30 stycznia 2016 Redakcja Bieganie.pl Trening

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 VO
2max? 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.

F1.large1.jpg 

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

O2max, 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 V̇O2max. 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 V̇O2max będą kompensowali te braki przez
lepszą ekonomię albo dzięki umiejętności wykorzystania większej części swojego
V̇O2max 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: V̇O2max, 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 V̇O2max
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.

 F3.large3.jpg

Grafika nr 2. Relacja pomiędzy maksymalnym poborem tlenu (V̇O2max) 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.

 skiers_training.jpg

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.

Redakcja Bieganie.pl