Нормализованная мощность (NP) и физиологическая стоимость рывков

Иллюзия средней мощности в шоссейном велоспорте

В традиционном анализе тренировок самым очевидным показателем кажется средняя арифметическая мощность (Average Power): суммарная механическая работа в Джоулях, разделенная на общее время заезда в секундах. Однако в реальном велоспорте средняя мощность дает грубо искаженную картину истинного физиологического стресса, перенесенного организмом.

Рассмотрим два контрастных заезда одного и того же гонщика продолжительностью ровно 1 час:

• Заезд А: абсолютно равномерное индивидуальное педалирование на мощности 250 Ватт. Средняя мощность составляет 250 Вт;
• Заезд Б: критериум или гонка по холмам с частыми рывками: 30 секунд спринта на 450 Ватт (изнуряющий анаэробный гликолиз), затем 30 секунд свободного качения на 50 Ватт в аэродинамической посадке. Средняя арифметическая мощность также равна ровно 250 Вт ($(450 + 50) / 2$).

Хотя формально средняя мощность идентична, биологическая стоимость этих двух заездов несопоставима:

• В Заезде А лактат находился в пограничном равновесии, гликоген расходовался экономно, а центральная нервная система сохранила свежесть;
• В Заезде Б постоянные всплески до 450 Ватт привели к лавинообразному закислению мышц, накоплению критических концентраций ионов водорода, истощению анаэробной емкости $W'$ и глубокому истощению ЦНС.

Физиологический базис и 4-я степень формулы Коггана

Чтобы объективно отразить нелинейную биохимическую стоимость рывков, доктор Эндрю Когган разработал алгоритм расчета нормализованной мощности (Normalized Power, NP).

В основе алгоритма лежит фундаментальный факт физиологии мышечного сокращения: биохимические реакции стресса, скорость накопления лактата, расхода гликогена и выброса гормонов стресса (адреналина и норадреналина) возрастают не линейно по отношению к мощности, а приблизительно в 4-й степени ($P^4$):

• При удвоении мощности физиологический отклик организма возрастает не в 2, а в $2^4 = 16$ раз;
• Короткий 20-секундный рывок на 500 Ватт наносит организму несоизмеримо больший метаболический урон, чем компенсируют последующие 20 секунд легкого кручения на 100 Ватт.

Математический алгоритм расчета Normalized Power

Вычисление нормализованной мощности выполняется компьютером по строгому 4-этапному алгоритму:

1. Шаг 1 (Сглаживание): рассчитывается 30-секундное скользящее среднее значение мощности для каждой секунды заезда. Окно в 30 секунд выбрано потому, что физиологический отклик сердечно-сосудистой системы и метаболизма на изменение мощности обладает инерцией около 25–30 секунд;
2. Шаг 2 (Возведение в 4-ю степень): каждое полученное 30-секундное значение мощности возводится в четвертую степень ($P_{30}^4$). Этот шаг придает гигантский математический вес любым отрезкам высокой мощности и нивелирует влияние пауз отдыха;
3. Шаг 3 (Усреднение): вычисляется среднее арифметическое всех значений 4-й степени за все время тренировки;
4. Шаг 4 (Извлечение корня): из полученного среднего значения извлекается корень четвертой степени: $$\text{NP} = \sqrt4{\frac{1}{N} \sum_^{N} \left(P_{30, i} \right)^4}$$

Полученное значение нормализованной мощности показывает, какую именно мощность должен был бы поддерживать гонщик в абсолютно ровном режиме, чтобы вызвать точно такой же физиологический стресс, какой был получен в реальной рваной гонке.

Сравнительный анализ: критериум против раздельного старта

Сопоставление средней и нормализованной мощности позволяет мгновенно оценить характер проделанной работы:

• В индивидуальной гонке с раздельным стартом (Time Trial) или на плоском этапе триатлона при грамотном пейсинге NP практически равна Avg Power (разница составляет не более 2–4%);
• В групповых шоссейных гонках и критериумах с десятками выходов из виражей нормализованная мощность регулярно превышает среднюю на 20–35% (например, при средней мощности 220 Вт нормализованная мощность может достигать 285 Вт).

┌────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│             СРАВНЕНИЕ СРЕДНЕЙ И НОРМАЛИЗОВАННОЙ МОЩНОСТИ              │
├─────────────────────┬──────────────────┬───────────────┬───────────────┤
│ Тип заезда          │ Средняя мощность │ Нормализов. NP│ Разница (NP - │
│                     │ (Avg Power)      │               │ Avg Power)    │
├─────────────────────┼──────────────────┼───────────────┼───────────────┤
│ Равномерный триатлон│ 240 Вт           │ 246 Вт        │ +6 Вт (2.5%)  │
├─────────────────────┼──────────────────┼───────────────┼───────────────┤
│ Холмистая разделка  │ 260 Вт           │ 278 Вт        │ +18 Вт (6.9%) │
├─────────────────────┼──────────────────┼───────────────┼───────────────┤
│ Групповая гонка     │ 210 Вт           │ 265 Вт        │ +55 Вт (26.2%)│
├─────────────────────┼──────────────────┼───────────────┼───────────────┤
│ Критериум с виражами│ 230 Вт           │ 310 Вт        │ +80 Вт (34.8%)│
└─────────────────────┴──────────────────┴───────────────┴───────────────┘