Testosterone, cortisol, and nocturnal heart rate variability in relation to training load in endurance training

Abstract

The purpose of this master’s thesis was to determine whether salivary cortisol and testosterone levels have a difference between low (LT) and high (HT) 4-day training period. In addition, heart rate variability (HRV) between the same training periods was examined, and whether there was a relationship between changes in hormonal values and HRV. The aim was to determine whether salivary testosterone and cortisol levels could be used to assess the training load of endurance athletes.

Testosterone and cortisol are hormones that have been shown to reflect anabolic/catabolic protein metabolism in the body. Testosterone and cortisol have been studied to respond to physical training both acutely and longer term. Heart rate variability has been found to decrease because of strenuous training and overtraining. The relationship between testosterone/cortisol and HRV are still unclear, even though suggestions of the connection between hypothalamic pituitary (HPA) axis and autonomic nervous system (ANS) have been. This master’s thesis studied the differences in salivary testosterone (awakening: wTes, evening: eTes), cortisol (awakening: wCor, evening: eCor), testosterone/cortisol ratio (awakening: wT/C, evening: eT/C) and nocturnal HRV (RMSSD) on endurance athletes (n = 20) during a preparatory season between low (LT) and high (HT) 4-day period. The study was conducted by daily measurements of salivary hormone levels, heart rate variability and training load conducted during subject’s everyday life. Training load was determined as TRIMP (training stress to training impulse) value based on the time spent in the heart rate zones during exercise (TRIMPhr_zone).

There were no statistically significant differences in salivary testosterone and cortisol values or HRV between the two training periods (p > 0.05). There were no correlations between changes in hormone levels and heart rate variability. Training load (TRIMPhr_zone) did have a significant difference between studied 4-day periods (p < 0.001). The results did not meet the hypothesis of differing hormonal and heart rate variability values between the LT and HT. Neither was the relationship between HPA axis and ANS confirmed. However, due to the nature of the study and assumed monotonic training, no conclusions can be done.

Tämän pro gradu -tutkielman tarkoituksena oli selvittää muuttuvatko syljestä mitatut kortisoli- ja testosteroniarvot kevyellä ja kovalla neljän päivän mittaisella harjoitusjaksolla. Lisäksi tarkasteltiin sykevälivaihtelua samojen harjoitusjaksojen välillä, sekä oliko hormoniarvojen ja sykevälivaihtelun muutosten välillä yhteyttä. Tarkoituksena oli selvittää, voiko syljen testosteroni- ja kortisoliarvoja mittaamalla arvioida kestävyysurheilijoiden harjoituskuormituksen tilaa.

Testosteroni ja kortisoli ovat hormoneita, joiden on nähty kuvastavan elimistön anabolista/katabolista proteiiniaineenvaihduntaa. Testosteronin ja kortisolin on tutkittu reagoivan fyysiseen harjoitteluun niin akuutisti kuin pidemmällä aikavälillä. Sykevälivaihtelun on todettu laskevan kuormittavan harjoittelun ja ylikuormitustilojen seurauksena. Yhteydet testosteronin/kortisolin ja sykevälivaihtelun välillä ovat vielä epäselviä, vaikka hypotalamus-aivolisäke-lisämunuaiskuori akselin ja autonomisen hermoston yhteydestä on viitteitä. Tässä tutkimuksessa tarkasteltiin kestävyysurheilijoiden (n = 20) valmistavalla harjoituskaudella kevyen (LT) ja kovan (HT) 4 päivän tarkastelujakson välillä esiintyviä eroavaisuuksia syljen testosteronissa (aamu: wTes, ilta: eTes), kortisolissa (aamu: wCor, ilta: eCor), testosteroni/kortisoli suhteessa (aamu: wT/C, ilta eT/C) ja yönaikaisessa sykevälivaihtelussa (RMSSD). Tutkimus toteutettiin mittaamalla päivittäin urheilijoiden normaalin harjoittelun aikaisia syljen hormoniarvoja, sykevälivaihtelua ja harjoittelun kuormittavuutta. Harjoituskuormitus määritettiin sovellettuna TRIMP-arvona (training stress to training impulse) sykealueilla harjoituksen aikana vietetyn ajan perusteella (TRIMPhr_zone).

Syljen testosteroni- ja kortisoliarvot tai sykevälivaihtelu eivät eronneet tilastollisesti merkittävästi harjoitusjaksojen välillä (p > 0.05). Hormoniarvojen ja sykevälivaihtelun muutosten välillä ei esiintynyt korrelaatioita. Harjoituskuormitus (TRIMPhr_zone) muuttui tarkastelujaksojen välillä merkittävästi (p < 0.001). Tulokset eivät vastanneet hypoteesia hormonaalisten ja sykevaihteluarvojen eroista LT:n ja HT:n välillä. Myöskään aivolisäke-lisämunuaiskuori akselin ja autonomisen hermoston välistä yhteyttä ei voitu vahvistaa. Tutkimuksen luonteen ja oletettavasti melko monotonisen harjoittelun vuoksi johtopäätöksiä ei kuitenkaan voida tehdä.