Αιμοδυναμικές αποκρίσεις και μυϊκή οξυγόνωση κατά τη δυναμική και ισομετρική άσκηση αντιστάσεων ιδίου παραγόμενου έργου

Abstract

Resistance exercise (RE) has been considered an integral component of exercise training programs for the promotion of health and has been widely used as an adjuctant nonpharmacological strategy for the prevention and treatment of chronic disease. RE can be performed either by dynamic or isometric contraction. Despite the fact that isometric RE has been shown to confer at least comparable benefits in terms of muscle hypertrophy, strength gain, and BP-lowering effects compared to dynamic RE, health associations are still reluctant to endorse this mode of RE to the same degree as the dynamic exercise. In fact, only the American Heart Association has recently proposed the use of isometric RE in the prevention and treatment of cardiovascular diseases. The major concern is the fear of exagerrated increases in BP that might be associated with isometric exercise. This notion, however, is mostly based on studies comparing isometric with dynamic moderate intensity aerobic exercise. The purpose of this thesis was to examine the hemodynamic and muscle oxygenation responses during isometric and dynamic RE under the same workload. METHODS: Twenty-four healthy males (24,8 ± 1 years of age), initially performed isometric bilateral leg press for the assessment of maximal voluntary contraction (MVC). Then, the participants executed bilateral isometric and dynamic leg-press RE, in random order. The isometric RE protocol consisted of 4 sets of 2 min exercise at 30% MVC with 2 min of passive recovery, while dynamic RE protocol consisted of 4 sets of 2 min exercise (1,5 s concentric / 1,5 s eccentric) at 30% MVC with 2 min passive recovery between sets. Force production was continuously monitored during both types of RE. Changes in hemodynamic parameters were continuously recorded using infrared photoplethysmography (Finapress), while changes in muscle oxygenation [oxygenated hemoglobin (O2Hb), tissue saturation index (TSI), deoxygenated hemoglobin [HHb), and total hemoglobin (tHb) ] of vastus lateralis (VL) were continuously recorded using near-infrared spectroscopy (NIRS). RESULTS: Resting/baseline values of hemodynamic indices and TSI were not different in the two modes of RE. Also, the total work production within all four sets did not differ between isometric and dynamic RE protocols. The magnitude of increase in BP (SBP, DBP, MBP) was similar between the two RE protocols. The pattern of changes in BP from set to set, however, was different between the two RE protocols (significant interaction effect p < 0.05). Furthermore, the dynamic protocol stimulated to a greater extent the central and peripheral parameters of the cardiovascular system compared to isometric. More specifically, the dynamic protocol resulted in a greater increase in cardiac output (p < 0,001); this effect was mainly attributed to a greater increase in HR (p < 0.001) and secondary to a greater increase in stroke volume (p < 0.05) in dynamic compared to isometric. The dynamic protocol also caused a greater reduction in total peripheral resistance compared to isometric (p < 0.001). The mode of contraction had a significant effect on VL oxygenation. The magnitude of reduction in TSI as well as the increase in HHb were significantly greater during the dynamic compared with the isometric protocol (p < 0.05 for both). CONCLUSION: When the same large muscle groups are used during isometric and dynamic RE protocols under equal workload conditions, the increase in BP during isometric and dynamic RE, is very similar. This is in contrast to what was frequently thought. However, dynamic RE compared to isometric, activates to a greater extent the cardiovascular system and muscle oxidative metabolism, as evident by greater increase in hemodynamic parameters, greater reduction in muscle oxygenation and greater increase in HHb (oxygen extraction index).

Η άσκηση με αντιστάσεις αποτελεί αναπόσπαστο μέρος των προγραμμάτων άσκησης για την προαγωγή της υγείας, καθώς και για την πρόληψη και θεραπεία πολλών χρόνιων νοσημάτων. Η άσκηση με αντιστάσεις μπορεί να πραγματοποιηθεί είτε με δυναμικού είτε με ισομετρικού τύπου μυϊκή συστολή. Παρά το ότι η ισομετρική άσκηση παρέχει τουλάχιστον παρόμοια οφέλη σε σύγκριση με τη δυναμική άσκηση αντιστάσεων, στη βελτίωση της μυϊκής δύναμης και στη μείωση της υψηλής αρτηριακής πίεσης, οι οργανισμοί υγείας δεν υιοθετούν την ισομετρική άσκηση στον ίδιο βαθμό συγκριτικά με τη δυναμική άσκηση αντιστάσεων. Πιο συγκεκριμένα, πρόσφατα μόνο η Αμερικανική Καρδιολογική Εταιρεία προτείνει τη χρήση ισομετρικής άσκησης για την πρόληψη και θεραπεία χρόνιων νοσημάτων. Η κύρια αιτία είναι ο φόβος για υπέρμετρη αύξηση της αρτηριακής πίεσης, που μπορεί να παρατηρείται κατά την ισομετρική άσκηση με αντιστάσεις. Η άποψη αυτή προέκυψε κυρίως από μελέτες που συνέκριναν την ισομετρική άσκηση με μέτριας έντασης δυναμική αερόβια άσκηση. Σκοπός της παρούσας διατριβής ήταν να εξετάσει τις αιμοδυναμικές αποκρίσεις και τη μυϊκή οξυγόνωση κατά τη διάρκεια της ισομετρικής και της δυναμικής άσκησης αντιστάσεων, υπό συνθήκες ίδιου παραγόμενου έργου. Είκοσι τέσσερις νέοι υγιείς άνδρες (24,8 ± 1 έτη), εκτέλεσαν αρχικά τη δοκιμασία προσδιορισμού της μέγιστης εκούσιας συστολής (MVC) των κάτω άκρων. Στη συνέχεια οι συμμετέχοντες εκτέλεσαν με τυχαία σειρά ένα ισομετρικό και ένα δυναμικό πρωτόκολλο ωθήσεων με δύο πόδια σε επίπεδη πρέσα. Το ισομετρικό πρωτόκολλο άσκησης (ISO) αποτελούνταν από 4 σετ των 2 λεπτών, στο 30% MVC (άνοιγμα άρθρωσης γόνατος 90º) με 2 λεπτά παθητικού διαλείμματος, ενώ το δυναμικό πρωτόκολλο άσκησης (DYN) από 4 σετ των 2 λεπτών (40 επαναλήψεις 1,5 s σύγκεντρη / 1,5 s έκκεντρη) στο 30% MVC, με 2 λεπτά παθητικού διαλείμματος. Πραγματοποιήθηκε συνεχόμενη καταγραφή του παραγόμενου έργου. Οι μεταβολές των αιμοδυναμικών παραμέτρων καταγράφηκαν με τη χρήση υπέρυθρου φωτοπληθυσμογράφου (Finapress), ενώ οι μεταβολές στη μυϊκή οξυγόνωση (οξυγονωμένη αιμοσφαιρίνη - O2Hb, στον κορεσμό οξυγόνου - TSI), στην αποξυγόνωση (από-οξυγονωμένη αιμοσφαιρίνη - HHb), και στον όγκο αίματος (tHb) στον έσω πλατύ μηριαίο καταγράφηκαν με τη μέθοδο της εγγύς υπέρυθρης φασματοσκοπίας (NIRS). Αποτελέσματα: Κατά την ηρεμία δεν παρατηρήθηκαν διαφορές στους αιμοδυναμικούς δείκτες και στον TSI ανάμεσα στα 2 πρωτόκολλα. Επίσης, το συνολικό παραγόμενο έργο στα τέσσερα σετ άσκησης, δε διέφερε στατιστικά σημαντικά στα δύο πρωτόκολλα. Τα δύο πρωτόκολλα άσκησης αντιστάσεων, προκάλεσαν παρόμοια αύξηση στην αρτηριακή πίεση (ΣΑΠ, ΔΑΠ και ΜΑΠ), παρά το διαφορετικό ρυθμό αύξησης της αρτηριακής πίεσης από σετ σε σετ. Επίσης, το DYN πρωτόκολλο ενεργοποίησε σε μεγαλύτερο βαθμό τους κεντρικούς και περιφερικούς παράγοντες του καρδιαγγειακού συστήματος έναντι του ISO, όπως αποτυπώνεται από τη μεγαλύτερη αύξηση της καρδιακής παροχής (p < 0,001). Η ανωτέρω μεταβολή ήταν αποτέλεσμα κυρίως της μεγαλύτερης αύξησης της καρδιακής συχνότητας στο πρωτόκολλο DYN (p < 0,001) και κατά δεύτερο λόγο της μεγαλύτερης αύξησης του όγκου παλμού (p < 0,05) και της μεγαλύτερης μείωσης των περιφερικών αντιστάσεων (p < 0,001). Το είδος της μυϊκής συστολής επέφερε διαφορές στην οξυγόνωση του σκελετικού μυός (μεγαλύτερη μεταβολή TSI στο DYN έναντι του ISO, p < 0,05) και την αποδέσμευση του οξυγόνου (μεταβολή ΗΗb μεγαλύτερη στο DYN έναντι του ISO, p < 0,05). Συμπερασματικά, όταν κατά την ισομετρική και δυναμική άσκηση αντιστάσεων χρησιμοποιούνται οι ίδιες μυϊκές ομάδες, υπό συνθήκες ίδιου παραγόμενου έργου, η αύξηση στην αρτηριακή πίεση κατά την ισομετρική σε σύγκριση με τη δυναμική, είναι παρόμοια, σε αντίθεση με από αυτό που συχνά θεωρούνταν. Ωστόσο, κατά τη δυναμική άσκηση αντιστάσεων, έναντι της ισομετρικής, παρατηρείται εντονότερη δραστηριοποίηση του καρδιαγγειακού συστήματος, μεγαλύτερη δραστηριοποίηση του οξειδωτικού μεταβολισμού και πιθανά μεγαλύτερη κατανάλωση οξυγόνου σε μυϊκό επίπεδο.