Fizjologia biegania: mniej znane spojrzenie na zmęczenie

Mistrzostwa Europy w Lekkoatletyce w Barcelonie, 1 sierpnia 2010 roku, rozgrywane w potwornym upale, ponad 30 stopni C. Wielu zawodników zeszło wówczas z trasy z powodu przegrzania. Fot. Getty Images

Bieganie i zmęczenie są ze sobą nierozerwalnie związane. Z fizjologicznego punktu widzenia ze zmęczenia wynika bardzo wiele korzyści. Pomaga nam ocalić ciało przed obciążeniem, które mogłoby być dla niego szkodliwe, daje nam bezcenne informacje o przeciążeniach, ostrzega przed urazami, ale nie tylko.

Gdyby nie zmęczenie, bieganie nie byłoby już takim wyzwaniem. Jaka zostałaby nam motywacja do biegania, gdyby nie trzeba było pokonywać własnych słabości, stawiać czoła nowym wyzwaniom i celom? I choć zmęczenie jest nieuniknioną częścią sportu, nie znaczy to oczywiście, że nie możemy starać się go minimalizować.

Czym jednak jest zmęczenie? Najczęstsza słownikowa definicja to „przejściowa utrata siły lub energii w wyniku ciężkiej fizycznej lub umysłowej pracy” lub bardziej w kontekście biegania, powtarzając za Davidem Martin’em i Peterem Coe „zmęczenie to uczucie wzrastającej trudności w utrzymaniu zadanego obciążenia, z jednoczesnym utrzymaniem wcześniejszej wydajności”.

Istnieje wiele potencjalnych czynników, które przyspieszają lub pogłębiają zmęczenie, a tym samym mogą znacząco pogorszyć wynik sportowy u średnio- i długodystansowych biegaczy, w tym m.in. czynniki związane z układem krążenia i płucami, metabolizmem energetycznym, gospodarką kwasowo-zasadową, bilansem płynów i termoregulacją, czy też te związane z właściwym odżywianiem. Trzeba pamiętać, że zazwyczaj mamy jednak do czynienia z kombinacją wielu niesprzyjających okoliczności zwiększających uczucie „zmęczenia” organizmu oraz zmniejszających naszą wytrzymałość, a w efekcie uniemożliwiające nam kontynuowanie treningu czy utrzymanie tempa na zawodach.
Skupimy się na tych mniej znanych.

Hipertermia i nawodnienie

Historia maratonu, bardziej niż jakiegokolwiek innego sportu związana jest ze zgonami związanymi z „przegrzaniem” (hipertermią). Bohater Igrzysk Olimpijskich w Londynie w 1908 roku, włoch Dorando Pietri leżał w śpiączce, bliski śmierci przez ponad 2 dni, po swoim omdleniu na ostatnich metrach maratońskiego biegu. W 1912 roku w czasie igrzysk w Sztokholmie portugalski biegacz Lazaro zemdlał z powodu udaru cieplnego po przebiegnięciu 30,58 km i umarł następnego dnia. Jim Peters, pierwszy maratończyk, który złamał barierę 2 godz. 20 min. wbiegł w 1954 roku na stadion w Vancouver aż na 15 minut przed pozostałymi zawodnikami tylko po to, żeby tuż przed linią mety zemdleć. Od tego czasu wprowadzono szereg zmian, aby do takich sytuacji nie dochodziło. Obecnie biegi organizowane są nie w środku dnia (jak to miało miejsce w czasie Igrzysk w 1954 roku), ale wczesnym rankiem lub późnym wieczorem. Po drugie ułatwiono zawodnikom uzupełnianie płynów w czasie całego biegu. Jeszcze we wczesnych latach 70. zawodnicy mogli się napić dopiero po pierwszych 10 km i potem co 5 km. Obecnie stacje z piciem organizowane są na całej trasie biegu co 2-3 km, a czasami nawet częściej. Poza tym zawodnicy są teraz znacznie bardziej świadomi konieczności wcześniejszej aklimatyzacji poprzez trening w cieple.

Około 75-80% energii, która jest uwolniona podczas utleniania, jest uwalniana jako ciepło. Ilość tego ciepła jest funkcją szybkości i masy ciała zawodnika. Kierunek wymiany ciepła pomiędzy ciałem a otoczeniem zależy od temperatury skóry i warunków klimatycznych, a jedynym dostępnym mechanizmem schładzania organizmu jest pocenie się.
W biegach średniodystansowych ilość produkowanego ciepła jest wysoka, jednak czas trwania wysiłku stosunkowo krótki, w związku z tym pomimo wzrostu temperatury w samych mięśniach, dochodzi jedynie do minimalnych zmian temperatury całego ciała.

Przy dłuższych dystansach jednak – hipertermia (stan bardzo wysokiej temperatury całego ciała) i odwodnienie wynikające z pocenia się będą największym problemem wśród biegaczy, czasami nawet zagrażając ich życiu. Wyczerpanie z powodu przegrzania i omdlenia zdarzają się najczęściej w czasie gorących dni. Jednak już nawet bieg przy temperaturze 23 stopni C może u maratończyków doprowadzić do wzrostu temperatury (mierzonej w odbycie) nawet do 40 stopni! Okazuje się jednak, że rekordowe wartości wzrostu temperatury odnotowano już przy znacznie krótszych dystansach, i tak np. Sutton odnotował po biegu na 14 km aż 30 przypadków zawodników, u których temperatura przekroczyła 42 stopnie Celsjusza!

Hipertermia zawsze związana jest ze znacznym obniżeniem zdolności do kontynuowania treningu i zwiększeniem zmęczenia. Wielu lekarzy postuluje, że wysiłek powinien być zakończony, gdy ciało osiąga takie krytyczne podwyższenie temperatury, zwłaszcza w gorącym klimacie. Uważa się, że optymalna temperatura dla wysiłku trwającego 60-90 min to 10 stopni C. Należy jednak pamiętać, że jest to sprawa bardzo indywidualna, zależąca od poziomu metabolizmu, właściwości samego organizmu zawodnika, szybkości biegu, jak również założonego ubrania.

Drugim, nawet poważniejszym problemem jest odwodnienie. Biegając w środowisku o wysokiej temperaturze i wilgotności utrata wody z potem będzie znaczna, nawet przy krótkich wysiłkach. Im dłuższy czas trwania wysiłku, tym utrata wody i elektrolitów (zwłaszcza sodu) będą większe. Zazwyczaj ilość utraconej wody przewyższa ilość przyjętych płynów, więc pewnego stopnia odwodnienie po biegu jest swego rodzaju „normą”. Jednak nawet przy tym samym dystansie i tej samej ilości wypijanych płynów istnieją znaczące różnice pomiędzy zawodnikami; ilość traconej z potem wody (w czasie biegu maratońskiego w umiarkowanym klimacie) może wahać się od 1 do 6% masy ciała, czyli zawodnik ważący 70 kg może stracić nawet 4 kg z potem!

Odwodnienie będzie miało największy wpływ na wysiłki tlenowe, i tak np. utrata 2% masy ciała z potem skutkuje pogorszeniem wyniku na 1500 m o 3,1%, a w biegu na 10 km o prawie 6,5%. To dużo biorąc pod uwagę, że to wynika tylko i wyłącznie z samego odwodnienia.

Zmęczenie układu nerwowego

Uczucie zmęczenia może wynikać z czynników tzw. obwodowych, czyli zmęczenia mięśni lub centralnych, zależnych od układu nerwowego. Najpopularniejszy model tłumaczący powstawanie zmęczenia zakłada, że dochodzi do katastroficznego zaburzenia homeostazy (równowagi) prowadzącego do dysfunkcji mięśni. Zazwyczaj dzieje się tak, bądź w wyniku niewystarczającego dostarczania tlenu lub wyczerpania się zasobów energetycznych.

Jednak wiele badań wskazuje na inny (dodatkowy) mechanizm, w którym dochodzi do zmęczenia, tzw. zmęczenie centralne, zależne od układu nerwowego. Okazuje się, że to nasz własny mózg „pilnuje”, aby nie doszło do nadmiernego wycieńczenia komórek i kontroluje pracę mięśni zmniejszając „odgórnie” ilość pracujących włókien. Inna teoria zakłada, że dochodzi do gromadzenia się w mózgu swoistych neurotransmiterów (neuroprzekaźników) i to może mieć niejako toksyczny wpływ na funkcję mózgu i nerwów w ogóle. Możemy wyobrazić sobie to w ten sposób, że mięśnie sterowane są przez mózg i wychodzące z niego nerwy. Jeśli taki bodziec nerwowy nie dotrze do mięśnia to on się już nie skurczy, nie będzie pracował. To tak, jakby jakieś urządzenie wyłączyć z prądu. Samo urządzenie (w tym przypadku mięśnie) jest w porządku, ale bez prądu (przekazywania bodźców nerwowo-mięśniowych) nie będzie działać, lub będzie działać gorzej, słabiej, wolniej.

To nowe spojrzenie na zmęczenie można wytłumaczyć w następujący sposób. Mózg chce zakończyć wysiłek fizyczny, póki wciąż zachowana jest homeostaza wewnątrzkomórkowa i zanim dojdzie do jakichkolwiek uszkodzeń narządów wewnętrznych.

Wydaje się, że uczucie zmęczenia nie jest bezwzględnym odczuciem, związanym jedynie z mierzalnym stanem fizycznym w obrębie mięśni, ale jest bardzo złożonym procesem, w którym mózg będzie „starał się” powstrzymać wysiłek fizyczny zanim doszłoby do niebezpiecznego zachwiania równowagi. Zrozumienie procesów, które doprowadzają do uczucia zmęczenia zbliża nas do bardziej efektywnego planowania treningów i bardziej efektywnego zwiększania naszych możliwości.

Układ sercowo-naczyniowy i funkcja płuc

Jednym z czynników decydujących o wynikach u biegaczy średniodystansowych jest umiejętność utrzymania wysokiej mocy przez stosunkowo krótki czas, podczas gdy u biegaczy długodystansowych istotna jest umiejętność utrzymania submaksymalnego wysiłku przez dłuższe okresy czasu. Dlatego też wysokie VO2max (VO2max – zdolność pochłaniania tlenu przez organizm, jeden z najpopularniejszych wskaźników wydolności fizycznej) jest konieczne u biegacza średniodystansowego, gdy biegacze długodystansowi są w stanie do pewnego stopnia kompensować niższe VO2max poprzez utrzymywanie wysokiej mocy tlenowej przez długie okresy czasu.

Istnieje wiele czynników mogących ograniczać VO2max. W sportach wytrzymałościowych zawodnicy charakteryzują się wysoce rozwiniętym układem sercowo-naczyniowym, a ich mięśnie mają wysoką zdolność do metabolizmu tlenowego. Istnieje wiele dowodów na to, że w sportach, w których pracują duże grupy mięśniowe (jak to się np. dzieje w bieganiu) wykorzystanie tlenu jest przede wszystkim ograniczone możliwościami dostarczenia go do pracujących mięśni, niż samą zdolnością mięśni do jego wykorzystywania. Co więc może ograniczać ten „dowóz” tlenu do mięśni? Wg Martin’a i jego zespołu badaczy, tym najważniejszym czynnikiem ograniczającym dostarczanie tlenu do mięśni jest wentylacja płuc. Okazuje się, że wyczynowi biegacze mogą co prawda osiągać nawet 2-3-krotnie większą objętość minutową serca (objętość minutowa serca – to objętość krwi wytłoczonej w czasie jednej minuty) niż osoby o siedzącym trybie życia, jednak ich możliwości wentylacji płuc i dyfuzji gazów nie różnią się już tak znacznie. Jeśli ponad to, co niestety często zdarza się u rekreacyjnych biegaczy – zawodnik pali papierosy, to ta dyfuzja gazów jest jeszcze bardziej utrudniona. Dodatkowo przy wysiłkach bliskich VO2max i jednocześnie wysokiej objętości minutowej czas przepływu krwi przez naczynia kapilarne w pęcherzykach płucnych może być zwyczajnie zbyt krótki, aby doszło do wystarczającego „natlenowania” krwi.

Co zatem można zrobić, aby to usprawnić? Możemy starać się poprawić ilość „nośników” tlenu we krwi. Wielu zawodników cierpi na anemię, czasami konieczna może być suplementacja żelazem. Warto sprawdzić morfologię, zasięgnąć porady lekarza.

Można też pokusić się o zorganizowanie treningów wysokogórskich, w celu poprawienia parametrów krwi. Na czym polega taki trening? Otóż trenując i przebywając do dużych wysokościach, przebywamy w środowisku o niższej zawartości tlenu. W odpowiedzi na te trudne warunki organizm zaczyna produkować więcej „nośników tlenu”, aby łatwiej sobie z tą sytuacją poradzić. Pamiętajmy jednak, aby wysokość n.p.m. nie była jednak za duża, ponieważ może nam być tak trudno, że nie będziemy w stanie zrealizować naszych zadań treningowych. Po takim zgrupowaniu, już na poziomie morza – nasze możliwości będą nieporównywalnie większe.

Obecnie dostępne są nawet specjalne namioty, w których niejako sztucznie doprowadza się do zmniejszenia utlenowania. Śpiąc i przebywając w takich namiotach można osiągnąć zbliżone efekty jak po obozie w Sierra Nevada.

 Dr Urszula Zdanowicz, Carolina Medical Center, „Mniej znane spojrzenie na zmęczenie”, Bieganie wrzesień 2010.