Trening interwałowy w rozwoju wydolności fizycznej

By 19 marca 202326 marca, 2023Wpisy

Trening interwałowy o wysokiej intensywności (HIIT, ang. high intensity interval training) ze względu na swoje uniwersalne efekty jest obecnie stosowany w sporcie, rehabilitacji, a także w medycynie. Uniwersalna definicja treningu interwałowego, zakłada naprzemienne stosowanie wysiłków maksymalnej lub o wysokiej intensywności  (>VO2max) z okresami wypoczynku, których czas trwania może istotnie warunkować zamierzony efekt adaptacyjny. Jak się można domyślić definicja ta nie wyczerpuje różnych rodzajów treningu interwałowego, które różnią się znacząco od siebie i niosą ze sobą odmienne korzyści adaptacyjne. Należy zaznaczyć, że trening interwałowy może być manipulowany aż dwunastoma zmiennymi, dlatego warto wiedzieć jak tym treningiem sterować.

Trening interwałowy i jego zmienne: czas trwania wysiłku, czas trwania przerw, intensywność pracy i przerw, liczba powtórzeń i serii itd. Buchheit i Laursen wsp. 2019.

Rodzaje interwałów

W literaturze obcojęzycznej wyróżnia się „high intensity interval training (HIIT) oraz „all – out sprint interval training” (SIT), które w głównej mierze różnią się od siebie intensywnością i stosunkiem czasu trwania pracy do przerwy.  Protokoły HIIT to zazwyczaj wysiłki trwające od 2 – 4 min o intensywności 80 -100%VO2max. Trening SIT z kolei, to wysiłki „all-out” czyli maksymalne, często na poziomie ≈ 250% VO2max, których czas trwania najczęściej wynosi 10 – 30 s. Duńczycy (Iaia i Bangsbo 2010) wyszczególniają jeszcze dwa rodzaje treningu SIT, które w głównej mierze różnią się czasem trwania przerw. W literaturze polskiej, treningi te nazywane są treningiem mocy (ang. speed endurance production; SEP)  i pojemności glikolitycznej (ang. speed endurance maintenance; SEM).

W nawiasach podany stosunek czasu trwania pracy do przerw.

VO2max i objętość wyrzutowa serca (SV)

Głównym kryterium poziomu wydolności tlenowej jest wartość VO2max. Poprawa tego parametru jest determinowana bardziej dostawą tlenu, aniżeli zdolnością jego ekstrakcji przez mięśnie. Dlatego stosowanie środków mających na celu poprawę pojemności minutowej serca (objętość krwi tłoczona przez serce w ciągu 1 min) jest najbardziej wskazana. Ilość krwi tłoczonej przez serce jest wypadkową częstości skurczów serca (HR) i jego objętości wyrzutowej (ang. stroke volume, SV). Wiadomo, iż wraz z wiekiem i stażem treningowym HR się sukcesywnie obniża, dlatego poprawa pojemności minutowej (Q, ang. cardiac ouptut) może nastąpić w głównej mierze za sprawą poprawy objętości wyrzutowej.

Istnieją dwa mechanizmy poprawy tej wartości. Pierwszy to wzrost siły skurczu, a drugi wzrost ciśnienia napełniania lewej komory serca (ang. filling pressure). Ciśnienie zwiększa się wraz z intensywnością wysiłku i skutkuje to ostatecznie większą objętością wyrzutową serca za sprawą prawa Franka – Starlinga. Im więcej krwi napływa do serca tym z większą siła jest ono wyrzucone na obieg. W takim razie, z punktu widzenia treningowego, należy ćwiczyć z taką intensywnością aby maksymalizować objętość wyrzutową serca. Zależnie od rodzaju wysiłku i stopnia wytrenowania, maksymalna wartość SV może zostać osiągnięta w ciągu 1 – 4 min zanim zacznie się normować lub nawet lekko się obniżać.

Intensywność wysiłku a SV

Badania wskazują, iż maksymalna wartość SV jest osiągana powyżej 90%VO2max (Helgerud i sp. 2007) natomiast podczas wysiłków interwałowych największy skok SV ( i nawet większa wartość niż podczas wysiłku) następuję w trakcie restytucji (wypoczynku). Takahashi wsp. (2005) zaobserwował największa wartość SV w pierwszych 80 s fazy odpoczynku (20%VO2max ) po zakończeniu pracy o intensywności 60%VO2max . Serię eksperymentów dokonał Buchheit i wsp. (2013) i niezależnie od rodzaju i intensywności wysiłku, największa objętość wyrzutowa serca była również rejestrowana podczas restytucji. Rysunek poniżej przedstawia pobór tlenu (VO2), częstość skurczów serca (HR), objętość wyrzutową (SV) oraz wysycenie tlenem mięśni (TSI) po trzech różnych wysiłkach:

  1. test progresywny + dwie serie po trzy interwały o czasie pracy 15 s (a)
  2. 5 min wysiłku ciągłego (50%VO@max) + 3 min pracy o intensywności 100%VO2max (b)
  3. Cztery pierwsze interwały o stosunku pracy do przerwy 15/45 s (c)

Intensywność a VO2max

Badania, które miały na celu sprawdzić zależność pomiędzy intensywnością pracy a poprawą VO2max wykazały, iż najskuteczniejszą strefą wysiłku jest tzw. strefa czerwona tj. przebywanie powyżej 90% VO2max. Jest to oczywiście związane z tym, iż maksymalna objętość serca osiągana jest przy intensywnościach 90 – 100% VO2max (Lepretre i wsp. 2004).

Wiadomo, iż kontynuacja wysiłku o intensywności 100% VO2max możliwa jest zazwyczaj od 3 – 5 min. Billat i wsp. (1996) proponują aby podczas treningu zgromadzić przynajmniej 2,5 – krotność czasu jaki jesteśmy w stanie utrzymać podczas pracy z intensywnością 100%VO2max. Analiza treningów dobrze wytrenowanych zawodników prezentuje, iż są oni w stanie kumulować średnio powyżej 10 min z intensywnością większą niż 90% VO2max i ok. 4 – 10 min z intensywnością > 95% VO2max. Trzeba jednak pamiętać że, treningi te trwają o wiele dłużej np. 24 min (4 x 4 min lub/ 6 x 1000 – 1250 m) tyle tylko, że rozpoczynając wysiłek, nasze serce i płuca potrzebują czasu aby osiągnąć taką intensywność pracy.

TRENING HIIT

Niemniej z uwagi na fakt, iż trening metodą ciągłą jest niemożliwy aby utrzymać pożądaną intensywność przez tak długi czas, z pomocą przychodzi nam trening HIIT, który zazwyczaj opiera się na blokach o czasie trwania od 2 – 4 min. Niemieccy fizjolodzy opierając się na założeniu, że największa sprawność mechaniczna serca rejestrowana jest na poziomie częstości skurczów serca (HR) 130 – 170 ud/min zalecili stosowanie ćwiczeń o intensywności pozwalającej w końcu wysiłku uzyskać poziom 180 ud/min natomiast długość przerwy była determinowana obniżeniem częstości skurczów serca do poziomu 130 – 140 ud/min. Ustalono wówczas iż w treningu interwałowym stosunek czasu pracy do przerw kształtuje się na poziomie 1:2 lub 1:3 (Wołkow 2007). 

DŁUGIE I KRÓTKIE HIITy

Podczas stosowania HIIT w formie długich interwałów (od 2 – 4 min), przerwa wypoczynkowa nie ma takiego znaczenia w celu podtrzymania intensywności pracy jak ma to miejsce w przypadku interwałów krótkich (10 – 60 s). Seiler i wsp. (2005) zastosowali przerwę 1, 2 lub 4 min w treningu 6 x 4 min z intensywnością maksymalnie możliwą do utrzymania przez badanych. Nie odnotowano znaczących różnić w poziome mleczanu, częstości skurczów serca i tylko niewielką różnicę w prędkości biegowej i %VO2max pomiędzy przerwą 1 a 4 min. Z drugiej strony, podczas stosowania krótkich interwałów (< 60 s) długość przerwy ma już szczególne znaczenie i przy ich umiejętnej manipulacji również możemy osiągnąć intensywność > 90%VO2max . Główną różnicą pomiędzy interwałami długimi a krótkimi w treningu HIIT,  z punktu widzenia metabolicznego,  jest nasilenie procesów glikolitycznych. Okazuje się, że stosowanie naprzemiennie krótkiego czasu trwania pracy i przerw pozwala na bieżącą resyntezę fosfokreatyny i restaurację mioglobiny, tym samym obniżając nasilenie glikolizy beztlenowej (Astrand  i wsp. 1960) Tabela poniżej prezentuje zachowanie się parametrów fizjologicznych podczas pracy ciągłej i interwałowej z intensywnością 350 W (100%VO2max).

Badany mógł kontynuować wysiłek o intensywności 350 W przez 9 min, doprowadzając się do „zakwaszenia” na poziomie 16.7 mmol/l. Ta sama intensywność pracy może zostać kontynuowana przez 60 min w formie treningu interwałowego ale z różnym poziomem stężenia mleczanu we krwi. Należy zwrócić uwagę iż podczas pracy 30 s/30 s stężenie to wynosi 2.2 mmol/l podczas gdy praca w formie 3 min/3 min prowadzi do akumulacji mleczanu już na poziomie 13.3 mmol/l (przy stałym stosunku przerw do wypoczynku 1:1).

BADANIA INTERWENCYJNE

Ronnestad i wsp. (2020) sprawdził, który rodzaj interwału jest bardziej skuteczny w poprawie wydolności u wytrenowanych kolarzy. Badania zostali podzielenie na dwie grupy. Pierwsza grupa tzw. short intervals (SI) wykonywała trening opierający się na 13 x 30 s z przerwą 15 s (3 serie, przerwa pomiędzy seriami 3 min) natomiast grupa druga czyli long intervals (LI) wykonywała trening 4 x 5 min z przerwą 2.5 min pomiędzy powtórzeniami. Czas trwania wysiłku był podobny dla obu grup (19.5 min vs 20 min). Zawodnicy trenowali tak 3x/tydz przez okres 3 tygodni. Grupa SI poprawiła w większym stopniu zarówno VO2max (brak istotności statystycznej)  jak i 20 -minutowy test wytrzymałości w porównaniu do grupy LI. Sugeruje się, że trening opierający się na 30/15 spowodował lepszą tolerancję kwasicy metabolicznej, gdyż osoby z grupy SI cechowały się efektywniejszą pracą pomimo większego zakwaszenia. Drugi aspekt jest taki, iż osoby te mogły pracować z wyższą intensywnością podczas treningu i tym samym w większym stopniu stymulować biogenezę mitochondrium jak sugerują autorzy. Badanie to jest potwierdzeniem ich wcześniejszych doniesień ale na mniej wytrenowanych kolarzach (Ronnestad i wsp. 2015).

Znacząca poprawa w grupie SI w porównaniu do LI w testach Wingate, progresywnym, 5 min all- out, 40 min all-out i mocy na poziomie 4 mmol/l.

TRENING SIT

Trening mocy glikolitycznej (SEP)  – czyli wzrost aktywności enzymów szlaku glikolitycznego, osiągany jest metodą powtórzeniową. Jak sama nazwa wskazuje, metoda ta, zakłada stosowanie powtarzających się wysiłków (najczęściej o intensywności 70 – 100%, przy czym 100% to jest tzw. to all – out), w których czas trwania przerwy determinowany jest, szybkością usunięcia metabolitów intensywnego wysiłku z mięśni i krwi (La, H+, K+, Pi). Pełny powrót organizmu do stanu sprzed wysiłku glikolitycznego, zająć może kilkadziesiąt minut lub nawet kilkanaście godzin, niemniej z praktycznego punktu widzenia są to zazwyczaj wysiłki od 10 – 30 s przedzielone przerwą o czasie trwania od 2 – 4 min. Zmiany adaptacyjne jak odnotowano po treningu glikolitycznym to m.in: wzrost zawartości spoczynkowego poziomu glikogenu mięśniowego, zmniejszone zużycie glikogenu i produkcji mleczanu przy określonej intensywności (submaksymalnej) ćwiczenia, wzrost utleniania lipidów, wzrost aktywności enzymów tlenowych (PDH, CS), większe unaczynienie mięśni i tkanek, oraz wzrost ogólnej wydolności fizycznej mierzonej za pomocą VO2max (Burgomaster i wsp. 2005, 2008, Gibala i wsp. 2006, Rakobowchuk i wsp. 2008). Interesujący jest fakt, iż zmiany te mogą być osiągnięte nawet przy zmniejszeniu objętości treningowej o 90%. 

Seria badań przeprowadzonych przez naukowców McMaster University udowodniły, iż 10 min treningu SIT (tygodniowo) może nieść za sobą podobne zmian adaptacyjne co 4.5 h treningu wytrzymałościowego o średniej intensywności.

Na wysokim poziomie sportowym trening glikolityczny jest przede wszystkim wykorzystywany w celu budowania tolerancji na zmęczenie obwodowe m.in poprzez: wzrost przepływu krwi przez naczynia włosowate w efekcie zwiększenia ich liczby, zmniejszenie dystansu dyfuzji tlenu z krwi do mięśni, wzrost różnicy tętniczo-żylnej wysycenia krwi tlenem i większą aktywację jednostek motorycznych, a także wzrost szybkości impulsu nerwowego (MacDougall i wsp. 1998, Ross i Leverit 2001, Krustrup i wsp. 2004, Creer i wsp. 2004). W badaniach Bangsbo i wsp. (2009), grupa biegaczy (VO2max = 63 ml/kg/min) po wprowadzeniu treningu SEP poprawiła zdolność wysiłkową podczas biegu na 3 i 10 km bez stwierdzenia zmian w poziomie maksymalnego poboru tlenu.

W innych badaniach  na piłkarzach stwierdzono, iż jedna sesja tygodniowo przez okres 5 tyg. spowodowała 11% wzrost pokonanego dystansu w teście YYIR2 (ang. yo yo intermittent recovery  2 (Gunnarson i wsp. 2012). Podobne rezultaty zaobserwowali inni autorzy, którzy wprowadzili ten rodzaj treningu do gier zespołowych (Ingebrigsten 2013, Mohr i Krustrup 2016). Sugeruje się, iż u bardziej wytrenowanych osób trening ten wpływa na sprawniejsze funkcjonowanie pompy sodowo – potasowej (Na+ – K+) i innych białek równowagi kwasowo- zasadowej (MCT, NHE).

TRENING SEM

Trening pojemności glikolitycznej (SEM) stosowany jest metodą interwałową (wysiłki trwające od 10 – 90 s z 50 – 100% maksymalnej intensywności) i ma na celu wzrost tolerancji i szybkości neutralizacji metabolitów wpływających na mechanizm skurczu mięśniowego. Zastosowanie zbyt krótkiej przerwy wypoczynkowej nie pozwala na całkowitą utylizację mleczanu z krwi i mięśni czego efektem jest wzrost adaptacji organizmu do podejmowania wysiłku i generowania mocy mimo dużych zaburzeń homeostazy. Wariant tego treningu zakłada znaczne wyczerpanie glikogenu mięśniowego z równoczesnym rozwojem kwasicy metabolicznej. Badania wskazują, że największy wpływ na stopień intensyfikacji glikolizy beztlenowej podczas treningu interwałowego, ma moc rozwijana podczas ćwiczenia i czas przerw pomiędzy nimi i to na ich podstawie należy budować jednostkę treningową (Buchheit adn Laursen 2019, Wołkow i wsp. 2007).

Iaia i wsp. 2015 porównali trening mocy do pojemności glikolitycznej (SEP vs SEM)  u młodych piłkarzy nożnych i wykazali, iż istnieją subtelne różnice w kontekście adaptacji wysiłkowej. Trening SEP w większym stopniu poprawił zdolność wysiłkową w teście YYIR2 natomiast grupa SEM charakteryzowała się lepszą tolerancją na zmęczenie podczas testu RSA. Wysoki poziom mocy i pojemności glikolitycznej to zdolność organizmu do działania w warunkach ostrego zmęczenia, niedoboru tlenu i bieżącej kompensacji kwasicy metabolicznej, która pośrednio wpływa na obniżenie skuteczności wykonywanych czynności ruchowych. Należy oczekiwać, że wraz ze zwiększającą się mocą zewnętrzną wysiłków odpowiedni trening będzie zmniejszał reakcję na kwasicę jako wyraz budowy tolerancji zaburzeń homeostazy, co powinno być podstawowym kryterium monitorowania zmian adaptacyjnych organizmu. 

To znaczy, że zawodnik będzie mógł w stanie pracować efektywniej pomimo większego zaburzenia metabolicznego. Najprostszym przykładem jest ocena czasu na ostatnich 50 lub 100 m biegu na 400 m. Lepsza tolerancja na zmęczenie przed wszystkim poprawi utrzymanie prędkości lub zmniejszy jej spadek właśnie podczas tego etapu biegu.

Trening interwałowy a mitochondria

Trening HIIT jest bardzo skuteczną formą poprawy wysiłku wytrzymałościowego ale nie oznacza to, że wysiłki o niższej intensywności nie mają żadnego znaczenia w rozwoju wydolności fizycznej. Uważa się, iż wysoka intensywność poprawia przepustowość istniejących mitochondriów oraz mechaniczne parametry serca (rozrost lewej komory serca, zwiększone ciśnienie skurczowe, powrót żylny), natomiast objętość pracy o niskiej intensywności przyczynia się do powstawania nowych mitochondriów, dlatego połączenie treningów o różnej intensywności wydaje się najlepsza strategią jeśli chodzi o poprawę wydolności tlenowej (McInnis i wsp. 2017, Granata i wsp. 2018). Można uznać, iż trening HIIT (zarówno long jak i short intervals) jest skuteczną formą poprawy VO2max za sprawą mechanizmów centralnych (dostawy tlenu do mitochondriów) natomiast trening SIT oraz trening o niskiej intensywności będą odpowiedzialne za jego ekstrakcję (np. za różne enzymy szlaków energetycznych).

Wykresy przedstawiające zależność pomiędzy b) objętością treningu a wzrostem zawartości mitochondriów (silna korelacja). Brak takiej zależności jeśli chodzi o intensywność pracy (c).

Podsumowanie

Zarówno HIIT jak i SIT ma swoje miejsce w programie treningowym. Treningi HIIT mają w szczególności za zadanie podnieść VO2max (zmiany centralne) i badania wskazują, że w tym kontekście jest on  bardziej efektywny niż trening SIT. Z drugiej strony jeśli chodzi o lokalne zmiany enzymatyczne i tolerancję zmęczenia to trening SIT jest wskazany, dzięki któremu odnotowujmy lepszą ekstrakcję tlenu i poprawę białek odpowiedzialnych za utrzymanie równowagi kwasowo – zasadowej ustroju.

Literatura:

  1. Billat V, Petit B, Koralsztein J. Calibration de la duree des repetition d’une seance d’interval
  2. training a la vitesse associee a VO2max en reference au temps limite continu: Effet sur les reponses physiologiques et la istance parcourue. Sci Mot. 1996;28:13-20.
  3. Buchheit M, Laursen PB. High-intensity interval training, solutions to the programming puzzle: Part I: cardiopulmonary emphasis. Sports Med. 2013 May;43(5):313-38.
  4. Granata C, Jamnick NA, Bishop DJ. Training-Induced Changes in Mitochondrial Content and Respiratory Function in Human Skeletal Muscle. Sports Med. 2018 Aug;48(8):1809-1828
  5. Helgerud J, Høydal K, Wang E, Karlsen T, Berg P, Bjerkaas M, Simonsen T, Helgesen C, Hjorth N, Bach R, Hoff J. Aerobic high-intensity intervals improve VO2max more than moderate training. Med Sci Sports Exerc. 2007 Apr;39(4):665-71.
  6. Lepretre PM, Koralsztein JP, Billat VL. Effect of exercise intensity on relationship between
  7. VO2max and cardiac output. Med Sci Sports Exerc. 2004;36(8):1357-63.
  8. MacInnis MJ, Gibala MJ. Physiological adaptations to interval training and the role of exercise intensity. J Physiol. 2017 May 1;595(9):2915-2930
  9. Rønnestad BR, Hansen J, Vegge G, Tønnessen E, Slettaløkken G. Short intervals induce superior training adaptations compared with long intervals in cyclists – an effort-matched approach. Scand J Med Sci Sports. 2015 Apr;25(2):143-51.
  10. Rønnestad BR, Hansen J, Nygaard H, Lundby C. Superior performance improvements in elite cyclists following short-interval vs effort-matched long-interval training. Scand J Med Sci Sports. 2020 May;30(5):849-857. 
  11. Seiler S, Hetlelid KJ. The impact of rest duration on work intensity and RPE during interval training. Med Sci Sports Exerc. 2005 Sep;37
  12. Takahashi T, Okada A, Saitoh T, et al. Difference in human cardiovascular response between upright and supine recovery from upright cycle exercise. Eur J Appl Physiol. 2000;81: 233–9.
  13. Helgerud J, Høydal K, Wang E, Karlsen T, Berg P, Bjerkaas M, Simonsen T, Helgesen C, Hjorth N, Bach R, Hoff J. Aerobic high-intensity intervals improve VO2max more than moderate training. Med Sci Sports Exerc. 2007 Apr;39(4):665-71.