Потребление кислорода

Одна из характеристик степени тренированности спортсмена — его способность потреблять много кислорода под нагрузкой: чем больше, тем лучше. Однако, здесь много нюансов, о которых мы вам постараемся рассказать в доступной форме. И начнем с самых простых вещей.

Разница между потреблением кислорода и легочной вентиляцией
В специальной литературе, да и в Интернете, можно встретить словосочетание «легочная вентиляция». Это НЕ тоже самое, что потребление кислорода. Под легочной вентиляцией понимают расход воздуха через легкие, выраженный в литрах в минуту, а под потреблением кислорода - только то количество этого газа, которое легкие «забрали» для работы организма.

Исходная концентрация кислорода во вдыхаемом нами воздухе (в нормальном) составляет 20,9%. Нормальная концентрация кислорода в выдыхаемом воздухе считается равной 16,3% (мы не можем полностью использовать проходящий через легкие кислород). Однако, эта вторая цифра не постоянна — в некоторых случаях она может заметно отличаться от указанного значения в большую сторону (если организм мало забирает кислорода). Итак, в норме, мы способны забирать из воздуха до 4,6% кислорода (или меньше). Таким образом, потребление кислорода организмом как минимум в 22 раза меньше, чем легочная вентиляция, хотя оба показателя измеряются литрами в минуту.

Путь кислорода от легких к мышцам
Наши легкие пытаются «накачивать» кровь кислородом, а кровь доставляет этот кислород к работающим мышцам. Очевидно, кровь имеет предел насыщения, больше которого она в себя «впитать» не может. Этот предел связан с уровнем гемоглобина — чем он больше, тем больше кровь может в себя «впитать». Каждый грамм гемоглобина способен переносить около 1,3 мл кислорода (теоретический предел чуть выше, но он на практике не достигается). Нормально высокий (!) для здорового человека уровень гемоглобина у мужчин достигает 150-170 г/л, у женщин — 140-160 г/л. Таким образом каждый литр крови способен переносить до 180-220 мл кислорода.

Следующий фактор, лимитирующий доставку кислорода к тканям организма - способности сердца по перекачке крови. Этот предел определяется частотой сердечных сокращений (пульсом) и ударным объемом крови (тем количеством, которое выталкивается за одно сокращение). Здесь цифры примерно следующие. Средние соревновательные значения пульса для более-менее длительной нагрузки (для коротких расчеты не очень интересны, поскольку там работают немного другие законы) колеблется примерно на уровне 165-185 для молодых спортсменов и около 150-175 для ветеранов в возрасте 35-55 лет (в более старшем возрасте — еще чуть пониже). Максимальный пиковый пульс бывает выше; при самой грубой прикидке его принято рассчитывать по формуле «220 минус возраст». Однако, из опыта известно, что после достижения частоты сердечных сокращений (ЧСС) 190 уд/мин дальнейший рост пульса сопровождается снижением ударного объема (из-за возникновения «дефекта диастолы»), поэтому именно это значение принято использовать для определения пиковой расчетной производительности сердца, хотя иногда максимум достигается еще раньше.

Занятия спортом увеличивают производительность сердца

Ударный объем крови для среднестатистического мужчины составляет около 120 мл, для тренирующегося физкультурника — 130-160 мл, для квалифицированного спортсмена 170-180 мл, для элиты мирового спорта 190-220. Таким образом, объем кислорода, который может быть доставлен к мышцам в соревновательном режиме, колеблется у разных людей (физкультурников и спортсменов) в довольно широком диапазоне: примерно от 3 до 8 литров в минуту. Однако, значения более 7 л/мин встречаются крайне редко, как правило у крупных спортсменов элитного уровня в циклических видах спорта (эти цифры пока касаются только возможностей сердца).

Потребление кислорода мышцами
И вот, мы дошли до самого интересного... А сколько кислорода могут «кушать» мышцы? Оказывается, самые тренированные с точки зрения выносливости мышечные волокна окислительного типа (ОМВ) способны потреблять не более 300 мл в минуту на килограмм своей массы. Наименее выносливые гликолитические волокна (ГМВ) «едят» около 120 мл/мин. В среднем же, у хорошо тренированных спортсменов основные рабочие мышцы потребляют около 200 мл в минуту на каждый килограмм. Остается лишь понять, сколькими килограммами мышц мы работаем?

Наши мышцы неоднородны. Их волокна имеют разную степень тренированности

И тут во всей красе появляется разница между различными видами спорта. Если велосипедист работает в основном ногами, то, например, лыжник активно использует ноги, руки, спину и пресс. Разница в общей массе активно работающих мышц может быть более чем двукратной. При этом не трудно посчитать, что при потенциальной способности сердечно сосудистой системы доставлять мышцам 6 литров кислорода в минуту (это уровень олимпийцев), «накормить» можно не более 30 кг мышц. Вот и приходится выбирать, где эти килограммы выгоднее использовать.

Если велосипедист вполне может себе позволить 30 кг активной мышечной массы в ногах, то лыжнику такая роскошь не позволительна — ему нужно кормить кислородом также руки, спину и пресс. Отсюда и спортивная морфология (различия в составе тела у спортсменов, представляющих разные виды спорта). А теперь, обещанный разговор о нюансах...

Где ваше слабое место
Если сердце некоего индивидуума способно обеспечить поступление к мышцам 3 л кислорода в минуту, то при среднем уровне тренированности этого хватит примерно на 20 кг активно работающих мышц. Для человека средних габаритов, увлеченного бегом (любителя) этого хватит за глаза. Но если речь идет о раскачанном бодибилдере, вставшем на беговые лыжи, то перемещаться ему будет крайне сложно даже классическим стилем. Задыхаться будет.

Теперь обратный пример. Если лыжник, отчаявшийся от постоянного пролета мимо подиума, имеющий производительность сердца 5,5 л/мин, решит уйти в велоспорт, то он имеет шансы стать там звездой мирового или как минимум национального уровня... если только сможет накачать мышцы ног и затем их правильно «окислить», так чтобы потребление кислорода мышцами ног увеличилось с нормальных для лыжного спорта 4 л/мин до нормальных велосипедных 5,5 л/мин. Желательно, правда, при этом немного согнать лишние мышцы в верхней части тела, но это уже нюансы.

Можно привести примеры из профессионального спорта, когда победителя крупного турнира дисквалифицируют за использование кровяного допинга. Таким путем спортсмен ощутимо повысил себе уровень гемоглобина, увеличив объем кислорода, который переносит его кровь.

Как видим, довольно простая арифметика помноженная на довольно не простое лабораторное тестирование спортсмена позволяет оценить, чего не хватает для достижения желаемого уровня результатов. Однако, самого главного мы Вам пока так и не сказали...

Абсолютные или относительные показатели
Еще один нюанс состоит в том, что далеко не всегда имеют смысл абсолютные показатели. Скажем, спортсмен массой 120 кг, имеющий МПК 5 л/мин, в большинстве случаев уступит спортсмену массой 60 кг, имеющему МПК 4 л/мин. В тех случаях, когда состязание НЕ связано с преодолением силы земного притяжения или резкими разгонами и торможениями, перевес часто оказывается на стороне того спортсмена, у кого больше абсолютные показатели мощности и потребления кислорода. Но если предстоит куда-то подниматься или разгоняться, сильнее оказывается тот, кто имеет хорошие удельные показатели, отнесенные к собственному весу. Особенно это наглядно в велоспорте, где есть крупные мускулистые спринтеры с высокими абсолютными показателями и легкие «горняки» — легкие и сухие, с хорошими относительными показателями. Также можно сравнить бегунов на длинные дистанции и гребцов. Если в марафонском беге «нечего ловить» большим и сильным, то в гребле «отдыхают» «мелкие» и сухие.

Там, где правят бал удельные характеристики (относительное потребление кислорода, выраженное в миллилитрах в минуту на килограмм массы тела), ориентироваться можно на следующие цифры (приблизительно, поскольку результаты зависят от методики тестирования):

> 80 мл/кг мин - мировая элита (призеры) в лыжных гонках, велоспорте, легкой атлетике,
70-80 мл/кг мин - уровень национальных сборных в циклических видах спорта,
60-70 мл/кг мин - высокий уровень для игровых видов спорта и единоборств,
50-60 мл/кг мин - спортсмены-любители (циклики), молодые спортсмены,
45-50 мл/кг мин - сильные физкультурники,
35-40 мл/кг мин - мужчины среднего возраста.

В лыжных гонках достигаются максимальные удельные МПК.

А причем тут максимум?
Хотя при прохождении тестирования многие обращают внимание на максимальное потребление кислорода (МПК) и максимальную алактатную мощность, которую способен выдать спортсмен, чаще всего в циклических видах спорта успех определяют совсем не эти максимальные показатели. Куда важнее оказывается потребление кислорода (ПК) на уровне ПАНО (порога анаэробного обмена) и соответствующая этому порогу мощность. Ведь, если МПК указывает на кратковременные возможности организма, то ПК на уровне ПАНО говорит о той работе, которую спортсмен способен выдавать в течение длительного времени. Поэтому, для спринтеров важно знать МПК и максимальную алактатную мощность, а для для стайеров (дистанционщиков) — важнее ПК на уровне ПАНО и мощность на этом режиме. Кроме того, различают также ПК на уровне аэробного порога (АэП) и мощность, соответствующую этому режиму работы.

Отношение ПК на уровне АнП (анаэробного порога) к максимальному потреблению кислорода (МПК) показывает, насколько хорошо у спортсмена «окислены» его основные действующие мышцы (сколь велика в них масса митохондрий). Чем ближе ПК на уровне АнП к значению МПК, тем выше выносливость. Эта относительная величина также зависит от многих факторов: вида спорта, используемых в работе мышц (ноги, руки и т.д.) и даже методики тестирования.

Ориентировочно можно говорить примерно о следующем:

ПК на АнП > 85% от уровня МПК - выдающийся уровень «проработки» (окисления) мышц,
75-80% - высокий уровень «проработки» (окисления) мышц,
65-70% - средний уровень,
менее 50% - низкий уровень

Потребление кислорода

Одна из характеристик степени тренированности спортсмена — его способность потреблять много кислорода под нагрузкой: чем больше, тем лучше. Однако, здесь много нюансов, о которых мы вам постараемся рассказать в доступной форме. И начнем с самых простых вещей.

Разница между потреблением кислорода и легочной вентиляцией
В специальной литературе, да и в Интернете, можно встретить словосочетание «легочная вентиляция». Это НЕ тоже самое, что потребление кислорода. Под легочной вентиляцией понимают расход воздуха через легкие, выраженный в литрах в минуту, а под потреблением кислорода - только то количество этого газа, которое легкие «забрали» для работы организма.

Исходная концентрация кислорода во вдыхаемом нами воздухе (в нормальном) составляет 20,9%. Нормальная концентрация кислорода в выдыхаемом воздухе считается равной 16,3% (мы не можем полностью использовать проходящий через легкие кислород). Однако, эта вторая цифра не постоянна — в некоторых случаях она может заметно отличаться от указанного значения в большую сторону (если организм мало забирает кислорода). Итак, в норме, мы способны забирать из воздуха до 4,6% кислорода (или меньше). Таким образом, потребление кислорода организмом как минимум в 22 раза меньше, чем легочная вентиляция, хотя оба показателя измеряются литрами в минуту.

Путь кислорода от легких к мышцам
Наши легкие пытаются «накачивать» кровь кислородом, а кровь доставляет этот кислород к работающим мышцам. Очевидно, кровь имеет предел насыщения, больше которого она в себя «впитать» не может. Этот предел связан с уровнем гемоглобина — чем он больше, тем больше кровь может в себя «впитать». Каждый грамм гемоглобина способен переносить около 1,3 мл кислорода (теоретический предел чуть выше, но он на практике не достигается). Нормально высокий (!) для здорового человека уровень гемоглобина у мужчин достигает 150-170 г/л, у женщин — 140-160 г/л. Таким образом каждый литр крови способен переносить до 180-220 мл кислорода.

Следующий фактор, лимитирующий доставку кислорода к тканям организма - способности сердца по перекачке крови. Этот предел определяется частотой сердечных сокращений (пульсом) и ударным объемом крови (тем количеством, которое выталкивается за одно сокращение). Здесь цифры примерно следующие. Средние соревновательные значения пульса для более-менее длительной нагрузки (для коротких расчеты не очень интересны, поскольку там работают немного другие законы) колеблется примерно на уровне 165-185 для молодых спортсменов и около 150-175 для ветеранов в возрасте 35-55 лет (в более старшем возрасте — еще чуть пониже). Максимальный пиковый пульс бывает выше; при самой грубой прикидке его принято рассчитывать по формуле «220 минус возраст». Однако, из опыта известно, что после достижения частоты сердечных сокращений (ЧСС) 190 уд/мин дальнейший рост пульса сопровождается снижением ударного объема (из-за возникновения «дефекта диастолы»), поэтому именно это значение принято использовать для определения пиковой расчетной производительности сердца, хотя иногда максимум достигается еще раньше.

Занятия спортом увеличивают производительность сердца

Ударный объем крови для среднестатистического мужчины составляет около 120 мл, для тренирующегося физкультурника — 130-160 мл, для квалифицированного спортсмена 170-180 мл, для элиты мирового спорта 190-220. Таким образом, объем кислорода, который может быть доставлен к мышцам в соревновательном режиме, колеблется у разных людей (физкультурников и спортсменов) в довольно широком диапазоне: примерно от 3 до 8 литров в минуту. Однако, значения более 7 л/мин встречаются крайне редко, как правило у крупных спортсменов элитного уровня в циклических видах спорта (эти цифры пока касаются только возможностей сердца).

Потребление кислорода мышцами
И вот, мы дошли до самого интересного... А сколько кислорода могут «кушать» мышцы? Оказывается, самые тренированные с точки зрения выносливости мышечные волокна окислительного типа (ОМВ) способны потреблять не более 300 мл в минуту на килограмм своей массы. Наименее выносливые гликолитические волокна (ГМВ) «едят» около 120 мл/мин. В среднем же, у хорошо тренированных спортсменов основные рабочие мышцы потребляют около 200 мл в минуту на каждый килограмм. Остается лишь понять, сколькими килограммами мышц мы работаем?

Наши мышцы неоднородны. Их волокна имеют разную степень тренированности

И тут во всей красе появляется разница между различными видами спорта. Если велосипедист работает в основном ногами, то, например, лыжник активно использует ноги, руки, спину и пресс. Разница в общей массе активно работающих мышц может быть более чем двукратной. При этом не трудно посчитать, что при потенциальной способности сердечно сосудистой системы доставлять мышцам 6 литров кислорода в минуту (это уровень олимпийцев), «накормить» можно не более 30 кг мышц. Вот и приходится выбирать, где эти килограммы выгоднее использовать.

Если велосипедист вполне может себе позволить 30 кг активной мышечной массы в ногах, то лыжнику такая роскошь не позволительна — ему нужно кормить кислородом также руки, спину и пресс. Отсюда и спортивная морфология (различия в составе тела у спортсменов, представляющих разные виды спорта). А теперь, обещанный разговор о нюансах...

Где ваше слабое место
Если сердце некоего индивидуума способно обеспечить поступление к мышцам 3 л кислорода в минуту, то при среднем уровне тренированности этого хватит примерно на 20 кг активно работающих мышц. Для человека средних габаритов, увлеченного бегом (любителя) этого хватит за глаза. Но если речь идет о раскачанном бодибилдере, вставшем на беговые лыжи, то перемещаться ему будет крайне сложно даже классическим стилем. Задыхаться будет.

Теперь обратный пример. Если лыжник, отчаявшийся от постоянного пролета мимо подиума, имеющий производительность сердца 5,5 л/мин, решит уйти в велоспорт, то он имеет шансы стать там звездой мирового или как минимум национального уровня... если только сможет накачать мышцы ног и затем их правильно «окислить», так чтобы потребление кислорода мышцами ног увеличилось с нормальных для лыжного спорта 4 л/мин до нормальных велосипедных 5,5 л/мин. Желательно, правда, при этом немного согнать лишние мышцы в верхней части тела, но это уже нюансы.

Можно привести примеры из профессионального спорта, когда победителя крупного турнира дисквалифицируют за использование кровяного допинга. Таким путем спортсмен ощутимо повысил себе уровень гемоглобина, увеличив объем кислорода, который переносит его кровь.

Как видим, довольно простая арифметика помноженная на довольно не простое лабораторное тестирование спортсмена позволяет оценить, чего не хватает для достижения желаемого уровня результатов. Однако, самого главного мы Вам пока так и не сказали...

Абсолютные или относительные показатели
Еще один нюанс состоит в том, что далеко не всегда имеют смысл абсолютные показатели. Скажем, спортсмен массой 120 кг, имеющий МПК 5 л/мин, в большинстве случаев уступит спортсмену массой 60 кг, имеющему МПК 4 л/мин. В тех случаях, когда состязание НЕ связано с преодолением силы земного притяжения или резкими разгонами и торможениями, перевес часто оказывается на стороне того спортсмена, у кого больше абсолютные показатели мощности и потребления кислорода. Но если предстоит куда-то подниматься или разгоняться, сильнее оказывается тот, кто имеет хорошие удельные показатели, отнесенные к собственному весу. Особенно это наглядно в велоспорте, где есть крупные мускулистые спринтеры с высокими абсолютными показателями и легкие «горняки» — легкие и сухие, с хорошими относительными показателями. Также можно сравнить бегунов на длинные дистанции и гребцов. Если в марафонском беге «нечего ловить» большим и сильным, то в гребле «отдыхают» «мелкие» и сухие.

Там, где правят бал удельные характеристики (относительное потребление кислорода, выраженное в миллилитрах в минуту на килограмм массы тела), ориентироваться можно на следующие цифры (приблизительно, поскольку результаты зависят от методики тестирования):

> 80 мл/кг мин - мировая элита (призеры) в лыжных гонках, велоспорте, легкой атлетике,
70-80 мл/кг мин - уровень национальных сборных в циклических видах спорта,
60-70 мл/кг мин - высокий уровень для игровых видов спорта и единоборств,
50-60 мл/кг мин - спортсмены-любители (циклики), молодые спортсмены,
45-50 мл/кг мин - сильные физкультурники,
35-40 мл/кг мин - мужчины среднего возраста.

В лыжных гонках достигаются максимальные удельные МПК. Фото с сайта fis-ski.com

А причем тут максимум?
Хотя при прохождении тестирования многие обращают внимание на максимальное потребление кислорода (МПК) и максимальную алактатную мощность, которую способен выдать спортсмен, чаще всего в циклических видах спорта успех определяют совсем не эти максимальные показатели. Куда важнее оказывается потребление кислорода (ПК) на уровне ПАНО (порога анаэробного обмена) и соответствующая этому порогу мощность. Ведь, если МПК указывает на кратковременные возможности организма, то ПК на уровне ПАНО говорит о той работе, которую спортсмен способен выдавать в течение длительного времени. Поэтому, для спринтеров важно знать МПК и максимальную алактатную мощность, а для для стайеров (дистанционщиков) — важнее ПК на уровне ПАНО и мощность на этом режиме. Кроме того, различают также ПК на уровне аэробного порога (АэП) и мощность, соответствующую этому режиму работы.

Отношение ПК на уровне АнП (анаэробного порога) к максимальному потреблению кислорода (МПК) показывает, насколько хорошо у спортсмена «окислены» его основные действующие мышцы (сколь велика в них масса митохондрий). Чем ближе ПК на уровне АнП к значению МПК, тем выше выносливость. Эта относительная величина также зависит от многих факторов: вида спорта, используемых в работе мышц (ноги, руки и т.д.) и даже методики тестирования.

Ориентировочно можно говорить примерно о следующем:

ПК на АнП > 85% от уровня МПК - выдающийся уровень «проработки» (окисления) мышц,
75-80% - высокий уровень «проработки» (окисления) мышц,
65-70% - средний уровень,
менее 50% - низкий уровен

Методы улучшения процесса доставки кислорода

  

Доставка кислорода к работающим мышцам является наиболее важным компонентом в упражнениях аэробного характера и, таким образом, транспортировка кислорода является основным лимитирующим фактором для видов спорта, связанных с проявлением выносливости. Специалисты, связанные со спортом, изыскивают разнообразные способы улучшения транспортировки кислорода с тем, чтобы улучшить спортивные достижения. Некоторые из них, такие как горная подготовка или иные условия, связанные с гипоксией этически вполне приемлемы. Другие же, связанные с медицинскими клиническими манипуляциями, являются запрещенными в спортивной практике. В данной статье Председатель медицинской и анти-допинговой комиссии ИААФ обсуждает разнообразные методы увеличения кислородного обеспечения работающих мышц, применяемые в практике или находящиеся в стадии разработки. Он  анализирует развитие этих методов в спортивной практике, а также информирует о возможном риске при применении запрещенных субстанций и способов обнаружения их в организме спортсмена. В заключение J.M.Alonso выражает удовлетворение практикой  мероприятий, проводимых в системе антидопинга.
Доктор Juan Manuel Alonso родился в 1962 году в Мадриде Испания. Он получил образование в Университете Мадрида по специальности «Спортивная медицина». С 1988 года он сотрудничает с испанской федерацией легкой атлетики (RFEA), а  c 1996 года возглавляет медицинский отдел федерации. В 2003 году доктор J.M.Alonso назначен председателем Медицинской и Антидопинговой комиссии ИААФ.
Введение
Доставка кислорода к работающим мышцам является наиболее важным фактором обеспечения работоспособности в упражнениях, связанных с проявлением максимальной и субмаксимальной мощности. Транспортировку кислорода к  работающим мышцам обеспечивает система кровеносных сосудов. Кислород доставляется посредством диффузии в плазме крови (3%) и в соединении  с гемоглобином Hb (97%).
Увеличение насыщения крови кислородом возможно следующими путями: повышение концентрации Hb или увеличения емкости Hb, используя стимулирующие эффекты, а также применяя возможные заменители Hb. Применяя вышеназванные способы, снабжение кислородом улучшается и мышцы работают более продуктивно, позволяя достигать лучших результатов.
Внимание спортсменов, тренеров и специалистов спорта сосредоточено на способах улучшения качества выносливости при изменении содержания кислорода в транспортируемой крови. Некоторые из таких методов приемлемы, другие же являются запрещенными в легкой атлетике и других видах спорта. Автор данной статье поддерживает современные правила анти-допинга и осуждает  искусственные запрещенные методы повышения работоспособности спортсменов.
Целью представленного исследования является анализ методов и препаратов, повышающих содержание кислорода в крови. Автор описывает развитие взглядов на данную проблему, эффективность применяемых средств и возможность риска при их применении и выражает надежду, что данная информация будет способствовать усилению борьбы с допингом.
Прямое воздействие гемоглобина (Hb)
Улучшение кислородного обеспечения непосредственным воздействием на Hb для увеличения количества красных кровяных телец (RBC)  или модифицируя возможности Hb для повышения объема связываемого кислорода.
1.1 Трансфузия крови
Идея использования метода трансфузии крови возникла в 1970 годах. Использование «кровяного допинга»  в беге на длинные дистанции, велогонках, лыжном спорте и биатлоне началось с Олимпийских игр 1972 года. В 1976 году  медицинская комиссия Олимпийского комитета формально осудила применение этого метода, но практика его использования продолжалась. Только после откровения сделанного Олимпийским комитетом США  в том, что семь членов команды США в 1984 использовали «кровяной допинг» этот метод был запрещен.
«Кровяной допинг» введен в список запрещенных манипуляций с любым видом крови как собственной, так и посторонней, а также с препаратами, содержащими эритроциты, плазму крови или иные ингредиенты.
В случае аутогемотрансфузии несколько порций крови  (обычно ~450мл) забирается из вены спортсмена. Затем эритроциты разделяются и сохраняются для последующего введения в организм  атлета. При температуре 4 град С эритроциты могут сохраняться в течение 35-42 дней. При температуре -65град С в глицерине они могут сохраняться до 10 лет. Если сохранение забранной крови производится при температуре 4 град С, то максимальное ее сохранение не более 42 дней и в этот срок необходимо ее использовать для обратной инъекции. Однако в течение этого срока костный мозг полностью не успевает восстановить весь дефицит потерянных эритроцитов, поэтому такой способ сохранения крови атлета не является оптимальным. Другой же способ конечно намного эффективнее, но требует специального оборудования и более дорог.
Обычно введение забранной предварительно крови производится от 1 до 7 дней до основного соревнования.
Считается, что метод аутогетрансфузии не является в полной мере безопасным, возможные ошибки при хранении могут привести к серьезным нарушениям здоровья атлета. Спортсмены также подвергаются риску внесения бактериальной инфекции в процессе медицинских манипуляций.
В случае простого дополнительного переливания крови спортсмены должны искать специальные центры или банки сохранения крови, которые могут представить им кровь, сохраняемую в течение не более 42 дней. Зачастую в некоторых странах получение крови является проблемой, т.к. она предпочтительно предоставляется соответствующим больным.
Существует также определенный риск заражения гепатитом В или С, а также ВИЧ инфекцией. Возможны также побочные явления, связанные с медицинскими манипуляциями – это повышение температуры и различные болевые ощущения.
В настоящее время намечен определенный прогресс в определении применения «кровяного допинга». Обнадеживающие результаты получены в использовании цитометрического метода, основанного на определении антител в результате появления различных групп эритроцитов. Однако определение аутогемотранфузии не является достаточно разработанным методом и требует дополнительных исследований.
В элитном спорте впервые на Олимпийских играх 2002 года использовался метод аутогемотрансфузии с использованием рекомбинантного эритропотеина (rHuEPO).
1.2 Внешние факторы, способствующие более эффективному производству компонентов крови
Естественным  стимулятором роста предшественников  клеток крови в костном мозге является ЭРО (эритропоэтин – гормон, регулирующий кроветворение), который связан с явлением гипоксии. Существуют несколько способов стимулировать производство ЭРО. Повышение количества эритроцитов достигается введением rHuEPO или однотипных продуктов, таких как капсулированного ЭРО или его имитаций, которые могут быть приобретены в медицинских магазинах.
1.2.1 Высокогорье и иные гипоксические воздействия
Известно, что гипоксия стимулирует эритропоэз, увеличивая, таким образом, массу Hb и количество красных кровяных телец и снижая общую величину плазмы крови. Начиная с 1968 года, когда Олимпийские игры проводились в Мексике, значительное количество исследований было проведено с целью определения воздействия нахождения в высокогорье на эффективность результатов, связанных с аэробной производительностью. Однако к настоящему времени все еще нет единого мнения по методологии подготовки с использованием высокогорья.
Levine et al  в 1969 году представили концепцию, которая получила название «жить наверху – тренироваться внизу», выражающуюся в том, что спортсмены постоянно находятся на высоте 2000-2700 метров над уровнем моря, а тренируются на высоте 1000 метров или ниже. Считается, что проживание на высоте повышает уровень ЭРО, массу эритроцитов и количество гемоглобина. Это повышает возможности кроветворения и  успешность тренировок и соревнований на уровне моря за счет повышения уровня максимального потребления кислорода (VO2max).
В последние годы спортсмены используют несколько различных способов, понижения гипоксии, которые соответствуют принципу «жить наверху – тренироваться внизу». Такие методы можно классифицмровать следующим образом: (1)нормобарическая гипоксия с использованием понижения парциального давления кислорода (достигается добавлением азота в изолированном помещении), (2) различные кислородные добавки, (3) сон в гипоксических условиях, (4) задержка  дыхания.
Использование «высотных помещений» впервые было применено в Финляндии в 1990 годах, а затем распространилось по всему миру. Такие помещения позволяют создать условия аналогичные нахождению на высоте 2000 – 3000 метров над уровнем моря и следовать, таким образом, принципу «жить наверху – тренироваться внизу». Различные исследования полагают, что этот метод способствует повышению количества и массы эритроцитов, однако не все исследователи подтверждают такой факт. В некоторых наблюдениях отмечается, что при использовании такого метода повышаются также анаэробные возможности атлетов.
Использование кислородных добавок  в условиях гипоксии в настоящее время недостаточно изучено и требует дополнительных исследований.
Спортсмены, занимающиеся видами спорта, связанными с проявлением выносливости, в последнее время используют различные приспособления, обеспечивающие гипоксию в условиях сна. Обычно они выглядят как специальные палатки и производят условия, соответствующие высоте до 4000 метров над уровнем моря. К настоящему времени нет опубликованных работ по эффективности воздействия этого метода на систему кроветворения и аэробную производительность.
Использование различных приемов по задержке дыхания в различные периоды отдыха и тренировочных занятий применяется некоторыми спортсменами, но нет достоверных свидетельств об эффективности данного  метода. Некоторые данные косвенно говорят о повышении анаэробной мощности и анаэробной производительности, вопрос этот требует дополнительного исследования.
Считается, что использование различных приспособлений, создающих  гипоксические условия, неприменимо по этическим соображениям. Известен факт, что применение таких устройств было запрещено организаторами Олимпийских игр 2000 года в Сиднее. Однако обоснований для такого запрета представлено не было. Олимпийский комитет Норвегии выступил с заявлением, в котором обосновал, что применение таких устройств не является нарушением этического характера. 
1.2.2 Применение рекомбинантного эритропоэтина (rHuEPO)
Эритропоэтин (греч.erythros – красный + poietikos – создающий, производящий) – гормон, стимулирующий созревание и дифференцировку эритроцитов. В 1974 году Международной комиссией по биохимической номенклатуре включен в список пептидных гормонов, полученных в чистом виде. В организме  содержание ЭРО регулируется гипоксией. Он генерируется в основном почками и около 10% может производиться печенью. Содержание этого гормона в плазме от 2ui/l  до 24ui/l, у 95% людей его содержание соответствует 6-10 ui/l. Процесс созревания эритроцитов под воздействием ЭРО занимает от 5 до 9 дней.
Развитие рекомбинатной техники производства ЭРО методом клонирования привел к производству rHuEPO в 1985году. В Европе этот препарат появился в 1987 году, а в США в 1989г. В клинической практике его применяют при анемии, вызываемой почечной недостаточностью, а также при значительных потерях крови после различных операций. Более 500 000 пациентов в мире нуждаются в получении rHuEPO по различным показаниям.
Существуют несколько модификаций rHuEPO, используемых как в практике, так и находящихся в процессе исследований. Определено, что в спортивной практике этот препарат появился в 1988 году на зимних Олимпийских играх в Калгари. Запрещенное использование rHuEPO c целью повышения работоспособности применяется в виде инъекций вводимого препарата при дозах от 200 до 250 ui на килограмм веса атлета, при  этом спортсмену дополнительно вводятся препараты железа. Такая практика может продолжаться в течение нескольких недель при 1-2 инъекциях в неделю.
Достаточно трудно объективно определить наличие rHuEPO  в организме спортсмена. Хотя спортивная литература подтверждает использование этого препарата атлетами международного уровня, настоящих научных разработок, подтверждающих этот факт пока очень мало. Scarpino et al  провели опрос 1015 итальянских спортсменов с целью  выявления употребления приема rHuEPO  или  медицинских манипуляций с кровью. 7% атлетов подтвердили, что они регулярно используют такие методы, а 25% отметили, что они используют их от случая к случаю. Однако международный антидопинговый контроль считает, что лишь 3-6% спортсменов международного уровня применяют такие методы в своей практике.
Существует мнение,  что применение «кровяного допинга» с использованием rHuEPO  привело к смерти голландского велосипедиста в 1990 году. В то время использование этого препарата было совершенно бесконтрольным и достигало запредельных величин, которые вызывали дегидратацию и вели к образованию тромбозов. В настоящее время использование rHuEPO более обосновано, но все же связано с определенным риском.
Повышенная вязкость крови (Hct > 52% и 55% для женщин и мужчин соответственно) вызывается применением rHuEPO, что может вести к образованию тромбозов у некоторых атлетов. Возможно, наличие таких тромбозов может быть причиной определенных заболеваний и даже смерти. Дополнительное наличие введенного препарата может   вызывать повышение систолического давления при физических нагрузках, а также возможного появления дополнительных антител и некоторых иных нежелательных реакций.
Международный Олимпийский Комитет (МОК) официально запретил в 1989 году использование rHuEPO, введя новый класс пептидных гормонов и их аналогов. С тех пор используются специальные  косвенные методы определения введенных препаратов в крови спортсмена, а также  методы прямого обнаружения собственного эритропотеина и введенного рекомбинантного. В практике антидопинг-контроля используются методы анализа крови и мочи спортсменов, при этом в условиях внесоревновательного и предсоревновательго контроля применяются оба метода. На соревнованиях используются метод тестирования мочи, как это было на Чемпионате мира по легкой атлетике в Париже, однако при совершенствовании этого метода он будет введен в практику всего тестирования.
1.2.3 Другие эритропоэтины, ЭРО пептиды и ЭРО заменители
Использование rHuEPO с внутривенными и подкожными инъекциями достаточно болезненный процесс, поэтому в настоящее время в процессе разработки различные новые методы введения этого препарата. В стадии разработки находится метод таблетированного приема препарата. Другим направлением является введение rHuEPO методом генной инженерии. Такие опыты  в настоящее время проводятся на грызунах и обезьянах. Пациенты смогут использовать эти методы лишь при обеспечении полных гарантий безопасности. Использование заменителей EPO в медицине необходимо и представляется перспективным, однако в спорте  при проведении контроля их определение  будет возможным, т.к они не являются естественным продуктом жизнедеятельности человека.
 2  Иные способы доставки кислорода
2.1 Носители кислорода на основе гемоглобина (HBOCs)
Интенсивные поиски по улучшению возможностей доставки кислорода к работающим мышцам проводятся многочисленными группами исследователей. Экстракты гемоглобина из различных субстанций известны в настоящее время. Вполне возможно применение таких препаратов в практике спорта, поэтому они запрещены. В организме такие препараты могут находиться ограниченное время (12-24 часа) и не проявляются в моче. Предполагается, что на Олимпийских играх 2004 года в Афинах при проведении анализа крови будет также определяться наличие HBOCs.
2.2 Заменители крови
Заменители крови разрабатывались в период 2-ой мировой войны и начали использоваться в медицине с 1966 года. Они представляют собой синтетические жидкости, способные растворять кислород. Однако емкость их недостаточна и для наиболее эффективного их применения  необходимо   дополнительно вдыхать  кислород. Продукты кровезаменителей не выводятся из организма посредством мочи и определение их применения возможно лишь при исследовании выдыхаемого воздуха и анализа крови. В списках Анти-допинговых препаратов этот метод также определяется как запрещенный.
Заключение
В настоящее время используются и находятся в стадии разработки значительное количество способов увеличения возможности доставки кислорода к мышцам человека и способных,   таким образом, улучшить результативность в спортивной деятельности. В медицинской практике они достаточно широко применимы, но по этическим соображениям запрещены в спорте. К сожалению, некоторые спортсмены, возможно под воздействием тренеров, физиологов и медицинских работников, избирают неверный путь, который может привести к неизвестным последствиям использования запрещенных препаратов и методов.
Автор данной статьи твердо выражает свое осуждение искусственному методу повышения результатов в спорте и надеется, что представленная информация поможет  общей борьбе с допингом.  
(Перевод Эдвина Озолина)
 

Потребление кислорода. (Важность МПК)

  

 

Рис. 1. Зависимость спортивных
результатов от величены максимального
потребления кислорода

Прежде чем приступить к тренировочным программам, необходимо в первую очередь определить профиль способности спортсмена.
Профиль способности гребца – это показатели, которыми должен обладать спортсмен для достижения спортивных результатов.
К ним относятся: сердечно-сосудистая система, выносливость, сила, психика, антропометрические данные. При переходе к высшему спортивному мастерству к спортсмену добавляется требование к работе на эргометре и показателям транспортировки кислорода.

Рис. 2. Система транспорта кислорода в ткани
1. – легкие; 2 – красные кровяные клетки;
3. – сердце; 4. — мышцы

Из атмосферы организм получает 21% кислорода. С воздухом он попадает в легкие, далее насыщенная кислородом кровь поступает через сердце в артерии и далее в капилляры. По капиллярам кровь достигает мышечных волокон и передает кислород мышечным клеткам. В клетках кислород участвует в производстве энергии. При выполнении данной работы задействованы три системы: кровь, сердце и мышцы.В крови лимитирующим моментом может быть кислородная емкость крови. Этот фактор зависит от общего объема крови и содержания в ней красных кровяных телец, содержащих гемоглобин, который и является носителем кислорода в крови.

Рис. 3. Величины максимального потребления кислорода в зависимости от величины ударного объема сердца.

Третьим лимитирующим фактором могут быть мышцы. Для их развития необходимо использовать различные виды тренировочных программ, как на длинных дистанциях, так и интервальные тренировки.Работая на длинных дистанциях, у спортсмена развиваются мышечные ткани, капиллярная плотность мышц, увеличивается инзимная активность, увеличивается число митохондрий в клетке. Все это позволяет увеличить окислительную способность организма, повысить уровень аэробного и анаэробного порогов.
Интервальные тренировки способствуют увеличению ударного объема сердца, улучшают сердечно – сосудистую систему. Если мы обратимся к таблице 1., то видно, что в зависимости от пола, квалификации, уровень МПК будет различным. Данные, полученные Хагерманом (таблица 2), показали, что у 25 гребцов-участников Олимпийских игр 280г. при средней мощности с 392 Вт имеют среднюю величину МПК 5,63 литр/мин.

Таблица 1. Показатели энергообеспечения в 6-ти минутном тесте на гребном эргометре у различной категории гребцов число гребцов время работы мощность работы МПК максимальное поглощение кислорода категория гребца п мин Вт литр мин мл/кг-мин 503 6 374 6.1 68.9 муж. Тяж. Вес. 120 6 358 5.1 7.1 муж. Лег. Вес. 120 6 340 4.8 60.3 женщины

Таблица 2. Показатели энергообеспечения в 6-ти минутном тесте На эргометре у 25 гребцов – участников Олим. Игр- 80г. (средние величины) Показатели величина средняя диапазон Макс. Потр. Кис. (МПК) Литр/мин 5.63 4.6 — 6.16 А.Т. % 83.5 72.8 — 90.0 УО2 Литр/мин 4.77 3.50 — 5.43 ЧСС Уд/мин 183 167 — 208 Мощность Вт 392 347 — 420

Исследования показали, что наибольшие величины МПК имеют велосипедисты — шоссейники. Имеются данные о том, что в начале сезона у них имеются высокие показатели МПК, которые к концу сезона снижаются. Очевидно, это потому, что в подготовительном периоде они много выполняют работы на лыжах, в беге. Что создает предпосылки для увеличения МПК. В соревновательном периоде МПК снижается, так как спортсмены переходят на более скоростные режимы работы. Такая динамика типична для любителей – велосипедистов. Иная картина у профессионалов. Величена МПК с начала подготовительного периода постепенно повышается и достигает пика на соревновательном этапе. 

Потребление кислорода

Одна из характеристик степени тренированности спортсмена — его способность потреблять много кислорода под нагрузкой: чем больше, тем лучше. Однако, здесь много нюансов, о которых мы вам постараемся рассказать в доступной форме. И начнем с самых простых вещей.

Разница между потреблением кислорода и легочной вентиляцией
В специальной литературе, да и в Интернете, можно встретить словосочетание «легочная вентиляция». Это НЕ тоже самое, что потребление кислорода. Под легочной вентиляцией понимают расход воздуха через легкие, выраженный в литрах в минуту, а под потреблением кислорода - только то количество этого газа, которое легкие «забрали» для работы организма.

Исходная концентрация кислорода во вдыхаемом нами воздухе (в нормальном) составляет 20,9%. Нормальная концентрация кислорода в выдыхаемом воздухе считается равной 16,3% (мы не можем полностью использовать проходящий через легкие кислород). Однако, эта вторая цифра не постоянна — в некоторых случаях она может заметно отличаться от указанного значения в большую сторону (если организм мало забирает кислорода). Итак, в норме, мы способны забирать из воздуха до 4,6% кислорода (или меньше). Таким образом, потребление кислорода организмом как минимум в 22 раза меньше, чем легочная вентиляция, хотя оба показателя измеряются литрами в минуту.

Путь кислорода от легких к мышцам
Наши легкие пытаются «накачивать» кровь кислородом, а кровь доставляет этот кислород к работающим мышцам. Очевидно, кровь имеет предел насыщения, больше которого она в себя «впитать» не может. Этот предел связан с уровнем гемоглобина — чем он больше, тем больше кровь может в себя «впитать». Каждый грамм гемоглобина способен переносить около 1,3 мл кислорода (теоретический предел чуть выше, но он на практике не достигается). Нормально высокий (!) для здорового человека уровень гемоглобина у мужчин достигает 150-170 г/л, у женщин — 140-160 г/л. Таким образом каждый литр крови способен переносить до 180-220 мл кислорода.

Следующий фактор, лимитирующий доставку кислорода к тканям организма - способности сердца по перекачке крови. Этот предел определяется частотой сердечных сокращений (пульсом) и ударным объемом крови (тем количеством, которое выталкивается за одно сокращение). Здесь цифры примерно следующие. Средние соревновательные значения пульса для более-менее длительной нагрузки (для коротких расчеты не очень интересны, поскольку там работают немного другие законы) колеблется примерно на уровне 165-185 для молодых спортсменов и около 150-175 для ветеранов в возрасте 35-55 лет (в более старшем возрасте — еще чуть пониже). Максимальный пиковый пульс бывает выше; при самой грубой прикидке его принято рассчитывать по формуле «220 минус возраст». Однако, из опыта известно, что после достижения частоты сердечных сокращений (ЧСС) 190 уд/мин дальнейший рост пульса сопровождается снижением ударного объема (из-за возникновения «дефекта диастолы»), поэтому именно это значение принято использовать для определения пиковой расчетной производительности сердца, хотя иногда максимум достигается еще раньше.

Занятия спортом увеличивают производительность сердца

Ударный объем крови для среднестатистического мужчины составляет около 120 мл, для тренирующегося физкультурника — 130-160 мл, для квалифицированного спортсмена 170-180 мл, для элиты мирового спорта 190-220. Таким образом, объем кислорода, который может быть доставлен к мышцам в соревновательном режиме, колеблется у разных людей (физкультурников и спортсменов) в довольно широком диапазоне: примерно от 3 до 8 литров в минуту. Однако, значения более 7 л/мин встречаются крайне редко, как правило у крупных спортсменов элитного уровня в циклических видах спорта (эти цифры пока касаются только возможностей сердца).

Потребление кислорода мышцами
И вот, мы дошли до самого интересного... А сколько кислорода могут «кушать» мышцы? Оказывается, самые тренированные с точки зрения выносливости мышечные волокна окислительного типа (ОМВ) способны потреблять не более 300 мл в минуту на килограмм своей массы. Наименее выносливые гликолитические волокна (ГМВ) «едят» около 120 мл/мин. В среднем же, у хорошо тренированных спортсменов основные рабочие мышцы потребляют около 200 мл в минуту на каждый килограмм. Остается лишь понять, сколькими килограммами мышц мы работаем?

Наши мышцы неоднородны. Их волокна имеют разную степень тренированности

И тут во всей красе появляется разница между различными видами спорта. Если велосипедист работает в основном ногами, то, например, лыжник активно использует ноги, руки, спину и пресс. Разница в общей массе активно работающих мышц может быть более чем двукратной. При этом не трудно посчитать, что при потенциальной способности сердечно сосудистой системы доставлять мышцам 6 литров кислорода в минуту (это уровень олимпийцев), «накормить» можно не более 30 кг мышц. Вот и приходится выбирать, где эти килограммы выгоднее использовать.

Если велосипедист вполне может себе позволить 30 кг активной мышечной массы в ногах, то лыжнику такая роскошь не позволительна — ему нужно кормить кислородом также руки, спину и пресс. Отсюда и спортивная морфология (различия в составе тела у спортсменов, представляющих разные виды спорта). А теперь, обещанный разговор о нюансах...

Где ваше слабое место
Если сердце некоего индивидуума способно обеспечить поступление к мышцам 3 л кислорода в минуту, то при среднем уровне тренированности этого хватит примерно на 20 кг активно работающих мышц. Для человека средних габаритов, увлеченного бегом (любителя) этого хватит за глаза. Но если речь идет о раскачанном бодибилдере, вставшем на беговые лыжи, то перемещаться ему будет крайне сложно даже классическим стилем. Задыхаться будет.

Теперь обратный пример. Если лыжник, отчаявшийся от постоянного пролета мимо подиума, имеющий производительность сердца 5,5 л/мин, решит уйти в велоспорт, то он имеет шансы стать там звездой мирового или как минимум национального уровня... если только сможет накачать мышцы ног и затем их правильно «окислить», так чтобы потребление кислорода мышцами ног увеличилось с нормальных для лыжного спорта 4 л/мин до нормальных велосипедных 5,5 л/мин. Желательно, правда, при этом немного согнать лишние мышцы в верхней части тела, но это уже нюансы.

Можно привести примеры из профессионального спорта, когда победителя крупного турнира дисквалифицируют за использование кровяного допинга. Таким путем спортсмен ощутимо повысил себе уровень гемоглобина, увеличив объем кислорода, который переносит его кровь.

Как видим, довольно простая арифметика помноженная на довольно не простое лабораторное тестирование спортсмена позволяет оценить, чего не хватает для достижения желаемого уровня результатов. Однако, самого главного мы Вам пока так и не сказали...

Абсолютные или относительные показатели
Еще один нюанс состоит в том, что далеко не всегда имеют смысл абсолютные показатели. Скажем, спортсмен массой 120 кг, имеющий МПК 5 л/мин, в большинстве случаев уступит спортсмену массой 60 кг, имеющему МПК 4 л/мин. В тех случаях, когда состязание НЕ связано с преодолением силы земного притяжения или резкими разгонами и торможениями, перевес часто оказывается на стороне того спортсмена, у кого больше абсолютные показатели мощности и потребления кислорода. Но если предстоит куда-то подниматься или разгоняться, сильнее оказывается тот, кто имеет хорошие удельные показатели, отнесенные к собственному весу. Особенно это наглядно в велоспорте, где есть крупные мускулистые спринтеры с высокими абсолютными показателями и легкие «горняки» — легкие и сухие, с хорошими относительными показателями. Также можно сравнить бегунов на длинные дистанции и гребцов. Если в марафонском беге «нечего ловить» большим и сильным, то в гребле «отдыхают» «мелкие» и сухие.

Там, где правят бал удельные характеристики (относительное потребление кислорода, выраженное в миллилитрах в минуту на килограмм массы тела), ориентироваться можно на следующие цифры (приблизительно, поскольку результаты зависят от методики тестирования):

> 80 мл/кг мин - мировая элита (призеры) в лыжных гонках, велоспорте, легкой атлетике,
70-80 мл/кг мин - уровень национальных сборных в циклических видах спорта,
60-70 мл/кг мин - высокий уровень для игровых видов спорта и единоборств,
50-60 мл/кг мин - спортсмены-любители (циклики), молодые спортсмены,
45-50 мл/кг мин - сильные физкультурники,
35-40 мл/кг мин - мужчины среднего возраста.

В лыжных гонках достигаются максимальные удельные МПК. Фото с сайта fis-ski.com

А причем тут максимум?
Хотя при прохождении тестирования многие обращают внимание на максимальное потребление кислорода (МПК) и максимальную алактатную мощность, которую способен выдать спортсмен, чаще всего в циклических видах спорта успех определяют совсем не эти максимальные показатели. Куда важнее оказывается потребление кислорода (ПК) на уровне ПАНО (порога анаэробного обмена) и соответствующая этому порогу мощность. Ведь, если МПК указывает на кратковременные возможности организма, то ПК на уровне ПАНО говорит о той работе, которую спортсмен способен выдавать в течение длительного времени. Поэтому, для спринтеров важно знать МПК и максимальную алактатную мощность, а для для стайеров (дистанционщиков) — важнее ПК на уровне ПАНО и мощность на этом режиме. Кроме того, различают также ПК на уровне аэробного порога (АэП) и мощность, соответствующую этому режиму работы.

Отношение ПК на уровне АнП (анаэробного порога) к максимальному потреблению кислорода (МПК) показывает, насколько хорошо у спортсмена «окислены» его основные действующие мышцы (сколь велика в них масса митохондрий). Чем ближе ПК на уровне АнП к значению МПК, тем выше выносливость. Эта относительная величина также зависит от многих факторов: вида спорта, используемых в работе мышц (ноги, руки и т.д.) и даже методики тестирования.

Ориентировочно можно говорить примерно о следующем:

ПК на АнП > 85% от уровня МПК - выдающийся уровень «проработки» (окисления) мышц,
75-80% - высокий уровень «проработки» (окисления) мышц,
65-70% - средний уровень,
менее 50% - низкий уровен

 

ДИНАМИКА ПОТРЕБЛЕНИЯ КИСЛОРОДА ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ

Переносимость физической нагрузки:
менее 4 МЕТ - низкая
4-5,9 МЕТ - ниже средней
6-7,9 МЕТ - средняя
8-10 МЕТ - хорошая
более 10 МЕТ - отличная

Проверь себя и напиши результат!

КИСЛОРОД И КОНЦЕПЦИЯ VO2MAX. ЧАСТЬ ВТОРАЯ.

В одном из обзоров, посвященном тренировочному процессу авторы пишут, что «максимальное потребление кислорода (МПК, VO2max) считается единственным важным физиологическим показателем для определения выносливости и тренированности» (1).
Большое количество схем тренировок для бегунов на длинные дистанции становятся привязанными только к показателю VO2max, сам тренинг, направленный на улучшение показателя VO2max обсуждается в многочисленных статьях, а также популярен у многих тренеров. Практически весь тренировочный процесс построен на основании работ на скоростях, соответствующих VO2max, или процентам от этого показателя - %VO2max (2). Естественно, при наличии такого «единственного правильного» параметра, на котором основан весь процесс тренировок, должна быть очень тесная связь VO2max с производительностью, выносливость и утомлением.
Так ли это на самом деле?

КАК СОЗДАВАЛАСЬ КОНЦЕПЦИЯ VO2MAX ИЛИ ЕЩЕ РАЗ О САМОМ ГЛАВНОМ.

Возможность измерять потребление кислорода впервые появилась в 1920 году. В 1923 году A.V. Hill и его коллеге H. Lupton пришла в голову идея о наличии верхней границы потребления кислорода (3). Они провели эксперимент, в ходе которого VO2 измерялось у атлета, бегущего с разной скоростью на травяном треке (Рис. 1). Было обнаружено, что бегун достигает VO2max 4,080 л/мин при скорости 243 м/мин (4). Интересно, что несмотря на дальнейшее повышение скорости бега, VO2 не увеличивался, что привело к выводу о существовании верхней границы потребления кислорода, или фазы плато.
Авторы заключили, что «при беге потребность в кислороде постоянно повышается при увеличении скорости, достигая экстремальных значений, тогда как истинное потребление кислорода достигает максимального значения, превысить которое уже невозможно». Скорее всего, описанное плато потребления кислорода может развиваться из-за ограничений со стороны дыхательной и сердечно-сосудистой систем (5).
Другими словами, максимальное потребление кислорода, которое определяется при наличии фазы плато, говорит о количестве кислорода, которое может усвоить организм при максимальной работе как дыхательной, так и сердечно-сосудистой систем.

ТЕОРИЯ ЦЕНТРАЛЬНОГО РЕГУЛЯТОРА.

Хорошо известно, что измерение VO2max используется как мера выносливости сердечно-сосудистой системы. Однако правомерность измерения и практического использования этого показателя недавно была поставлена под сомнение. Предметом спора являлось то, что VO2max не характеризует максимальную способность переносить кислород, поскольку сам находится под контролем «центрального регулятора». 

МОДЕЛЬ ЦЕНТРАЛЬНОГО РЕГУЛЯТОРА, впервые предложенная Archibald Hill в 1924 году и более детально разработанная Tim Noakes в 1997 году, определяла ведущую роль головного мозга в регуляции и управлении различными процессами во время физической нагрузки. Эта теория расходится с традиционной концепцией усталости, и не лишена недостатков.

Согласно теории Noakes, центральный регулятор (головной мозг) ограничивает выносливость путем навязывания интенсивности и длительности упражнений для обеспечения нашего выживания и предотвращения необратимого повреждения сердечной мышцы. Головной мозг не дает нам довести себя до полного истощения в момент напряжения защитных систем организма. Эта защитная реакция может выражаться, например, в замедлении бега (известная всем «стенка» после 30-32 км на марафоне), и реализуется путем ограничения кровотока к периферии, когда головной мозг регулирует степень вовлечения различных мышц в беге (6). 

Таким образом, VO2max может отражать не выносливость, а степень вовлеченности различных групп мышц.
Работа головного мозга во время бега реализуется с помощью сложных механизмов и анализа ситуации, который включает следующие показатели:
-Текущее усилие (которое оценивается с помощью сигналов от внутренних органов, мышц, и так далее);
-Подготовленность организма к настоящей нагрузке;
-Предыдущий физический и психологический опыт (тренировки, старты);
-Настоящие окружающие условия (температура, влажность, ветер, тип поверхности);
-Задача, которую предстоит решить (длина дистанции, интенсивность нагрузки, степень соревновательности).

Среди аргументов, говорящих в пользу модели центрального регулятора, отмечается тот факт, что усталость редко является такой катастрофой, какой ее описывают традиционные модели. Наш организм просто использует механизмы обратной связи и прошлый опыт для подбора оптимальной мощности, или темпа бега, соответствующий текущей обстановке.

ПОМНИТЕ, ЧТО ОСНОВНАЯ ЗАДАЧА КОТОРУЮ РЕШАЕТ ГОЛОВНОЙ МОЗГ – НАШЕ ВЫЖИВАНИЕ. 

Теория центрального регулятора хорошо описывает, например, факт финишного ускорения и различий в регулировании темпа, которые могут зависеть от погодных условий (7). Применительно к бегу на длинные дистанции, Tim Noakes отмечает, что модель центрального регулятора может определять время финиша путем подсознательного контроля функционирования организма. Если головной мозг «понимает», что у атлета есть физиологические резервы перед финишем, атлет будет способен ускориться в конце дистанции (8). Интересно, что согласно существующим теориям усталости, повышение активности мышц, наблюдающееся во время финальных сегментов гонки, было бы абсолютно невозможно.

Другой интересной темой в обсуждении концепции центрального регулятора стало влияние гипоксии (недостатка кислорода) на сердечный выброс. Упражнения в условиях гипоксии продемонстрировали снижение пиковых значений сердечного выброса в результате уменьшения частоты сердечных сокращений и ударного объема (9). Переводя это на простой язык – занятия в условиях высокогорья или со специальной маской могут привести к снижению производительности сердца. Интересно, что в соответствии с классическим подходом, сердечный выброс не должен снижаться, поскольку он регулируется потребностью мышц в кислороде. Однако согласно теории центрального регулятора снижение сердечного выброса в условиях гипоксии будет происходить по причине уменьшения активности мышц, причем, когда спортсмен получает кислород дополнительно (скажем, дышит кислородной смесью), сердечный выброс немедленно восстанавливается (10).
Теме центрального регулятора будет посвящен отдельный материал в ближайшее время.

ЛАБОРАТОРНАЯ ОЦЕНКА VO2MAX – ОГРАНИЧЕНИЯ МЕТОДА.

Важнейшим условием при тестировании спортсмена и определения его VO2max является достижение фазы плато, которая показывает максимальное потребление кислорода. Однако при проведении теста со ступенчатым повышением нагрузки (классический тест для определения VO2max) фаза плато достигается не всегда. Например, в исследовании, проведенном на велогонщиках мирового класса, только у 47% отмечалась фаза плато (5). Кроме этого, в нескольких исследованиях у испытуемых были получены разные цифры VO2max при проведении двух тестов – классического, и теста с супрамаксимальной (превышающей максимум) нагрузкой. Этот факт является довольно интересным, и может говорить о том, что классический тест не всегда показывает наивысший VO2max. Помимо этого, важным фактором, влияющим на возникновение вариаций VO2max во время тестирования, может быть активация мышечных групп (11).
Принимая во внимание вышесказанное, использование VO2max как центрального параметра, характеризующего выносливость сердечно-сосудистой системы, довольно спорное.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТРЕНИРОВОК, ОСНОВАННЫХ НА VO2MAX.

С увеличением количества исследований, посвященных VO2max, основанный на этом показателе тренировочный процесс, развивался по двум направлениям. Во-первых, тренировки на скорости, соответствующей VO2max стали некоей «магической» пулей, которая должна приводить к значимым улучшениям выносливости, скорости и производительности. Во-вторых, тренировки, основанные на процентах от VO2max стали модным способом определять интенсивность тренинга.

В одном из обзоров было показано, что наибольший прирост VO2max и выносливости происходит при тренировках со скоростями, соответствующих этому показателю, вне зависимости от длительности тренировки у всех групп атлетов (12). Однако в данном обзоре есть две проблемы. Во-первых, результаты исследований были обобщены у всех атлетов. Очевидно, что прирост VO2max будет тем меньше, чем более тренирован атлет. Во-вторых, показатель VO2max не всегда характеризует выносливость сердечно-сосудистой системы и определенно, это не единственный показатель, характеризующий выносливость.

Несмотря на эти неточности, тренировки, основанные на показателе VO2max стали популярными, а количество исследований или обзоров на эту тему возрастало лавинообразно. Некоторые исследователи даже говорили о том, что чем больше времени тренируешься на VO2max, тем больше польза от таких тренировок (1). Предлагались различные варианты интервальных тренировок, единственной целью которых было проводить как можно больше времени в зоне интенсивности, соответствующей VO2max.
Это довольно интересный подход, поскольку целью тренировок было улучшение одного показателя, а не производительности в целом. Теория, популярная в то время считала, что для улучшения VO2max надо тренироваться на уровне интенсивности, соответствующем VO2max. Например, исследование влияния интенсивности тренировок на прирост показателя VO2max показало, что высокоинтенсивные тренировки приводят к большему увеличению VO2max по сравнению с тренировками на низкой интенсивности (Рис. 2) (13).

Однако ряд исследований не подтверждал справедливость такого подхода. Например, в исследовании Billat, после 4 недель интервальных тренировок на VO2max, у атлетов не наблюдалось повышения этого показателя, а также выносливости. (14). Кроме того, было показано, что улучшение VO2max при тренировках с высокой интенсивностью не зависит от объема тренировок (14). Несмотря на эти факты, ряд тренеров продолжал настаивать на том, что количество времени, проведенное на VO2max, является главным фактором, улучшающим выносливость, даже если исследования и не подтверждают эту концепцию.

Использование %VO2max для определения интенсивности тренинга является общепринятой практикой в исследованиях и многочисленных тренировочных программах, например, у Jack Daniels и Joe Vigil. Проблема в данном подходе состоит в том, что значения максимального потребления кислорода изменяются в широких пределах, даже если тренировки проходят на одинаковом проценте от VO2max, что происходит из-за индивидуальных физиологических особенностей. Например, порог лактата (анаэробный порог) может развиваться при различных значениях %VO2max, даже у хорошо тренированных атлетов (15).
Другими словами, если два тренированных бегуна делают работу с фиксированной интенсивностью 80% VO2max, один может находиться ниже порога лактата, а второй выше. Отмечалось, что у некоторых атлетов может наблюдаться уменьшение выносливости и производительности при тренировках с фиксированным % VO2max (17).
Все описанные выше изменения VO2max не были связано с изменением производительности. Это говорит о том, что в процессе тренировок надо ориентироваться на улучшение выносливости и производительности, а не значения какого-то одного физиологического показателя.

ТРЕНИРОВКИ И VO2max.

Исследования показали, что тренировки на скорости, соответствующей VO2max способствуют повышению значения этого показателя. Этот факт долго использовался для построения тренировок на основании VO2max, поскольку он традиционно считался мерой выносливости. Логика была очевидна – повышается VO2max, улучшается выносливость и производительность.

Однако возникает вопрос, легко ли улучшить VO2max у тренированных атлетов? Не всегда. Множество исследований показало несоответствие VO2max и производительности. Отдельные работы показали улучшение производительности без изменения значений VO2max (18), или наоборот, повышение VO2max без улучшения производительности (19). В исследовании большой группы элитных атлетов, где изменения VO2max отслеживались в течение трех лет, было показано, что улучшение производительности на 1-2% не сопровождалось изменением VO2max (20). Интересно, что у олимпийских бегунов улучшение времени на 3000 метрах на 46 секунд сопровождалось снижением VO2max с 72 мл/кг/мин до 66 мл/кг/мин (21). В исследовании Smith и Donnell, оценивались изменения VO2max у новичков за первые 36 недель тренировок. Отмечалось повышение VO2max на 13,6%, однако эти изменения происходили в первые 24 недели, тогда как в оставшиеся 12 недель показатель потребления кислорода не рос (22). Схожие данные были получены в исследовании Daniels, где повышение VO2max у нетренированных атлетов было максимальным в первые 4 недели тренировок (18).

Итак, выстраивание тренировок на основании изменений VO2max не совсем корректно, поскольку аэробная производительность и VO2max не связаны напрямую. Однако, учитывая все вышесказанное, можно ли использовать показатель VO2max в тренировочном процессе, или он полностью бесполезен? Очевидно, что лучше перестроить тренировочный процесс, и вместо фокусирования на отдельных показателях, среди которых есть и VO2max сосредоточиться на улучшении производительности, выносливости и результативности.

ВЫВОДЫ:

1. Несмотря на критику, VO2max является одним из важнейших показателей подготовленности сердечно-сосудистой системы;
2. Показатель максимального потребления кислорода (VO2max, МПК) подвержен влиянию многих факторов и НЕ ЯВЛЯЕТСЯ ЕДИНСТВЕННЫМ показателем, характеризующим выносливость сердечно-сосудистой системы;
3. Необходимо с осторожностью относиться к построению графика тренировок на основании VO2max и не использовать этот показатель как единственный ориентир;
4. Наилучшей целью тренировочного процесса является улучшение выносливости и производительности, а не какого-либо физиологического показателя;
5. Для повышения выносливости, работоспособности и эффективности, необходимо максимально разнообразить тренировочный процесс, то есть избегать монотонности, включать скоростные, восстановительные и длинные пробежки;
6. Несмотря на неточность показателя VO2max, можно опираться на динамику его изменения. Например, повышение этого показателя в комплексе с улучшением выносливости и эффективности бега явно говорит об улучшении подготовленности спортсмена.

Первую часть можно прочитать по ссылке:

https://www.facebook.com/LifeRunRu/posts/1540883202882743

ОРИГИНАЛ СТАТЬИ:

https://www.facebook.com/suborov/posts/10207302271172117

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА:
1. A.W. Midgeley, L.R. McNaughton, M. Wilkinson. Is there an optimal training intensity for enhancing maximal oxygen uptake of distance runners? empirical research findings, current opinions, physiological rationale and practical recommendations. Sports Med, 2006: 36(2), 117–132
2. J. Daniels. Running Formula. 2005, Champaign, IL: Human Kinetics.
3. A.V. Hill and H. Lupton. Muscular exercise, lactic acid, and the supply and utilization of oxygen. Q. J. Med. 16:135–171, 1923
4. D.R. Bassett, E.T. Howley. Limiting factors for maximum oxygen uptake and determinants of endurance performance. Medicine and Science in Sports and Exercise 2000: 32, 70–84.
5. T.D. Noakes. How did A.V. Hill understand the VO2max and the “plateau phenomenon”? Still no clarity? Br J Sports Med 2008: 42(7); 574-580.
6. T.D. Noakes, F.E. Marino. Point: counterpoint: maximal oxygen uptake is/is not limited by a central nervous system governor. J Appl Physiol 2009: 106; 338-339.
7. T.D. Noakes. Commentary to accompany training and bioenergetic characteristics in elite male and female Kenyan runners. Med Sci Sports Exerc 2003: 35(2); 305-306.
8. T.D. Noakes. The Central Governor model of exercise regulation applied to the marathon. Sports Med 2007; 37 (4-5): 374-377
9. J.A. Calbet, R. Boushel, G. Radegran, H. Sondergaard, P.D. Wagner, B. Saltin. Determinants of maximal oxygen uptake in severe acute hypoxia. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 2003: 284(2); 291-303
10. T.D. Noakes, J.A. Calbet, R. Boushel, H. Sondergaard, G. Radegran, P.D. Wagner, B.Saltin. Central regulation of skeletal muscle recruitment explains the reduced maximal cardiac output during exercise in hypoxia. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 2004; 287(4): R996-999.
11. L.C. Dalleck, L. Kravitz, R.A. Robergs. Maximal exercise testing using the elliptical crosstrainer and treadmill. Journal of the Exercise Physiology 2004; 7(3): 94-101.
12. H.A. Wenger, G.J. Bell. The interactions of intensity, frequency and duration of exercise training in altering cardiorespiratory fitness. Sports Med 1986; 3(5):346-356.
13. S.E. Gormley, D.P. Swain, R. High, R.J. Spina, E.A. Dowling, U.S. Kotipalli, R. Gandrakota. Effect of intensity of aerobic training on VO2max. Med Sci Sports Exerc 2008; Jul;40(7):1336-43.
14. V.L. Billat, B. Fletchet, B. Petit, G. Muriaux, J.P. Koralsztein. Interval training at VO2max effects on aerobic performance and overtraining markers. Med Sci Sports Exerc 1999: 31; 156-163.
15. G.A. Brooks, T.D. Fahey, K. Baldwin. Exercise Physiology: Human bioenergetics and its application. McGraw¬Hill. 2004
16. Scharhag¬Rosenberger, F., Meyer, T., Gabler, N., Faude, O., & Kindermann, W. (2009). Journal of Science and Medicine in Sport, in press.
17. N.B.J. Vollaard, D. Constantin-Teodosiu, K. Fredriksson, O. Rooyackers, E. Jansson, P.L. Greenhaff, J.A. Timmons, C.J. Sundberg. Systematic analysis of adaptations in aerobic capacity andsubmaximal energy metabolism provides a unique insight into determinants of human aerobic performance. J Appl Physiol 2009; 106: 1479–1486.
18. J.T. Daniels, R.A. Yarbrough, C. Foster. Changes in VO2 max and running performance with training. Eur J of Appl Physiol 1978; 39(4):249-254.
19. T.P. Smith, J.S. Coombes, D.P. Geraghty. Optimising high-intensity treadmill training using the running speed at maximal O2 uptake and the time for which this can be maintained. Eur J Appl Physiol 2003; 89(34): 337-343.
20. A. Legaz Arrese, E. Serrano Ostáriz, J.A. Jcasajús Mallén, D. Munguía Izquierdo. The changes in running performance and maximal oxygen uptake after long-term training in elite athletes. J Sports Med Phys Fitness 2005; 45(4): 435–40.
21. A.M. Jones. A five year physiological case study of an Olympic runner.Br J Sports Med 1998; 32: 39–43.
22. D.A. Smith, T.V. O’Donnel. The time course during 46 weeks’ endurance training of changes in Vo2max and anaerobic threshold as determined with a new computerized method. Clin Sci 1984; 67(2):229-236