какие факторы влияют на интенсивность доставки и использования кислорода
Какие факторы влияют на интенсивность доставки и использования кислорода
Показатель максимального потребления кислорода (МПК) волнует тех, кто хочет улучшать результаты и показывать свой спортивный максимум. Если вы регулярно бегаете больше 5 км и участвуете в различных стартах, то аббревиатура МПК вам точно знакома.
Каким должен быть МПК (VO2max) у бегуна, можно ли его увеличить и как это правильно делать, рассказывает МСМК по лёгкой атлетике и тренер по бегу Елена Соколова.
Что такое МПК и чем он важен для спортсмена
МПК или максимальное потребление кислорода – это то, сколько кислорода из вдыхаемого воздуха ваш организм может потребить и переработать на критической, предельной скорости или мощности. То есть из вдыхаемого воздуха ваш организм может взять определённое количество миллилитров кислорода для того, чтобы впоследствии донести его с током крови до работающих мышц и там каскадом биохимических процессов превратить его в энергию, которую вы реализуете в виде той же самой предельной скорости.
Способность организма поглощать кислород определяется нашими физическими и физиологическими параметрами. Сюда входят объём лёгких (или жизненная ёмкость лёгких), размер сердца и его способность проталкивать большое количество крови за одно сокращение, эластичность сосудов, качество крови (уровень эритроцитов, гемоглобина, железа, несущие этот кислород к мышцам), митохондрии (энергетические станции клеток), а также сильная ЦНС, которая способна выдерживать критические скорости. Пол, возраст и наличие лишнего веса также определяют уровень МПК.
Парадоксальность этого показателя в том, что измеряется он в условиях предельной работы организма, а отражает наши аэробные способности или выносливость, в том числе общую, то есть совсем не предельные возможности. В свою очередь количество тренировок на уровне МПК обратно пропорционально продолжительности дистанции. То есть в марафонском и сверхмарафонском беге тренировки на МПК не имеют такого значения, как в беге на средние дистанции (800 м, 1500 м).
Вообще, теоретическая логика этого показателя такова, что чем он выше у конкретного человека, тем более высокую скорость он может показать на дистанции. Кроме того, чем выше максимальное потребление кислорода, тем лучше выносливость, тем легче даются длительные аэробные работы.
Можно ли развить свой уровень МПК
МПК среднестатистического здорового тренированного человека может достигать 60-65 мл/кг/мин. Но считается, что показатель МПК – величина, данная конкретному человеку от природы, хотя до определённого уровня её всё-таки можно развить. А можно довольно долго и успешно развивать сам организм на определённом уровне МПК и расти в результатах.
В наших работающих мышцах далеко не все мышечные волокна задействованы в работе. Организм же не враг себе, чтобы на низкоинтенсивный, по его меркам, образ жизни тратить 100-процентный пул мышечных волокон да ещё и «кормить» их энергией.
Так вот если периодически «дёргать» организм предельными нагрузками (а также силовыми тренировками), то количество работающих мышечных волокон будет увеличиваться, а, следовательно, будет увеличиваться и их питание. То есть организм будет вынужден адаптироваться и расширять свои границы скорости и выносливости при неизменном МПК, тем более, если вы достигли его природного предела.
МПК важен не сам по себе, а то, как вы используете его в тренировках, то есть какая скорость у вас на уровне этого показателя, и как её увеличивать. В беге этот показатель весьма важен и отражает работоспособность спортсмена и его потенциал на средних дистанциях 1500-5000 метров.
Чем выше уровень спортсмена, тем выше его МПК. Однако при равных значениях МПК совсем не обязательно, что бежать спортсмены будут одинаково. И при неравных значениях МПК совсем не значит, что спортсмен с более высоким показателем будет быстрее другого. Зависеть это может как от мышечной системы, так и от нервной, от сосудистой и других факторов.
Каким должно быть максимальное потребление кислорода
Не стоит зацикливаться на этой пресловутой цифре МПК. Гораздо важнее тренировать определённые качества, которые нужны на той или иной дистанции, а растущий (или не растущий) МПК как определённая точка контроля ваших тренируемых (или не тренируемых) функциональных возможностей будет вам одним из маячков качества.
Качества, предъявляемые организму той или иной дистанцией, – это такие показатели, как экономичность бега, специальная выносливость, силовая выносливость, скоростная выносливость, сама скорость и т.д. Именно из набора тренировок на эти качества (а они все измеримы) складывается ваш результат. Это потрясающе объёмная работа!
Как развить выносливость в беге
То есть в улучшении результата на определённой дистанции многие параметры идут в связке, и настолько одно зависит от другого, что было бы странно слышать от тренера или спортсмена – а это тоже бывает – такую фразу: «Мы сегодня тренируем МПК». Или: «А как вы работаете над улучшением МПК?»
Гораздо логичнее была бы постановка: «Мы сегодня делаем отрезки (интервальную тренировку) на уровне МПК для улучшения скоростной выносливости в полумарафоне. А МПК, в свою очередь, мы измерили в лаборатории, и теперь можем опираться на эти данные для того, чтобы развивать свой организм».
А уж если говорить о начинающих бегунах, то показатель МПК для них совсем не объективен и приближается к уровню ПАНО – порогу анаэробного обмена. Развивая организм базовыми тренировками (кроссы на низком пульсе, укрепление целевых мышц, суставов и связок), мы параллельно развиваем все показатели, в том числе и МПК, так что совсем не обязательно проводить специальные интервальные тренировки.
Самые высокие показатели МПК
В чём измеряется МПК
Есть так называемые абсолютные и относительные величины измерения максимального потребления кислорода. Абсолютный показатель выражается в миллилитрах в минуту, то есть это наибольшее количество кислорода в миллилитрах, которое человек способен потребить за 1 минуту. Среднестатистический здоровый человек, не занимающийся спортом, потребляет 3200-3500 мл/мин, у занимающихся спортом МПК достигает 6000 мл/мин.
Абсолютные показатели МПК находятся в прямой зависимости с размерами тела (весом) человека. Поэтому наиболее высокие показатели МПК имеют гребцы, пловцы, велосипедисты, конькобежцы. И именно в этих видах спорта наибольшее значение для физиологической оценки имеют абсолютные показатели МПК.
Относительные же показатели МПК у высококвалифицированных спортсменов находятся в обратной зависимости от веса тела и выражаются в миллилитрах на килограмм веса тела в минуту (мл/кг/мин). Дело в том, что при беге и ходьбе выполняется вертикальное перемещение массы тела, и, следовательно, при прочих равных условиях, чем больше вес спортсмена, тем больше совершаемая им работа. Поэтому у бегунов на длинные дистанции относительно небольшой вес тела. Так что иногда для повышения МПК и, как следствие, для повышения работоспособности достаточно похудеть, тем более, если вес явно лишний.
Величина МПК у мужчин и женщин
Значения МПК у женщин в среднем ниже, чем у мужчин, из-за более высоких жировых запасов и более низкого уровня гемоглобина. Так как МПК выражается относительно массы тела, то наличие жировых запасов у женщин, связанных с физиологией, ставит их в этом смысле в невыгодное положение. Гемоглобин переносит кислород к тканям. Меньше гемоглобина – меньше кислорода на единицу крови. Уровень МПК у хорошо тренированных женщин в среднем на 10% ниже, чем у хорошо тренированных мужчин.
Влияние возраста на МПК
По некоторым данным, лет до 25 МПК растёт, его стабилизация приходится на 25-35 лет, после чего начинается спад. Другие исследования утверждают, что период стабилизации приходится на возраст 30-40 лет, после чего начинается спад. Однако поддерживать определённый уровень всегда можно и нужно.
Как определить свой МПК
Существует несколько способов определения своего МПК. Например, вы можете пробежать на стадионе 1500 м в полную силу. Результат в цифрах и будет показателем ваших функциональных возможностей на уровне МПК. В процессе можно также отследить свой пульс при беге. И дальше отталкиваться от этих данных в тренировках.
Однако этот способ подойдёт далеко не всем. Например, если вы только начинаете бегать, то, скорее всего, показатели будут не совсем адекватные: не так-то просто заставить себя бежать почти 4 круга по стадиону на максимуме. Это не только работа мышц, сердца, лёгких. Главным образом, это работа нервной системы, а если она не приучена по-хорошему терпеть, то через какое-то совсем короткое расстояние вы просто не сможете поддерживать высокий темп, то есть соответствующие усилия.
Другой способ определения МПК относительно прост. Сегодня все «умные» спортивные часы способны выдавать это значение, исходя из расчётов вашего пола, возраста, пульса и выполняемых тренировок. Но вряд ли стоит полностью доверять этим данным без предварительного лабораторного исследования и сопоставления полученного анализа с часов и исследования.
Поэтому лучшим вариантом будет нагрузочное исследование в лаборатории, так называемый функциональный тест с газоанализом «до отказа».
Как это происходит? Вам надевают маску на рот и нос, подключают к датчикам компьютера, и вы бежите по беговой дорожке или крутите велотренажёр. Нагрузка увеличивается ступенями по скорости/мощности и наклону или только по скорости с неизменным наклоном. Там, где вы сказали «стоп», и будет ваш показатель МПК, который, в свою очередь, соответствует определённому пульсу и уровню лактата в крови.
Дело в том, что существует определённая корреляция между данными МПК, ПАНО и пульсовыми зонами, а также вашим темпом бега на уровне этих показателей. Например, на уровне МПК ваш темп бега равен 5 мин/км, а сердце ваше на этой скорости бьётся с частотой 180 ударов в минуту. Это значит, что на этой скорости и на этом пульсе вы теоретически можете пробежать те же 1500 м по стадиону. Однако здесь есть масса оговорок: например, готовы ли ваши мышцы и та же нервная система к такой нагрузке, пусть и разовой?
Как повысить МПК
Повысить МПК можно при помощи интервальных тренировок. Интервальные тренировки на уровне МПК, пожалуй, самые сложные, в первую очередь, для нервной системы. Они требуют достаточно хорошей физической формы и времени восстановления после. И несмотря на то, что в марафонской подготовке такие тренировки не очень часты, они всё же присутствуют. Ими мы повышаем способность организма в усвоении кислорода, а также поднимаем показатели на уровне ПАНО.
Определённо, тренировки должны быть персонифицированы и встроены в общий план тренировок, исходя из целей и дистанции, на которой вы планируете выступать.
Например, варьировать тренировку можно от 2 до 8 минут 4-8 повторений на уровне МПК или чуть ниже (90-95 %), в зависимости от длины отрезка, но по скорости это будет отражать ваш бег на 3000-5000 м. Интервал отдыха – 2-4 минуты трусцой.
А вообще, самая лучшая тренировка на повышение МПК, если уж мы так хотим повысить именно его, – это соревнования на средних дистанциях (всё те же 3000-5000 м).
Как влияет МПК на скорость бега
На первый взгляд, зависимость скорости бега от МПК прямая. Вот только вопрос – про какую скорость мы говорим. Например, для развития скорости на марафоне гораздо важнее скорость на уровне анаэробного обмена. А скорость на уровне МПК может проявиться в данном случае в финишном спурте. И наоборот – чем короче дистанция, тем непосредственнее вклад показателя МПК.
Факторы, влияющие на максимальное потребление кислорода
Как свидетельствуют исследования, максимальная частота сердечных сокращений не изменяется под действием тренировок, и даже снижается от продолжительных аэробных тренировок. Но в то же время аэробные тренировки на выносливость способствуют увеличению ударного объема сердца, как в покое, так и во время физических упражнений.
Повышение ударного объема сердца связано, прежде всего, с увеличением его размеров и сократительной способностью. Эти изменения вызывает улучшение способности сердца быстро заполняться кровью и увеличение конечного диастолического объема. Согласно механизму Франка-Старлинга (закон сердца), чем больше растягивается сердце в конце наполнения, тем сильнее оно после этого сжимается. Отсюда следует логический вывод, что увеличение конечного диастолического объема, создавая большее растяжение сердечной мышцы, приведет к последующему росту сердечного выброса. То есть увеличение конечного диастолического объема играет главную роль в повышении ударного объема. Поэтому у спортсменов, специализирующихся на выносливость, сердце имеет повышенную способность быстро заполняться кровью при высокой частоте сердечных сокращений, что очень важно, так как при высокой интенсивности у сердца очень мало времени между ударами, чтобы наполниться кровью. При дальнейшем изучении этой особенности сердца обнаружено, что рост ударного объема сердца, есть полностью результат увеличения ударного диастолического объема.
Традиционно считалось, что увеличение сердечного выброса при прогрессивном упражнении до отказа происходит пропорционально росту ударного объема, который в итоге перестает расти и выходит на «плато», а частота сердечных сокращений возрастает до максимума. Однако последние исследования демонстрируют у некоторых элитных спортсменов постоянный рост ударного объема, без выхода на «плато». Это исследование подвергается критике, поскольку не найдены причины данного феномена. Предполагается, что причина этого явления в том, что оно происходит из-за непрекращающегося увеличения конечного диастолического объема при прогрессивном упражнении, которое обусловлено усилением механизма Франка-Старлинга.
Еще одним фактором, способствующим увеличению конечного диастолического объема, является увеличение кровяного объема. Было обнаружено, что увеличение и уменьшение объема крови вызывали значительные изменения в максимальной скорости диастолического наполнения, ударном объеме и сердечном выбросе. Эти результаты демонстрируют, что увеличение объема крови, причиной которого являются тренировки на выносливость, улучшают ударный объем и сердечный выброс посредством более быстрого диастолического наполнения сердца.
Как уже было сказано, высокий сердечный выброс может иметь негативные последствия в отношении доставки кислорода, так как снижается время диффузии из-за слишком быстрого движения крови через «зону обмена кислородом». В идеале тело должно само создавать баланс, обеспечивающий максимальную доставку кислорода к мышцам. Под этим балансом предполагается эффективный предел, до которого должен увеличиваться сердечный выброс, при условии, что в легких не происходит повышения диффузионной способности. Данное явление обнаруживается на больших высотах, где, несмотря на увеличение сердечного выброса, не наблюдается рост поглощения кислорода из-за ограничения диффузии.
Гемоглобин. Другим важным фактором в транспортировке кислорода является кислородотранспортная способность крови, которая зависит от массы красных кровяных телец (эритроцитов) и концентрации гемоглобина. Уровень, с которым гемоглобин связывается с кислородом, зависит от парциального давления кислорода в крови и контакта гемоглобина с кислородом. Уровень, с которым кислород притягивается к гемоглобину зависит от температуры, РН-фактора, концентрации ионов водорода и углекислого газа в крови. Казалось бы, что рост притяжения кислорода к гемоглобину должен означать положительную адаптацию организма, но это послужило бы также более затрудненному отсоединению кислорода при передаче его мышечным клеткам.
Увеличение гемоглобина дожно повысить работоспособность организма за счет увеличения кислородотранспортной функции крови. Исследования подтвердили это предположение, так как выявили снижение выносливости при падении концентрации гемоглобина. Например, снижение гемоглобина при анемии вызвало уменьшение МПК. Интересные данные получил ученый Экбольм Б. (Ekbolm B.): после снижения концентрации гемоглобина за счет выкачивания крови, вначале обнаружили снижение МПК и выносливости. Однако через две недели МПК вернулся к прежнему уровню несмотря на то, что концентрация гемоглобина и уровень выносливости до сих пор оставалась пониженной. Тот факт, что МПК может восстанавливаться даже при низкой концентрации гемоглобина, свидетельствует о высоком потенциале организма и показывает, что существует много способов оптимизации доставки кислорода к мышцам. Кроме того, возвращение МПК к прежнему уровню при пониженной, вследствие забора крови, выносливости указывает на мысль, что МПК и выносливость нельзя считать синонимами.
В аналогичных исследованиях искусственное повышение концентрации гемоглобина способствовало улучшению выносливости и МПК. Ученый Бьюик Ф. (Buick FJ) с соавторами в одном из исследований, посвященном данному вопросу, доказал, что произошел значительный прирост работоспособности и МПК у 11 элитных бегунов, после того как им было сделано переливание крови, вследствие которого концентрация гемоглобина повысилась со 157 до 167 г/л. При исследовании «допинга крови», который искусственно приводит к увеличению концентрации гемоглобина, прирост МПК варьировался от 4 до 9%.
Общий объем крови. С увеличением концентрации гемоглобина кровь становится более вязкой. Гематокрит является мерой вязкости крови, или отношением эритроцитов к общему объему крови. При повышении вязкости крови скорость кровотока снижается и это приводит к снижению доставки кислорода и питательных веществ к мышцам. Таким образом, слишком высокий гематокрит потенциально может снижать выносливость. Из этого следует, что должен соблюдаться некий баланс между скоростью кровотока и кислородотранспортной способностью крови, чтобы обеспечивать максимально возможную доставку кислорода к мышцам.
Факторы, влияющие на максимальное потребление кислорода
Как свидетельствуют исследования, максимальная частота сердечных сокращений не изменяется под действием тренировок, и даже снижается от продолжительных аэробных тренировок. Но в то же время аэробные тренировки на выносливость способствуют увеличению ударного объема сердца, как в покое, так и во время физических упражнений.
Повышение ударного объема сердца связано, прежде всего, с увеличением его размеров и сократительной способностью. Эти изменения вызывает улучшение способности сердца быстро заполняться кровью и увеличение конечного диастолического объема. Согласно механизму Франка-Старлинга (закон сердца), чем больше растягивается сердце в конце наполнения, тем сильнее оно после этого сжимается. Отсюда следует логический вывод, что увеличение конечного диастолического объема, создавая большее растяжение сердечной мышцы, приведет к последующему росту сердечного выброса. То есть увеличение конечного диастолического объема играет главную роль в повышении ударного объема. Поэтому у спортсменов, специализирующихся на выносливость, сердце имеет повышенную способность быстро заполняться кровью при высокой частоте сердечных сокращений, что очень важно, так как при высокой интенсивности у сердца очень мало времени между ударами, чтобы наполниться кровью. При дальнейшем изучении этой особенности сердца обнаружено, что рост ударного объема сердца, есть полностью результат увеличения ударного диастолического объема.
Традиционно считалось, что увеличение сердечного выброса при прогрессивном упражнении до отказа происходит пропорционально росту ударного объема, который в итоге перестает расти и выходит на «плато», а частота сердечных сокращений возрастает до максимума. Однако последние исследования демонстрируют у некоторых элитных спортсменов постоянный рост ударного объема, без выхода на «плато». Это исследование подвергается критике, поскольку не найдены причины данного феномена. Предполагается, что причина этого явления в том, что оно происходит из-за непрекращающегося увеличения конечного диастолического объема при прогрессивном упражнении, которое обусловлено усилением механизма Франка-Старлинга.
Еще одним фактором, способствующим увеличению конечного диастолического объема, является увеличение кровяного объема. Было обнаружено, что увеличение и уменьшение объема крови вызывали значительные изменения в максимальной скорости диастолического наполнения, ударном объеме и сердечном выбросе. Эти результаты демонстрируют, что увеличение объема крови, причиной которого являются тренировки на выносливость, улучшают ударный объем и сердечный выброс посредством более быстрого диастолического наполнения сердца.
Как уже было сказано, высокий сердечный выброс может иметь негативные последствия в отношении доставки кислорода, так как снижается время диффузии из-за слишком быстрого движения крови через «зону обмена кислородом». В идеале тело должно само создавать баланс, обеспечивающий максимальную доставку кислорода к мышцам. Под этим балансом предполагается эффективный предел, до которого должен увеличиваться сердечный выброс, при условии, что в легких не происходит повышения диффузионной способности. Данное явление обнаруживается на больших высотах, где, несмотря на увеличение сердечного выброса, не наблюдается рост поглощения кислорода из-за ограничения диффузии.
Гемоглобин. Другим важным фактором в транспортировке кислорода является кислородотранспортная способность крови, которая зависит от массы красных кровяных телец (эритроцитов) и концентрации гемоглобина. Уровень, с которым гемоглобин связывается с кислородом, зависит от парциального давления кислорода в крови и контакта гемоглобина с кислородом. Уровень, с которым кислород притягивается к гемоглобину зависит от температуры, РН-фактора, концентрации ионов водорода и углекислого газа в крови. Казалось бы, что рост притяжения кислорода к гемоглобину должен означать положительную адаптацию организма, но это послужило бы также более затрудненному отсоединению кислорода при передаче его мышечным клеткам.
Увеличение гемоглобина дожно повысить работоспособность организма за счет увеличения кислородотранспортной функции крови. Исследования подтвердили это предположение, так как выявили снижение выносливости при падении концентрации гемоглобина. Например, снижение гемоглобина при анемии вызвало уменьшение МПК. Интересные данные получил ученый Экбольм Б. (Ekbolm B.): после снижения концентрации гемоглобина за счет выкачивания крови, вначале обнаружили снижение МПК и выносливости. Однако через две недели МПК вернулся к прежнему уровню несмотря на то, что концентрация гемоглобина и уровень выносливости до сих пор оставалась пониженной. Тот факт, что МПК может восстанавливаться даже при низкой концентрации гемоглобина, свидетельствует о высоком потенциале организма и показывает, что существует много способов оптимизации доставки кислорода к мышцам. Кроме того, возвращение МПК к прежнему уровню при пониженной, вследствие забора крови, выносливости указывает на мысль, что МПК и выносливость нельзя считать синонимами.
В аналогичных исследованиях искусственное повышение концентрации гемоглобина способствовало улучшению выносливости и МПК. Ученый Бьюик Ф. (Buick FJ) с соавторами в одном из исследований, посвященном данному вопросу, доказал, что произошел значительный прирост работоспособности и МПК у 11 элитных бегунов, после того как им было сделано переливание крови, вследствие которого концентрация гемоглобина повысилась со 157 до 167 г/л. При исследовании «допинга крови», который искусственно приводит к увеличению концентрации гемоглобина, прирост МПК варьировался от 4 до 9%.
Возможно, причина этого кроется в большом общем объеме крови, или это своеобразная адаптация организма к тренировкам на больших высотах. Вполне возможно, что оптимальный способ доставки кислорода к мышцам с точки зрения баланса уровня гемоглобина и вязкости крови, варьируется в зависимости от индивидуума. Еще одна особенность организма заключается в том, что при интенсивном упражнении тело направляет большую часть крови к работающим мышцам и жизненно важным органам. Этот механизм позволяет получать работающим мышцам больше кислорода. Во время отдыха около 15-20% от общего объема крови поступает к мышцам, в то время как при интенсивной работе на задействованные мышцы приходится около 85-90%. Этот процесс происходит за счет сужения и расширения артерий. Артерии, доставляющие кровь к работающим мышцам расширяются, позволяя большему количеству крови попадать в эти мышцы.
Плотность капилляров. Как уже было сказано, кислород во время упражнения попадает в работающие мышцы. Этот процесс происходит при помощи капилляров, самых мелких кровеносных сосудов организма. Они оплетают мышечные волокна, тем самым обеспечивая приток питательных веществ к волокнам и отток продуктов обмена. Логично можно предположить, что чем больше плотность капилляров в мышцах, тем больше кислорода в них поступает. Повышению плотности капилляров способствуют упражнения на выносливость, особенно высокоинтенсивные. Кроме того, наблюдается прямая взаимосвязь между плотностью капилляров и МПК.