Zrozumieć ciało biegacza – cz. 1

Wielokrotny złoty medalista igrzysk olimpijskich i znakomity polski chodziarz, Robert Korzeniowski często podkreślał, że sukcesy sportowe zawdzięcza znajomości funkcjonowania swojego organizmu. Biegacz nierozumiejący budowy i działania swoich mięśni jest jak kierowca wyścigowy nieznający swojego bolidu. Warto zatem zgłębić tajniki ich funkcjonowania tak, jak mają to w zwyczaju wybitni i profesjonalni sportowcy na całym świecie.

Mięśnie stanowią 40-45% masy ciała mężczyzny i zwykle poniżej 35% masy ciała kobiety. Są swoistym silnikiem, wykonującym pracę mechaniczną. Wśród nich można wyodrębnić trzy rodzaje:

  • mięśnie gładkie – wyścielają ściany narządów wewnętrznych oraz wchodzą w skład ścian naczyń krwionośnych. Ich skurcz jest powolny, długotrwały i niezależny od naszej woli;
  • mięsień sercowy – zbudowany z włókien mięśni poprzecznie prążkowanych o specyficznej budowie. Jego skurcz jest automatyczny i niezależny od naszej woli;
  • mięśnie poprzecznie prążkowane, tworzące mięśnie szkieletowe – są w głównej mierze odpowiedzialne za funkcjonowanie narządu ruchu. Kurczą się szybko i zależnie od naszej woli.

Słowniczek dla lepszego zrozumienia artykułu

ATP (adenozynotrifosforan) – jest uważany za bezpośrednie źródło energii, choć jego ilość zmagazynowana w organizmie to zaledwie 80-100g, co wystarczy jedynie na kilka-kilkanaście skurczów maksymalnych, takich jak np. dynamiczne przyspieszenia czy dźwiganie sztangi. Energia pochodzące z ATP jest podstawowym i bezpośrednim źródłem energii w wysiłkach beztlenowych, takich jak biegi sprinterskie czy podnoszenie ciężarów w siłowni.

ATP musi ulegać ciągłej resyntezie, czyli odbudowie z szybkością dostosowaną do wielkości jego wykorzystywania, tzn. im więcej jej zużywamy tym więcej powinno się jej produkować w mitochondriach. Inaczej będziemy musieli zwolnić bieg, lub zwyczajnie go zaprzestać– właśnie z braku energii.

Resynteza ATP (odbudowa) odbywa się na drodze beztlenowej z fosfokreatyny, a następnie z glukozy we krwi lub glikogenu mięśniowego, również na drodze beztlenowej. Aby móc kontynuować wysiłek w czasie dłuższym niż kilka minut, energia musi być dostarczana na drodze metabolizmu tlenowego, którego składnikami  są głównie węglowodany, tłuszcze i w niewielkiej ilości białka.

- Wystartuj -

Fosfokreatyna – Jest także pierwszym składnikiem energii używanym do odnawiania ATP. Z fosfokreatyny (PC) energia jest generowana nagle i bez użycia tlenu, dlatego jest bardzo przydatna w wysiłkach beztlenowych. Gdy skończy się ATP, pierwszym bezpośrednim składnikiem służącym do jej resyntezy jest właśnie fosfokreatyna. Dzięki fosfokreatynie jesteśmy w stanie przebiec sprintem kilkanaście metrów dalej lub podnieść sztangę kilka razy więcej. Zawartość PC w komórce jest 4-6 razy większa niż ATP. Energia pochodząca z PC ma też ogromne znaczenie podczas przechodzenia organizmu z niskiego do wysokiego zapotrzebowania energetycznego, jak to ma miejsce np. na początku wysiłku.

Glikogen – najprościej mówiąc jest nim glukoza zgromadzona w mięśniach oraz w wątrobie. Szacuje się, że jego ilość w organizmie wynosi u przeciętnego sportowca ok. 400 g, z czego ok. 100 g znajduje się w wątrobie, a ok. 300 g  jest zmagazynowane w mięśniach. Taka ilość glikogenu pokrywa wydatek energetyczny rzędu 1200-1300 kcal. Zasoby te mogą zabezpieczyć nawet 3 godziny biegu o umiarkowanej intensywności (do 70% V02max – jednak jest to zależne od predyspozycji takich jak m.in. skład włókien mięśniowych czy wytrenowanie). Jednak wykonując odpowiedni trening oraz spożywając dietę wysokowęglowodanową, można zwiększyć owe wartości do 135 g w przypadku wątroby i nawet 900 g w odniesieniu do mięśni szkieletowych. Brak glikogenu w pracujących mięśniach upośledza ich funkcję.

Glikoliza – proces przekształcania glukozy (lub glikogenu) w ATP. Końcowym jej produktem jest związek nazywany kwasem pirogronowym (pirogronianem), z którego dalej produkowana jest kolejna porcja energii, a jej ilość zależy od dostępności tlenu.

Ilość energii możliwej do uzyskania ze zgromadzonych w organizmie tłuszczów jest prawie nieograniczona i u zdrowego człowieka wynosi ona od 90 000 do 110 000 kcal (420 000 kJ). Zapasy energetyczne węglowodanów stanowią ok. 2% tej wartości, czyli średnio 8000 kJ.

Białka są w niewielkim stopniu substratem energetycznym (ok. 3%), mogą się nim stać w większej ilości w warunkach ekstremalnie długich, ciągłych i intensywnych wysiłków fizycznych.

Budowa mięśni

Aby dobrze zrozumieć funkcjonowanie mięśni dobrze jest zrozumieć, a jeśli nie, to choć przyjrzeć się ich budowie anatomicznej. Otóż mięsień swą strukturą i kształtem przypominać może gruby kabel sieci elektrycznej. Jeśli przetniesz kabel, zobaczysz, że składa się on z kilku warstw, zwykle mniejszych kabelków pokrytych warstwą innego koloru, a najgłębiej w kablu będą drobniutkie druciki. Podobnie jest z mięśniem, po przecięciu którego zauważymy, że zbudowany jest z małych pęczków włókien mięśniowych. Pęczki te pokryte są błoną oddzielającą je od siebie tzw. omięsną wewnętrzną. Wewnątrz tych pęczków są jeszcze mniejsze struktury (jakby mniejsze kabelki) nazywane włóknami mięśniowymi (komórkami mięśniowymi lub miocytami). Te mniejsze kabelki (miocyty) pokryte są siateczką sarkoplazmatyczną i tzw. kanalikami T, które pełnią m.in. funkcje transportowe. Gdybyś jednak z włókna mięśniowego wyciągnął jeszcze jedną mniejszą nitkę otrzymałbyś miofibrylę. Każde włókno mięśniowe zawiera od kilkuset do kilku tysięcy miofibryli. Miofibryla natomiast zbudowana jest z jeszcze mniejszych elementów – miofilamentów (filamentów), czyli z aktyny i miozyny. To takie najcieńsze druciki, głęboko w grubym kablu. Każda miofibryla podzielona jest przez tzw. linie Z na malutkie, ale za to bardzo ważne z punktu widzenia skurczu sarkomery. Jak są małe trudno nawet sobie wyobrazić, wszak w 1 cm miofibryli jest ok. 4000 sarkomerów. Elementem sarkomeru są aktyna (filament aktynowy) i miozyna (filament miozynowy), które to wsuwając się między siebie skracają miliony sarkomerów, a tym samym powodują skurcz mięśnia. Gdy aktyna i miozyna rozsuwają się, w mięśniach następuje rozkurcz. Aby jednak aktyna i miozyna mogły „ślizgać” się po sobie muszą się ze sobą połączyć (w spoczynku, np. gdy śpisz nie są ze sobą złączone, dlatego mięśnie się nie skracają). Gdy się połączą, stan ten określa się jako mostki poprzeczne. Ślizganie aktyny po miozynie wygląda tak, jakbyś położył palec z lewej ręki na palcu z prawej ręki i wsuwał je w stronę nadgarstka, po czym rozsuwał, by styknęły się paznokciami. Tak w dużym uproszczeniu wygląda skurcz na poziomie sarkomeru, a w efekcie całego mięśnia.

Energetyka skurczu mięśni

Abyśmy mogli swobodnie biegać, czy w ogóle się poruszać, mięśniom potrzebne jest paliwo, które wytwarzane jest przede wszystkim wewnątrz komórek, w tzw. mitochondriach. Bezpośrednim źródłem energii, niezbędnej do skurczu mięśni szkieletowych jest zatem ATP (adenozynotrifosforan). W czasie skurczu rozkłada się on do ADP (adenozynodifosforanu) i fosforanu, ale jednocześnie wytwarza energię. Jednakże ilość ATP jest ograniczona (jest jej ok. 80-100 g) i starcza zaledwie na kilka-kilkanaście skurczów maksymalnych (np. bieg na 80-100 m). Co ciekawe szacuje się, że przeciętna osoba każdego dnia na funkcjonowanie zużywa ATP w ilości równej 75% masy swojego ciała, zaś sportowcy znacznie więcej, np. w czasie biegu maratońskiego trwającego ok. 3-4 godziny zużycie ATP może sięgać u niektórych nawet 80 kg. Jak zatem jest to możliwe?

Otóż ATP ulega resyntezie (stałej odbudowie), dzięki czemu na bieżąco jest ono wytwarzane przez organizm. By resynteza ATP mogła nastąpić, konieczny jest proces spalania składników odżywczych. Jednak najwięcej energii do resyntezy ATP dostarczane jest podczas rozpadu podstawowego składnika odżywczego – glukozy. Dlatego niezwykle ważny dla biegacza jest glikogen, czyli zmagazynowany w wątrobie i przede wszystkim mięśniach substrat energetyczny, który ulega rozpadowi do glukozy (proces glikogenolizy), dzięki czemu mamy energię do pracy. Jest on głównym składnikiem energetycznym w wysiłkach trwających dłużej niż kilka minut, tj. bieg na 3000, 5000, 10000 m czy półmaraton. Innym, znacznie bardziej wydajnym składnikiem energetycznym jest tłuszcz, który staje się głównym paliwem dla naszych mięśni, albo gdy bieg trwa znacznie dłużej niż 30 minut, a jego intensywność umiarkowana (np. maraton), albo gdy zasoby glikogenu zostaną wyczerpane, a bieg kontynuować trzeba (też maraton). Jednakże tłuszcz można nazwać „paliwem gorszej jakości”, wszak zdolności wysiłkowe „na tym paliwie” będą mniejsze, bowiem wytworzenie cząsteczki ATP trwać będzie znacznie dłużej niż jest to w przypadku glukozy. Mimo że w wyniku rozpadu 1 cząsteczki tłuszczu powstaje aż 457 cząsteczek ATP, podczas gdy z 1 cząsteczki glukozy tylko 36 cząsteczek, moc generowana w wyniku rozpadu tłuszczów jest o połowę mniejsza, niż w wypadku węglowodanów. Krótko mówiąc, im więcej glikogenu zgromadzonego w mięśniach posiadamy, tym dłużej utrzymamy szybkie tempo biegu. W momencie, gdy glikogen się wyczerpie, a metabolizm zmieni się na tlenowy, wysiłek będziemy mogli kontynuować, ale tempo biegu, szczególnie u osób niewytrenowanych bezlitośnie spadnie.

Warto też wiedzieć, że nie cała energia wykorzystywana jest na pracę mechaniczną, czyli bieg. Aż 75-80% energii wytworzonej w procesie glikolizy tlenowej ze spalania glukozy zamieniane jest na energię cieplną. Odczuwamy to poprzez podniesienie temperatury ciała i wzmożone pocenie podczas biegu. Na energię mechaniczną zaś, czyli tę związaną np. z możliwością biegu, wykorzystywane jest tylko 20-25% energii spalania. Mamy zatem do czynienia z procesem bardzo mało wydajnym. Dla porównania – poziom wydajności mechanizmu roweru jest rzędu 98%.

W kolejnej części: charakterystyka wysiłków do 10 sekund, 2 minut, 15 minut. półmaratonu i maratonu.

Tekst pochodzi z magazynu Bieganie/2010 i został opublikowany za zgodą autora.