Ekonomia wysiłku u biegacza

---

Wiele badań uznaje maksymalny pobór tlenu (VO₂max) za najlepszy wskaźnik naszej wydolności. Wiemy, że jest on bardzo przydatny do oceny możliwości naszego „silnika”, ale nie jest to jedyny i  najważniejszy składnik sukcesu w sportach wytrzymałościowych. O czym nie informuje nas poziom VO₂max? I jak inaczej możemy określić możliwości fizjologiczne organizmu? Na to pytanie starali się odpowiedzieć naukowcy w opublikowanych niedawno badaniach.

Podczas biegu następuje w naszym organizmie wiele procesów fizjologicznych, których przebieg zależy od kilku różnych czynników. Poziom sprawności poszczególnych procesów będzie świadczył o tym, jak organizm radzi sobie podczas narastającego zmęczenia z wytwarzaniem energii potrzebnej do skurczu mięśni. Najczęściej wymienianym sposobem pomiaru skuteczności tych procesów jest pomiar maksymalnego poboru tlenu (VO₂max). Naukowcy coraz częściej wymieniają też jako bardzo istotny czynnik mniejsze zużycie energii przy danej prędkości. Pojęcie to jest nazwane jako „ekonomia kontynuowania wysiłku” (w znaczeniu wydatku energetycznego), która określa minimalną ilość energii pozwalającą utrzymać zadaną prędkość. Istnieje silna zależność między „ekonomią” naszego biegu, a wynikami w sporcie. U dwóch zawodników z tym samym poziomem VO₂max lepsze wyniki osiągnie ten, który będzie miał lepszą ekonomię wysiłku. Potwierdzają to badania. Ekonomia biegu jest więc ważnym determinantem do osiągnięcia sukcesu w bieganiu długodystansowym.

Ciekawe badania na temat poziomu maksymalnego poboru tlenu i ekonomii naszego wysiłku opublikowano w periodyku Journal of Applied Physiology. Grupa naukowców pod kierownictwem Jareda Fletchera z Uniwersytetu w Calgary w Kanadzie twierdzi też, że bardzo istotne jest zużycie konkretnych substratów energetycznych (węglowodanów lub tłuszczów), jeśli mówimy o ekonomii (ciągle w znaczeniu skuteczności bądź efektywności) naszych układów przetwarzania energii.

Grafika 1. Koszt kaloryczny wysiłku (kcal·kg⁻¹·km⁻¹) i koszt tlenowy (ml O₂·kg⁻¹·km⁻¹) mierzony w 75%, 85%, i 95% prędkości progu mleczanowego (sLT). (Fletcher et al. Economy of running… J Appl Physiol)

Celem wspomnianego badania było porównanie ekonomii wysiłku podczas trzech submaksymalnych prędkości wyrażanych przez pobór tlenu (w ml/kg/km), a także energii potrzebnej do pokonania tego dystansu (kcal/kg/km) w grupie wytrenowanych biegaczy długodystansowych. Naukowcy postawili hipotezę, że określanie ekonomii wysiłku podczas biegania (poprzez zużywane w tym czasie kilokalorie) jest o wiele bardziej dokładne niż koszt poboru tlenu. Szczególnie interesujące wydają się różnice w tej ekonomii związane z użyciem poszczególnych substratów energetycznych.

W badaniu wzięło udział szesnastu wysoko wytrenowanych mężczyzn startujących na długich dystansach (maksymalny pobór tlenu 66,5±5,6 ml/kg/min, średnia masa ciała 67,9±7,3 kg, średni wzrost 177,6±7,0 cm, wiek 24,6±5,0 lat). Wszyscy badani zostali poddani testowi na bieżni ruchomej. Składał się on z trzech wysiłków trwających 5 minut każdy z prędkością odpowiadającą 75%, 85% i 95% ich indywidualnej prędkości na progu mleczanowym, wyznaczonej za pomocą wcześniejszego testu. Średnie zużycie tlenu wyniosło odpowiednio: 221±19, 217±15 i 221±13 ml/kg/km. Koszt zużytych kilokalorii to 1,05±0,09, 1,07±0,08 i 1,11±0,07 kcal/kg/km w trakcie kolejnych trzech prędkości na bieżni ruchomej. Nie było znaczących różnic w zużyciu tlenu w odniesieniu do prędkości (P = 0.657), chociaż zużycie kilokalorii znacząco zwiększało się z odniesieniu do prędkości (P<0.001). Wynika więc z tego, że wraz ze zwiększającą się prędkością bieżni pobór tlenu nie zmieniał się znacząco, a ilość zużytych kalorii już tak. Najważniejszym więc wnioskiem z tych badań wydaje się to, że wyrażenie ekonomii biegu w terminach kosztu kalorycznego daje dokładniejszą informację na temat efektywności biegu, w zależności od zmian prędkości (a więc i intensywności) niż pobór tlenu.

Zwłaszcza ciekawa wydaje się w tym badaniu tabela, w której biegacze są uszeregowani na podstawie tempa na tzw. „progu mleczanowym” (speed at the lactate threshold – sLT). Oprócz tego widzimy tu VO₂max, koszt kaloryczny i procent VO₂max. Okazuje się, że biegacze z najwyższą wartością VO₂max nie są na czele tabeli. Jest to wyraźne zwłaszcza, jeśli chodzi o ekonomię wysiłku (zużycie kalorii). Coraz więcej badań za słuszne rozważa używanie pojęcia zużycia tlenu na pokonanie zadanego dystansu, aby określić ekonomię wysiłku (wyrażoną w ml/kg/km). Jednak to nie jedyne wnioski z tych badań.

Subject	V̇O2max, ml·kg−1·min−1	sLT, m/min	% V̇O2max	Caloric Unit Cost, kcal·kg−1·km−1
				75%	85%	95%
1	70.6	317.0	87.8	0.91	0.95	1.01
2	72.4	302.8	90.1	1.04	1.08	1.14
3	70.9	292.0	89.7	0.96	1.00	1.09
4	72.2	290.2	85.5	1.00	1.01	1.07
5	73.6	290.2	88.7	0.99	1.06	1.10
6	67.4	264.9	88.4	1.04	1.07	1.13
7	64.1	264.9	86.2	1.04	1.06	1.06
8	74.4	264.4	77.8	1.01	1.05	1.09
9	66.4	253.1	88.0	1.26	1.26	1.28
10	64.4	252.3	88.4	1.15	1.12	1.17
11	63.6	252.3	83.4	1.00	1.01	1.04
12	57.5	252.3	73.2	1.10	1.11	1.11
13	64.4	251.5	82.5	1.00	1.02	1.06
14	67.2	249.9	79.4	1.03	1.04	1.07
15	58.0	215.1	81.0	1.13	1.14	1.12
16	57.3	201.7	83.6	1.20	1.16	1.21
Mean	66.5	263.4	84.6	1.05	1.07	1.11
SD	5.6	30.1	4.8	0.09	0.08	0.07

Tab.
1. Porównanie V̇O₂max (maksymalnego poboru tlenu), sLT (prędkość na poziomie progu mleczanowego), % V̇O₂max, koszt kaloryczny (Fletcher et al.Economy of running… J Appl Physiol).

Wróćmy jeszcze do stosowanych substratów energetycznych przy różnych intensywnościach. W bieganiu długich dystansów ważne jest także wykorzystanie tłuszczów jako źródła energii, gdyż świadczy to o dużo lepszej adaptacji do wysiłków wytrzymałościowych na wysokim poziomie. Niestety w tym wypadku wiele czynników ma wpływ na użycie konkretnych substratów. Będą to m.in.: stosowana dieta, status treningowy, ilość zgromadzonego glikogenu, a nawet proporcje włókien mięśniowych i stan hormonalny organizmu. Wiele tych czynników nie może być w prosty sposób sprawdzona i kontrolowana. Czy przemawia to za nie określaniem proporcji zużywanych substratów? Dostępność substratów ma wpływ na średnie zużycie tlenu, ale nie na ilość energii potrzebnej do wykonania określonego zadania, jakim jest np. przebiegnięcie określonego dystansu. Zależnie od tego, którego substratu użyjemy – będzie to kolejny
krok do obliczenia zużycia aktualnej energii, co może być ważne przy obliczaniu energii, jaką musimy dostarczać podczas długodystansowego biegu. Różnice w użyciu energii na litr tlenu w przypadku stosunku wymiany gazów oddechowych (RER – respiratory exchange ratio) z 0,87 do 0,95 to zaledwie 2%. Użycie RER do obliczenia całkowitego kosztu energetycznego pozwala nam zidentyfikować koszt energetyczny biegu, który zwiększa się, kiedy biegacz osiąga swoją maksymalną prędkość na progu mleczanowym, co jest ważnym czynnikiem w treningu i w zrozumieniu energetyki każdej lokomocji.

Porównując średnią ekonomię pomiędzy biegaczami jako prędkość absolutną, lepsi biegacze mieli ciągle mniejszy koszt energetyczny swojego wysiłku np. na kilometr. Wyrażanie ekonomii jako kosztu kalorycznego pokazuje, że biegacze z wyższym poziomem progu mleczanowego są najbardziej ekonomiczni. Inaczej mówiąc, lepsi biegacze zawsze mają lepszą ekonomię wysiłku.

Istnieją dwa dodatkowe powody, dlaczego V̇O₂ w zadanej prędkości może mieć negatywną korelację z V̇O_2max. Pierwszym z nich jest selekcja substratów energetycznych, która przestaje być ważna po przekształceniu ich w ekwiwalent energii. Drugi powód jest związany z doborem badanych. Jeśli grupa jest relatywnie podobna genetycznie (ich odpowiednie geny wspierają wytrzymałość), biegacze w grupie z niższym V̇O_2max będą kompensowali te braki przez lepszą ekonomię albo dzięki umiejętności wykorzystania większej części swojego V̇O_2max przy prędkości zawodów. Ta druga wartość będzie zależała od „wysokości” progu mleczanowego. Ten wymóg kompensacji tworzy negatywną korelację. Poziom sportowy badanych nie był dokładnie taki sam, dlatego mieli oni dość duże różnice
progu mleczanowego. Poziom progu mleczanowego jest determinowany przez następujące czynniki: V̇O_2max, szybką utylizację mleczanu na progu mleczanowym i ekonomię wysiłku. Wydaje się więc, że dobrze ułożony trening najbardziej będzie poprawiał właśnie ekonomię wysiłku.

Także procentowa ilość zużycia energii w procesie oksydacji tłuszczu w każdej prędkości absolutnej biegu jest odwrotnie proporcjonalna do V̇O₂max. Tak więc, w każdej zadanej submaksymalnej prędkości biegacz z większym poziomem V̇O_2max prawdopodobnie potrzebuje większej ilości V̇O₂ po części dlatego, że ma większą zależność od utylizacji tłuszczu. Ekonomia wysiłku może być uważana za słabą po prostu dlatego, że dodatkowy tlen jest używany do metabolizmu tłuszczu zamiast dla węglowodanów. Fakt, że koszt użycia O₂ (w ml·kg⁻¹·km⁻¹) nie zmienia się w zraz ze zwiększającą się relatywną prędkością, a RER zwiększa się wraz ze zwiększającą się prędkością, dalej sugeruje, że przy interpretacji ekonomii wysiłku warto rozważać również substraty energetyczne. Ekonomia biegu podawana jako koszt kaloryczny (mierzona w kcal·kg⁻¹·km⁻¹) daje dobrą informację temat skuteczności organizmu w pozyskiwaniu energii. Kilka badań sugeruje więc, że wyrażanie ekonomii biegu jako kosztu zużytych kalorii jest równie adekwatne, jak obliczanie średniego V̇O₂ lub zużytych jednostek tlenu.

Grafika nr 2. Relacja pomiędzy maksymalnym poborem tlenu (V̇O_2max) i  V̇O₂ mierzonym w 75%, 85% i 95% prędkości progu mleczanowego (sLT). (Fletcher et al.Economy of running… J Appl Physiol)

Podobne badania wykonano także na biegaczkach narciarskich z Norwegii. Naukowcy z tego kraju zbadali 12 biegaczek, by potwierdzić fizjologiczną pojemność ich organizmu, a także rodzaj stosowanego treningu, w zależności od osiąganych wyników. Sześć z nich było najlepszymi z najlepszych, w ubiegłym roku zajęły one miejsca od 1 do 6 w zawodach pucharu świata. W grupie tej były cztery mistrzynie olimpijskie i pięć mistrzyń świata. Kolejne sześć posiadało klasę krajową, czyli mimo wszystko wysoki poziom, jednak nie aż tak wybitny. Dwie z nich zajmowały miejsca w czołowej piętnastce pucharu świata, wszystkie zaś znajdowały się czołówce rankingów krajowych.

Biegaczki narciarskie były testowane na bieżni ruchomej, po której biegły na nartorolkach w zmiennym tempie (mierzono ich efektywność), po czym wzięły udział w trzyminutowym wyścigu. Używały podczas badań dwóch różnych technik, łyżwowej i klasycznej. Mierzono bardzo wiele różnych parametrów.

Testy odbywały się na kilka dni przed rozpoczęciem sezonu startowego. Pierwszy test składał się z trzech 5-minutowych wysiłków na specjalnie przystosowanej bieżni, na której poruszano się na nartorolkach. Kolejny test polegał na 3-minutowym wyścigu o prędkości ustalonej przez biegaczki. Podczas 3-minutowego testu mierzono całkowity pokonany dystans, maksymalny pobór tlenu i osiągnięty deficyt tlenowy. Każda narciarka udostępniła również dokumentację swoich treningów (model i intensywność) w okresie 6 miesięcy poprzedzających test.

Największą różnicą pomiędzy grupami było to, że najlepsze biegaczki narciarskie biegły dalej (o 6-7%) i szybciej podczas próby czasowej. W terminach fizjologicznych, główną różnicą było VO₂max (mierzone tutaj podczas trzyminutowego wyścigu, a nie jak to zwykle bywa podczas testu do odmowy). Mistrzynie osiągały średnio ok. 70 i 65 [ml/min/kg] odpowiednio w technikach: klasycznej i łyżwowej, podczas gdy grupa krajowa była odpowiednio o 10 i 7% słabsza.

Jedną z niespodzianek było to, że nie było praktycznie żadnych różnic w efektywności. Kiedy obie grupy jechały z taką samą prędkością, spalały taką samą ilość energii. Nie było różnic w długu tlenowym zaciąganym podczas próby czasowej, który mierzy się poprzez ilość anaerobowej mocy produkowanej w czasie – kluczowy czynnik w biegach ze startu wspólnego, gdzie bardzo ważny jest dobry finisz.

Lepsza grupa posiadała średnio większą pojemność tlenową. Mogą o tym świadczyć lepsze predyspozycje genetyczne tych zawodniczek (wiemy, że na VO₂max mają one olbrzymi wpływ). Jednak u zawodniczek badano również półroczny trening przed badaniami zapisany w dzienniczkach treningowych. Od maja do października światowej klasy zawodniczki spędziły na treningu 532±73 godzin (270±26 treningów), w porównaniu do 411±62 godzin (240±27 treningów) u biegaczek klasy narodowej.

 

Grafika 3. Całkowita ilość treningu w poszczególnych grupach: WC- World Class (najlepsze zawodniczki), NC – National Class (krajowa czołówka), HIT – High-Intensity Training – trening o wysokiej intensywności, MIT – Medium-Intensity Training – trening o średniej intensywności, LIT – Low-Intensity Training (trening o niskiej intesywności). (Medicine and science in sports and exercise)

Światowej klasy zawodniczki przez ostatnie pół roku przed badaniami trenowały więcej i ciężej. Największe różnice były w treningu o niskiej intensywności podczas pierwszych miesięcy przygotowań. Nie wiemy jednak, czy trenowały więcej, bo były lepszymi zawodniczkami i mogły poświęcić się w całości dla uprawiania sportu, czy też były topowymi zawodniczkami, bo trenowały więcej. Na pewno największe różnice pomiędzy nimi wystąpiły w VO₂max. Pojawia się więc pytanie, czy mając więcej czasu na trening możemy więcej wpływać na nasze wyniki, skoro występuje aż taka zależność w tym zakresie? Na razie nie znamy jednoznacznej odpowiedzi. Badanie zdaje się potwierdzać, że badanie poboru tlenu i możliwość jego utylizacji podczas zawodów u biegaczek narciarskich daje informację możliwościach organizmu. W dalszym ciągu jednak nie wiemy, jak dokładnie poprawić ekonomię tego wysiłku, a przede wszystkim który typ treningu najlepiej na nią działa.

Źródła:

Fletcher JR, Esau SP, Macintosh BR. Economy of running: beyond the measurement of oxygen uptake. J Appl Physiol . 2009 Dec;107(6):1918-22. doi: 10.1152/japplphysiol.00307.2009. Epub 2009 Oct 15.

Sandbakk Ø, Hegge AM, Losnegard T, Skattebo Ø, Tønnessen E, Holmberg HC. The Physiological Capacity of the World’s Highest Ranked Female Cross-country Skiers. Med Sci Sports Exerc. 2016 Jan 7.