Implementace poznatků z diagnostiky autonomní kardiální regulace a kardiopulmonálního systému do praxe Michal Botek1, Kateřina Neumannová1, Jan Novotný2 1Fakulta tělesné kultury, Univerzity Palackého, Olomouc 2Fakulta sportovních studií, Masarykovy Univerzity, Brno Tato prezentace byla vypracovaná v rámci realizace projektu FRVŠ (823/2013) s názvem Implementace poznatků z diagnostiky autonomní kardiální regulace a kardiopulmonálního systému do výuky na Fakultě tělesné kultury UP a Fakultě sportovních studií MU

Periferní části ANS ACh Ach Ach NA

ANS A PŘEVODNÍ SYSTÉM SRDCE SA UZEL AV UZEL srdeční AUTOMACIE SA uzel obsahuje P-buňky mající schopnost samotvorby akčního potenciálu SA uzel - pacemaker rytmu 60 – 80 tepů AV uzel – nodální rytmus 30 – 40 tepů (zpomalení vedení vzruchu na komory) AV uzel – důležitost zpomalení: kompletní vyprázdnění síní při blokádě ANS: VESTAVĚNÁ SF okolo 110 tepů.min-1, která s věkem klesá

ELEKTRICKÁ AKTIVITA SRDCE šíření depolarizace po myokardu

POHYB = STRESOR ↑↑↑ METABOLISMU α1; α2; β1; β2 STRESOR a STRES – narušení homeostázy Akutní odpověď organismu AKTIVACE STRESOVÉ OSY snížení aktivity PARASYMPATIKU a zvýšení SYMPATIKU + vyplavení KATECHOLAMINŮ / Adrenalin + Noradrenalin / ADRENERGNÍ RECEPTORY α1; α2; β1; β2 REDISTRIBUCE KRVE ↑↑↑ METABOLISMU

VARIABILITA SRDEČNÍ FREKVENCE PERIFERNÍ ODDÍLY ANS SYMPATIKUS PARASYMPATIKUS (n.vagus) VARIABILITA SRDEČNÍ FREKVENCE

VARIABILITA SRDEČNÍ FREKVENCE VSF – změny v SF na úrovni po sobě jdoucích tepů - RR VSF – reflektuje regulační funkci ANS – výsledek zejména respiračně vázané aktivity vagu – fyziol. fenomén – respirační sinusová arytmie (RSA) – RSA = cyklický útlum aktivity vagu (VA) při dýchání – nádech = ↓VA + ↑ SF; výdech = ↑ VA + ↓SF

RESPIRAČNÍ SINUSOVÁ ARYTMIE SF [tep.min-1] A markantní RSA (změny v SF mezi sousedními RR) nádech výdech B redukovaná RSA (změny v SF mezi sousedními RR)

VARIABILITY SRDEČNÍ FREKVENCE SPEKTRÁLNÍ ANALÝZA VARIABILITY SRDEČNÍ FREKVENCE neinvazivní metoda vyšetření aktivity obou větví ANS (primárně vagu, sekundárně sympatiku, resp. sympatovagové balance) transformací časových rozdílů mezi po sobě jdoucími R-R intervaly do frekvenčních hodnot vzniká modifikované výkonové spektrum v rozsahu od 0,02 do 0,50 Hz

POSUZOVÁNÍ INDIVIDUÁLNÍCH SPEKTRÁLNÍCH PARAMETRŮ HRV Task Force (1996) PVLF (0.02-0.05 Hz = 1,2 – 3 změny/min): původ zatím nejednoznačný nejnižší vliv VA PLF (0.05-0.15 Hz = 3 – 9 změny/min): vliv pouze SY; nebo SY i VA, činnost baroreceptorů PHF (0.15-0.50 Hz = 9 – 30 změny/min): vliv výhradně VA, zrcadlí RSA PT (0.02-0.50 Hz = 1,2 – 30 změny/min): = PVLF + PLF + PHF

POSUZOVÁNÍ VÝSLEDKŮ SA HRV Komplexní indexy SA HRV (Stejskal et al., 2002) (od -5 do 5 bodů) vagové aktivity (VA) (od -2 do 2 bodů) SVB CS sympatovagové balance (SVB) (od -2 do 2 bodů) PT celkového skóre (CS) (od -1,5 do 1,5 bodu) celkový spektrální výkon (PT) (od -2,5 do 2,5 bodů) VA

Příklad hodnocení úrovně aktivity ANS CS - FUNKČNÍ VĚK - 20 letý sportovec (KV - 20 let) podstoupí vysoce intenzivní trénink a funkční věk (FV) - 45, tzn. že aktivita ANS odpovídá člověku staršímu - negativní stav. - 20 letý sportovec podstoupí pouze regenerační tréninky a FV - 15, tzn. že aktivita ANS odpovídá člověku mladšímu - pozitivní stav.

DUKLA 2010

Faktory ovlivňující HRV ↓ únava ↓ přetížení, přetrénování ↓ onemocnění (DM II, IM, obezita, ↑TK) ↓ spánková deprivace ↓ věk ↓ tělesná zátěž ↓ alkohol / drogy ↓ mentální stres ↓ extrémní enviromentální podmínky ↑ spánek ↑ zdravý životní styl ↑ pohybová aktivita

VYŠETŘENÍ AKTIVITY ANS STANDARDNÍ podmínky KDY ? ráno – dopoledne (7 - 9 hodina) KDE ? tichá uzavíratelná místnost + sklopné lehátko (karimatka) DÉLKA ? Standardní vyšetření 20 min (modifikace 12 min*) ZPŮSOB ? Ortoklinostatický manévr (LEH – STOJ – LEH) 5 minut/60 sekund* 5 minut

Diagnostickým systém DiANS PF8

OPTIMALIZACE ZATÍŽENÍ 1. SA HRV jako nástroj OPTIMALIZACE ZATÍŽENÍ

Tréninkové zatížení zotavení genetická výbava - talent sportovní výkonnost zotavení genetická výbava - talent

mezi vítězi a poraženými je rozdíl 0,4 % sportovní výkon = multifaktoriální problém mezi vítězi a poraženými je rozdíl 0,4 % (Pyne et al., 2004: Progression and variability of competitive performance of Olympic swimmers) ANS heart rate variability (HRV) + exercise : 1989 HRV + athlete : 208 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=heart+rate+variability+exercise (10_2013)

VYUŽITÍ CELÉ ADAPTAČNÍ KAPACITY ZVYŠOVÁNÍ SPORTOVNÍ VÝKONNOSTI - ZVYŠOVÁNÍ SPORTOVNÍ VÝKONNOSTI adaptační kapacita organismu dávkování zatížení - empirie trenéra, pocity sportovce nedostatečný rozvoj talentu přetížení přetrénování Autonomní nervový systém (ANS) zpětnovazebný ukazatel změn v organismu, které mohou být vyvolány tréninkovými a mimotréninkovými podněty (Arai et al., 1989; De Meersman, 1993; Iellamo et al., 2003; Lacko et al., 2003; Perini et al., 1989; Stejskal et al., 2001; Yamamoto et al., 2001; Zhong et al., 2005) optimalizace tréninkového zatížení – prevence přetrénování (Aubert et al., 2003; Banzer et al., 2002; Botek, 2007; Kiviniemi et al., 2007, Lehmann et al., 1998; Pichot et al., 2000; Pober et al., 2004; Portier et al., 2000; Seiler et al., 2007; Uusitalo et al., 2000) úroveň autonomní aktivity souvisí s aerobní a sportovní výkonností (Atlaoui et al., 2007; Botek et al., 2013; Garet et al., 2004; Hautala et al., 2009; Kiviniemi et al, 2007; Pichot et al., 2002; Schmidt et al., 2006; Stejskal, 2002) JAK STANOVIT OPTIMÁLNÍ VELIKOST TRÉNINKOVÉHO ZATÍŽENÍ? Lze předpokládat, že s neustále se zvyšující sportovní výkonností souvisí i zvyšující se tréninkové zatížení 21

SMYSL OPTIMALIZACE udržení relativně vysoké a stabilní aktivity ANS vzestup nebo udržení výkonnosti a stabilní formy udržení relativně vysoké a stabilní aktivity ANS

Longitudinální vyšetření ANS mapa ,,profil“ aktivity ANS optimalizace CS [body] tréninkové jednotky 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

PRAKTICKÁ UKÁZKA OPTIMALIZACE muž 20 let; 400m překážek; 32 TJ (28 optimalizovaných) CS 5 (14%) 14 (50%) 3 (11%) 6 (21%)

VSF a změna sportovní výkonnosti vysoká a stabilní aktivita vagu v přípravě souvisí se zvyšováním výkonnosti Botek, M., McKune, A., Krejčí, J., Stejskal, P., Gaba, A. (2013). Change in performance in response to training load adjustment based on autonomic activity. International Journal of Sport Medicine, 34, 1-7.

2. SA HRV jako nástroj pro VÝBĚR talentů

SNÍŽENÁ TRÉNOVATELNOST = REDUKOVANÁ VÝKONNOST SF [tep.min-1] A Vyšší aktivita ANS VYSOKÁ TRÉNOVATELNOST A ODOLNOST HRÁČE VŮČI STRESU B Nižší aktivita ANS SNÍŽENÁ TRÉNOVATELNOST = REDUKOVANÁ VÝKONNOST

3. SA HRV a vyšší nadmořská výška

↓ VO2max a výkonnosti ↓ Funkční změny v autonomní kardiální regulaci Pobyt či expozice hypoxickému prostředí = pokles pO2 Porušení aerobního metabolismu Únava ↓ VO2max a výkonnosti ↓ Funkční změny v autonomní kardiální regulaci (Millet et al., 2010; Perini et al., 2003; Serebrovskaya, 2002; Schmitt et al. 2005, Schmitt et al. 2008) ↓ parasympatiku (vagu) ↑ sympatiku Aerobního (mitochondriálního metabolismu) Sympatoadrenální osy !!! ANS jako indikátor změn vnitřního prostředí organismu (Aubert et al., 2003; Mazuerro, 2001; Pober et al., 2004; Pichot et al., 2000)

Smysl pobytu + tréninku v hypoxii ADAPTACE + ↑ VÝKONNOST ↑ ! ANS jako REGULÁTOR ! IHT stimuluje aktivitu ANS (PT, LF a LF/HF) / snížená odpověď na hypoxii může mít nepříznivý vliv na adaptaci (aklimatizaci) Vyšší HRV = nižší pokles SaO2 při shodné hypoxii Aktivace obou větví ANS v hypoxii = vyšší regulační potenciál Vyšší vagová modulace SF = vyšší resistence vůči hypoxickému stresu Povea et al. (2005). Effect of intermittent hypoxia on heart rate variability during rest and exercise. High Altitude Medicine& Biology (6)3, 215-225. Akselrod et al. (2001). Estimation of autonomic response based on individually determined time axis. Auton Neurosci. 20; 90(1-2), 13-23. Mazzuero G. (2001). Altitude in autonomic nervous system. Ital Heart J. 2; 845-849.

Monitorování HRV při pobytu ve vyšší nadmořské výšce nížina po 1. dnu zatížení po 2. dnu zatížení po 3. dnu zatížení po 4. dnu zatížení po 5. dnu zatížení Liberec 24. - 25. 6. 2004

Vliv simulované nadmořské výšky na aktivitu ANS Měření HRV Hypoxikátor MAG-10 220 m 4800 m 6000 m řízené dýchání na úrovni 12 dechů.min-1

stimulace ANS **↑ PHF a PT ? hyperkapnie ? pCO2 ~ 0.54 % **↓ PHF a PT KV maska 220 m KV 220 m SF=62,06(10,47) SF=62,50(6,57) NS stimulace ANS **↑ PHF a PT ? hyperkapnie ? pCO2 ~ 0.54 % KV maska 220 m SF=62,06(10,47) 4800 m SF=73,09(13,59) ** **↓ PHF a PT NS ↓ PVLF a PLF ** ↑ VLF/HF a LF/HF 4800 m SF=73,09(13,59) SF=84,94(15,21) ** 6000 m SF=62,06(10,47) KV maska 220 m **↓ PVLF; PLF; PHF a PT ** ↑ VLF/HF a LF/HF *P0.05; **P0.01; NS – nesignifikantní

Rychlý přechod přes časová pásma 4. SA HRV a Rychlý přechod přes časová pásma

(Manfredini et al., 1998; Waterhouse et al., 2002) rychlý přesun přes časová pásma posun v působení světla přechodné narušení cirkadiánního rytmu únava, poruchy spánku, změny nálady, … ? JAK DLOUHO ? ? KDY ZAČÍT TRÉNOVAT ? ? JAKÉ ZVOLIT ZATÍŽENÍ ? SYNDROM JET LAG (Manfredini et al., 1998; Waterhouse et al., 2002) porucha autonomní kardiální regulace snížení výkonnosti a adaptační kapacity

atlet, 33 let, Praha – Peking, +6 hodin SF [tep.min-1] leh stoj TRÉNINKOVÁ DOPORUČENÍ zvýšit snížit optimální 47 75 45 71 44 67 45 74 1. 41 86 43 73 6. 40 83 2. 46 78 5. 41 72 4. 50 85 7. 44 81 9. 43 83 3. Z 48 81 8.

plavkyně, 18 let, Praha – Bogota, -7 hodin SF [tep.min-1] leh stoj TRÉNINKOVÁ DOPORUČENÍ snížit optimální 51 80 55 95 59 89 57 71 . 56 75 1a. 1b. 56 82 61 85 2. 69 102 3. 62 96 4. 62 96 8. 52 92 7. 5. - 6. Z závody

Využití SA HRV ve sportovní oblasti Pro optimalizaci zatížení a minimalizuje riziko vzniku přetížení nebo přetrénování Pro objektivní hodnocení míry vnitřního zatížení organismu a tím i aktuální tréninkové kapacity sportovce Pro hodnocení průběhu a kvality zotavení a stanovení optimálního začátku tréninku („timing“ tréninku a zotavení). Při výběru talentovaných (,,trénovatelných“) sportovců nebo nákupu nových sportovních akvizic. Pro hodnocení průběhu aklimatizace při pobytu ve vyšší nadmořské výšce

definice, výpočet a možné využití v praxi SA HRV a preskripce PA: VAGOVÝ PRÁH definice, výpočet a možné využití v praxi Botek, M., Stejskal, P., Krejčí, J., Jakubec, A., & Gába, A. (2010). Vagal Threshold Determination. Effect of Age and Gender. International Journal of Sports Medicine, 31(11), 768-772.

PODÍL AKTIVITY VAGU NA REGULACI KVS IZ 45 % MTR – TVA : není závislý na věku ani pohlaví AKTIVITA VAGU AKTIVITA SAS 45 % MTR = bezpečná IZ

Dysfunkce dýchacích svalů Vyskytuje se u onemocnění dýchacího i ostatních systémů – např. neurologická onemocnění, onemocnění pohybového systému Dechová dysfunkce se může také vyskytnout i u funkčních poruch pohybového systému Dechové dysfunkce pak limitují vykonávání běžných denních činností, rekreačních pohybových aktivit i sportovních pohybových aktivit včetně vrcholového sportu

Oslabení síly dýchacích svalů: následky Dechové obtíže (dechová nedostatečnost, dušnost) Snížení pracovní kapacity Poruchy expektorace Poruchy polykání Bolesti v pohybovém systému Obtížné odpojení z mechanické ventilace

Dýchací svaly

DÝCHACÍ SVALY Neliší se od ostatních kosterních svalů V bránici dopělého: 55 % slow-twitch oxidative fibres (SO), typ I., pomalá, málo unavitelná, vysoká úroveň oxidačního i glykolytického metabolismu 21 % fast-twitch oxidative, glycolytic fibres (FOG), typ II. (typ II.A), rychlá, málo unavitelná, s oxidačním i glykolytickým metabolismem 24 % fast-twitch glycolytic fibres (FG), typ III. (typ II.B), rychle unavitelná (Novák a Paleček, 1999)

DÝCHACÍ SVALY Inspirium je aktivní část dechového cyklu uskutečňované inspiračními svaly. Aktivita, koordinace a síla inspiračních svalů je nutná pro překonání elastických retrakčních sil plic a hrudní stěny během inspiria. Jejich oslabení vede k hypoventilaci!

inspirační svaly, pružnost hrudní stěny, odpor dýchacích cest DÝCHACÍ SVALY Exspirium: děj složitější, většinou u nemocných častěji a dříve postiženo. Síly při výdechu: síla exspiračních svalů + síly v pružných strukturách plic a hrudní stěny. Exspirium podporuje: pružnost plic, pružnost hrudní stěny, alveolární tlak, exspirační svaly Exspirium brzdí: inspirační svaly, pružnost hrudní stěny, odpor dýchacích cest

DÝCHACÍ SVALY - dysfunkce SNÍŽENÍ SÍLY DECHOVÉ OBTÍŽE NEEFEKTIVNÍ EXPEKTORACE PORUCHY POLYKÁNÍ SNÍŽENÁ VYTRVALOST PORUŠENÁ KOORDINACE

SLABOST DÝCHACÍCH SVALŮ = SNÍŽENÁ SCHOPNOST ODPOČINUTÉHO SVALU VYTVÁŘET SÍLU není rychle reversibilní (x únava) př. denervace, atrofie, myopatie, metabolický rozvrat, mechanická nevýhoda – příliš krátká (astma, CHOPN) nebo dlouhá (obezita, těhotenství) klidová délka (Novák a Paleček, 1999)

= NESCHOPNOST UDRŽOVAT POŽADOVANOU NEBO OČEKÁVANOU SÍLU KONTRAKCE ÚNAVA DÝCHACÍCH SVALŮ = NESCHOPNOST UDRŽOVAT POŽADOVANOU NEBO OČEKÁVANOU SÍLU KONTRAKCE PŘI SVALOVÉ ZÁTĚŽI DOCHÁZÍ K REVERZIBILNÍ ZTRÁTĚ SCHOPNOSTI SVALU USKUTEČNIT SÍLU NEBO RYCHLOST KONTRAKCE Únavě DS brání velká funkční rezerva – zapojování různých typů sval. vláken, střídání funkčních skupin inspiračních svalů (Novák a Paleček, 1999)

Vyšetření

Vyšetření dýchacích svalů měření maximálních nádechových a výdechových ústních tlaků (event. nosních) měření transdiafragmatického tlaku EMG vyšetření palpační vyšetření dýchacích svalů palpační vyšetření svalových fascií (ATS, ERS 2002)

Vyšetření maximálního nádechového a výdechového ústního tlaku Neinvazivní typ vyšetření Lze zhodnotit sílu dýchacích svalů Hodnoty lze využít pro preskripci cílené tréninku dýchacích svalů (pro určení intenzity tréninku) (ATS, ERS 2002)

Vyšetření maximálního nádechového ústního tlaku Postup: Vyšetřovaná osoba volně dýchá, potom je vyzvána, aby provedla maximálně možný prodloužený výdech (blízko hodnoty reziduálního objemu), na konci tohoto výdechu provede nádech s maximálním svalovým úsilím. Když začne nádech s maximálním úsilím, respirační průtok se přeruší na 1-2 sekundy a zaznamená se maximální tlak po přerušení respiračního průtoku.

Vyšetření maximálního nádechového ústního tlaku PImax maximálně prodloužený výdech klidové dýchání přerušení respiračního průtoku maximálně silový nádech

Vyšetření maximálního výdechového ústního tlaku Postup: Vyšetřovaná osoba volně dýchá, potom je vyzvána, aby provedla maximálně možný prodloužený nádech (k hodnotě celkové plicní kapacity), na konci tohoto nádechu provede výdech s maximálním svalovým úsilím. Když začne výdech s maximálním úsilím, respirační průtok se přeruší na 1-2 sekundy a zaznamená se maximální tlak po přerušení respiračního průtoku.

Vyšetření maximálního výdechového ústního tlaku PEmax maximálně prodloužený nádech klidové dýchání přerušení respiračního průtoku maximálně silový výdech

Vyšetření maximálního nádechového a výdechového ústního tlaku Silový nádech a výdech by měl trvat alespoň 2 sekundy Zaznamenáváme nejvyšší hodnotu z naměřených hodnot PImax a PEmax, které se nelišily o více jak 20 %.

Vyšetření maximálního nádechového a výdechového ústního tlaku Hodnoty norem se liší dle typu použitého měřícího zařízení, věku a pohlaví Pro zdravé ženy by měla být hodnota PImax větší než -50cmH2O, PEmax větší než 80cmH2O Pro zdravé muže by měla být hodnota PImax větší než -75cmH2O, PEmax větší než 100cmH2O Hodnoty nižší než 50 % hodnoty normy představují slabost dýchacích svalů

Vyšetření dechové mechaniky parametr P.01 okluzní ústní tlak – parametr P.01 je vyšetřován pro zhodnocení aktivity respiračních center P.01 představuje tlak naměřený v ústech v čase 100ms po začátku inhalace v době cyklu klidového dýchání Hodnota tohoto parametru by měla být nižší než 0,2kPa Vyšetření: vyšetřovaná osoba klidově dýchá a v intervalech je přerušen respirační průtok na 120ms tlak se zaznamenává 100ms po začátku nádechu, představuje výkon, který pacient dokáže poskytnout v době normálního dýchání

Vyšetření dechové mechaniky parametr P.01

Trénink dýchacích svalů

Trénink dýchacích svalů = RESPIRATORY MUSCLE TRAINING = VENTILATORY MUSCLE TRAINING Dle ACCP a AACVPR zařazován do technik plicní rehabilitace (Chest, 2007) Nejčastěji využíván u osob s oslabením dýchacích svalů a dušností Vždy nutné určit intenzitu, délku a druh cvičení

Trénink dýchacích svalů zařazujeme na podkladě výsledků v kontextu komplexního vyšetření dle aktuálního klinického nálezu: síla dýchacích svalů symptomy plicní funkce pracovní kapacita kineziologické vyšetření

Cílený trénink dýchacích svalů V ČR nejvíce dostupné dechové pomůcky Threshold positive expiratory pressure (PEP) a Threshold inspiratory muscle trainer (IMT) Pro trénink výdechových svalů lze využít Threshold PEP Pro trénink nádechových svalů lze využít Threshold IMT (Neumannová a Zatloukal, 2011; Neumannová et al., 2012)

Threshold PEP Threshold IMT THRESHOLD PEP a IMT aktivace výdechových a nádechových svalů s cílem zvýšení jejich síly a s cílem zlepšení jejich koordinace a vytrvalosti Threshold PEP Threshold IMT

Tréninkové modely Specifický trénink dýchacích svalů Silový trénink (vyšší intenzita, kratší čas) - 70-90% PImax, PEmax Vytrvalostní trénink (nižší intenzita, delší čas) - 15-60% PImax, PEmax Koordinační trénink (střední intenzita, důraz na dechový stereotyp) - 30-45% PImax, PEmax Komplexní trénink dýchacích svalů Zařazen k celkovému pohybovému tréninku

Tréninkové modely Po zvládnutí základní tréninkové polohy (nejčastěji sed), se trénink propojuje se cvičením ve vyšších polohách (stoj, stoj na 1 DK) a se senzomotorickou stimulací – kombinace dýchání přes dechovou pomůcku na labilních pomůckách (např. gymball, overball, bosu, labilní čočka, úseče, posturomed) nebo s jiným pohybovým tréninkem

Využití Aktivace dýchacích svalů u sportovců – propojení pohybového tréninku s tréninkem dýchacích svalů (např. tenis, hokej, triatlon, cyklistika) Aktivace dýchacích svalů u osob s dechovou dysfunkcí při různých typech onemocnění - propojení pohybového tréninku s tréninkem dýchacích svalů (např. chronická obstrukční plicní nemoc, bronchiální astma, roztroušená skleróza mozkomíšní, m. Parkinson, paréza bránice)

Preskripce celkového pohybového tréninku Vždy určit, zda je kardiální nebo respirační limitace pro cvičení Kardiální limitace – kontinuální aerobní trénink Respirační limitace Konstantní zátěž 70 % maxima : > 10 min. – kontinuální aerobní trénink < 10 min. – intervalový aerobní trénink Desaturace < 85 % - suplementální O2 Oslabení síly dýchacích svalů – trénink dýchacích svalů > 10 min. – kontinuální aerobní trénink < 10 min. – intervalový aerobní trénink (Troosters, 2008)