WYDOLNOŚĆ AEROBOWA – TLENOWA W TRENINGU SPORTOWYM

13 stycznia 2017
1 415 Wyświetleń

Dla trenera oraz zawodnika kontrola wydolności fizycznej jest jednym z podstawowych elementów treningu sportowego. Do aktualnej ’formy sportowej’ zawodnika dopasowywany jest plan obciążeń treningowych. Indywidualizacja procesu szkolenia przejawia się w dostosowywaniu intensywnego treningu do konkretnego zawodnika. Na poziomie mistrzowskim do rzadkości należą przypadki, w których cała grupa zawodników podczas jednostek treningowych wykonuje takie same obciążenia: biegi z tymi samymi prędkościami, przy tym samym tętnie, przy takim samym zakwaszeniu. 

W poprzednim numerze Perfect Body scharakteryzowałem wydolność beztlenową – anaerobową, która związana jest głównie z wysiłkami sprinterskimi oraz siłowymi. Niniejszy artykuł natomiast chciałbym poświęcić sportom wytrzymałościowym, które z punktu widzenia energetyki wysiłku wykorzystują przede wszystkim tlenowe (aerobowe) źródła energii do pracy mięśniowej. 

Wydolność aerobowa (tlenowa) jest to zdolność organizmu do wykonywania wysiłków długotrwałych, mających charakter wytrzymałościowy, u podłoża których znajdują się tlenowe procesy pozyskiwania energii. Aby ocenić wydolność aerobową zawodnika oznacza się jego maksymalny minutowy pobór tlenu (VO2max), popularnie określany jako ‘pułap tlenowy’. Jest to maksymalna ilość tlenu, jaką organizm zawodnika może pobrać przy skrajnym wysiłku fizycznym, przy obciążeniu supramaksymalnym. Wielkość pułapu tlenowego przedstawia się w jednostkach względnych (l·min-1), relatywnych do masy ciała (l·min-1·kg-1), a także relatywnych do beztłuszczowej masy ciała (l·min-1·LBM-1). Oceny pułapu tlenowego dokonuje się za pośrednictwem prób pośrednich lub bardziej dokładnych prób bezpośrednich. Wielu autorów za równie ważny wskaźnik oceniający potencjał wytrzymałościowy zawodnika uważa prędkość biegu, chodu sportowego, pływania, jazdy na rowerze przy progu niekompensowanej kwasicy metabolicznej (TDMA).

Badania naukowe wskazują istnienie korelacji między wysokim poziomem pułapu tlenowego i osiąganiem wysokich wyników w sportach o charakterze wytrzymałościowym. 

Wyznaczenie wielkości VO2max jest przydatne do określenia poziomu wydolności oraz kontroli treningu wytrzymałościowego. Badania pokazują, że już po 2 tygodniach treningu (5 razy w tygodniu) obserwuje się istotny wzrost wielkości pułapu tlenowego, a co za tym idzie poziomu wytrzymałości. Stan ten nie jest jednak trwały, ulega zmianom po zaprzestaniu treningu lub kontynuowaniu go w niewłaściwej formie. Dlatego też stabilizacja na wysokim poziomie sportowym wymaga wielu lat treningu.

Przyjrzyjmy się na początek czynnikom, które wpływają na wielkość maksymalnego minutowego poboru tlenu, a które wśród fizjologów sportu uważane są za najważniejsze. Czynnikiem związanym z funkcjonowaniem układu oddechowego jest maksymalna wentylacja minutowa płuc, czyli maksymalna ilość powietrza, która przepływa przez układ oddechowy podczas skrajnego wysiłku fizycznego. Jest ona ilorazem głębokości pojedynczego wdechu oraz częstości oddechów na minutę. Maksymalna wentylacja minutowa płuc wśród przedstawicieli sportów wytrzymałościowych (biegi narciarskie, biegi średnio- i długodystansowe, kolarstwo szosowe i torowe, pływanie) może wynosić nawet 200 litrów. Oznacza to, że podczas jednej minuty przez układ oddechowy zawodnika, przy jego maksymalnym zmęczeniu, przepływa aż 200 litrów powietrza!

Czynnikiem wpływającym na wielkość pułapu tlenowego, związanym z układem krążenia, jest maksymalna pojemność minutowa serca, czyli maksymalna ilość krwi, którą pompuje serce w ciągu minuty podczas maksymalnego wysiłku. Maksymalna pojemność minutowa serca jest ilorazem maksymalnej objętości wyrzutowej serca oraz maksymalnej częstości skurczów serca. U bardzo dobrze wytrenowanych zawodników maksymalna pojemność minutowa serca może wynieść nawet 40 litrów. 

Kolejny czynnik dotyczący układu krążenia to pojemność tlenowa krwi. Informuje on, jaka ilość tlenu transportowana jest do pracujących mięśni w 100 ml krwi. Wielkość pojemności tlenowej krwi związana jest z ilością erytrocytów oraz hemoglobiny we krwi. U zdrowego mężczyzny wartość erytrocytów powinna mieścić się w granicy 5-6 mln w mm3, natomiast poziom hemoglobiny 14,5-16,0 g w 100 ml krwi. Wiemy, że 1 gram hemoglobiny może transportować 1,34 ml O2, stąd też możemy wyliczyć, że pojemność tlenowa krwi u sportowca, który ma ok. 16 g Hb w 100 ml krwi, wynosi ok. 20%. Oznacza to, że w 100 ml krwi transportowane jest 20 ml tlenu.

Podczas rywalizacji sportowej u przedstawicieli sportów wytrzymałościowych toczy się ciągła ’walka o tlen’. Zawody wygrywa ten zawodnik, który jest w stanie utrzymać jak najwyższą prędkość, np. biegu, przez jak najdłuższy okres czasu, utrzymując swój organizm w stanie równowagi czynnościowej. Oznacza to, że będzie on pozyskiwał energię do tej pracy głównie ze źródeł tlenowych, ale aby odpowiednia ilość tlenu mogła trafić do pracujących mięśni, musi on charakteryzować się wysokim wskaźnikiem pojemności tlenowej krwi.

Najskuteczniejszą, dozwoloną metodą podnoszącą poziom pojemności tlenowej krwi, jest wykorzystanie warunków wysokościowych w treningu sportowym (trening wysokogórski – trening hipoksyczny).

Z układem krążenia i czynnikami determinującymi wielkość pułapu tlenowego związane jest także powinowactwo hemoglobiny do tlenu (dotyczy to efektu Bora) oraz wielkość ciśnienia tętniczego krwi.

Do czynników związanych z przepływem mięśniowym zaliczyć można przepływ krwi przez mięsień, gęstość kapilar w mięśniu oraz sprawność dyfuzji tlenu do komórek (mitochondrium). Natomiast czynniki związane z metabolizmem mięśniowym to ilość mitochondrium w komórce mięśniowej, masa mięśni i typ włókien mięśniowych (wolno- lub szybkokurczliwe), aktywność enzymów oksydacyjnych w komórkach mięśniowych, dostarczanie substratów energetycznych do komórek.

Systematyczny i racjonalnie sterowany trening sportowy zwiększa poziom maksymalnego minutowego poboru tlenu o około 30-40%. Należy pamiętać, że maksymalny poziom tego parametru jest w dużym stopniu uwarunkowany genetycznie. Wyznaczenie wielkościVO2max podczas badań laboratoryjnych jest przydatne dla określenia stanu wydolności oraz kontroli treningu wytrzymałościowego. Wysoki poziom pułapu tlenowego jest jednym z najbardziej istotnych czynników decydujących o wytrzymałości biegowej.

Wyniki badań juniorów specjalizujących się w lekkoatletycznych biegach średnich i długich na najwyższym europejskim poziomie wskazują, że średnia wielkość maksymalnego poboru tlenu kształtowała się na poziomie ok. 79 ml·kg-1·min-1 (Tjelta, Enoksen 2010). W badaniach Jastrzębskiej i Piesiewicza (2002), prowadzonych na kadrze makroregionu Dolny Śląsk w biegach średnich i długich, średnia wielkość maksymalnego minutowego poboru tlenu w ujęciu relatywnym kształtowała się na poziomie ok. 69 ml·kg-1·min-1.

Prowadzone przeze mnie badania laboratoryjne, które są efektem współpracy z przedstawicielami różnych dyscyplin sportowych, pokazały, że najwyższa średnia wartość maksymalnego minutowego poboru tlenu została zaobserwowana u zawodników specjalizujących się w lekkoatletycznych biegach średnich i długich w wieku juniora i kształtowała się na poziomie około 72 ml·kg-1·min-1, a u zawodniczek 58-59 ml·kg-1·min-1. Najlepszy indywidualny wynik wśród tych zawodników wyniósł 82 ml·kg-1·min-1, natomiast wśród zawodniczek – 67 ml·kg-1·min-1.

Należy pamiętać, że wysokie wartości maksymalnego minutowego poboru tlenu mają także wpływ na efektywność procesów restytucyjnych, szczególnie po wysiłkach intensywnych. Jest to informacja, która pokazuje, że w sportach walki (judo, zapasy, boks) ważnym czynnikiem wpływającym na wynik końcowy jest wysoki potencjał tlenowy. Przystępowanie do każdej kolejnej walki sportowej (rundy), po jak najszybszym wypoczynku po wcześniejszej walce, ułatwia wysoka wielkość maksymalnego minutowego poboru tlenu. W tabeli 1 przedstawiłem średnie wielkości pułapu tlenowego u zawodników specjalizujących się w różnych dyscyplinach sportowych.

PB14_57(1)

Do metod oceniających wielkość maksymalnego poboru tlenu zaliczyć możemy próby bezpośrednie (test do subiektywnego odczucia zmęczenia nazywany testem stopniowanym lub testem do odmowy) oraz próby pośrednie (test Åstrand-Ryhming oraz test Margarii).

Próba bezpośrednia – test stopniowany

Test ten jest najdokładniejszym z testów oceniających wielkość VO2max, gdyż przeprowadzany jest przy użyciu sprzętu laboratoryjnego. Możliwe jest przeprowadzenie tego rodzaju pomiaru w warunkach terenowych dzięki dostępności na rynku przenośnych analizatorów gazów oddechowych. Podczas tego testu zawodnik wykonuje wysiłek na cykloergometrze lub na bieżni mechanicznej z narastającym obciążeniem, będąc w masce, która kieruje wydychane przez niego powietrze do analizatora gazów oddechowych, co gwarantuje precyzyjny pomiar maksymalnego minutowego poboru tlenu. W czasie wysiłku należy angażować możliwie największą ilość grup mięśniowych, a rodzaj wysiłku powinien być zbliżony do uprawianej dyscypliny sportu. Dobrze aby czas wysiłku nie był krótszy niż 3 minuty, a obciążenie tak dobrane, by nie spowodowało przerwania wysiłku przed uzyskaniem pułapu tlenowego. Intensywność pracy na początku powinna być niska, a następnie systematycznie zwiększana, aż do osiągnięcia wielkości maksymalnych. W momencie, gdy intensywność wysiłku jest tak duża, że zawodnik nie jest w stanie kontynuować zadanej pracy, test jest przerywany. Próba ta ma doprowadzić badanego do skrajnego zmęczenia, gdyż celem przeprowadzenia testu jest, między innymi, poznanie wartości maksymalnych charakteryzujących układ oddechowy i układ krążenia. W trakcie wykonywania testu stopniowanego, na podstawie analizy powietrza wydychanego, dokonuje się pomiaru podstawowych parametrów układu oddechowego (wentylacja minutowa płuc – VE, objętość oddechowa – VT, częstość oddychania – fR, procentowa zawartość tlenu i dwutlenku węgla w powietrzu wydychanym – FEO2, FECO2, minutowy pobór tlenu – VO2, minutowe wydalanie dwutlenku węgla – VCO2, iloraz (współczynnik) oddechowy – RQ, równoważnik oddechowy dla tlenu i dwutlenku węgla – VE.VO2 -1, VE.VCO2 -1).

Podczas tego rodzaju testu często pobierana jest także krew do analizy biochemicznej przed przystąpieniem do badań (aby określić wartość wyjściową danego parametru) oraz w trzeciej i dwudziestej minucie po zakończeniu testu. W trzeciej minucie po przerwaniu wysiłku o maksymalnej intensywności oceniamy w pobranej krwi maksymalny poziom parametrów biochemicznych, natomiast pobierając krew w dwudziestej minucie, oceniamy poziom restytucji wybranych wskaźników. We krwi arterializowanej poddaje się analizie: koncentrację mleczanu (La) oraz wybrane wskaźniki równowagi kwasowo-zasadowej: stężenie jonów wodorowych (H+), aniony wodorowęglanowe (HCO3) oraz nadmiar (niedobór) zasad buforowych (BE).

PB14_58

Próba pośrednia – test Astranda

Testy pośrednie do oceny (szacowania) wielkości maksymalnego poboru tlenu są dużo prostsze od omówionej wcześniej próby bezpośredniej, nie wymagają tak skomplikowanej aparatury i mogą być przeprowadzone w każdych warunkach. Ich błąd pomiarowy, wynikający z szacowania wielkości VO2max na podstawie pomiaru HR przy submaksymalnych (umiarkowanych) wysiłkach, wynosi 10-15%. Są one dużo bezpieczniejsze, gdyż nie wymagają maksymalnego zmęczenia podczas przeprowadzenia testu, a bazują na submaksymalnych wysiłkach, w których osiągana jest równowaga funkcjonalna organizmu. Na podstawie tętna (HR) monitorowanego podczas tego rodzaju testu możliwe jest oszacowanie wielkości pułapu tlenowego. Możliwość szacowania wielkości VO2max podczas umiarkowanego wysiłku możliwa jest dzięki występowaniu liniowych założeń, zależności: intensywności wysiłku (mocy) i częstości skurczów serca, intensywności pracy i wielkości poboru tlenu oraz wynikającej z nich liniowej zależności poboru tlenu i częstości skurczów serca. Dlatego właśnie na podstawie pomiaru częstości skurczów serca HR można oszacować wielkość poboru tlenu i poprzez ekstrapolację wyznaczyć maksymalną wielkość VO2. Test Astranda (Åstrand-Ryhming) można wykonywać na ergometrze rowerowym lub na stopniu o wysokości 33 cm dla kobiet i 40 cm dla mężczyzn. Czas wykonywania próby wynosi 6 min. Pod koniec dwóch ostatnich minut trwania testu należy dokonać pomiaru częstości skurczów serca (HR). W przypadku wykonywania próby na cykloergometrze obciążenie powinno być tak dobrane, by pod koniec próby częstość skurczów serca mieściła się w przedziale 120-170 uderzeń na minutę (optymalnie 150-170 ud./min). Jeżeli próba jest wykonywana na stopniu to rytm wchodzenia na stopień powinien wynosić 22.5 wejścia na minutę (metronom należy ustawić na 90 uderzeń na minutę). Wielkość maksymalnego poboru tlenu szacuje się na podstawie nomogramu skonstruowanego przez autora testu lub przy użyciu tabel. Odczytaną z tabel lub z nomogramu wielkość VO2max należy skorygować pod względem wieku badanej osoby, mnożąc wielkość maksymalnego poboru tlenu razy odpowiedni dla wieku współczynnik korekcyjny przygotowany przez autora testu.

Próba pośrednia – test Margarii

Do przeprowadzenia tego testu potrzebujemy stopień o wysokości 40 cm (dorośli) lub 30 cm (dzieci). Zadaniem badanej osoby jest wykonanie bezpośrednio po sobie dwóch wysiłków, polegających na wchodzeniu na stopień w określonym tempie. W czasie pierwszego wysiłku badana osoba wchodzi na stopień w rytmie 15 wejść na minutę (dorośli i dzieci) – metronom, nadający rytm wchodzenia, ustawia się na 60 uderzeń na minutę. Podczas drugiego wysiłku badany wchodzi na stopień szybciej, tj: dorośli wykonują 25 wejść na minutę (metronom uderza 100 razy na minutę), a dzieci 27 wejść na minutę (metronom ustawia się na 108 uderzeń na minutę). Pod koniec każdego wysiłku należy dokonać pomiaru częstości skurczów serca – HR (należy uśrednić wielkości HR z dwóch ostatnich minut wysiłku). Uzyskane wartości HR należy podstawić do opracowanego przez autora wzoru.

Testy biegowe do wyliczania wielkości VO2max na podstawie uzyskanego wyniku sportowego na danym dystansie

Przedstawione poniżej wzory Costilla mogą być pomocne w kontrolowaniu stopnia wydolności fizycznej, lecz należy pamiętać, że jest to duże uproszczenie w porównaniu z precyzyjnym badaniem laboratoryjnym. Jednak dla osób specjalizujących się w lekkoatletycznych biegach, których dystans koronny jest zbliżony do tego, który przedstawia Costill we wzorach, uzyskany wynik wielkości VO2max może być bardzo zbliżony do tego, jaki zostanie określony w teście laboratoryjnym.

Równanie 1. 

VO2max (ml∙kg-1∙min-1) = 133,61 – (13,89∙T1)

gdzie: T1 – najlepszy rezultat biegu na dystansie 1 mila w minutach

Równanie 2.

VO2max (ml∙kg-1∙min-1) = 128,81 – (5,95∙T2)

gdzie T2 – najlepszy rezultat na dystansie 2 mili w minutach

Równanie 3. 

VO2max (ml∙kg-1∙min-1) = 120,62 – (1,59∙T6)

gdzie T6 – najlepszy rezultat na dystansie 6 mil w minutach

Równanie 4.

VO2max (ml∙kg-1∙min-1) = 120,8 – (1,54∙T10)

gdzie T10 – najlepszy rezultat biegu na dystansie 10000 m w minutach

W procesie treningu sportowego należy wspierać się nauką i wykorzystywać jej wskazówki do pełniejszego zrozumienia reakcji organizmu na ’stres’, jakim jest wysiłek fizyczny. Systematycznie prowadzone badania laboratoryjne pozwalają na bardziej precyzyjne dozowanie obciążeń i środków treningowych, a tym samym na osiągnięcie lepszych wyników sportowych i uniknięcie kontuzji wynikających choćby z przetrenowania. 

dr Łukasz Tota

Bibliografia: 

1. Astrand PO. Aerobic work capacity in men and women with special reference to age. Acta Physiol Scand 1960; 49 (suppl.): 169, 2-11.

2. Birch K., MacLaren D., George K. Krótkie wykłady. Fizjologia Sportu. Wydawnictwo Naukowe PWN, 2009.

3. Beneke R., Leithäuser R. M., Ochentel O. 2011. Blood Lactate Diagnostics in Exercise Testing and Training. International Journal of Sports Physiology & Performance, 6 (1), 8-24. Retrieved from EBSCOhost.

4. Costill D. L. Charakterystyka długodystansowca. Sport Wyczynowy 8; 1976, 5-84.

5. Costill D. L., Wilmore J. H. 1994. Physiology of Sport and Exercise. Human Kinetics, Champaign, Illinois.

6. Daniels J. Daniels’ Running Formula, 2nd ed., Human Kinetics, 2005.

7. Jaskólski J. Podstawy fizjologii wysiłku fizycznego. AWF Wrocław, 2002.

8. Jastrzębska A., Piesiewicz R. Wartość wskaźników fizjologicznych charakteryzujących   zdolność    wysiłkową    biegaczy    na   średnich   i  długich dystansach. W; Aktywność Ruchowa w Świetle Badań Fizjologicznych, Red. Zatoń M., Jethon Z. AWF we Wrocławiu, 2002, 61-67.

9. Kielak D. 2009. Zasada indywidualizacji treningu w teorii i praktyce. Sport Wyczynowy 4, 51-58.

10. Klimek A. T. Fizjologiczne podstawy wysiłku fizycznego w dyscyplinach wytrzymałościowych za szczególnym uwzględnieniem narciarstwa biegowego. (Red. Krasicki Sz.) AWF Kraków, Studia i Monografie nr 63, 2010; 33-61.

11. Kozłowski S. Fizjologia wydolności fizycznej człowieka. W: Fizjologia wysiłków fizycznych, PZWL 1976, 121-154.

12. Kubica R. Podstawy fizjologii pracy i wydolności fizycznej. Wydawnictwo skryptowe, AWF Karków, 1995.

13. Midgley A., W., McNaughton L. R., Wilkinson M. 2006. Is there an Optimal Training Intensity for Enhancing the   Maximal   Oxygen   Uptake of Distance Runners?: Empirical Research Findings, Current Opinions, Physiological Rationale and Practical Recommendations. Sports Medicine, 36 (2), 117-132. Retrieved from EBSCOhost.

14. Szczęsna-Kaczmarek A., Ziemann E., Kaczmarek-Kusznierewicz P., Grzywacz T. 2005. Wysiłek fizyczny maksymalny – porównanie parametrów charakteryzujących ten wysiłek u trenujących chłopców i dorosłych mężczyzn. W: Kierunki doskonalenia treningu i walki sportowej – diagnostyka. Tom II. (red.) Kuder A., Perkowski K., Śledziewski D. AWF Warszawa, 83-88.

15. Tjelta L., Enoksen, E. Training Characteristics of Male Junior Cross Country and Track Runners on European Top Level. International Journal of Sports Science & Coaching, 5 (2); 2010, 193-203. Retrieved from EBSCOhost.

16. Tota Ł. Zmiany wskaźników wydolności fizycznej i kosztu energetycznego biegu w relacji do zrealizowanych obciążeń treningowych u młodych lekkoatletów. Praca doktorska. AWF Kraków, 2011.

17. Zatoń M., Jastrzębska A. Testy fizjologiczne w ocenie wydolności fizycznej. Wydawnictwo Naukowe PWN, 2010.