Эффекты интервальных гипоксических экспозиций и интервальных гипоксических тренировок на переносимость физических нагрузок (нарративный обзор)

Способность успешно выполнять повторяющиеся субмаксимальные физические нагрузки/упражнения с определенной интенсивностью (переносимость физических нагрузок) позволяет прогнозировать выносливость спортсменов, а также качество жизни и способность выполнять повседневные действия у пожилых людей и пациентов, страдающих хроническими заболеваниями. Повышение переносимости физических нагрузок после серии спортивных тренировок хорошо известно, однако эти эффекты могут потенцироваться при параллельной адаптации к другим стимулам, например повторным воздействиям реального или моделируемого среднегорья. Адаптивные реакции (т. е. благотворно влияющие на переносимость физических нагрузок) зависят от типа и степени гипоксических стимулов, в частности, применяются они во время физических нагрузок (интервальная гипоксическая тренировка, ИГТ) или в состоянии покоя (интервальные гипоксические экспозиции, ИГЭ).

В кратком обзоре обобщены доказательства, показывающие, что ИГТ, по-видимому, вызывает более выраженные эффекты на переносимость физических нагрузок, чем ИГЭ. Наиболее значимые эффекты адаптации к ИГТ в первую очередь провоцируются в рабочих скелетных мышцах, кроме того, небольшие эффекты ИГЭ могут включать улучшение автономных регуляторных процессов, эндотелиальной функции, кардиопротекцию и повышение мощности антиоксидантных механизмов, большинство из которых, вероятно, могут быть потенцированы применением гипоксических экспозиций в сочетании с физическими нагрузками (ИГТ). В то время как ИГЭ, по-видимому, особенно подходит для малоподвижных и пожилых людей или тех, кто страдает хроническими неинфекционными заболеваниями. Курсы ИГТ являются доказанно более эффективными для молодых тренированных людей, квалифицированных атлетов. Таким образом, процедуры ИГЭ рекомендуются для начала или вовлечения в занятия физическими упражнениями для людей с низкой переносимостью физических нагрузок. В дальнейшем их тренировочный режим может дополняться тренировками в нормоксии и, наконец, собственно процедурами ИГТ.

1. Burtscher M. Exercise limitations by the oxygen delivery and utilization systems in aging and disease: coordinated adaptation and deadaptation of the lung-heart muscle axis - a mini-review. Gerontology. 2013;59(4):289–296. https://doi.org/10.1159/000343990

2. Moore R.L., Thacker E.M., Kelley G.A., Musch T.I., Sinoway L.I., Foster V.L., et al. Effect of training/detraining on submaximal exercise responses in humans. J. Appl. Physiol. (1985). 1987;63(5):1719–1724. https://doi.org/10.1152/jappl.1987.63.5.1719

3. Burtscher J., Strasser B., Burtscher M., Millet G.P. The Impact of Training on the Loss of Cardiorespiratory Fitness in Aging Masters Endurance Athletes. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2022;19(17):11050. https://doi.org/10.3390/ijerph191711050

4. Davis J.A., Frank M.H., Whipp B.J., Wasserman K. Anaerobic threshold alterations caused by endurance training in middle-aged men. J. Appl. Physiol. Respir. Environ. Exerc. Physiol. 1979;46(6):1039–1046. https://doi.org/10.1152/jappl.1979.46.6.1039

5. Hickson R.C., Hagberg J.M., Ehsani A.A., Holloszy J.O. Time course of the adaptive responses of aerobic power and heart rate to training. Med. Sci. Sports Exerc. 1981;13(1):17–20. https://doi.org/10.1249/00005768-198101000-00012

6. Hurley B.F., Hagberg J.M., Allen W.K., Seals D.R. Young J.C., Cuddihee R.W., Holloszy J.O. Effect of training on blood lactate levels during submaximal exercise. J. Appl .Physiol. Respir. Environ. Exerc. Physiol. 1984;56(5): 1260–1264. https://doi.org/10.1152/jappl.1984.56.5.1260

7. Matsuo T., Saotome K., Seino S., Shimojo N., Matsushita A., Iemitsu M., et al. Effects of a low-volume aerobic-type interval exercise on VO2max and cardiac mass. Med. Sci. Sports Exerc. 2014;46(1):42–50. https://doi.org/10.1249/mss.0b013e3182a38da8

8. Vella C.A., Robergs R.A. A review of the stroke volume response to upright exercise in healthy subjects. Br. J. Sports Med. 2005;39(4):190–195. https://doi.org/10.1136/bjsm.2004.013037

9. Rosenblat M.A., Granata C., Thomas S.G. Effect of Interval Training on the Factors Influencing Maximal Oxygen Consumption: A Systematic Review and Meta-Analysis. Sports Med. 2022;52(6):1329–1352. https://doi.org/10.1007/s40279-021-01624-5

10. Burgomaster K.A., Heigenhauser G.J., Gibala M.J. Effect of short-term sprint interval training on human skeletal muscle carbohydrate metabolism during exercise and time-trial performance. J. Appl. Physiol. (1985). 2006;100(6):2041–2047. https://doi.org/10.1152/japplphysiol.01220.2005

11. Raleigh J.P., Giles M.D., Islam H., Nelms M., Bentley R.F., Jones J.H., et al. Contribution of central and peripheral adaptations to changes in maximal oxygen uptake following 4 weeks of sprint interval training. Appl. Physiol. Nutr. Metab. 2018;43(10):1059–1068. https://doi.org/10.1139/apnm-2017-0864

12. Moon H.W., Sunoo S., Park H.Y., Lee D.J., Nam S.S. Effects of various acute hypoxic conditions on metabolic parameters and cardiac function during exercise and recovery. Springerplus. 2016;5(1):1294. https://doi.org/10.1186/s40064-016-2952-4

13. Burtscher M., Philadelphy M., Gatterer H., Burtscher J., Likar R. Submaximal exercise testing at low altitude for prediction of exercise tolerance at high altitude. J. Travel Med. 2018;25(1). https://doi.org/10.1093/jtm/tay011

14. Povea C., Schmitt L., Brugniaux J., Nicolet G., Richalet J.P., Fouillot J.P. Effects of intermittent hypoxia on heart rate variability during rest and exercise. High Alt. Med. Biol. 2005;6(3):215–225. https://doi.org/10.1089/ham.2005.6.215

15. Sharma A.P., Saunders P.U., Garvican-Lewis L.A., Clark B., Stanley J., Robertson E.Y., et al. The Effect of Training at 2100-m Altitude on Running Speed and Session Rating of Perceived Exertion at Different Intensities in Elite Middle-Distance Runners. Int. J. Sports Physiol. Perform. 2017;12 (Suppl 2):S2147–S2152. https://doi.org/10.1123/ijspp.2016-0402

16. Terrados N., Jansson E., Sylvén C., Kaijser L. Is hypoxia a stimulus for synthesis of oxidative enzymes and myoglobin? J. Appl. Physiol. (1985). 1990;68(6):2369–2372. https://doi.org/10.1152/jappl.1990.68.6.2369

17. Melissa L., MacDougall J.D., Tarnopolsky M.A., Cipriano N., Green H.J. Skeletal muscle adaptations to training under normobaric hypoxic versus normoxic conditions. Med. Sci. Sports Exerc. 1997;29(2):238–243. https://doi.org/10.1097/00005768-199702000-00012

18. Yu Q., Kong Z., Zou L., Chapman R., Shi Q., Nie J. Comparative efficacy of various hypoxic training paradigms on maximal oxygen consumption: A systematic review and network meta-analysis. J. Exerc. Sci. Fit. 2023;21(4):366–375. https://doi.org/10.1016/j.jesf.2023.09.001

19. Park H.Y., Jung W.S., Kim J., Hwang H., Lim K. Efficacy of intermittent hypoxic training on hemodynamic function and exercise performance in competitive swimmers. J. Exerc. Nutrition Biochem. 2018;22(4):32–38. https://doi.org/10.20463/jenb.2018.0028

20. Broskey N.T., Boss A., Fares E.J. et al. Exercise efficiency relates with mitochondrial content and function in older adults. Physiol. Rep. 2015;3(6):e12418. https://doi.org/10.14814/phy2.12418

21. Zhao Y.C., Guo W., Gao B.H. Hypoxic training upregulates mitochondrial turnover and angiogenesis of skeletal muscle in mice. Life Sci. 2022;291:119340. https://doi.org/10.1016/j.lfs.2021.119340

22. Ponsot E., Dufour S.P., Zoll J., Doutrelau S., N’Guessan B., Geny B. et al. Exercise training in normobaric hypoxia in endurance runners. II. Improvement of mitochondrial properties in skeletal muscle. J. Appl Physiol (1985). 2006;100(4):1249–1257. https://doi.org/10.1152/japplphysiol.00361.2005

23. Geiser J., Vogt M., Billeter R., Zuleger C., Belforti F., Hoppeler H. Training high--living low: changes of aerobic performance and muscle structure with training at simulated altitude. Int. J. Sports Med. 2001;22(8):579–585. https://doi.org/10.1055/s-2001-18521

24. Robach P., Bonne T., Flück D., Bürgi S., Toigo M., Jacobs R.A. et al. Hypoxic training: effect on mitochondrial function and aerobic performance in hypoxia. Med. Sci. Sports Exerc. 2014;46(10):1936–1945. https://doi.org/10.1249/mss.0000000000000321

25. Bakkman L., Sahlin K., Holmberg H.C., Tonkonogi M. Quantitative and qualitative adaptation of human skeletal muscle mitochondria to hypoxic compared with normoxic training at the same relative work rate. Acta Physiol (Oxf). 2007;190(3):243–251. https://doi.org/10.1111/j.1748-1716.2007.01683.x

26. Galvin H.M., Cooke K., Sumners D.P., Mileva K.N., Bowtell J.L. Repeated sprint training in normobaric hypoxia. Br. J. Sports Med. 2013;47 (Suppl 1):i74–79. https://doi.org/10.1136/bjsports-2013-092826

27. Arany Z., Foo S.Y., Ma Y., Ruas J.L., Bommi-Reddy A., Girnun G., et al. HIF-independent regulation of VEGF and angiogenesis by the transcriptional coactivator PGC-1alpha. Nature. 2008;451(7181):1008–1012. https://doi.org/10.1038/nature06613

28. Li J., Li Y., Atakan M.M., Kuang J., Hu Y., Bishop D.J., Yan X. The Molecular Adaptive Responses of Skeletal Muscle to High-Intensity Exercise/Training and Hypoxia. Antioxidants (Basel). 2020;9(8):656. https://doi.org/10.3390/antiox9080656

29. Stickland M.K., Smith C.A., Soriano B.J., Dempsey J.A. Sympathetic restraint of muscle blood flow during hypoxic exercise. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2009;296(5):R1538–1546. https://doi.org/10.1152/ajpregu.90918.2008

30. Haider T., Casucci G., Linser T., Faulhaber M., Gatterer H., Ott G., et al. Interval hypoxic training improves autonomic cardiovascular and respiratory control in patients with mild chronic obstructive pulmonary disease. J. Hypertens. 2009;27(8):1648–1654. https://doi.org/10.1097/hjh.0b013e32832c0018

31. Huang Z., Yang S., Li C., Xie X., Wang Y. The effects of intermittent hypoxic training on the aerobic capacity of exercisers: a systemic review and meta-analysis. BMC Sports Science, Medicine and Rehabilitation. 2023;15(1):174. https://doi.org/10.1186/s13102-023-00784-3

32. Gonchar O., Mankovska I. Moderate hypoxia/hyperoxia attenuates acute hypoxia-induced oxidative damage and improves antioxidant defense in lung mitochondria. Acta Physiol Hung. 2012;99(4):436–446. https://doi.org/10.1556/aphysiol.99.2012.4.8

33. Mallet R.T., Manukhina E.B., Ruelas S.S., Caffrey J.L., Downey H.F. Cardioprotection by intermittent hypoxia conditioning: evidence, mechanisms, and therapeutic potential. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2018;315(2):H216-H232. https://doi.org/10.1152/ajpheart.00060.2018

34. Manukhina E.B., Downey H.F., Shi X., Mallet R.T. Intermittent hypoxia training protects cerebrovascular function in Alzheimer’s disease. Exp. Biol. Med. (Maywood). 2016;241(12):1351–1363. https://doi.org/10.1177/1535370216649060

35. Shatilo V.B., Korkushko O.V., Ischuk V.A., Downey H.F., Serebrovskaya T.V. Effects of intermittent hypoxia training on exercise performance, hemodynamics, and ventilation in healthy senior men. High Alt. Med. Biol. 2008;9(1):43–52. https://doi.org/10.1089/ham.2007.1053

36. Axsom D., Cooper J. Cognitive dissonance and psychotherapy: The role of effort justification in inducing weight loss. J. Exp. Soc. Psychol. 1985;21(2):149–160. https://doi.org/10.1016/0022-1031(85)90012-5

37. Camacho-Cardenosa A., Camacho-Cardenosa M., Burtscher J., Olivares P.R., Olcina G., Brazo-Sayavera J. Intermittent Hypoxic Training Increases and Prolongs Exercise Benefits in Adult Untrained Women. High Alt. Med. Biol. 2024 May 8. https://doi.org/10.1089/ham.2023.0127

38. Bernardi L. Interval hypoxic training. In: Roach R.C., Wagner P.D., Hackett P.H. (eds). Hypoxia: From Genes to the Bedside. Boston, MA: Springer US; 2001, pp. 377–399. https://doi.org/10.1007/978-1-4757-3401-0_25

39. Burtscher M., Tsvetkova A., Tkatchouk E., Brauchle G., Mitterbauer G., Gulyaeva N. (eds), et al. Beneficial effects of short term hypoxia. In: Proceedings of the 11th International Hypoxia Symposium New York, NY: Kluwer Academic/Plenum Publishers; 1999, pp. 23–24.

40. Katayama K., Matsuo H., Ishida K., Mori S., Miyamura M. Intermittent hypoxia improves endurance performance and submaximal exercise efficiency. High Alt. Med. Biol. 2003;4(3):291–304. https://doi.org/10.1089/152702903769192250

41. Burtscher M., Gatterer H., Faulhaber M., Gerstgrasser W., Schenk K. Effects of intermittent hypoxia on running economy. Int. J. Sports Med. 2010;31(9):644–650. https://doi.org/10.1055/s-0030-1255067

42. Mekjavic I.B., Debevec T., Amon M., Keramidas M.E., Kounalakis S.N. Intermittent normobaric hypoxic exposures at rest: effects on performance in normoxia and hypoxia. Aviat. Space Environ. Med. 2012;83(10):942–950. https://doi.org/10.3357/asem.3332.2012

43. Miller A.J., Sauder C.L., Cauffman A.E., Blaha C.A., Leuenberger U.A. Endurance training attenuates the increase in peripheral chemoreflex sensitivity with intermittent hypoxia. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2017;312(2):R223-R228. https://doi.org/10.1152/ajpregu.00105.2016

44. Burtscher M., Pachinger O., Ehrenbourg I., Mitterbauer G., Faulhaber M. et al. Intermittent hypoxia increases exercise tolerance in elderly men with and without coronary artery disease. Int. J. Cardiol. 2004;96(2):247–254. https://doi.org/10.1016/j.ijcard.2003.07.021

45. Burtscher M., Haider T., Domej W., Linser T., Gatterer H., Faulhaber M., et al. Intermittent hypoxia increases exercise tolerance in patients at risk for or with mild COPD. Respir. Physiol. Neurobiol. 2009;165(1):97–103. https://doi.org/10.1016/j.resp.2008.10.012

46. Fu Q., Levine B.D. Exercise and the autonomic nervous system. Handb. Clin. Neurol. 2013;117:147–160. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-53491-0.00013-4

47. Bayer U., Likar R., Pinter G., Stettner H., Demschar S., Trummer B., et al. Intermittent hypoxic–hyperoxic training on cognitive performance in geriatric patients. Alzheimer’s & Dementia: Translational Research & Clinical Interventions. 2017;3(1):114–122. https://doi.org/10.1016/j.trci.2017.01.002

48. Behrendt T., Bielitzki R., Behrens M., Glazachev O.S., Schega L. Effects of Intermittent Hypoxia-Hyperoxia Exposure Prior to Aerobic Cycling Exercise on Physical and Cognitive Performance in Geriatric Patients-A Randomized Controlled Trial. Front Physiol. 2022;13:899096. https://doi.org/10.3389/fphys.2022.899096

49. Behrendt T., Bielitzki R., Behrens M., Herold F., Schega L. Effects of Intermittent Hypoxia-Hyperoxia on Performance- and Health-Related Outcomes in Humans: A Systematic Review. Sports Med. Open. 2022;8(1):70. https://doi.org/10.1186/s40798-022-00450-x