Nové testovací a vyšetřovací metody

V článku pro magazín Velo najdete unikátní souhrn všech laboratorních testovacích metod vhodných pro cyklistiku a ostatní vytrvalostní sporty, navíc s vysvětlením fyziologických souvislostí.

Malá odbočka do fyziologie

Cesta kyslíku začíná v dýchacích cestách a plicích. O tom, kolik vzduchu a za jakou cenu dokáže cyklista v plicích vyměnit a za jakou cenu rozhoduje průchodnost dýchacích cest a především práce bránice a pomocných dechových svalů. (první kritické místo). Kyslík se v plicích váže na červené krvinky (druhé kritické místo), tvořící zhruba polovinu objemu krve a spolu s nimi transportován k pracujícímu svalu. Práci pumpy tady vykonává srdce (třetí kritické místo). Ve svalech je krevní proud distribuován sítí krevních kapilár neboli vlásečnic do bezprostřední blízkosti pracujících svalových buněk. Tato síť má vlastní schopnost regulovat svůj průřez a tím i průtok a tlak krve (čtvrté kritické místo).Konečná přeměna kyslíku a uhlovodíků na energii se odehrává v buňce a závisí na kvalitě a množství jejích mitochondriálního a enzymatického aparátu. (páté kritické místo).

Jak sami vidíte, cesta kyslíku k jeho přeměnně na kýžený výkon je zapeklitá a vede skrze mnohá protivenství. Každý z popsaných kritických bodů může být úzkým hrdlem a protože řetěz je jen tak silný, jak silný je jeho nejslabší článek, mohou být ostatní silné jak chtějí.

Laktát a tepová frekvence

Na tom, jak funguje tato kyslíková kaskáda se samozřejmě tisíce a miliony let nic nezměnilo. Rozdíl je v možnostech, které jsme až do nedávna měli pro její průzkum. K běžným způsobům, jak dnes ji dnes můžeme sledovat patří především měření tepové frekvence pomocí EKG svodů (tedy i běžné sporttestry), měření objemu ventilovaného vzduchu a koncentrace kyslíku v něm (spiroergometrie) a měření koncentrace laktátu. Všechny mohou fungovat jak v laboratorní tak i v mobilní podobě, i když pro praktické řízení tréninku se hodí jen ten první, měření frekvence srdečního tepu.

Kromě toho se v kontrole tréninku snaží v posledních deseti či patnácti letech více či méně prosadit i přímé měření výkonu. Jeho slabinou je, kromě technických komplikací plynoucí z nezbytnosti umístit co možná nejmenší a nejlehčí a přitom dostatečně odolný a trvanlivý elektronický díl do silově nejnamáhanějších částí kola, především fakt, že výstupem je fyzikální veličina, nic nevypovídající o fyziologických dějích a podmínkách, za kterých jí bylo dosaženo. S lehkou mírou nadsázky není tedy wattmetr nic jiného než drahý tachometr.

Nejrozšířenější a nejdostupnější metodou, kterou si můžeme vytvořit základní představu, co se v našem těle při zátěži děje, je bezesporu vyšetření laktátové křivky a od ní se odvíjející sledování srdečního pulzu. V průběhu většinou laboratorního testu projde cyklista postupně celý rozsah svých výkonů a při tom mu je v pravidelných intervalech odebírán vzorek krve pro stanovení krevního laktátu. Koncentrace krevního laktátu je tím vyšší, s čím vyšším kyslíkovým dluhem v tu chvíli tělo pracuje. Čím méně kyslíku svaly dostanou, tím vyšší koncentrace laktátu. Z hodnot laktátu se vytvoří laktátová křivka, na ní se stanoví dva základní body - aerobní a anaerobní práh. Prahy dělí křivku na tři pásma: aerobní část, kde je kyslíku dost, smíšenou, ve které je kyslíku tak tak a anaerobní, ve které je kyslíku nedostatek.. Těmto prahům a pásmům odpovídají určité hodnoty a rozsahy tepové frekvence a podle nich se řídí a plánuje trénink.

Potíž je v tom, že tepová frekvence a laktát zobrazují sumárně dýchací řetězec od prvního až po třetí kritické místo, aniž by dokázaly rozlišit jejich vliv na celkový výsledek. Čtvrté kritické místo, kapiláru, ponechají bez povšimnutí a pátého, tedy děje uvnitř buňky, se dotknou jen letmo a opět ho nejsou schopny nijak oddělit od prvních třech bodů kaskády.

Jednoduše řečeno - z tepové frekvence se dozvíme jen to, jestli máme kyslíku dost a nebo ne, aniž bychom věděli proč. A to ještě jen v případě, že máme správně stanovenou laktátovou křivku a prahy na ní.

Spirometrie a spiroergometrie

Spirometrie (měření dechových funkcí v klidu) a zátěžová spiroergometrie jsou sice metody minimálně stejně staré jako laktátová křivka, alespoň v našich zemích jsou ovšem rozšířené a používané daleko méně. Dílem je to vyššími nároky na technické vybavení laboratoře, kvalifikaci personálu (laktátovou křivku vám udělá i trenér, zátěžovou spiroergometrii pouze patřičně kvalifikovaný lékař) a dílem i tradice a zvyk. Přitom i ze zátěžové spiroergometrie získáte hodnoty tepové frekvence a výkonu na metabolických prazích, i když poněkud jinak položené.

Hlavním výstupem jsou ovšem dechové funkce - objemy a rychlosti výdechu a nádechu a velikost výměny dýchacích plynů (kyslíku a oxydu uhličitého) mezi krví a ventilovaným vzduchem. Spiroergometrie a spirometrie tedy dokážou zobrazit především první, případně druhé kritické místo - mechanickou výměnu vzduchu v plicích a přestup plynů do a z krve (pro přesnost - ke zobrazení druhého bodu bychom museli zároveň monitorovat ještě takzvanou acidobazickou rovnováhu, ale to už je opravdu mimo rozsah článku v magazínu, byť již témeř odborném). Do jisté míry, v podobě tzv. VO2max, tedy maximální spotřeby kyslíku, ukazují kvantitativně i na dění na pátém kritickém místě.

Zásadní je ovšem zobrazení kvality práce plicních svalů - stejně jako autor článku byste byli nejspíš překvapeni, kolik jinak slušně trénovaných sportovců je limitováno svou (ne)schopností správně a dostatečně dýchat. A to dokonce do té míry, že nedosahují ani 80 procent průměru svých vrstevníků. Na vině bývá většinou špatná či dokonce žádná funkce hlavního dechového svalu - bránice.

Měření srdečního výdeje

K čemu je vlastně  další přístroj na sledování srdce, když už máme měření TF pomocí EKG? Abychom pochopili význam takzvaného kontinuálního neinvazivní monitorování srdečního výdeje, musíme chtě něchtě udělat ještě jednu odbočku do fyziologie. Měřením srdeční fekvence totiž o práci srdce získáme jen malou část informace o jeho výkonnosti. Srdce není jednoduchá mechanická pumpa, pracující se stálým definovaným objemem. V ideálním případě funguje tak, že s rostoucí zátěží roste zároveň jak tepová frekvence, tak i objem jednoho stahu, takzvaný srdeční objem. U dobře trénovaných vytrvalců roste dokonce tepový objem rychleji než tepová frekvence.

U vytrvalostně netrénovaných, špatně trénovaných (a samozřejmě u nemocných) se ale může stát, že srdce v průběhu zvyšování zátěže srdce “zpanikaří” a místo toho, aby srdeční objem rostl s tepovou frekvencí, začne najednou klesat. A protože minutový srdeční objem a s ním i celková dodávka kyslíku pracujícím svalům se rovná srdeční frekvence krát tepový objem, je jasné, že ač nám tepovka utěšeně roste, přísun kyslíku ke svalu klesá. V případě standardního laktátového testu se dozvíme jen to, že došlo k nárůstu  tepové frekvence a laktátu, ale že za tím stojí právě špatná práce srdce, že máme slabé místo na třetím kritickém místě se už nemáme šanci dozvědět. Tohle dokážeme sledovat jen monitoringem srdečního výdeje.

Infračervená spektroskopická oxymetrie

Měření nasycení hemoglobinu kyslíkem pomocí odraženého je v principu metoda, která se v medicíně používá už několik desítek let. Dnes už jí možná používáte i vy - tak totiž pracuje i měření tepové frekvence pomocí světelné diody v aplikacích pro smartphony.

Převratné je tu použití takové délky světla, která dokáže proniknout až do hloubky pěti centimetrů a měřit díky tomu procento kyslíku a množství hemoglobinu (a tím i průtok) přímo v kapilárách pracujícího svalu.

Hodnoty SmO2 (saturace hemoglobinu ve svalu - množství kyslíku v krvi protékající svalem) a tHb (celkového hemoglobinu - celkové množství krve protékající svalem) nám konečně mohou osvětlit, co se děje s krví a kyslíkem od chvíle, kdy se z přívodných tepen rozběhne do kapilárního řečiště svalu. Za okolností ideálních pro vytrvalce sledujeme při stupňovitém testu v reakci na zátěž na SmO2 nejprve vzestup koncentrace kyslíku  - srdce a plíce zvýšily svojí aktivitu a do svalu ženou víc okysličené krve a vytváří tím určitou rezervu pro další zvýšení zátěže.

Při každém další zvýšení zatížení spotřeba kyslíku ve svalu vzroste a koncentrace naopak klesne, ale při stálé zátěži zůstane po celou dobu stejná. Tak tomu je stupeň po stupni až do chvíle, kdy spotřeba ve svalu překročí přívod kyslíku a koncentrace začne klesat i v průběhu stejné výkonové zátěže, sval se zakyselí a cyklista přestane být schopen dodržet požadovaný výkon. Celkové množství hemoglobinu ve svalu v případě dobré trénovanosti zůstává po celou dobu testu bez ohledu na zátěž relativně stálá a nebo dokonce nepatrně vzroste díky tomu, že se otevírají dosud nevyužívané kapiláry.

K tomu, abychom pochopili a docenili význam nových technologií v testování těla v zátěži a v řízení tréninku si musíme udělat malé opáčko fyziologie. Nebojte, nic dlouhého ani složitého, prostě budeme sledovat kyslík na jeho cestě tělem. Proč kyslík? Protože kyslík a schopnost ho získat, donést ke svalům a tam zpracovat a převést na fyzikální práci je alfou a omegou každého vytrvalostního sportu a cyklistiky v první řadě. Protože člověk, stejně jako všichni ostatní vyšší živočichové, dokáže vyrábět energii ke svému pohonu pouze a jen díky přeměně kyslíku a uhlovodíků na vodu a kysličník uhličitý, znamená více kyslíku vyšší produkovaný výkon. Práce na kyslíkový dluh je v cyklistice až druhořadá - vždy vyhrává ten, kdo jí při daném tempu nasadí nejpozději a nejméně. Ne nadarmo se v posledním desetiletí točí v cyklistice v oblasti boje proti dopingu všechno okolo EPO a krevních transfuzí. EPO znamená červené krvinky a červené krvinky znamenají kyslík.

Podle toho, jak nízké koncentrace kyslíku (SmO2) dokáže cyklista v testu dosáhnout (tedy kolik kyslíku dokážou jeho svalové buňky z krve vysát) můžeme nepřímo usuzovat na mohutnost jeho aerobního energetického aparátu a tím jeho schopnost produkovat dlouhodobý výkon (páté kritické místo). O tom, jak funguje kapilární síť ve svalu nás informuje celkové množství hemoglobinu (tHb) protékající svalem. U vytrvalostně netrénovaných, byť často jinak špičkových sportovců se totiž stává, že se při určité zátěži najednou kapilární síť začne uzavírat a přívod kyslíku se náhle zhorší. Ukazuje se také, že výrazný vliv na propustnost kapilárního systému může mít zvolená kadence šlapání a tím pádem svalové napětí, poznatek, který můžeme a hodláme v brzké době díky této technice do hloubky prozkoumat.

Úplně nejzajímavější na této metodě ale je, že přístroj, který takové měření umí je krabička velikosti menších hodinek, kompatibilní s ostatními zařízeními na platformě ANT+. Díky jednoduchému použití a snadné interpretaci výstupu, naprosto srovnatelnou s tepovou frekvencí, se nejspíš v blízké budoucnosti stane novým standardem nejen v testování, ale i v kombinaci s klasickým EKG pulsmetrem i v řízení tréninku.

Nepřímé měření celkové transportní kapacity krve

S posledním vyšetřením se nejspíš osobně nesetkáte, přesto je zajímavé si o něm něco málo říct. A to nejen proto, že dobře zobrazuje třetí kritické místo, tedy transportní kapacitu krve pro kyslík. Pokud se totiž ujme a rozšíří, může znamenat převrat v boji proti krevním dopingu a konec kontroverzních a stále ze všech stran napadaných biologických pasů.

Principem vyšetření je značkování hemoglobinu oxidem uhelnatým. Nebojte se, sportovce nikdo svítiplynem trávit nebude, koncentrace je zcela neškodná. Testovaný jedinec bude po dobu dvou minut dýchat vzduch obohacený nepatrným, přesně změřeným množstvím tohoto plynu. Poté, co se ve stejném procentu rovnoměrně rozptýlí po veškerém tělním hemoglobinu, přestane sportovec směs oxidu uhelnatého a vzduchu vdechovat a ze vzorku krve se mu změří procento hemoglobinu zasaženého oxidem uhelnatým (takzvaný karboxyhemoglobin). K výpočtu celkového distribučního prostoru pak stačí trojčlenka..

Zda to opravdu bude znamenat konec manipulace s krví a nebo jestli budeme jen svědky pestrého kaleidoskopu více či méně kuriozních vysvětlení, proč má ten či onen slavný šedesátikilový vrchař vazebnou kapacitu dostihového plnokrevníka v nejlepší formě ukáže teprve čas.