Wydolność beztlenowa – anaerobowa w treningu sportowym

8 lipca 2014
1 866 Wyświetleń

Współczesny system szkolenia sportowców wymaga interdyscyplinarnego spojrzenia na trening fizyczny. Ponadto, w ocenie przygotowania zawodnika należy poszukiwać trafnych metod oceny jego wydolności. W dzisiejszym artykule skupię się na przedstawicielach dyscyplin szybkościowo-siłowych, u których – z punktu widzenia energetyki wysiłku – kluczową rolę w pozyskiwaniu energii do pracy mięśniowej odgrywają źródła beztlenowe. Wydolność beztlenowa, czyli wydolność anaerobowa, jest to zdolność do wykonywania wysiłków krótkotrwałych o supramaksymalnej intensywności. Procesy beztlenowe umożliwiają rozwinięcie dużej mocy przez zawodnika, jednak na bardzo krótki okres czasu. Przykładami wysiłków sportowych, w których wydolność anaerobowa odgrywa kluczową rolę są wszelkiego rodzaju sprinty, skoki, rzuty, a także sporty siłowe oraz zespołowe gry sportowe.

Energia do skurczu mięśniowego w wysiłkach krótkotrwałych o maksymalnej intensywności jest czerpana niemal wyłącznie z przemian na drodze beztlenowej, czyli na drodze rozpadu ATP, fosfokreatyny oraz glikolizy beztlenowej. Należy jednak pamiętać, że nawet w wysiłku trwającym 10 sekund w około pięciu procentach źródłem energii do pracy są procesy tlenowe. Wraz z wydłużeniem czasu wysiłku wzrasta udział procesów aerobowych kosztem anaerobowych.

W zależności od czasu trwania wysiłków krótkotrwałych przemiany energetyczne anaerobowe można podzielić na alaktyczne (niekwasomlekowe) i laktyczne (kwasomlekowe).

Energia do skurczu mięśniowego pochodzi z rozpadu wysokoenergetycznego związku, jakim jest adenozynotrifosforan. Średnio w kilogramie suchej tkanki mięśniowej jest ok. 24 mmol ATP. Podczas biegu sprinterskiego kilogram suchej masy mięśniowej ’zużywa’ ok. 14 mmol ATP na sekundę. Wynika z tego, że bez ciągłych procesów resyntezy (odbudowy) tego związku wystarczyłoby go maksymalnie na 2 sekundy wysiłku o supramaksymalnej intensywności.

Pierwszym źródłem energii używanym do odnawiania zasobów ATP jest fosfokreatyna. Maksymalna ilość ATP, możliwa do uzyskania z rozkładu fosfokreatyny, u człowieka o masie ciała 70 kg wynosi ok. 600 mmol, przy maksymalnym tempie jego syntezy wynoszącym 3600 mmol/min. Procesy te zachodzą w cytoplazmie i aktywowane są natychmiast po rozpoczęciu wysiłku, a do ich przebiegu nie jest potrzebny tlen. Ilość fosfokreatyny, choć 5-krotnie większa od ilości ATP, wystarcza na 5-8 sekund maksymalnego wysiłku. ATP i fosfokreatyna nazywane są często wspólną nazwą fosfagenów. Procesy pozyskiwania energii z ATP oraz fosfokreatyny należą do źródeł beztlenowych alaktycznych, czyli bezmleczanowych. Oznacza to, że gdybyśmy dokonali pomiaru stężenia kwasu mlekowego w osoczu krwi u zawodnika po maksymalnym wysiłku trwającym 5-8 sekund okazałoby się, że stężenie mleczanu w jego krwi jest zbliżone do spoczynkowego.

W mięśniach niewielkie ilości ATP są wytwarzane w wyniku reakcji miokinazowej, w której z dwóch cząsteczek ADP jest odtwarzana jedna cząsteczka ATP i jedna cząsteczka AMP. Mimo, że niewielka ilość ATP jest w tej reakcji resyntezowana, to odgrywa ona znaczącą rolę metaboliczną, gdyż obniża stężenie ADP oraz dostarcza AMP, który jest silnym aktywatorem glikolizy.

Następnym ważnym źródłem energii wykorzystywanym do resyntezy ATP i fosfokreatyny jest glikogen zmagazynowany w mięśniach. Szybki rozpad glikogenu do kwasu pirogronowego i kwasu mlekowego odbywa się na drodze glikolizy beztlenowej. Procesy dostarczania energii z tych przemian pozwalają na wykonywanie wysiłku o dużej intensywności trwającego do ok. 45 s. Należy pamiętać, że przy takim czasie trwania wysiłku o intensywności supramaksymalnej, następuje duże zakwaszenie organizmu, gdyż produktem glikolizy beztlenowej jest kwas mlekowy. Wywołuje on kwasicę metaboliczną, będącą jedną z przyczyn pojawiającego się w trakcie wysiłku zmęczenia.  

PB13_49

Do głównych czynników determinujących wydolność beztlenową zaliczyć można: 
stan energetyczny mięśnia (zawartość w komórkach mięśniowych ATP, fosfokreatyny i glukozy oraz sprawność enzymatyczną)
temperaturę wewnątrzmięśniową
szybkość skracania włókien mięśniowych (udział włókien szybkokurczliwych w składzie mięśni)
siłę mięśni (szybkość rekrutacji aktywnych jednostek motorycznych, częstotliwość wyładowań czynnych motoneuronów, przekrój fizjologiczny mięśnia, długość i masa mięśnia, temperatura mięśnia, wielkość zasobów energetycznych oraz szybkość reakcji enzymatycznych
typ włókien mięśniowych
sprawność mechanizmów kompensujących zaburzoną równowagę kwasowo-zasadową organizmu, czyli bufory krwi.

WYBRANE TESTY OCENIAJĄCE WYDOLNOŚĆ BEZTLENOWĄ:

W celu monitorowania stanu wydolności anaerobowej stosuje się różnego rodzaju testy wysiłkowe. Systematyczne ich wykonywanie pozwala zindywidualizować proces treningu, dobierając odpowiednie metody i środki treningowe w celu efektywnego zwiększania swojej wydolności. Pomiaru wydolności beztlenowej można dokonać, określając wielkość zaciągniętego długu tlenowego, spłacanego po zakończeniu wysiłku lub na podstawie powysiłkowego stężenia mleczanu oraz przesunięcia równowagi kwasowo-zasadowej we krwi. Są to jednak metody, z punktu widzenia technicznego, trudne do przeprowadzenia (wyspecjalizowana aparatura laboratoryjna). 
Wydolność beztlenowa może być także wyrażona przez wartość mocy rozwijanej podczas krótkotrwałych wysiłków o supramaksymalnej intensywności lub sumy pracy wykonanej podczas testu.

Chcąc zbadać potencjał beztlenowy zawodnika, a wiec jego wydolność beztlenową, dokonuje się pomiarów maksymalnej mocy anaerobowej (MMA – oznaczanej w literaturze również jako MAP lub MPO), wyrażonej relatywnie w stosunku do masy ciała sportowca (Watt/kg masy ciała). Z punktu widzenia fizyki moc definiuje się jako pracę (W) wykonaną w danej jednostce czasu (t). Zatem, uzyskanie wysokich wielkości mocy wymaga wykonania jak największej pracy, w jak najkrótszym czasie. Z kolei praca definiowana jest jako iloczyn siły (F) oraz pokonanej drogi (przesunięcia) (s). Maksymalna moc anaerobowa jest więc dobrym wskaźnikiem służącym do oceny zdolności szybkościowo – siłowych.

Do badania wydolności beztlenowej fosfagenowej i glikolitycznej wykorzystuje się wysiłki o największej (supramaksymalnej) intensywności. Wyznacznikiem wydolności w tych próbach jest przede wszystkim największa rozwijana moc.

TEST MARGARII-KALAMENA

Dzięki tej próbie można wyznaczyć moc beztlenową fosfagenową. Do przeprowadzenia badania potrzebny jest precyzyjny, elektroniczny system pomiaru czasu miedzy 3 a 9 schodem. Test rozpoczyna się od intensywnego rozbiegu z odległości 6 metrów, po czym badany ma za zadanie wbiegnąć na schody i pokonać je, stawiając stopy na 3, 6 i 9 stopniu, w jak najszybszym tempie. Wielkość wykonanej pracy wylicza się na podstawie masy badanej osoby, wielkości przyspieszenia ziemskiego oraz pokonanej drogi w pionie (różnicy wysokości między 9 i 3 stopniem). Uzyskane dane podstawiamy do następujących wzorów.

MAP = W/t gdzie W = F x s, gdzie F = m x a

Przykład: zawodnik o masie 70 kg pokonał dystans między 3 a 9 stopniem w 0,5 sekundy. Wykonana praca wynosiła (W=m.a.s): 70 kg . 9,81 m/s2  . (6 stopni .17,5 cm = 1,05 m) = 721 J. Uzyskana maksymalna moc beztlenowa wynosiła (W/t): 721/0,5= 1442 Watt. 

TEST VANDEWALLE’A

Po rozgrzewce badany wykonuje kilka 6-10-sekundowych prób wysiłkowych na ergometrze rowerowym przy każdorazowo innym oporze na kole ergometru. Za każdym razem badany musi w jak najkrótszym czasie osiągnąć najwyższą prędkość obrotów. Opór jest zwiększany w każdej kolejnej próbie do momentu, aż badany nie jest w stanie przekroczyć 100 obrotów/minutę. Na podstawie uzyskanej liczby obrotów, przy odpowiedniej sile oporu, wylicza się graniczną liczbę obrotów i graniczną siłę oporu, korzystając z równania regresji liniowej: y = -ax + b, gdzie y – to liczba obrotów/minutę, a – współczynnik nachylenia prostej, x – zastosowana wartość siły oporu, b – przesunięcie względem osi y.

Największą moc osiąga się przy wartości oporu równej 0,5 granicznej wartości siły oporu.


TEST WINGATE (TEST BAR-OR’A)

Jest to najczęściej wykonywany test do oceny wydolności anaerobowej. Za pośrednictwem pomiaru dokonywanego podczas testu Wingate ocenie poddawana jest moc beztlenowa glikolityczna. Test polega na wykonaniu przez badanego 30-sekundowego wysiłku o największej intensywności (sprintu) na cykloergometrze, przy ustalonym oporze zewnętrznym wynoszącym 7,5% masy ciała dla mężczyzn lub oporze 6,5% masy ciała dla kobiet. Możliwe są również krótsze wersje przeprowadzenia testu trwające 10 oraz 20 sekund, zarówno na kończyny dolne, jak i górne. Przed wykonaniem próby, tak jak przed każdym testem wysiłkowym, badany robi kilkuminutową rozgrzewkę na cykloergometrze o stałej intensywności, realizując dwa kilkusekundowe przyspieszenia.

Oceny wydolności dokonuje się na podstawie rozwijanej mocy zewnętrznej. Podczas testu analizuje się następujące parametry: Pmax – szczytowa moc anaerobowa [W], tPmax – czas osiągnięcia szczytowej mocy anaerobowej [s], nazywany wskaźnikiem szybkości startowej, Wtot – łączna praca anaerobowa [kJ], SM – spadek mocy, czas utrzymania mocy maksymalnej [s], moc średnia testu [W], [W/kg]

Przykład: masa zawodnika 70 kg; zastosowany opór: 7,5 % . 70 = 5,25 kg, pokonana droga: 6 metrów, przyspieszenie ziemskie: 9,81 m/s2 , czas najkrótszego obrotu: 0.5 s, wykonana praca: 5,25 . 9,81 . 6 = 309 J. MAP = 309/0.5 = 618 Watt

PB13_50

TEST GEORGESCU

Próba polega na wykonaniu serii wyskoków (około 10) o maksymalnej wysokości, na platformie mierzącej czas kontaktu z podłożem oraz czas lotu. Wyskoki są wykonywane w osi pionowej z minimalnym ugięciem w stawach kolanowych. W czasie testu mierzony jest czas lotu, czas fazy podporowej, wysokość poszczególnego wyskoku. Maksymalna moc anaerobowa obliczona jest z trzech uśrednionych, najwyższych występujących po sobie wyskoków, jakie wykonał badany, zgodnie ze wzorem:
MAP = (m . a . h)/tc

gdzie: m – masa badanej osoby, h – średnia wysokość z trzech najwyższych skoków, a – przyspieszenie ziemskie, tc – średni czas kontaktu z podłożem z trzech najwyższych skoków

TEST BOSCO

 Test ocenia moc anaerobową podczas pionowych wyskoków. Podobnie jak test Georgescu, wykonuje się go na platformie mierzącej czas lotu i czas kontaktu z podłożem. Ponadto, określa się liczbę wykonanych wyskoków w trakcie testu. Czas trwania testu wynosi od 15 do 60 sekund. Od badanego zawodnika wymaga się podobnej pozycji zarówno w trakcie lotu, jak i w momencie odbicia: staw kolanowy może być uginany do kąta 90º oraz badany przez cały czas próby ma trzymać ręce na biodrach. Moc określa się za pomocą równania: 

PB13_51

Gdzie: a – przyspieszenie ziemskie, n – liczba wyskoków, tt – czas testu, tf – czas lotu

BIEGOWY TEST WYTRZYMAŁOŚCI BIEGOWEJ – RAST

Test ten wykonywany jest na 400-metrowej bieżni lekkoatletycznej z zaznaczonymi odcinkami co 35 metrów. Test polega na przebiegnięciu 6 x 35 m z maksymalną prędkością biegu. Miedzy każdym z odcinków występują 10-sekundowe przerwy wypoczynkowe. Mierzy się czas każdego pokonanego odcinka biegu. Moc wyliczamy dla każdego przebytego odcinka z następującego wzoru:
 P = masa ciała badanego x dystans2/t3  
Do innych metod, ale już o mniejszej popularności, służących do oceny potencjału anaerobowego zaliczyć możemy bieg na dystansie 50 yardów (wysoka korelacja z testem Margarii-Kalamena r=0.974), pomiar maksymalnej siły izometrycznej (MVC). Do pomiaru MAP wykorzystywane są również ergometry izokinetyczne, przy użyciu których dokonuje się pomiaru siły w czasie skurczu z różną (kontrolowaną) szybkością skracania.

TRENING UKŁADU ATP – PCR (UKŁAD FOSFAGENOWY)

W celu zwiększenia wydajności układu fosfagenowego zalecane jest wykonywanie treningu interwałowego. Polega on na stosowaniu dużych obciążeń w seriach ćwiczeń o dużej intensywności, trwających nie dłużej niż 10 sekund, w przerwach od 30 do 300 sekund. W tym miejscu należy podkreślić, że fosfokreatyna, która podczas tego rodzaju treningu jest jednym z podstawowych źródeł energii do pracy mięśniowej, jest uzupełniana w 70% podczas przerwy wypoczynkowej trwającej ok. 30 s, a odzysk fosfokreatyny w 99% następuje po 300 s przerwy.

TRENING UKŁADU GLIKOLITYCZNEGO

Do zwiększania wydajności układu glikolitycznego zaleca się stosowanie także treningu interwałowego, ale o nieco przedłużonym czasie trwania – zalecany czas trwania to 20 – 60 s. 

Jeżeli celem treningu jest wzrost tolerancji i szybkości usuwania kwasu mlekowego, to zalecane przerwy wypoczynkowe podczas tego rodzaju treningu interwałowego powinny wynosić 60 – 240 s. Taki czas przerwy między poszczególnymi wysiłkami powoduje, że stężenie kwasu mlekowego w mięśniach i we krwi jest zwiększone przy rozpoczęciu każdej kolejnej serii.

Jeśli natomiast głównym celem treningu sportowego jest wzrost aktywności enzymów szlaku glikolitycznego, to przerwy wypoczynkowe podczas tego rodzaju treningu interwałowego powinny wydłużyć się nawet do 20 minut, co pozwoli prawie całkowicie oczyścić mięśnie z kwasu mlekowego przed przystąpieniem do kolejnego wysiłku.

Z punktu widzenia fizjologicznych aspektów treningu sportowego, dla zawodnika ważne jest rozwijanie obydwu układów, w celu osiągnięcia jak najlepszych wyników sportowych. Dobór proporcji poszczególnych treningów kształtujących siłę mięśniową, szybkość oraz wytrzymałość szybkościową musi być indywidualny i dostosowany do aktualnych możliwości wysiłkowych zawodnika. Dzięki systematycznym badaniom wydolności anaerobowej jesteśmy w stanie z dużym prawdopodobieństwem ocenić wydolność zawodnika i to czy stosowane środki treningowe prowadzą do progresji czy regresji jego formy. Pamiętajmy, że trening sportowy jest sztuką doboru odpowiednich form, metod oraz środków treningowych.

dr Łukasz Tota

Bibliografia:

1. Bar-Or O “A new anaerobic capacity test characteristic and application” The 21st World Congress in Spotrs, Brasilia.
2. Birch K., MacLaren D., George K. 2009. Krótkie wykłady. Fizjologia Sportu. Wydawnictwo Naukowe PWN.
3. Bosco C, Luhtanen P, Komi PV „ A simple metod for measurment of mechanical Power In jumping” Eur J Apel Physiol Occup Physiol, 1983, 50 (2), 273-82.
4. Eliasz J „Carmelo Bosco test mocy mechanicznej beztlenowej” Sport Wyczynowy, 1991,3-4, 23-32.
5. Górski J., Fizjologiczne podstawy wysiłku fizycznego. 2001. PZWL Warszawa. J. S. 1996. The Wingate anaerobic test: development, characteristics, and application. Human Kinetics, Champaign, IL.
6. Inbar O., Bar-Or O., Skinner.
7. Jaskólski J. 2002. Podstawy fizjologii wysiłku fizycznego. AWF Wrocław.
8. Margaria R, Aghemo P, Rovelli „Measurement of muscular power (anaerobic) in man” J Appl Physiol, 1966, 21, 1662.
9. Zatoń M., Jastrzębska A. 2010. Testy fizjologiczne w ocenie wydolności fizycznej. Wydawnictwo Naukowe PWN.
10. Vandewalle H, Peres G, Heller J, Panel J, Monod H “Force-velocity relationship and maximal power on a cycle ergometer” Eur J Appl Physiol, 1987, 56, 650-656.