμοδυναμικές αποκρίσεις (αρτηριακή πίεση, όγκος παλμού και καρδιακή παροχή) και τη λειτουργία του αυτόνομου νευρικού συστήματος (BRS) κατά την παρατεταμένη ισομετρική άσκηση στο 30% της μέγιστης εκούσια συστολής. Κατά την παρατεταμένη ισομετρική άσκηση χειρολαβής με ταυτόχρονη απόφραξη της αιματικής ροής, η κατανάλωση του χυμού από παντζάρι αύξησε σημαντικά το χρόνο άσκησης (94,1±5,8 έναντι 80,1±3,3s, αντίστοιχα p<0.01), χωρίς να παρουσιαστούν μεταβολές στη μείωση στην O2Hb (-0,226±0,015 έναντι -0,230±0,026µΜ•s-1, αντίστοιχα) και στη μυϊκή κατανάλωση οξυγόνου (14,1±1,0 έναντι 14,3±1,6µmol•l-1•min-1,αντίστοιχα). Συμπερασματικά, η χορήγηση μίας δόσης χυμού από παντζάρι με υψηλή περιεκτικότητα σε νιτρώδη (500mg ή 8,1mmol) σε νεαρούς ενήλικες:(i)δε μετέβαλε την in vivo μικροαγγειακή αντιδραστικότητα του μυός (δείκτης μικροαγγειακής λειτουργίας στην ηρεμία) και την οξειδωτική αποδοτικότητα στην ηρεμία, (ii)αύξησε τη μυϊκή οξυγόνωση κατά την παρατεταμένη ισομετρική άσκηση (πιθανόν μέσω της βελτίωσης στη μεταφορά O2) και (iii)παρείχε εργογόνο δράση κατά την παρατεταμένη ισομετρική άσκηση χωρίς να επιδράσει ωστόσο στην οξειδωτική ικανότητα (κατανάλωση οξυγόνου) των μυών. Η εργογόνος δράση του χυμού από παντζάρι φαίνεται να είναι ανεξάρτητη από τα οφέλη του στην αιματική ροήστους ιστούς και στην οξειδωτική αποδοτικότητα, και πιθανά να σχετίζεται με τη θετική του δράση στη βελτίωση της συσταλτικής αποδοτικότητας του μυός.