Wydolność fizyczna i tolerancja wysiłkowa w zależności od wieku i płci, w różnych wysiłkach krótkotrwałych, długotrwałych, maksymalnych i submaksymalnych.

Odpowiedź fizjologiczna organizmu na dany wysiłek fizyczny jest uzależniona od wzrostu zapotrzebowania energetycznego związanego z tym wysiłkiem i jest różna u poszczególnych osób. Istnienie tej różnicy wiąże się przede wszystkim z poziomem sprawności adaptacyjnej narządów (głównie układu krążenia, maksymalną wentylacją płuc, pojemnością dyfuzyjną płuc, pojemnością tlenową krwi, różnicą tętniczo-żylną, liczbą naczyń włosowatych w mięśniach), poziomem sprawności homeostazy(pojemność buforowa krwi, szybkość usuwania kwasu mlekowego, zdolność do termoregulacji), tolerancją zmian zmęczeniowych, a także z zasobami zgromadzonych substratów energetycznych(zawartość ATP, zawartość fosfokreatyny, zawartość glikogenu mięśniowego i wątrobowego, tempo lipolizy i utlenianie WKT). Czynniki te warunkują wydolność fizyczną(physical efficiency) określaną jako zdolność organizmu do wykonywania maksymalnej pracy fizycznej w warunkach równowagi czynnościowej – zależna jest ona od budowy i rozwoju osobnika, sprawności układów zaopatrujących, metabolizmu oraz mechanizmów termoregulacji. W wysiłkach długotrwałych maksymalnych gdzie dominuje wydolność beztlenowa istotnym wyznacznikiem wydolności jest zawartość ATP i fosfokreatyny (łącznie te dwa substraty wystarczają na ok 6 - 10 sek. bardzo intensywnego wysiłku stosowanego głównie w dyscyplinach szybkościowych). W przypadku wysiłków długotrwałych o umiarkowanej intensywności, miarą wydolności fizycznej jest pułap tlenowy (VO2max), oznaczający ilość tlenu , jaką może pobrać organizm w czasie jednej minuty. Wartość pułapu tlenowego określa wydolność tlenową (aerobową). Maksymalnemu poborowi tlenu odpowiada maksymalny wysiłek fizyczny.

O wydolności fizycznej decyduje w głównej mierze podłoże genetyczne (ok 80%), następnie wiek, płeć, masa ciała, klimat, systematyczna aktywność fizyczna. Wszystkie te czynniki – oddziałując na organizm przez czas dłuższy – wywołują swoiste zmiany adaptacyjne w ustroju przystosowując go do podejmowania coraz większych obciążeń fizycznych. Mowa tu o tolerancji wysiłkowej(exercise tolerance) czyli zdolności do długotrwałego wykonywania wysiłku o określonej intensywności, bez głębszych zaburzeń homeostazy (np. wzrost stężenia jonów wodorowych we krwi) i upośledzenia funkcji narządów (np. niedotlenienie mięśnia sercowego). Duży wpływ na tolerancję wysiłkową mają czynniki psychologiczne które kształtują motywację wysiłkową.

Zarówno do określenia wydolności fizycznej, jak i tolerancji wysiłkowej istnieją testy wysiłkowe. Jak już wiemy najczęściej stosowaną miarą wydolności fizycznej jest maksymalne pobieranie tlenu przez organizm. Pomiar tego wskaźnika wykorzystywany jest do ustalenia wielkości obciążeń (% VO2max) dopuszczalnych w pracy zawodowej u ludzi zdrowych, dopuszczalnych i skutecznych obciążeń treningowych, w kontroli treningu sportowego i rehabilitacyjnego oraz do obliczenia wielkości obciążeń względnych przy określaniu tolerancji wysiłkowej. Wielkość VO2max można zmierzyć bezpośrednio podczas wysiłku maksymalnego lub wyliczyć na podstawie częstości skurczów serca podczas wysiłków submaksymalnych. Zasada bezpośredniego pomiaru polega na zmierzeniu ilości tlenu pobieranego przez organizm podczas wysiłku o obciążeniu maksymalnym lub większym. Pomiary przeprowadza się podczas wysiłku wykonywanego na cykloergometrze lub bieżni elektrycznej, rzadziej podczas wysiłku polegającego na wchodzeniu na stopień (step-test). Pośrednia ocena maksymalnego pobierania tlenu opiera się na liniowej zależności między pobieraniem tlenu a częstością skurczów serca osiąganą w warunkach równowagi czynnościowej podczas wysiłków submaksymalnych. Na podstawie tej zależności można powiedzieć, przy jakim pobieraniu tlenu badany osiągnie właściwą dla jego wieku (przeciętną) maksymalną częstość skurczów serca. Pobieranie tlenu przy HRmax (maksymalna częstość skurczów serca) odpowiada w przybliżeniu VO2max.

HR(sk./min)

Zasada wyznaczania wielkości VO2max na podstawie częstości skurczów serca podczas wysiłków submaksymalnych.

VO2max (l/min)

Tolerancję wysiłkową bada się najczęściej u ludzi chorych w celu określenia dopuszczalnych dla nich obciążeń w pracy zawodowej, rehabilitacji itp. Miarą tolerancji wysiłkowej jest wielkość obciążenia, przy której pojawiają się w określonym czasie (np. po upływie 5, 10, 15 minut wysiłku) zaburzenia czynności dotkniętych chorobą narządów lub zakłócenia homeostazy. Wielkość obciążenia stanowiącego granicę tolerancji wyraża się w jednostkach bezwzględnych (np. ilość pobieranego tlenu w jednostkach czasu) lub częściej względnych (%VO2max, częstość skurczów serca osiągana podczas pracy). Przy stosowaniu w badaniach wysiłków krótkotrwałych należy pamiętać, że tolerancja wysiłku długotrwałego na ogół nie przekracza 30-40% obciążenia uzyskanego podczas próby.

Wahania pułapu tlenowego z wiekiem są wyraźnie zaznaczone. Wartości VO2max wzrastają znacznie w okresie szkolnym, osiągając najwyższe wielkości u przedstawicieli obojga płci przeciętnie między 18 a 20 rokiem życia. Przed okresem pokwitania nie zauważa się różnic w poziomie pułapu tlenowego u dziewcząt i chłopców. Później jednak narastanie jego wielkości u dziewcząt jest wolniejsze wskutek czego maksymalne wielkości osiągane przez płeć żeńską w rozwoju osobniczym kształtują się na niższym poziomie niż u mężczyzn (u chłopców na skutek silnego oddziaływania testosteronu obserwujemy szybki przyrost masy mięśniowej co nie występuje u dziewcząt, szczyt rozwoju tkanki mięśniowej u dziewcząt występuje w wieku 16-20 lat, u chłopców zaś od 18 do 25 lat z możliwością jej dalszego lecz już nie tak dynamicznego rozwoju, tkanka tłuszczowa stanowi 15% masy ciała chłopców i 25% masy ciała dziewcząt – jej ilość reguluje wpływ testosteronu i estrogenów). Począwszy od około 20-25 roku życia wielkości VO2max obniżają się i w wieku 65 lat są prawie o 30% mniejsze od najwyższych.

Jedną z ważnych przyczyn zmian pułapu tlenowego i tolerancji wysiłkowej wraz z wiekiem oraz różnic wynikających z odmiennej płci są zmiany maksymalnej częstości skurczów serca (HRmax), która wzrastając w wieku dziecięcym osiąga około 10 roku życia poziom najwyższy, wynoszący ponad 200 uderzeń na minutę. W dalszych okresach obniża się stopniowo osiągając poziom 160 uderzeń na minutę w wieku 60 lat. Objętość wyrzutowa serca oraz pojemność minutowa serca obniżają się również w późniejszym wieku. Objętość wyrzutowa serca oraz pojemność minutowa serca obniżają się również w późniejszym wieku. Taki charakter zmian HRmax, objętości serca oraz objętości wyrzutowej odpowiada w zasadniczym stopniu za systematyczne zmniejszenie się pułapu tlenowego po 20-25 roku życia. Ograniczają one bowiem pojemność minutową serca – jak wiadomo – ważny mechanizm zaopatrzenia tlenowego ustroju. W analizie tych zjawisk nie wolno również pominąć faktu obniżania się aktywności ruchowej człowieka w miarę upływu lat, co może również stanowić przyczynę stopniowego zmniejszania się mocy aerobowej.

Obserwowany natomiast w wieku szkolnym wyraźny wzrost wielkości maksymalnego poboru tlenu wynika głównie z powiększenia objętości i masy ustroju oraz z przebiegającego równolegle zwiększenia objętości krwi i całkowitej ilości krążącej hemoglobiny. Zawartość pułapu tlenowego od całkowitej zawartości hemoglobiny jest bardzo wysoka (usunięcie 14% krążącej hemoglobiny obniża VO2max o 4%). W tym okresie zwiększają się również objętość serca, jego masa oraz maksymalne możliwości czynnościowe. Podwyższa się pojemność minutowa i wyrzutowa serca. Wzrastają one jednak wprost proporcjonalnie do masy ciała i dlatego ilość krwi tłoczonej przez serce na jednostkę masy nie ulega powiększeniu. Ona więc nie determinuje znacznego wzrostu wielkości maksymalnego poboru tlenu, przypadającego na kg masy ciała.

Podczas analizy zarysowujących się różnic w globalnych wartościach pułapu tlenowego u przedstawicieli obojga płci należy wziąć głównie pod uwagę odmienną wielkość (wymiary) ciała kobiet i mężczyzn. Maksymalny pobór tlenu przeliczony na kg masy ciała jest u młodych kobiet tylko o 17% niższy od odpowiednich wartości u mężczyzn. Różnica ta zdaje się być wynikiem mniejszej u kobiet liczby czerwonych krwinek i całkowitej ilości hemoglobiny, a także stanowi skutek większego udziału tkanki tłuszczowej w budowie ciała.