Testy wydolnościowe. Adaptacje do wysiłku i czynniki determinujące wydolność. PDF

Preview

Summary

Wykładowca: dr Ziemowit Ciepielewski (Katedra Fizjologii Zwierząt i Człowieka). Punkty ECTS: 3. Spis treści: Koncepcja testów wydolnościowych. Rodzaje testów wytrzymałościowych. Adaptacja do wysiłku. Czynniki determinujące wydolność. Ograniczenia treningowe. ...

Description

Fizjologia wysiłku fizycznego Wykład 5. i 6. Testy wydolnościowe. Adaptacje do wysiłku i czynniki determinujące wydolność. 1. Koncepcja testów wydolnościowych. Test wydolnościowy – kontrola zdolności wysiłkowych całego organizmu sportowca. Podczas testu mierzone są zarówno parametry fizyczne jak: krew, oddech, częstość skurczów serca, ilość oddechów, ale także odczucia psychiczne. To badany przerywa test po osiągnięciu, w subiektywnej ocenie, swoich maksymalnych możliwości. Każdy posiada inne parametry fizyczne i psychiczne, dlatego w celu osiągnięcia najbardziej zadawalających efektów treningowych należy brać pod uwagę swój wynik testu, a nie przypadkowy program treningowy. Wynikiem testu wytrzymałościowego są przede wszystkim parametry wytrzymałości tlenowej: • VO2 max – wydolnoścć aerobowa (tlenowa) mierzona relatywną do masy ciała [kg] wielkością maksymalnego poboru tlenu [ml] w trakcie jednej minuty [min]; • HRmax – tętno maksymalne; • HR na progu LT – tętno na progu przemian aerobowych (tlenowych); • GR na progu AT – tętno na progu przemian anaerobowych (beztlenowych). Istotą treningu wytrzymałościowego jest określenie poziomu wydolności aerobowej. W warunkach laboratoryjnych oznacza się ją przy użyciu skomplikowanego oprzyrządowania: przede wszystkim cykloergometru (roweru) i analizatora gazowego wydychanego powietrza. Badanie wymaga wcześniejszej konsultacji lekarskiej (wysiłek ma charakter maksymalny) i obecności lekarza podczas próby. Podobnie jest z oznaczaniem progu przemian beztlenowych – tutaj dodatkowo pobierane są próbki krwi żylnej w celu analizy zakwaszenia. Dla potrzeb treningu rekreacyjnego można zastosować pośrednie próby oceny wydolności tlenowej. Nie pozwalają one wprawdzie na wyznaczenie progu przemian beztlenowych, jednak z pewnym przybliżeniem można za ich pomocą oszacować maksymalny pułap tlenowy. Wykorzystuje się tutaj wspomnianą zależność liniowego wzrostu częstości skurczów serca w zależności od zastosowanego obicążenia. Realizacja założeń treningowych wymaga pracy organizmu na określonym poziomie intensywności (wyrażonym tętnem - HR lub mocą - P). Poziom ten zależny jest od wielu zmiennych takich jak m.in. wiek, płeć, stan zdrowia czy cel treningowy. Inne obicążenia oraz intensywność treningu będziemy stosować, aby przyspieszyć spalanie tkanki tłuszczowej, a inne przygotowując się do startu w rowerowym rajdzie górskim. Wyznaczone na podstawie indywidualnych testów wydolnościowych strefy intensywności wysiłku pozwalają realizować założenia treningowe w oparciu o wymaganą pracę określonej intensywności: • strefa aktywnego wypoczynku (AR, ang. active recovery) – w której wykonywana praca ma za zadanie przyspieszyć procesy wypoczynku po intensywnych wysiłkach; • strefa niskiej intensywności (LI, ang. low intensity) – w której wykonywana praca ma za zadanie zwiększać zdolność do wykonywania długotrwałych wysiłków w warunkach umiarkowanego zmęczenia; • strefa średniej intensywności (MI, ang. middle intensity) – w której wykonywana praca ma za zadanie zwiększać zdolność do wykonywania wysiłków o charakterze tlenowym (aerobowym), a prowadzona przez dłuższy czas umożliwia spalanie tkanki tłuszczowej; • strefa wysokiej intensywności (HI, ang. high intensity) – w której wykonywana praca ma za zadanie sprzyjać adaptacji do wysiłków o znaczącym udziale metabolizmu beztlenowego typowych dla np. gry w squasha, tenisa, grach zespołowych, kolarstwa górkiego czy sportach walki;

strefa bardzo wysokiej intensywności (VHI, ang. very high intensity) – w której wykonywana praca ma za zadanie sprzyjać apdaptacji do wysiłków krótkotrwałych o maksymalnej intensywności wykonywanych w czasie do 60 sekund, typowych dla gier indywidualnych i zespołowych, sportów walki czy pływania treningowego. Nie zawsze istnieje jednak możliwość przeprowadzenia testów bezpośrednich, ponieważ wymagają one właściwych urządzeń, a do tego zajmują dużo czasu i wymagają dużego wkładu pracy. Istnieje druga grupa testów wydolnościowych opierająca się na pomiarach częstości skurczów serca podczas umiarkowanej pracy fizycznej – są to testy pośrednie. Aby ustalić u badanego wielkość pułapu tlenowego należy znać jego maksymalną częstość skurczów serca oraz poziom minutowego poboru tlenu. Metody pośrednie wykorzystują na ogół jeden parametr i ocenę wykonuje się na podstawie przeliczników i współczynników uwzględniających wiek, płeć, masę, stan emocjonalny itp. Dobór testu powinien wynikać z celu prowadzonych badań i charakteru wysiłku sportowego, w zależności od intensywności i czasu trwania. Do najbardziej popularnych prób należy pomiar maksymalnego poboru tlenu (V O2 max), czyli tzw. pułapu tlenowego, pozwalającego na ocenę wydolności ogólnej. Na podstawie pomiaru VO2 max możemy więc ocenić jakie możliwości wykonywania wysiłków wytrzymałościowych mają badane osoby czy zawodnicy. Najczęściej wykorzystywanymi przyrządami do pomiarów są: • cykloergometr w pozycji siedzącej, leżącej lub z pracą rękami – pomiaru dokonuje się podczas wysiłku o wzrastającej co 1-3 minuty intensywności (maksymalnie 10-12 minut); !" !" • bieżnia – z prędkością od 10 do 15 # $dla dobrze wytrenowanych i ok. 5 # $$dla osób o niskiej wydolności (w trakcie testu kąt bieżni zostaje zmieniany co kilka minut o parę stopni). Wydolność anaerobowa – całkowita ilość pracy wykonanej przy użyciu beztlenowych procesów biochemicznych jako źródła energii, którą określa się mierząc całkowitą ilość pracy wykonanej lub średnią moc podczas maksymalnego wysiłku: • osoby niewytrenowane: AT przy 50-60% VO2 max; • dyscypliny wytrzymałościowe: AT przy 80-90% VO2 max. Koniecznymi do spełnienia wymaganiami do testowania VO2 max są: • praca musi obejmować duże grupy mięśni; • wskaźnik pracy musi być mierzalny i powtarzalny; • warunki testu muszą być standaryzowane; • test nie może generować przeciążeń; • możliwość przerwania testu w dowolnym momencie; o zalecane jest również: § wykluczenie motywacji jako czynnika wpływającego; § nieznajomość testu przez badanego. Typowymi sposobami pomiaru wysiłku aerobowego są: bieżnia, cykloergometr, ergometr miernikowy oraz StepTest. •

TYP ĆWICZENIA

bieg pod górę bieg horyzontalny rower rowerek na leżąco skurcz bicepsów test schodkowy

%VO2 max 100 95-98 93-96 82-85 65-80 97

Tabela 1. Maksymalne wartości VO2 max uzyskiwane podczas testów.

Próg wentylacyjny – punkt, w którym wentylacja wzrasta nieproporcjonalnie do poboru tlenu. Następuje w momencie, gdy wskaźnik pracy przekracza od 55 do 70% VO2 max a energia zaczyna pochodzić z glikolizy, która nasila stężenie mleczanu. Buforowanie kwasu mlekowego prowadzi do wzrostu stężenia dwutlenku węgla, a to uruchamia odpowiedź oddechową manifestującą się wzrostem wentylacji. Podczas narastającego wysiłku dochodzi do: • narastającej kwasicy przez wzrost stężenia jonów H+, które buforowane są przez jon wodorowęglanowy: H+ + HCO3- → H2CO3 → H2O + CO2 mięśnie → erytrocyty we krwi → płuca • objawia się to nasileniem wentylacji, które doprowadza do hiperwentylacji (zadyszki). Oznaczanie progu wentylacyjnego można dokonywać przez tzw. „talk test”, który zakłada, że jeżeli badany może rozmawiać podczas ćwiczeń to jego wentylacja jest poniżej progu anaerobowego i zachodzi wysiłek typu tlenowego. Jeśli natomiast występują trudności w mowie to wentylacja jest powyżej progu anaerobowego. Spowodowane jest to gromadzeniem się kwasu mlekowego w mięśniach i strunach głosowych doprowadzając do szybkiego zmęczenia tych tkanek. 2. Rodzaje testów wytrzymałościowych. Próba Rhyming-Astrand– test pośredni polegający na wchodzeniu na stopień o wysokości 40 cm dla mężczyzn i 33 cm dla kobiet w tempie 22,5 wejść na minutę (cały test trwa 5 minut). Po zakończeniu próby mierzy się tętno, a następnie odczytuje się jego wartość w stosunku do masy na monogramie. Posiadając te dane można wyznaczyć próg pułapu tlenowego. Tą samą próbę można również wykonać wykorzystując cykloergometr z odpowiednimi obciążeniami. Pomiaru VO2 max dokonuje się z normogramu Astranda i Rhyminga. Przeciętnie wartości te w wieku 20-25 lat wynoszą: ) • dla kobiet: 2 − 2,5 "*+: )

o uprawiających sporty wytrzymałościowe: 3 − 3,5 "*+; •

dla mężczyzn: 2,8 − 3,2

)

:

"*+

)

o uprawiających sporty wytrzymałościowe: 2,5 − 5,5 . "*+ Te wartości należy pomnożyć przez odpowiedni dla wieku współczynnik korekcyjny (0,87) i przyrównać do tabeli klasyfikacji wydolności.

Rysunek 1. Normogram do testu Astranda – wydolności fizycznej na podstawie maksymalnego zużycia tlenu.

Rysunek 2. Schemat wykonywania próby Rhyming -Astrand.

Test Margarii – odpowiednik próby Rhyming-Astrand z wykorzystaniem cykloergometru rowerowego, gdzie po rozgrzewce stopniowo zwiększa się obciążenie oraz szybkość pedałowania (lub jego oporu) aż do momentu, w którym pułap tlenowy nie rośnie lub badana osoba przerywa wysiłek wskutek wystąpienia objawów skrajnego zmęczenia. Pomiary minutowego poboru tlenu, wykonywane w okresie poprzedzającym moment wyczerpania umożliwiają określenie wartości VO2 max, a dodatkowym wskaźnikiem osiągnięcia pułapu tlenowego jest ustalenie częstości skurczów serca na poziomie maksymalnym. Oba wymienione testy: Margarii i Astranda muszą odbywać się w standardowych warunkach tzn. kiedy badany jest zdrowy, wypoczęty, nieprzegrzany i nieodwodniony. Badaniy nie może również przed próbą wykonywać pracy cięższej niż sam wysiłek testowy, w przewietrzonym pomieszczeniu próbnym powinna panować temperatura 20°C: • mimo zachowania tych warunków testy wykazały, że odchylenia standardowe określonych wielkości VO2 max wynoszą od 10% do 15%, a wielkości te wyznaczone w sposób pośredni, okazuja się niższe od tych zamierzonych w sposób bezpośredni. PWC170 (ang. physical work capacity) 1 – inny wskaźnik wydolności fizycznej, który wykorzystuje zależności między częstością skurczów serca a obciążeniem wysiłkowym. . !/ Wartość tego wskaźnika, którą podaje się w watach ( ) albo kilogramometrach ( ) określa !/

"

jaką pracę można wykonać przy tętnie 170 uderzeń na minutę. Zatem im większy wskaźnik PWC170 tym wydolność fizyczna jest wieksza, a próbę wykonuje się w warunkach laboratoryjnych przy użyciu cykloergometru. Zasada pomiaru w tej próbie polega na określeniu częstości skurczów serca podczas dwóch wysiłków trających 5 minut o równym obciążeniu: • w pierwszym wysiłku obciążenie dobierane jest tak, aby tętno utrzymywało się w 234564ń 234564ń granicach 130$ "*+ , a w drugim 150$ "*+ ; • podczas wykonywania próby w zależności od potrzeb i możliwości wysiłki mogą być przedzielone przerwą odpoczynkową jednak najczęściej stosuje się wersję bez przerwy. Następnie na podstawie wielkości pracy i tętna w tych dwóch wysiłkach w sposób graficzny lub arytmetyczny wyznaczany jest wskaźnik PWC170. Zasada wyznaczania tego wskaźnika polega zatem na określeniu częstości skurczów serca podczas trzech wysiłków o różnym obciążeniu znanym i wyznaczeniu PWC170 (PWC150, 130) metodą interpolacji (ekstrapolacji): VO:$";< = 1,7$ ×$ PWCCDE + 1240 Test Ruffiera – należy do prób dynamicznych, ponieważ taki wysiłek jest w nim stosowany. Badanemu znajdującemu się w pozycji siedzącej bada się tętno, który następnie wykonuje 30 przysiadów w ciągu jednej minuty zachowując stałe tempo. Bezpośrednio po zakończeniu

1

dla osób w średnim i starszym wieku analogicznym wskaźnikiem są PWC150 i PWC130.

wysiłku ponownie dokonuje się pomiaru tętna oraz po 1 minucie wypoczynku. Obliczony wskaźnik Ruffiera porównywany jest z normami dla danego testu. Próba Marinetta – odpowiednik testu Ruffiera, stosowana w badaniach masowych, polega na pomiarze i ocenie wartości tętna oraz ciśnienia w spoczynku i po wysiłku. Różnicą jest sposób wykonywania przysiadów: w tej próbie badany wykonuje 20-40 przysiadów w tempie 1 przysiad na sekundę. Oprócz wymienionych metod bezpośrednich i pośrednich istnieje również grupa testów, która określa sprawność samego układu sercowo-naczyniowego jako znaczącego mechanizmu zaopatrywania mięśni w tlen. Są to testy łatwe do wykonania i mogą być stosowane masowo na większych próbach badawczych: • test Harwardzki (ang. step-test) – polega na wchodzeniu na stopień o wysokości 51 cm dla mężczyzn i 46 cm dla kobiet przez 5 minut w takt metronomu, który narzuca tempo 30 wejść na minutę. Po wykonaniu próby tętno mierzone jest trzykrotnie przez 30 sekund w pozycji siedzącej, a na podstawie wyników obliczany jest wskaźnik sprawności fizycznej FI odnoszony do norm dla tego testu: o oprócz standardowego testu harwardzkiego istnieją jego modyfikacje. Test Coopera – zawodnik ma przebiec w ciągu 12 minut jak najdłuższy odcinek, by określić poziom swojej kondycji. Próba przebiega identycznie zarówno dla sportowców zawodowych jak i amatorów. Test ten jest bardzo ogólnym wyznacznikiem kondycji – biegacz stawiający na trening wytrzymałościowy bez trudu otrzyma najwyższą ocenę. Aby test był miarodajny należy zadbać o to, aby: • nawierzchnia biegowa była równa i płaska; • pomiar odległości musi być precyzyjny z dokładnością do 50 metrów; • nie powinno biegać się w grupach większych niż 20, 30 osób; • ważne jest odpowiednie obuwie i strój, który nie krępuje ruchów; • przed biegiem należy dobrze się rozgrzać. Powstało kilka odmian testu: biegowa, marszowa, rowerowa oraz pływacka. W każdej z nich należy wykonywać daną czynność przez 12 minut, zmierzyć przebytą odległość i porównać ją z normami w celu sprawdzenia ogólnego poziomu wydolności.

Rysunek 3. Projekt toru wykorzystywanego do przeprowadzenia testu Coopera.

Test Conconiego – opracowany w 1982 roku przez zespół Francesco Conconiego: kontrowersyjnej postaci związanej z przemysłem dopingowym, uważa się go za osobę, która wprowadziła erytropoetynę (EPO) do świata sportu (szczególnie kolarstwa). Jego test pozwala na ustalenie progu przemian anaerobowych (PPA) i przeznaczony jest dla sportowców indywidualnych i zespołowych dyscyplin wytrzymałościowych, a więc mogą go stosować jedynie osoby całkowicie zdrowe i bardzo sprawne. Test służy do określenia funkcjonalnej

mocy na progu mleczanowym (ang. functional threshold power), czyli maksymalnej średniej mocy, którą człowiek jest w stanie generować przez 1 godzinę, gdy buforowanie mleczanu we krwi osiąga wartość graniczną. Gdy moc ta zostanie przekroczona ilość produkowanego podczas wysiłku mleczanu zacznie przekraczać zdolności organizmu do jego usuwania, co spowoduje powolne (w zależności od stopnia zwiększenia wysiłku) jego odkładanie we krwi i mięśniach. Do przeprowadzenia testu potrzeba: • ergometru; • treneraża z pomiarem mocy; • pulsometru; • urządzenia do pomiaru mleczanu we krwi. Test polega na pokonywaniu przez badanego odcinków 200 metrowych z coraz zwiększą szybkością aż do osiągnięcia stanu całkowitego zmęczenia lub prędkości maksymalnej. Po zakończeniu próby należy wykonać 10-minutowy marsz dla uspokojenia organizmu.

Rysunek 4. i 5. Przykładowe wyniki podstawowych pomiarów somatycznych oraz parametrów fizjologicznych wraz z wielkościami pomiarów obicążeń teningowych poszczególnych stref wysiłkowych.

Test sprawności fizycznej strażaka – próba wykonywana po uprzednio wykonywanym teście harwardzkim i obejmuje: • dla kobiet: o siady proste z leżenia tyłem; o rzut piłką lekarską; o bieg wahadłowy; • dla mężczyzn: o bieg na 1000 metrów; o bieg na 50 metrów; o podciąganie na drążku na wysokości doskocznej. 3. Adaptacja do wysiłku. Czynniki determinujące wydolność. W momencie rozpoczęcia aktywności fizycznej metabolizm komórek i organów zaczyna kierować się w stronę adaptacji do tego rodzaju stresora. Na poziomie komórkowym adaptacje do wysiłku tlenowego obejmują: • ↑ wzrost stężenia enzymów oksydacyjnych; • ↓ spadek stężenia enzymów glikolitycznych; • ↑ zwiększenie rozmiaru oraz liczby mitochondriów; • ↑ zwiększenie aktywności włókien wolnokurczliwych; • ↓ spadek aktywności włókien szybkokurczliwych; • ↑ wzrost gęstości sieci kapilarnej; • ↑ objętości wyrzutowej serca i dyfuzji O2.

Natomiast na poziomie mięśniowym zmiany te powodują: • ↑ wzrost mokrej masy mięśniowej; • ↑ wzrost powierzchni włókien przekroju poprzecznego; • ↑ wzrost zawartości białek i RNA; • ↑ wzrost zdolności do generowania siły. Wszystko te procesy mają na celu przystosowanie organizmu do przetrwania wysiłku fizycznego m.in. poprzez stymulację czynników determinujących wydolność takich jak: • szybkości i siły skurczów mięśni zależnej od: o kontroli nerwowej: § ilość rekrutowanych jednocześnie jednostek ruchowych danego mięśnia wzrasta w trakcie wysiłku: • u ludzi niewytrenowanych nie przekracza 75% jednostek, jednak po 2-3 krotnym powtórzeniu ruchu wzrasta; • po 2 tygodniach treningu siłowego występuje szybki wzrost siły maksymalnej; • dalszy trening powoduje wzrost liczby włókienek kurczliwych; § wzrasta także częstość pobudzeń komórek mięśniowych; o zależności między siłą i szybkością skracania: § jest to zależność odwrotnie proporcjonalna do obciążenia; § maksymalna P przy 35% maksymalnej F i V. • sprawności transportu tlenu z powietrza atmosferycznego do mięśni; • zdolności wykorzystania tlenu przez mięśnie; • sprawności termoregulacji; • wielkości zasobów węglowodanowych organizmu i sposób gospodarowania; • zdolności pobierania tlenu przez organizm (VO2 max), która zależna jest od: o wentylacji; o pojemności dyfuzyjnej płuc: § wentylacji pęcherzykowej; § przepływu krwi; o maksymalnej objętości minutowej serca; o dystrybucji przepływu krwi; o stopnia wysycenia hemoglobiny tlenem; o kapilaryzacji mięśni; o zdolności wychwytywania tlenu z krwi przepływającej przez mięśnie; o właściwości morfologicznych mięśnia; o liczby komórek mięśniowych 2.

Rysunek 6. Przekrój fizjologiczny mięśnia wykonany w celu zsumowania powierzchni poprzecznej włókienek kurczliwych. 2

mężczyźni mają więcej komórek mięśniowych niż kobiety, natomiast najmniej ich mają osoby starsze.

Na wytrzymałość wpływa także stosunek rodzajów włókien, które przeważają w tkance mięśniowej. Typ I obejmuje wolnokurczące się mięśnie oksydacyjne, typ IIA szybkokurczące czerwone, o charakterze oksydacyjno-glikolitycznym, natomiast typ IIB mięśnie szybkokurczące białe o charakterze wyłącznie glikolitycznym. MIĘŚNIE TYPU I

MIĘŚNIE TYPU II

LICZBA NACZYŃ WŁOSOWATYCH

↓ ↑ ↓ ↑

↑ ↓ ↑ ↓

ZAWARTOŚĆ SIATECZKI ENDOPLAZMATYCZNEJ

↓

↑

↑ ↑ ↓ ↓ ↑

↓ ↓ ↑ ↑ ↓

CECHA SZYBKOŚĆ SKURCZU ODPORNOŚĆ NA ZMĘCZENIE ŚREDNICA

ZAWARTOŚĆ MITOCHONDRIÓW ZAWARTOŚĆ LIPIDÓW OBECNOŚĆ ATP-AZY MIOZYNOWEJ PRZEMIANY ANAEROBOWE MIOGLOBINA

Tabela 2. Porównanie czynników różnicujących typy mięśni.

Większość mięśni człowieka (oddechowe i przykręgosłupowe) składa się po połowie z włókien typu I oraz II, jedynie: • mięsień płaszczkowaty zawiera do 90% włókien typu I; • mięsień trójgłowy ramienia wykazuje przewagę włókien typu II w swoim składzie; • głowa boczna mięśnia czworogłowego uda może zawierać 10-90% włókien typu I. Trening ma zdolność do zwiększania zawartości włókien typu I o 1-5% i jest to czynnik determinowany genetycznie. Największa siła mięśni osiągana jest podczas izometrycznego skurczu mięśnia wyjściowo rozciągniętego o 20%, a przy rozciągnięciu 100% siła mięśnia spada do zera. Przeciągnięciu mięśnia zapobiegają połączenia stawowe oraz dźwignie kostne. Czynnikami limitującymi wentylację płuc jest zmęczenie mięśni oddechowych spowodowanych szybkimi ruchami oraz naprzemiennym oddychaniem przeponowym i żebrowym. Dochodzi do kradzieży tlenu przez mięśnie oddechowe oraz uczucia duszności. W przypadku układu krążenia znaczenie w poziomie wydolności mają mechanizmy nerwowe jak promieniowanie pobudzenia z ośrodków ruchowych do ośrodków kontrolujących czynność serca, mechanizmy odruchowe, obecność receptorów metabolicznych oraz pompy mięśniowej3. Podczas wysiłku 80% energii uwalnianej w procesach metabolicznych ulega przemianie w ciepło a stan odwonienia potęguje przegrzanie poprzez zaburzanie ośrodka pragnienia, dlatego też zawsze należy odpowiednio nawodnić się przed i po wysiłku. W innym wypadku może dojść do przegrzania, które powoduje dysfunkcje układu okrążenia (przez nadmierne rozszerzen...