I. Predyspozycje energetyczne
Dla skurczu mięśnia niezbędna jest energia. Jej źródłem w organizmie człowieka jest ATP (adenozynotrójfosforan) powstający w różnych procesach biochemicznych, zwanych łącznie procesami oddychania komórkowego. Część drobin ATP związana jest w postaci fosfokreatyny i stanowi "zapas" energii zlokalizowany w mięśniu, możliwy do "uruchomienia" w każdej chwili przy udziale odpowiednich enzymów. Zapas ten wykorzystywany jest w pierwszej fazie ruchu i wystarcza na kilka sekund wysiłku o maksymalnej intensywności. Wielkość możliwej do rozwinięcia przez mięsień mocy w takich wysiłkach zależna jest oczywiście od wielu cech bardziej elementarnych (struktura mięśni, stopień pobudzenia jednostek motorycznych, sprawność poszczególnych enzymów itd.), jest jednak możliwa do syntetycznego pomiaru i wyrażenia jej wyniku w postaci tzw. maksymalnej mocy anaerobowej niekwasomlekowej (w nomenklaturze anglojęzycznej -alactacid anaerobic power, w polskiej MMA niekwasomlekowa).
Znanych jest kilka metod pozwalających zbadać jej wielkość (metoda Margarii, Georgescu, testy cykloergometryczne - szczegóły niebawem na naszej stronie...). Najprostszą jest zaś metoda wyznaczenia maksymalnej pracy anaerobowej (MPA) wykonanej w trakcie jednorazowego wysiłku (np. wyskok dosiężny, skok w dal z miejsca) - wielkość ta jest silnie skorelowana z wielkością MMA. W miarę wydłużania się czasu trwania wysiłku (kilkadziesiąt sekund) uruchamiany jest mechanizm uzyskiwania energii z procesu tzw. glikolizy: w pierwszej fazie przebiega ona w warunkach beztlenowych, a jej produktem jest kwas mlekowy.
Sprawność mechanizmów glikolitycznych, aczkolwiek często włączona treściowo również do pojęcia maksymalnej mocy anaerobowej (ze względu na beztlenowy przebieg procesów rozkładu glikolizy) i często mierzona wspomnianymi wyżej testami, jest w rzeczywistości mechanizmem odrębnym, wymagającym przynajmniej w cechach naukowych również odrębnego pomiaru (w nomenklaturze anglojęzycznej jest to lactacid anaerobic capacity) - a więc nie tyle moc, ile wydolność procesów anaerobowych (w Polsce mówimy o MMA kwasomlekowej). Stosowane są tu głównie testy cykloergometryczne o maksymalnej intensywności trwające około 30 sekund - "test Wingate".
Tabela 2. Energetyczne podłoże wysiłków fizycznych o różnym czasie trwania
Źródło energii Czas trwania wysiłku Pomiar
Rozpad fosfokeratyny Kilka sekund MMA niekwasomlekowa, MPA
Glikoliza Kilkadziesiąt sekund MMA kwasomlekowa
Cykl Krebsa, łańcuch oddechowy Powyżej kilkudziesięciu sekund VO2 max
Ze względu na skomplikowany charakter poszczególnych przemian, za prawdziwe predyspozycje należałoby uznać (zgodnie z definicją) cechy możliwie elementarne, takie jak ilość i efektywność działania poszczególnych enzymów, sprawność utylizacji substratów i ich ilość, liczbę jednostek mięśniowych, proporcje włókien FT i ST itd. Ze względów praktycznych jednak wydaje się możliwe i celowe zakwalifikowanie do tego piętra MMA niekwasomlekowej i kwasomlekowej, a co za tym idzie - ich syntetyczny pomiar.
Wysiłki o dłuższym czasie trwania mogą być wykonane jedynie w oparciu o energię dostarczoną z procesów tlenowych: tzw. cyklu Krebsa oraz łańcucha oddechowego. Nie rozpoczynają się one dopiero po wyczerpaniu źródeł beztlenowych, ponieważ są "dalszym ciągiem" glikolizy: "rozruch" następuje od początku wysiłku, jednak dopiero po tym okresie mechanizmy tlenowe stają się podstawowe. Pod względem energetycznym są one znacznie bardziej "wydajne": o ile w wyniku glikolizy beztlenowej powstają 2 cząsteczki ATP, o tyle w warunkach tlenowych glikoliza, cykl Krebsa i łańcuch oddechowy dają aż 38 cząsteczek ATP, a więc znacznie więcej. Na wydajność wysiłkową procesów tlenowych mają więc wpływ wszystkie elementy składowe tych procesów:
substraty (w tym zapewnienie odpowiedniej ilości tlenu, a więc liczba erytrocytów, ilość hemoglobiny itd.),
enzymy przeprowadzające poszczególne reakcje wspomnianych cykli,
liczba mitochondriów w komórkach mięśni (w nich odbywają się reakcje łańcucha oddechowego)
Przy wysiłkach o intensywności przekraczającej możliwości zaopatrzenia tlenowego istotnymi parametrami stają się: tolerancja komórek na zakwaszenie (część substratów pozostaje wtedy nieutleniona w formie kwasu mlekowego), utrzymywanie równowagi kwasowo-zasadowej itp. parametry biochemiczne możliwe do pomiaru klasycznymi metodami fizjologicznymi.
Trudno oczywiście (poza specjalistycznymi pomiarami) badać wszystkie ww. predyspozycje: dla potrzeb badań populacyjnych oraz mniej precyzyjnych analiz stosowanych w fizjologii absolutnie wystarczający jest pomiar syntetyczny dwu reprezentatywnych wielkości: zdolności maksymalnego minutowego pochłaniania tlenu (VO2max) oraz odporności na zmęczenie określonej poprzez czas trwania wysiłku o submaksymalnej intensywności ("wytrzymałości"). Charakteryzują one całościowo wydolność układów krążenia i oddychania (ang. cardio-respiratory endurance), stąd uważane są za jedne z najważniejszych składowych sprawności związanych ze zdrowiem (tzw. health-related fitnes). Przez analogię do oceny źródeł beztlenowych, w literaturze anglojęzycznej traktuje się je jako dwie miary:
V02max określająca maksymalną ilość tlenu możliwą do zużycia w procesach oddechowych w ciągu minuty (wyrażona globalnie lub relatywnie - na kilogram masy ciała lub masy ciała szczupłego), która jest odpowiednikiem "mocy aerobowej" (aerobik.maximal aerobic power),
czas trwania wysiłku - "wydolności aerobowej" (maximal aerobic capacity).
Oczywiście odmienne są też sposoby pomiaru:
VO2 max określa się laboratoryjnie na podstawie analiz gazów wdychanych i wydychanych oraz częstości skurczów serca w trakcie standardowego wysiłku (metody bezpośrednie) lub populacyjnie tzw. metodami pośrednimi (Margarii, Astranda itp.) opartymi na prostoliniowej korelacji częstości skurczów serca w trakcie wysiłku z wielkością VO2max.
"Wydolność" mechanizmów tlenowych bada się albo przez prowadzenie (w warunkach standardowych obciążeń wysiłkowych) testów "do odmowy" (wyczerpania osobnika), albo pośrednio - poprzez testy (na ogół biegowe) trwające co najmniej 10 minut (krótsze wysiłki zawierają zbyt duży "ładunek" przemian beztlenowych).
Venuss20