Теоретические основы и практические аспекты высокоинтенсивной интервальной тренировки

Е. Федотова, П. Сиделев

Теоретические основы и практические аспекты высокоинтенсивной интервальной тренировки

© Федотова Е. В., Сиделев П. А., текст, рисунки, 2024

* * *

Список сокращений

– ACWR (англ. Acute: Chronic Workload Ratio, т. е. соотношение «Острая: Хроническая тренировочная нагрузка ACWR – соотношение факторов усталости и подготовленности (англ. Acute: Chronic Workload Ratio)

– ADP – аденозиндифосфат (АДФ)

– AMP – аденозинмонофосфат (АМФ)

– ANOVA (англ. Analysis of variance) – дисперсионный анализ

– APR (англ. anaerobic power reserve) – анаэробный запас мощности

– ASR (англ. anaerobic speed reserve) – анаэробный запас скорости

– ATP – аденозинтрифостфа (АТФ)

– COD-test (англ. Change of Direction test) – тест с изменением направления на ловкость

– DFA-alpha1 (англ. Detrended Fluctuation Analysis alpha 1) – нелинейный индекс ВСР, основанный на свойствах фрактальной корреляции

– ES (англ. Effect Size) – размер эффекта

– HF (англ. High Frequency) – волны высокой частоты от 0,4 до 0,15 Гц

– HHb – гемоглобин

– HIIT (англ. – High Intensity Interval Training) – высокоинтенсивная интервальная тренировка

– HRV (англ. Heart Rate Variability) – вариабельность сердечного ритма

– LDG – лактатдегидрогеназа

– LF (англ. Low Frequency) – волны низкие частоты в диапазоне 0,04–0,15 Гц

– LnRMSSD (англ. Natural Logarithm Transform Of Root Mean Square Of Successive Differences) – логарифмически преобразованное среднеквадратичное значение последовательных разностей RR-интервалов

– LT (англ. lactate threshold) – лактатный порог

– MAP (англ. Maximum Aerobic Power) – максимальная аэробная мощность

– MET – метаболический эквивалент

– mLOC (англ. Mitochondrial Lactate Oxidation Complex) – митохондриальный лактат-окисляющий комплекс

– MLSS (англ. Maximal Lactate Steady State) – максимальное устойчивое состояние лактата

– MCTs (Monocarboxylate transporters) – монокарбоксилатные транспортеры (белки-переносчики)

– MSS – максимальная скорость бега

– OBLA (англ. Onset Blood Lactate Accumulation) – фиксированный уровень лактата

– RMSSD (англ. Root Mean Square of Successive Differences) – среднеквадратичное значение последовательных разностей RR-интервалов

– RPE (англ. Rating of Perceived Exertion) – уровень воспринимаемого напряжения

– RST – повторная спринтерская тренировка

– sRPE (англ. session Rating of Perceived Exertion) – оценка воспринимаемого напряжения, вызванная тренировкой

– SSG (англ. Small Side Games) – специальные игровые упражнения на небольших площадках и/ или с небольшим числом игроков

– TT (англ. time trial) – гонка на время

– VE/VCO2 – вентиляционный эквивалент по СО2 (соотношение легочной вентиляции и объема образуемого СО2)

– VE/VO2 – вентиляционный эквивалент по О2 (соотношение легочной вентиляции и объема потребляемого О2)

– VO2max – максимальное потребление кислорода

– VT (англ. ventilatory threshold) – вентиляционный порог

– vVO2max – скорость бега на уровне МПК

– АДФ – аденозиндифосфат

– АЛТ – аланинаминотрансфераза

– AMPK – аденозин-монофосфат-активируемая протеинкиназа

– АнП – анаэробный порог (ПАНО)

– АОП – активная ортостатическая проба

– АПК – аппаратно-программный комплекс

– АСТ – аспартатаминотрансфераза

– АТФ – аденозинтрифосфат

– АэП – аэробный порог

– ВИИТ – высокоинтенсивная интервальная тренировка

– ВНС – вегетативная нервная система

– ВСР – вариабельность сердечного ритма

– КрФ – креатинфосфат

– КФК – креатинфосфокиназа

– ЛВ – легочная вентиляция

– ЛДГ – лактатдегидрогеназа

– МАМ – максимальная алактатная мощность

– МВ – мышечное волокно

– МПК – максимальное потребление кислорода

– ПАНО – см. АнП

– СВ – сердечный выброс

– СИТ – спринтерская интервальная тренировка

– УОС – ударный объем вердца

– ЧСС – частота сердечных сокращений

– ЭМГ – электромиография

– ЭЭГ – электроэнцефалография

Введение

В число наиболее популярных в современном спорте методов безусловно входит интервальная тренировка. Первые документальные свидетельства использования интервального метода тренерами и спортсменами относятся к началу прошлого века. Основной идеей таких тренировок было разделение соревновательной дистанции на несколько отрезков, которые спортсмен преодолевал с соревновательной или даже более высокой интенсивностью. Росту популярности метода способствовало прежде всего его использование ведущими спортсменами и тренерами, а подтверждением его высокой эффективности становились те результаты, достижение которых он обеспечивал.

Начавшаяся коммерциализация спорта, стремительное развитие цифровых технологий в конце прошлого и начале текущего столетия, привели к бурному росту спортивной науки. Проведение большого количества научных исследований в области теории, методики, практики интервальных тренировок помогло не только доказать эффективность применения интервальной тренировки, но и, что особенно важно, понять, каким образом, изменяя переменные, определяющие направленность воздействия нагрузки, можно управлять теми адаптационными изменениями в организме спортсмена, которые необходимы для обеспечения роста спортивного результата.

Со временем стало появляться все больше разновидностей рабочих интервалов. И на сегодняшний день под методом интервальной тренировки подразумеваются очень разнообразные по форме тренировочные нагрузки с чередованием периодов работы и отдыха. Такие нагрузки используются как в циклических дисциплинах, так и в спортивных играх и видах спорта, требующих проявления различных физических качеств и способностей. Сегодня метод ВИИТ привлекает особое внимание благодаря высокой, многократно подтвержденной практикой, эффективности, заключающейся в способности обеспечивать сопоставимое или даже более существенное улучшение результатов за гораздо меньшее время по сравнению с тем, что требуют упражнения низкой и средней интенсивности. Требуя значительных физических усилий, вызывая существенную постнагрузочную усталость, при правильном применении и адекватном восстановлении интервальные тренировки, в то же время, обеспечивают быстрое повышение уровня подготовленности и функциональных возможностей спортсмена. Метод показал свою эффективность, прежде всего, при использовании в подготовке спортсменов высокой квалификации. В то же время он находит свое применение и в работе с молодыми спортсменами, и в тренировке спортсменов-любителей, что свидетельствует о широкой целевой аудитории его применения.

За прошедшее столетие интервальные тренировки прошли путь от «пионерских» экспериментов и разработок отдельных выдающихся спортсменов и тренеров-новаторов до метода с научно-подтвержденной эффективностью, ставшего неотъемлемой частью подготовки спортсменов высокого класса. Дальнейшее совершенствование метода в значительной степени связано с получением новых научных данных и использованием новых научных подходов, позволяющих преодолеть существующие ограничения и способствующих выводу на новый уровень понимания механизмов адаптации, обусловленной воздействием ВИИТ.

В настоящей монографии была поставлена задача проанализировать и обобщить основные принципы и современные тенденции использования высокоинтенсивных интервальных тренировок, факторы обеспечения максимальной эффективности такого вида «жестких» нагрузок при подготовке спортсменов, а также показать весь тот спектр подходов и методов, которые используются в современной спортивной науки для изучения и обоснования эффективности использования методов подготовки спортсменов, в то числе – высокоинтенсивной интервальной тренировки.

Материалы монографии могут быть интересны и специалистам-практикам. Использование научно-обоснованных методических подходов в практической работе позволит специалистам более эффективно планировать развивающие тренировки в формате ВИИТ. С помощью различных сочетаний комплекса переменных, определяющих направленность и силу тренировочного воздействия, тренеры смогут подбирать оптимальную величину нагрузки для каждого из спортсменов и таким образом значительно увеличивать эффективность программ спортивной подготовки.

Глава 1. История и современное состояние вопроса: интервальный метод и высокоинтенсивная интервальная тренировка

Интервальная тренировка является, пожалуй, одним из наиболее обсуждаемых и популярных методов тренировки в современном спорте, прежде всего, в его циклических видах с преимущественным проявлением выносливости. Данный метод часто рассматривается как очень мощная, эффективная с точки зрения временных затрат стратегия, стимулирующая быструю метаболическую реакцию, привлекая особое внимание благодаря высокой, многократно подтвержденной практикой, эффективности, заключающейся в способности обеспечивать сопоставимое или даже более существенное улучшение результатов за гораздо меньшее время по сравнению с тем, что требуют упражнения низкой и средней интенсивности. Требуя больших физических усилий, вызывая значительную постнагрузочную усталость, при правильном применении и адекватном восстановлении интервальные тренировки, в то же время, обеспечивают быстрое повышение уровня подготовленности и функциональных возможностей спортсмена. Метод показал свою эффективность, прежде всего, при использовании в подготовке спортсменов высокой квалификации. В то же время он находит свое применение и в работе с молодыми спортсменами, и в тренировке спортсменов-любителей, что свидетельствует о широкой целевой аудитории его применения. Интервальные тренировки могут быть включены в подготовку спортсменов разных видов спорта и базироваться на использовании разных упражнений, обеспечивая при этом разный уровень специфичности воздействия.

В подготовке спортсменов, специализирующихся в видах, связанных с проявлением выносливости, интервальная тренировка начала использоваться более века назад, а с 60-х годов прошлого века стала уже обычной практикой. Т. е. интервальный метод, в целом, не является чем-то абсолютно новым. Разработан он была в ходе практической работы тренеров и спортсменов, пытавшихся найти возможность выполнять большие объемы интенсивной тренировочной работы с меньшим физиологическим напряжением. Иными словами, выполняя такую высокоинтенсивную работу дробно, отдельными отрезками, разделенными интервалами отдыха, а не непрерывно, спортсмен может поддерживать высокоинтенсивный стимул дольше, с меньшим накопленным физическим напряжением и с необходимыми полезными адаптациями, специфическими для его вида спортивной деятельности (рисунок 1.1).

Первые документальные свидетельства, подтверждающие использование спортсменами и тренерами элементарных форм интервальных тренировок, относятся к началу 20-го века – до того, как был придуман сам термин. Известно, например, что в 1912 году олимпийский чемпион по бегу на 10 000 м Ханнес Колехмайнен из Финляндии уже использовал интервальную тренировку в специфичном для бега на 10 км темпе. Он тренировался, используя от 5 до 10 повторений по 3 минуты 5 секунд на каждые 1000 м (19 км/ч). Интересно, что 80 лет спустя аналогичная интервальная тренировка проводится со скоростью бега 22,7 км/ч» (V. Billat, 2001).

Самыми знаменитыми и именитыми из «пионеров» разработки и практического использования интервальных тренировок были известный финский бегун, многократный олимпийский чемпион и многократный рекордсмен мира Пааво Нурми, прозванный «Летящим финном» или «Королем бегунов», и его тренер Лаури Пихала. Основными элементами подготовки Нурми были ходьба, бег, гимнастика, а также интервальные тренировки (Billat, 2001). Он научился измерять свой темп и его влияние с помощью секундомера, и, как правило, никогда не бегал без секундомера в руке. Финский тренер Лаури Пихала в своей книге «TerraceTraining» (1920) подчеркнул важность баланса между нагрузкой и отдыхом в методе, основанном на чередующихся периодах работы и восстановления, который получил дальнейшее развитие в конце 1930-х годов в форме интервальной подготовки (Bourne, 2008). В 1930-х годах шведский тренер Геста Холме изобрел фартлек (Fartlek), что в переводе со шведского означает «игра скоростью».

Рисунок 1.1. Схематичное представление соотношения нагрузки (на примере нагрузки с МПК-интенсивностью) при непрерывной и интервальной тренировке: интервальная тренировка обеспечивает возможность выполнения большего объема упражнения с высокой интенсивностью

В 40-е годы немецкий специалист В. Гершлер (W. Gershler), зарекомендовавший себя как один из ведущих тренеров по бегу в мире в середине двадцатого века, разработал свой интервальный метод – модель тренировки, выполняемой на определенной ЧСС с периодами отдыха (Gerschler, Roskamm & Reindell, 1964). В этой модели спортсмены выполняли бег на короткую дистанцию с целевой ЧСС 180 уд/мин, после чего следовал период отдыха до тех пор, пока ЧСС не снизился до 120 уд/мин, после чего можно было приступить к следующему повторению. Совместная работа с Г. Рейнделлом, известным немецким кардиологом, помогла обеспечить научное обоснование этого метода тренировки. Изучая кардио-эффекты интервальной тренировки, они показали, что стимул для улучшения ударного объема возникает во время интервалов восстановления между пробежками, когда ЧСС снижается после рабочего отрезка. Эффективность метода была подтверждена проведенным ими исследованием, в котором 21 день ВИИТ вызвал увеличение объема сердца на 20 % и улучшение выносливости бегунов на средние и длинные дистанции. Таким образом, акцент тренировки был сделан на интервале восстановления, что побудило Гершлера и Рейнделла называть такой вид нагрузки «интервальной работой» или «интервальной тренировкой». Эффективность тренировочных инноваций Гершлера убедительно подтвердили результаты выступлений немецкого бегуна Рудольфа Харбига. Тренируясь по предложенной Гершлером «экспериментальной методике», Харбиг установил ряд мировых рекордов в беге на дистанциях 400, 800 и 1000 м. Гершлер успешно тренировал и других бегунов мирового класса, таких как Бартель, Пири, Херманс, Моэнс, Баррис. Одним из самых известных спортсменов, принявших данную модель интервальных тренировок, является Р. Баннистер, который впервые пробежал 1,6 км (1 милю) менее чем за 4 минуты. Его тренировочный протокол включал 10 × 400 м бега за 60 с, разделенных 2-минутным отдыхом. Несмотря на явные успехи его спортсменов, Гершлеру не удалось избежать и большого количества критики: многие оппоненты считали его метод «слишком жестким и опасным».

Метод Гершлера развивался и менялся на протяжении многих лет. Наиболее четко он был описан самим автором в 1963 году в журнале Track Technique (W. Gershler, 1963). В статье обосновываются преимущества интервальной тренировки по сравнению с методом длительной равномерной нагрузкой, который набирал популярность среди бегунов благодаря разработкам А. Лидьярда. Признавая, что длительный бег с постоянной нагрузкой также развивает сердце, Гершлер отмечал три ключевых преимущества интервальной тренировки, которая: 1. занимает меньше времени; 2. является более мощным стимулом; 3. позволяет более точно контролировать интенсивность и продолжительность нагрузки. В качестве критериев, определявших протокол нагрузки, Гершлер предлагал использовать продолжительность усилия, выбранную скорость, продолжительность восстановления, количество повторений. А основной целью интервальной тренировки являлось «развитие большого, сильного сердца»: «Существует тесная связь между работоспособностью и размерами сердца» (W. Gershler, 1963). И именно фаза восстановления, а не нагрузки, развивает сердце, или, как утверждал Гершлер, «позволяет стимулу, особенно сильному, достичь сердца». Восстановление может быть как пассивным (например, лежа на спине), так и активным (бег трусцой). Но до начала следующего повторения ЧСС должна снизиться до 120–140 уд/мин. В следующей статье (Gershler, 1964) основное внимание было уделено мышцам. В частности, подчеркивалось, что воздействие интервальной тренировки оказывается более сильным стимулом для мышц, чем длительная равномерная нагрузка. Для объяснения этого была введена концепция локальной мышечной выносливости как «способности клеток приспосабливаться к состоянию кислородного долга», а также положение о необходимости баланса между общей выносливостью и локальной мышечной выносливостью (например, бегунам на средние дистанции потребуется больше локальной мышечной выносливости, а для бегунов на длинные дистанции баланс будет равным).

Интервальный метод получил еще большую популярность в 1950-х годах после того, как трехкратный олимпийский чемпион в беге на 5000 м, 10 000 м и марафоне Эмиль Затопек из Чехословакии описал свою тренировку. Согласно этому описанию, с начала 1943 года со своим тренером Йозефом Хроном, Затопек выполнял тренировки с короткими интервалами, бегая со скоростью, близкой к его критической скорости, рассчитанной по его личному рекорду на соревнованиях от 3 до 10 км. По оценкам, это было 85 % его скорости при VO2max (vVO2max; 20 км/ч или 1:12 на 400 м), при ежедневных тренировках, которые включали 5 × 200 м + 20 × 400 м + 2 × 200 м (в общей сложности 10 км), или знаменитые 100 × 400 м с включениями 200 м восстановления (от 45 с до 1:30). Примечательно, что Затопек уже «играл» с некоторыми переменными HIIT, чтобы изменить физиологические реакции во время его зимнего этапа подготовки. Например, снижая интенсивность пробежек и увеличивая интенсивность периодов восстановления (то есть уменьшать амплитуду), что повышало вклад аэробной и уменьшало вклад анаэробной системы энергообеспечения.

Варианты интервальной тренировки использовал в своей подготовке и выдающийся советский бегун Владимир Куц. Анализ выполняемых спортсменом нагрузок представлен в статье V. Billat (2001). Изучив интервальную тренировку В. Куца в течение недели, автор делает вывод, что спортсмен выполнял большое количество беговых серий, разделенных упражнениями на растяжку. Подчеркивается существенное различие от современных методических подходов: в настоящее время бегуны тренируются два раза в день, а не выполняют такую длинную программу в ходе одной тренировки.

На первых этапах разработки и совершенствования интервальной тренировки работа велась практиками – тренерами и спортсменами – эмпирически, методом проб и ошибок. Вначале это был поиск методов, дающих возможность спортсмену проводить как можно больше времени на уровне скорости/мощности нагрузки, соответствующей соревновательной или даже несколько превышающей ее. Это был творческий поиск отдельных энтузиастов, не боявшихся искать новые средства и методы подготовки, рискуя при этом, но и получая высочайшие результаты на Олимпийских играх и чемпионатах мира. Лишь с середины прошлого века эти вопросы стали привлекать внимание ученых. Более активное подключение науки, в том числе спортивной, способствовало не только детальному изучению влияния уже существовавших методов и модификаций интервальных тренировок на спортивный результат, но и установлению взаимосвязи между различными вариантами интервальной тренировки и теми ключевыми параметрами подготовленности и функционального состояния, которые этот результат обеспечивают.

В 60-е годы интервальная тренировка была впервые описана в научном журнале физиологами Рейнделлом и Роскаммом (Reindell H, Roskamm H., 1959, 1962). Различные форматы интервальных тренировок были представлены на многочисленных тренерских конференциях. Шведский физиолог П.-О. Астранд (Per-Olof Åstrand, 1960) описал кардио-респираторные реакции на длительные интервальные тренировки (3-минутные усилия) со скоростью от 90 % до 95 % скорости бега на уровне МПК (VO2max), которые, как известно, уже вызывали VO2max в последних повторениях, несмотря на полностью пассивные интервалы отдыха. Астранд и соавт. (1960) считали, что это была одна из лучших форм интервальных тренировок для улучшения VO2max, поскольку все кардиореспираторные параметры были на максимуме.

Влияние высокоинтенсивных интервальных тренировок на аэробную систему высвобождения энергии в организме человека было детально и всесторонне изучено Эдвардом Фоксом (Fox EL et al., 1973, 1974, 1975 и др). Результатами его исследований было показано, что повышение МПК после высокоинтенсивной интервальной тренировки линейно связано с потребностью в кислороде (выражается в % МПК) высокоинтенсивной интервальной тренировки, что указывает на то, что интенсивность упражнений является ключевым фактором для улучшения максимальной аэробной мощности. Экспериментально было доказано, что размер прироста МПК после высокоинтенсивных интервальных тренировок, выполняемых 2 дня в неделю, не отличается от того, который достигается при тренировках в таком же режиме 4 дня в неделю. Исходя из того, что 3 тренировочных занятия в неделю было рекомендуемой частотой тренировок для улучшения МПК при «обычных» тренировках умеренной интенсивности, было постулировано, что высокоинтенсивные интервальные тренировки являются более мощным стимулом для улучшения максимальной аэробной мощности.

В плавании в 1960-х годах американский тренер по плаванию Дж. Каунсилман, способствовавший введению интервальных тренировок в плавание (Bourne, 2008), разработал шкалу “hurt-pain-agony” («страдание-боль-мучительная боль») для помощи сенсорному восприятию усталости при различных уровнях интенсивности работы, позже преобразованную в одноименную диаграмму (Counsilman, 1968).

Стремление к быстрому повышению спортивных результатов, во многом связанные с начавшимися в 80-е гг. профессионализацией и коммерциализацией спорта, способствовали активизации внимания представителей спортивной науки к поиску и обоснованию эффективных средств и методов спортивной подготовки. Одним из актуальных направлений стало всестороннее изучение и дальнейшее улучшение понимания влияния интервальной тренировки и эффектов от манипулирования ее переменными (интенсивностью, продолжительностью, режимами восстановления между сериями, условиями тренировки) на прирост показателей подготовленности спортсменов.

В 1980 году в ходе научных исследований была получена новая важная информация об «анаэробном профиле» высокоинтенсивных интервальных тренировок: получение количественной оценки анаэробной энергии во время высокоинтенсивных упражнений стало возможным благодаря методу, разработанному Ларсом Хермансеном (9, 10 из Табата 2019], связанным с оценкой кислородного долга.

В 1990-х годах методика интервальной тренировки была очень подробно описана Тимом Ноуксом в его знаменитой книге «Lore of Running» (в России издана как «Библия бега»). К этому же периоду относится и известная книга Джека Дэниелса «Формула Джека Дэниелса». Впоследствии в большинстве других видов спорта (велоспорт, плавание, гребля, лыжные гонки, триатлон) спортсмены и тренеры применяли схожие варианты тренировок.

Большое влияние на повышение популярности интервальных тренировок оказали результаты исследования японского специалиста Изуми Табата (Izumi Tabata). В период работы с японской сборной по конькобежному спорту главный тренер попросил его проанализировать эффективность тренировочного режима, включавшего в себя чередование коротких всплесков максимальных усилий с последующими короткими периодами отдыха. Кстати, сам ученый утверждает, что авторство методики принадлежит именно тренеру сборной Японии по скоростному бегу на коньках Ирисаве Коичи. Изучая возможности повышения эффективности подготовки конькобежцев, Табата, в частности, обнаружил, что примерно 4 минуты высокоинтенсивных (ВИ) упражнений 4 дня в неделю улучшали способность организма доставлять кислород к мышцам (VO2max) примерно с той же скоростью, что и 60 минут средней интенсивности (СИ) 5 дней в неделю (I. Tabata et al., 1996). В результате эксперимента у группы СИ улучшилась работа аэробной системы (МПК увеличилось на 5 мл/кг/мин), но почти не изменились показатели анаэробной. У второй группы (ВИ) также возросли показатели аэробной системы (МПК увеличилось на 7 мл/кг/мин), а анаэробная выносливость выросла на 28 % (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2. Динамика показателей аэробных (а) и анаэробных (б) возможностей в эксперименте, проведенном И. Табата (I. Tabata, 1996). ВИИТ – высокоинтенсивная тренировка, СИТ-тренировка с нагрузкой средней интенсивности

На основе результатов исследований была разработана методика интервальных тренировок, получившая его имя и часто называемая «тренировка Табата» или «протокол Табата». Самим ученым тренировка Табата определяется как тренировка с интенсивностью, которая изматывает испытуемых во время 7-го или 8-го подходов 20-секундных велосипедных упражнений с 10-секундным отдыхом между рабочими интервалами (I. Tabata, 2019). В одном из интервью (2014), резюмируя преимущества использования данного метода, ученый подчеркивал: «В целом, существует два типа упражнений: упражнения низкой интенсивности, выполняемых в течение более длительных периодов времени, которые улучшают выносливость, и упражнения, такие как спринты, которые улучшают способность к спринту, но не влияют на аэробные возможности или выносливость. В отличие от этого, протокол Табата опирается на преимущества каждого из них». Т. о., тренировка Табата максимально нагружает как аэробную, так и анаэробную системы энергообеспечения (Tabata et al., 1996), повышая как уровень МПК (VO2max), так и максимальный накопленный кислородный долг (MAOD) (Tabata et al., 1997). Как результат, эффективность такой тренировки превосходит другие традиционные методы тренировок с точки зрения улучшения как аэробных, так и анаэробных систем продуцирования энергии (I. Tabata, 2022).