Налице е корекция на тази статия

белодробна

Тази статия е актуализирана

Резюме

Въведение

Маратонната стъпка (42,2 км) някога е била считана за най-големите подвизи на човешката издръжливост [1] и в резултат на това маратонското бягане се използва широко като модел за изследване на границите на физиологичната функция. През последните няколко десетилетия се наблюдава повишена популярност на ултрамаратона; дефиниран като всяка стъпка на крака, която надхвърля традиционния маратон [2] и която обикновено продължава> 6 часа [3]. Повечето ултрамаратони се провеждат на разстояния от 50 до 160 км в един етап и до 3100 км в многоетапни събития. Състезанията се оспорват по целия свят, често в отдалечени места и в екстремни температури и надморска височина. Физиологичните изисквания на маратонските и ултрамаратонните събития са значителни, засягащи множество телесни системи, като по този начин осигуряват отличен модел, с който да се изследват адаптивните реакции на екстремно натоварване и стрес [2].

При здрави хора се счита, че дихателната система има достатъчен капацитет, за да отговори на изискванията за издръжливост при белодробна вентилация и газообмен. Например, вентилацията на физически упражнения на нетренирани субекти изисква наличието на 2+ в сарколемата [15]. Съответно, сега има нарастваща работа, която предполага, че дихателните нужди при продължително упражнение за издръжливост могат да компрометират белодробната функция в покой, както и да отслабят функционалната работоспособност на дихателните мускули, като и двете могат да повлияят на здравето и издръжливостта.

Въпреки няколко прегледа на приложната физиология на бягането с издръжливост, само една статия, публикувана през 80-те години, прави преглед на белодробните реакции на участието [1], като заключава, че маратонското бягане е свързано с умерени до високи нива на белодробна вентилация (> 80 L ∙ min -1), достатъчни да предизвикат намаляване на белодробния капацитет след състезанието и доказателства за умора на дихателните мускули. Единственият съвременен преглед на дихателните последици от маратонското бягане [16] предлага дискусия с ограничен обхват и пропуска по-голямата част от литературата, свързана с индексите на белодробната функция. През последните няколко десетилетия редица нови проучвания съобщават за намалена белодробна функция в отговор на маратон и ултрамаратон. Повечето проучвания са изяснили времевия ход на възстановяване - има доклади за данни, събрани както при контролирани лабораторни условия, така и в полеви условия, в отдалечена и/или екстремна среда, а няколко проучвания са оценявали дихателните реакции, използвайки съвременни техники като цяло тяло плетизмография и магнитна нервна стимулация. По този начин сега имаме по-стабилно, механистично разбиране на дезадаптивните дихателни реакции на маратон и ултрамаратон и е оправдан актуализиран преглед.

Методи

Този преглед се занимава с отговорите на белодробната система (т.е. въздушен поток и газообмен) и разпространението на умората на дихателните мускули при маратонско и ултрамаратонно бягане. Въпреки че маратонското състезание се оспорва на предварително определено разстояние (т.е. 42,2 км), „ултрамаратонът“ е широк термин, включващ състезания на различни разстояния, например от 31 мили (50 км; Блекуотър пътека, Флорида, САЩ) до 100 мили (161 km; Ultra-Trail du Mont-Blanc, Alps) на един етап и до 3100 мили (4989 km; Self-Transcendence 3100 Mile, New York, USA) в многоетапни събития. Като се има предвид относителната оскъдност на данните за острите респираторни реакции към ултрамаратонното бягане, не е имало ограничение за вида на състезанието, разглеждан за включване, с уговорката, че статията оценява отговорите конкретно на ултрамаратон (т.е. footraces), а не ултра -състезания за издръжливост като цяло. Статиите бяха търсени чрез три онлайн бази данни (Pubmed, MEDLINE, Google Scholar; 1924–2019), а термините за търсене включваха различни комбинации от следното: екстремна издръжливост; умора; бял дроб; маратон; патофизиология; физиология; белодробна; дихателна; ултра-издръжливост; и ултрамаратон. Референтните списъци на тези статии, избрани за включване, бяха търсени ръчно за допълнителна литература.

Процес на включване/изключване

Следните критерии за включване бяха приложени към оригиналните резюмета, получени с помощта на горните термини за търсене: (1) изследването направи нов принос към литературата по маратон или ултрамаратон (последният се определя като състезателно разстояние, по-голямо от маратон) отколкото упражненията с ултра-издръжливост като цяло; (2) изследването изследва аспектите на белодробната функция и/или функцията на дихателните мускули и/или умората на дихателните мускули в контекста на маратонско или ултрамаратонно бягане; (3) изследването направи сравними оценки преди и след състезанието на един или повече аспекти на белодробната и/или дихателната мускулна функция (независимо от времевия ход на мерките след състезанието); и (4) статията е достъпна на английски език.

Резултати

Дискусия

Белодробна функция

Белодробната функция се оценява най-често чрез спирометрия. Този физиологичен тест оценява способността, с която индивидът вдъхновява или издишва обеми въздух като функция от времето, като изисква от субекта да извърши поредица от маневри с принудителен жизненен капацитет (FVC) в мундщук; той е ценен инструмент за скрининг на общото здраве на дихателните пътища [24]. Предимство на техниката е, че спирометричните оценки могат да се извършват както в лабораторията, така и на място с помощта на преносимо оборудване. Недостатъците обаче са, че маневрирането на FVC е волево и изисква степен на обучение и компетентност на субекта за получаване на възпроизводими данни.

Първото проучване на белодробната функция в отговор на маратонско бягане оценява белодробния капацитет (FVC) при първите 22 финиширащи от Бостънския маратон през 1923 г., като установява, че стойностите след състезанието са значително намалени с 0,8 L (17%) [25]. Няколко години по-късно, преди и след състезанието спирометрични оценки разкриват спад на FVC от 0,7 и 0,9 L непосредствено след швейцарските маратони, съответно от 1927 и 1928 г. [26, 27], като по този начин потвърждават първоначалните наблюдения. Поради липсата на стабилни референтни стандарти по време на публикуването, беше трудно да се контекстуализират тези ранни данни. Нещо повече, механистичната основа за наблюденията остава неизследвана в продължение на няколко десетилетия до 1979 г., когато Maron et al. [28] тества спирометрия и алвеоларна дифузионна способност за въглероден окис (DL, CO) при 13 бегачи, преди и непосредствено след маратона в Уисконсин Мейфеър; те също така направиха последващи оценки на индивидуалните криви на максимален издишване-обем (MEFV). Те откриха, че FVC е намален с

0,5 L (8,6%), което се дължи на увеличаване на остатъчния обем (RV), но без промяна в обема на принудително издишване за 1 s (FEV1) или средния DL, CO. При оценката на кривите на MEFV след състезанието авторите идентифицират намален FEV за 1-2 секунди (FEV1-2), което показва намаляване на малкия калибър на дихателните пътища при по-ниски обеми на белите дробове, вероятно резултат от обструкция на дихателните пътища. Очаква се това да позволи преждевременно затваряне на дихателните пътища и да намали FVC. Две години по-късно Малер и Локе [29] наблюдават подобно падане на FVC след състезанието (

Няколко от проучванията върху белодробната функция след бягане на разстояние - Maron et al. (маратон) [28], Ross et al. (маратон) [32] и Mahler and Loke (ултрамаратон) [29] - направиха своите оценки веднага след тренировка, с последващи измервания на 24 часа след състезанието, до които параметрите на времето се бяха върнали към изходното ниво. Критично е, че както Mahler, така и Loke и Ross et al. направи допълнителни оценки, съответно на 2.5 часа и 4 часа след състезанието, с които частичните стойности бяха частично възстановени. Такъв ход на възстановяване във времето (т.е. преходно намаляване на функцията, което се възстановява в рамките на няколко часа) предполага, че белодробната функция може да е била повлияна от степен на умора на дихателните мускули (вж. По-долу).

Съвсем наскоро Vernillo et al. използва абсолютното разстояние и уникалния терен на упражненията с екстремна издръжливост като отличен модел за оценка на адаптивния потенциал на дихателната система на човека. Изследователите оценяват спирометрията преди, по време и непосредствено след 330-километров планински ултрамаратон [33]. Основните констатации съвпадат със съществуващите данни, т.е. значителни намаления на FVC (9,5%), FEV1 (9,7%) и PEF (8,7%) след състезанието, но съотношенията на FEV1/FVC и FEV1/PEF са били разумно добре поддържано състезание преди пост, като по този начин се намалява съответно обструкцията на долните и горните дихателни пътища. Освен това няма данни за запушване на дихателните пътища при визуална проверка на кривите на MEFV. Налице е значително намаляване след максималната доброволна вентилация след състезанието за 12 s (MVV12), което накара авторите да обяснят своите открития, поне отчасти, с намаляване на издръжливостта на дихателните мускули. Колективно тези проучвания предполагат, че както маратонското, така и ултрамаратонното бягане са достатъчни, за да предизвикат значително, макар и много разнообразно, намаляване на белодробната функция, със или без наличие на обструкция на дихателните пътища, и които вероятно ще бъдат повлияни от аспектите на умората на дихателните мускули.

Следователно публикуваната литература показва двусмислени констатации по отношение на белодробната функция след маратонско и ултрамаратонно бягане, но причините за такива несъответствия са неясни. Има значителни вариации в състезателните разстояния и продължителността на изследване, включително маратон (42,2 км, средно време на състезание 2+ освобождаване от саркоплазматичния ретикулум, намалена Ca 2+ чувствителност на миофибрилите и/или повредени саркомери, причинени от преразтягане на мускулните влакна [55] Като се има предвид, че стойностите са най-ниски непосредствено след тренировка и изглежда частично се възстановяват след 4 часа, наблюдаваната умора вероятно се дължи на намалено отделяне на калций и/или чувствителност.

Към днешна дата само едно проучване е оценило умората на дихателните мускули след ултрамаратонно бягане, използвайки техники на нервна стимулация за изкуствено (и максимално) активиране на дихателните мускули [40]. Директната индукция на диафрагмалните нерви, използвайки тази процедура, се предпочита пред максималните статични маневри с натиск в устата, тъй като води до неволен отговор на дихателните мускули, който не се влияе от мотивацията на участника. Двадесет и двама опитни ултрамаратонци завършиха 110-километрова планинска надпревара с

Торакален товар

Последици за здравето и ефективността

Има няколко начина, чрез които намалената белодробна функция и/или умората на дихателните мускули могат да повлияят на здравето или издръжливостта при бягане. Първо, дихателните мускули имат критична роля за поддържане на стабилизацията на торса по време на тренировка. Диафрагмата, например, се съкращава изометрично по време на повтарящи се постурални задачи [63], а големите мускули на издишване се свиват, за да осигурят постурална подкрепа [51] чрез повишаване на вътрекоремно налягане [52], като по този начин се втвърдява и стабилизира лумбалния гръбнак. Това вероятно помага да се защитят гръбначните структури по време на периоди на нарушение на позата. В резултат на това упражнението, което предизвиква умора на мускулите на издишване, може да постави бегача в по-голям риск от нараняване и да го направи по-малко способен да поддържа съревнованието. Освен това, когато се обмислят значителното намаляване на силата на прасците и квадрицепсите, предизвикано от упражнения след ултрамаратон [64], едновременната умора на дихателните и двигателните мускули може допълнително да увеличи риска от падане и/или нараняване при преминаване на предизвикателен терен (например скалист или планинска пътека).

Второ, влиянието на белодробната функция върху маратонското представяне наскоро беше оценено в извадка от 110 маратонци [65]. Извършена е изходна спирометрия

3 дни преди състезателен маратон, след което бегачите бяха подкатегоризирани по финално време. Имаше значителни отрицателни корелации между индексите на белодробната функция и времето на финала на маратона; т.е. по-бързите маратонци показват по-добри показатели за белодробната функция (FVC; r = - 0,41, стр Таблица 2 Основна спирометрия за тези проучвания, отчитащи значителни намаления след състезанието, отчетени заедно с предсказаните стойности и долните граници на нормата

Ограничения и бъдещи перспективи