fizjologia - Dieta Sportowca
advertisement
fizjologia Fot. Forum; Corbis Sukces w sp 42 wiedza i Życie pa ź d z i e r n i k 2 0 1 1 orcie Ludzki organizm jest bodaj najbardziej złożonym mechanizmem na Ziemi. Do jego elementów należą mięśnie, których mamy 450–500. Poznanie ich funkcjonowania pomaga na przykład odnosić sukcesy w sporcie. KRZYSZTOF MIZERA to nie tylko trening Ż eby poruszać ręką, biegać czy uprawiać sport, potrzebujemy mięśni – szkieletowych. Typowy mięsień szkieletowy składa się z brzuśca, który jest skupieniem włókien mięśniowych oraz ścięgien. Włókno mięśniowe zawiera od kilkuset do kilku tysięcy miofibryli, czyli kurczliwych włókienek mięśniowych mających kształt nitek, o średnicy mikrometra, ułożonych w osi długiej włókna mięśniowego. Jednostką funkcjonalną, powtarzającą się co 2,3 μm, jest sarkomer. Gdy ogląda się miofybryle w świetle spolaryzowanym pod mikroskopem elektronowym, widać występujące naprzemiennie prążki jasne i ciemne. Stąd nazwa – mięśnie poprzecznie prążkowane. W miofibrylach występują jeszcze mniejsze włókienka, które nazwano filamentami. Wyróżnia się dwa ich typy. Ułożone są one równolegle i w pewnych miejscach wchodzą między siebie (to obszary ciemniejsze). W ich skład wchodzą białka miozyna i aktyna. Podczas skurczu elementy te „ślizgają się” po sobie. Miozyna rozkłada wysokoenergetyczny związek ATP, który dostarcza energię potrzebną do wykonania skurczu. Sprinter i maratończyk O sukcesie w określonej dyscyplinie sportowej w dużej mierze decydują uwarunkowania genetyczne, w tym proporcje włókien mięśniowych. Istnieją dwa rodzaje włókien mięśniowych: włókna czerwone (wolnokurczliwe – typu I) oraz białe (szybkokurczliwe – typu IIA i IIX). Osoby mające przewagę włókien czerwonych, Usain Bolt – Jamajczyk, najszybszy sprinter świata i Abel Kirui – kenijski lekkoatleta, mistrz świata w maratonie (na sąsiedniej stronie). O ich sukcesach zadecydowały m.in. geny. zwanych wytrzymałościowymi, wolniej się męczą. Mogą one biegać w maratonach. Z kolei ci z przewagą włókien białych sprawdzą się w sportach szybkościowych lub siłowych (sprinterzy, kulturyści), jednak nigdy nie będą maratończykami czy kolarzami szosowymi światowej klasy. Trzeba pamiętać też, że nawet u jednej osoby skład włókien może być różny w każdym mięśniu. Niestety, bez specjalistycznych badań nie jesteśmy w stanie sami określić składu swoich mięśni. Z badań tych wynika, że u najlepszych długodystansowców przeważający udział włókien typu I może wynosić aż 90–95%. Włókien „siłowo-szybkościowych” jest zatem zaledwie 5–10%. U sprinterów różnice proporcji nie są już tak wyraźne. Udział włókien typu II wynosi u nich zwykle 60–70%. To jednak wystarczy, by przebiec „setkę” w czasie krótszym niż 10 sekund. Warto dodać, że regularny trening wytrzymałościowy może prowadzić do zwiększenia się w mięśniach procentowego udziału włókien typu IIA i zmniejszenia udziału włókien typu IIX. Mięśnie podczas krótkiej pracy (trwającej do 30 s) o dużej intensywności nie potrzebują dużych ilości lenu. Zupełnie inaczej dzieje się przy długotrwałym wysiłku, kiedy to energia jest uzyskiwana z utleniania związków chemicznych – obecność tlenu staje się niezbędna. Wydolność tlenowa, a ściślej mówiąc zdolność organizmu do pobierania tlenu (współczynnik VO2max, także zależy od genów. Decydują o niej dwie składowe: transport tlenu z płuc do komórek mięśniowych (największe znaczenie dla wydolności tlenowej), a potem jego wykorzystanie przez mięśnie. Im więcej tlenu organizm przyswoi, tym więcej energii będą miały mięśnie i tym szybciej będą się one regenerowały. Jego pobór wzrasta wprost proporcjonalnie ale tylko do pewnego momentu do intensywności wysiłku. VO2max u przeciętnego sportowca – m.in. studenta AWF – zwykle wynosi od 40 do 50 ml/kg/min. Za wysoki poziom tego czynnika uznaje się wartości sięgające już 60–70 ml/kg/min. Biegacze światowej klasy osiągają poziom 75–90 ml/kg/min. By poprawić wydolpa ź d z i e r n i k 2 0 1 1 wiedza i Życie 43 Kształtowanie muskulatury Jak już wspomniano, liczba i rodzaj włókien mięśniowych (typu I, IIA i IIX) są determinowane genetycznie. Międzynarodowe badania naukowe wykazały jednak, że regularnie wykonywane wysiłki o charakterze tlenowym wywołują zmiany strukturalno-funkcjonalne mięśni. Wskutek treningu wytrzymałościowego zwiększa się w mięśniach procentowy udział włókien typu IIA (włókien pośrednich), a zmniejsza włókien typu IIX (szybkościowych cechujących sprinterów). Zaobserwowano również, że następuje wzrost liczby i wielkości mitochondriów – „fabryk”, w których powstaje ATP, czyli podstawowe źródło energii dla mięśni. Mitochondria mają kolosalne znaczenie dla uprawiania sportów wytrzymałościowych, takich jak kolarstwo czy bieganie. Im lepiej wytrenowany sportowiec, tym 44 wiedza i Życie pa ź d z i e r n i k 2 0 1 1 U kobiet we wszystkich grupach wiekowych występuje większe opóźnienie między bodźcem a początkiem skurczu mięśni. więcej mitochondriów znajduje się w jego mięśniach. Z kolei im więcej mitochondriów, tym organizm biegacza będzie bardziej wytrzymały na wysiłki tlenowe. Regularny trening wytrzymałościowy powoduje też zwiększenie gęstości włosowatych naczyń krwionośnych w mięśniach, co przekłada się na lepsze ich ukrwienie, a tym samym sprawniejsze dostarczanie tlenu, który jest szybciej przechwytywany z przepływającej przez mięśnie krwi. Należy też wspomnieć, że długotrwały trening o charakterze tlenowym zmniejsza objętość mięśni. U wyczynowych maratończyków zaobserwowano zmniejszenie masy mięśniowej związane ze zmniejszeniem średnicy włókien typu I i IIA. Bardzo intensywny trening tego typu może prowadzić nawet do atrofii (stopniowego zaniku) części włókien mięśniowych. U sportowców duże znaczenie ma ilość kumulowanego w organizmie glikogenu. U przeciętnego człowieka to około 400 g, z czego 300 g gromadzi się w mięśniach, a około 100 g w wątrobie. Natomiast u dobrze wytrenowanego sportowca ilość glikogenu może przekraczać kilogram, z czego nawet do 900 g przypada na mięśnie, a około 125 g – wątrobę. To nie zakwasy Po intensywnym treningu, szczególnie po dłuższej przerwie w aktywności fizycznej, odczuwamy ból mięśni, który utrzymuje się czasem nawet 2–3 doby. To nie zakwasy, jak się powszechnie sądzi. Owe bóle są spowodowane mikrouszkodzeniami włókienek mięśniowych powstałymi na skutek przetrenowania lub przeciążenia mięśni oraz dużym nagromadzeniem jonów wodorowych tworzących się podczas wysiłku fizycznego. Oczywiście wiąże się to z kumulowaniem się kwasu mlekowego w mięśniach, ale to nie on jest bezpośrednią przyczyną bólu. Na szczęście, komór- Fot. Diomedia; Istockphoto.com (2x) ność tlenową, wykonuje się odpowiednie ćwiczenia, na przykład krótkie podbiegi pod górę. Badania naukowe wykazały także, że w pewnych regionach świata ludzie dziedziczą określone proporcje włókien mięśniowych. Sukcesy sprintera Usaina Bolta, a wcześniej Asafy Powella, nie były zatem przypadkowe. Na podstawie analiz stwierdzono, iż około 70% Jamajczyków, których przodkowie pochodzą z zachodnich krańców Afryki, mają gen ACTN3 kodujący białka tzw. superszybkich mięśni (alfa-aktyninę-3). Białka te występują we włóknach typu II. Zupełnie inaczej jest w przypadku kenijskich czy etiopskich maratończyków. Znaczna część społeczeństwa ze wschodnich regionów Czarnego Lądu wykazuje przewagę włókien typu I, czyli wytrzymałościowych. Chociaż zarówno na Jamajce, jak i w Kenii ludzie trenują bieganie, to raczej nie należy się spodziewać, że Jamajczyk zostanie mistrzem świata w maratonie, a Kenijczyk w sprincie. ki po kilkunastu (czasami po kilkudziesięciu) godzinach regenerują się bez żadnych konsekwencji zdrowotnych. Po wysiłku (a nawet już w jego trakcie) kwas mlekowy wędruje razem z krwią z mięśni do wątroby, gdzie zmienia się w glukozę. Regenerację mięśni w dużej mierze zawdzięczamy specjalnym komórkom zwanym satelitarnymi, które występują głęboko w mięśniach. Dzieje się tak nie tylko po treningu, lecz na przykład gdy dojdzie do rozcięcia mięśnia. Komórki te odpowiadają m.in. za tworzenie nowych komórek mięśniowych, a także decydują o właściwościach regeneracyjnych i elastycznych tkanki mięśniowej. Badania wskazują, że pod wpływem treningu fizycznego mogą się one namnażać. Nadal prowadzi się eksperymenty, by to wyjaśnić. Regenerację można wspomóc, stosując prawidłową dietę oraz jej suplementy. Tu najlepiej sprawdzają się takie aminokwasy, jak leucyna, izoleucyna i walina. Na bolące mięśnie można także stosować maści chłodzące. Wprawdzie nie przyspieszają one istotnie odbudowy mięśnia, ale z pewnością minimalizują niekomfortowe uczucie bólu. Paliwo dla mięśni Bezpośrednim źródłem energii niezbędnej do skurczu mięśni szkieletowych jest ATP. W czasie skurczu mięśnia związek ten rozpada się na prostsze elementy, dzięki czemu uwalnia się energia. Ilość ATP jest ograniczona (80–100 g) – wystarcza zaledwie na kilka, kilkanaście skurczów o maksymalnej sile (np. bieg na 80–100 m). Co ciekawe, szacuje się, że przeciętna osoba każdego dnia na ogólne funkcjonowanie (chodzenie, sprzątanie, pracę itp.) zużywa ATP w ilości równej 75% masy swojego ciała, sportowcy zaś znacznie więcej, np. w czasie biegu maratońskiego trwającego 3–4 godziny zużycie ATP Badania wykazały, że rozbudowa masy mięśniowej obniża ryzyko zachorowania na cukrzycę typu 2 może sięgać u niektórych nawet 80 kg. Staje się to możliwe dzięki stałej odbudowie ATP. By mogła ona nastąpić w mięśniach, musi się tam znaleźć glikogen, czyli substrat energetyczny magazynowany w wątrobie i przede wszystkim w mięśniach. Jest on głównym paliwem w wysiłkach trwających dłużej niż kilka minut, tj. bieg na 3 tys., 5 tys., 10 tys. m czy półmaraton (21 km). Innym, znacznie bardziej wydajnym składnikiem energetycznym, jest tłuszcz, który zostaje głównym paliwem dla naszych mięśni, gdy wysiłek (np. bieg) trwa znacznie dłużej niż 30 minut, a jego intensywność jest umiarkowana (np. podczas maratonu), albo gdy zasoby glikogenu wyczerpią się, a bieg trzeba kontynuować. Jednakże tłuszcz można nazwać paliwem gorszej jakości, gdyż zdolność do wysiłku jest mniejsza niż w przypadku wykorzystania węglowodanów. Krótko mówiąc, im więcej mamy w mięśniach zgromadzonego glikogenu, tym dłużej będziemy zdolni do intensywnego wysiłku. Jednakże przy długich, kilkugodzinnych wysiłkach o niskiej intensywności to właśnie tłuszcz staje się głównym źródłem energii, bowiem tylko on może zaspokoić energetyczne potrzeby organizmu – glikogenu jest zwyczajnie za mało. To ważna informacja dla pragnących schudnąć. Dogonić mężczyznę Do okresu dojrzewania, czyli mniej więcej do 13–14 roku życia, różnice w budowie ciała dziewcząt i chłopców są zazwyczaj niezauważalne. Gospodarka hormonalna jeszcze się nie ustabilizowała, jak u dorosłych. Na przykład wydzielanie testosteronu u chłopców jest niewielkie, co sprawia, że płeć przeciwna może osiągać lepsze wyniki sportowe w młodym wieku. Badania dowodzą, iż w okresie dojrzewania masa mięśniowa dziewcząt i chłopców ma porównywalne warto- Mitochondria (owalne twory) w mięśniach poprzecznie prążkowanych. Kolory zostało nadane komputerowo. Cenne pocenie Co czyni mistrza Podczas intensywnego wysiłku w wysokiej temperaturze najczęściej dochodzi do odwodnienia organizmu. Utrata wody w ilości 2% masy ciała (dla osoby ważącej Od lat teoretycy sportu, trenerzy i zawodnicy z całego świata zastanawiają się nad idealnym modelem treningowym. Niestety, do dziś nikomu się nie udało się go opracować. W renomowanych klubach, np. piłkarskich, selekcjonuje się „najlepszy materiał” już spośród 7-, 10-letnich dzieci. Są one wcześniej obserwowane, przechodzą testy psychologiczne, sprawnościowe i wiele innych. Często spośród tysiąca chętnych wybiera się kilkadziesiąt dzieci, które mają szansę na osiąganie znakomitych wyników sportowych. Mimo że przez wiele lat trenują one z najlepszymi trenerami, konsumują te same posiłki w klubowych stołówkach i właściwie wszystko wykonują tak samo, to po kilku latach międzynarodową karierę robi tylko jedno z nich. Zatem o sukcesie decyduje złożoność czynników, takich jak talent, ciężka praca, odpowiednie uwarunkowania genetyczne, mentalność zwycięzcy, mocna psychika umożliwiająca radzenie sobie z presją, no i oczywiście trochę szczęścia. Charakterystyka włókien mięśniowych Cecha Typ włókna mięśniowego I (czerwone) IIA (białe) IIX (białe) 46 Średnica włókien mała średnia duża Szybkość skurczu pojedynczego włókna mała duża duża Rodzaj metabolizmu tlenowy mieszany beztlenowy Liczba miofibryli we włóknie mała średnia duża Unaczynienie duże średnie małe wiedza i Życie pa ź d z i e r n i k 2 0 1 1 Krzysztof Mizera fizjolog sportowy – Centrum OLIMPIAKOS Fot. Diomedia ści. Dopiero w późniejszych latach u kobiet się ona stabilizuje, a u mężczyzn nadal wzrasta. Przykładowo masa mięśniowa kobiet w wieku 20–24 lat stanowi około 36% masy ciała, natomiast mężczyzn – około 45%. Dzieje się tak m.in. za sprawą działania hormonów płciowych. U kobiet estrogen istotnie wpływa na wzrost organizmu, poszerzenie miednicy, rozwój piersi oraz nasilenie odkładania tłuszczu, szczególnie w okolicy bioder i ud. Średnia zawartość tłuszczu w organizmie kobiet wynosi 23–27%, a u mężczyzn 15–16%. Ostatecznie dorosłe kobiety są o 7–8% niższe (8–10 cm) i o 25–30% lżejsze (12–18 kg) od mężczyzn. Na dodatek panie charakteryzują się mniejszą wytrzymałością więzadeł oraz stawów, za to ich mięśnie są bardziej rozciągliwe. Wymienione cechy mają uwarunkowanie genetyczne i przyczyniają się do tego, że niestety, w większości dyscyplin sportowych kobiety nie są w stanie osiągnąć lepszych lub choćby zbliżonych wyników do tych osiąganych przez mężczyzn. 80 kg będzie to 1600 ml) powoduje obniżenie zdolności wysiłkowych o około 10%. Mogą się też pojawiać bóle brzucha, omdlenia i bolesne skurcze mięśni. Utrata 15% wody zwykle ma skutek śmiertelny. W temperaturze otoczenia wynoszącej 20ºC w suchym klimacie utrata wody przez biegaczy długodystansowych to średnio 828 ml/h, u piłkarzy – 702 ml/h. Gdy jednak temperatura podniesie się do 25ºC, straty te wynoszą odpowiednio 1129 ml/h i 981 ml/h, a przy temperaturze 30ºC sięgają już 2104 ml/h i 1829 ml/h. Wraz z utratą wody dochodzi do deficytu elektrolitów, które odpowiadają nie tylko za optymalną pracę mięśniową, ale mają też istotny wpływ na funkcjonowanie układu nerwowego, biorąc udział w przesyłaniu impulsów nerwowych z mózgu do mięśni i innych narządów. Kontynuowanie wysiłku przy odwodnieniu powoduje podwyższanie temperatury wewnętrznej organizmu – gdy przekroczy ona 42ºC, może dojść do zgonu. Przegrzanie organizmu jest zatem bardziej szkodliwe niż brak rozgrzewki przed ćwiczeniami. Podczas biegania, jazdy na rowerze czy gry w piłkę w warunkach podwyższonej temperatury otoczenia, temperatura ciała wzrasta o jeden stopień na każde 5–7 min wysiłku. Gdyby zawiodły procesy termoregulacyjne, odpowiedzialne za utrzymanie optymalnej temperatury ciała, już po 15 min ćwiczeń temperatura ciała wyniosłaby 40ºC, a po biegu trwającym 2,5 godziny byłoby to już ponad 70ºC. By do tego nie dopuścić, organizm pozbywa się nadmiaru ciepła, głównie przez pocenie się i parowanie wody pokrywającej skórę. Zawodnicy dobrze przystosowani do treningów w wysokiej temperaturze są zdolni do wytwarzania 5-7 l potu podczas intensywnych zajęć, a słabo przystosowani – jedynie 2–3 l. Oznacza to, że osoba silniej pocąca się podczas wysiłku fizycznego ma sprawniejszy system termoregulacji. By proces usuwania ciepła był sprawny, nie może jednak dojść do odwodnienia.
