Rytm dobowy a sprawność fizyczna

Zaczniemy od chronobiologii i rytmó dobowych. Chronobiologia to nauka badająca endogenne rytmy biologiczne, które są wewnętrznymi cyklami wszystkich żywych istot. Istnieje kilka rodzajów rytmów biologicznych: okołodobowy, ultradobowy i infradowy, przy czym rytm okołodobowy ma największe znaczenie, ponieważ działa w okresie odpowiadającym 24 godzinom. Ultradian odnosi się do okresu czasu krótszego niż 20 godzin, a infradianu do cykli dłuższych niż 28 godzin; w tym ostatnim wyróżnia się circaseptan (7 dni), circatrigintan (30 dni) i okołoroczny (360 dni). Organizm posiada „centralny zegar biologiczny” zlokalizowany w podwzgórzu, a konkretnie w jądrze nadskrzyżowaniowym (SCN), który odbiera i emituje informacje. Rytmy te są dostosowane do elementów otoczenia, głównie cyklu światło/ciemność, przy czym światło jest jego głównym synchronizatorem środowiskowym.  Inne bodźce egzogenne to przyjmowanie pokarmu, stres, aktywność fizyczna lub sen (czynniki „zeitgebers”, niemieckim słowem określającym każdy bodziec zewnętrzny, który może pomóc w utrzymaniu okresowości rytmów okołodobowych. SCN odbiera bodźce świetlne za pośrednictwem szlaku siatkówkowo-podwzgórzowego, a dzięki tym informacjom koordynuje pozostałe „zegary obwodowe” za pośrednictwem sygnałów hormonalnych lub nerwowych. Te „zegary” mają również zdolność do samodzielnego i niezależnego funkcjonowania i są zlokalizowane w całym organizmie: nerkach, trzustce, tkance tłuszczowej, tkance mięśniowej. Czas indywidualnej biologicznej preferencji do wykonywania czynności i odpoczynku jest znany jako chronotyp. Tak więc poranna preferencja dla aktywności i wczesne pójście spać nazywa się morning-chronotypem lub skowronkiem, podczas gdy wieczorny chronotyp lub sowa umiejscawia momenty największej aktywności po południu, opóźniając czas na sen. Pomiędzy nimi znajduje się pośredni-chronotyp.

Na wydajność aktywności fizycznej wpływa wiele czynników. Należą do nich procesy fizjologiczne o cyklu około 24 godzinnym, takie jak ciśnienie krwi, temperatura ciała, wydzielanie hormonów, metabolizm energetyczny składników odżywczych. Ciśnienie krwi spada o 10-20% w nocy, sprzyjając zmniejszeniu stresu sercowo-naczyniowego i wzrasta w czasie przebudzenia z powodu większego uwalniania katecholamin (noradrenaliny), co jest znane jako „poranny wzrost”. Temperatura ciała osiąga szczyt późnym popołudniem, a jej wartość minimalną osiąga w nocy, między godziną 4:00–5:00 [1].

Wśród hormonów o charakterze dobowym znajduje się melatonina wytwarzana zarówno przez szyszynkę, jak i siatkówkę oka oraz kortyzol uwalniany przez nadnercza. Melatonina odgrywa kluczową rolę w kontrolowaniu rytmów czuwania/snu, działając jako mediator między zewnętrznymi bodźcami świetlnymi a podwzgórzem. Jest więc syntetyzowany w ciemności, osiągając maksymalne uwalnianie w nocy, w godzinach 23:00–5:00, przy jednoczesnym spadku ciśnienia krwi i tętna [2]. Jednak ekspozycja na światło (światło niebieskie) w nocy i uprawianie intensywnej aktywności fizycznej pod koniec dnia, powodują drastyczny spadek poziomu tego hormonu, a w konsekwencji sen jest utrudniony. Kortyzol, glukokortykoid, którego poziom we krwi wzrasta w nocy, osiąga maksimum w pierwszej części poranka, kiedy to jego stężenie zaczyna spadać, a minimum notowane jest późnym popołudniem [1]. Wyższe poziomy kortyzolu we krwi są związane z podwyższonym ciśnieniem krwi i częstością akcji serca. W pewien sposób kortyzol przygotowuje organizm do stawienia czoła czynnościom, które będą wykonywane przez resztę dnia. Metabolizm składników odżywczych, w tym przyjmowanie pokarmu i wydzielanie insuliny, jest kontrolowany przez SQN z samoregulacją „zegarów obwodowych”. W przypadku metabolizmu lipidów wyższe wartości trójglicerydów we krwi stwierdzono w nocy niż po zjedzeniu posiłków w ciągu dnia. Dzieje się tak za sprawą porannego wzrostu poziomu insuliny, hormonu hamującego uwalnianie kwasów tłuszczowych z tkanki tłuszczowej. Dla metabolizmu glukozy najlepszą tolerancję na nią wykazuje się w godzinach porannych [3], gdyż jest to dzień, w którym insulina jest najbardziej wrażliwa, ze wzrostem glukozy wychwyt w celu zmniejszenia hiperglikemii poposiłkowej. Synteza tego hormonu jest kontrolowana przez trzustkowe komórki beta wysp Langerhansa, gdzie kortyzol i melatonina również działają, aby modulować jego uwalnianie. Aby zapewnić lepszą tolerancję glukozy, wskazane jest utrzymywanie dobrze zsynchronizowanych rytmów dobowych, monitorowanie cykli snu/budzenia, spożycia/postu oraz rodzaju spożywanych posiłków, ponieważ mają one wpływ na normalne zużycie glukozy i prawidłowe wydzielanie insuliny [3]. Jak wcześniej wspomniano, w celu ich synchronizacji cykle te opierają się na różnych czynnikach endogennych i egzogennych. Obecność zeitgeberów, takich jak światło podczas snu, spożycie w nocy lub aktywność w chwilach odpoczynku, powoduje niezrównoważenie rytmu dobowego, a tym samym zmiany w wynikach sportowych, ponieważ wpływa to na metabolizm energetyczny i wydzielanie hormonów [1]. Dieta ma duży wpływ na rytmy dobowe, szczególnie rano. O tej porze dnia organizm potrzebuje wyższych poziomów energii, aby poradzić sobie z resztą codziennych czynności, ponieważ największa aktywność współczulna na początku dnia powoduje największą liczbę reakcji metabolicznych. Podobnie następuje wzrost opróżniania żołądka, co prowadzi do większego wchłaniania jelitowego, z wyższą tolerancją glukozy. Sportowcy muszą zwracać uwagę na rodzaj diety i częstotliwość (regularność) spożycia jedzenia. Poziom lipidów w organizmie jest pod kontrolą dobową, przy udziale licznych „zegarów obwodowych”. Pokarmy bogate w tłuszcze są uważane za silne czynniki zakłócające chronologię, ponieważ działają poprzez modyfikację ekspresji genów okołodobowych lub „genów zegara”, które aktywują lub dezaktywują inne czynniki powodujące zmiany fizjologiczne w komórkach w ciągu 24 godzin. Dlatego diety wysokotłuszczowe powodują desynchronizację dobową ze zmianami metabolicznymi, które są szkodliwe dla zdrowia sportowców [4]. Poniżej zostanie opisane jak rytmy dobowe wpływają na poszczególne parametry sprawności fizycznej.

Melatonina testosterone.pl – najbardziej znany regulator rytmów dobowych

 

Siła

Siła, niezależnie od mierzonej grupy mięśni lub szybkości skurczu, konsekwentnie osiąga szczyt wczesnym wieczorem. Rytm izometrycznej siły chwytu osiąga szczyt między 14:00 a 19:00 z amplitudą około 6% średniej z 24 godzin [5]. Inne grupy mięśni, np. mięsień czworogłowy i przywodziciel kciuka, wykazują podobne cechy rytmu, chociaż rytmy te są zmienne i zależą od badanej grupy mięśniowej oraz tryb skurczu mięśni [6]. Siła zgięcia łokcia zmienia się w zależności od pory dnia, osiągając szczyt wczesnym wieczorem . Siła pleców jest również wyższa wieczorem niż rano. Rytm ma amplitudę około 6% średniej dobowej. Gdy siła izometryczna prostowników kolan jest mierzona kolejno w ciągu dnia słonecznego, widoczne są dwa dobowe szczyty; jeden pod koniec poranka, a drugi późnym popołudniem/wczesnym wieczorem [5]. Dokładny mechanizm tych zmian siły pozostaje jak dotąd nierozwiązany z udziałem zarówno czynników peryferyjnych, jak i centralnych, a także subharmonicznej w rytmie okołodobowym. Zarówno siłę koncentryczną, jak i ekscentryczną mierzono w różnych porach dnia słonecznego za pomocą dynamometrii izokinetycznej [7]. Efekt pory dnia w tych zmiennych odnotowano przy różnych kątach stawowych i prędkościach, przy czym wartości szczytowe występowały wczesnym wieczorem. Może to być wynikiem dobowych zmian siły mięśni zależnych od prędkości, które występują w wyniku wzorców rekrutacji typu włókien. Te różnice dobowe nie rozciągają się jednak na kształt związku między momentem obrotowym a prędkością kątową, który pozostaje niezmieniony przez cały dzień. Charakterystyki rytmów obserwowane w sile dynamicznej są podobne do tych obserwowanych dla skurczów izometrycznych, co wskazuje, że cechy rytmów okołodobowych układu mięśniowo-szkieletowego można badać przy użyciu różnych rodzajów działania mięśni [8]. Obserwowane rytmy siły nie wydają się być wyraźnie widoczne u kobiet. To odkrycie może być związane z różnicami płciowymi w masie mięśniowej wpływającymi na amplitudę rytmu wyładowań elektrycznych lub z centralnym poleceniem odgrywającym większą rolę u kobiet niż u mężczyzn.

 

Wydolność beztlenowa

Wyższą moc maksymalną w teście siła-prędkość odnotowuje się w godzinach popołudniowych lub wieczornych niż rano. W przeciwieństwie do tego, jedno z badań wykazało, że tylko pierwszy sprint dawał wyższą wydajność wieczorem niż rano, podczas gdy kolejne sprinty i całkowita wykonana praca nie miały wpływu na porę dnia [9], a inne badanie nie wykazało zmienności dobowej dla żadnego parametrów cyklicznych [10]. Podsumowując, początkowa siła mięśni jest wyższa wieczorem niż rano w środowisku neutralnym, natomiast zdolność powtarzanego sprintu może nie być lepsza, prawdopodobnie ze względu na efekt rozgrzewki pierwszego sprintu. Nie stwierdzono dobowych wahań maksymalnej mocy w teście siły prędkości w środowisku tropikalnym, prawdopodobnie ze względu na bierną rozgrzewkę powodowaną przez środowisko, a tym samym osłabienie dobowej zmienności, ani poranny ani wieczorny trening nie przyniósł żadnego czasu efekty specyficzne. W 15-sekundowym teście Wingate’a moc szczytowa, ale nie średnia, była wyższa wieczorem niż rano [11]. Ćwiczeń tylko tylko zmniejszało wcześniej zaobserwowane dobowe wahania szczytowej mocy beztlenowej, podczas gdy ćwiczenia tylko wieczorem zwiększało wieczorne wartości tego parametru. Stwierdzono, że harmonogram snu i posiłków ma wpływ na czas osiągnięcia szczytowej wydajności podczas sprintów na 80 m; szczyt wydajności wystąpił o godzinie 17:00 w dniu, w którym harmonogramy były przesunięte o dwie godziny, oraz o godzinie 21:00, kiedy harmonogramy były opóźnione o dwie godziny. Gdy tylko harmonogram snu/budzenia był zaawansowany, ale nie harmonogram posiłków, szczyt wydajności wystąpił o godzinie 19:00, podobnie jak w dniach kontrolnych [12].

Wzrost średniej i szczytowej mocy od rana do wieczora zaobserwowano w wynikach podczas pływania. Odnotowano, że prędkość pływania jest mniejsza rano niż wieczorem, nawet u pływaków przyzwyczajonych do porannych ćwiczeń [13]. Co więcej, ta dobowa zmienność utrzymywała się nawet przy zwiększonej rozgrzewce rano i zmniejszeniu rozgrzewki wieczorem [13]. Jednak cztery miesiące treningu, zarówno rano, jak i wieczorem, miały tendencję do obniżania lepszych wyników wieczornych obserwowanych przed planowanym treningiem wśród pływaków wyczynowych.

 

F

Kofeina + L-teanina od Apollo’s Hegemony – trenuj efektywnie nawet w godzinach porannych

Wydolność tlenowa

Stwierdzono, że czas do zmęczenia podczas jazdy na ergometrze jest dłuższy wieczorem niż rano; to samo dotyczy całkowitej wykonanej pracy i czasu do wyczerpania na bieżni [14]. Wyższość wieczoru pod względem mocy wyjściowej i czasu jazdy na rowerze stwierdza się nawet u sportowców typu porannego, którzy przechodzą intensywną procedurę rozgrzewki przed badaniem. Jedno z badań wykazało, że ogólna wydajność podczas 60-minutowego ćwiczenia we własnym tempie nie różniła się w zależności od pory dnia, ale że wydajność była wyższa wieczorem niż rano przez pierwsze 30 minut, podczas gdy wydajność w drugiej połowie sesja była wyższa rano [15]. W 80-minutowym ćwiczeniu wykonywanym we własnym tempie, wpływ pory dnia stwierdzono tylko u młodych badanych, którzy wykazywali wyższe tempo pracy w godzinach wieczornych. Osoby starsze są na ogół bardziej zorientowane na poranek, co może być przyczyną braku wieczornej przewagi. W obu grupach wiekowych wskaźniki pracy rano były stabilne, natomiast wieczorem były bardzo wysokie w pierwszym kwartale sesji, a następnie spadały. Obserwacja w dwóch ostatnich badaniach, że początkowy wysiłek podczas długich wieczornych sesji jest bardzo duży, ale potem zwalnia, może odzwierciedlać, że badani osiągnęli wyższą niż optymalna temperaturę ciała [15]. Zgodnie z tym tokiem rozumowania czas do wyczerpania w długiej sesji rowerowej prowadzonej w ciepłym otoczeniu był większy rano niż wieczorem, a autorzy zauważyli, że niższa początkowa temperatura ciała rano prawdopodobnie pozwalała na dłuższe ćwiczenia czas. Trening w określonym czasie nie miał istotnego wpływu na różnice między porą a wieczorem w czasie do wyczerpania na cykloergometrze, podczas gdy w innym badaniu grupa ćwicząca wieczorem lepiej wypadła w tym teście wieczorem niż rano, podczas gdy rano grupa treningowa nie wykazała tej dziennej zmienności wyników, co wskazuje, że trening w określonym czasie mógł mieć wpływ. Nie było doniesień na temat dobowych preferencji badanych w tych badaniach, co mogło przyczynić się do niejednoznacznych wyników. Wśród sportowców przyzwyczajonych zarówno do porannych, jak i wieczornych treningów, osiągi w wioślarstwie na ergometrze na 2000 m były lepsze rano niż wieczorem dla całej grupy, natomiast typy pośrednie i wieczorowe nie wykazywały dobowej zmienności wyników wioślarskich. W innych badaniach nie stwierdzono istotnych różnic w wydolnościach wytrzymałościowych między typami porannymi, pośrednimi i wieczornymi. Ostatnie badania przeprowadzono na osobach nietrenujących, podczas gdy w pierwszym badaniu byli to sportowcy wysoko wytrenowani, z dużą motywacją do powierzonego zadania.

 

Poprawa wydolności tlenowej dzięki betainie bezwodnej (TMG)

 

Gibkość

Gifford w 1987 roku odnotował dobową zmienność zgięcia i wyprostu lędźwiowego, rotacji bocznej stawu ramiennego i zgięcia całego ciała do przodu. Nie obserwuje się jednak zmienności w przypadku przeprostu kręgosłupa, ruchu bocznego kręgosłupa i kostki podeszwowej oraz zgięcia grzbietowego w innych dochodzenia. Dobowa zmienność sztywności (oporu na ruch) stawu kolanowego jest podobna do temperatury ciała, przy czym najniższy poziom sztywności odnotowuje się wczesnym wieczorem. Mogą jednak występować duże różnice międzyosobnicze między godziną 12:00 a 24:00 w godzinach szczytu elastyczności . Ta zmienność nie wydaje się być związana z ilością wcześniejszej aktywności, ponieważ ukończenie 30-minutowej submaksymalnej rozgrzewki nie usuwa różnic w elastyczności całego ciała w ciągu dnia.

 

Czas reakcji

Rytmy dobowe występują w kilku elementach czuciowo-ruchowych, funkcje psychomotoryczne, percepcyjne i poznawcze. Czas reakcji prostej (na bodźce słuchowe lub wzrokowe) jest najszybszy wczesnym wieczorem w tym samym czasie, co maksymalna temperatura ciała [5]. Często jednak obserwuje się odwrotną zależność między szybkością a dokładnością, z jaką wykonuje się prosty, powtarzalny test, co pogarsza dokładność wczesnym wieczorem. Podobne zadania, które wymagają precyzyjnej kontroli motorycznej (np. stabilności rąk i zdolności do równowagi), są wykonywane lepiej rano, ponieważ poziom pobudzenia będzie niższy niż szczyt dobowy i bliższy optymalnemu poziomowi wydajności . Złożone aspekty wykonania, takie jak arytmetyka umysłowa i pamięć krótkotrwała, również osiągają szczyt we wczesnych godzinach porannych, a nie wieczorem, chociaż rytm zależy od charakterystyki obciążenia zadania.

 

Gingko biloba Ostrovit – na lepszy czas reackji

 

Umiejętności techiczne

Stwierdzono, że dokładność krótkich i długich serwów do badmintona była wyższa po południu, niż rano i wieczorem, a spójność serwów nie różniła się istotnie w ciągu dnia [16]. Celność pierwszych serwisów w tenisie była lepsza rano i po południu niż wieczorem, natomiast prędkość była wyższa wieczorem niż rano. Drugie serwowanie nie wykazywało dziennej zmienności celności ani szybkości. W przypadku pływania odnotowano skrócenie długości skoku i zwiększenie częstości skoków od rana do wieczora. Pierwszy ruch ręki do przodu pod wodą, jak również maksymalna głębokość, wieczorem były wyższe niż rano, natomiast ruch ręki do tyłu nie miał wpływu na porę dnia. Prędkość pływania na 50 m była większa wieczorem niż rano i po południu [17]. Badania umiejętności piłkarskich wykazały, że żonglowanie jest lepsze po południu, podczas gdy prowadzenie piłki jest bardziej dokładne po południu lub wieczorem. Lepsze wyniki wieczorem odnotowuje się również w teście Wall-volle, teście piłki nożnej Yeagley i szybkości dryblingu. Nie stwierdzono istotnych zmian dobowych dla rzutów karnych w piłce nożnej.

 

Bibliografia

1. Postolache TT, Gulati A, Okusaga OO, Stiller JW. 2020. An introduction to circadian endocrine physiology: implications for exercise and sports performance. In: Hackney A, Constantini N, editors. Endocrinology of physical activity and sport. Humana (Cham): Contemporary Endocrinology. p. 363–90.
2. Serin Y, Acar Tek N. 2019. Effect of Circadian rhythm on metabolic processes and the regulation of energy balance. Ann Nutr Metab. 74:322–330. doi:10.1159/000500071 Shibata S, Tahara Y. 2014. Circadian rhythm and exercise. J Phys Fit Sports Med. 3(1):65–72.
3. Bellastella G, De Bellis A, Maiorino MI, Paglionico VA, Esposito K, Bellastella A. 2019. Endocrine rhythms and sport: it is time to take time into account. J Endocrinol Invest. 42:1137–1147
4. Pickel L, Sung HK. 2020. Feeding rhythms and the Circadian regulation of metabolism. Front Nutr. 7(39):1–20.
5. Reilly, T., Atkinson, G., Waterhouse, J. (1997). Biological Rhythms and Exercise. Oxford: Oxford University Press.
6. Giacomoni, M., Edwards, B., Bambaeichi, E., Reilly, T. (2005). Gender-related differences in strength in the circadian variations in muscle strength. Ergonomics 48
7. Atkinson, G., Greeves, J., Reilly, T., Cable, N. T. (1995). Day-to-day and circadian variability of leg strength measured with the LIDO isokinetic dynameter. Sports Sci. 13(1):18–19.
8. Gauthier, A., Davenne, D., Martin, A., Van Hoeke, J. (2001). Time of day effects on isometric and isokinetic torque developed during elbow flexion in humans. J. Appl. Physiol. 84(3):249–252
9. Racinais S, Connes P, Bishop D, Blonc S, Hue O. Morning versus evening power output and repeated sprint ability. Chronobiol Int 2005;22: 1029e39
10. Giacomoni M, Billaut F, Falgairette G. Effects of the time of day on repeated all-out cycle performance and short-term recovery patterns. Int J Sports Med 2006;27:468e74.
11. Hachana Y, Attia A, Chaabene H, Gallas S, Sassi R, Dotan R. Test-retest reliability and circadian performance variability of a 15-s Wingate Anaerobic Test. Biol Rhythm Res 2012;43:413e21.
12. Hachana Y, Attia A, Chaabene H, Gallas S, Sassi R, Dotan R. Test-retest reliability and circadian performance variability of a 15-s Wingate Anaerobic Test. Biol Rhythm Res 2012;43:413e21.
13. Martin L, Nevill AM, Thompson KG. Diurnal variation in swim performance remains, irrespective of training once or twice daily. Int J Sports Physiol Perform 2007;2:192e200.
14. Burgoon P, Holland G, Loy S, Vincent W. A comparison of morning and evening “types” during maximum exercise. J Appl Sport Sci Res 1992;6: 115e9.
15. Reilly T, Garrett R. Effects of time of day on self-paced performances of prolonged exercise. J Sports Med Phys Fit 1995;35:99e102.
16. Edwards BJ, Lindsay K, Waterhouse J. Effect of time of day on the accuracy and consistency of the badminton serve. Ergonomics 2005;48:1488e98.
17. Deschodt VJ, Arsac LM. Morning vs. evening maximal cycle power and technical swimming ability. J Strength Cond Res 2004;18:149e54.