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Acute stress and recovery responses to an Ironman triathlon
oxidative stress, antioxidant and inflammatory changes and their relevance for DNA stability
Oliver Neubauer
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*in
Karl-Heinz Wagner
DOI
10.25365/thesis.5341
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30465.93850.681253-3
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Körperliche Aktivität bewirkt eine Reihe von günstigen physiologischen Effekten und beugt damit erwiesenermaßen chronischen Erkrankungen vor. Paradoxerweise deuten indes einige Daten auf mögliche Gesundheitsrisiken (wie z.B. kumulativen oxidativen Stress) durch extreme sportliche Ausdauerbelastungen hin. Das Hauptziel des vom Österreichischen Wissenschaftsfonds geförderten Forschungsprojekts Risikobeurteilung von Teilnehmern eines Ironman Triathlons war daher, einen umfassenden Einblick in biochemische, physiologische und molekular-biologische Stressreaktionen nach einem Ironman Triathlon (3,8 km Schwimmen, 180 km Radfahren, 42 km Laufen) als einem Prototyp einer Ultra-Ausdauerbelastung zu gewinnen. Als Teil dieses Projekts wurden folgende Aspekte im Rahmen der vorliegenden Dissertation untersucht: 1.) Oxidativer Stress und antioxidative Reaktionen, 2.) Entzündungs-, immuno-endokrine und (skelett-)muskuläre Reaktionen sowie 3.) Wechselwirkungen dieser Reaktionen mit belastungsbedingten Effekten auf die DNA-Stabilität.
Das Studienkollektiv bestand aus 42 gut trainierten, männlichen, sogenannten “Altersklasse” Triathleten (VO2 peak am Fahrradergometer: 56,6ml ± 6.2ml * kg–1 * min–1, Mittelwert ± Standardabweichung). Blutproben wurden 2 Tage vor dem Ironman Triathlon, unmittelbar nach Beendigung sowie 1 Tag, 5 und 19 Tage nach dem Ironman entnommen. Neben dem hämatologischen Profil wurden im Blutplasma folgende Parameter analysiert: Marker für oxidativen Stress, die gesamte Antioxidantienkapazität, nutritive und endogene Antioxidantien, immun-endokrine/inflammatorische Parameter und Muskelschädigungsmarker. Weiters wurden die Aktivitäten antioxidativen Enzyme in Erythrozyten untersucht. Korrelationsanalysen, einfaktorielle ANOVA und daran gekoppelte post hoc Tests wurden zur Eruierung potentieller Wechselwirkungen zwischen antioxidativen Reaktionen, oxidativem Stress, immun-endokrinen und Entzündungsreaktionen, skelett-muskulären Schäden und belastungsinduzierten Effekten auf Endpunkte für die DNA-Stabilität herangezogen (die im Rahmen einer weiteren Dissertation von Stefanie Reichhold untersucht wurden).
Diese Studie dokumentiert, dass die Belastung eines Ironman Triathlons, trotz vorübergehender Anstiege bei den meisten Markern für oxidativen Stress, zu keiner nachhaltigen oxidativen Schädigung an zellulären Bestandteilen und Lipiden im Blut führt. Die Studienresultate weisen auf protektive Veränderungen im antioxidativen Schutzsystem hin, welche sowohl durch Training als auch durch die akute Belastung induziert werden. Darüber hinaus veranschaulichen die vorliegenden Ergebnisse, dass der Bedarf von Ultra-Ausdauerathleten an nutritiven Antioxidantien weitgehend über eine vielfältige, ausgewogene und in der Energiebilanz ausgeglichene Ernährung gedeckt werden kann. Allerdings erfordert die Antioxidantienaufnahme sowohl während als auch in der frühen Regenerationsphase nach einer Ultra-Ausdauerbelastung spezielles Augenmerk. Die durch den Ironman Triathlon initiierte markante systemische Entzündungsreaktion nahm rasch ab. Dahingegen geben die bis mindestens 5 Tage nach dem Triathlon moderat, aber signifikant erhöhten Entzündungsparameter sowie Korrelationen mit Muskelschädigungsmarkern, Hinweise auf Entzündungsvorgänge infolge noch nicht abgeschlossener Reparaturprozesse in der Skelettmuskulatur. Die Ergebnisse lassen auf keine ursächliche Zusammenhänge zwischen DNA Effekten in Lymphozyten und belastungsbedingten Entzündungsreaktionen schließen. Eine oxidative DNA-Schädigung durch eine erhöhte Bildung von reaktiven Sauerstoffspezies von an Entzündungsvorgängen beteiligten Leukozyten wurde vermutlich durch verstärkte antioxidative Reaktionen verhindert. In Summe weisen diese Daten auf eine sowohl durch Training als auch die akute Belastung induzierten Adaptationen von z.B. endogenen antioxidativen Schutzsystem und/oder Reparatursystemen hin. Diese Anpassungen protektiver Mechanismen dürften nachhaltigen Schäden durch oxidativen Stress und DNA Schädigungen entgegenwirken. Diese Resultate sind ein Indiz dafür, dass die Vorbereitungen auf und Teilnahme an einem Ultra-Ausdauerwettkampf mit keinen erhöhten Gesundheitsrisiken in Form von Herz-Kreislauferkrankungen oder Erkrankungen im Zusammenhang mit DNA Schädigungen verbunden sein dürften. Diese enorme physiologische Belastungsverträglichkeit und Regenerationsfähigkeit setzt allerdings einen entsprechenden Trainingszustand der Athleten voraus.
Abstract
(Englisch)
There is compelling evidence that physical activity harvests numerous beneficial physiological effects and plays a key role in the prevention of various modern chronic diseases. However, some data imply that there are potentially harmful effects as a result of exceptional high volumes of exercise such as cumulative oxidative stress. In this context the Austrian Science Fund-funded research project Risk Assessment of Participants of an Ironman Triathlon was aimed to get a broader picture of biochemical, physiological and molecular-biological stress responses to an Ironman triathlon (3.8 km swimming, 180 km cycling, 42 km running) as a prototype of ultra-endurance exercise. As a part of this project the following specific issues have been addressed within the scope of the present doctoral thesis: 1.) oxidative stress and antioxidant responses, 2.) inflammatory, immuno-endocrine and (skeletal) muscular responses, and 3.) interactions of these responses with exercise-induced effects on DNA stability.
Blood samples were taken from 42 well-trained, male, so called “age-group” (i.e. non-professional) triathletes (cycling VO2 peak: 56.6 ± 6.2 ml * kg –1 * min –1, mean ± SD) 2 days (d) before an Ironman triathlon, then immediately post-race, 1, 5 and 19 d later. Beside for the haematological profile, blood plasma was analyzed for oxidative stress markers, total plasma antioxidant capacity, nutritive and endogenous antioxidants, immune-endocrine/inflammatory parameters and muscle damage markers. Additionally, activities of antioxidative enzymes were determined in erythrocytes. Correlation analyses and one-factorial ANOVA plus post hoc tests were applied to assess significant associations among antioxidant, oxidative stress, inflammatory, immune-endocrine responses, muscle damage and exercise-induced effects on endpoints of DNA stability (analyzed within the framework of another published doctoral thesis by Stefanie Reichhold).
Results from this study indicate that despite a temporary increase in most oxidative stress markers, there is no persistent oxidative damage to blood cell compounds and blood lipids in response to an Ironman triathlon, probably due to training- and exercise-induced protective alterations in the antioxidant defense system. Furthermore, findings from the current investigation illustrates that requirements by ultra-endurance athletes for nutritive antioxidants, to a great extend, can be achieved by a diversified, balanced and energy-sufficient diet, while the antioxidant intake during and in the early recovery phase after ultra-endurance exercise requires specific attention. The pronounced initial systemic inflammatory response induced by the acute bout of ultra-endurance exercise declines rapidly, but a low-grade systemic inflammation persisted until at least 5 d post-race, possibly reflecting incomplete muscle recovery. Moreover, the current results indicate that DNA effects in lymphocytes are not responsible for exercise-induced inflammatory responses, and that, vice versa, inflammatory processes do not promote DNA damage. Oxidative DNA damage via an increased formation of ROS derived from inflammatory cells might have been prevented by enhanced antioxidant responses. The general picture that emerges from the data of this research project is that training- and acute exercise-induced adaptations in protective mechanisms including improved endogenous antioxidant defences and repair systems counteract severe oxidative stress and persistent DNA damage. Based on these findings, training for and participating in an ultra-endurance event such as an Ironman triathlon, might not be associated with a higher risk of developing cardiovascular disease or diseases through DNA damage. However, the enormous capability to cope with and recover from certain forms of physiological stress implies an adequate training status.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Ironman Triathlon Oxidativer Stress Antioxidatiensystem Entzündungs-/immun-endokrine Reaktionen Muskelschäden DNA Stabilität Trainingsstatus Regeneration
Autor*innen
Oliver Neubauer
Haupttitel (Englisch)
Acute stress and recovery responses to an Ironman triathlon
Hauptuntertitel (Englisch)
oxidative stress, antioxidant and inflammatory changes and their relevance for DNA stability
Paralleltitel (Deutsch)
Akute Stressreaktionen und Regeneration nach einem Ironman Triathlon ; Oxidativer Stress, Antioxidative und Inflammatorische Effekte und deren Auswirkungen auf die DNA Stabilität
Publikationsjahr
2009
Umfangsangabe
getr. Zählung : graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Hinnak Northoff ,
Aloys Berg
AC Nummer
AC05041062
Utheses ID
4781
Studienkennzahl
UA | 091 | 474 | |