25/09/2009
Curso de entrenamiento MEDS
Jorge Cajigal M.Sc.
Temario: • Bioenergética de los deportes – Sistemas energéticos – Sustratos energéticos – Metabolismo del lactato
• Factores limitantes en la capacidad y potencia aeróbica – VO2 max – Umbral Anaeróbico – Eficiencia Mecánica
• Factores limitantes en la capacidad y potencia anaeróbica – Valoración del trabajo anaeróbico – Déficit de O2
• Zonas y métodos de entrenamiento
1
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Célula Muscular
HIGADO
CELULA MUSCULAR
glucógeno
glucógeno
glucosa
PCr
glucosa 6-P
ATP lactato
piruvato
ADIPOSITO
TAG glicerol AGL
aa
ciclo de Krebs
H2O CO2
O2 TAG---AGL
2
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Sustratos y fuentes encargados de la RESINTESIS de ATP
SUSTRATOS:
MECANISMOS:
• CHO • LIPIDOS • PROTEINAS
• AERÓBICO • ANAERÓBICO – FOSFAGENOS – GLICOLÍTOCO
Tasa de resíntesis de ATP/s
Fosfágenos Glicólisis anaeróbica
Aeróbico
15
30
60
180
Tiempo (s)
3
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FUENTES DE ENERGIA EN ATLETISMO (% DEL TOTAL) AER ANA LAC ANA FOSF
100 90 80
60 50 40 30 20 10
00 0 m ar at on
10
00 50
st pl 0
00 30 0
15
80 0
40 0
20 0
10 0
sa lto s
nt os
0
la nz am ie
% del max
70
Proporción de las fuentes energéticas en diferentes deportes
andinismo boxeo esgrima esqui alpino futbol arquero futbol del futbol medio gimnasia handbol judo nado sincron pesas rugby taekwondo tenis triatlon olim voleibol
AER 98 50 20 20 1 40 50 10 50 33 30? 1 30 33 20 95 30
ANA LAC 1 25 5 40 1 15 25 10 25 33 40? 4 40 33 5 3 0
ANA FOSF 1 25 75 40 98 45 25 80 25 33 30? 95 30 33 75 2 70
4
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Fosfágenos
• Cr + ATP ==== PCr + ADP CK (delta Gº= -10,3 Kcal(mol) Kcal(mol)
• ATP intracelular de reserva
Lactato, PCr y ATP i
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Regeneración de PCr en función del tiempo de recuperación post ejercicio 60 s al máximo
% resíntesis
resíntesis de PCr
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0
30
60
90
120
150
180
tiempo (s)
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Glicólisis:: 10 enzimas Glicólisis
glucose + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi----- 2 pyruvate + 2 NADH + 2 H+ + 2 ATP + 2 H2O Ver animación en marcadores de firefox: http://www.1lec.com/Biochemistry/How%20Glycolysis%20Work/index.html
Glicólisis GLUCOSA 2 ATP PFK NAD + H2 = NADH2
BN= 2 ATP (3ATP glu3glu3-P) 4 ATP
PIRUVATO
36 ATP
Acetil CoA
O2 CO2 + H2O
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Glicólisis GLUCOSA 2 ATP PFK NAD + H2 = NADH2
BN= 2 ATP (3ATP glu3glu3-P) 4 ATP
PIRUVATO + H2
LACTATO O2
Acetil CoA
At a physiological pH, lactic acid (pK=3.8) is almost fully dissociated to protons and lactate anions
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Evidencias actuales sobre metabolismo del lactato Jorge Cajigal MSc
Primera noción del ácido láctico Louis Pasteur 1850
A. V. Hill 1929
Retcher WM, Hopkins FG. Lactic acid in amphibian muscle. J Physiol 1907; 35: 247-309
“When excised frog muscles were stimulated to contract, lactate accumulated and fatigue ensued. When fatigued muscles were placed in oxygen-rich environments, lactate disappeared”.
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Lactato en la historia • Desecho metabólico (1850 – 1950) • Responsable de la acidosis metabólica (1850 – 1968 - 2001) • Metabolito inductor de fatiga muscular (1929 – 1999) • Concentración en sangre = producción (1907 – 1984)) 1984 • Indicador de capacidad anaeróbica (1950 – 1995)
Cinética del lactato post-ejercicio maximal. (Juel, 1997)
45
Ejercicio
Recuperación
Músculo Plasma venoso
Lactato (mM/l de agua)
40
Plasma arterial
35
Eritrocito
30 25 20 15 10 5 0 -3
0
2 7 Tiempo (m)
13
18
10
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Producción y recambio de lactato (Bangsbo, 1998)
Arteria femoral
4.1 l/m
Flujo sanguíneo: 4.3 l/m
Lactato: 5.0
9.0 mM/l
37mM/l Cuadriceps
mM/l
Vena femoral 8.7 mM/l
Isquiotibiales/adductores
0.2 l/m
2mM/l
3.5 mM/l
Transportadores de lactato MCT Célula muscular Medio externo
Medio interno
H+
H+ C
C
LacH+C H+Lac- C
Proteína transportadora
LacC H+ C H+Lac-
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Transporte de lactato MCT • Se han identificado 14 isoformas (desde 1986) • MCT1 y MCT4 en músculo esquelético • MCT1 sólo en músculo cardiaco • MCT 2 en músculo esquelético (¿?) • MCT3 en tejido nervioso
Entrenamiento y MCT 11-4 (Bonen, Bonen, 2004) Cambios en la cinética de lactato por modificación MCT depende de:
• Volumen • Intensidad • Frecuencia
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Transporte de lactato (Brooks, 2007) • Transporte entre células – – – –
Intercambio entre fibras I – II Transporte asociado a glutamato en SNC Músculo – corazón Músculo – hígado (gluconeogénesis)
• Transporte intracelular: oxidación mitocondrial (mitochondrial lactate oxidation complex) • Sustrato gluconeogénico • Señal intracelular – Incrementa producción de ROS y regula 673 genes responsables de adaptación muscular, translocación de MCT 1 y biogénesis mitocondrial (Brooks, 2007)
IIA
I IIX
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Relación Lactato y H+ Causa – efecto? (Wassermann, 1990) Lactato (mmol/L)
H+ (mmol/L)
FUENTES DE PRODUCCIÓN DE H+i
• Hidrólisis ATP • Glicólisis • (Ácido Láctico???)
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TRANSPORTE DE H+ • Lac / H+ • Na+ / H+ • HCO3- / H+
Efectos intracelulares de los H+ en el músculo (Rogberts, 2005) • Alteración del acoplamiento troponina Ca++:DISMINUCION DE FUERZA • Aumento de la concentración de Ca++ intracelular: DISMINUCION DE LA CAPACIDAD DE RELAJACION • Alteración en la actividad mitocondrial
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Efectos del incremento de H+ en LEC:
• Estimulación de terminaciones libres:
DOLOR
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MCT1
Peroxisome proliferator activated-receptor coactivator-1 (PGC1α)
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Lactato y aumento en la expresión de 673 genes (disminución en 3 genes)
1 hora: • Up-regulation de genes asociados a metabolismo de glucosa y gluconeogénesis • Down-regulation genes asociados a metabolismo de lípidos (LDL) 6 horas: • Up-regulation de genes responsables de biogénesis mitocondrial • Down-regulation de cAMP-dependent protein kinase inhibitor beta • Up-regulation de genes asociados a transporte, estrés oxidativo, apoptosis, crecimiento celular y señales de Ca++
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Lactato: metabolito intermediario
GLICOLISIS
LACTATO
MITOCONDRIA
Revisión bibliográfica (Sport Medicine, 2006)
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Mecanismo de resíntesis de ATP aeróbico
Masa eritrocitaria
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Haile Gebrselassie es el nuevo rey del maratón: 2:04:26 34 años, 1.64 metros de estatura y 53 kilogramos
24
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¿De qué factores biológicos depende el rendimiento aeróbico? VO2max
Umbral Anaeróbico
(Coyle 1996)
Eficiencia Mecánica
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Consumo de O2 • VO2 Absoluto
L/min
• VO2 Relativo
ml/min/kg
VO2 R = VO2 A PC
VO2 max relativo en deportistas 90 Fondo Fútbol Básquetbol Voleibol Gimnasia 35
12
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Ejemplo con masa corporal y VO2 max. max. Sujeto mujer VO2 max A= 3000 ml/min. • Condición A: Masa= 60 kg; % grasa= 20% (12 kg) – VO2 max Relativo = 50 ml/kg/min
• Condición B: Masa= 56 kg; % grasa =17% (3%, 9.5kg) – VO2 max relativo = 53 ml/kg/min (+6%)
Aerobic endurance training improves soccer performance Med Sci Sports Exerc. 2001 Nov;33(11):1925-31 Helgerud J, Engen LC, Wisloff U, Hoff J.
• Nineteen male elite junior soccer players, age 18.1 +/- 0.8 yr • training group (N = 9) and the control group (N = 10) • interval training, four times 4 min at 90-95% of maximal heart rate, with a 3-min twice per week for 8 wk
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Resultados: Se encontró un incremento en: • • • • •
11% VO2 max (58,1 – 64,3 ml/kg/min) 18 % el Umbral Anaeróbico 20 % la distancia cubierta en partido 23 % el desempeño con el balón 100 % el número de sprint Helgerud J, 2001
Factores limitantes del Consumo de oxígeno (VO2)
VO2 = VE x (FIO2-FEO2)
Ecuación de Haldane
VO2 = Q x ∆ a-v O2
Ecuación de Fick
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Adaptaciones al entrenamiento de resistencia aeróbica Adaptaciones Centrales
Adaptaciones Periféricas
Trabajo ventilatorio y rendimiento físico
Harms et al. (1998) J. Appl. Physiol. 85 (2): 609–618
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Trabajo ventilatorio VO2VENT Alta Int. VO2VENT Int. moderada VO2VENT Reposo
2% VO2max
3-5% VO2max
10-18% VO2max
Intensidad del ejercicio
Dispositivo de Espacio Muerto (DEM) CO2 O2
30
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Protocolo del estudio
Espirometría
Ergoespirometría
Distancia máx.30min
Resultados CON-pre FVC (L) FEV1 (L) MVV10 (L·min-1) VO2max (ml·kg·min1) VEmax (L·min-1) VE·VO2-1 max MAV (km·h-1) VO2 AT (ml·kg·min1) VE AT (L·min-1) VE·VO2-1 AT Endurance test (m)
5.1 1.2 4.2 0.9 178.3 55.3 47.3 11.9 112.1 28.1 34.2 4.2 14.2 2 33.4 7.5 51.9 18 24.3 4.3 5190 835
CON-post
EXP-pre
EXP-post
4.9 0.7 5.1 0.9 5 0.9 4.1 0.6 4.3 0.7 4.2 0.7 188.2 30.6 178.3 183 38.8 56.8 29.3 57.6 9.6*** 10.2** 49.3 7.1 121.7 30.5 123.5 111.7 32 5.2 21.9* 26.9 15.3 1.2*** 33.2 3.5 34.7 6.5 38.9 5.4*** 15.1 2.1* 14 1 58 12.8 36.4 6.5 32.7 5.5 23.3 3.3** 58.6 15.4 54.7 5889 23.5 2.3 15.4 575*** 5398 879 25.6 3.6 5395 490
31
25/09/2009
Resultados: Ergoespirometría máxima PRE POST VO2 AT (ml*kg-1*min-1)
45
***
40 35 30 25 20 CON
EXP
VO2 UAn (ml·kg-1·min-1) (Prom. ± DE). PRE pre-entrenamiento, POST postentrenamiento, CON grupo control, EXP grupo experimental, ***p < 0,001. Datos obtenidos por medio de ergoespirometría (CON n = 4 mujeres y 4 hombres; EXP n = 5 mujeres y 8 hombres).
Ergoespirometría máxima PRE POST
VE*VO2-1 AT
30
**
25
20
15 CON
EXP
Equivalente ventilatorio del umbral anaeróbico (Prom. ± DE). PRE preentrenamiento, POST post-entrenamiento, CON grupo control, EXP grupo experimental, **p < 0,01. Datos obtenidos por medio de ergoespirometría (CON n = 4 mujeres y 4 hombres; EXP n = 5 mujeres y 8 hombres).
32
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Evaluación de capacidad aeróbica a PRE POST
Distance in 30 min (m)
6500
***
6000 5500 5000 4500 4000 CON
EXP
Distancia máxima recorrida en 30 minutos (Prom. ± DE). PRE pre-entrenamiento, POST post-entrenamiento, CON grupo control, EXP grupo experimental, ***p < 0,001. Datos obtenidos por medio de evaluación de capacidad aeróbica (CON n = 4 mujeres y 3 hombres; EXP n = 5 mujeres y 8 hombres).
∆ Distance in 30 min (m)
b
CON (r = 0.45; p > 0.05)
EXP(r = 0.69; p < 0.01)
1100 900 700 500 300 100 -6
-4
-100 -2
2
4
6
8
10
12
1.5
4.0
6.5
9.0
11.5
14.0
-300
∆ VO2 AT (ml*kg -1*min-1)
∆ VO2 AT (ml*kg-1*min-1)
Correlación entre los cambios (∆) de distancia máxima recorrida en 30 min y el VO2 (ml·kg-1·min-1) del UAn en el grupo experimental post-entrenamiento. Datos obtenidos por medio de evaluación de capacidad aeróbica (EXP n = 5 mujeres y 8 hombres) y ergoespirometría (EXP n = 5 mujeres y 8 hombres).
33
25/09/2009
Resultados: cambios en la VE durante prueba la progresiva PRE POST
CON
150
150
125
125
VE (L*min-1)
VE (L*min -1)
PRE POST
100 75
EXP
100
*
*
**
75 50
50
25
25 6
8
10
12
14
16
18
6
8
-1
10
12
14
16
18
Run velocity (km*h -1)
Run velocity (km*h )
Means of VE by each run velocity during maximal incremental test before (PRE) and after (POST) training period. CON control group, EXP experimental group. Different from baseline * p < 0.05, **p < 0.01.
Resultados PRE POST VO2 AT (ml*kg-1*min-1)
45
***
40 35 30 25 20 CON
EXP
a Distance in 30 min (m)
6500
PRE POST
***
6000 5500 5000 4500 4000 CON
EXP
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25/09/2009
Reflejo metabólico ↑ Eferencias simpáticas
↑ vasoconstricción ↑ Trabajo respiratorio Dempsey et al. (2006) Respiratory Physiology & Neurobiology. 151: 242–250
Biogénesis mitocondrial
35
25/09/2009
Disfunción mitocondrial • • • • • • • • • •
Disminución en rendimiento aeróbico Sarcopenia Colesterol y TG elevados Daño endotelial Obesidad Hipertensión Diabetes ECV Degeneración neural Cáncer Parish et al, 2005; Linn et al, 2006; Beckman et al, 1998
36
25/09/2009
PGC1α
Eficiencia de la Fosforilación oxidativa
Conley et al, 2007
37
25/09/2009
Incremento en la capacidad fosforilativa por mitocondria en adultos mayores: efecto de 6 meses de entrenamiento aeróbico ¿Acumulación irreversible de DNAmt mutado? (Wallace et al, 2005
Conley et al, 2007
Intensidad del ejercicio físico en función del VO2 max 6000
VO2 (L/min)
5000 4000 3000 2000 1000
?
0 100 130 160 190 220 250 280 310 340 370 400 430 460
Potencia (Watt)
38
25/09/2009
Antecedentes VO2 (L/min)
VO2 max VO2 max
McArdle
Umbral Anaeróbico
Sanos Adaptado Wasserman, 1994
VO2 (ml/min/kg)
Antecedentes
[lactato] (mmol/L) Adaptado Wasserman, 1994
39
25/09/2009
Cajigal & Behn, 2004
Soldados NA - Arica
diferencia de lactato (mmol/L)
16 14
20 12 10
15
8
10
6
r=0.62 p<0.05 n=15
4 2
r=0.28 p>0.05 n=15
5
0
0 30
diferencia de lactato (mmol/L)
Soldados NA - Putre
25
35
40
45
50
55
Soldados A - Arica
16
30
60
18
14
16
12
14
35
40
45
50
Soldados A - Putre
12
10
10
8 8
6 6
r=0.08 p>0.05 n=15
4 2
4 2
0 30
35
40
45
VO2 max (ml/kg/min)
50
55
0 30,00
r=0.60 p<0.05 n=15
35,00
40,00
45,00
50,00
VO2 max (ml/kg/min)
Determinación directa del VO2 max por análisis químico, bolsas de Douglas y campanas de recolección
40
25/09/2009
Prueba yo yo--yo TEST
Fútbol a gran altura La Paz, 2009
41
25/09/2009
Un deficiente VO2 max es un factor de riesgo cardiovascular y de EMNT?
Si El Umbral Anaeróbico (UL, UV)
42
25/09/2009
Lactacidemia en cicloergómetro. Protocolo progresivo discontinuo 3min/1 min lactato. Orwill Scheuch MTB Lab. CAR. 16
12-03-02 21-06-02
lactato (mmol/L)
14 12 10 8
18%
6 4 2 0 100
150
200
250
300
350
400
potencia (watt)
Determinación directa del VO2 max
43
25/09/2009
44
25/09/2009
Umbral Láctico (Ejercicio aeróbico bajo y sobre EE) VE L/min
EE
NO EE lactato mmol/L 8
4
60%
100%
Intensidad % VO2 max
FUENTES DE CO2 • RESPIRATORIO (CICLO DE KREBS) • METABOLICO (H+ + HCO3-) VCO2 L/min CO2 metabólico CO2 respiratorio
Umbral Ventilatorio INTENSIDAD % VO2max
45
25/09/2009
Concepto del ejercicio en “estado estacionario (EE)” • • • • • •
OFERTA O2 = DEMANDA O2 QR (CO2/O2) < 1.0 ===== GRASA+CHO LACTATO ESTABLE BAJO 4mmoL/L VE ESTABLE (fr <30-40 r/min.) SENSACION DE AGRADO PERMITE MANTENER ESFUERZO DESDE 15 min. HASTA VARIAS HORAS
Concepto del ejercicio aeróbico “sobre el EE” • DEMANDA DE O2 MAYOR A OFERTA DE O2 • QR > 1.0 ========= SOLO CHO • LACTATO EN INCREMENTO EXPONENCIAL (SOBRE 4 -6 mmoL/L acidosis) • HIPERVENTILACION (fr > 50 r/min.) • SENSACION DE MALESTAR Y DOLOR • TIEMPO MAXIMO ENTRE 12 A 60 min.
46
25/09/2009
UL sujetos entrenados y no entrenados Lactato sangre (mmol/L) 12,0
Sedentario
entrenado
muy entrenado
4.0
50
70
85 100 % del VO2 max
UL sujetos entrenados y no entrenados Lactato sangre (mmol/L) 12,0
Sedentario
entrenado
muy
entrenado
4.0
10
15
18 Velocidad Km/h
47
25/09/2009
Ejercicio Dos sujetos presentan diferencias importantes en el VO2 max y su UAn. ¿Cual de los dos presentaría un mayor rendimiento aeróbico? (ambos tienen igual EM)
SUJETO VO2 max Uan (%)
VO2 UAn
(ml/Kg/min)
A
55
78
42.9
B
63
60
37.8
3- LA EFICIENCIA MECANICA EM=VO2 total(Kcal)/Trabajo(kcal)
48
25/09/2009
EFICIENCIA MECANICA BIOLOGICA (ECONOMIA) 25% ENERGIA MECANICA ENERGIA CALORICA 75%
Eficiencia Mecánica (y economía del esfuerzo) • Capacidad de trasformar la Eq de los alimentos en Ec (o Trabajo Mecánico) • Es el punto de unión entre la Fisiología del Ejercicio y la Biomecánica • EM puede ser mejorada por: – Equipamiento (tecnología deportiva) – Técnica (y estilos)
49
25/09/2009
Eficiencia mecánica y VO2 max. triatleta masc. 6000 08-04-97 22-11-97
VO2 (ml/min)
5000 4000 +7% EfMec +2% VO2 max
3000 2000 1000
0 100 130 160 190 220 250 280 310 340 370 400 430 460
watt
Capacidad y Potencia Anaeróbica
50
25/09/2009
Déficit de O2
VO2 ml/Kg/min 105
150% 2 min
84
120%
70
100%
5 min
VO2 max
12 min 56
80%
42
60%
30 a 90 min
UAn
2 a 9 horas
Adaptado por J Cajigal, 2009 Datos no publicados
Planificación del entrenamiento aeróbico - anaeróbico Zonas de entrenamiento
51
25/09/2009
Determinación de zonas de entrenamiento 1- R 2- A1 3- A2 4- A3 5- G1 6- G2 7- F1 8- F2
(regeneración) (base) (UL) (VO2 max max))
(cap glicolítica) glicolítica) (pot glicolítica) glicolítica) (cap fosfágenos) fosfágenos) (pot fosfágenos) fosfágenos)
Determinación de las zonas de entrenamiento FC % max
Zona aeróbica R
(real o 220-edad) Mmol/L
Lactato
Tiempo min.
<75-80% <2
Cont: 20-90
A1
80-85%
2-3
Cont: 40-180 y +
A2
85-90%
3-5 (4)
Cont o frac 10 a 60
A3
>90%
>8
Cont o frac 3 a 20
52
25/09/2009
Dinámica de la recuperación. • RC (Recup. Recup. Compl Compl.) .) – reposición de PCr – eliminación H+ (buffer) – > metabolización de LACTATO – mayor CALIDAD – sobrecompensación a nivel ENZIMATICO – Ejm TPOS: 3-5- 7min
• RIC (Recup. Recup. Incompl Incompl.) .) – reposición parcial de PCr – baja eliminación H+ – < metabolización de LACTATO – menor CALIDAD – sobrecompensación a nivel BUFFER – Ejm TPOS: 30s a 3 min
Formas de entrenamiento de la Resistencia Aeróbica 1- Trabajo Continuo (R, A1, A2, A3) A3) – Ritmo constante – Ritmo variado • Progresivo • Cambios de ritmo (Cross country, Fartlek)
53
25/09/2009
2- Trabajo Fraccionado (A2, A3….L1, L2 y V) V) Intervalos o repeticiones: repeticiones: – Ritmo constante • Tiempo fijo • Distancia fija
– Ritmo variado • Tiempo variado • Distancia variada
Pausa variada o fija (macropausa (macropausa y micropausa) micropausa) Ejm: Ejm: entrenamiento de intervalos, piramidal creciente o decreciente, de tempo, de pausa activa.
Planificación Anual Triatlón 2002 ENERO Ene-01
Ene-02
FEBRERO Ene-03
Ene-04
Ene-05
COMPETICION C1
C2
R
VIÑA
CONCEP
LICAN RAY
Feb-01
TRANS C3
C4
R
Feb-02
MARZO Feb-03
Feb-04
Mar-01
Mar-02
Mar-03
Mar-04
PREPARATORIO GENERAL ESPECIFICO ACUM1 ACUM2 ACUM3 DESC ESP1 ESP2 DESC
COMPETENCIAS PREPARATORIAS
VILLA ALEMANA
VILLARICA
FUNDAMENTALES
PERIODO PREPARACION EN ALTURA
VOLUMEN
INTENSIDAD
TRAB TECNICO RESISTENCIA AEROBICA A1 % A2 % A3 %
40 50 10
50 40 10
90 10 0
30 50 20
50 40 10
100 0 0
90 10 0
90 10 0
80 15 5
80 15 5
70 25 5
60 30 10
60 35 5
FUERZA RESISTENCIA EVALUACIONES VO2 max UMBRAL LACTICO COMP CORP FUERZA
54
25/09/2009
Planificación Anual Triatlón 2002 (cont) ABRIL Abr-01
Abr-02
MAYO Abr-03
Abr-04
May-01
May-02
May-03
COMPETICION PRE C APROX
C1
R
C1
C2
May-04
May-05
TRANSICION T1 T2 C3
C4
COMPETENCIAS
DESCANSO ACTIVO
PREPARATORIAS FUNDAMENTALES
JUEGOS ODESUR en altura
PANAMERICANO
VOLUMEN
INTENSIDAD
TRAB TECNICO RESISTENCIA AEROBICA A1 % A2 % A3 %
50 40 10
50 40 10
40 50 10
100 0 0
40 50 10
50 40 10
50 40 10
FUERZA RESISTENCIA EVALUACIONES VO2 max UMBRAL LACTICO COMP CORP FUERZA
Zonas de intensidad individual (fc)
VI
TO
WS
MZ
RT
AM
R A1 140-155 150-175 160-190 150-175 150-175 155-185 A2 155-160 175-180 190-195 175-180 175-180 185-190 A3 160-178 180-200 195-215 180-200 180-200 190-206 <140
<150
<160
<150
<150
<155
CS
SP
SV
<150
<155
<145
150-175 155-185 145-170 175-180 185-190 170-175 180-200 190-206 175-190
55