SEMMELWEIS EGYETEM DOKTORI ISKOLA NEVELÉS- ÉS SPORTTUDOMÁNY DOKTORI ISKOLA
DOKTORI ISKOLAVEZETÕ : PROF. DR. TIHANYI JÓZSEF
KARDIÁLIS EDZETTSÉGI JELEK ÉS PÁLYATESZT EREDMÉNYEK FIATAL FÉRFIAKNÁL
Ph.D. értekezés tézisei PETRIDIS LEONIDAS
TÉMAVEZETÕ : PROF. DR. PAVLIK GÁBOR
SZIGORLATI BIZOTTSÁG Elnök: Dr. Sípos Kornél Titkár: Dr. Zakariás Géza Tag: Dr. Szabó Tamás Opponens: Dr. Apor Péter Opponens: Dr. Mohácsi János
BUDAPEST, 2004.
BEVEZETÉS
Az edzett szív morfológiája jól edzett, egészséges sportolóknál különbözik az egészséges átlagpopuláció szívének tulajdonságaitól. A szív tartós alkalmazkodásának két legjellegzetesebb mutatója a szívhipertrófia és a nyugalmi bradycardia. Egyes adatok szerint a szív edzésadaptációjának elsõ jelei mérsékelten már viszonylag rövid idõn belül (néhány hét alatt) megjelennek; a belsõ átmérõ már egy héttel a sportolás megkezdése után 10%-kal nõ, ezt követõen stagnál. Más kutatások azt mutatták ki, hogy a hipertrófia rövid idõ után kifejlõdhet, majd az edzés abbahagyását követõen visszafejlõdhet. Ismét más adatok szerint az adaptációs jelek csak kétévnyi rendszeres, megfelelõ intenzitású sportolás után kezdenek megjelenni, szignifikáns eltérések nem sportolókhoz képest csak a harmadik, illetve a negyedik év után tapasztalhatóak. Számos közlemény látott már napvilágot, melyekben a szerzõk a kardiális adaptációt különbözõ sportágak sportolóinak eltérõ korcsoportjaiban vizsgálták meg. A szerzõk eltérõ eredményekrõl számoltak be a kétfajta hipetrófia elkülönítését illetõen a terhelési jellemzõknek megfelelõen.
A labdajátékosok (de más sportolók is) kondicionális állapotát laboratóriumi-, illetve pályatesztek segítségével határozzák meg. A kérdés, mely felmerül a különbözõ vizsgálatok során az, hogy ezen vizsgálatok eredményei hogyan kapcsolódnak a fizikai teljesítménnyel, valamint egyéb vizsgálatok eredményeivel. A különbözõ pályatesztek és az echokardiográfia vizsgálatok közti kapcsolat pontosabb megismerése azért is lehet fontos számunkra, mert így egy nyugalmi mérésbõl a fizikai teljesítõképességre tudnák következtetni. Ez a kérdés a vízilabda játékosoknál különösen érdekes. A vízilabda játék a labdajátékokhoz sorolható, de a játék sajátosságai és az idegen közeg miatt eltér a többi labdajátéktól. Ennek megfelelõen a vízilabda játékosok kondicionális állapotát ellenõrizni
nem
könnyû
feladat.
Tekintettel
arra,
hogy
a
„hagyományos”
spiroergometriás vizsgálatok vitatható eredményeket hoztak a kutatók inkább különbözõ úszótesztekkel próbálták a játék energiaigényét becsülni, a játékosok kondicionális állapotát meghatározni.
1
CÉLKITÛ ZÉS
A jelen vizsgálatban a kardiális adaptációnak két fõ kérdéskörét vizsgáltam meg. Elõször a fiatal sportolók, majd a vízilabdázók kérdéskörét. A fiatal sportolók témája érdekes lehet egyfelõl az életkor miatt, hiszen jól tudjuk, hogy a biológiailag még fejlõdõ szervezetben a kardiovaszkuláris rendszer másképpen válaszol a fizikai terhelésre, mint felnõttkorban. Másfelõl pedig az edzéskor miatt, vagyis milyen a szív alkalmazkodása a rendszeres edzés kezdeti szakaszában, mennyiben különbözik ezen alkalmazkodás a késõbbi alkalmazkodástól idõsebb korban. A vizsgálat másik kérdésköre a vízilabda játékosok voltak. A vízilabda játékosok echokardiográfiás adatait elemeztem annak megállapítására, hogy egyrészt echokardiográfiás mutatóik alapján hol helyezkednek el a sportolók között, másrészt pedig, hogy echokardiográfiás mutatóik kapcsolatba hozhatók-e a játékosok kondicionális állapotának mérésére alkalmazott úszóteszt eredményeivel. Legfõbb kérdéseim a következõk voltak: 1. Mely életkorban jelennek meg a szív edzettségi jelei? A különbözõ morfológiai, funkcionális és regulációs jelek közül mely mutató(k)-ban a legkifejezettebb a fizikai aktivitás hatása? 2. Igazolható-e a jelen sportoló mintában az excentrikus és a koncentrikus hipertrófia elkülöníthetõsége a különbözõ sportolócsoportoknál életkorfüggésben? 3. Különbözik-e a kezdeti alkalmazkodás a késõbbitõl? 4. A
vízilabdázók
szívének
alkalmazkodásában
milyen
különbségek,
illetve
hasonlóságok láthatóak a többi sportolócsoporthoz képest? 5. Kimutathatók-e összefüggések a vízilabda játékosok echokardiográfiás paraméterei és az úszóteszt mutatói között?
ANYAG ÉS MÓDSZEREK
A vizsgált személyek Az echokardiográfiás vizsgálatok összesen 457 különbözõ korú sportoló és 73 nem sportoló fiú mérési eredményeit tartalmazzák. A vizsgált személyeket 15 éves kortól 26 éves korig hat csoportba osztottam kétévenkénti bontásban. A sportágakat négy csoportba osztottam. Az elsõ csoportot a labdajátékosok alkották: 127 fõ (61 labdarúgó,
2
29 kosárlabdázó, 31 kézilabdázó, 3 röplabdázó, 2 teniszezõ, 1 jégkorongozó). A második csoport az erõsportolók csoportja volt: 77 fõ (55 súlyemelõ, 11 cselgáncsozó, 5 karatézó, 4 testépítõ, 1 birkózó, 1 dobóatléta). A harmadik csoportot az állóképességi sportolók alkották: 110 fõ (25 kerékpározó, 25 kajak-kenus, 22 triatlonista, 25 közép- és hosszútávfutó, 3 úszó, 8 öttusázó, 1 evezõ, 1 gyalogló). Elkülönítve a többi sportolótól, a vízilabda játékosok külön csoportot alkottak, összesen 143 fõ. Az úszóteszt mutatók és az echokardiográfiás paraméterek egymáshoz való viszonyításának vizsgálatában összesen 53 vízilabda játékos úszóteszt és echokardiográfiás eredményeit elemeztem. Echokardiográfia A szív tulajdonságait Dornier AI 4800 típusú echokardiográffal mértük, 2,5 MHZ transducerrel, nyugalmi állapotban, mindig a délelõtti órákban. Kétdimenziósan irányított, M-mód paraszternális felvételeken mértük a végdiasztolés interventrikuláris szeptum vastagságát (IVS), a bal kamra hátsó falvastagságot (LVPWTd) és a belsõ átmérõt (LVIDd). Kiszámoltuk a bal kamra végdiasztolés falvastagságát és szívizomtömegét a következõ képletek alapján: LVWTd=IVS+LVPWTd, illetve LVMM=(TEDD3-EDV)×1,053, ahol TEDD a balkamra végdiasztolés teljes átmérõje (LVWTd + LVIDd), EDV a balkamra végdiasztolés térfogata (LVIDd3) és 1,053 a szívizom
fajsúlya.
A
muszkuláris
kvóciens
(MQ)
értékét
a
bal
kamra
falvastagság/átmérõ százalékos aránya adta. A bal kamra kontraktilitásának a meghatározásához
a
rövidülési
frakciót
(FS)
használtam,
FS=100×(LVIDd-
LVIDs)/LVIDd. A bal kamra telõdési képességét a transzmitrális áramlás korai és késõi szakaszában
mért
csúcssebességek
arányaként
(E/A)
határoztam
meg.
A
pulzustérfogatot (SV) a vég-diasztolés és a vég-szisztolés térfogat különbsége adta, a pulzusszámmal együtt meghatároztam a perctérfogatot (CO). Az eredményeket a testfelületre úgy vonatkoztattam, hogy a képletekben a számláló és a nevezõ azonos hatványkitevõvel szerepeljen.
Az úszóteszt Az úszóteszt tartalmazott egy harminc méteres úszást maximális sebességgel, amibõl mérjük a sprintidõt (tmax), egy hatszor harminc méteres intervall úszás átlagidejét (tátl), a négyperces megnyugvási idõ összpulzusszámát (p4) és a megnyugvás elsõ és második fél perce közötti pulzusszám különbséget (delta).
3
Statisztikai analízis A csoportátlagok különbségeinek elemzéséhez egyszempontos varianciaanalízist végeztem (One-way ANOVA). Tukey-féle post hoc teszttel kerestem meg, mely csoportok átlagai közt volt szignifikáns különbség. Az úszóteszt és az echokardiográfiás paraméterek között lineáris, valamint kanonikus korreláció számoltam, az egyes kardiális mutatók, valamint az úszóteszt mutatók között pedig lineáris korrelációt. A különbséget és az összefüggéseket a p<0,05 értéken fogadtam
szignifikánsnak.
Valamennyi számítás a Statistica for Windows 6.0 verziójával történt (StatSoft., Inc. 2001).
EREDMÉNYEK ÉS MEGBESZÉLÉS
A bal kamra falvastagsága (LVWTd) a 15-16 éves korcsoportban valamennyi sportági csoportnál szignifikánsan nagyobb volt, mint a nem edzetteknél. Utóbbiak 18,28%-kal maradtak el sportoló kortársaiktól. A sportolócsoportok közül a legvastagabb falat a vízilabdázóknál és az erõsportolóknál mértük, õket követték a labdajátékosok és az állóképességi sportolók. 11 mm fölötti értéket hét sportolónál tapasztaltam (három vízilabdázó és két súlyemelõ) és csak egy sportolónak (súlyemelõ) volt a LVWTd nagyobb 13 mm-nél.
A vízilabdázók és az erõsportolók magas értékei a következõ okokra vezethetõ vissza: az izometriás edzésterhelés viszonylag nagy aránya az edzésterhelésben, mely a magas nyugalmi szisztolés és diasztolés vérnyomás értékeiben is megmutatkozott, valamint ezen két sportolócsoportnál volt a legmagasabb az edzéskor. A 17-18 éveseknél a sportági csoportok között nem volt különbség, a nem edzettek rendszerint elmaradtak sportoló kortársaiktól. A 19 évnél idõsebbeknél egyik sportoló sem haladta meg a 16 mm-es felsõhatárt, azaz a patológiás hipertrófia jelei e tekintetben nem látszanak. Az életkori bontásban, az erõsportolók kivételével, valamennyi sportolócsoportnál szignifikáns különbség volt a fiatal és az idõsebb sportolók között.
4
A balkamrai belsõ átmérõben (LVIDd) a sportolók átlaga és a nem edzettek közti különbség kisebb mértékû volt, mint a falvastagságnál. Abszolút értékekben az elsõ három korcsoportban a vízilabdázóknál, míg a 21-22 éveseknél, az állóképességi sportolóknál volt a legmagasabb. Jellemzõ volt még, hogy szélsõséges értékeket (>60 mm) zömében vízilabdázóknál figyeltem meg. A bal kamra relatív belsõ átmérõje nem követte az abszolút méreteknél tapasztaltakat, a különbségek szinte eltûntek. Szignifikáns eltérés csak az állóképességi sportolók és a nem edzettek között volt, a 1718 évesek kivételével, valamennyi korcsoportban. Ez utóbbi eredmény a falvastagság eredményeivel együtt azt a megállapítást támasztja alá, miszerint az állóképességi sportolóknál a kardiális adaptáció folyamatában elõször dilatáció alakul ki, melyet késõbb követ a relatív falvastagság növekedése. Említést érdemel, hogy valamennyi korban az erõsportolók relatív bal kamra átmérõje majdnem ugyanakkora, mint az állóképességieké. Életkorfüggésben általánosan mondható, hogy a 15-16 éves korban kialakult abszolút és relatív értékek az idõsebb korosztályokban sem mutattak jelentõs eltéréseket. Úgy tûnt, hogy fiatal korban a belsõ átmérõ viszonylag gyors, de kis mértékû alkalmazkodással válaszol a fizikai terhelésre, idõsebb korban pedig sokkal merevebb képet mutatott. Ez alól kivételt képeztek a labdajátékosok, akiknél a fiatalabb sportolók (15-20 év) és a 25-26 évesek között a különbség jelentõs volt.
A bal kamra izomtömegnél (LVMM) volt a legjellegzetesebb a sportolói hipertrófia, ugyanis itt volt a legnagyobb a különbség a sportolók és a nem edzettek között (átlagosan 25-30%). A sportolók közül valamennyi korcsoportban a vízilabda játékosok mutatták a legmagasabb értékeket. Relatív értékekben azonban a különbségek eltûntek. A vízilabdázók nagy testméreteik miatt rendelkeztek a többi sportolóhoz képest nagyobb abszolút szívizomtömeggel. Életkoruk alapján a labdajátékosoknál, az állóképességi sportolóknál és a vízilabdázóknál volt jelentõs eltérés a fiatalabb és az idõsebb versenyzõk között, de a relatív értékekben ez csak a labdajátékosokra volt jellemzõ. Az erõsportolóknál más paraméterekkel megegyezõen (balkamrai falvastagság és belsõ átmérõ) nem volt jelentõs különbség a fiatalabb és az idõsebb sportolók között.
A muszkuláris kvóciens (MQ), a falvastagság értékeinek megfelelõen, a 15-16 éves korban az erõsportolóknál és a vízilabdázóknál volt a legnagyobb, azaz ebben a korban
5
a hipertrófia koncentrikus irányban látszik fejlõdni. Az állóképességi sportolók a belsõ átmérõnél is említett alacsony falvastagság/magas átmérõ arány következtében a sportolókhoz képest a legalacsonyabb MQ-val rendelkeztek, az õ esetükben az excentrikus
hipertrófia
jelei
mutatkoznak.
Az
idõsebb
korosztályokban
a
sportolócsoportok közti különbségek összemosódnak, sehol nem találtam jelentõs eltéréseket. Ez valószínûleg a mai élsportban alkalmazott vegyes edzésmódszereknek az eredménye, hiszen az erõsportolók is végeznek aerob edzést, ugyanakkor az állóképességi sportolók is végeznek erõfejlesztõ feladatokat. Az erõsportolók kivételével, valamennyi többi sportolónál az MQ az idõsebb korosztályokban nagyobb volt, mint fiatal korban, mely jól mutatja azt, hogy az életkor, illetve az edzéskor elõrehaladásával a falvastagság növekedése markánsabb volt, mint a belsõ átmérõé.
A szív szisztolés funkcióját jellemzõ rövidülési frakciónál (FS) a legtöbb esetben a statisztikai
elemzés
nem
mutatott
különbségeket.
Úgyszintén
nem
mutatott
különbségeket a szív diasztolés funkciójára utaló E/A hányados. A jól ismert edzettségi bradycardia 15-16 éves korban a vízilabdázóknál, az állóképességi sportolóknál és a labdajátékosoknál volt a legjellemzõbb, a kor elõrehaladásával a sportolócsoportok közti különbségek egyre kisebbek, a 21-22 éves korban más nem volt eltérés a sportolók között. A nyugalmi pulzustérfogat (SV) és a nyugalmi perctérfogat (CO) nem mutattak számottevõ különbségeket a csoportok között.
A
játékosok
echokardiográfiás
eredményeit
összehasonlítani
az
úszóteszt
eredményeihez nehéz feladat a két vizsgálat közti módszertani különbség miatt. Az egyik egy nyugalmi vizsgálat és ezáltal nyugalmi paramétereket mér (echokardiográfia), a másik pedig, egy terheléses vizsgálat, mely úszóteljesítményt mér. Ennek ellenére nem zárható ki, hogy a két vizsgálat mért és számolt mutatói valamilyen módon korrelálnak egymással, amit azt jelenti, hogy a jobb úszóteljesítmény megmutatkozik a szív nyugalmi paramétereiben. A két vizsgálatot az edzettség köti össze. Mind a kardiális adaptáció, mind az úszóteljesítmény javulása a rendszeres hosszú távú edzésmunkának az eredménye. Valószínûleg a két folyamat párhuzamosan megy végbe, azonban nem megalapozatlan az a feltevés, miszerint az echokardiográfia és az úszóteljesítmény egymásra meghatározóan hatnak. A megvizsgált abszolút morfológiai
6
paraméterek (LVWTd, LVIDd, LVMM) szignifikáns lineáris korrelációt mutatattak valamennyi úszóteszt mutatóval. Ezen paraméterek nagyobb értékei kisebb sprint- és átlagidõvel illetve összpulzussámmal, valamint nagyobb mértékû gyors megnyugvással jártak együtt. Ebben valószínûleg az életkornak is nagy szerepe van. Természetes fejlõdésnek a következménye, hogy az életkor, illetve az edzéskor elõrehaladásával javulás figyelhetõ meg, egyaránt az úszóteljesítményben és a szív morfológiájában. Ez azonban nem jelenti azt, hogy a jobb úszóteljesítmény szükségszerûen a nagyobb szívméreteknek az eredménye. A testméretre vonatkoztatott értékeknél a korrelációk gyengültek, a falvastagságnál és az izomtömegnél szignifikánsak maradtak, de a belsõ átmérõnél az összefüggések statisztikailag nem voltak szignifikánsak. A funkcionális paraméterek közül sem a rövidülési frakció, sem pedig az E/A hányados nem mutatott szignifikáns korrelációt az úszóteszt egyik mutatójával sem.
A kanonikus korreláció a sok változó a sok változóhoz összefüggések keresésének egyik módszere. Míg a lineáris korreláció viszonylag mereven tud megvizsgálni két mutató közti összefüggést, a kanonikus korreláció egy összefüggés rendszert hoz létre, amivel optimalizálni tudja a két változóhalmaz közit korrelációt. A kanonikus korreláció eredményei alapján a két vizsgálat mutatói között kimutatható összefüggés volt, ez alapján talán kijelenthetõ, hogy egymásra hatást gyakorolnak, azaz nem volt megalapozatlan a két vizsgálat közti viszonyának a megismerése. A kanonikus súlyok és a kanonikus korreláció faktoranalízis részben a lineáris korrelációk eredményeit látszik megerõsíteni, nevezetesen azt, hogy az összefüggés rendszerben, így áttételesen az úszóteszt eredményeinek alakulásában, a megvizsgált echokardiográfiás mutatók közül a bal kamra falvastagságának és szívizomtömegének van a legnagyobb súlya. A belsõ átmérõ, valamint a nyugalmi pulzustérfogat súlya és korrelációi ezen összefüggés rendszerben pedig jelentéktelennek tûnnek. Ezen kívül, a kanonikus korreláció faktorelemzése alapján az úszóteszt mutatói közül a delta kilógni látszik. Ez utóbbi alátámasztja az eredeti felvetést, miszerint a delta az aktuális kondicionális állapot jellemzõje, ami azt jelenti, hogy kapcsolódása a szilárd morfológiai mutatókkal (LVWTd, LVMM) nem szükségszerû.
7
KÖVETKEZTETÉSEK
1. Az edzettség jelei a morfológiai paraméterekben a 15-16 éveseknél már kimutathatóak voltak. A megvizsgált morfológiai mutatók közül az edzettség a legjellegzetesebben a bal kamra izomtömegében, ezt követte a bal kamra fal vastagsága, legkevésbé pedig a bal kamra belsõ átmérõjében nyilvánult meg. A funkcionális és regulációs mutatók közül az edzettség bradycardiában nyilvánult meg. 2. A kardiális adaptáció folyamatában a kezdeti fázisban, a hipertrófia alaptípusai jobban elkülönülnek a sportolócsoportok között, míg az idõsebb korosztályokban ezen jelek elkülönítése nem olyan egyértelmû. 3. Az életkor, illetve az edzéskor elõrehaladásával a jelen vizsgálat mintájánál megfigyelhetõ volt, hogy a bal kamra falvastagsága és az izomtömege korcsoport átlagai egyre nagyobbak voltak, míg a belsõ átmérõ többnyire azonos nagyságú volt. 4. A vízilabda játék magas energia igényei a sokszor kiemelkedõen magas morfológiai mutatókban is tükrözõdnek. A szív morfológiájában a koncentrikus hipertrófia jelei láthatók, mely funkcionálisan kiegészül az aerob terhelésre jellemzõ bradycardiával. 5. Az úszóteszt mutatói és az echokardiográfiás paraméterek között kimutatható összefüggések voltak. A két vizsgálat mutatói egymásra meghatározóan hatnak. Az eredmények arra utalnak, hogy az úszóteszt alakulásában a bal kamra belsõ átmérõ szerepe kisebb, mint a bal kamra falvastagságé, illetve a bal kamra izomtömegé. Továbbá úgy tûnik az eredményekbõl, hogy az úszóteszt inkább az anaerob, és kevésbé az aerob energiaszolgáltató, mechanizmusokat veszi igénybe.
8
SAJÁT KÖZLEMÉNYEK JEGYZÉKE
1. Petridis L., Kneffel Zs., Kispéter Zs., Horváth P., Sidó Z., Pavlik G. (2003):
Echokardiográfiás jelek ifjúsági korú rendszeresen sportoló és nem sportoló fiúknál. Sportorvosi Szemle, 44: 153-167. 2. Petridis, L., Kneffel, Zs., Kispéter, Zs., Horváth, P., Sidó, Z., Pavlik, G. (2004):
Echocardiographic characteristics in adolescent junior male athletes of different sport events. Acta Physiolica Hungarica, 91: 99-109. 3. Petridis, L., Kubatova, J., Petridou, K.: A swim-test and echocardiographic results
on male junior water-polo players. F.U. Physical Education and Sport, (in press). 4. Petridis L., Horváth P., Kispéter Zs., Petrekanits M., Sidó Z., Pavlik G.: Különbözõ
sportágak hatásai a kardiális adaptációra fiatal korban. IV. Országos Sporttudományi Kongresszus, Szombathely, (in press). 5. Pavlik G., Bánhegyi A., Kemény D., Olexó Zs., Petridis L. (2001): Vízilabda
játékosok kondicionális állapotának vizsgálata úszóteszt segítségével. Az úszóteszt eredményeinek összefüggése a relatív aerob kapacitással. Sportorvosi Szemle, 42: 129-150. 6. Pavlik G., Bánhegyi A., Kemény D., Petridis L., Frenkl R. (2001): Vízilabda
játékosok spiroergometriás, echokardiográfiás és úszóteszt vizsgálata. Magyar Sporttudományi Szemle, 3-4: 26-29. 7. Kneffel Zs., Bánhegyi A., Manolas V., Petridis L., Sidó Z., Pavlik G. (2002): Nõi
röplabdások echokardiográfiás adatai. Sportorvosi Szemle, 43: 83-94. 8. Németh H., Horváth P., Petridis L., Bánhegyi A., Sidó Z., Pavlik G. (2003):
Szinkronúszók echokardiográfiás edzettségi jelei. Sportorvosi Szemle, 44: 97-107. 9. Pavlik G., Kneffel Zs., Horváth P., Kispéter Zs., Petridis L., Sidó Z.: Sportolók
echokardiográfiás adatai. IV. Országos Sporttudományi Kongresszus, Szombathely, (in press). 10. Kneffel Zs., Horváth P., Kispéter Zs., Petridis L., Petrekanits M., Pavlik G.:
Sportolók
echokardiográfiás
mutatói
kényszerpihenõ
Sporttudományi Kongresszus, Szombathely, (in press).
9
alatt.
IV.
Országos
11. Horváth P., Petridis L., Kispéter Zs., Kneffel Zs., Sidó Z., Pavlik G.: Nõi
vízilabdázók kondicionális állapotának jellemzése. IV. Országos Sporttudományi Kongresszus Szombathely, (in press).
ELÕ ADÁS ABSZTRAKTOK
12. Petridis, L. (2000): The effects of training on cardiological characteristics in water
polo players. The 14th International Congress on Sport Sciences for Students. TF, Budapest, 33. 13. Petridis, L., Pavlik, G., Bánhegyi, A., Olexó, Zs., Osváth, P. (2000): Relationships
between swimming-test results and echocardiographic parameters in male elite water polo players. TF 1925-2000 The 75th Anniversary International Congress on Sport Science. Programme and Abstracts, Semmelweis University, Budapest, 61. 14. Petridis, L., Sziva, Á., Manolas, V., Bánhegyi, A., Pavlik, G. (2002): Measurements
and results of running ergometer, echocardiography and physical condition test on young water-polo male players. The 15th International Congress on Sport Sciences for Students. Semmelweis University, Budapest, 30. 15. Petridis, L., Sziva, Á., Manolas, V., Bánhegyi, A., Pavlik, G. (2002): Establishing
the relations between the physical condition, relative aerobic power and cardiac performance on young water polo players. XXVII FIMS World Congress of Sports Medicine, Budapest, Abstracts, 126. 16. Petridis, L., Horváth, P., Kneffel, Zs., Sidó, Z., Pavlik, G. (2004): Effects of
different sport events on cardiac adaptation in young age. In: Klissouras, V., Kellis S., Mouratidis, I. (Eds.): 2004 Pre-Olympic Congress, Proceedings A.U. Thessaloniki, Vol. I: 307. 17. Kubátová, J., Leonidas, P., Nováková, P. (2003): Falt food and movement. In:
Kirchner, J., Kavalir, O., Adamokva, M. (Eds.): Nové perspektivy a praxe v kinantropologii, UK, FTVS, Praha, 68.
10
SEMMELWEIS UNIVERSITY DOCTORAL SCHOOL DOCTORAL SCHOOL OF EDUCATION AND SPORTSCIENCE
DIRECTOR: PROF. DR. JÓZSEF TIHANYI
TRAINING INDUCED CARDIAC ADAPTATION AND FIELD-TEST RESULTS ON YOUNG MEN
Abstract of Ph.D. Thesis By LEONIDAS PETRIDIS
SUPERVISOR: PROF. DR. GÁBOR PAVLIK
BUDAPEST, 2004.
11
INTRODUCTION
Regular physical activity leads to physiologic alterations in the morphology and function of the heart. The morphology of the heart of a well trained athlete differs from that of the average healthy population. Two major signs of chronicle adaptation have been established: the enlargement of the heart (hypertrophy) and resting bradycardia. According to previous findings the first signs of the training induced cardiac adaptation appear within few weeks after the beginning of training, left ventricular diameter increased by 10% in the first week of training, after which remained constant. Some other studies showed that hypertrophy induced by conditioning can develop quickly, but is also reversible after deconditioning, while it was also observed in a longitudinal study that the characteristics of the athlete’s heart only appeared after two years of systematic exercise training of appropriate intensity, indeed significant differences from the nonathletic groups could only be evidenced after the third or even the fourth year of training. Many studies of cardiac adaptation have been published, where the authors examined cardiac indices of different athletes at various ages, but conflicting results have been reported as concerns the distinguish of the two basic types of hypertrophy according to the type of exercise.
Physical fitness level of ball game players (but of other athletes also), can be measured by laboratory and field-tests. The question, which arises from these tests, is how the results of the tests can be related to physical performance, moreover to results of other measurements. The study of the relationship between these measurements can be important for us because in this way we may be able to infer to physical performance from a resting parameter. This question seems to be of special interest in water-polo players. Water-polo is classified as a ball game however, due to the specificity of the game and to the unfamiliar environment water-polo differs from the other ball games. Consequently measurement of the fitness level of water-polo players is not an easy task. The attempts to measure the aerobic power of the water-polo players with the commonly used ergometric tests were found to be unsuitable for validating the results in respect of individual game performance, therefore scientists tried to measure and
12
evaluate the energy demands of the game, the player’s fitness level by using different swim-tests.
OBJECTIVES
In this present study I examined cardiac adaptation from two aspects. Firstly in young athletes. We know that the cardiovascular response to physical activity differs in young athletes, who are still maturing biologically, from that of the adult athlete. Moreover cardiac adaptation at the early and late stages training may also show alterations. The second aspect was the water-polo players. Here, I analyzed the echocardiography results of the water-polo players in comparison with other athletes and also in comparison to the swim-test results, which is used to evaluate the fitness level of the water-polo players. My major questions were: 1.
At which age becomes the cardiac adaptation demonstrable?. In which indices of the morphology, function and regulation of the heart are the sings of conditioning better noticed?
2.
Can the eccentric- and concentric types of hypertrophy be distinguished in athletes of various sport activities at different ages?
3.
Is there any difference between the early and late adaptation in relation to age and athletic background?
4.
What differences or similarities can be noticed in the cardiac adaptation of the water-polo players in comparison to other athletes?
5.
Can a relationship be established between the swim-test results and the echocardiography results in water-polo players?
SUBJECTS AND METHODS
Material The echocardiography results of 457 athletes and 73 non-athletes were analyzed in 15 to 26 years old subjects. The subjects were divided into six age groups of two years each. Sport events were classified in four groups. Ball games players belonged to the first group: n=127 (61 soccer players, 29 basketball players, 31 handball players, 3
13
volleyball players, 2 tennis players, 1 hockey player). Power athletes consisted the second group: n=77 (55 weight lifters, 11 judokas, 5 karate fighters, 4 body builders, 1 wrestler, 1 thrower). Endurance athletes consisted the third group, n=110 (25 bikers, 25 kayak-canoeists, 22 triathletes, 25 middle- and long distance runners, 3 swimmers, 8 pentathlists, 1 rower, 1 walker). Separately from the other athletes water-polo players belonged to the forth group, n=143.
Echocardiography Cardiac function was measured by a Dornier AI 4800 echocardiograph, with a 2.5 MHZ transducer, in recumbent position always during the morning hours. Two dimensionally guided M-mode recordings were obtained parasternally. End diastolic interventricular septal thickness (IVS), posterior wall thickness (LVPWTd) and internal diameter (LVIDd) were measured. End diatolic left ventricular wall thickness (LVWTd) and left ventricular muscle mass (LVMM) were calculated according to the following formulas: LVWTd=IVS+LVPWTd and LVMM=(TEDD3-EDV)×1,053, where TEDD is the end diastolic left ventricular diameter, EDV is the end diastolic left ventricular volume (LVIDd3) and 1.053 is the density of the cardiac wall. Muscular quotient was calculated by the quotient of LVWTd/LVIDd. The contractility of the left ventricle was measured by fractional shortening: FS=100×(LVIDd-LVIDs)/LVIDd. Left ventricular compliance was measured by the E/A quotient, the ratio of early to late diastolic filling. Resting stroke volume and cardiac output were also calculated: SV= LVIDd3-LVIDs3 and CO=SV×HR. Body size related indices were calculated by indices in which the exponents of the numerator and the denominator were matched.
The swim-test The swim-test contained the time results of a 30 meter maximal intensity swim (tmax), the mean time of a 6x30 meter interval swim (tmean), with a 15 s rest time between the bouts, the total number of heart beats during the four minutes recovery period (p4) and the difference between the beats during the first and the second half-minutes of the recovery period (delta).
Statistical analysis
14
Event and age groups were compared by using ANOVA, for intragroup differences I used post-hoc analysis (Tukey test). To establish the relationship between the swim-test results and the echocardiography parameters I used Pearson’s product-moment correlation and canonical correlation. Differences and correlations at p<0.05 were regarded as significant. Statistica software system, version 6.0 was used for data analysis (StatSoft., Inc. 2001).
RESULTS AND DISCUSSION
At the 15-16 years age group LVWTd was significantly larger in all athletic groups compared to non-athletes. The latter had 18,28% smaller wall thickness than the athletes. Among the athletes the thickest wall was noticed in the power athletes and water-polo players, which was followed by the ball game players and the endurance athletes. Wall thickness above 11 mm was found in seven athletes (three water-polo players and two weight lifters) and only one athlete had a wall thickness larger than 13 mm (weight lifter).
The high values of the water-polo players and the weight lifters can be: firstly due to the high proportion of the isometric training in their training, which was manifest also in the high resting systolic and diastolic blood pressure, and secondary compared to the other athletes due to the longer athletic background. At 17-18 years and on there was no difference among the athletic groups, non-athletes consequently had significant smaller wall thickness than the athletes. At the young adult age (>19 y) none athlete reached the upper limit of 16 mm, in this regard signs of pathologic hypertrophy were not represented. Except the power athletes in all other athletic groups older athletes showed significantly larger values compared to the younger athletes.
LVIDd showed a smaller difference between the athletes and non-athletes than the one noticed in LVWTd. In absolute values until the age of 20 y the water-polo players, after that age endurance athletes showed the highest values. Extreme values (>60 mm) were noticed mostly in water-polo players. The relative values didn’t follow the differences of the absolute values, among the athletic groups there was no difference. The only
15
significant difference was found between the endurance athletes and the non-athletes, except the 17-18 age group in all other age groups. This confirms the results according to which dynamic exercise leads first to an enlargement of the left ventricular cavity diameter and then to the development of wall thickness. It is noteworthy that the relative internal diameter of the power athletes and the endurance athletes showed no difference in all age groups. In regards to the age, there was no difference between the younger and the older athletes, is seems therefore that at younger age LVIDd shows a quick, but moderate response to physical activity, but at older age doesn’t show any alteration. The only exception were the ball game players, their absolute values had the highest value in the oldest age group (25-26 y).
Left ventricular hypertrophy was most manifest in the LV muscle mass (LVMM), the difference between the athletes and non-athletes was the largest one (an average of 2530%). In absolute values water-polo players showed the highest values, but in relative values the differences disappeared, that is the high values of the water-polo players were mostly due to their large body size. Based on their age the young water-polo players, ball game players and endurance athletes showed significantly smaller muscle mass than the older athletes. Power athletes similarly to the other examined morphological indices didn’t show any difference between the younger and the older age groups.
Muscular quotient (MQ) following the wall thickness and the internal diameter, at the 15-16 years age was the highest in weight lifters and water-polo players, in this case marks of concentric type of hypertrophy were noticed. Endurance athletes due to their small wall thickness had low MQ, here an eccentric type of hypertrophy seem to be more manifest. At the older ages there were no differences between the athletes, which can be explained most probably with the combined training methods used in today competitive sport, power athletes also run, and endurance athletes also perform strength training. The effects of the combined training result in a more balanced adaptation of the left ventricle. The fact that, except power athletes, MQ was higher in the older age groups shows that in the cardiac adaptation process with age, the increase of the wall thickness is more marked than that of the internal diameter.
16
The comparison of the water-polo players’ echocardiography results to the swim-test result is not a simple concept due to the methodological differences between the two measurements. The one measurement is a resting measurement, thus measures resting parameters (echocardiography), while the other is an exercise test, which measures swimming performance. However it may be possible that the indices of the two measurements are connected somehow, which will mean a better swimming performance is represented in the resting cardiac indices. Both cardiac adaptation and the improvement of swimming performance are the respective results and products of physical activity. Most probably these two processes take place on a parallel basis however, they may have a strong influence on each-other.
The examined absolute morphological indices (LVWTd, LVIDd, LVMM) showed significant correlation with all the indices of the swim-test. Larger cardiac size was associated with lower tmax, tmean, p4 and higher delta. One reason of this strong association is most probably the age. It is a natural result of continuous training that during biological growth and during continuous long term training swimming performance improves. During biological maturation not only the body size, but also the skeletal muscle, the swimming technique and other factors develop, which altogether influence swimming performance. At relative parameters the correlations became weaker, LVWTd and LVMM remained significant, but the LVIDd did not show significant correlation with the swim-test. Among functional indices neither FS, nor E/A showed significant correlation with any of the swim-test indices.
Canonical correlation is used to examine the relationship between two sets of variables. In contrast to the stiffness of linear correlation, canonical correlation, within a correlation matrix can achieve the maximum correlation between the variables. Based on the results of the canonical correlation a significant correlation was established between the examined measurements, it can therefore stated that the indices of the measurement have an influence on each other. Canonical weights and canonical factor structures partially support the results of the linear correlations, namely those which showed that among the morphological parameters of the left ventricle left ventricular wall thickness and muscle mass show to have the highest weight in the correlation
17
matrix, and thus indirectly in the swim-test results. Weights and partial correlations of the left ventricular internal diameter and resting stroke volume seemed to be of minor importance. Moreover canonical factor structure showed that within the correlation matrix delta had the least weights, which seems to confirm the suggestion, according to which delta is the predictor of the actual fitness level, therefore any correlation with the steady morphological parameters is not crucial.
CONCLUSIONS
1. The signs of cardiac adaptation were manifest in the morphology of the heart at the age of 15-16 years. Training effects were mostly marked in the LVMM, the LVWTd, and least in the LVIDd. Among the functional and regulatory indices training effects were manifest in resting bradycardia. 2. At the early stages of cardiac adaptation the eccentric – concentric types of hypertrophy were better distinguished, while at the later stages the differences between the athletes were not so clear. 3. In relation to the increasing biological- and athletic age it was noticed in the examined athletes, that the mean values of LVWTd and LVMM were higher in the older age groups, compared to younger one, while LVIDd didn’t show any difference. 4. Water-polo players showed to have large left ventricular morphology compared to the other athletes, which can be also considered as an indicator of the high energy demands of the game. Their morphology showed concentric type of hypertrophy, which was accompanied by the resting bradycardia induced mostly in aerobic events. 5. Between the swim-test and the echocardiography results significant correlation was established. There results indicate that the influence of the internal diameter in the swimming performance is smaller than that of the wall thickness and muscle mass. Moreover it seems, that both swimming tasks (sprint- and meantime) use mostly the anaerobic energy pathways than the aerobic.
18
