1. Patofiziološko sagledavanje problema: ”trening kao Noksa”

Trening predstavlja stresni podražaj koji je dizajniran s ciljem poticanja adaptacije organizma i razvitka veće razine funkcionalnosti. Akutni, subakutni i kronični utjecaj stresnog podražaja ovisi o prirodi samog podražaja i reaktivnosti organizma koju definiramo kao funkcionalno-dinamičku sposobnost organizma da u određenom trenutku reagira na određeni podražaj. Po Arndt-Schulzovom zakonu podražaj će potaknuti prilagodbu organizma samo kad je dostatno velik da predstavlja izazov fiziološkoj reaktivnosti i dostatno malen da ne uzrokuje inhibiciju ili slom stanice. Ovakav podražaj uzrokovat će anabiozu, ustrojbeni i funkcijski rast sustava koji se očituje povećanom reaktivnošću. Trening predstavlja kombinaciju stresnih podražaja koji su primarno mehaničke i metaboličke prirode. Da bi na razini organizma podražaj bio dostatno jak da uzrokuje adaptaciju, na staničnoj i substaničnoj razini takav podražaj mora uzrokovati fiziološki slom. Kao rezultat celularnog i subcelularnog fiziološkog sloma pri vježbanju nastaju hipoenergoza stanica, mehaničko oštećenje i upalna reakcija koji imaju ulogu u akutnoj smanjenoj funkcionalnosti organizma, ali i u kroničnoj adaptaciji na stres. Povratak funkcionalnosti izravna je posljedica uspostave fiziološke homeostaze nižih sustava koji tvore cjelinu. Smatramo da ovakav patofiziološki pristup problemu, koji je nužan za sagledavanje problema u cjelini, upućuje na ključno pitanje pri razmatranju korisnosti krioterapije u sportu: Koji su mehanizmi sprječavanja smanjenja funkcionalnosti sustava koje je primjećeno kod primjene krioterapije nakon intenzivnog treninga koji bi bez primjene ove terapijske metode doveo do smanjenja funkcije te hoće li izostanak akutne smanjene funkcionalnosti nakon treninga rezultirati smanjenom adaptacijom na trening?

2. Pregled osnovnih učinaka treninga

Trening je kombinacija stresa mehaničke i metaboličke prirode, a učinci treninga na oštećenje mišića i posljedični nastanak upale još se uvijek detaljno istražuju. Metabolički stres prestavlja povećanje potražnje za energijom koje nastaje u stanici skeletnog mišića pri izvođenju energetski zahtjevnog rada. Smatra se da je vrsta treninga koja prestavlja primarno ovakav oblik stresa trening izdržljivosti ili intervalni trening koji zahtjeva visoku razinu aerobne proizvodnje energije. Aerobna proizvodnja energije oslanja se na elektronski transportni lanac u mitohondriju gdje uz nastanak energije nastaju i slobodni kisikovi radikali (ROS, reactive oxygen species)(Murphy, 2009). Generiranju slobodnih kisikovih radikala pridonosi i stvaranje topline koje je povećano tijekom zahtjevnog mišićnog rada. Zbog visoke reaktivnosti, slobodni kisikovi radikali oštećuju proteine, DNA, RNA i lipide što dovodi do oštećenja ključnih staničnih enzima i destabilizacije staničnih strukture poput sarkoleme i kontraktilnih proteina (Debold, 2015). Oštećenje enzima uzrokovat će slabiju funcionalnost staničnih signalnih puteva i narušenu proizvodnju energije, uništenje sarkoleme za posljedicu ima povećanu propusnost, a oštećenje kontraktilnih proteina i onih uključnih u povezivanje ekscitacije i kontrakcije uzrok je smanjene fukcije kontraktilnog aparata. Povećanje koncentracije metabolita unutar stanice, hiperemija i mehanički pritisak dodatno pridonose nastanku stanične hipoenergoze i nastanku hipoksije. Povećana propusnost stanične membrane u kombinaciji s povećanom osmolalnošću i poremećajem Starlingovih sila uzrokuje nastanak edema koji dodatno uzrokuje mehanički stres, produžuje put difuzije kisika te otežava protok krvi čime usporava dotok hranjivih tvari i odvođenje metabolita. Kontrakcije mišićne stanice pridonosi i generiranju kalcija u citosolu koji aktivira proteaze te pridonosi strukturalnom i enzimatskom oštećenju, ali i pogoduje nastanku edema. Posljedica nastalih oštećenja i poremećaja homeostaze jest upala koja je nužna za povratak funkcionalnosti mišića, ali često dovodi do dodatnog, sekundarnog oštećenja. Uz metabolički stres, trening predstavlja i znatni mehanički stres koji u procesu generacije sile potrebne za kontrakciju uzrokuje direktno oštećenje sarkoleme, kontraktilnog aparata i okolnog vezivnog tkiva. Smatra se da ekscentrični trening predstavlja posebno veliki stres zbog naprezanja križnih sveza pri produljenju mišića, velike sile koju pojedina vlakna trebaju generirati i sudjelovanja pasivnih struktura u generiranju sile. Zbog disrupcije kontraktilnog sustava nastaje smanjena funkcionalnost vlakana, gubitak integriteta sarkoleme uzrokuje bubrenje stanica čemu pridonosi i disregulacija homeostaze iona, a edem koji nastaje iz navedenih razloga predstavlja dodatni mehanički stres tkivu i smanjuje perfuziju i mogućnost odvodnje metabolita i staničnog otpada. Kao i kod metaboličkog stresa posljedica uništenja stanica, nastanka edema i lučenja proupalnih citokina jest inicijacija upale. Važno je naglasiti da mehanički i metabolički stres ne predstavljaju odvojene entitete i da su  međusobno isprepleteni. Kod nekih oblika treninga stres je primarno mehaničke prirode dok metabolički stres predstavlja aditivni parametar koji olakšava pokretanje pozitivne povratne sprege i nastanak dodatnog oštećenja. Razumijevanje nastanka oštećenja mišića tijekom treninga ključno je pri razmatranju krioterapije kao metode oporavka jer primjena niskih temperatura ne može umanjiti već nastalo oštećenje, ali može utjecati na daljnji tijek oporavka. Kod treninga kod kojeg je mišićni stres primarno mehaničke prirode krioterapija će ubrzati oporavak manje uspješno nego kod treninga gdje je oštećenje primarno metaboličke prirode i događa se kroz duži period vremena (White & Wells, 2013).

3. Mehanizmi utjecaja krioterapije na oporavak

Smatra se da su blagotvorni učinci krioterapije na oporavak posljedica utjecaja hlađenja na metabolizam, protok krvi kroz oštećeno područje, fiziološke mehanizme koji posreduju nastanak edema, endokrini sustav, neuralnu provodljivost i samo mišićno tkivo (White & Wells, 2013).

3.1. Učinak krioterapije na metabolizam

Kao što je ranije objašnjeno povećani zahtjevi za energijom tijekom treninga potražuju povećano stvaranje energije. Osim što je povećanje proizvodnje energije potrebno tijekom opterećenja, energija se treba pojačano proizvoditi, nakon treninga kako bi se ionski gradijenti povratili u početko stanje, popravila strukturalna oštećenja, omogućile promjene u ekspresiji gena i transkripciji koje nastaju kao posljedica stresa i naposlijetku nadomjestile stanične zalihe energije. Hlađenje stanice usporava metabolizam i tako umanjuje vjerojatnost nastanka diskrepancije potrebnih i dostupnih energetskih i gradivnih supstrata i kisika. Smanjeno iskorištavanje kisika i smanjenje količine energije proizvedeno oksidacijskom fosforilacijom za posljedicu ima smanjenu produkciju slobodnih kisikovih radikala i tako dodatna oštećenja kojima posreduju (Powers & Jackson, 2008). Temperatura utječe i na kinetiku enzimskih reakcija te će hlađenje uzrokovati usporenje brojnih funkcija na staničnoj razini (King, Clanton, & Laitano, 2015).

3.2. Mogući učinak usporenja metabolizma na adaptaciju

Istim mehanizmima koji posreduju ubrzanju oporavka usporenje metabolizma u teoriji može negativno utjecati na muskularnu adaptaciju i tako poništiti neke učinke treninga. Poznato je da diskrepancija dostupnosti i potražnje za kisikom predstavlja ključni mehanizam u adaptaciji. Primjer ovakve adaptacije jest treningom inducirana angiogeneza koja je izravna posljedica smanjene koncentracije kisika koja uzrokuje smanjeno vezanje von Hippel-Lindau proteina , smanjenu degradaciju HIF-1α proteasomom koja uzrokuje povećanje koncentracije i pojačanu transkripciju proteina koji su nužni za nastanak angiogeneze (Wackerhage, 2014). Postavlja se pitanje hoće li usporenje metabolizma utjecati na adaptaciju koja je potaknuta povećanom potražnjom kisika ne samo za vrijeme nego i nakon treninga. Važno je evaluirati i utjecaj smanjene potražnje za supstratima i smanjenog dopremanja supstrata zbog utjecaja hlađenja na cirkulaciju na adaptacijske mehanizme. Ključni mehanizam koji se nikako ne smije izostaviti jest utjecaj smanjenja proizvodnje slobodnih kisikovih radikala za koje se zna da su važni posrednici adaptacije na vježbanje i da reguliraju brojne fiziološke funkcije (Radak, Zhao, Koltai, Ohno, & Atalay, 2013). Važnost slobodnih kisikovih radikala intenzivno se istražuje i mnogi istraživači ističu smanjenje proizvodnje radikala primjećeno kod usporenja metabolizma krioterapijom kao glavni argument protiv korištenja ove metode pri oporavku od treninga (Radak et al., 2013; Roberts et al., 2015; Yamane, Ohnishi, & Matsumoto, 2015)

3.3. Učinak krioterapije na cirkulaciju i nastanak edema

Krioterapija uzrokuje refleksnu vazokonstrikciju i smanjuje protok krvi kroz mišiće. Ovakvo smanjenje protoka promjenit će omjer Starlingovih sila i tako smanjiti vjerojatnost nastanka edema. Ovaj mehanizam posebno je važan zbog strukturnih oštećenja sarkoleme koja nastaju tijekom vježbanja i povećane koncentracije osmolalno aktivnih metabolita. Povećanje protoka krvi kroz mišić koje nastaje nakon vježbanja kao kompenzatorni odgovor na manjak kisika i supstrata te povećanu koncentraciju metabolita dodatno mehanički opterećuje mišićne stanice. Hlađenje umanjuje i nastanak edema koji osim što predstavlja dodatni mehanički stres tkivu otežava difuziju kisika zbog povećanja puta koji kisik mora proći kako bi stigao do mitohondrija. Treba naglasiti da edem nakon vježbanja nastaje bifazično – akutno u prva dva sata nakon vježbanja primarno zbog osmolalnog pomaka i subakutno između 24 i 96 sati nakon vježbanja primarno zbog strukturalnih oštećenja. Krioterapija blagotvono utječe na nastanak oba tipa edema iako je izraženiji učinak na akutne edematozne promjene (White & Wells, 2013).

3.4. Mogući učinak smanjenja protoka kroz mišić na adaptaciju

Smanjenje protoka koje nastaje kao posljedica primjene krioterapije smanjit će i dopremu kisika i supstrata tkivu kojemu su potrebne povećane količine energije, aminokiselina i glukoze za podržavanje treningom inducirane transkripcije. Ne postoje informacije koje bi nedvosmisleno pokazale kako će smanjenje protoka cirkulatornom redistribucijom utjecati na adaptaciju smanjenjem dostupnosti supstrata uz paralelno razmatranje učinka na dodatni stres koji nastaje učincima protoka na mehaničku destrukciju tkiva i nastanak edema. Istraživanja su pokazala da krioterapija poništava ili umanjuje učinak treninga na vaskularno remodeliranje koje je važna komponenta adaptacije na trening (White & Wells, 2013; M Yamane et al., 2015; Motoi Yamane et al., 2006). Na učinak smanjenja nastanka edema na adaptaciju treba gledati imajući na umu ranije navedene informacije. Nastanak edema i mehanički učinak hiperemije koja nastaje nakon vježbanja mogu se promatrati kao produžetak stresnog podražaja koji je zaslužan za dio adaptacije koji nastaje kao odgovor na trening i svako smanjenje takvog produljenog podražaja može utjecati na tkivni odgovor.

3.5. Utjecaj krioterapije na kardiovaskularni sustav

Izdvajanjem utjecaja krioterapije na kardiovaskularni sustav od učinka na lokalnu cirkulaciju želimo naglasiti važnost redistribucije tekućine i učinka krioterapije na srce. Krioterapija aktivacijom simpatičkog živčanog sustava potiče povećanje cirkulirajućeg volumena krvi na račun konstrikcije velikih venskih spremnika krvi. Kontrakcija skeletnih mišića koja se događa refleksno dodatno potiče povećanje preloada i količinu krvi koja kola tijelom. Krioterapija utječe na srce i neovisno od pomaka krvnog volumena mijenjajući aktivnost simpatičkog i parasimpatičkog živčanog sustava (Shattock & Tipton, 2012). Treba naglasiti da istraživanja pokazuju i drugačiji utjecaj uranjanja u hladnu vodu i hlađenja hladnim zrakom pa treba imati na umu da će različiti oblici primjene krioterapije potaknuti različite fiziološke učinke. Smatra se da hidrostatske sile u vodi mehanizmom kompresije dodatno umanjuju edeme i povećavaju preload (Park, Choi, & Park, 1999).

3.6. Utjecaj krioterapije na živčani sustav

Istraživanja pokazuju da kriterapija uzrokuje povećanje vagalnog tonusa i aktivaciju parasimpatičkog živčanog sustava. S obzirom na brojne fiziološke učinke vagusa, ovaj podatak ne smije biti zanemaren pri razmatranju krioterapije u sportu. Povećanje vagalnog tonusa najvjerojatnije je posljedica aktivacije nekoliko mehanizama od kojih su najvažniji periferna vazokonstrikcija posredovana noradrenalinom koja će uzrokovati preusmjeravanje krvi prema središtu tijela i povećanje arterijskog tlaka te izravno povećanje vagalnog tonusa ronilačkim refleksom. Uranjanje u hladnu vodu normalizira parasimpatičku modulaciju rada srca nakon napornog treninga (Shattock & Tipton, 2012). Eferentni putevi vagusa kolinergičnim protuupalnim putem moduliraju proupalni imunološki odgovor koji je također važan čimbenik kako u smanjenoj funkcionalnosti tako i u adaptaciji na trening (Tracey, 2007). Krioterapija također utječe na živčnu provodljivost. Smatra se da je smanjenje brzine neuralnog provođenja koje je u korelaciji s temperaturom uzrok smanjenja boli i refleksnog mišićnog spazma kod primjene krioterapije nakon treninga (Algafly & George, 2007). Budući da su osjetni živci smješteni bliže površini kože hlađenje će brže utjecati na osjet, a nešto kasnije i na motoriku usporavanjem provođenja živčanih signala u motoričkim živcima (Merrick, Knight, Ingersoll, & Potteiger, 1993). Učinci na živčani sustav još nisu dovoljno istraženi da bi se precizno mogao definirati učinak na adaptaciju koji je zasigurno prisutan. Smatramo da će istraživanja utjecaja na živčani sustav pokazati mnoge učinke koji bi se mogli uspješno iskoristiti u treningu.

3.7. Krioterapija i endokrinoimunologija

Krioterapija nakon treninga dovodi do promjena u koncentraciji brojnih hormona poput renina, aldosterona, noradrenalina, adrenalina, kortizola, dopamina i trijodtironina (Asoh, Tsuji, Shirasaka, Noguchi, & Satoh, 2010; White & Wells, 2013). Ovakav široki spektar promjena izuzetno je teško komentirati iz perspektive sportske adaptacije u ovakvom kratkom pregledu, ali hormonalne su promjene nedvojbeno važne u oporavku i adaptaciji na trening. Kao što je već spomenuto i imunosni je sustav podložan brojnim promjenama kod primjene krioterapije što također ima utjecaja na adaptacijski proces (Malm, 2002; Terra, Silva, Pinto, & Dutra, 2012).

3.8. Translacija i praktično značenje krioterapije u sportu

Ovim smo kratkim pregledom željeli pokazati fiziološku pozadinu primjene krioterpije u sportu. Budući da opseg provedenih istraživanja još ne dopušta definitivni zaključak o konkretnim smjernicama za primjenu krioterapije s ciljem ubrzavanja oporavka i ne daje dovoljno informacijama o učinku na adaptacijske procese na tkivnoj, ali i staničnoj razini, smatramo da je potrebno poznavati glavne fiziološke promjene pri razmatranju korištenja ove metode za uspješnu primjenu. Kod odabira metode krioterapije za korištenje kod ubrzanja oporavka treba imati na umu da različiti oblici krioterapije imaju i različite učinke iako su osnovni mehanizmi jednaki. Primjer ovakve razlike su dodatni čimbenici koji utječu na oporavak kod primjene uranjanja u hladnu vodu: ronilački refleks i hidrostatski tlak koji pospješuje smanjenje edema fizikalnim mehanizmom. Također, pri korištenju ove terapije potrebno je pažljivo razmotriti razlike u učincima na pojedina tkiva s obzirom na duljinju trajanja hlađenja. Primjer ove razlike je usporenje brzine provođenja signala u površinskim osjetnim živcima koje se događa prije usporenja provođenja u motoričkim živcima. Poznavanje ovakvih informacija od ključne je važnosti u primjeni krioterpije na natjecanju kad se lokalnom primjenom želi ublažiti bol bez oštećenja motoričke funkcije ili promjene protoka krvi kroz mišić. Primjena različitih metoda hlađenja omogućuje ciljano podešavanje temperature unutar pojedinih tkiva pa tako primjena naizmjeničnog hlađenja omogućuje postizanje nižih temperatura u mišićnom tkivu jer se mišić nastavlja hladiti i nakon primjene krioterpije dok se koža brzo zagrijava što smanjuje vjerojatnost nastanka kožnih oštećenja. Površina tijela na kojoj se krioterapija primjenjuje također treba biti u skladu sa željenim učincima. Lokalna primjena uobičajena je pri indukciji lokalnog analegetičkog učinka, hlađenje cijelog tijela osim glave i vrata sačuvat će parasimpatički tonus pri ponavljanim intervalima fizičke aktivnosti (npr. plivačka natjecanja), a kriostimulacija cijelog tijela smatra se poželjnom za indukciju snažne parasimpatičke reaktivacije koja može biti blagotvorna kod burn-out sindroma, depresivnih simptoma ili nesanice (White & Wells, 2013). Pri implementaciji krioterapije u trening potrebno je na umu imati mehanizme kojima krioterapija pospješuje oporavak kako bi se pojačali pozitivni, a umanjili mogući negativni učinci. Primjer ovakvog planiranog korištenja je primjena krioterapije s ciljem ubrzanja povratka funkcije u dijelu sportske sezone namjenjenom razvoju specifičnih neuralnih obrazaca. U ovakvom razdoblju pametna primjena ovakvog ubrzanog oporavka može produljiti trening koji stavlja naglasak na uvježbavanje neuralnih obrazaca na račun adaptacije skeletnog mišićja koja može biti narušena primjenom krioterapije. Drugi je primjer primjena krioterapije na natjecanju gdje sportaš u više navrata obavlja visoko intenzivni rad kad jer povratak funkcionalnosti tkiva akutno bitniji od dugoročne adaptacije. Za kraj treba naglasiti da primjena krioterapije nije bezazlena te da postoje brojne opasnosti koje treba imati na umu. Uranjanje u hladnu vodu može uzrokovati pojavu kardijalnih aritmija kod zdravih pojedinaca koja je najčešće uzrokovana nastankom atonomnog konflikta istodobnom aktivacijom dva snažna antagonistička odgovora: simpatikusom posredovani hladni šok i parasimpatikusom posredovani ronilački refleks (Shattock & Tipton, 2012). Osim aritmija, mogu nastati brojne zdravstvene komplikacije poput oštećenja nastalih zbog pothlađivanja kože ili astmatskih napada. Zaključno, krioterapija donosi brojne mogućnosti fiziološkog  moduliranja i time potencijalnukorist pri pospješenju oporavka nakon fizičke aktivnosti, ali i rizike ukljanjanja parametara koji su nužni za uspješnu adaptaciju. Uz brojne poznate učinke sasvim sigurno postoje i učinci koji će u budućnosti biti temeljitije istraženi i uključeni u planiranje treninga kao što je primjenice imunomodulaija hladnoćom kojom bi se u teoriji mogla poboljšati adaptacija na određene oblike treninga i umanjiti rizik razbolijevanja sportaša.

Rad je objavljen u časopisu Kondicijski trening 13 (2).

Autori – Jan Homolak i Pero Kuterovac