TLEN TO PODSTAWA - DYNAMIKA ENERGETYCZNA WYSIŁKU

Nie da się ukryć, że tlen to podstawa każdego wysiłku fizycznego. Czy jednak jest najważniejszy? Niestety moje obserwacje wielu sposobów przygotowania fizycznego utwierdziły mnie w przekonaniu, że (przynajmniej w Polsce) trenerzy dbający o kondycję i przygotowanie fizyczne przykładają do pracy nad wytrzymałością dużą uwagę - zbyt dużą. Nie chodzi tu jednak o sam fakt małego znaczenia wydolności sportowca na jego wydajność podczas meczu czy zawodów. A co, jeśli nasza uwaga skierowana jest w złą stronę?

O ile w takich dyscyplinach jak koszykówka, siatkówka czy piłka ręczna, dominującymi wysiłkami w czasie meczów są te o najwyższej intensywności pracy, o tyle w piłce nożnej (która w indywidualnych zadaniach również charakteryzuje się dynamiką i pracą w wysokich intensywnościach) istnieje przekonanie, że to trening wytrzymałości jest najważniejszy. Być może, do takiego myślenia zachęca trenerów rozmiar boiska, na którym grają i trenują ich zawodnicy, a efektem tego jest budowanie formy przed sezonem na bieganiu po lasach. Na szczęście takie formy, powoli odchodzą w zapomnienie i chwała trenerom za to. Choć jestem trenerem piłki nożnej, to uważam, że zdolność do wykonywania wysiłków o wysokiej intensywności w trakcie meczu na najwyższym poziomie, jest efektem systematycznej pracy nad systemami energetycznymi, w których odbywa się praca w czasie gry. Powiedzenie „trenuj tak, jak chcesz grać”, bardzo dobrze tu pasuje.

FIZJOLOGIA SYSTEMÓW ENERGETYCZNYCH

Każde ćwiczenie i wysiłek fizyczny nakłada na ciało sportowca zarówno zapotrzebowanie metaboliczne, jak i nerwowo-mięśniowe. Aby sprostać tym wymaganiom, należy nieustannie dostarczać adenozynotrifosforan (ATP) do pracy mięśni poprzez interakcje trzech szlaków metabolicznych (rys. 1):

• systemu fosfagenowego

• systemu glikolitycznego

• systemu oksydacyjnego - tlenowego

Intensywność i czas trwania ćwiczenia determinuje, który z tych systemów energetycznych ma największy udział w dostarczaniu energii. Ćwiczenia takie jak Olimpijskie Podnoszenie Ciężarów i bieg na 100 m wykorzystują ATP w bardzo szybkim tempie, a zatem polegają na szlakach adenozynotrifosforan - fosfokreatyna (ATP-PCr) wykorzystywanych do refosforylowania ADP do ATP. Ten szlak opiera się na jednoetapowej reakcji kinazy kreatynowej na refosforylowany ADP, a zatem ma wysokie tempo dostarczania energii. Podaż domięśniowych magazynów ATP i PCr jest jednak niewielka, co powoduje bardzo ograniczoną pojemność tego systemu.

rys. 1 Charakterystyka trzech systemów energetycznych

Czynności o średnim czasie trwania, takie jak bieganie na 400 m, muszą polegać na systemach energetycznych o większej pojemności, aby ponownie fosforylować ATP niezbędne do pracy mięśni. Ten wieloetapowy szlak metaboliczny wykorzystuje glukozę/glikogen w celu dostarczania ATP do ciągłego skurczu mięśni i tak będzie się działo w przypadku braku lub ograniczonej dostępności tlenu. W czasie wysiłku wytwarzane są związane ze zmęczeniem produkty uboczne, które jednak ograniczają czas funkcjonowania tego systemu energetycznego.

Aktywności o dłuższym czasie trwania, takie jak biegi maratońskie, opierają się na ścieżkach fosforylacji oksydacyjnej (tlenowa glikoliza / β-oksydacja, cykl Krebsa, łańcuch transportu elektronów), aby utrzymać produkcję ATP przez dłuższy czas trwania wysiłku. Jednak te ścieżki metaboliczne wymagają zintegrowanego systemu podaży i wykorzystania tlenu, a zatem mają znacznie niższe prędkości dostarczania ATP. Chociaż działanie wszystkich systemów nie wyklucza się wzajemnie, to proporcjonalne poleganie na tych trzech systemach energe-tycznych zależy zarówno od czasu trwania, jak i intensywności ćwiczeń (tab. 1).

tab 1. Wymagania i zależności w funkcjonowaniu systemów energetycznych w zależności od intensywności i czasu trwania wysiłku

Informacje zawarte w powyższej tabeli mogą służyć do ogólnego zrozumienia wymagań metabolicznych różnych aktywności sportowych. Wymagania metaboliczne sportów, takich jak olimpijskie podnoszenie ciężarów, sprint na 100 m lub maraton, są stosunkowo łatwe do sklasyfikowania, ponieważ intensywność i określony czas trwania tych sportów jasno definiuje udział danego systemu energetycznego w produkcji energii. Jednak wymagania wielu sportów zespołowych stanowią większe wyzwanie, gdy chcemy je sklasyfikować na podstawie zapotrzebowania wysiłku na dany system metaboliczny. Większość sportów zespołowych składa się z maksymalnych lub prawie maksymalnych sprintów, po których następuje krótki okres regeneracji, a zatem nie opierają się wyłącznie na jednym systemie energetycznym, jak w poprzednich przykładach. Standardowe opisy szlaków metabolicznych, sprawiają wrażenie, że ścieżki te wzajemnie się wykluczają i funkcjonują z wyraźnymi przełącznikami „włącz-wyłącz” wraz ze wzrostem czasu trwania i zmniejszeniem intensywności pracy.

DYNAMIKA ENERGETYCZNA PODCZAS WYSIŁKU

Wiemy już, że ATP (energia) może być wytwarzana za pośrednictwem trzech systemów energetycznych, co nie oznacza, że w tym samym czasie, może działać tylko jeden z nich. Aby lepiej zrozumieć tę koncepcję, możemy skorzystać z prostej analogii orkiestry symfonicznej. Orkiestra składa się z kilku grup instrumentów, a każda grupa w czasie jednego utworu gra delikatnie, umiarkowanie lub głośno, w zależności od zapisu nut. Na początku symfonii grupa instrumentów smyczkowych może grać głośno, grupa instrumentów dętych umiarkowanie, a grupa perkusyjna delikatnie i cicho. Te muzyczne akcenty mogą zostać odwrócone podczas trwania całego utworu, aby odzwierciedlić delikatną muzykę instrumentów strunowych i głośną muzykę grupy perkusyjnej. To samo dotyczy produkcji energii podczas ćwiczeń. Każdy z trzech systemów energetycznych jest w stanie dynamicznego przepływu.

Podobnie jak grupy instrumentów, każdy z systemów energetycznych działa stale podczas wysiłku, ale na różnych poziomach produkcji ATP w zależności od intensywności i czasu trwania ćwiczenia. Przykład „utworu symfonicznego” i współpracy systemów podczas wysiłku możemy zobaczyć na rysunku 2, który pokazuje niesamowitą dynamikę podczas wyścigu w kolarstwie szosowym, które ogólnie możemy sklasyfikować jako sport wytrzymałościowy. Podczas jazdy w płaskim terenie intensywność pracy jest umiarkowana, a czas trwania jest stosunkowo długi. W tym wypadku dominującym systemem energetycznym jest system długiego czasu, czyli fosforylacja oksydacyjna. Mimo że dominuje system długoterminowy, nie jest to jedyny aktywny szlak produkcji energii podczas jazdy w peletonie. Pozostałe dwa systemy energetyczne są aktywne, ale „grają łagodnie”. Podczas podjazdu pod górę intensywność wzrasta, a czas trwania tego wysiłku jest krótszy w porównaniu z jazdą w płaskim terenie. Ten rodzaj intensywnych ćwiczeń o umiarkowanym czasie trwania wymaga systemu energii krótkotrwałej, czyli glikolizy i on w głównej mierze zabezpiecza zapotrzebowanie mięśni na energię. Dynamika systemów energetycznych odwraca się całkowicie podczas sprintu na finiszu do mety, co charakteryzuje się pracą z bardzo dużą intensywnością, jednak przez krótki czas. W tej fazie natychmiastowy system uwalniania energii jest wyraźnie najaktywniejszy, a pozostałe dwa są stosunkowo mało aktywne.

W sportach wytrzymałościowych dominującym systemem energetycznym jest system fosforylacji oksydacyjnej. Pamiętając jednak o analogii do orkiestry symfonicznej, sportowcy muszą pamiętać o roli, jaką odgrywają pozostałe systemy (ATP-CP i glikoliza) w wykonywaniu wysiłków wytrzymałościowych. Wiedza, kiedy trenować i ile czasu poświęcić na trening każdego z trzech systemów energetycznych, jest ważnym składnikiem sukcesu w sporcie wytrzymało-ściowym. Ta wiedza znajduje również odzwierciedlenie w dobrze zaprojektowanym programie treningowym.

rys 2. Dynamika energetyczna podczas wyścigu w kolarstwie szosowym

SYSTEMY ENERGETYCZNE W SPORTACH ZESPOŁOWYCH

Sprawność systemów metabolicznych zawodnika drużyny sportowej odgrywa kluczową rolę w określeniu rodzaju wysiłku i ograniczeń podczas gry (Helgerud i in., 2001). Skuteczność przygotowania zawodników i wynikający z tego poziom sprawności jest kluczowym czynnikiem determinującym ich zdolność do spełnienia określonych wymagań narzuconych przez pozycję na boisku, model gry oraz strategię. Specyfika w odniesieniu do sprawności metabolicznej obej-muje zarówno systemy energetyczne, jak i sposoby ich działania. Bioenergetyka aktywności treningowej określa wpływ treningu na różne aspekty sprawności działania systemów energe-tycznych, takich jak adaptacje tlenowe czy anaerobowe. Mówiąc najprościej, trening głównie wytrzymałościowy przyczyni się do poprawy kondycji aerobowej (tlenowej), a trening intensywny i krótki do poprawy zdolności anaerobowych (beztlenowej).

Korzyści płynące z kształtowania systemów energetycznych znajdują odzwierciedlenie głównie w sposobie poruszania się wykorzystywanym podczas treningu. Odpowiedzi adaptacyjne pokazują jak duży wpływ na specyfikę wysiłku w sportach zespołowych ma stopień specyficzności w programie treningowym (Jones i Carter, 2000). Aby zaspokoić wymagania specyfiki treningu, forma przygotowania fizycznego dla sportów drużynowych powinna wykorzystywać te same formy aktywności, które występują w czasie gry i dążyć do nałożenia odpowiednich obciążeń na układ metaboliczny doświadczonych już zawodników. Zgodnie z tą zasadą, specyficzne dla sportu formy treningu poprawiającego kondycję, które odtwarzają i przeciążają warunki fizjologiczne oraz kinematyczne występujące podczas gry, są określane jako najbardziej skuteczny sposób na przygotowanie zawodników do gry (Deutsch i in., 1998).

SYSTEMY ENERGETYCZNE W SPORTACH ZESPOŁOWYCH

Charakterystyczne jest to, że wysiłek fizyczny podczas rywalizacji w sportach zespołowych ma charakter przerywany, obejmujący sprinty i inne formy intensywnego wysiłku. Te zrywy intensywnej aktywności są przeplatane formami ruchu o niższej intensywności, co wspomaga proces odbudowy i umożliwia usuwanie mleczanu (Hoff 2005). Zapotrzebowanie metaboliczne jest zatem naprzemiennym procesem pomiędzy dostarczaniem energii na potrzeby pracy o wysokiej intensywności a uzupełnieniem źródeł energii i przywracaniem homeostazy pomiędzy powtarzającymi się wysiłkami (Balsom i in., 1992).

Przerywaną naturę aktywności podczas meczów w sportach drużynowych zobrazowały badania, w których zidentyfikowano 997±183 różnych ruchów podczas meczu koszykówki, ze zmianą formy aktywności średnio co dwie sekundy (McInnes i in., 1995). W badaniu zawodników rugby odnotowano 560 aktywności podczas 70-minutowego meczu (Deutsch i in., 1998). Również podczas 90-minutowego meczu piłki nożnej na poziomie profesjonalnym zaobserwowano aż 1197 zmian aktywności, a warto zauważyć, że badania te wykonane były 30 lat temu, co biorąc pod uwagę zmianę tempa i charakteru rozgrywania meczu piłkarskiego obecnie, może zwiększyć te wyniki (Bangsbo i in., 1991).

Ten przerywany charakter wysiłku, który jest charakterystyczny dla sportów zespołowych, ma wpływ na bioenergetykę i ogólny wymiar kondycji i sprawności systemów energetycznych. Częste zmiany kierunku i prędkości ruchu wymagają wielokrotnego pokonywania sił bezwładności i obejmują formy przyspieszania i hamowania, które dodatkowo stanowią znaczne obciążenie metaboliczne sportowca (McInnes i in., 1995; Wilkins i in., 1991). Przerywany bieg wykonywany w kontrolowanych warunkach na bieżni wiąże się z większym obciążeniem fizjologicznym (wyższe oceny postrzeganego wysiłku i reakcji wentylacyjnych) niż ćwiczenia o tej samej średniej intensywności wykonywane w sposób ciągły (Drust i in., 2000). To z kolei wymaga większego względnego udziału metabolizmu beztlenowego w dostarczaniu energii. Różnorodne formy poruszania się w wielu kierunkach, które wykonują zawodnicy w trakcie meczu, wymagają wysokiej wydajności ruchu i ekonomii biegu dla wielu różnych ruchów związanych z grą.

rys 3. Udział procentowy systemów energetycznych napastnika w czasie meczu piłki nożnej

REPEATED SPRINT ABILITY - RSA

Musimy pamiętać o tym, że każdy z systemów działa w celu wspólnego dostarczania energii, jednak ich wkład zmienia się w zależności od wykonywanego zadania (Gastin, 2001). W związku z tym zawodnicy sportów zespołowych wymagają takich poziomów sprawności, które będą wystarczające do zaspokojenia specyficznych wymagań metabolicznych sportu i pozycji na boisku, które obejmują współdziałanie trzech głównych ścieżek metabolicznych. „Włączanie i wyłączanie” systemów energetycznych, w przerywanym charakterze sportów zespołowych został nazwany zdolnością do powtarzania sprintu (ang. repeated sprint ability - RSA) (Girard i in. 2011). RSA odzwierciedla kluczową cechę sportu zespołowego, w którym duża część rywalizacji jest realizowana przez wykonywanie czynności o mniejszej intensywności z krótkimi “atakami” wysiłku od maksymalnego do prawie maksymalnego. Dlatego ważne jest, aby sportowcy biorący udział w treningach z wysokim RSA byli zdolni do powtarzania maksymalnych i sub-maksymalnych wysiłków z ograniczonym wpływem zmęczenia (Bishop i in. 2011).

W miarę gromadzenia się zmęczenia w trakcie zawodów zdolność do wielokrotnego powtarzania wysiłków z maksymalną prędkością jest zagrożona. W mechanizmie RSA zbadano wiele mechanizmów zmęczenia (Bishop 2012). Dodatkowo zbadano również wiele różnych zmiennych treningowych i zawodów. Na przykład obniżone RSA z powodu zmęczenia można przypisać długości trwania wysiłku oraz długości odstępów między pracą a odpoczynkiem (Little T, Williams 2007), rodzajom regeneracji (aktywnym i pasywnym), kinetyce wychwytywania tlenu (Bishop 2012) i zmianom metabolitu mięśniowego (Bishop i in. 2003). Nadal konieczne jest badanie fizjologicznych podstaw RSA, jednak udowodniono skuteczność różnych metod treningu w celu usunięcia ograniczeń i poprawy zdolności do powtarzania maksymalnych wysiłków. Na przykład metody treningu interwałowego o wysokiej intensywności (HIIT) pozwala poprawić VO₂max, kinetykę VO₂, biogenezę mitochondriów i wyniki sportowe.

Terminologia treningowa dotycząca systemu energetycznego nie zawsze jest spójna, co może prowadzić do nieporozumień w stosowaniu zasad badawczych w odniesieniu do faktycznie stosowanych metod treningowych. Aby temu zapobiec, zaleca się rezygnację z fizjologicznych opisów treningu i zamiast tego stosowanie trzech podstawowych klasyfikacji dla ćwiczeń krótkiego czasu z powtarzanym wysiłkiem. Ten system klasyfikacji może pomóc trenerom w programowaniu sesji treningowych bez mylącej terminologii fizjologicznej (Chamari, Padulo 2015). System klasyfikacji opiera się na czasie trwania ćwiczeń (tab. 2). Zauważ, że ćwiczenie o dłuższym czasie trwania nie jest uwzględnione w strukturze tej klasyfikacji, jednak nie należy ich przeoczyć. Podczas gdy nadmierne ilości długotrwałego wysiłku takiego jak ćwiczenia wytrzymałościowe mogą mieć szkodliwy wpływ na eksplozywne możliwości sportowców, udowodniono, że umiarkowana ilość tego rodzaju treningu zwiększa wydajność w sportach zespołowych, ponieważ znaczna część wysiłku podczas meczów jest poświęcana na wykonywanie pracy o niskiej intensywności pomiędzy wysiłkami o wysokiej intensywności (Stone 2009). W tych okresach tlenowy system energetyczny odgrywa centralną rolę w regeneracji między intensywnymi wysiłkami i pomaga w powtarzaniu wysiłków o wysokiej intensywności z mniejszym spadkiem wydajności (Bogdanis i in. 1996).

tab. 2. Klasyfikacja wysiłków treningowych

GRA - SKUTECZNE NARZĘDZIE KSZTAŁTOWANIA WYTRZYMAŁOŚCI

To podejście do treningu systemów energetycznych w zespołowych grach sportowych obejmuje specjalnie zaprojektowane gry z udziałem zmniejszonej liczby graczy w każdej drużynie oraz zmodyfikowaniu obszaru gry, oraz zasad, które pozwalają manipulować intensyw-nością treningu (Hoff i in. 2002; Hill-Haas i in. 2011). Zastosowanie małych gier jako metody treningu sprawności metabolicznej może być wykorzystywane dla takich dyscyplin jak piłka nożna, rugby, koszykówka, piłka ręczna czy siatkówka. W zależności od wyboru gry treningowej i związanej z nią parametrów wysiłkowych możliwe jest wywołanie różnych poziomów intensywności treningu. Czynniki zidentyfikowane jako wpływające na intensywność treningu w małych grach obejmują wymiary boiska, liczbę zawodników i stosowanie coachingu oraz instrukcji.

Zazwyczaj najwyższą intensywność treningu uzyskuje się w przypadku małych gier na ograniczonym polu gry dostosowanym do liczby zawodników, co wymaga największego wysiłku i nie pozwala zawodnikowi na zbyt dużą ilość czasu i przestrzeni (Jeffreys 2004). Mniejsza liczba zawodników jest związana z największą intensywnością pracy, a format gry 2v2 lub 3v3 wywołuje najwyższe odpowiedzi fizjologiczne (Castagna i in. 2011). Manipulowanie liczbą graczy tak, aby stworzyć sytuację gry w prze-wadze, na przykład wprowadzenie zawodnika neutralnego, jest opcją zmiany intensywności pracy (Hill-Haas i in. 2011). Inne modyfikacje zasad, które mogą wpływać na wymagania stawiane graczom, obejmują ograniczenie czasu, w którym piłka jest poza grą, dlatego ważne jest, aby trenerzy zapewnili stałą dystrybucję piłek, unikając w ten sposób nieplanowanych przestojów w grze. Na rys. 6.10 możemy zaobserwować rejestrację pracy serca u profesjonalnego zawodnika piłki nożnej w treningu metodą interwałową opartej na 3 różnych formach małych gier, w stosunku pracy do odpoczynku 1:1 (4 minuty gry : 4 minut odpoczynku).

rys. 4. Wykres przedstawiający zapis pracy serca piłkarza nożnego w treningu opartym o małe gry

Jednym z zastrzeżeń dotyczących tej metody kształtowania wytrzymałości specjalnej jest to, że w przypadku małych gier odnotowujemy większy poziom zmienności reakcji fizjologicznych zawodników w porównaniu z bardziej uporządkowanymi warunkami, takimi jak interwały o wysokiej intensywności. Wpływ na reakcje fizjologiczne i wzorce ruchów ma przede wszystkim indywidualny poziom umiejętności technicznych graczy. Również osoby o wyższych zdolnościach wytrzymałościowych mogą nie otrzymywać takiego samego bodźca treningowego, jak inni zawodnicy w zespole, uczestniczący w treningu opartym o małe gry i potrzebują znacznie większego bodźca do osiągnięcia wymaganej intensywności pracy (Hill-Haas i in. 2011). Kluczowe w tym wypadku jest monitorowanie obciążeń i znajomość indywidualnych predyspozycji oraz możliwości wysiłkowych zawodników, co pozwoli nam zminimalizować zmienność reakcji fizjologicznych. Kiedyś jeszcze wrócę do tego tematu od bardziej praktycznej strony.

---

Chcesz wiedzieć więcej o treningu sportowym i profesjonalnym przygotowaniu motorycznym?

Koniecznie zamów GOTOWEGO DO GRY - PIERWSZY W POLSCE PODRĘCZNIK PRZYGOTOWANIA MOTORYCZNEGO DLA TRENERÓW I ZAWODNIKÓW!

Bibliografia

Helgerud, J., L.C. Engen, U. Wisloff and J. Hoff (2001) ‘Aerobic Endurance TrainingImproves Soccer Performance’, Medicine & Science in Sports & Exercise 33(11):1925–1931.

Jones, A.M. and H. Carter (2000) ‘The Effect of Endurance Training on Parameters of Aerobic Fitness’, Sports Medicine 29(6): 373–386.

Deutsch, M.U., G.J. Maw, D. Jenkins and P. Reaburn (1998) ‘Heart Rate, Blood Lactate and Kinematic Data of Elite Colts (Under-19) Rugby Union Players during Competition’, Journal of Sports Sciences 16: 516–570.

Hoff, J. (2005) ‘Training and Testing Physical Capacities for Elite Soccer Players’, Journal of Sports Sciences 23(6): 573–582.

Balsom, P.D., J.Y. Seger, B. Sjodin and B. Ekblom (1992) ‘Maximal-Intermittent Exercise: Effect of Recovery Duration’, International Journal of Sports Medicine 13(7): 528–533.

McInnes, S.E., J.S. Carlson, C.J. Jones and M.J. McKenna (1995) ‘The Physiological Load Imposed on Basketball Players during Competition’, Journal of Sports Sciences 13: 387–397.

Bangsbo. J., L. Norregaard and F. Thorso (1991) ‘Activity Profile of Competition Soccer’, Canadian Journal of Sports Sciences 16(2): 110–116.

Wilkins, H.A., S.R. Petersen and H.A. Quinney (1991) ‘Time-Motion Analysis of and Heart Rate Responses to Amateur Ice Hockey Officiating’, Canadian Journal of Sports Sciences 16(4): 302–307.

Drust, B., T. Reilly and N.T. Cable (2000) ‘Physiological Responses to Laboratory-Based Soccer-Specific Intermittent and Continuous Exercise’, Journal of Sports Sciences 18: 885–892.

Gastin PB. Energy system interaction and relative contribution during maximal exercise. Sports Med. 2001;31(10):725–741.

Girard O, Mendez-Villanueva A, Bishop D. Repeated- sprint ability - part I: factors contributing to fatigue. Sports Med. 2011;41:673–694.

Bishop D, Girard O, Mendez-Villanueva A. Repeated- sprint ability - part II: recommendations for training. Sports Med. 2011;41:741–756

Bishop DJ. Fatigue during intermittent-sprint exercise. Clin Exp Pharmacol Physiol 2012;39:836–841

Little T, Williams AG. Effects of sprint duration and exercise: rest ratio on repeated sprint performance and physiological responses in professional soccer players. J Strength Cond Res. 2007;21:646–648.

Bishop D, Lawrence S, Spencer M. Predictors of repeated-sprint ability in elite female hockey players. J Sci Med Sport. 2003;6(2):199–209.

Chamari K, Padulo J. ‘Aerobic’ and “Anaerobic” terms used in exercise physiology: a critical terminology reflection. Sports Med - Open 2015;1:9