В статье А.В. Самсоновой, Е.П. Токмаковой «Гипоксическая силовая тренировка (KAATSU-TRAINING)» представлен обзор публикаций, посвященных новому методу силового тренинга – гипоксической силовой тренировке (KAATSUTraining), впервые разработанной японским ученым Йошиаки Сато в 70-х гг. ХХ в. Такой тип тренировки позволяет за короткий отрезок времени повысить уровень силы скелетных мышц или не допустить их атрофию, что очень важно в медико-спортивной реабилитации спортсменов после травмы.
Самсонова, А.В. Гипоксическая силовая тренировка (KAATSU-TRAINING) / А.В. Самсонова, Е.П. Токмакова // Труды кафедры биомеханики университета имени П.Ф.Лесгафта, 2016.- Вып.10.- С. 32-36.
Аннотация. В статье представлен обзор нового метода силового тренинга – гипоксической силовой тренировки (KAATSUTraining), впервые разработанной японским ученым Йошиаки Сато в 70-х гг. ХХ в. Такой тип тренировки позволяет за короткий отрезок времени повысить уровень силы скелетных мышц или не допустить их атрофию, что очень важно в медико-спортивной реабилитации спортсменов после травмы. Авторы описали основные цели и задачи гипоксической силовой тренировки, особенности ее методики, результаты ее применения, механизмы, лежащие в основе воздействия гипоксической силовой тренировки на скелетные мышцы человека, проанализировав основные достижения в данной области отечественных и зарубежных ученых.
Alla V. Samsonova, HD, Professor, Head of Department
Lesgaft National State University of Physical Culture, Sports and Health, St. Petersburg, Department of Biomechanics
Elena P. Tokmakova, Postgraduate Student
Saint Petersburg State University, Department of Economic Cybernetics
Abstract. The article provides an overview of the new method of strength training, hypoxic strength training (KAATSU Training), pioneered by Japanese scientist Yoshiaki Sato in 70 s in 20 th century. This type of training allows to raise the level of skeletal muscle strength in a short period of time, or to prevent the muscle atrophy, which is very important in medical and sports rehabilitation of athletes after injury. The authors have described the main aims and objectives of hypoxic strength training, special aspects of it’s methodology, the results of it’s application, the underlying mechanisms of the effects of hypoxic strength training on human skeletal muscles, have analyzed the main achievements of domestic and foreign scientists in the field.
Keywords: hypoxic strength training, hypoxic training, training with blood flow restriction, KAATSU Training, hypertrophy of skeletal muscles, prevention of skeletal muscle atrophy.
ВВЕДЕНИЕ
Методика гипоксической (гипоксия – кислородное голодание) силовой тренировки, позволяющая увеличить силу и добиться значительной гипертрофии скелетных мышц была разработана японским ученым Йошиаки Сато в 70-х годах ХХ века и получила название KAATSUTRAINING (дополнительное давление). Суть методики заключалась в том, что при выполнении силовых упражнений, а также иногда и во время отдыха между сетами, посредством бароманжеты, которая накладывалась на верхнюю или нижнюю конечность, частично ограничивался кровоток в артериях (рис. 1). Последующие исследования показали, что такого рода гипоксическая силовая тренировка очень эффективна для увеличения силы скелетных мышц человека и их гипертрофии.
Рис. 1. Момент проведения эксперимента [7]
Цели и задачи гипоксической силовой тренировки
В основном гипоксическая силовая тренировка применяется в двух направлениях. Во-первых, эта разновидность силовой тренировки используется индивидуумами различного возраста, пола и уровня подготовленности (в том числе и спортсменами) для увеличения силы и гипертрофии скелетных мышц [2, 8, 6]. Во-вторых, гипоксическая силовая тренировка используется для уменьшения последствий атрофии мышц после травм и хирургических операций [4, 3].
Организация и методы гипоксической силовой тренировки
Для гипоксической силовой тренировки используются манжеты шириной от 30 мм до 135 мм, в которых при выполнении силовых упражнений сохраняется давление от 100 до 240 мм рт. ст. В некоторых программах тренировки давление в манжетах сохраняется только в течение выполнения силовых упражнений, в других – еще и в паузах отдыха между сетами. Особенностью гипоксической силовой тренировки являются короткие паузы между сетами – 30 секунд и невысокий уровень внешней нагрузки (таблица 1).
Некоторые виды программ гипоксической силовой тренировки
Автор, год
Кол-во тренировок в день
Кол-во сетов
Кол-во повторений в сете
Длительность отдыха между сетами, с
Нагрузка от максимума, %
Давление в манжете
B. Abe et al., 2005 [2]
2-3
3
15
30
20
Кратковременное
150 мм рт. ст.
M. Wernborn et al., 2007 [5]
1
4
до отказа
30
40-60
Постоянное
150 мм рт. ст.
M. Wernborn, 2009 [7]
1
3
до отказа
45
30
Постоянное
Результаты применения гипоксической силовой тренировки
Приведем несколько научных исследований, характеризующих результаты, полученные в этих двух направлениях.
Увеличение силы и гипертрофия скелетных мышц человека
Одной из положительных особенностей гипоксической силовой тренировки является увеличение силы и гипертрофия скелетных мышц при достаточно коротком периоде тренировок (1-2 недели). Так, например, в исследованиях Т. Abe et al. (2005) было установлено, что площадь поперечного сечения четырехглавой мышцы бедра увеличилась на 7,7% после двух недель тренировок [2]. При этом прирост площади поперечного сечения мышечных волокон I типа составил 6%, а II типа – 28% [8].
Второй положительной особенностью гипоксической силовой тренировки является использование небольших или средних отягощений (20-50% от максимума). При этом достигается эффект такого же уровня, как и при обычной силовой тренировке с отягощениями 70% от максимума и более [7].
Уменьшение последствий атрофии мышц после травм и хирургических операций
Takarada, H. Takazawa, N. Ishii [4] в течение двух недель изучали влияние ишемии (ишемия – местное снижение кровообращения) четырехглавой мышцы бедра на уменьшение ее атрофии в группе пациентов (мужчин и женщин в возрасте 22,4±2,1 года), содержащихся на постельном режиме после хирургической операции на коленном суставе [4]. Ишемия мышцы возникала благодаря использованию бароманжеты шириной 9 см, в которой в течение пяти минут поддерживалось давление 238 мм рт. ст. В контрольной группе (без ишемии), площадь поперечного сечения мышц-разгибателей и сгибателей бедра снизилась на 20,7±2,2% и 11,3±2,6% соответственно в то время, как в экспериментальной группе, использующей ишемию четырехглавой мышцы бедра, она снизилась на 9,4±1,6% и 9,2±2,6%, соответственно. Из этого авторы сделали вывод, что ишемия мышц эффективно уменьшает атрофию разгибателей голени, вызванную послеоперационным бездействием.
По данным B. Rosenblatt [3] использование гипоксической силовой тренировки спортсменами-олимпийцами Великобритании, имеющими травмы коленного сустава, позволило повысить уровень силы четырехглавой мышцы бедра на 28% в течение 9 дней тренировки (рис. 2, таблица 2).
Рис. 2. Прирост силы на травмированной конечности за 9 дней тренировки методом гипоксической силовой тренировки [3]: по оси ординат – прирост силы в %, LOWER – нижние конечности; UPPER – верхние конечности
Прирост силы мышц при использовании различных протоколов тренировки [3]
Протокол тренировки
Количество
исследуемых
Прирост силы мышц, %
B. Abe et al., 2005 [2]
12
25
M. Wernborn et al., 2007 [5]
6
28
Механизмы, лежащие в основе воздействия гипоксической силовой тренировки на скелетные мышцы человека
Можно выделить несколько механизмов, лежащих в основе влияния гипоксии на силу и гипертрофию скелетных мышц человека.
Во-первых, доказано, что в условиях гипоксии дополнительно рекрутируются мышечные волокна II типа [4, 7]. Это подтверждается высоким уровнем электрической активности мышц [6, 7], а также пониженным уровнем креатинфосфата в 93% быстрых мышечных волокон.
Во-первых, Y. Takarada, H. Takazawa, N. Ishii [4] обращают внимание на тот факт, что в мышцах ног больных сердечной недостаточностью, хроническими обструктивными заболеваниями легких и периферическими сосудистыми заболеваниями имеют место гипертрофия и увеличение процентного содержания мышечных волокон II типа. Исследования российских ученых [1] подтверждают этот факт. Показано достоверное увеличение процента мышечных волокон IIB типа у больных хронической сердечной недостаточностью по сравнению со здоровыми индивидуумами.
Во-вторых, ишемия мышц вызывает увеличение производства активных форм кислорода [4, 7]. Следствием этого является повреждение мембран мышечных волокон и органоидов, что приводит к делению и последующему увеличению количества клеток-сателлитов и миоядер. Возрастание количества миоядер приводит к повышению синтеза белка.
В-третьих, в гипоксических условиях в крови увеличивается уровень норадреналина, адреналина и гормона роста, что повышает анаболический фон и стимулирует синтез белка [4].
ВЫВОДЫ
В настоящее время в зарубежной литературе активно изучаются эффекты и механизмы гипоксической силовой тренировки с небольшими или средними отягощениями. Такой тип тренировки позволяет за короткий отрезок времени повысить уровень силы скелетных мышц или не допустить их атрофию, что очень важно при спортивных травмах.
Гипоксическая тренировка как одна из альтернатив допингу
Гипоксическая тренировка в циклических видах спорта на выносливость основывается на использовании спортсменами двух способов дыхания (дозированной задержки дыхания и носового дыхания), которые ограничивают поступление кислорода в организм по сравнению с обычным дыханием.
По гипоксической тренировке были проведены исследования, которые дали положительные результаты.
Дозированная задержка дыхания
Задержку дыхания изучали в 60-х годов в беге на средние дистанции Ф. А. Иорданская (кандидат медицинских наук) и С. Архаров (тренер). Исследование было проведено на 28 бегунах 17 – 22 лет (1; 2; 3разряда) в течение двух лет. Оно было разделено на два варианта: лабораторное и в естественных условиях тренировки. Предварительные исследования в лаборатории свидетельствовали о хорошей переносимости гипоксии: продолжительность бега на месте с задержкой дыхания на месте колебалась от 22 до 46 сек, а в условиях стадиона спортсмены способны были пробегать от 140 до 200м со временем от 19 до 31 сек. Это утвердило исследователей в возможности использовать при тренировках многократное пробегания 100-метровых отрезков с задержкой дыхания. Тем более что продолжительность времени пробегания 100 метровой дистанции составляла 40-50% длительности бега на месте с задержкой дыхания в лаборатории (при определении фазы устойчивости состояния оксигенации крови) и 45 – 60% от предельной продолжительности бега с задержкой дыхания в условиях стадиона. Тренировка с задержкой дыхания использовалась в соревновательном периоде. Продолжительность цикла составила 2,5 месяца в течение первого года и месяц в течение второго. Основными упражнениями, выполняемыми с искусственной задержкой дыхания являлись бег с высоким подниманием бедра и переменная работа (10 Х 100м) на первом году и 10 Х150 на втором). Объем работы по времени в одном занятии с задержкой дыхания при 2,5 месячном цикле достигал 200 сек., а при месячном (во второй год тренировки) 480 сек. Контрольная группа выполняла те же объемы, но в обычных условиях. Врачебный контроль в конце циклов не выявил нарушений в физическом развитии.
Рентгенокилеографическое исследование сердца также не обнаружили никаких морфологических изменений под влиянием гипоксических тренировок. Динамическое наблюдение за 2 года показало примерно одинаковое увеличение площади сердца и всех его отделов у спортсменов обеих групп. У спортсменов, тренирующихся в условиях гипоксии, было отмечено более значительное увеличение окружности грудной клетки и жизненной емкости легких, а также лучшая приспособляемость к функциональным пробам.
Анализ данных гипоксических проб указывал повышение устойчивости спортсменов к гипоксии. Это выразилось в увеличении времени задержки дыхания при специальных пробах (на вдохе, при дыхании в замкнутое пространство, при беге с задержкой дыхания). Следует подчеркнуть, что работоспособность спортсменов сохранялась при гораздо более низком насыщении артериальной крови кислородом, чем в контрольной группе.
Как показало время, методический прием с задержкой дыхания практически не был замечен отечественными тренерами по бегу на выносливость, и гипоксическая тренировка с задержкой дыхания в тот период не нашла должного использования в отечественной тренировке бегунов на выносливость. А вот зарубежные тренеры в видах спорта на выносливость обратили внимание на этот методический прием и стали с успехом его использовать в практической работе. В качестве подтверждения данного факта достаточно сослаться на известного американского тренера по плаванию Д. Каунсилмена, который использовал задержку дыхания в тренировке пловцов Индианского университета в сезоне1975/76 года и добился выдающихся результатов. Его ученик Д. Монгомери стал олимпийским чемпионом ХХ I Игр на дистанции 100 м вольным стилем. В своей книге «Спортивное плавание» Д. Каунсилмен посвятил целый раздел, который он назвал «Гипоксическая тренировка», и дал методические указания по использованию задержки дыхания в тренировке пловцов. Так, если пловец выполняет упражнение с субмаксимальной скоростью (например, 10 Х100 ярдов вольным стилем, паузы отдыха 15сек, среднее время на отрезке 65сек), то при гипоксической тренировке (задержка дыхания) у него отмечается более высокая частота пульса, нежели при плавании с обычным дыханием. При плавании с максимальной скоростью таких различий не будет, поскольку здесь достигается предельная частота сердечных сокращений независимо от варианта дыхания. Как именно изменяется частота пульса под воздействием упражнений с различными вариантами дыхания на первом этапе гипоксической тренировки (задержка дыхания), можно видеть из таблицы 1 (в которой представлены показатели средней величины) наблюдений несколько сотен тренировочных заплывов.
ИЗМЕНЕНИЕ ЧАСТОТЫ ПУЛЬСА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РАЗЛИЧНЫХ
ВАРИАНТОВ ДЫХАНИЯ В ПРОЦЕССЕ ВЫПОЛНЕНИЯ
УПРАЖНЕНИЯ 15 Х 100 ЯРДОВ С ПАУЗАМИ ОТДЫХА
ПО 15 СЕК (СРЕДНИЕ ДАННЫЕ)
Время плавания на отрезке 100 ярдов (сек)
В конце упражнения (уд/мин)
Обычное дыхание – вдох на каждый цикл движения рук (в среднем 7, 4 вдоха на отрезке 25 ярдов)
Гипоксические тренировки: как и зачем тренироваться в условиях пониженного содержания кислорода
Гипоксические тренировки используются в практике многих видов спорта. Спортсмены в настоящее время понимают, что могут получить преимущества в области результативности благодаря высотной тренировке в условиях гипоксии, увеличивая силу и выносливость.
Экспериментально и клинически доказано, что моделирование горных условий активирует каскад прямых и перекрёстных адаптационных эффектов. Повышается устойчивость организма как к последующим гипоксическим стимулам, так и к другим воздействиям (физические нагрузки, температурный, эмоциональный стресс).
Исследования демонстрируют улучшения в области максимального потребления кислорода (VO2 Max) и лактатного порога. В зависимости от уровня спортсмена, повышение может достигать целых 10%.
Польза тренировок в условиях гипоксии
Каковы физиологические эффекты от тренировок в условиях пониженного содержания кислорода? Вот некоторые из них:
Естественная гипоксия
В условиях естественного среднегорья два фактора влияют на спортсмена:
Плотность воздуха на высоте значительно ниже, чем на уровне моря, что позволяет спортсменам достигать более высоких скоростей (например, в спринтерской работе). С другой стороны, снижение парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе существенно снижает аэробную работоспособность спортсмена, особенно в первые дни акклиматизации. Каждые 300 м набора высоты наблюдается снижение максимального потребления кислорода на 3%.
Искусственная гипоксия
По мере развития технологий применение тренировки с имитацией условий дефицита кислорода стало популярно как среди профессиональных спортсменов для повышения спортивной работоспособности, так и среди любителей, которые хотят подготовить себя к среднегорью или просто повысить эффективность своих тренировок.
Тренировочные планы к марафону и полумарафону. Скачайте и начните подготовку сегодня.
Основной прирост физической работоспособности при применении разных режимов гипоксических тренировок происходит за счёт повышения кислородной ёмкости крови, максимальной лёгочной вентиляции, стимуляции насосной функции сердца и, как результат, – увеличения максимального потребления кислорода при тестовых физических нагрузках до отказа.
Типы гипоксических тренировок
На сегодняшний день существует большое количество методик, в основе которых лежит тренировка в условиях пониженного содержания кислорода. Эти методики можно применять как в отдельности, так и комбинируя между собой. Все они обозначаются под общим названием “гипоксические тренировки”.
Выделяют три типа гипоксических тренировок:
Такие тренировки очень эффективны, но при их использовании контроль за состоянием спортсмена должен быть намного выше, так как высок риск срыва адаптации. При добавлении таких тренировок лучше проконсультироваться со специалистом по данному вопросу для наиболее грамотного планирования и безопасного введения различных методик в годичный тренировочный цикл.
Корректная программа высотной (гипоксической) тренировки способна существенно повысить эффективность систем переноса кислорода в организме путем усиления вентиляции, естественной интенсификации выработки гормона эритропоэтина и увеличения митохондриальной эффективности. Это позволяет повысить эффективность выработки энергии организмом как в аэробных, так и анаэробных условиях.
Влияние высоты на спортивные результаты
Не секрет, что сегодня элитные спортсмены используют гипоксические тренировки в своей подготовке. А причиной столь массового распространения стало ухудшение результатов в стайерских дистанциях на Олимпийских играх в Мехико в 1968 году, которые прошли на высоте 2200-2300 м над уровнем моря. Результаты в беге на 10 000 м ухудшились на 1,48 мин., а на марафонской дистанции на целых 10,35 мин. Также температура, влажность, повышенное ультрафиолетовое излучение являются дополнительными факторами, влияющими на спортсмена в естественных условиях среднегорья.
Интервальная гипоксическая тренировка
Интервальное дыхание в покое смесью с пониженным содержанием кислорода во вдыхаемом воздухе (10%). Периоды дыхания и восстановления подбираются индивидуально по результатам теста и показателей пульсоксиметра во время интервалов дыхания.
Благодаря сочетанию сна в условиях нормобарической гипоксии каждую ночь и высотных тренировок со средней нагрузкой 2-3 раза в неделю, спортсмены могут увеличить результативность до уровней, недостижимых в иных условиях.
Подходы к организации гипоксических тренировок
Жить высоко – тренироваться высоко
Этот подход представляет длительное/многодневное пребывание в условиях естественной гипоксии (тренировочные спортивные базы низко- и среднегорья). Регулярные учебно-тренировочные сборы на базах в условиях естественного среднегорья также систематически применяются для подготовки спортсменов к предстоящим соревнованиям как в горной местности, так и на равнине (целенаправленно они были начаты при подготовке к Олимпийским играм в Мехико, 1968 г.).
Жить высоко – тренироваться высоко (на равнине)
Смысл подхода в том, что в ночное время суток (до 12–14 часов) человек находится в условиях гипоксии, а днём выполняет физические тренировки в условиях равнины. В первую очередь данная методика была разработана для спортсменов, специализирующихся на видах спорта с преимущественным проявлением выносливости для увеличения кислородной емкости крови и нивелирования отрицательного эффекта длительного гипоксического воздействия – снижения активности Na, K-АТФазы скелетных мышц, что сопровождается иммунодепрессией, снижением мышечной массы и, как следствие, мощности и интенсивности выполняемых нагрузок.
Жить высоко – тренироваться низко и высоко
Этот подход ориентирован прежде всего на профессиональных спортсменов, проходящих длительные курсы тренировок и предсоревновательной подготовки (минимально 3–4 недели) в естественных или моделируемых условиях среднегорья.
Жить низко – тренироваться высоко
Периодические спортивные тренировки, физические упражнения в гипоксических условиях. Метод представляет собой сочетание действия на организм физической нагрузки и гипоксической стимуляции (при этом моделируются условия высоты 2000–3500 м н.у.м., что соответствует 13–15% O2 во вдыхаемом воздухе). Спортсмен выполняет соответственно умеренные или интенсивные (на уровне анаэробного порога) физические нагрузки на тредмиле или велоэргометре, находясь одновременно в гипоксической комнате или получая гипоксическую газовую смесь через маску гипоксикатора.
Российский опыт применения гипоксии
В 2014 году перед Олимпийскими играми в Сочи Олимпийским комитетом России был реализован специальный проект, целью которого была подготовка спортсменов Олимпийской команды по биатлону к выступлению на высоте 1450 м над уровнем моря (лыжно-биатлонный комплекс “Лаура”).
Для решения задачи были сформированы контрольная и экспериментальная группа, состоящая из лыжников уровня мастеров спорта. Одна группа тренировалась как обычно, а другая группа использовала в своей подготовке специальное оборудование для адаптации к пониженному содержанию кислорода.
Научные специалисты апробировали различные методики, разрабатывали новые, искали наиболее эффективную модель практического применения. По результатам этого исследования были написаны методические рекомендации, а наиболее эффективные стратегии были апробированы сначала на резервном составе сборной России по биатлону, а потом уже и внедрены в работу основного состава. Причём не только сборной по биатлону, но и скоростному бегу на коньках, а также шорт-треку.
фото: Даниил Колодин
Гипоксические тренировки, которые можно делать в Москве
В зависимости от поставленных задач, частота тренировок 2-3 раза в неделю, продолжительностью 1 час. Наполнение тренировок также может варьироваться: равномерный бег трусцой, интервальные или переменные беговые работы, “ходьба в гору” под большим углом (градиент 10-15%), работа на велоэргометре или гребном тренажере.
Одним из методов использования искусственной гипоксии является сон в гипоксической палатке, когда в течение нескольких часов в сутки человек находится в условиях нехватки кислорода. Рекомендуемая продолжительность одного блока программы – 18-20 дней. Гипоксическая палатка позволяет моделировать высоту над уровнем моря (от 1500 до 6000 м н.у.м.).
Ирина Зеленкова, кандидат медицинских наук, врач спортивной медицины, директор по спортивной науке Инновационного центра Олимпийского комитета России