Pilot study on cardiac and metabolic responses to moderate-altitude endurance training in middle-distance runners

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1 MED SPORT 2014;67: Pilot study on cardiac and metabolic responses to moderate-altitude endurance training in middle-distance runners Studio pilota sugli effetti cardiaci e metabolici dell'allenamento di resistenza a moderata altitudine in mezzofondisti G. POLIZZI 1, M. GIACCONE 1, M. GERVAS12, A. D'AMAT03, A. PALMA4.. C. BARTOLUCCI 2, G. BRANDONI s, A. FEDERICI 2, F. LUCERTINI 1 I Centro Studi CUS Palermo, Palermo, ltaly 2oepartment of Biomolecular Scietices- Division of Exercise and Hea/th Sciences, University of Urbino Carlo Bo, Urbino, ltaly JSant'Antonio Abate Hospital, Trapani, ltaly»dipertimento DISMOT, Facoltà di Scienze Motorie, University of Palermo, Palermo, ltaly sunit of Oiabetes, INRCA Ancona, Ancona, ltaly SUMMARY Aim. Moderate-altitude (2000 m) training can increase endurance performance at sea leve!; it improves physiological parameters, including maximum oxygen uptake, muscle oxygen extraction, red blood celi volume, plasma hernoglobin mass and concentration, and maximal cardiac output and systolic stroke volume; and it can also reduce resting and submaximal exercise intensity heart rate. To date, no studies have investigated the effects of moderate-altitude training on resting cardiac output and systolic blood pressure, and on the metabolic thresholds commonly used in evaluating endurance athletes. The aim of this study was to evaluate blood, cardiac, and metabolic parameters following training and sojourn at moderate altitude (2000 m above sea level). Methods. In this pilot study, 10 middle-distance runners sojourned and trained at moderate altitude for 1 month. Hemoglobin concentration, red blood celi count, mean corpuscular volume, hematocrit, systolic stroke volume, heart rate, and anaerobic threshold were measured before the start of training and at 2 weeks after return to sea leve!. Results. Comparison of pre- and post-training values showed a significant reduction in resting heart rate and a significant increase in hemoglobin concentration, resting systolic stroke volume, resting cardiac output, running speed at individuai lactate threshold and at the blood lactate concentration of 4 mmol/l. Conclusion. Physiological response to moderate-altitude training can predict improvements in sea-level performance. The data from this pilot study will provide the basis fora larger-scale study that will include a contrai group and additional physiological parameters. l<ey WORDS: Altitude - Physical endurance - Stroke volume. RIASSUNTO Obiettivo. L'allenamento a moderata altitudine è in grado di incrementare, al ritorno al livello del mare, i parametri fisiologici che determinano la prestazione di endurance: massimo consumo di ossigeno, estrazione muscolare di ossigeno, volume dei globuli rossi, massa e concentrazione di emoglobina plasmatiche, e gittata cardiaca e sistolica massime. Inoltre, l'allenamento a moderata altitudine riduce la frequenza cardiaca a riposo e ad intensità di esercizio sub massimali. Non esistono invece studi esaustivi che abbiano indagato gli effetti di questo tipo di allenamento sulle gittata sistolica e sulla gittata cardiaca a riposo e sulle soglie metaboliche comunemente utilizzate nell'allenamento degli atleti di endurance. Scopo di questo studio è stato valutare alcuni parametri ematici, cardiaci e metabolici in seguito ad allenamento e pernottamento a moderata altitudine (2000 metri sul livello del mare). Voi No.4 633

2 POLIZZI HEART AND METABOLIC RESPONSES TO MODERATE ALTITUDE ENDURANCE TRAINING Metodi. In questo studio pilota 10 mezzofondisti hanno pernottato e si sono allenati a moderata altitudine per 7 mese. La concentrazione di emoglobina, la conta dei globuli rossi, il volume corpuscolare medio, e l'ematocrito, la gittata sistolica e la frequenza cardiaca, e la soglia anaerobica sono stati misurati subito prima dell'allenamento e nella seconda settimana dopo il ritorno al livello del mare, con tempistiche identiche. Risultati. Il confronto tra le valutazioni pre e post allenamento ha evidenziato una significativa riduzione della frequenza cardiaca a riposo e un incremento significativo della concentrazione di emoglobina, della gittata sistolica e cardiaca a riposo, della velocità alla soglia del lattato individuale, e della velocità ad una concentrazione di lattato pari a 4 mmol/l di sangue. Conclusioni. Tutti questi effetti, che sono potenzialmente predittivi di una migliore performance a livello del mare in seguito ad allenamento e pernottamento a moderata altitudine, saranno utilizzati come base di partenza per l'implementazione di uno studio con un gruppo di controllo, una maggiore dimensione campionaria e delle valutazioni fisiologiche più complete. PAROLE CHIAVE: Altitudine Resistenza fisica Gittata sistolica. Altitude training is a widely used strategy to increase sea-ievel performance in endurance athletes.! More so than psychological factors (motivation), biomechanical and physiological factors are what account far endurance performance in elite athletes. Three highly reliable parameters predictive of changes in performance are running economy, maximal oxygen uptake (V02ma), and individua! anaerobic threshold (IAT).2 In routine practice, elite endurance athletes run long distances at their IAT, which is normally expressed as a percentage of an individual's V02max and defined as the highest metabolic rate at which lactate blood concentrations can be maintained at a steady state during prolonged exercise.3 Moderate-altitude training (at elevations up to about 2500 m) influences all physiological parameters of endurance performance. When performed far days, it can increase sea-level V02max by about 3% as compared to identica! training protocols carri ed out at sea level. 4 Oxygen consumption capacity relies on peripheral (oxygen uptake) and centra! factors (stroke volume and heart rate), both of which contribute to increasing V02max following training. At equal arteria! oxygen content, altitude fraining can theoretically enhance oxygen uptake capacity, which depends on plasma hemoglobin [Hb] concentratìon.> since the total [Hb] mass is reportedly about 3% higher at sea level after altitude training as compared to pre-training values.s. 6 But because this difference alone does not entirely explain the boost in V02max seen after altitude training, 4 other non-peripheral factors are most likely involved as well. Both stroke volume and heart rate, the two centra! factors that determine oxygen )allenamento in altitudine è una strategia co- L munemente utilizzata per migliorare la performance negli atleti di endurance al ritorno al livello del mare 1. In questi sport, al di là dei fattori psicologici (motivazione), la performance di alto livello dipende sostanzialmente da fattori biomeccanici e.fisiologici. L'economia di corsa, il massimo consumo di ossigeno (V02,,,a.J e la soglia anaerobica individuale (SA) sono infatti parametri altamente predittivi dei cambiamenti della performance 2. Non a caso, nella pratica quotidiana gli atleti di endurance di alto livello si allenano per lungbe distanze ad una percentuale del V02,,,ax sostanzialmente sovrapponibile alla SA 3. L'allenamento a media altitudine (cioè fino a circa 2500 metri sul livello del mare) influisce su tutti i fattori.fisiologici della prestazione di endurance. È stato, infatti, dimostrato cbe allenamenti a moderata altitudine della durata di 2Ò 30 giorni incrementano il V02,,,a."' al ritorno a livello del mare, anche di circa il 3% in più rispetto all'aumento determinato dallo stesso protocollo di allenamento effettuato al livello del mare 4. Sia i fattori periferia (estrazione di ossigeno) cbe quelli centrali (gittata sistolica [GS} e frequenza cardiaca [FC]) del consumo di ossigeno contribuiscono ad aumentare il V02111a." in seguito ad allenamento. La capacità di estrazione di ossigeno, cbe dipende dalla concentrazione plasmatica di emoglobina [Hbj 5, a parità di contenuto arterioso di ossigeno è teoricamente potenziata dall'allenamento in altitudine visto cbe la massa dell'emoglobina totale risulta circa il 3% più elevata a livello del mare, in seguito ad allenamenti in altitudine, rispetto al suo valore pre-allenarnento 4, 6. Tuttavia, è stato dimostrato cbe questo aumento non spiega, da solo, l'intero incremento del V02,,,ax 4, il cbe suggerisce cbe altri fattori non periferici siano coinvolti nel maggior aumento del V02111a." a livello del mare in seguito ad allenamento in altura. Entrambi i fattori centrali cbe sostengono il consumo di ossigeno subiscono degli aggiustamenti durante l'esposizione 634 Dicembre 2014

3 I-!EART AND METABOLIC RESPONSES TO MODERATE ALTITUDE ENDURANCE TRAINING POLIZZI uptake, adjust to exposure to moderate and high altitude. Resting heart rate, far example, is higher than at sea Ievel,? but it is signìfìcantly lower as compared to pretraining values during the first days at sea level following moderate-altitude traìnìng.s Also, exposure to moderate altitude reduces stroke volume during exercise.? This effect is probably mediated by a decline in cardiac preloading, which may derive from a reduction in venous return due to the decrease in plasma volume in response to altitude exposure.? However, Svedenhag et al. found a 6.6% increase in plasma volume within the first 2 weeks of return to sea level after moderate-altitude training.? From this observation they hypothesized an increase in resting stroke volume. To our knowledge, the effects of moderate-altitude training on resting stroke volume at sea level have not been studied and its effects on resting heart rate remain to be clarified. To date, only one study has investigated the effect of moderate-altitude training on metabolic thresholds far predicting sea-level endurance performance.è The study reported that running speed improved by 9% and 12%, respectively, at fixed blood lactate concentrations of 2 and 4 mmol/l after 4 weeks of rnoderate-altitude training, whereas no sìgnìfìcant differences in running speed at the IAT were found. Published in 1998, the method the study used far calculating the anaerobic threshold, called Dmax,10 has recently attracted mounting criticism concerning its validity and reproducìbìlìty.u. 12 While moderate-altitude training has been shown to improve VOzmax and performance at sea level, comprehensive studies on the cardiorespiratory adaptations and the changes in metabolic thresholds it induces are lacking. Therefore, the first aim of the present study was to evaluate the effects of moderate-altitude training on resting stroke volume and anaerobic threshold measured at sea level. The second aim was to evaluate the influence of moderate-altìtude training on other hernodynamic, hematic, and metabolic parameters. Study population Materials and methods The study population was 10 national and regional league mìddle-dìstance runners (7 a moderata ed. elevata altitudine. È noto, infatti, che in queste condizioni la FC a riposo è più elevata rispetto al suo valore a livello del mare 7, ed è stato dimostrato cbe dopo allenamento a moderata altitudine, nei primi giorni di permanenza a livello del mare la FC è significativamente inferiore rispetto al valore preallenarnento s. L'esposizione a moderata altitudine riduce la GS durante esercizio 7. Tale effetto è probabilmente, mediato anche da una riduzione del pre carico a livello cardiaco, che potrebbe derivare da un minor ritorno venoso attribuibile' alla nota diminuzione del volume plasmatico cbe si registra con l'esposizione ad alta quota 7. Tuttavia, Suedenbag et al. banno dimostrato cbe dopo allenamento a moderata altitudine, entro le prime 2 settimane dal ritorno al livello del mare, il volume plasmatico aumenta del 6, 6% in più rispetto alle condizioni preallenamento 9: evidenza cbe induceva gli autori ad ipotizzare un conseguente aumento della GS a riposo. Per quanto a nostra conoscenza, gli effetti dell'allenamento a moderata altitudine sulla GS a riposo non sono ad oggi stati indagati al ritorno al livello del mare e l'eventuale riduzione della FC a riposo andrebbe confermata da ulteriori studi. Tra gli altri fattori predittivi della performance negli atleti di endurance, a nostra conoscenza un solo studio ba indagato la relazione tra allenamento svolto effettivamente in altitudine e soglie metabolicbe s, dimostrando cbe 4 settimane di allenamento a moderata altitudine migliorano la velocità di corsa alle concentnizioni fisse di 2 e 4 mmol Ir! di lattato, rispettivamente del 9% e del 12%, mentre non detenni nano differenze significative di velocità alla SA individuale s. Tuttavia, in questo studio del 1998 la soglia anerobica è stata calcolata con un metodo, denominato "Dmax" 10, cbe ba più recentemente subito serie crùicbe relativamente alla sua validità e ripetibilità 11, 12. Se da un lato, quindi, è stato dimostrato cbe l'allenamento a moderata altitudine aumenta il V0 2max e la performance a livello del mare, non sono del tutto cbiari gli adattamenti cardiorespiratori alla base di tali effetti. Inoltre, gli effetti dell'allenamento a moderata altitudine sulle soglie metaboliche non sono ancora stati approfonditamente studiati. Obiettivo primario del presente studio pilota è stato valutare gli effetti dell'allenamento a moderata altitudine sulla GS a riposo e sulla SA misurate a livello del mare. Secondariamente è stata anche valutata l'influenza dell'allenamento a moderata altitudine su alti i parametri emodinamici, ematici e metabolici. Soggetti Materiali e metodi Sono stati reclutati 1 O (7 M, 3 F) giovani (età 21, 7±4,9 anni) atleti di endurance (specialità di Voi No.4 635

4 POLIZZI HEART AND METABOLIC RESPONSES TO MODERATE ALTITUDE ENDURANCE TRAINING males, 3 fernales, mean age, 21.7±4.9 years). All subjects gave their informed consent to participate in the study. Study design The subjects underwent 4 weeks of training while sojourning at Sestriere (2000 m), during which they performed 10 training sessions per week on average. During the week before training, and then between day 8 and day 12 after return to sea level, the subjects underwent 3 testing sessions (see Analysis and Evaluation) in a research laboratory located at sea level -: (Palermo, Italy). There was a rest day between each testing session day (days 1, 2, and 3) before and after the training period at altitude. Training protocol The training protocol (as described by Palizzi 13) was subdivided into 3 phases during whìch the subjects trained twice a day. During the first phase (4 days of acclimatization), the subjects performed 2 daily sessions of mainly aerobic exercises, with a gradual increase in duration from 45 to 60 minutes. During the second phase (days 5 to 15), the subjects performed intense continuous training (prolonged intense workloads gradually increased from 30 to 45 minutes and intermittent trials of 1000-m and 2000-m runs with 3-minute rests between each run) every two days. Intense continuous training was designed to increase and maintain bloocl lactate concentration at around 4 mmol/l; during the 2 days following an intense training session and on the morning preceding an intense training session, exercise intensity was predominantly aerobic. During the third and fìnal training phase (days 16 to 30), the sequence of intense and less intense training was the same as in the second phase, except that durìng the intense training sessions ~45 minutes) the workload was greater (pro- -longed intense workload, with intermittent trials of 500-m and 1000-m runs and 1-minute rest between each run), Analysis and eualuation HEMATIC PARAMETERS (DAY 1) Bloocl samples were taken in the morning (at 8.00 a.m. with subjects fasted and in a sitting position) from the antecubital vein; hernoglob- mezzofondo praticate: 1500 m, ) di livello nazionale e regionale. Tutti i soggetti bannofirmato un modulo di consenso informato per la partecipazione allo studio prima di essere reclutati. Disegno sperimentale Gli atleti sono stati sottoposti a 4 settimane di allenamento e pernottamento in località Sestriere (Torino, Italia; 2000 metri sul livello del mare) durante il quale banno effettuato mediamente 1 O sessioni di allenamento a settimana. Nella settimana precedente tale periodo, e dal giorno 8 al giorno 12 dopo il ritorno al livello del mare, i partecipanti sono stati sottoposti a 3 sessioni di test (vedi paragrafo analisi e valutazioni} in un laboratorio di ricerca situato a livello del mare (Palermo, Italia}. Le sessioni di test (giorno 1, giorno 2, giorno 3) sono state sempre intervallate da un giorno di riposo, sia prima cbe dopo il periodo di allenamento e pernottamento in altura. Protocollo di allenamento Il protocollo di allenamento (vedi 13 per i dettagli} era diviso in 3 fasi durante le quali gli atleti si allenavano 2 volte al giorno. Nella prima fase, di "acclimatazione", della durata di 4 giorni, gli atleti effettuavano 2 sessioni giornaliere di allenamento prevalentemente aerobico con un incremento graduale della durata (da 45' a 60'}. Nella seconda fase, compresa tra il 5 e il 15 giorno, gli atleti effettuavano un allenamento intenso e continuativo (carico prolungato e intensivo con aumenti graduali di.durata da 30' a 45' e prove interuallate da 1000 è 2000 metri con recuperi di 3' tra le prove) ogni 2 giorni. L'allenamento intenso e continuativo era ideato per incrementare e mantenere la concentrazione di lattato ematico ([La]) intorno alle 4 rnmol/l, mentre nei due giorni successivi alla seduta intensa e nella mattina precedente al successivo allenamento intenso, l'intensità degli allenamenti era prevalentemente aerobica. Nell'ultima fase, compresa tra il 16 e il 30 giorno, la successione di allenamenti intensi e meno intensi era la stessa della fase precedente, ma negli allenamenti intensi il carico era m.aggiare (carico prolungato e intensivo con durata fissa di 45' e prove intervallate da 500 e metri con recuperi di 1' tra le prove). Analisi e valutazioni PARAMETRI EMATICI (GIORNO 1) I prelievi sono stati effettuati la mattina (ore 8:00, soggetti a digiuno) dalla vena antecubitale (soggetti in posizione seduta}, e la concentra zione di emoglobina ([Hb]J, la conta dei globuli rossi, il volume corpuscolare medio e l'ematocri 636 Dicembre 2014

5 HEART AND METABOLIC RESPONSES TO MODERATE ALTITUDE ENDURANCE TRAINING POLIZZI in concentration ([Hb]), recl bloocl cell (RBC) count, mean corpuscular volume (MCV), ancl hematocrit were measurecl with a hematology analyzer (ABX Pentra 60, Horiba, Kyoto, Japan). CARDIAC PARAMETERS (DAY 2) Twelve-lead ECG was performecl at 9.00 a.m. (Delta 60 Plus, Carclioline, Milan, Italy) to measure resting heart rate. The subjects remainecl seatecl for 10 minutes ancl heart rate was calculatecl from the mean of values recorclecl during the last minute. Echocarcliography was performecl in mono- ancl biclimensional ancl color Doppler mocles (EnVisor CHD, Phillips, Amsterdam, the Netherlancls). Left ventricular end-diastolic volume (EDV) was \neasurecl accorcling to the biplane Simpson methocl. Also measurecl were the left ventricular cliameter ancl the left ventricular outflow tract (LVOT). The area of the transverse section of the LVOT ancl the timevelocity integral (VTI) of the left ventricular outflow were then calculatecl. Stroke volume was estimateci by multiplying LVOT times TVI. METABOLIC PARAMETERS (DAY 3) Starting at 8.00 a.m., the subjects underwent incremental treaclmill testing cornprising 4-minute stages, as clescribecl in Bentley et at.14 Within 30 seconcls before the end of each stage, a bloocl sample was taken by pinprick of the tip of the inclex finger with a hand-held portable lactate analyzer (Lactate Pro, Arkay, Kyoto, Japan). The anaerobic thresholcl was calculatecl using both the lactate thresholcl (LT) 15 ancl the Dmax 10 methocls. The LT methocl assumes an exponential increase in bloocl lactate with increasing workloacl; it clefines the lactate thresholcl as the speecl at which the two linear interpolation curves of lactate values intersect. The L T methocl has been shown to better reflect the shift from the aerobic to the anaerobic energy system.12 The Dmax methocl clefines the speecl as the point on the axis where the longest line from the tangent point meets the X axis, joining the first ancl the final bloocl lactate values, ancl the lactate curve is estimateci using polynomial regression of the lactate values measurecl cluring the incrernental tests. This methocl was usecl only for comparing the results of the present stucly against those reportecl in Bailey et al» LT ancl Dmax were cleterminecl using an algorithm validateci by Newell et a[.16 which they usecl in a soft- to sono stati determinati tramite l'analizzatore ematologico ABX Pentra 60 (HORIBA, Kyoto, Giappone). PARAMETRI CARDIACI (GIORNO 2) Un elettrocardiogramma a 12 derivazioni è stato effettuato alle ore 9:00 con l'elettrocardiografo Delta 60 Plus (CARDIOLINE, Milano, Italia) per determinare la FC a riposo. I partecipanti. sono rimasti seduti per 1 O minuti e la FC a riposo è stata identificata come media delle rilevazioni dell'ultimo minuto. L'analisi ecocardiografica è stata condotta con metodica monodimensionale, bidimensionale, e color doppler, con l'ecocardiografo Enì/isor CHD (Pbilips, Amsterdam, Paesi Bassi). Il volume telediastolico (VTD) del ventricolo sinistro è stato misurato tramite metodica di Sinipson biplano. Inoltre, sono stati misurati, nel ventricolo sinistro, il diametro e il tratto di efflusso. È stata poi calcolata l'area della sezione trasversale del tratto di efflusso del ventricolo sinistro (S LVOT) e l'integrale velocità tempo dell'efflusso ventricolare sinistro (VII). Infine, è stata stimata la GS moltiplicando S LVOT per VTI. PARAMETRI METABOLICI (GIORNO 3) Dalle ore 8:00 i partecipanti sono stati sottoposti ad un test incrementale di corsa su nastro trasportatore composto da stage della durata di 4 minuti ciascuno, come indicato da Bentlev et al.14 Entro i 30 secondi precedenti la fine di ogni stage è stato effettuato un micro prelieoo di sangue dal polpastrello del dito indice ed è stata misurata la [La} con lanametro portatile Lactate Pro (Arleray, Kyoto, Giappone). La SA è stata calcolata sia con il metodo denominato "LT" 15 cbe con il metodo Drnax t". Il metodo LT, cbe assume un incremento esponenziale della [La] all'aumentare dell'intensità di lavoro, definisce la soglia come la velocità corrispondente al punto cbe divide due curve di interpolazione lineare ottenute dai valori di [La]. ~È stato dimostrato che l'indicatore cbe meglio ri.flette la transizione dalla condizione aerobica a quella anaerobica sembra essere proprio LT 12. Il metodo Dmax prevede l'identificazione della velocità corrispondente al punto cbe produce la massima lunghezza della perpendicolare tra la retta cbe unisce il primo e l'ultimo valore di [La}, fino alla curva del lattato stimata con regressione polinomiale sulle [La} derivanti dal test incrementale. Questo metodo è stato utilizzato unicamente per confrontare i risultati del presente studio con quelli di Bailey et al. s. La determinazione di LT e Dmax è stata effettuata utilizzando un algoritmo validato da Neuiell et al. 16 e implementato dagli stessi autori in un software applicativo per Microsoft Excel (disponibile per il download al link bttp// Val. 67-No

6 POLIZZI HEART AND METABOLIC RESPONSES TO MODERATE ALTITUDE ENDURANCE TRAINING ware application running on Microsoft Excel (available at jn/lactate/index.html). The software program was also used to determine the running speeds at fixed blood lactate concentrations of 2 mmol/l (FBLA2) and 4 mmol/l (FBLA4), as described in Heck et al.s? Statistica! analysis The differences between the variables and the effect of training and altitude exposure on such variables (repeated measure of independent variables) were evaluated using Hotellìng's T-squared test far paired data with Bonferroni correction. Significance was set at P<0.05. Results There were no significant differences between pre- and post-training values of RBC (4.41±0.27 VS. 4.46± cells/pl), MCV (89.1±3.4 VS. 88.6± L), hematocrit (39.2±1.9% vs. 39.3±2.9%), EDV (108.8±14.1 ml vs ±11.7 ml), n.mning speed at Dmax (18.4±1.6 km/h vs. 18.1±2.6 km/h) or rnnning speed at FBLA2 (15.7±0.8 km/h vs. 16.1±1.3 km/h) (Figures 1, 2). There was a significant increase in [Hb] index.btml). Il software è stato anche utilizzato per identificare le velocità di corsa corrispondenti ad una [La] di 2 mmol/i. (FBLA2) e di 4 mmol/i: (FBLA4), come indicato da Heck et al. 11. A natisi statistica Le differenze tra i set di variabili misurate e l 'e.ffetto dell'allenamento e pernottamento in altitudine su tali variabili (variabile indipendente con misura ripetuta) sono state valutate con il test T2 di Hotelling. I confronti post boe dei risultati singoli sono stati effettuati con test T per dati appaiati con correzione di Bonferroni. Il livello di significatività è stato fissato a P<O, 05. Risultati I risultati non banno evidenziato differenze significative, a livello del mare dopo il periodo di allenamento, nella conta dei globuli rossi (4,41±0,27 vs. 4,46±0,36 milioni di cellule/ul. di sangue), nel volume corpuscolare medio (89, 1±3,4 us. 88, 6±3, 1 fi), nell'ematocrito (39,2±1,9% vs. 39,3±2,9%), nel volume telediastolico (I 08, 8±14, 1 ml vs. 114,5±11, 7 ml), nella velocità alla Dmax (18,4±1,6 Iem/b vs. 18,1±2,6 km/h), e nella velocità di corsa alla [La] di 2 rnmol/l (15, 7±0,8 lem/b vs. 16,1±1,3 lem/b) (Figure 1, 2). La [Hbj (13,1±0,6 mg/dl VS. 13,4±0,9 mg! O Pre training lii Post training O Pre training * '. lii Post training * 13.1 * [Hb] (g/dl) Hematocrit (%) Figure 1.-Effect of moderate-altitude training and sojourn on selected hematic parameters: changes in hemoglobin concentration [Hb] and hematocrit (HCT); *P<0.05. The bars indicate standard deviation. Figura 1. Effetto dell'allenamento e del pernottamento a moderata altitudine su alcuni parametri ematici. [Hb], concentrazione di emoglobina; ~ P<O, 05. Le barre rappresentano la deviazione standard. Resting SV (ml) Resting HR (bpm) Figure 2.-Effect of moderate-altitude training and sojourn on selected cardiac parameters: changes in resting stroke volume (SV) and resting heart rate (HR); *P<0.05. The bars indicate standard deviation. Figura 2. Effetto dell'allenamento e del pernottamento a moderata altitudine su alcuni parametri cardiaci. GS, gittata sistolica; FC, frequenza cardiaca; * P<0,05. Le barre rappresentano la deviazione standard. 638 Dicembre 2014

7 HEART AND METABOLIC RESPONSES TO MODERATE ALTITUDE ENDURANCE TRAINING POLIZZI D Pre training IEEI Post training o Pre training IEEI Post training 16.8 * * Running speed at LT (km/h) (+l.9%; 13.1±0.6 mg/dl VS. 13.4±0.9 mg/dl), resting stroke volume e+ 13.8%; 55.4±13.8 ml vs. 63.1±18.3 ml), resting cardiac output (+9.5%; ±874.1 ml VS ± ml), running speed at LT (+5.1%; 16.8±0.9 km/h vs. 17.7±0.8 km/h), and running speed at FBLA4 (+4%, 17.5±0.8 km/h VS. 18.2±1 km/h), as well as a significant reduction in resting heart rate (-3.5%; 54.6±4.7 bpm vs. 52.7±4.6 bpm) (Figures 3, 4). Discussion Running speed at Dmax (km/h) Figure 3.-Effect of rnoderale-altìtude training and sojourn on selected metabolic parameters. changes in running speed at the anaerobic threshold as estimated using the LT method and the Dmax method used far comparison with published data; *P<0.05. The bars indicate standard deviation. Figura 3. Effetto dell'allenamento e del pernottamento a moderata altitudine su alcuni parametri metabolici. LT, metodo di riferimento per questo studio per l'identificazione della velocità di corsa alla soglia; Dmax, metodo utilizzato come confronto con la letteratura per l'identificazione della velocità di corsa alla soglia; ~ p<0,05. Le barre rappresentano la deviazione standard. The aim of this study was to determine the effects of moderate-altitude training and sojourn on selected hematic, cardiac, and metabolic parameters that may influence endurance performance at sea level. Consistent with previous observations.? our results show a significant post-training increase in [Hb]. Altitude training has been found to significantly increase [Hb] mass 4, 6, is and RBC volume 6, 18 and slightly increase (albeit not significantly) blood and plasma volume.è. 9, is As reported elsewhere.s. 18 Running speed at FBLA2 (km/h) Running speed atfbla4 (km/h) Figure 4.-Effect of moderate-altitude training and sojourn on selected metabolic parameters: changes in rnnning speecl at 2 mmol/l (FLBA2) ancl at 4 mmol/l (FLBA4); *P<0.05. The bars indicate standard deviation. Figura 4. Effetto dell'allenamento e del pernottamento a moderata altitudine su alcuni parametri metabolici. FBLA2 e FBLA4, velocità di corsa, rispettivamente, alle concentrazioni di lattato di 2 mmol/l e 4 mmol/l; *, p-co, 05. Le barre rappresentano la deviazione standard. dl: +1,9%), la GS a riposo (55,4±13,8 ml vs. 63,1±18,3 ml: +13,8%), la gittata cardiaca a riposo (3.008,8±874,1 ml vs ±1.061,4 ml: +9,5%), la velocità alla LT (16,8±0,9 lem/b vs. 17, 7±0,8 lem/b: +5, 1%), e la velocità di corsa alla [La] di 4 mmol/l (17,5±0,8 lem/b vs. 18,2±1 km/b: +4%) sono invece incrementate tutte significativamente, parallelamente ad una significativa riduzione della FC a riposo (54, 6±4, 7 batt/rnin vs. 5;2, 7±4,6 batt/rnin: 3,5%) (Figure 3, 4). Discussione e conclusioni Scopo di questo studio era oerificare gli effetti di un periodo di allenamento e pernottamento a moderata altitudine, su alcuni dei parametri ematici, cardiaci, e metabolici cbe possono influire, al ritorno a livello del mare, sulla prestazione di endurance. In linea con la letteratura 9, i risultati del presente studio evidenziano un significativo aumento della [Hb] in seguito ad all'allenamento e pemottamento in altitudine. Dal momento cbe l'allenamento in altitudine incrementa significatiuamente anche la massa dell'emoglobina 4, 6, 18 e il volume dei globuli rossi 6, 18, e incrementa solo lievemente (e non significatiuamente] il volume del sangue e del pla Voi No.4 639

8 POLIZZI HEART AND METABOLIC RESPONSES TO MODERATE ALTITUDE ENDURANCE TRAINING we found no signifìcant post-training increase in hematocrit. To our knowledge, ours is the first study to demonstrate by echocardiography that resting stroke volume increases significantly after moderate-altitude training and sojourn and that this adaptation is maintained for at least 10 days after return to sea leve!. This finding is partially shared by Svedenhag et al.,9 who found a significant increase in left ventricular mass at 11 days after return to sea level, and by the significant increase in resting cardiac output we observed at 10 days after return to sea leve!. In line with previous studies, s. 9 our results show a signifìcant reduction -: in resting heart rate and no substantial change in EDV, suggesting a gain in carcliac efficiency also during rest due to increasecl left ventricular mass. This gain may be an integra! part of the enhanced competition performance seen in athletes after moclerate-altitude trainìng.> Our results also show that moclerate-altitucle training ancl sojourn can bave an effect on the anaerobic threshold. We noted a significant increase in running speecl at lactate threshold and at FBLA4 measurecl after return to sea leve!. Our finclings differ partially from those reported by Bailey et al.8 who found significant increases at both FBLA2 and FBLA4 but no improvement in anaerobic threshold. This difference may be due to the clifferent methods used to estimate the anaerobic threshold. We used the L T method whereas Bailey used the Dmax method, which has attraeteci criticism because it relies on initial ancl final blood lactate values which are known to vary considerably.t- Furthermore, in adclition to questions about its validity, the lower reproducibility of measurements with the Dmax method as compared to the L T methocl is a critica! limitation particularly when conducting incrementa! testing comprising 4-minute stages.12 Because both in our and Bailey's studies the anaerobic thresholcl was estimated from measurements pken during 4-minute stage incrementa! test- ing, it follows that our results may be considered more reliable and that the anaerobic threshold is influenced by moderate-altitude training and sojourn, with an effect that lasts for at least 12 days after return to sea leve!. sma 6, 9, 18, il fatto cbe nel pi esente studio l'ematocrito non abbia subito modificaaioni significattoe con l'allenamento in altitudine e plausibile ed in linea con le evidenze di altri autori 9, 18. In questo studio, per la prima volta per quanto a nostra conoscenza, viene dimostrato con metodica ecocardiografica cbe la GS a riposo aumenta significativamente in seguito ad allenamento e pernottamento a moderata altitudine, e cbe questo adattamento viene mantenuto per almeno 10 giorni dal ritorno al livello del mare. Questo risultato è in parte supportato dai risultati di Soedenbag et al. 9, i quali banno dimostrato un incremento significativo della massa del ventricolo sinistro a 11 giorni dal ritorno al livello del mare, e dall'incremento significativo della gittata cardiaca a riposo registrato nel presente studio al 10 giorno dopo il ritorno a livello del mare. In effetti, dal momento cbe nel presente, come in altri studi, la FC a riposo risulta significatiuamente ridotta dopo l'allenamento 8 e il volume telediastolico sostanzialmente non cambia 9, è possibile cbe il cuore guadagni in efficietiza per via dell'aumentata massa ventricolare sinistra ancbe in condizione di riposo, ed è ipotizzabile cbe tale beneficio sia parte integrante dei miglioramenti della prestazione di gara riscontrati in questi atleti con l'esposizione a moderata altitudine G. I risultati del presente studio evidenziano anche un effeuo dell'allenamento e pernottamento in altura sulla SA. La velocità alla LT aumenta infatti significativamente a livello del mare dopo il periodo di allenamento, e parallelamente aumenta anche significativamente la velocità di corsa alla [La] di 4 mmol/l. Il parziale contrasto con i risultati di Batley et al. 8, cbe mostravano incrementi significatioi delle velocità di corsa a FBLA2 e FBLA4 ma non riscontravano alcun miglioramento della SA, è probabilmente da ricercarsi nella modalità di individuazione della SA, cbe in questo studio è stata fatta con il metodo LT, mentre nello studio di Bailey et al. 8 era statafatta con il metodo Dmax. La validità di Dmax è stata tuttavia messa in discussione per sia della sua dipendenza dai valori iniziale e finale di lattato cbe possono mostrare una notevole variabilità 11. Inoltre, tale metodo è stato recentemente considerato scarsamente riproducibile rispetto a LT, in particolare per test incrementali con stage di durata di 4 minuti iz Quindi, dal momento cbe nel presente studio e in quello di Bailey«la durata degli stage nel test di SA era di 4 minuti, è plausibile ipotizzare cbe i risultati del presente studio siano più attendibili e cbe quindi la SA è con tutta probabilità influerizata dall'allenamento e dal pernottamento a moderata altitudine, con un effetto che perdura per almeno 12 giorni dal ritorno al livello del mare. Conclusions In conclusion, our results show that moderate-altitude training ancl sojourn induce a se- Conclusioni In conclusione, i risultati del presente studio dimostrano come l'allenamento e il pernottamento a moderata altitudine determinino una serie di effett! 640 Dicembre 2014

9 I-IEART AND METABOLIC RESPONSES TO MODERATE ALTITUDE ENDURANCE TRAINING POLIZZI ries of positive effects on resting cardiac and hematic parameters which, coupled with the increase in anaerobic threshold, may improve endurance performance for at least 2 weeks af- ter return to sea level. Nonetheless, this pilot study has several limitations. It was conducted to determ.ine its feasibility and anticipate difficulties that may arise in a larger-scale sample population and extended array of parameters, including measurements taken during maximal exercising and the inclusion of a control group. The major limitation of the present study is that it lacked a control group, which precluded direct comparison with experimental data. This limitation was partially overcome by comparing our experimental data with published data. Unfortunately, however, few studies to date have investigated common resting hematic and cardiac parameters and metabolic changes induced by exposure to altitude and training in middledistance runners on return lo sea level. Though justifiable by the explorative nature of the study, these limitations allow only speculative discussion on the implications of physiological adaptation to moderate-altitude training. They will be taken into account as we go forward in designing future studies having the same aims. positivi riscontrabili a riposo, sia a livello cardiaco sia ematico, che probabilmente, in congiunzione con l'innalzamento della SA, potrebbero condurre ad un miglioramento della prestazione a livello del mare nelle due settimane successive al rientro. I risultati sopra discussi vanno tuttavia letti e considerati anche alla luce delle limitazioni del presente studio pilota. Questo studio è stato infatti implementato per uerificarne la fattibilità e le difficoltà di attuazione ipotizzando uno studio sue / cessivo con un campione più ampio ed un numero di rilevazioni maggiori, incluse quelle da effettuarsi durante esercizio massimale, e la presenza di un gruppo di controllo. La maggiore limitazione dello studio, cioè la mancanza di uno o più gruppi di controllo, non ba permesso il confronto diretto dei dati sperimentali ottenuti. Tale limitazione è stata solo parzialmente compensata dal confronto con la letteratura esistente cbe, purtroppo, non conta molti lavori per quanto riguarda gli adattamenti, riscontrabili a Iiuello del mare, indotti dall'allenamento e pernottamento a moderata altitudine sui principali parametri ematici e cardiaci in condizioni di riposo e sui comuni indicatori metabolici di performance dei mezzofondisti. Queste limitazioni, seppur giustificate dalla natura esplorativa dello studio, rendono speculativa la discussione dei risultati e saranno tenute in considerazione nell'implementazione di studi successivi con gli stessi scopi. References/ Bibliografia 1) Lundby C, Millet GP, CalbetJA, Bartsch P, Subudhi AW. Does 'altitude training' increase exercìse performance in elite athletes? Br J Sports Med 2012;46: ) Saunclers PU, Cox A], Hopkins WG, Pyne DB. Physiological measures track- ing seasonal changes in peak running speed. Int J Sports Physiol Perform 2010;5: ) Stratton E, O'Brien BJ, Harvey J, Blitvich J, McNicol AJ, Janissen D et al. Treadmill velocìry best predicts m run performance. lnt J Sports Med 2009;30: ) Saunders PU, Garvican-Lewis LA, Schmidt WF, Gore C]. Relationshìp between changes in haemoglobin mass and maximal oxygen uptake after hypoxìc exposure. Br J Sports Med 2013;47(Suppl 1):i ) Otto JM, Montgomery HE, Richards T. 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A three-week traditional altitude training increases hemoglobin mass and red celi volume in elite biathlon ath- Jetes. Int J Sports Med 2005;26: Conflicts qfinterest. The authors certify that there is no conflict of interest with any financial organization regarding the materiai discussed in the manuscript. G. Palizzi, M. Giaccone and M. Gervasi contributed equally to the study. Received on November 27, Accepted for publication on November 27, Corresponding author: M. Gervasì, via I Maggerti 26/2, Urbino, Pesaro-Urbino, Iraly. marco.gervasi@uniurb.it Voi. 67 -No.4 641

10 VOLUME 67 - N. DICEMBRE 2014 EDIZI NI MINERVA MEDICA

11 Vol. 67 December 2014 No.4 + CONTENTS 529 EDITO RIAL Rehabilitation after anterior crociate ligament reconstruction: the old and the new Mariani P. P. 581 Designing the simulation training of taekwondo competition according to heart rate, blood lactate and rating of perceived exertion Samadi M., Nazem F., Gharaat M. A. 539 PHYSIOLOGICAL AREA Tue effects of supervised Slackline Training on postura! balance in judoists Santos L., Fernàndez-Rio ]., Femàndez-Garcia B., Due jakobsen M. 555 Evaluation of factors affecting sports performance among junior athletes in kayaking Rynkiewicz M., Rynkiewicz T., Zurek P. 569 Effects of a tennis tournament on players' hand grip strength, pressure pain threshold and visual analogue scale Sahin Kafkas A., Emin Kafkas M., Durmus B., Açak M. 593 MEDICAL AREA Diffusion of smoking in competitive sport Di Cave P., Appodia M., Toclaro A. 603 Association between resting metabolic rate and objectively measured physical activity in South Mrican adolescents: the PAHL study Wushe S. N., Moss S. j., Monyeki M. A. 617 Physical activity and assessment of motor performance in elderly and young population by means of wearable inertial sensors Nerozzi E., Monaco M. M., Pegreffi F., Drago E., Tentoni C. Vol. 67-N. 4 XI

12 CONTENTS 633 Pilot study on cardiac and metabolic responses to moderate-altitude endurance training in middle-distance runners Palizzi G., Giaccone M., Gervasi M., D'Amato A., Palma A., Bartolucci C., Brandoni G., Federici A., Lucertini F. 643 Post-exercise blood pressure responses to upper and lower limbs resistance exercise Mohebbi H., Rohani H., Ghiasi A. 653 ORTHOPEDIC AREA Common acupoints and treatment parameters of acupuncture treatments for knee osteoarthritis Ma H., Zhang S., Zhang X. 669 SPORT... MEDICINE FOR SPORT BMX Boni G., Mattiacci F., Biasini E., Spaccapanico Proietti S., Pampanelli G., Trabalza M., Ferri A. C., Franci M., Capodicasa A., Gargaglia F., Laurent L., Giannini S. 697 SPORT... MEDICINE FOR SPORT IN P AST ISSUES 703 FORUM Sporting activities and solid organ transplantation Roi G. S., Totti V., Zancanaro M., Mosconi G., Trerotola M., Nanni Costa A., Antonetti T., Anedda A. 733 ACKNOWLEDGEMENTS XII Dicembre 2014