Wetenschap­pelijk onderzoek Thermo Tokyo

Thermo Tokyo Beat the Heat

In de zomer van 2021 vinden de Olympische en Paralympische Spelen in Tokio plaats. De temperatuur ligt dan boven de 30°C en de luchtvochtigheid kan oplopen tot maar liefst 75%. Dit warme en vochtige klimaat belemmert sporters om een goede sportprestatie neer te zetten en verhoogt het risico op hitte-gerelateerde gezondheidsproblemen. Niet eerder werden de Spelen in zo’n uitdagend klimaat gehouden.

In het project ‘Thermo Tokyo: Beat the Heat’, een samenwerking tussen onder andere het Radboudumc, de Hogeschool van Arnhem en Nijmegen, Vrije Universiteit Amsterdam, Technische Universiteit Delft en NOC*NSF, wordt samengewerkt om de hitte en de concurrentie tijdens de Olympische Spelen in Tokio te slim af te zijn. Om dit doel te bereiken zijn verschillende studies uitgevoerd.

Tussen november 2018 en februari 2020 is bij ruim 130 Nederlandse topsporters een persoonlijk hitteprofiel vastgesteld in de klimaatkamer op Papendal in Arnhem. Daarin is gekeken hoe het prestatievermogen en de temperatuurhuishouding van sporters reageren op het warme en vochtige Tokio-klimaat. Tevens is onderzocht hoe atleten het beste kunnen acclimatiseren (wennen aan de warmte), welke koelstrategieën het meest efficiënt zijn en hoe de koelstrategieën geoptimaliseerd kunnen worden voor specifieke sporten.

Op basis van deze wetenschappelijke inzichten, aanscherpingen in de voorbereidingsprogramma’s en extra koelstrategieën draagt Thermo Tokyo bij aan veilige en maximale prestatie door TeamNL-topsporters tijdens de Olympische en Paralympische spelen van Tokio in 2021.

Het ontwerp en plan van aanpak van deze studie is gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Temperature.


Headerfoto door Guus Dubbelman.

Het klimaat

Het uitdagende klimaat in Tokio staat aan de voet van dit project. Maar wat maakt dit klimaat nou zo zwaar voor atleten?
 
Tijdens het sporten wordt 80% van de energie die verbruikt wordt door spieren omgezet in warmte. Hierdoor stijgt de lichaamstemperatuur. Hoe warmer de omgeving, hoe moeilijker het lichaam de overtollige warmte kwijt kan raken. Daarnaast speelt ook de luchtvochtigheid een belangrijke rol. De meest effectieve manier om warmte kwijt te raken is door te zweten. Wanneer de luchtvochtigheid hoog is, verdampt het zweet veel minder goed. Hierdoor wordt het warmteverlies aan de omgeving verder beperkt en stijgt de lichaamstemperatuur tijdens inspanning sneller dan normaal.

Op een gemiddelde zomerdag in Tokio ligt de omgevingstemperatuur rond de 30°C en kan de luchtvochtigheid oplopen tot 75%. De combinatie van deze hoge omgevingstempratuur en hoge luchtvochtigheid maken de omstandigheden tijdens de Olympische en Paralympische Spelen van Tokio zeer uitdagend. 

Hitteprofiel

Tijdens sporten en bewegen neemt de warmteproductie in het lichaam toe waardoor de lichaamstemperatuur stijgt. Wanneer deze temperatuur teveel toeneemt, kan dit invloed hebben op het prestatievermogen en de gezondheid van de sporte (denk bijvoorbeeld aan een hitteberoerte of oververhitting).

Tussen november 2018 en februari 2020 is bij ruim 130 Nederlandse topsporters een persoonlijk hitteprofiel opgesteld aan de hand van twee gepersonaliseerde inspanningstesten in de klimaatkamer op Papendal. Iedere sporter voerde één inspanningstest uit in een koel klimaat (15°C en een normale luchtvochtigheid) en één inspanningstest in het 'Tokio-klimaat' (ruim 32°C en een hoge luchtvochtigheid). Daarbij werden uitgebreide fysiologische metingen verricht, zoals monitoring van de hartslag, lichaamstemperatuur, huidtemperatuur en het zweetverlies. Met deze metingen kon nauwkeurig en op individueel niveau het effect van het Tokio-klimaat op het prestatievermogen en de temperatuurhuishouding in kaart gebracht worden.

Uit de klimaatkamer-metingen bleek dat het Tokio-klimaat een grotere invloed heeft op het prestatievermogen van topsporters dan vooraf ingeschat. Het gemiddelde prestatieverlies was ruim 25% en de gemiddelde maximale lichaamstemperatuur was 38,9°C. Daarbij was het opvallend dat topsporters zeer wisselend kunnen reageren op de hitte. Zo varieerde de maximale lichaamstemperatuur tussen 37,6 en 40,4°C, terwijl de mate van prestatieverlies varieerde tussen 0 en 48%. Deze resultaten tonen aan dat het onmogelijk is om topsporters een 'one-size-fits-all' voorbereiding aan te bieden.

Daarom is in samenwerking met NOC*NSF en de medische staf van verschillende sportbonden hard gewerkt om voor iedere atleet de individuele behoefte aan warmte-acclimatisering, koelingsinterventies en een hydratatieplan in kaart te brengen en een gepersonaliseerd plan op te stellen. Het project Thermo Tokyo zal hierdoor een bijdrage leveren aan een veilige en maximale prestatie van TeamNL-atleten tijdens de Spelen van Tokio.


Foto door Guus Dubbelman.

Acclimatisatie

Het menselijk lichaam is uitstekend in staat om zich aan te passen aan een warm en vochtig klimaat. Het duurt echter 10 tot 14 dagen voordat het lichaam volledig gewend is. Als het lichaam van een atleet volledig gewend is aan de hitte, is de lichaamstemperatuur in rust lager, is het bloedvolume toegenomen, start de atleet eerder met zweten, en neemt de rusthartslag af. Met deze fysiologische aanpassingen kan een sporter tot 30% beter presteren in de hitte.

In het Thermo Tokyo project hebben we onderzocht hoe atleten het beste kunnen wennen aan de warmte (acclimatiseren of acclimatie (wanneer uitgevoerd in het lab)). Dit hebben we gedaan door te kijken naar de mate en de snelheid van fysiologische aanpassingen en door nieuwe her-acclimatisatiestrategieën te onderzoeken. Het is namelijk niet voor iedere sporter mogelijk om vroegtijdig naar Tokio te reizen en daar ter plekke te acclimatiseren.

Uit het onderzoek blijkt dat de snelheid en de mate van acclimatisatie inderdaad verschilt tussen individuen. Opvallend hierbij is dat zwaardere atleten meer gaan zweten, terwijl atleten met een lager gewicht een grotere daling in de hartslagfrequentie laten zien. Na een 10-daagse acclimatisatie blijven de fysiologische aanpassingen enkele weken overeind, zelfs wanneer het lichaam niet meer wordt blootgesteld aan de warmte. De zweetcapaciteit lijkt sneller af te nemen. Met een 5-daagse re-acclimatisatie is deze maximale zweetcapaciteit echter goed opnieuw op te wekken. Het effect van een 10-daagse acclimatisatie op het prestatievermogen is groot, maar het effect vervaagt nadat de hitteblootstelling weg is. Daarnaast is het positieve effect op de prestatie niet terug te winnen door middel van een korte 5-daagse re-acclimatisatie.

Uit deze resultaten blijkt dat het van groot belang is om in de voorbereidingsroute naar de Olympische en Paralympische Spelen in Tokio voldoende te wennen aan het warme en vochtige klimaat. Dit helpt om fysiologische aanpassingen te verkrijgen, die bijdragen aan een betere lichaamstemperatuurhuishouding en het terugdringen van het verlies in sportprestatie. Omdat deze aanpassingen niet voor iedereen in dezelfde mate en snelheid verlopen, is het belangrijk om acclimatisatie op individueel niveau te plannen en te monitoren.

Op basis van deze wetenschappelijke inzichten is in samenwerking met NOC*NSF en de medische staf van verschillende sportbonden hard gewerkt om voor iedere atleet een individueel warmte-acclimatisatie-programma op te stellen. Hiermee draagt het Thermo Tokyo project bij aan veilige en maximale prestatie door TeamNL-topsporters tijdens de Olympische en Paralympische spelen van Tokio.

Optimale koel-strategieën

Koelstrategieën kunnen de sportprestatie tijdens inspanning in de hitte verbeteren. Dit komt doordat ze de toename in lichaamstemperatuur beperken. Er zijn verschillende koelstrategieën die door sporters kunnen worden toegepast: koelen voor het sporten (pre-cooling) en koelen tijdens het sporten (per-cooling). Binnen iedere koelstrategie zijn er vervolgens weer diverse koelmethoden beschikbaar, zoals het dragen van een koelvest, het drinken van koud water of ijsschaafsel, het plaatsen van icepacks, en het gebruiken van menthol.

Met het Thermo Tokyo project hebben we onder andere onderzocht wat de meest effectieve koelstrategie en koelmethodes zijn om de sportprestatie te verbeteren. Hieruit bleek dat voor het koelen voorafgaand aan het sporten het beste ijsbaden ingezet kunnen worden. Voor het koelen tijdens sporten zijn koelvesten het meest effectief. De resultaten van deze studie zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Britisch Journal of Sports Medicine.

Daarnaast zijn er in samenwerking met Inuteq verschillende nieuwe innovatieve koelmethoden voor TeamNL-sporters ontwikkeld. Zo zijn er innovatieve koelvesten voor zeilers (onder een zwemvest), hockeykeepers (body protector en helm) en de paardensport (onderbeen paard en helm van ruiter) ontwikkeld. De inzet van deze koelmethoden tijdens de Olympische en Paralympische spelen van Tokio zullen de TeamNL-atleten een voorsprong opleveren ten opzichte van de internationale concurrentie.




Headerfoto door Irmo Keizer.