VO2max – zwykły wskaźnik i jego niezwykłe możliwości

Maksymalny minutowy pobór tlenu, dla niewtajemniczonych w fizjologii sportowej oznaczany symbolem VO₂max, jest uważany za miarę tlenowej wydolności organizmu. Zapewne większość osób wie, że do funkcjonowania każdej żywej komórki naszego organizmu potrzebny jest tlen.

HRmax bez tajemnic

W mitochondriach (jedno z organelli komórkowych) każdej komórki odbywają się skomplikowane reakcje chemiczne, których efektem jest wytworzenie określonej porcji energii (ATP- adenozynotrójfosforan). Aby reakcje te były możliwe, potrzebny jest tlen. Tlen pobieramy z otoczenia dzięki pracy układu oddechowego. Następnie układ krążenia transportuje tlen do wszystkich komórek organizmu. Niezależnie od tego czy śpimy, czy trenujemy, pobieramy z otoczenia określoną ilość tlenu. VO₂ określa, ile litrów tlenu pobieramy z otoczenia w ciągu jednej minuty czy to spoczynku, czy podczas wysiłku. VO2max to nic innego jak maksymalne wartości, jakie możemy zarejestrować u danej osoby w trakcie badania wydolnościowego (fot. 1). Podobnie jak mamy określone maksymalne wartości tętna, tak samo mamy określone osobniczo zmienne wartości VO₂max.

Znaczenie VO2max

Maksymalny minutowy pobór tlenu ma ogromne znaczenie w konkurencjach wytrzymałościowych. Porównując do samochodu VO₂max odpowiada ilości koni mechanicznych produkowanych przez dany silnik. Oczywiście, jeśli nasz samochód ma więcej koni mechanicznych, mamy większe szanse na wygraną. Wyższe wartości VO₂max, jakie możemy osiągnąć, dają większy potencjał każdemu trenującemu sporty wytrzymałościowe. Co prawda nie dają 100% pewności na wygraną, ale dają znacznie większe możliwości w porównaniu do osób z niższymi wartościami VO₂max. Reguła jest dosyć prosta, im więcej możemy pobierać tlenu, tym więcej możemy produkować energii. Aby wygrywać, potrzebujemy oczywiście nie tylko wysokich wartości VO₂max. Kolarze, u których obserwuje się wyższe wartości VO₂max niż u biegaczy, nie będą wygrywać w biegach długich. Wiąże się to z inną biomechaniką ruchu i techniką pracujących mięśni. Aby bieganie było efektywne, a wygrywanie możliwe, musimy mieć odpowiednio wysoki VO2max i możliwie niski koszt fizjologiczny wysiłku.

Koszt fizjologiczny wysiłku

Określa on, ile zużywamy tlenu (produkujemy energii), aby wykonać określoną ilość pracy. Dla biegacza będzie on oznaczał ilość pobranego tlenu na pokonanie jednego kilometra z określoną prędkością biegu. Koszt fizjologiczny wysiłku porównać można do spalania benzyny w samochodzie. Możemy mieć silnik generujący dużą moc (VO₂max), ale spalający równie dużo paliwa i nie osiągający zbyt dużych prędkości. Ideałem jest oczywiście posiadanie samochodu o niskim spalaniu, generującym jak największą moc. Najlepsi biegacze startujący na dystansach >10000 m potrzebują około 130-140 mililitrów tlenu na pokonanie jednego kilometra z prędkością biegu około 16-17 km/h. Osoby niewytrenowane i biegacze z kilkumiesięcznym stażem potrzebują >200 ml/kg/km, co jest niemal dwukrotnie większym „spalaniem” niż u wyczynowców. Dlatego też nawet najlepiej wytrenowany kolarz nie wygra z wytrenowanym biegaczem.

Wielkości VO₂max

Rekordowe wartości poboru tlenu notuje się u wioślarzy i narciarzy biegowych. Najwyższe zanotowane wartości były u jednego z norweskich biegaczy narciarskich i wynosiły 7,48 litra na minutę, co w przeliczeniu wyniosło 94 ml na kilogram masy ciała. U osób nietrenujących wartości te uznajemy za doskonałe, jeśli przekraczają 50 ml/kg/min (dla mężczyzny w wieku 20-30 lat). Każdy z nas ma pewien kreślony limit w poborze tlenu, który ulega różnym zmianom w wyniku treningu czy starzenia się. Wraz z wiekiem, po około 30 roku życia, sukcesywnie zmniejszają się wartości VO₂max, podobnie jak maksymalne tętno. Uważa się, że to właśnie stopniowe obniżanie wartości HR max (dokładnie objętości minutowej serca) powoduje obserwowany spadek w poborze tlenu. Szacuje się, że na każdy rok więcej, ubywa nam około 0,5-0,6 ml/kg/min w wartościach maksymalnych poboru tlenu. W tabeli 1 i 2 znajdują się wartości norm dla osób nietrenujących i rekreacyjnie uprawiających sport (dane na podstawie Cooper Institute for Aerobics Research).

Tabela 1. Wartości VO2max dla mężczyzn (ml/kg/min)

Tabela 2. Wartości VO₂max dla kobiet (ml/kg/min)

Co decyduje o naszym VO₂max?

Na to, ile tlenu może wykorzystać podczas wysiłku nasz organizm, wpływa kilka czynników. Podstawowym są zdolności transportowe, za jakie odpowiada układ krążenia. Ważne są również zdolności oksydacyjne komórek mięśniowych, czyli możliwości do zużycia tlenu w celu produkcji energii. W grę wchodzi również układ oddechowy, gdyż tlen z pęcherzyków płucnych musi przenikać do erytrocytów przez barierę, jaką jest błona pęcherzyków płucnych i ściany naczyń mikrokrążenia mięśniowego. Według diPrampero i jego dosyć skomplikowanych wyliczeń wiemy, że to układ krążeniowy odpowiada w 70 % za ograniczenie w poborze tlenu, a w 30 % są to czynniki obwodowe, jak mięśnie i układ oddechowy.

Serce, nasza pompa paliwowa

O tym, ile tlenu trafia do pracujących mięśni, w największym stopniu decyduje objętość minutowa serca. Ta z kolei zależy od częstości skurczów serca i objętości wyrzutowej lewej komory. Serce ma określone parametry, podobnie jak pompa paliwowa w silniku. Im więcej jest w stanie wypompować krwi w ciągu minuty, tym więcej tlenu trafi do pracujących mięśni. Przez większość fizjologów to właśnie układ krążeniowy uważany jest za wąskie gardło w transporcie tlenu w naszym organizmie. Rekordowe wartości objętości minutowej serca, jakie zostały zarejestrowane, wynosiły 42,3 litra krwi na minutę. Wartości objętości minutowej serca u osób nietrenujących są poniżej 20 litrów krwi na minutę.

Krew, hemoglobina i hematokryt

O tym, ile krew może transportować tlenu, decyduje zawartość hemoglobiny. Hemoglobina wypełnia czerwone krwinki (erytrocyty) i odpowiada za 99% transportowanego we krwi tlenu. Im więcej mamy we krwi hemoglobiny, tym więcej tlenu trafi do pracujących mięśni. Wartości hemoglobiny dla mężczyzn wynoszą od 14 do 18 gram na 100 ml krwi, a dla kobiet od 12 do 16 g na 100ml krwi. Przy normalnym dostępie tlenu w atmosferze hemoglobina wysyca się w pęcherzykach płucnych praktycznie w 100% i z dokładnych oznaczeń wynika, że każdy gram hemoglobiny może transportować 1,34 ml tlenu. Nie od dziś wiadomo, że wartości hemoglobiny mają duży wpływ na VO₂max i wyniki sportowe. W większości organizacji sportowych jak UCI, FIS czy IAAF są dokładne regulacje odnośnie górnych limitów poziomu hemoglobiny czy hematokrytu. Dla biegaczy górne limity ustalone przez federację wynoszą 17 gram hemoglobiny na 100 ml krwi i hematokryt nie większy niż 50%. Co ciekawe, w jednym z opracowań naukowych, gdzie badano grupę 40 kenijskich biegaczy kadry narodowej, aż u 10 z nich wartości były przekroczone, a rekordzista miał ponad 18,5 gram Hb. Oczywiście w takich sytuacjach zawodnicy są dodatkowo badani przez międzynarodową agencję do zwalczania dopingu w sporcie (WADA), gdyż zgodnie z zasadami ich wartości krwi są na niedozwolonym poziomie i istnieje duże prawdopodobieństwo stosowania niedozwolonych metod. Naturalnie przyczyną wprowadzenia limitów wartości hemoglobiny, hematokrytu czy retikulocytów, było stosowanie przez zawodników transfuzji krwi i różnych substancji na czele z erytropoetyną, których działanie polegało na wzroście zdolności krwi do transportu tlenu.

Mięśnie i ich metabolizm

Mięśnie, a dokładnie mitochondria w komórkach mięśniowych, są odbiorcą tlenu. W mitochondriach nazywanych elektrowniami komórkowymi zachodzą bardzo skomplikowane procesy biochemiczne. Ogólnie mówimy o tzw. cyklu oddechowym Krebsa, w którym substraty energetyczne (glukoza) są spalane przy użyciu tlenu. W trakcie tego procesu powstają tak cenne dla nas cząsteczki ATP posiadające w swojej budowie wiązanie energetyczne. Późniejszy rozpad tego wiązania powoduje powstanie energii, dzięki której nasze komórki mięśniowe mogą się kurczyć. Oczywiście szczegółowe opisanie tych procesów wykracza poza ramy tego artykułu. Procesy biochemiczne zachodzące w mitochondriach są dosyć dobrze poznane. Wiemy również, że ilość i jakość enzymów mitochondrialnych zmienia się wraz z wytrenowaniem. Po części jest też uwarunkowana genetycznie, czym m.in. tłumaczone są sukcesy danych grup etnicznych u Kenijczyków czy Etiopczyków. Im więcej mamy mitochondriów komórkowych, tym większe są „moce przerobowe” naszych mięśni. Wartości VO2max są istotnie skorelowane z gęstością mitochondrii mięśniowych nie tylko u ludzi, ale i wśród zwierząt. Wraz z wytrenowaniem mięśni rośnie też aktywność określonych enzymów biorących udział w produkcji ATP w mitochondriach.

Zmiany wynikające z wytrenowania nie dotyczą jedynie mitochondriów. Widoczne są również w budowie tkanki mięśniowej i mikrokrążeniu. Zmianie ulega skład włókien mięśniowych na korzyść tych tzw. tlenowych (włókna wolno-kurczliwe). Ponadto zwiększa się zagęszczenie naczynek krwionośnych w mikrokrążeniu mięśniowym. Procesy te wpływają ogólnie na wzrost możliwości wykorzystania tlenu przez pracujące mięśnie i oczywiście wzrost wartości maksymalnego poboru tlenu. Pamiętajmy jednak, że udział mięśni w ograniczaniu wartości VO₂max stanowi mniej jak 30%.

Jak określić VO₂max?

Jedynym wiarygodnym sposobem jest bezpośrednie zbadanie poboru tlenu w próbie wysiłkowej. Do tego używamy odpowiednich urządzeń (ergospirometrów) umożliwiających dokładne określanie składu powietrza wdychanego do płuc i wydychanego. Tutaj oczywiście, jak w każdym sprzęcie pomiarowym, liczy się precyzja i jakość, tak więc wiarygodność pomiarów zależy od tego, na jakim sprzęcie i w jaki sposób wykonywano próbę. Dawniej używano aparatów wielkości szafy pancernej, a pomiary miały spory błąd wynikający z mniejszej dokładności sond pomiarowych, gorszych masek twarzowych czy dużej przestrzeni martwej (objętości rury, jaką gazy oddechowe są dostarczane do analizatora). Obecnie urządzenia z wyższej półki umożliwiają badania w terenie, a te stacjonarne są wielkości pudełka po butach. Ich dokładność jest w zależności od producenta coraz lepsza. Jedyne, co się chyba nie zmieniło, to wysoki koszt analizatorów…

Jeśli z różnych przyczyn nie możemy bezpośrednio oznaczyć VO₂max, możemy posłużyć się dostępnymi kalkulatorami i tabelami. Wartości podawane są w zależności od wyniku sportowego na określonym dystansie. Podobnie jak wzory do obliczenia HR max, tak i te do określania maksymalnego poboru tlenu mają błąd statystyczny wynoszący około 20 %.

Wyliczenie VO₂max na podstawie testu Coopera:

W teście Coopera zadaniem jest przebiec jak największy dystans w czasie 12 minut. Znając nasz wynik (dystans w metrach), możemy obliczyć w przybliżeniu nasze VO2max

• VO2max= (dystans w metrach – 504.9) / 44.73

Równanie wg. Daniels i Gilbert:

Aby obliczyć wartość VO₂max, musimy znać nasz aktualny wynik na dystansie >1500m. Wzór do obliczenia jest dosyć skomplikowany i wyliczenie VO₂max na piechotę zajmuje nawet wprawnemu w liczeniu biegaczowi kilka minut. Proponuję użyć dostępnego kalkulatora na stronie.

W drugiej części artykułu omówione zostaną praktyczne aspekty i możliwości zwiększenia wydolności tlenowej poprzez trening, suplementy czy hipoksję wysokogórską.