Факторы, ограничивающие выносливость, могут меняться в процессе тренировки

Этот материал будет интересен любителям фундаментальной физиологии двигательной активности.

Кто более или менее погружен в тему физиологии выносливости знает, что аэробные способности могут ограничивать как центральные (сердечно-сосудистая система, система доставки О2), так и периферические (окислительные способности мышц, система утилизации О2) группы факторов.

По-прежнему, не до конца понятно какие именно из этих факторов, у каких конкретно людей и при каких упражнениях будут ограничивать выносливость. Как диагностировать это "бутылочное горлышко", если оно есть, и можем ли мы устранять те или иные ограничения с помощью каких-то специальных тренировок - все эти вопросы требуют дальнейшего изучения.

Сегодняшняя работа показалась мне интересной в контексте вышеотмеченных вопросов.

Эргоспирометрия с ЭКГ в Международном Центре Охраны Здоровья (г. Москва).

Идея исследования

Изучить факторы, определяющие максимальное потребление кислорода скелетными мышцами (МПК мышц) в условиях нормоксии до и после тренировок на выносливость у изначально малоподвижных испытуемых.

Испытуемые и дизайн

• В эксперименте приняли участие 5 здоровых молодых мужчин, ведущих малоподвижный образ жизни, без заболеваний сердца или легких;
• Участники имели следующие характеристики: 27±5 лет, 176±8 см, 73±8 кг, МПК 2,6±0,3 л/мин или 35,2±4,9 мл/кг/мин.

Рисунок 1. Применяемые методики.

Что измеряли

• Собирали образцы артериальной и венозной крови (катетеры в лучевой артерии и бедренной вене) для определения парциального давления и содержания О2 и СО2 в крови, показателя pH, концентрации лактата;
• Интенсивность кровотока в мышцах ног;
• Оксигенацию гемоглобина и миоглобина;
• Максимальное потребление кислорода мышцами при разгибании колена;
• Все эти показатели измерялись при разгибании колена одной ногой при дыхании с содержанием кислорода 12%, 21% и 100% (гипоксия, нормоксия и гипероксия) как до, так и после 8 недель тренировок.

Как тренировались

• 8 недель испытуемые выполняли разгибания колена в условиях нормоксии по очереди каждой ногой;
• Тренировки проводилась три раза в неделю и включали как непрерывную, так и интервальную работу.

Результаты

Влияние количества вдыхаемого кислорода на его транспорт и использование до эксперимента

• Артериальное парциальное давление кислорода, сатурация артериального гемоглобина и содержание кислорода в артериальной крови значительно различались при трех экспериментальных условиях;
• Доставка кислорода к мышцам была значительно больше при гипероксии, чем при гипоксии (рис. 2);
• Не обнаружено влияния количества вдыхаемого O2 на мышечный кровоток и на разницу содержания кислорода в артериях и венах (рис 2);
• До тренировки МПК мышц существенно не менялось в зависимости от количества вдыхаемого кислорода (рис. 2 и 3);

Рисунок 2. Гемодинамические параметры при разгибании колена в условиях гипоксии, нормоксии и гипероксии до и после 8-ми недель тренировок на выносливость.

Влияние количества вдыхаемого кислорода на его транспорт и использование после эксперимента

• Парциальное давление кислорода и содержание кислорода в артериальной крови также значительно различались при всех экспериментальных условиях после тренировки;
• После тренировок МПК мышц существенно изменялось в зависимости от количества вдыхаемого кислорода (рис. 2 и 3);
• Тренировка значительно увеличила МПК мышц при всех количествах вдыхаемого кислорода в среднем примерно на 33% (рис. 2 и 3);
• Внутриклеточное парциальное давление O2 в мышцах было в среднем на ~66% ниже после тренировки по сравнению с предтренировочным значением (рис. 3; статистические различия только при гипоксии и нормоксии);

Рисунок 3. МПК мышц и внутриклеточное парциальное давление О2 при разгибании колена при дыхании разным количеством кислорода (12, 21 и 100%) до и после эксперимента.

• Тренировки не оказали существенного влияния на мышечный кровоток и на доставку кислорода к мышцам (рис. 2);
• Тренировки не повлияли на среднее капиллярное парциальное давление кислорода (рис. 4).

Рисунок 4. Среднее давление О2 в капилляре и средний градиент давления О2 между капилляром и клеткой до и после тренировки при разгибании колена с разным количеством кислорода (12, 21 и 100%).

Выводы

• До тренировок средний капиллярно-клеточный градиент давления O2 в работающих мышцах увеличивался от гипоксии к нормоксии и далее к гипероксии, но МПК мышц оставалось неизменным. Данное обстоятельство указывает на то, что именно способность мышц использовать поступающий O2 ограничивает МПК мышц в условиях нормоксии;
• После периода тренировок на выносливость как средний капиллярно-клеточный градиент давления O2 в работающих мышцах, так и МПК мышц увеличивались от гипоксии к нормоксии и далее к гипероксии. Данное наблюдение указывает на то, что именно способность транспорта O2 теперь ограничивает МПК мышц при нормоксии;
• Дополнительным интересным открытием этой работы явилось то, что внутриклеточное давление O2 в мышцах во время максимальной работы при разгибании колена было заметно выше до тренировок (4-10 мм рт. ст.), чем после (1-3 мм рт. ст.);
• Таким образом, у этих малоподвижных участников тренировки на выносливость изменили факторы, ограничивающие МПК мышц в этом упражнении при нормоксии со способности митохондрий использовать O2 на способность транспортировать O2 к митохондриям.

Дополнительные комментарии

• Тема сложная, цифр авторами получено очень много и они требуют дополнительного осмысления (в эту заметку вошли, на наш взгляд, основные);
• В итоге основной результат: до тренировки дыхание дополнительным кислородом не давало значимого увеличения потребления кислорода мышцами - то есть митохондрии "работали на пределе своих возможностей";
• После же 8 недель тренировок на выносливость появилась(!) реакция на дополнительный кислород и, параллельно с этим, упало внутриклеточное давление кислорода (рис. 3). Это может говорить о повышении окислительных возможностей мышц и "росте митохондрий", которым стало не хватать доставки кислорода;
• Всегда ли с началом тренировок периферические ограничения постепенно сменяются на центральные, и справедливо ли это, когда речь пойдет о работе бОльшей мышечной массы - необходимо выяснять.

Получить доступ к неопубликованным лекциям, статьям и другим материалам, а также поддержать нашу работу можно на Boosty

Сейчас там опубликованы следующие материалы:

1. Конкурентный тренинг (лекция).

2. Весогонка в единоборствах (лекция).

3. Плиометрика в фитнесе (лекция).

4. Метаболические эффекты упражнений (доклад).

5. Зона жиросжигания - что мы о ней знаем (лекция).

6. Физиология аэробного и анаэробного порогов, МПК (лекция).

7. Все про Дроп-Сет (лекция).

8. Локальное жиросжигание (лекция).

9. Ишемический тренинг. Часть 1 и 2 (научный доклад).

10. Физподготовка в волейболе (три лекции).

11. Биоэнергетика спорта (обзорная лекция).

12. Классификация аэробных и анаэробных упражнений (лекция).

13. Статодинамика: 30 лет обсуждений Часть 1 (лекция).

14. Семинар «Физиология жиросжигания» (3 лекции по 3 часа).

15. Разное количество повторений. Обзор эффектов для массы, силы и выносливости (лекция).

16. Предпосылки для локального жиросжигания (доклад).

17. Концепция физподготовки на примере игрового вида спорта (лекция).

18. Теория и методика интервальной тренировки (лекция 2 часа).

19. Некоторые экспериментальные факты о физической подготовке боксера (доклад).

20. Дефицит калорий: диета или упражнение? (лекция).

21. Влияние физкультуры на здоровье. Новые научные данные (лекция).

22. Теория и методика силовой тренировки. (Лекция. Часть 1 и 2).

23. NEW! Физиология мышечной деятельности с акцентом на хоккей (Лекция, часть 1).

Дополнительные материалы по этой теме:

Влияние дополнительного кислорода на выносливость. Научный эксперимент

Что ограничивает выносливость - сердце или мышцы? Научный эксперимент

Сердце или мышцы - что лимитирует выносливость? Научный эксперимент

Как гипоксия влияет на выносливость. Сравнение тренированных и нетренированных

Источник: Broxterman RM, Wagner PD, Richardson RS. Endurance exercise training changes the limitation on muscle V̇O2max in normoxia from the capacity to utilize O2 to the capacity to transport O2. J Physiol. 2024 Feb;602(3):445-459.