Wysiłek ultrawytrzymałościowy nie tylko w Dolinie Śmierci

nieznany. Zainteresowania badaczy skupiały się na wysiłku o charakterze biegów maratońskich. Pierwsze triatlony odbyły się w połowie lat 70. i obejmowały zróżnicowane formy (pływanie, jazdę na rowerze, bieg). Od tego czasu organizowanych jest wiele zawodów, które możemy objąć wspólną nazwą ultrawytrzymałościowych. Składają się na nie różne formy, jednak jak się wydaje podstawowym ich elementem są biegi na dystansie co najmniej maratonu (42 km 195 m). Dla urozmaicenia często organizowane są w ekstremalnych warunkach klimatycznych. Przykładem może być ultramaraton w Dolinie Śmierci w Kalifornii, podczas którego zawodnicy pokonują dystans 217 km w temperaturze 50°C. Różnica poziomów pomiędzy startem i metą wynosi 2331 m n.p.m. Innym przykładem są Marathon des Sables na Saharze (251 km) lub Taj Mahal Marathon (222 km). Część zawodów biegowych jest rozgrywana w niskich temperaturach (Antarctic Ice Marathon, Yukon Arctic Ultra), w których pokonuje się setki kilometrów. Zawody takie trwają wiele dni. Przykładem może być ultramaraton z Westfield Sydney do Melbourne (875 km), który został pokonany przez Cliffa Younga (61 lat!) w ciągu 5 dni, 15 godz. i 4 min. Zawody takie przyciągają coraz starszych uczestników. Na uwagę zasługuje Serge Girard ur. w 1953 roku, który był uczestnikiem biegów rozgrywanych na dystansach liczących wiele tysięcy km, z których najdłuższy dystans wynosił 27 011 km, pokonanych w czasie 365 dni (2009/2010 rok). W Polsce są podobne zawody (Beskidy Ultra Trail, 220 km, przewyższenie 1,1 tys. m, Bieg 7 Szczytów 210 km, przewyższenie 7,5 tys. m, Bieg Rzeźnika 98,2 km, przewyższenie ok. 4 tys. m itp.).

Należy podkreślić, że zainteresowanie uprawianiem wysiłków ultrawytrzymałościowych jest coraz większe, czego wyrazem jest rosnąca liczba uczestników. W USA w maratonach uczestniczy ok. 500 tys. biegaczy, w Polsce ich liczbę szacuje się na ponad 36 tys. Uczestnikami ekstremalnych zawodów są osoby obu płci, najczęściej w wieku ok. 30 lat, ale jak wynika z doniesień medialnych również osoby znacznie starsze. Ich charakterystyka obejmująca wskaźniki biologiczne (wiek, płeć, poziom wydolności fizycznej) jest zbliżona do osób uprawiających sporty wytrzymałościowe.

Bez wyjątkowego treningu

Ciekawych danych dostarczają prace, w których badano sposób przygotowania się do tego typu zawodów. Okazuje się, że obciążenie treningowe mieści się w zakresie od niskiego do umiarkowanego. Oznacza to, że wysiłek wykonywany podczas przygotowań do ekstremalnych zawodów mieści się w zakresie < 70 proc. maksymalnego pobierania tlenu (VO₂max – wskaźnik ten wyznacza maksymalną zdolność wysiłkową człowieka). Przykładowo triatloniści, którzy ukończyli słynne zawody Ironman, przygotowując się do startu, pokonywali w ciągu tygodnia średnio 12 km płynąc, 365 km jadąc na rowerze i 73 km biegnąc. Dane te sugerują, że wyjątkowy trening nie jest konieczny, by ukończyć ultrawytrzymałościowe zawody. Jak się zresztą okazuje, obciążenia treningowe wykazują jedynie umiarkowaną zależność z wynikami osiąganymi podczas samych zawodów. Zagadnienie to pozostaje jedną z niewyjaśnionych tajemnic granic przystosowania organizmu człowieka do ekstremalnych warunków.

Te dane uświadamiają, jak olbrzymim obciążeniom zostaje poddany organizm zawodnika. Dotyczy to zwłaszcza układu krążenia, konieczności pokrycia wydatku energetycznego przez pracujące mięśnie, termoregulacji, zmian hormonalnych, hematologicznych itd. Uczestnictwo w zawodach wiąże się też z wieloma problemami medycznymi. Pomimo powagi tych problemów badania fizjologiczne koncentrowały się głównie na wysiłku fizycznym trwającym 3-4 godz. Znacznie mniej prac poświęcono zmianom zachodzącym w organizmie podczas treningów i zawodów ultrawytrzymałościowych.

Wynika to z kilku powodów:

• niemożliwe jest odtworzenie w laboratorium warunków zawodów, zwłaszcza odbywających się w skrajnych warunkach klimatycznych,
• niezwykle utrudnione jest monitorowanie wskaźników fizjologicznych zawodnika biorącego udział w zawodach tego typu.

Kosztem jakiej energii

Jednym z głównych zagadnień, które fascynowało badaczy, było oszacowanie wydatku energetycznego organizmu podczas wysiłków ultrawytrzymałościowych. Jest oczywiste, że człowiek nie może wykonywać wysiłku z tym samym obciążeniem przez dłuższy (kilka godzin) czas. Na podstawie danych otrzymanych w różnych badaniach sugeruje się, że czołowi uczestnicy ekstremalnych zawodów są w stanie utrzymywać tempo biegu z obciążeniem 87,5 proc. VO₂max przez jedną godz., 66 proc. przez 8 godz. i 46,4 proc. przez 24 godz. Stwierdzono, że podczas biegu ultramaratońskiego trwającego 4-24 godz. intensywność wysiłku zawierała się w zakresie 45-75 proc. VO₂max, tym samym wydatek energetyczny podczas zawodów wynosił 4-15 tys. kcal (16,7-62,7 MJ). Dzięki tym danym szacowany dobowy wydatek energetyczny sportowca biorącego udział w zawodach ultrawytrzymałościowych wynosi 5,5-18 tys. kcal·24 h-1 (22,9-75,2 MJ·24 h-1) w porównaniu z wartościami 1,5-3 tys. kcal·24 h-1 (22,9-752 MJ·24 h-1) osób prowadzących umiarkowanie siedzący tryb życia! Wartości wydatku energetycznego są wyższe podczas zawodów trwających ponad 24 godz. Najwyższe wartości opisane w piśmiennictwie dotyczą zawodów Race Across America i wynoszą 22 tys. kcal·24 h-1 (92 MJ ·24 h-1). Oznacza to, że dobowy wydatek energetyczny uczestników zawodów ekstremalnych może przekraczać do 8 razy więcej energii niż tradycyjny wysiłek wytrzymałościowy.

Ujemny bilans energetyczny w czasie wieloetapowych ultrawytrzymałościowych zawodów kolarskich jest związany z kilkoma czynnikami:

1. niewystarczającą wartością kaloryczną posiłków, którymi nie równoważy się wydatku energetycznego; trudno sobie wyobrazić spożycie posiłków o wartości 10-20 tys. kcal ·24 h-1),

2. stłumieniu apetytu podczas wysiłku,

3. niemożnością odbudowy zasobów węglowodanowych organizmu w przerwach między etapami wysiłku,

4. dodatkowo wysoką zawartością włókien pokarmowych zawierających węglowodany, prowadzącą do sytości.

Przez znaczną część trwania wysiłków ultrawytrzymałościowych energia dostarczana jest z procesów utleniania (aerobowych). Jednak w pewnych sytuacjach (konieczność przyspieszenia, sprint, strategia oderwania się od grupy) konieczne jest zaangażowanie metabolicznych szlaków anaerobowych.

Tak olbrzymi wydatek energetyczny rodzi pytanie o dostępność energii w organizmie konieczną do wykonania opisywanych wysiłków ekstremalnych. Na zasoby energetyczne organizmu składają się węglowodany (glukoza we krwi, glikogen wątrobowy i mięśniowy – w sumie ok. 450 g) oraz tłuszcze (ok. 9500 g – tkanka tłuszczowa i tłuszcz wewnątrzmięśniowy). Utlenienie jednego grama glukozy uwalnia zalewie ok. 4 kcal energii, natomiast każdego grama tłuszczu – ok. 9 kcal. Porównując zatem z jednej strony zysk energetyczny pochodzący z tych dwóch substratów, z drugiej zaś ilość ich zasobów w organizmie, można wysnuć prosty wniosek, że tłuszcze są idealnym źródłem energii dla pracujących mięśni. Tak jednak nie jest. Glukoza pochodząca z węglowodanów jest paliwem uniwersalnym, najbardziej dostępnym dla wszystkich komórek organizmu.

Szlaki energetyczne innych niż węglowodany związków (mleczan, tłuszcze, białka) zawsze prowadzą do wytworzenia glukozy, która staje się źródłem energii. Podczas długotrwałego (nawet do kilku godzin) umiarkowanego wysiłku ok. 60 proc. energii pochodzi z węglowodanów. Ich udział w całkowitej produkcji energii wzrasta wraz ze zwiększeniem intensywności wysiłku. Długotrwały wysiłek prowadzi po pewnym czasie do niemal zupełnego wyczerpania zasobów glikogenowych wątroby. W takiej sytuacji kontynuowanie wysiłku jest możliwe dzięki wykorzystaniu tłuszczów. Podczas deficytu energetycznego występującego np. podczas głodu lub długotrwałego, wyczerpującego wysiłku fizycznego produkcja energii pochodzi ze szlaku glukoneogenezy, który wytwarza glukozę ze źródeł niewęglowodanowych, głównie z wytwarzanego przez pracujące mięśnie mleczanu, substratów tłuszczowych (przede wszystkim są to ciała ketonowe) i białek (z przemian aminokwasów glukoneogennych).

Badania dotyczące roli utleniania białek sugerują, że procesy te dostarczają 3-15 proc. energii podczas wysiłków trwających do 4 godz. Nie ma prac dotyczących wykorzystania białek ustrojowych podczas szczególnie obciążającego, długotrwałego wysiłku fizycznego. Z badań wiadomo natomiast, że w podobnych sytuacjach źródłem białka są struktury organizmu i dochodzi do rozpadu włókien mięśniowych włącznie z białkowymi strukturami mięśnia sercowego. Moim zdaniem świadczy to głównie o wyniszczającym charakterze wysiłku ultrawytrzymałościowego. Potwierdza to zwiększona degradacja białek, która często towarzyszy ujemnemu bilansowi energetycznemu.

Strategie przetrwania

Zagadnienie wydatku energetycznego podczas zawodów trwających wiele godzin lub dni związane jest z koniecznością bieżącego uzupełnienia rezerw energetycznych organizmu. Służą temu suplementy diety o wysokiej zawartości węglowodanów i innych składników żywieniowych. W najnowszych badaniach zwraca się uwagę na korzyści wynikające ze wspomagania metabolizmu ciał ketonowych poprzez spożywanie podczas wysiłku napojów zawierających estry ciał ketonowych. W ten sposób można osiągnąć zmiany fizjologiczne wywołujące ostrą ketozę, która prowadzi do poprawy zdolności do wykonywania wysiłku wytrzymałościowego. Mechanizm tego zjawiska polega na zmianie kolejności wykorzystania substratów energetycznych przez ketozę wywołaną odpowiednim posiłkiem. Z jednej strony zmniejsza pozyskiwanie energii z glikolizy i produkcji mleczanu, z drugiej zaś dostarczane są substraty dla alternatywnego szlaku metabolicznego, jakim jest zwiększenie tempa utleniania tłuszczów (triacylogliceroli) w mięśniach. Zjawisko to występuje nawet przy prawidłowym poziomie zasobów glikogenu w mięśniach i podwyższonym stężeniu insuliny. Znaczenie ketozy jako reakcji na kryzys energetyczny organizmu znane było głównie w stanach cukrzycowych i podczas głodzenia. Wywoływanie takiego stanu metabolicznego podczas ekstremalnego wysiłku, zwłaszcza w sytuacji wyczerpania zasobów energetycznych organizmu, może całkowicie zmienić obecnie stosowane strategie żywieniowe. Aktualne są jednak zalecenia sportowych organizacji dietetycznych, które kładą nacisk na spożywanie węglowodanów w odpowiedniej ilości w celu zapobieżenia hipoglikemii, utrzymania zasobów glikogenu mięśniowego i wątrobowego. Należy podkreślić, że jest ścisła zależność pomiędzy spożyciem węglowodanów a zdolnością do wykonywania wysiłku wytrzymałościowego.

Jest oczywiste, że z wykonywaniem wysiłków ekstremalnie długotrwałych związana jest gra hormonalna, czyli mobilizacja zasobów energetycznych organizmu, czego efektem jest na ogół prawidłowe stężenie glukozy i podwyższone stężenie wolnych kwasów tłuszczowych, triacylogliceroli i substratów glukoneogennych we krwi. U sportowców w spoczynku stwierdzano podwyższone stężenie we krwi, amin katecholowych (adrenaliny, noradrenaliny), hormonu wzrostu i kortyzolu. Ich stężenie ulegało dalszemu znacznemu podwyższeniu podczas uczestnictwa w zawodach ultrawytrzymałościowych.

Jednym z największych problemów związanych z wykonywaniem ekstremalnego wysiłku jest regulacja temperatury wewnętrznej i związane z nią odpowiednie nawodnienie organizmu. Podczas długotrwałego wysiłku wzrasta wewnętrzna ilość ciepła produkowanego przez pracujące mięśnie. Ciepło to jest przenoszone za pośrednictwem układu krążenia do skóry i następnie usuwane z organizmu na drodze parowania, konwekcji, rozpraszania i promieniowania do środowiska zewnętrznego. Tempo skórnego przepływu krwi jest zależne nie tylko od warunków środowiska i ilości wyprodukowanego ciepła, lecz również od czasu i intensywności wysiłku. Podstawowym mechanizmem usuwania nadmiaru ciepła z organizmu jest parowanie potu, co łączy się z utratą wody ze wszystkimi tego negatywnymi skutkami. W zależności od warunków środowiska (wilgotności powietrza i jego ruchu) i intensywności wysiłku tempo utraty wody wynosi 1,0-2,5 l·h-1, chociaż u niektórych czołowych maratończyków stwierdzano wartości sięgające 3,7 l·h-1. Niektórzy autorzy stwierdzali podczas biegów maratońskich odbywających się w wysokiej temperaturze otoczenia utratę wody na poziomie 13 proc. całkowitej zawartości w organizmie. Podczas zawodów ultrawytrzymałościowych trwających 4-24 godz. może ona wynosić 6-36 l. Należy podkreślić, że utrata występuje również podczas wysiłków wykonywanych w środowisku o niskiej temperaturze otoczenia.

Zbawienna woda

Właśnie odwodnieniu i hipertermii historycy przypisują śmierć Filipidesa, ateńskiego posłańca i pierwszego maratończyka (490 p.n.e).

Tak znaczna utrata wody wiąże się z obniżeniem zdolności wysiłkowej. Wprawdzie już umiarkowane odwodnienie (1-5 proc.) obniża zdolność wysiłkową od 2 do 48 proc., ogólnie można stwierdzić, że im większa utrata wody, tym większa utrata zdolności do wykonywania wysiłku wytrzymałościowego. Wynika to z dwóch przyczyn:

• wpływu odwodnienia na rozwijającą się hipertermię,
• upośledzenia reakcji układu krążenia na wysiłek.

Jest oczywiste, że dla zapobiegania skutkom utraty wody należy stosować odpowiednie strategie nawadniania podczas zawodów. Nie jest to jednak łatwe. Wprawdzie niektórzy autorzy stwierdzili, że biegacze maratońscy mogą spożywać ok. 1,4 l·h-1 bez wystąpienia dyskomfortu, z badań terenowych wynika jednak, że uczestnicy maratonów wypijają w ich czasie ok. 600 ml płynów, a wyższe spożycie jest związane z wystąpieniem zaburzeń w układzie trawiennym. Z badań wynika także, że opróżnianie żołądka z płynów może być utrudnione podczas obciążających wysiłków.

Oprócz zagrożenia hipertermią drugim poważnym skutkiem odwodnienia jest utrata elektrolitów. Z badań wynika, że podczas wysiłku trwającego ok. 4 godz. profil elektrolitów jest na ogół prawidłowo utrzymywany. Jednak już podczas 8-godzinnych zawodów wielokrotnie stwierdzano obniżenie stężenia elektrolitów we krwi. Wraz z potem traci się sód, potas, wapń, cynk i magnez. Utrzymanie prawidłowego profilu elektrolitów związane jest także ze zmianami objętości osocza, co zmieniać może ich zawartość we krwi. W przypadku spożywania zbyt dużych ilości płynów o niskiej zawartości elektrolitów ich stężenie we krwi zostaje rozcieńczone. Najczęstszym przykładem takiej sytuacji jest hiponatremia wynikająca z silnego odwodnienia lub wypicia zbyt dużej ilości wody. Stężenie sodu w osoczu krwi wynosi wówczas < 135 mEq ·l-1. Z tego względu zaleca się uczestnikom długotrwałych zawodów ultrawytrzymałościowych spożywanie sodu w ilości 1 g ·h-1. W regulacji gospodarki wodnoelektrolitowej organizmu mają znaczenie takie hormony jak renina, aldosteron czy angiotensyna, których stężenie w osoczu krwi jest istotnie podwyższone podczas długotrwałych wysiłków o charakterze wytrzymałościowym.

Zawartość innych pierwiastków w organizmie (potasu, magnezu, cynku, wapnia) na ogół jest utrzymywana na prawidłowym poziomie podczas wysiłków trwających krócej niż 4 godz. Podczas dłuższych zawodów, odbywanych zwłaszcza w wysokich temperaturach otoczenia, uczestnicy powinni zapewnić sobie odpowiednie spożycie składników mineralnych, z których najważniejszy jest sód.

Jednym z często opisywanych problemów medycznych występujących podczas długotrwałych wysiłków o wysokiej intensywności jest krwawienie z układu pokarmowego i hemoliza. Rozpad krwinek czerwonych był opisywany wielokrotnie u kolarzy, triatlonistów, biegaczy i pływaków – prowadził do przejściowej lub przewlekłej anemii. Już w badaniach prowadzonych podczas 4-dniowych zawodów wytrzymałościowych stwierdzano obniżenie hematokrytu i stężenia hemoglobiny we krwi, czemu towarzyszyło zwiększenie stężenia ferrytyny i całkowitej bilirubiny.

Podsumowanie

• Zmiany fizjologiczne występujące podczas wysiłków ultrawytrzymałościowych świadczą o niezwykle szerokich możliwościach adaptacyjnych organizmu ludzkiego.
• W wielu pracach stwierdzano, że śmiertelność wśród sportowców uprawiających te dyscypliny jest niższa niż w populacji ogólnej.
• Największymi zagrożeniami podczas długotrwałych zawodów są odwodnienie i udar cieplny. Właściwe przygotowanie i uczestnictwo w wielodniowym, ciężkim wysiłku powinno zatem obejmować nie tylko odpowiednie zbudowanie rezerw energetycznych, lecz również dbałość o nawodnienie organizmu i prawidłowy poziom elektrolitów.