VO₂max: Klucz do Niezwykłej Kondycji – Czy Znasz Swój Limit?

Każdy sportowiec marzy o przekroczeniu swoich granic – bieganiu szybciej, wytrwaniu dłużej, pójściu dalej niż kiedykolwiek wcześniej. Ale co tak naprawdę decyduje o tym, że jedni osiągają mistrzowską formę, a inni zostają w tyle? Kluczem do sukcesu jest VO₂max – tajemniczy parametr, który mierzy zdolność Twojego organizmu do wykorzystywania tlenu. To nie tylko liczba, ale prawdziwy wyznacznik Twojej kondycji fizycznej. Chcesz wiedzieć, dlaczego ten wskaźnik jest tak istotny i jak możesz go poprawić, by osiągać lepsze wyniki? Zapraszam do świata VO₂max – odkryjesz, jak działa Twoje ciało na najwyższych obrotach.

Co to właściwie jest VO₂max ?

Podczas wysiłku wytrzymałościowego, jak bieganie lub jazda na rowerze, wzrost intensywności zwiększa całkowite zużycie tlenu (VO₂). Intensyfikacja wysiłku sprawia, że mięśnie szkieletowe domagają się coraz więcej tlenu. Rośnie więc zapotrzebowanie na tlen i jego konsumpcja. Mitochondria komórek mięśniowych, niczym wewnętrzne nanoelektrownie, potrzebują coraz więcej tlenu, żeby ‘wyprodukować’ odpowiednią ilość energii do skurczu mięśniowego. Proces ten nazywamy tlenowym sposobem pozyskania energii. A gdy rośnie zapotrzebowanie na tlen, wzrasta też nasze tętno. Oddech staje się głębszy i krótszy, czyli wzrasta też tzw. Minutowa wentylacja płuc.

Gdy zbliżamy się do maksymalnej intensywności ćwiczenia (prędkości biegu czy jazdy na rowerze) zwykle obserwujemy stabilizację zużycia tlenu. W tym momencie, nawet gdy zwiększamy intensywność, poziom VO₂ już nie rośnie – osiągamy VO₂max, zwany też pułapem tlenowym.

Czasami jednak, w codziennej praktyce badań wydolnościowych, nie następuje „wypłaszczenie” krzywej VO₂. W takich przypadkach do oceny, czy test rzeczywiście osiągnął poziom maksymalny, stosuje się inne kryteria. Są to: bardzo wysoki wskaźnik wymiany oddechowej (RER), szczytowe HR zbliżone do prognozowanych wartości maksymalnych oraz stężenie mleczanów  („zakwaszenie”) na poziomie >8–10 mmol/L.

Wartości VO₂max u młodych, zdrowych mężczyzn wynoszą od 35 do 50 ml/kg/min. U kobiet mieszczą się w przedziale od 30 do 45 ml/kg/min. Różnica wynika głównie z większej ilości tkanki tłuszczowej u kobiet. Kobiety mają też niższy poziomu hemoglobiny, odpowiedzialnej za transport tlenu we krwi (mniejsza pojemność tlenowa krwi).

U sportowców wytrzymałościowych z najwyższego poziomu międzynarodowego wartości VO₂max u mężczyzn często mieszczą się w zakresie 70–85 ml/kg/min. Zarejestrowano również przypadki, w których pułap tlenowy u mężczyzn przekraczał 90 ml/kg/min! Choć wiele zależy tu również od używanego do pomiaru sprzętu i jego kalibracji. Kobiety reprezentujące analogiczny poziom wytrenowania osiągają wartości VO₂max na poziomie 65–75 ml/kg/min.

VO₂max to maksymalna ilość tlenu, którą nasz organizm jest w stanie pobrać i przetworzyć z powietrza atmosferycznego w ciągu minuty (mL/min). VO₂max mierzy się bezpośrednio podczas testów wydolnościowych, takich jak badanie ergospirometryczne. Podczas tego badania, oddychając przez specjalną maskę w trakcie wysiłku o narastającej intensywności, analizator mierzy skład wdychanego i wydychanego powietrza oraz jego objętość. Tylko w ten sposób można uzyskać faktyczny pomiar, pod warunkiem, że urządzenia są odpowiedniej klasy i prawidłowo skalibrowane.

Osoby o większej masie ciała mają zazwyczaj wyższą wartość minutowego poboru tlenu, ponieważ masa pracujących mięśni jest większa. Dlatego wartości VO₂max przelicza się na kilogram masy ciała (mL/kg/min), co pozwala na lepsze porównania zarówno międzyosobnicze, jak i międzygatunkowe. Upraszczając: im wyższa wartość VO₂max przeliczona na kilogram masy ciała, tym większa produkcja energii, co teoretycznie przekłada się na lepsze możliwości funkcjonalne, np. wyższą prędkość biegu.

Co wpływa na wielkość VO₂max ?

Wartość VO₂max zależy przede wszystkim od ilości krwi pompowanej przez serce w ciągu jednej minuty. Jest to tzw. pojemność minutowa serca. Badania wskazują na silną zależność między maksymalną pojemnością minutową a VO₂max. A od czego zależy ilość krwi pompowanej przez serce? Przede wszystkim od tego jak szybko serce ‘pracuje’, czyli kurczy się i rozkurcza w ciągu minuty (HRmax). Zależy też od ilości krwi, którą serce jest w stanie ‘przepompować’, podczas jednego skurczu (czyli tzw. Objętości wyrzutowej serca). A ponieważ HRmax  jest u większości ludzi zbliżone, największe znaczenie ma objętość wyrzutowa serca. U elitarnych sportowców, dzięki adaptacjom treningowym, takim jak przerost mięśnia sercowego, obserwuje się wyjątkowo wysokie wartości objętości wyrzutowej.

Jak szybko można zaadoptować serce do wysiłku wytrzymałościowego?

W jednym z badań wykazano, że roczny intensywny trening wytrzymałościowy prowadzi do zmian serca! Oczywiście mówimy tu o zmianach zaobserwowanych u wcześniej nieaktywnych młodych osób. Zaobserwowane zmiany były podobne do tych, które występują u wyczynowych sportowców wytrzymałościowych.

A więc już po roku intensywnej pracy zwiększa się masa lewej i prawej komory. W konsekwencji poprawia się też pułap tlenowy i to całkiem sporo! Zaobserwowano że średnio VO₂max wzrosło z wartości 40,3 mL/kg (±1,6) do wartości 48,7 mL/kg  (±2,5).

Stwierdzono jednak, że adaptacja prawej i lewej komory różni się w czasie. Prawa komora zwiększała swą objętość już od samego początku okresu treningowego. Lewa komora natomiast najpierw zwiększa kurczliwość, a dopiero po 6–9 miesiącach treningu zaczynała się rozszerzać (zwiększać objętość). Te różnice podkreślają odmienny charakter adaptacji obu komór serca (Armin Arbab-Zadeh, 2017).

No dobrze, wiemy już że kluczowym elementem wpływającym na VO₂max jest ilość krwi pompowanej przez serce. Ale czy tylko ilość ma znaczenie? Oczywiście, że nie! Ważna jest też jakość pompowanej krwi. Przede wszystkim zwróćmy uwagę na zawartość hemoglobiny oraz masę erytrocytów. Hemoglobina odpowiada za transport tlenu, a jej wysoki poziom umożliwia dostarczanie dużych ilości tlenu do pracujących mięśni. I na tym nam właśnie zależy! Podczas intensywnego wysiłku mięśnie szkieletowe potrafią zwiększać wykorzystanie dostępnego tlenu, z około 25% w spoczynku do 75% podczas dużego obciążenia. Co ciekawe, maksymalny poziom ‘wykorzystania’ (ekstrakcji) tlenu jest podobny zarówno u osób wytrenowanych, jak i niewytrenowanych.

Idąc dalej, by cały układ krwionośny sprawnie ‘dokarmiał’ mięśnie tlenem, ważny jest też rozkład przepływu krwi.  U wysoce wytrenowanych sportowców przepływ krwi do pracujących mięśni może być bardzo wysoki. W pewnych sytuacjach dochodzi jednak do rywalizacji między grupami mięśni o dostęp do zasobów krwi. Na przykład podczas jednoczesnego wysiłku kończyn dolnych i górnych przepływ do nóg może zostać ograniczony. Dodatkowo pamiętajmy też, że mięśnie oddechowe również wymagają dostarczania tlenu! Wszystko to  łącznie ma znaczenie dla rozkładu przepływu krwi i w konsekwencji na wydolność wysiłkową.

Podsumowując, VO₂max jest wynikiem współdziałania kilku systemów organizmu, w tym układu sercowo-naczyniowego, oddechowego oraz mięśniowego. Wydolność serca oraz zdolność do transportu i efektywnego wykorzystania tlenu są kluczowe, zwłaszcza w przypadku sportowców wyczynowych. Wszystkie te elementy decydują o zdolności organizmu do osiągania wysokiej wydolności fizycznej podczas intensywnego wysiłku.

Więcej znaczy lepiej ?

Czy wyższe VO₂max zawsze oznacza lepsze osiągi? Często tak, wyższe VO₂max na kilogram masy ciała oznacza większą produkcję energii i potencjalnie szybsze bieganie. Lubimy mieć więcej niż inni, a to dotyczy także wskaźników fizjologicznych. Niemniej jednak możliwości podnoszenia VO₂max są ograniczone, a charakter treningu odgrywa tutaj kluczową rolę.

Ale uwaga, nie jest to zależność zero-jedynkowa! Wyprodukowana energia może być wykorzystywana ‘lepiej’ lub ‘gorzej’. I tutaj pojawia się wreszcie pojęcie ekonomii wysiłku. Jest to efektywność, z jaką produkowana energia przekłada się na pracę mięśni, ruch i ostatecznie naszą prędkość biegu czy jazdy na rowerze.

Zależność tę można porównać do dwóch samochodów o identycznej mocy silnika. Różnice w konstrukcji mogą sprawić, że osiągi będą inne, mimo tej samej mocy napędu. Podobnie, osoby z wyższym VO₂max zazwyczaj biegają szybciej lub generują większą moc na rowerze, ale nie jest to regułą.

Czy trening gwarantuje wyższe VO₂max?

Trening mający na celu poprawę wydolności krążeniowo-oddechowej (czyli podniesienie VO₂max) wymaga odpowiedniej intensywności i systematyczności. Idealnie byłoby, gdyby każdy po kilku latach treningów mógł kwalifikować się do wyczynowej grupy kolarskiej. Albo przebiegać maraton w czasie poniżej trzech godzin. Niestety, rzeczywistość jest bardziej złożona.

Niektórzy, pomimo sumiennego treningu, nie zauważają poprawy wydolności, podczas gdy inni potrafią zwiększyć swoje VO₂max nawet o 20% w ciągu roku. Skąd te różnice i co możemy zrobić, by zwiększyć swoje szanse na sukces?

Zrozumienie biologicznych podstaw procesu wytrenowania VO₂max jest kluczowe dla personalizacji treningu wyczynowego i medycznego. VO₂max jest bowiem nie tylko miarą wydolności fizycznej, ale również wskaźnikiem zdrowia.

Genetyka i VO₂max, kluczowy czynnik

Możliwości poprawy VO₂max w dużej mierze zależą od naszych genów. Dowodzą temu liczne badania naukowe. Jedno z największych badań w tym zakresie (HERITAGE Study) przeanalizowało jak bardzo zmienia się VO₂max u spokrewnionych ze sobą osób. Po 5 miesiącach treningu dopasowanego do indywidualnych możliwości zauważono, że średni wzrost VO₂max wyniósł 400 mL/min (± 200 mL). Różnice między osobami były jednak duże – niektórzy prawie w ogóle nie poprawili wyniku, a inni nawet o ponad 1000 mL/min. Co ciekawe, różnice między rodzinami były 2,6 razy większe niż wśród członków tej samej rodziny (znaczenie genów!).

Kolejne badania wykazały, że czynniki genetyczne odpowiadają za około 47% zmienności VO₂max w odpowiedzi na trening. Zidentyfikowano aż 97 genów, które mogą wpływać na zdolność organizmu do adaptacji treningowej w kontekście VO₂max (Williams i wsp., 2017).

Badania na zwierzętach potwierdziły te obserwacje. W eksperymencie na szczurach, w którym selekcjonowano zwierzęta o najlepszych przyrostach wydolności, po 15 pokoleniach udało się „wyhodować” szczury-mistrzów. Te super-szczury mogły przebiec aż 223 metry podczas testu wytrzymałościowego, podczas gdy nisko responsywne osobniki jedynie 65 metrów (Koch i wsp. 2013).

Fizjologia VO₂max

Wartości VO₂max odzwierciedlają zdolności układu krążeniowo-oddechowego do transportu i wykorzystania tlenu przez mięśnie. Na wynik mają wpływ:

• Objętość wyrzutowa serca – ilość krwi pompowanej przez serce w trakcie jednego skurczu, która zwiększa się dzięki adaptacjom treningowym.
• Stężenie hemoglobiny – odpowiedzialnej za transport tlenu we krwi.
• Objętość krwi i gęstość naczyń mikrokrążenia – wpływające na dostarczanie tlenu do tkanek.
• Stężenie mioglobiny w mięśniach – umożliwiającej magazynowanie tlenu na poziomie komórkowym.
• Efektywność mitochondriów – produkujących energię w postaci ATP w procesach tlenowych.

Na końcu tego procesu znajduje się produkcja energii w mitochondriach, które przekształcają tlen w ATP, zasilające skurcze mięśniowe. Efektywność pracy enzymów mitochondrialnych jest zależna od wielu czynników, np. temperatury ciała.

Z tych wszystkich elementów to układ krążeniowy i serce odgrywają najważniejszą rolę w poprawie VO₂max. Zdolności adaptacyjne serca i układu krążenia są kluczowe, ponieważ umożliwiają zwiększenie objętości wyrzutowej serca i poprawę dostarczania tlenu do pracujących mięśni.

Jak powiększyć pulap tlenowy

Biorąc pod uwagę główne czynniki determinujące VO₂max, kluczowe wydaje się zwiększenie objętości minutowej serca oraz pojemności tlenowej krwi. Bardzo dobrym sposobem na poprawę obu tych wskaźników jest trening interwałowy typu HIIT (High-Intensity Interval Training). Trening HIIT znacząco wpływa na poprawę funkcjonowania serca, układu krwionośnego oraz mięśniowego. Ale na czym dokładnie polega taki trening? W treningach typu HIIT należy uwzględniać wysiłki o intensywnościach powyżej drugiego progu metabolicznego (progu RCP) do poziomu VO₂max. Taki wysiłek wykonuje się w formie interwałów trwających od 30 sekund do 5 minut. Przerwy między nimi mogą wynosić od 15 sekund do 5 minut. Liczba powtórzeń waha się od 20 do 3, zależnie od długości interwału. Trening można robić od 2 do 5 razy w tygodniu. Podczas sesji dąży się do osiągnięcia tętna bliskiego HRmax w kilku powtórzeniach. To często powoduje dyskomfort oddechowy, opisywany jako „uczucie braku powietrza”.

Skuteczność treningu HIIT w poprawie VO2max jest udowodniona w licznych badaniach naukowych. Dodatkowo potwierdzono że HIIT jest szczególnie skuteczny u osób niewytrenowanych, u których przyrost VO₂max wynosił średnio aż 21,4%. Dla osób aktywnych fizycznie przyrost ten wyniósł 9,7%, natomiast u osób wytrenowanych – 5,7% (Sports Medicine, Badanie autorstwa Rosenblat i wsp., 2022). To samo opracowanie udowadnia, że  całkiem niezłe wyniki w poprawie VO₂max przynosi też trening typu SIT (Sprint Interval Training). Wykonując trening SIT, VO₂max przyrasta średnio o 14,1% u osób niewytrenowanych, 7,2% u osób aktywnych fizycznie oraz 3,7% u osób wytrenowanych. Co więcej, nie odnotowano różnic w wynikach między grupami składającymi się wyłącznie z mężczyzn a grupami mieszanymi, co sugeruje, że efekty HIIT i SIT na VO₂max są niezależne od płci.

Tu warto podkreślić, że warunkiem realizacji tak intensywnych treningów jest brak przeciwwskazań kardiologicznych. Treningi typu HIIT oraz SIT, są sporym obciążeniem dla układu krążeniowo – oddechowego. Powinniśmy więc mieć pewność, że nasze serce jest zdrowe a nakładane obciążenia są bezpieczne. Standardowo kondycję układu-krążeniowo oddechowego sprawdzamy za pomocą badań, takich jak spoczynkowe lub wysiłkowe EKG oraz USG serca (echokardiografia).

Jeśli mamy niski poziom hemoglobiny we krwi (anemia), zadbajmy o prawidłowe żywienie i regenerację! W ten sposób wyrównamy ewentualne deficyty. Wzrost poziomu hemoglobiny można też uzyskać poprzez sztuczne lub naturalne przebywanie w warunkach niedotlenienia (hipoksji). Hipoksja zwiększa zdolność przenoszenia tlenu i podwyższa VO₂max.

Rodzaj treningu a wzrost VO₂max, dowody naukowe

Na przestrzeni ostatnich lat powstały setki badań – eksperymentów, które sprawdzały jak działają różne formy treningu. Powstało też kilka opracowań wtórnych (tj. przeglądów systematycznych i metaanaliz), skupiających się na zagadnieniach związanych z typem treningu i VO₂max w sposób zbiorczy. Stąd wybiórcze traktowanie badań może być stronnicze i nie oddać ogólnego obrazu zmian. Najwyższą wiarygodność w piramidzie EBP mają analizy przeglądów systematycznych, zwane przeglądami parasowolowymi. W zakresie VO₂max i treningu istnieją już takie opracowania, a ich wyniki pokazuje kolejny akapit.

Trening o wysokiej intensywności: Klucz do lepszego VO₂max ?

Nauka dowodzi, że VO₂max skutecznie poprawia zarówno trening o niskiej intensywności (LIT), jak i trening o wysokiej intensywności (HIT). Oba podejścia działają efektywnie  zarówno u osób młodych i starszych, zdrowych oraz prowadzących siedzący tryb życia. Jednak szczegółowe analizy wykazują różnice w efektywności obu rodzajów treningu, w zależności od populacji i stosowanych protokołów treningowych.

Trening o wysokiej intensywności (HIT) wykazuje lepsze efekty od treningu LIT, szczególnie u osób starszych oraz tych z niskim wyjściowym poziomem sprawności fizycznej. Wykazano, że dłuższe interwały (2–4 minuty), większa objętość pracy w jednostce treningowej (co najmniej 15 minut) oraz dłuższy okres programu (ponad 4 tygodnie) prowadzą do większych korzyści w poprawie VO₂max.

Z kolei trening o niskiej intensywności (LIT) może być bardziej odpowiedni dla osób mniej zaawansowanych, które dopiero rozpoczynają pracę nad swoją wydolnością.

Trening o wysokiej intensywności (HIIT) wypada też lepiej na tle treningu o średniej intensywności (MICT). Wykazano, że HIT poprawia VO2max bardziej niż średnio intensywne treningi o ok 0,5-3,8 mL/kg/min.

VO₂max to nie wszystko

Pocieszające może być to, że VO₂max nie jest jedynym czynnikiem umożliwiającym osiąganie dobrych wyników sportowych. Ekonomia wysiłku, zwana również kosztem fizjologicznym, odgrywa kluczową rolę w biegach długodystansowych, takich jak maraton.

Choć wysoki VO₂max jest fundamentem sukcesu, rzeczywista wydolność zawodnika zależy od efektywności wykorzystania tlenu przez organizm, czyli od tego, jaką prędkość lub moc można wygenerować przy określonym poziomie VO₂. W kolarstwie mierzy się tzw. współczynnik pracy użytecznej, który określa produkowaną przez mięśnie moc w relacji do zużywanej energii.

Biegacze charakteryzujący się lepszą ekonomiką biegu są w stanie osiągać wyższe prędkości przy tej samej intensywności wysiłku. Daje im to przewagę nad mniej ekonomicznymi rywalami, nawet jeśli ich VO₂max jest podobny. Dominacja zawodników z Afryki Wschodniej w biegach długodystansowych jest częściowo przypisywana ich doskonałej ekonomii wysiłku.

W maratonach, gdy czas ukończenia wyścigu jest bardzo krótki (np. poniżej 2:20 dla mężczyzn), pułap tlenowy przestaje być wystarczającym predyktorem wyniku. W takich przypadkach to właśnie ekonomia wysiłku staje się kluczowym czynnikiem decydującym o różnicach między zawodnikami na najwyższym poziomie.

Podsumowując, poprawa VO₂max zależy od wielu czynników, w tym intensywności i rodzaju treningu, ale również od predyspozycji genetycznych. Największe korzyści z treningów interwałowych, zarówno HIIT, jak i SIT, można zauważyć u osób, które zaczynają regularnie trenować, oraz u osób, które mają niższy poziom VO₂max. Natomiast w przypadku osób lepiej wytrenowanych, efekty są bardziej subtelne, choć nadal możliwe do osiągnięcia. Ważne jest, aby dostosować trening do indywidualnych potrzeb, dbać o zdrowie układu krążeniowego, a także o regenerację i odpowiednią dietę. Zwiększenie VO₂max poprawi nie tylko twoje wyniki, ale i jakość życia. Niezależnie od tego, czy jesteś sportowcem, czy osobą dbającą o zdrowie, inwestycja w rozwój VO₂max przyniesie wymierne korzyści. Zatem – gotowy na nowe wyzwania? Zacznij już dziś i ciesz się lepszą formą!

Ze sportowymi pozdrowieniami:

dr hab. Szczepan Wiecha, fizjolog sportowy Sportslab

„Copyright © [2024], [akademia Sportslab]. Wszelkie prawa zastrzeżone. Kopiowanie, rozpowszechnianie i przetwarzanie treści bez zgody autora jest zabronione.”

bibliografia

Arbab-Zadeh, A., Perhonen, M., Howden, E., Peshock, R. M., Zhang, R., Adams-Huet, B., Haykowsky, M. J., & Levine, B. D. (2014). Cardiac remodeling in response to 1 year of intensive endurance training. Circulation, 130(24), 2152-2161. https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.114.010775

Crowley, E., Powell, C., Carson, B. P., & Davies, R. W. (2022). The effect of exercise training intensity on VO₂max in healthy adults: An overview of systematic reviews and meta-analyses. Journal of Sports Science & Medicine, 11(5). https://doi.org/10.1155/2022/9310710

Joyner, M. J., & Dominelli, P. B. (2021). Central cardiovascular system limits to aerobic capacity. Experimental Physiology, 106(12), 2299-2303. https://doi.org/10.1113/EP088187

Poon, E. T. C., Li, H. Y., Gibala, M. J., Wong, S. H. S., & Ho, R. S. T. (2024). High-intensity interval training and cardiorespiratory fitness in adults: An umbrella review of systematic reviews and meta-analyses. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports, 34(5). https://doi.org/10.1111/sms.14652

Rosenblat, M. A., Granata, C., & Thomas, S. G. (2022). Effect of interval training on the factors influencing maximal oxygen consumption: A systematic review and meta-analysis. Sports Medicine, 52(6), 1329-1352. https://doi.org/10.1007/s40279-021-01624-5

Williams, C. J., Williams, M. G., Eynon, N., Ashton, K. J., Little, J. P., Wisløff, U., & Coombes, J. S. (2017). Genes to predict VO₂max trainability: A systematic review. BMC Genomics, 18(Suppl 8), 831. https://doi.org/10.1186/s12864-017-4192-6