Photo by Steven Lelham on Unsplash
Zmęczenie przybiera różne formy. Mówiąc o zmęczeniu w kontekście sportu i wydajności będziemy zwykle mówić o szeroko pojętym zmęczeniu nerwowo-mięśniowym. Zmęczenie nerwowo-mięśniowe to zmniejszenie maksymalnej dobrowolnej siły w konkretnych czynnościach ruchowych. Zmęczenie to występuje na poziomie obwodowym lub centralnym w skali czasowej od 48 godzin w górę. Zmęczenie obwodowe rozwija się wcześniej na złączu nerwowo-mięśniowym, a następnie na poziomie mięśniowym i może odgrywać najistotniejszą rolę w krótkotrwałym spadku wydolności mięśni. Zmęczenie centralne pojawia się poprzez dobrowolną aktywację neuronalną mięśni i zwykle występuje później. Zmęczenie obwodowe, działa jako potencjalny mechanizm zabezpieczający przed dalszym uszkodzeniem. Ponadto rozwój zmęczenia nerwowo-mięśniowego może być zależny od zadania ruchowego.
Jeśli zmęczenie i regeneracja nie będą odpowiednio kontrolowane, sportowcy mogą być potencjalnie narażeni na większe ryzyko pogorszenia wyników lub większe ryzyko kontuzji. Odpowiednia kontrola parametrów zmęczenia pozwala w lepszy sposób reagować treningowo pod kątem modyfikacji związanych z obciążeniami treningowymi. Co więcej, potrzebne są spersonalizowane strategie regeneracji w sporcie, ponieważ niektórzy sportowcy odnoszą większe korzyści ze stosowania strategii regeneracji w celu przywrócenia wartości fizjologicznych niż inni.
Monitorowanie zmęczenia
Zarządzanie zmęczeniem jest niezbędne do kontrolowania adaptacji treningowej sportowców, zapewnienia ich gotowości do zawodów oraz zmniejszenia ich podatności na kontuzje i choroby. W sporcie niezawodne narzędzie do monitorowania zmęczenia powinno być wrażliwe na obciążenia treningowe i ich wielkość oraz powinno odróżniać nagłe reakcje na wysiłek od zmian przewlekłych.
Kompleksowy stack wspierający relaksację przed snem, jego jakość oraz długość – KUP TUTAJ
Biochemiczne markery zmęczenia
Testosteron i kortyzol
Nagłe zmiany i czas regeneracji po treningach i zawodach sportowych można ocenić za pomocą różnych markerów biochemicznych, hormonalnych i immunologicznych mierzonych we krwi lub ślinie. Układ hormonalny odgrywa istotną rolę przy periodyzacji obciążeń sportowców, co polega na optymalizacji adaptacji treningowych i unikaniu dalszego zmęczenia.
Najczęściej stosowane markery biochemiczne do oceny reakcji na różne obciążenia, stresu treningowego i regeneracji to testosteron i kortyzol. Testosteron jest hormonem anabolicznym, rolę w przeroście regeneracji mięśni, a także jest czynnikiem usprawniającym pracę układu nerwowego, który może wpływać na pobudliwość jednostek motorycznych. Kortyzol jest hormonem stresu i jest wskaźnikiem reakcji układu hormonalnego na wysiłek. W lietraaturze badano niezależne reakcje na kortyzol i testosteron, a także często obserwowane zmiany w równowadze anabolicznej i katabolicznej lub stosunku testosteron:kortyzol (T:C). Stosunek T:C reprezentuje brak równowagi pomiędzy stanami anabolicznym i katabolicznym lub reakcją na obciążenie treningowe i jest szeroko stosowany jako sygnał fizjologiczny do określenia aktywności anabolicznej i katabolicznej w okresach zwiększonego obciążenia. Przypuszcza się, że zwiększenie obciążenia treningowego spowoduje zmniejszenie stosunku T:C. Dane wskazują, że spadki o 30% lub więcej są istotnymi markerami przetrenowania.
Kinaza kreatynowa
Kinaza kreatynowa to kolejny istotny marker zmęczenia u sportowców i zawodników. Enzym ten jest magazynowany w komórkach mięśniowych, ale często jest uwalniany do krwiobiegu po ciężkim wysiłku fizycznym, co wskazuje na uszkodzenie mięśni. Chociaż dowody wydają się przekonujące na temat stosowania kinazy kreatynowej jako narzędzia monitorowania zmęczenia w sportcie, istnieje duża zmienność osobnicza w zakresie spoczynkowych poziomów kinazy kreatynowej, co sprawia, że pomiar zmian wywołanych treningiem jest problematyczny. Kinaza kreatynowa wykazała także dużą zmienność osobniczą, z dużą zmiennością z dnia na dzień wynoszącą prawie 27%.
Istnieje jednak pewna trudność związana z analizą zmian biochemicznych. Zzas, koszty i wiedza specjalistyczna wymagane do gromadzenia i analizy danych są duże, analiza jest czasochłonna, a uzyskanie informacji zwrotnej jest zazwyczaj stosunkowo długie. Te ograniczenia metodologiczne ograniczają ich zastosowanie w praktyce. Trudno jest więc polegać na pojedynczym markerze biochemicznym, hormonalnym czy immunologicznym.
Pomiary EMG jako analiza zmęczenia
Elektromiografia (EMG) odnosi się do zbiorczego sygnału elektrycznego z mięśni kontrolowanego przez układ nerwowy, który jest wytwarzany podczas skurczu mięśni. Sygnał EMG wynika z wielu czynników fizjologicznych, anatomicznych i technicznych. Istnieją dwa rodzaje sygnałów EMG: powierzchniowy EMG i domięśniowy EMG. Powierzchniowe EMG (sEMG) jest preferowane przy uzyskiwaniu informacji o czasie lub intensywności powierzchniowej aktywacji mięśni za pomocą nieinwazyjnych elektrod. Sygnał sEMG wykorzystywany jest jako wskaźnik aktywacji mięśnia w odniesieniu do jej związku z siłą wytwarzaną przez mięsień oraz jako wskaźnik procesów zmęczeniowych zachodzących w mięśniu. Zatem sygnały sEMG są powiązane ze zmianami biochemicznymi i fizjologicznymi mięśni szkieletowych podczas skurczów mięśniowych. Jego głównymi zaletami są nieinwazyjność, monitorowanie zmęczenia w czasie rzeczywistym podczas wykonywania określonej pracy, możliwość monitorowania zmęczenia konkretnego mięśnia oraz korelacja ze zmianami biochemicznymi i fizjologicznymi mięśnia podczas wysiłku. Jest oczywiste, że sEMG ma kilka zalet, ale wiąże się z poważnymi problemami z niezawodnością, a walidacja zaobserwowanych zależności między parametrami sEMG a zdarzeniami fizjologicznymi nadal stanowi wyzwanie. Brak standardów dotyczących czujników, konfiguracji, rozmieszczenia elektrod i protokołów rejestracji niekorzystnie wplywa na możliwość integracji w warunkach sportowych.
Wyskok dosiężny (CMJ) jako test zmęczenia
Wyskok dosiężny (CMJ) to test skoku w pionie, który jest najczęściej stosowany do oceny sprawności skokowej i stanu nerwowo-mięśniowego. Ze względu na swoją wiarygodność i trafność test CMJ stał się „złotym standardem” w monitorowaniu zmęczenia nerwowo-mięśniowego w sportach wyczynowych. Sugeruje się, że jego wysoka powtarzalność i czułość zmęczeniowa potwierdzają jego przydatność i jest obecnie najważniejszym testem do wykrywania zmęczenia nerwowo-mięśniowego.
Na rynku dostępnych jest kilka technologii pomiaru CMJ: Platformy dynamometryczne, które są uważane za „technologię złotego standardu” ze względu na pomiary parametrów siły wywieranej na podłoże. Większość z nich wykorzystuje czas lotu do pośredniego oszacowania wysokości skoku. Wykorzystywane są również aplikacje na telefon, które opierają się na wykrywaniu początkowej i końcowej fazy wyskoku. Co więcej, dodatkowe akcelerometry i różnego rodzaju czynniki inercyjne pomagają w zwiększeniu bezpośredniej oceny parametrów zmęczenia.
Siła izometryczna – wykorzystanie isometric mid-thigh pull (IMTP)
Isometric mid-thigh pull z wykorzystaniem platformy dynamometrycznej jest stosunkowo nowszą metodą określania maksymalnej siły i tym samym oceny parametrów zmęczenia. Jest to niezwykle trafne ćwiczenie w określaniu maksymalnej siły kończyny dolnej i szczytowego tempa rozwoju siły. Co więcej, nowe badania sugerują korelację wskaźników IMTP (izometryczna siła maksymalna i szczytowe tempo rozwoju siły) z wynikami sprintu, mocy i zwinnośc. Atrakcyjnym aspektem IMTP jest możliwość, dzięki technologii platform dynamometrycznych, zapewnienia więcej niż jednego wskaźnika związanego z wynikami sportowymi, takiego jak maksymalne wytwarzanie siły, czas do osiągnięcia maksymalnego tempa rozwoju siły oraz tempo rozwoju siły (RFD) w różnych odstępach czasu (tj. 50, 100, 200 ms). W przypadku racjonalnego umieszczenia IMTP jako ćwiczenia diagnostycznego w oparciu o zmiany mierzonych parametrów jesteśmy w stanie określić potencjalną kumulację zmęczenia, która powinna odzwierciedlać się w spadku parametrów siły maksymalnej oraz opóźnionym tempie przyrostu siły (RFD). Praktyczną zaletę stosowania IMTP przypisuje się temu, że do przeprowadzenia oceny wymagane są niewielkie umiejętności techniczne ze względu na wysoką prostotę ćwiczenia. IMTP jest atrakcyjny dla trenerów z punktu widzenia informacyjnej oceny pojedynczej sesji, którą można przeprowadzać regularnie przy niewielkich co ostatecznie zapewnia bezpieczeństwo, oszczędność czasu i energii sportowców.
Subiektywna ocena zmęczenia
Wydłużone okresy wymagającej aktywności poznawczej oraz kumulacji objętości treningowej wpływa na indywidualną percepcję zmęczenia. Zmęczenie psychiczne powoduje, że sportowcy ograniczają swoją zdolność wysiłkową, czyli maksymalny wysiłek fizyczny, jaki sportowiec może wytrzymać. Dlatego pomiar tych subiektywnych markerów jest konieczny, aby lepiej zrozumieć proces kumulacji zmęczenia i powrót do wydajności fizycznej.
Niedawne badanie dotyczące stosowania narzędzi monitorowania zmęczenia u sportowców wyczynowych opisuje wysoką skuteczność kwestionariuszy samoopisowych w różnych dyscyplinach i na różnych poziomach sportowych w celu oceny ogólnego samopoczucia. Zatwierdzone formularze sto specjalnie zaprojektowane ankiety, takie jak kwestionariusz profilu nastroju (POMS) lub kwestionariusz stresu regeneracyjnego dla sportowców (REST-Q), które należą do najczęściej stosowanych i które mogą pomóc w monitorowaniu złożonego stresu psychofizjologicznego związanego z wysokim stopniem zmęczenia i słabą regeneracją.
Najczęściej stosowanym jest ocena postrzeganego wysiłku (RPE). RPE wywodzi się z procesu psychofizycznego łączącego wiele odczuć stresu fizycznego, dyskomfortu i zmęczenia podczas ćwiczeń lub aktywności fizycznej. Impellizzeri i i współpracownicy skorelowali RPE z różnymi metodami określania wewnętrznego obciążenia treningowego i zauważają, że jest to dobry wskaźnik. Metoda ta może pomóc w opracowaniu konkretnych strategii periodyzacji dla pojedynczych osób i zespołów. Istotne jest jednak to, że w przypadku codziennego wdrażania kwestionariuszy należy wziąć pod uwagę ich długość. Wiele osób uprawiających sport preferuje krótsze i prostsze kwestionariusze, aby zminimalizować ograniczenia czasowe, co jest bardziej efektywne pod względem czasowym, gdy trzeba je wypełniać codziennie. Wdrożenie codziennych kwestionariuszy dobrego samopoczucia do programu monitorowania sportowców, takiego jak PAR-Q, wymaga czasu, zaś RPE to szybki sposób na poznanie statusu zmęczeniowego sportowców.
Aktualne badanie pokazuje, że dostosowany kwestionariusz dobrego samopoczucia, który obejmuje jakość snu, zmęczenie, bolesność mięśni i nastrój w skali Likerta 1–5, dał akceptowalną wiarygodność.
Brito, Hertzog i Nassis w artykule opublikowanym w 2016 roku, w którym oceniano, w jaki sposób zmienne kontekstowe wpłynęły na obciążenie treningowe dobrze wyszkolonych piłkarzy w wieku poniżej 19 lat, stwierdzili, że wyniki zmęczenia były niedokładne podczas stosowania RPE po treningach i wykrył znaczące różnice w trakcie sezonu. Indywidualne oceny zmęczenia, które zostały zgłoszone, różniły się znacznie w obrębie mikrocykli. Wyjaśnienie tych nieścisłości może wynikać z faktu, że postrzeganie wysiłku jest bardzo wielowymiarowe i zdeterminowane czynnikami fizjologicznymi, psychologicznymi i doświadczalnymi, co stwierdził Morgan w klasycznym badaniu dotyczącym psychologicznych komponentów poczucia wysiłku. Niemniej jednak, subiektywna ocena zmęczenia to dodatkowy marker potencjalnej kumulacji zmęczenia, który w przypadku szerszego kontekstu może pomóc w optymalizacji procesu treningowego.
Rhodiola Rosea od Apollo’s Hegemony – adaptogen poprawiający codzienną witalność oraz osiągi treningowe – KUP TUTAJ
Ocena wydajności sprintu
Testy sprintu są szeroko stosowane do oceny zmęczenia sportowców i ich wyników w różnych dyscyplinach sportowych, a większość z nich wykorzystuje podobne dystanse sprinterskie, takie jak 5, 10 i 20 m. Stwierdzono bardzo duże korelacje pomiędzy utratą prędkości a stężeniem mleczanu i amoniaku, gdy reakcje metaboliczne na trening sprinterski skupiają się na utrzymaniu maksymalnej prędkości. Odkrycia te potwierdzają wykorzystanie testów sprintu jako doskonałego narzędzia do określania reakcji zmęczeniowych ze względu na ich zgodność z fizjologicznymi złotymi standardami.
Test biegowy może być bardziej wrażliwy na zmiany stanu nerwowo-mięśniowego niż test skoku ze względu na bardziej specyficzny charakter zadania. Natomiast Garret i współpracownicy uzyskali podobne wyniki pomiędzy testem sprintu i testem skoku w pionie, co wskazuje na alternatywną metodę oceny funkcji nerwowo-mięśniowej u sportowców wyczynowych. W koszykówce prędkość sprintu uznano za istotną cechę, a w szczególności czas sprintu na dystansie 5 m wykazał umiarkowaną odwrotną zależność do czasu gry w NCAA Division II. Zatem monitorowanie zdolności przyspieszania sportowców może być bardziej odpowiednią metodą identyfikacji zmęczenia niż prędkość maksymalna. Wynik sprintu można uznać za ważne narzędzie oceny zmęczenia w sportach, w których sprinty są specyficzne dla danego zadania ruchowego.
Markery molekularne – przyszłościowe metody oceny zmęczenia
Markery biochemiczne i molekularne to wyspecjalizowane metody pozwalające na ocenę odpowiedzi fizjologicznej organizmu na dane obciążenia treningowe. Dostarczają one informacji o różnym charakterze. Przykładowo, istnieje możliwość oceny narastającego stanu zapalnego w oparciu o zmiany poziomu neutrofili i leukocytów, wybranych interleukin z naciskiem na IL-6 czy limfocytów T. W przypadku zmęczenia o charakterze mentalnym, wydaje się, że markerem diagnostycznym może być wspomniany już poziom kortyzolu. W odniesieniu do poziomu mikrouszkodzeń istnieje wysoki potencjał diagnostyczny związany z kinazą kreatynową oraz zmianami poziomu mioglobiny.
Relatywnie nowym markerem molekularnym, nad którym toczą się obecnie badania jest pomiar poziomu cfDNA. Zjawisko koncentracji krążącego bezkomórkowego DNA (cfDNA) ma znaczenie dla wielu dyscyplin biomedycznych, w tym także fizjologii wysiłku fizycznego. Opisano, że wzrost poziomu cfDNA w wyniku ćwiczeń jest potencjalną cechą charakterystyczną zespołu przetrenowania i może być powiązany lub powodować adaptację funkcji odpornościowych wywołaną forsownym wysiłkiem fizycznym.
Badania medycyny sportowej koncentrują się na ostrym wzroście stężenia cfDNA u zdrowych ludzi w wyniku ćwiczeń. Reakcje zapalne organizmu nie są związane tylko z chorobami, ale dotyczą także wysiłku fizycznego. Wiadomo, że wysoka aktywność fizyczna wiąże się z reakcją zapalną leukocytów, mechanicznym i metabolicznym uszkodzeniem mięśni oraz uszkodzeniem DNA spowodowanym stresem oksydacyjnym, co z kolei może powodować wzrost stężenia cfDNA. Jednakże pochodzenie cfDNA pozostaje w dalszym ciągu szeroko niewyjaśnione, a intensywność i czas trwania powiązanego narażenia fizycznego, które są niezbędne do wywołania określonego wzrostu cfDNA, są przedmiotem bieżących badań.
Badania oceniające zmiany cfDNA spowodowane wysiłkiem fizycznym są niespójne. Trudno jest wyciągnąć dokładne wnioski co do tego, jak różne rodzaje skurczów i tryby ćwiczeń mogą wpływać na mechanizm uwalniania cfDNA. Podobnie kwestionowane są skutki uszkodzeń mięśni spowodowanych różnymi rodzajami ćwiczeń. Ważne jest to, czy akumulacja cfDNA jest wyzwalana przez te same czynniki, które indukują procesy zapalne. Chociaż cfDNA i typowe markery uszkodzenia mięśni (CK, UA, CRP) zwiększają się w różnych ramach czasowych, można założyć związek pomiędzy stężeniem cfDNA a odpowiedzią immunologiczną na procesy zapalne.
Podsumowanie
Zmęczenie w kontekście sportu i wydajności manifestuje się jako zmęczenie nerwowo-mięśniowe, wpływające na maksymalną dobrowolną siłę w konkretnych czynnościach ruchowych. Działa na poziomie obwodowym lub centralnym, rozwijając się na złączu nerwowo-mięśniowym.
Kontrola zmęczenia i regeneracji jest kluczowa, aby uniknąć pogorszenia wyników i ryzyka kontuzji. Monitorowanie zmęczenia obejmuje różne metody, w tym biochemiczne markery jak testosteron i kortyzol, kinaza kreatynowa, pomiary EMG, test wyskoku dosiężnego (CMJ), siła izometryczna (IMTP), subiektywna ocena zmęczenia, ocena wydajności sprintu oraz obiecujące markery molekularne.
Wśród markerów molekularnych, pomiar poziomu cfDNA staje się obiecującym narzędziem, które może dostarczyć informacji o reakcji organizmu na wysiłek fizyczny. Jednakże, bieżące badania nad cfDNA wymagają dalszej analizy, aby zrozumieć pełny zakres wpływu różnych rodzajów wysiłku fizycznego na ten marker.
Ostatecznie, kompleksowe monitorowanie zmęczenia obejmuje różnorodne podejścia, a spersonalizowane strategie regeneracji są kluczowe, ponieważ każdy sportowiec może reagować inaczej na obciążenia treningowe. Wdrożenie różnych metod oceny zmęczenia pozwala lepiej dostosować trening i minimalizować ryzyko kontuzji, co jest kluczowe dla osiągnięcia optymalnej wydajności sportowej.
Bibliografia:
Edwards, T.; Spiteri, T.; Bonhotal, J.; Piggott, B.; Haff, G.G.; Joyce, C. Reliability and Sensitivity of Neuromuscular and Perceptual Fatigue Measures in Collegiate Men’s Basketball. J. Strength Cond. Res. 2018, 12, 1–22.
Taylor, K. Monitoring Neuromuscular Fatigue in High Performance Athletes; Edith Cowan University: Joolandrup, Australia, 2012.
Edwards, T.; Spiteri, T.; Piggott, B.; Bonhotal, J.; Haff, G.G.; Joyce, C. Monitoring and Managing Fatigue in Basketball. Sports 2018, 6, 19.
Enoka, R.M.; Duchateau, J. Translating Fatigue to Human Performance. Med. Sci. Sport. Exerc. 2016, 48, 2228–2238.
Wu, P.P.Y.; Sterkenburg, N.; Everett, K.; Chapman, D.W.; White, N.; Mengersen, K. Predicting Fatigue Using Countermovement Jump Force-Time Signatures: PCA Can Distinguish Neuromuscular versus Metabolic Fatigue. PLoS ONE 2019, 14, e0219295.
Thomas, K.; Brownstein, C.G.; Dent, J.; Parker, P.; Goodall, S.; Howatson1, G. Neuromuscular Fatigue and Recovery after Heavy Resistance, Jump, and Sprint Training. Med. Sci. Sport. Exerc. 2018, 50, 2526–2535.
Thomas, K.; Dent, J.; Howatson, G.; Goodall, S. Etiology and Recovery of Neuromuscular Fatigue after Simulated Soccer Match Play. Med. Sci. Sports Exerc. 2017, 49, 955–964.
Marcora, S.M.; Staiano, W.; Manning, V. Mental Fatigue Impairs Physical Performance in Humans. J. Appl. Physiol. 2009, 106, 857–864.
Twist, C.; Highton, J. Monitoring Fatigue and Recovery in Rugby League Players. Int. J. Sports Physiol. Perform. 2013, 8, 467–474.
De Luca, C.J. The Use of Surface Electromyography in Biomechanics. J. Appl. Biomech. 1997, 13, 135–163
Cifrek, M.; Medved, V.; Tonkovi´c, S.; Ostoji´c, S. Surface EMG Based Muscle Fatigue Evaluation in Biomechanics. Clin. Biomech. 2009, 24, 327–340
Garrett, J.; Graham, S.R.; Eston, R.G.; Burgess, D.J.; Garrett, L.J.; Jakeman, J.; Norton, K. A Novel Method of Assessment for Monitoring Neuromuscular Fatigue in Australian Rules Football Players. Int. J. Sports Physiol. Perform. 2019, 14, 598–605.
Bennett RM, Gabor GT, Merritt MM. DNA binding to human leukocytes: evidence for a receptor-mediated asso- ciation, internalization, and degradation of DNA. J Clin Invest 1985 Dec; 76 (6): 2182-90
Tamkovich SN, Cherepanova AV, Kolesnikova EV, et al. Circulating DNA and DNase activity in human blood. Ann N Y Acad Sci 2006 Sep; 1075: 191-6
Fatouros IG, Destouni A, Margonis K, et al. Cell-free plasma DNA as a novel marker of aseptic inflammation severity related to exercise overtraining. Clin Chem 2006 Sep; 52 (9): 1820-4
Atamaniuk J, Stuhlmeier KM, Vidotto C, et al. Effects of ultra-marathon on circulating DNA and mRNA expres- sion of pro- and anti-apoptotic genes in mononuclear cells. Eur J Appl Physiol 2008 Nov; 104 (4): 711-7
Atamaniuk J, Vidotto C, Kinzlbauer M, et al. Cell-free plasma DNA and purine nucleotide degradation markers following weightlifting exercise. Eur J Physiol 2010 Nov; 110 (4): 695-701
Fatouros IG, Jamurtas AZ, Nickolaidis MG, et al. Time sampling is crucial for measurements of cell-free plasma DNA following acute aseptic inflammation induced by exercise. Clin Biochem 2010 Nov; 43 (16-17): 1368-70
