Влияние тренировок умеренной интенсивности на выносливость и высокоинтенсивных интервальных тренировок на анаэробную способность и VO2max

Аннотация

Данное исследование состоит из двух тренировочных экспериментов с использованием велоэргометра с механическим тормозом. 

Во-первых, оценивалось влияние 6 недель тренировок на выносливость умеренной интенсивности (интенсивность: 70% от максимального поглощения кислорода (VO2max - МПК, максимальное потребление кислорода), 60 мин-д, 5 дней в неделю) на анаэробную способность (максимальный накопленный дефицит кислорода) и VO2max. После тренировки анаэробная способность существенно не увеличилась (P > 0,10), в то время как VO2max (МПК) возросла с 53 ± 5 мл-кг-1-мин-1 до 58 ± 3 мл-кг-1-мин-1 (P < 0,01) (среднее ± SD). 

Во-вторых, для количественной оценки влияния высокоинтенсивных интервальных тренировок (ВИИТ) на высвобождение энергии семь (7) испытуемых выполняли интервальные тренировки 5 раз в неделю в течение 6 недель. Изнурительная прерывистая (интервальная) тренировка состояла из семи-восьми сетов по 20 секунд с интенсивностью около 170% от VO2max (МПК) с 10-секундным отдыхом между каждым сетом. После тренировочного периода ˙VO2max увеличилась на 7 мл-кг-1-мин-1, а анаэробная мощность возросла на 28 %. 

В заключение следует отметить, что аэробные тренировки умеренной интенсивности, повышающие максимальную аэробную мощность, не изменяют анаэробную емкость, а адекватные высокоинтенсивные прерывистые (интервальные) тренировки могут значительно улучшить анаэробную и аэробную системы энергообеспечения, вероятно, за счет интенсивного воздействия на обе системы.

Во время высокоинтенсивной тренировки, длящейся более нескольких секунд, аденозинтрифосфат (АТФ) ресинтезируется как аэробными, так и анаэробными процессами. Способность к ресинтезу АТФ может ограничивать производительность во многих видах спорта. Поэтому, по возможности, подготовка спортсменов к видам спорта с высокоинтенсивными нагрузками должна улучшать их способность высвобождать энергию как аэробным, так и анаэробным путем. Успешность различных тренировочных режимов можно и нужно оценивать по результатам спортсменов. Однако на результаты влияют и другие факторы, например, психология. Кроме того, адекватный тренировочный режим может включать в себя несколько различных компонентов, каждый из которых может не улучшить способность спортсмена к ресинтезу АТФ. Поэтому тренировочные программы должны оцениваться другими способами, например, с помощью лабораторных экспериментов.

Аэробная система высвобождения энергии традиционно оценивается по максимальному поглощению кислорода (VO2max), и существует множество исследований, посвященных влиянию тренировок на ˙VO2max. Однако до недавнего времени методы количественной оценки анаэробного энерговыделения были неадекватны, поэтому информация о влиянии тренировок на анаэробную мощность, то есть максимальное количество энергии, доступное из анаэробных источников, неполна.

Мы предположили, что накопленный дефицит кислорода, впервые введенный Крогом и Линдхардом в 1920 году, является точной мерой анаэробного энерговыделения во время бега на беговой дорожке и езды на велосипеде. Этот принцип может позволить исследовать анаэробную способность, принимаемую за максимальный накопленный дефицит кислорода в течение 2-3 минут изнурительной тренировки.

Таким образом, влияние специфической тренировки на анаэробную способность можно оценить, измерив максимальный накопленный дефицит кислорода до и после тренировки. Как правило, чем сложнее тренировка, тем больше пользы для физической формы. Поэтому нам было интересно узнать, зависит ли эффект тренировки на анаэробную способность от величины анаэробного энерговыделения, развиваемого специфической тренировкой. 

Для изучения этого вопроса мы сравнили два различных тренировочных протокола: тренировку на выносливость умеренной интенсивности, которая не должна зависеть от анаэробного метаболизма, и высокоинтенсивную прерывистую тренировку, которая должна почти максимально задействовать анаэробную систему высвобождения энергии.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Испытуемые. 

В исследовании приняли участие студенты мужского пола, специализирующиеся в области физического воспитания (табл. 1). Большинство из них были физически активны и являлись членами команд по настольному теннису, бейсболу, баскетболу, футболу (соккеру) и плаванию. После подробного объяснения целей, потенциальной пользы и рисков, связанных с участием в исследовании, каждый студент дал письменное согласие.

Протокол. 

Все эксперименты, а также предварительные испытания проводились на велоэргометре с механическим тормозом (Monark, Стокгольм, Швеция) при скорости 90 об/мин. Каждый тест или высокоинтенсивная прерывистая тренировка начинались с 10-минутной разминки при нагрузке около 50% от ˙VO2max.


Эксперимент 1. 

Испытуемые приступали к тренировкам после измерения их VO2max (МПК) и максимального накопленного дефицита кислорода. Они тренировались 5 раз в неделю в течение 6 недель с интенсивностью, обеспечивающей 70% от VO2max каждого испытуемого. Скорость вращения педалей составляла 70 об/мин, а продолжительность тренировки - 60 мин. По мере увеличения VO2max каждого испытуемого в течение тренировочного периода интенсивность тренировки увеличивалась от недели к неделе, чтобы вызвать 70% от фактической VO2max. Во время тренировки измерялся максимальный накопленный дефицит кислорода до, через 4 недели и после тренировки. VO2max определяли до и после тренировки, а также каждую неделю в течение тренировочного периода.

Эксперимент 2. 

Испытуемые тренировались в течение 5 дней в неделю на протяжении 6 недель. В течение 4 дней в неделю они занимались с использованием изнурительной прерывистой (интервальной) тренировки. Руководитель поощрял их выполнять семь-восемь комплексов упражнений. Тренировка прекращалась, когда частота вращения педалей падала ниже 85 об/мин. Когда испытуемые могли выполнить более девяти сетов упражнения, интенсивность тренировки увеличивалась на 11 Вт. 

Один день в неделю испытуемые тренировались в течение 30 мин при интенсивности 70% VO2max перед выполнением четырех сетов прерывистой тренировки при 170% VO2max. Последняя сессия не была изнурительной. Анаэробная способность определялась до, через 2 и 4 недели после тренировки, а также после тренировки. VO2max определяли до, на 3-й и 5-й неделях и после тренировки.

МЕТОДЫ

Предварительное тестирование. 

Поглощение кислорода каждым испытуемым измерялось в течение последних 2 мин шести-девяти различных 10-минутных комплексов упражнений при постоянной мощности. Мощность, используемая в каждом сете, варьировалась от 39 до 87% от максимальной мощности VO2max. Кроме того, определялась мощность, которая истощала каждого испытуемого за 2-3 мин. Эти предварительные испытания проводились в 3-5 отдельных дней.

VO2max (Максимальное потребление кислорода). 

После того как в предварительных тестах была определена линейная зависимость между интенсивностью тренировки и стабильным потреблением кислорода, измерялось потребление кислорода в последних двух или трех 30-секундных интервалах во время нескольких схваток сверхмаксимальной интенсивности, которые длились 2-4 мин. Наибольшее значение VO2 определялось как VO2max испытуемого.

Анаэробная способность. 

Анаэробная способность - максимальный накопленный дефицит кислорода во время 2-3-минутной изнурительной велотренировки - определялась по методу Medbø et al.. Интенсивность нагрузки, вызывающей истощение в течение желаемой продолжительности (2-3 мин), определялась по результатам предварительного тестирования. В день измерения анаэробной способности испытуемые выполняли упражнения с заданной мощностью до истощения (определяемой как неспособность поддерживать скорость вращения педалей выше 85 об/мин).

Методы анализа. 

Фракции кислорода и углекислого газа в выдыхаемом воздухе измерялись с помощью масс-спектрометра (MGA-1100, Perkin-Elmer Cetus, Norwalk CT). Объем газа измеряли с помощью газометра (Shinagawa Seisakusho, Токио, Япония). Значения представлены как средние ± SD. Сравнение данных проводили с помощью парного t-теста. Уровень значимости для всех сравнений составлял P < 0,05.

Расчеты. 

Для каждого испытуемого линейные зависимости между потребностью в кислороде и мощностью (эксперимент 1: r = 0,997 ± 0,001, эксперимент 2: r = 0,998 ± 0,001) были установлены на основе измеренного устойчивого поглощения кислорода при различной мощности во время предварительных тестов. Параметры регрессии представлены в таблице 2. Параметры регрессии не изменялись в течение тренировочных периодов в эксперименте 1 и 2.

Потребность в кислороде в течение 2-3 минут изнурительной тренировки оценивалась путем экстраполяции этих зависимостей на мощность, используемую во время эксперимента. Накопленная потребность в кислороде определялась как произведение расчетной потребности в кислороде и продолжительности упражнения, а накопленное поглощение кислорода - как измеренное поглощение кислорода, интегрированное по продолжительности упражнения. Накопленный дефицит кислорода определялся как разница между этими двумя величинами.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Эксперимент 1.

После 6 недель тренировок анаэробная мощность не изменилась (рис. 1) (P > 0,10). Показатель VO2max значительно увеличился во время тренировки (рис. 2) (P < 0,01).

Эксперимент 2. 

Анаэробная мощность увеличилась на 23 % после 4 недель тренировок (P < 0,01, рис. 1). Она еще больше увеличилась к концу тренировочного периода. После окончания тренировочного периода анаэробная мощность достигла 77 ± 9 мл-кг, что на 28 % выше, чем до тренировки.

Через 3 недели тренировок VO2max значительно увеличилась на 5 ± 3 мл-кг-мин (P < 0,01, рис. 2). В последней части тренировочного периода она имела тенденцию к увеличению, но существенных изменений не наблюдалось. Конечная VO2max после 6 недель тренировок составила 55 ± 6 мл-кг-мин, что на 7 ± 1 мл-кг-мин выше предтренировочного значения.

ОБСУЖДЕНИЕ

Основным результатом данного исследования стало то, что 6 недель аэробных тренировок при 70% VO2max улучшили  VO2max на 5 мл-кг-мин у умеренно тренированных молодых мужчин, но анаэробная способность, определяемая по максимальному накопленному дефициту кислорода, не изменилась. 

Второй результат - 6 недель тренировок с использованием высокоинтенсивных интервальных изнуряющих упражнений улучшили VO2max на 7 мл-кг-мин и анаэробную способность на 28%.

Наблюдение в эксперименте 1, что анаэробная мощность не изменилась после 6 недель тренировок на выносливость умеренной интенсивности, но увеличилась VO2max, имеет несколько последствий. 

Во-первых, это свидетельствует о специфичности тренировок; аэробные тренировки не изменяют анаэробную способность. Поскольку на выработку лактата приходится около 75 % максимального анаэробного энерговыделения, для значительного улучшения анаэробной способности, вероятно, потребуется, чтобы испытуемые могли вырабатывать больше лактата после тренировки. Следовательно, для повышения анаэробной способности во время "анаэробных" тренировок необходимо увеличивать выработку лактата. Однако, поскольку концентрация лактата в крови во время тренировки была низкой (около 2 ммоль-л), большая часть анаэробной энергии, высвобождаемой во время тренировки, вероятно, происходит за счет распада фосфокреатина (PCr). Поэтому тренировочные сессии в эксперименте 1, вероятно, не сильно нагружали лактат-продуцирующую систему и, следовательно, не нагружали всю анаэробную систему высвобождения энергии в какой-либо значительной степени. Действительно, накопленный дефицит кислорода в течение первых минут тренировки при 70% VO2max составлял всего 37 ± 6% (N = 7) от максимального накопленного дефицита кислорода (данные не показаны).

Во-вторых, результаты эксперимента 1 подтверждают идею о том, что накопленный дефицит кислорода является специфической мерой максимального анаэробного энерговыделения. Благодаря увеличению VO2max после тренировочного периода испытуемые могли выполнять упражнения в течение более 6 мин при мощности, использовавшейся для предтренировочного 2-3-минутного теста на анаэробную мощность. Поэтому мощность упражнений в посттренировочном тесте анаэробной мощности была увеличена на 6 ± 3 %, чтобы каждый испытуемый выматывался за 2-3 мин. Однако на накопленный дефицит кислорода не повлияла более высокая мощность, использованная в посттренировочном тесте, что говорит о том, что этот субъект способен различать аэробное и анаэробное высвобождение энергии при разной мощности. Нельзя исключать и альтернативную интерпретацию, согласно которой анаэробная способность изменилась, но это изменение было затушевано смещением накопленного дефицита кислорода, однако полученные здесь результаты позволяют предположить, что последняя интерпретация менее вероятна.

Высокоинтенсивные интервальные тренировки в эксперименте 2 улучшили анаэробную способность на 28%. Медбё и Бургерс) сообщили, что 6 недель прерывистых (интервальных) тренировок (их группа B) увеличили анаэробную способность нетренированных мужчин на 16 %. 

Поскольку между двумя исследованиями нет четких различий в интенсивности тренировок, их продолжительности и количестве тренировочных схваток, количественные различия в повышении анаэробной мощности, вероятно, объясняются разницей между двумя исследованиями в величине анаэробного энерговыделения во время каждой тренировочной сессии. Пиковая концентрация лактата в крови после каждой тренировки в предыдущем исследовании составляла 69% от пиковой концентрации лактата в крови после 2-минутного изнурительного бега. Таким образом, анаэробный метаболизм, и особенно лактат-продуцирующая система, вероятно, не подвергались максимальной нагрузке. В отличие от этого, пиковая концентрация лактата в крови после прерывистой тренировки в данном исследовании не отличалась от значения, наблюдаемого после теста на анаэробную способность, в котором анаэробные системы высвобождения энергии были задействованы максимально. Кроме того, наши испытуемые выполняли упражнения до изнеможения, в то время как в предыдущем исследовании оценка воспринимаемой нагрузки(1) составляла всего 15 баллов ("тяжело"). 

Эта разница также может отражать набранный уровень анаэробного высвобождения энергии. Таким образом, эти результаты подтверждают нашу гипотезу о том, что чем выше анаэробное энерговыделение во время каждой тренировки, тем выше прирост анаэробной мощности после тренировочного периода.

В дополнение к анаэробной мощности прерывистые тренировки значительно увеличили VO2max в эксперименте 2. 

Насколько нам известно, это первое исследование, продемонстрировавшее увеличение как анаэробной мощности, так и максимальной аэробной мощности. Следует подчеркнуть, что во время последней части каждой тренировки потребление кислорода практически равнялось максимальному потреблению кислорода у каждого испытуемого (данные не показаны). Высокоинтенсивные прерывистые тренировки являются очень мощным средством повышения максимального потребления кислорода. Интересно отметить, что обнаруженное нами увеличение максимального поглощения кислорода практически идентично ожидаемому для прерывистых тренировок по Фоксу. Следовательно, протокол тренировок, использованный в эксперименте 2, может быть оптимальным с точки зрения улучшения как аэробной, так и анаэробной систем высвобождения энергии.

Интенсивные велотренировки могли повлиять на эффективность езды на велосипеде, что означает, что взаимосвязь между мощностью и VO2 могла измениться. Это изменение может повлиять на измерение анаэробной мощности, поскольку накопленный дефицит кислорода является расчетной величиной, предполагающей постоянный механический КПД. Однако наши испытуемые были достаточно хорошо знакомы с упражнениями на велосипеде благодаря многократному тестированию и экспериментам, поэтому соотношение между устойчивым потреблением кислорода и мощностью не менялось в течение тренировочных периодов. Поэтому данные о накопленном дефиците кислорода до и после тренировки должны быть сопоставимы.

Таким образом, данное исследование показало, что 6 недель тренировок на выносливость умеренной интенсивности не повлияли на анаэробную способность, но 6 недель высокоинтенсивных прерывистых (интервальных) тренировок (20 с упражнения, 10 с отдыха; интенсивность 170% VO2max) могут улучшить анаэробную способность и VO2max одновременно.

REFERENCES

1. Borg, G. Perceived exertion as an indicator of somatic stress. Scand. J. Rehabil. Med. 2-3:92-98, 1970.
2. Fox, E. Sport Physiology. Philadelphia: W.B. Saunders, 1979, pp. 226.
3. Hermansen, L., J. I. Medbo, A.-C. Mohn, I. Tabata, and R. Bahr. Oxygen deficit during maximal exercise of short duration. (Abstract).Acta Physiol. Scand. 121:39A, 1984.
4. Krogh, A. and J. Lindhard. The changes in respiration at the transition from work to rest. J. Physiol. 53:431-437, 1920.
5. Medbø, J. I. and S. Burgers. Effect of training on the anaerobic capacity. Med. Sci. Sports Exerc. 22:501-507, 1990.
6. Medbø, J. I., A.-C. Mohn, I. Tabata, R. Bahr, O. Vaage, and O. M. Sejersted. Anaerobic capacity determined by maximal accumulated O2 deficit. J. Appl. Physiol. 64:50-60, 1988.
7. Medbø, J. I. and I. Tabata. Relative importance of aerobic and anaerobic energy release during short-lasting exhaustive bicycle exercise. J. Appl. Physiol. 67:1881-1886, 1989.
8. Medbø, J. I. and I. Tabata. Anaerobic energy release in working muscle during 30 s to 3 min of exhausting bicycling.J. Appl. Physiol. 75:1654-1660, 1993.
9. Saltin, B., G. Blomqvist, J. H. Mitchell, R. L. Johnson, Jr., and C. B. Chapman. Responses to exercise after bed rest and after training. A longituinal study of adaptive changes in oxygen transport and body composition. Circulation 38 (Suppl. 7):1-78, 1968.
10. Taylor, H. L., E. Buskirk, and A. Henshel. Maximal oxygen intake as an objective measure of cardiorespiratory performance.J. Appl. Physiol. 8:73-80, 1955.