Fisiologia das maratonas - Physiology of marathons
A fisiologia das maratonas está tipicamente associada a altas demandas do sistema cardiovascular de um maratonista e de seu sistema locomotor . A maratona foi concebida há séculos e, recentemente, vem ganhando popularidade entre muitas populações ao redor do mundo. A distância de 42,195 km (26,2 milhas) é um desafio físico que envolve características distintas do metabolismo energético de um indivíduo . Os corredores de maratona terminam em tempos diferentes devido às características fisiológicas individuais .
A interação entre os diferentes sistemas de energia capta a essência do motivo pelo qual existem certas características fisiológicas dos corredores de maratona. A eficiência diferente de certas características fisiológicas em corredores de maratona evidencia a variedade de tempos de chegada entre corredores de maratona de elite que compartilham semelhanças em muitas características fisiológicas. Além de grandes capacidades aeróbicas e outros mecanismos bioquímicos , fatores externos, como o ambiente e a nutrição adequada de um corredor de maratona, podem ajudar a compreender por que o desempenho da maratona é variável, apesar das características fisiológicas ideais obtidas por um corredor.
História
A primeira maratona foi talvez uma corrida de 25 milhas por Pheidippides , um soldado grego que correu para Atenas da cidade de Maratona, na Grécia , para entregar notícias de uma vitória na batalha sobre os persas em 490 aC De acordo com essa crença, ele caiu morto de exaustão. depois de chegar a Atenas . Milhares de anos depois, a corrida de maratona tornou-se parte dos esportes mundiais, começando na Maratona inaugural dos Jogos Olímpicos Modernos de 1896 . Após cerca de 40 anos de várias distâncias, a caminhada de 42,195 quilômetros (26,2) milhas se tornou padrão. O número de maratonas nos Estados Unidos cresceu mais de 45 vezes neste período.
Com o aumento da popularidade, o campo científico tem uma ampla base para analisar algumas das características fisiológicas e os fatores que influenciam essas características que levaram à morte de Pheidippides. As altas demandas físicas e bioquímicas da maratona e a variação ao longo dos tempos de chegada criam um intrincado campo de estudo que envolve múltiplas facetas das capacidades humanas.
Vias de energia durante o exercício
Os humanos metabolizam os alimentos para transferir a energia potencial dos alimentos para o trifosfato de adenosina (ATP). Esta molécula fornece a forma de energia imediatamente acessível do corpo humano para todas as funções das células dentro do corpo. Para o exercício, o corpo humano exige grande quantidade de ATP para suprir a si mesmo com energia suficiente para suportar todas as mudanças correspondentes no corpo no trabalho. Os 3 sistemas de energia envolvidos no exercício são as vias de energia Fosfogênica, Anaeróbia e Aeróbica. A ação simultânea dessas três vias de energia prioriza uma via específica em relação às outras, dependendo do tipo de exercício em que o indivíduo está participando. Essa priorização diferencial é baseada na duração e na intensidade do exercício específico. O uso variável dessas vias de energia é fundamental para os mecanismos que suportam exercícios longos e sustentados - como correr uma maratona.
Fosfogênico
A via de energia anaeróbica fosfogênica (ATP-PC) restaura o ATP após sua quebra por meio de fosfato de creatina armazenado no músculo esquelético . Essa via é anaeróbica porque não requer oxigênio para sintetizar ou usar ATP. A restauração de ATP dura apenas aproximadamente os primeiros 30 segundos de exercício. Essa taxa rápida de produção de ATP é essencial no início do exercício. A quantidade de fosfato de creatina e ATP armazenada no músculo é pequena, facilmente disponível e usada rapidamente devido a esses dois fatores. Levantamento de peso ou corrida de velocidade são exemplos de exercícios que usam essa via de energia.
Anaeróbico
A via de energia glicolítica anaeróbia é a fonte de energia humana após os primeiros 30 segundos de um exercício até os 3 minutos desse exercício. Os primeiros 30 segundos de exercício dependem mais fortemente da via fosfogênica para a produção de energia. Por meio da glicólise , a quebra dos carboidratos dos estoques de glicose no sangue ou glicogênio muscular produz ATP para o corpo sem a necessidade de oxigênio. Essa via de energia é freqüentemente considerada como a via de transição entre a via de energia fosfogênica e a via de energia aeróbica, devido ao ponto no exercício em que essa via se inicia e termina. Uma corrida de 300-800 metros é um exemplo de exercício que usa essa via, pois normalmente é mais intensa do que o exercício de resistência e só é sustentada por 30-180 segundos, dependendo do treinamento.
Aeróbico (oxidativo)
A via de energia aeróbia é a terceira e mais lenta via de produção de ATP que é dependente de oxigênio. Essa via de energia normalmente fornece a maior parte da energia do corpo durante o exercício - após três minutos desde o início do exercício até o final, ou quando o indivíduo sente fadiga. O corpo usa essa via de energia para exercícios de baixa intensidade que duram mais de três minutos, o que corresponde à taxa na qual o corpo produz ATP usando oxigênio. Este sistema de energia é essencial para atletas de resistência, como corredores de maratona, triatletas, esquiadores de cross-country, etc. O Caminho da Energia Aeróbica é capaz de produzir a maior quantidade de ATP desses três sistemas. Isso se deve em grande parte à capacidade desse sistema de energia de converter gorduras , carboidratos e proteínas em um estado que pode entrar na mitocôndria , o local de produção aeróbia de ATP.
Características fisiológicas de corredores de maratona
Capacidade aeróbia (VO 2Max )
Os corredores de maratona obtêm capacidades aeróbicas acima da média, muitas vezes até 50% maiores do que indivíduos normalmente ativos. A capacidade aeróbica ou VO 2Max é a capacidade do indivíduo de captar e consumir oxigênio em todos os tecidos do corpo durante exercícios exaustivos. A capacidade aeróbica serve como uma boa medida da intensidade do exercício, pois é o limite superior do desempenho físico de uma pessoa. Um indivíduo não pode realizar nenhum exercício a 100% VO 2Max por longos períodos de tempo. A maratona é geralmente corrida em cerca de 70-90% do VO 2Max e o uso fracionado da capacidade aeróbia de alguém serve como um componente chave do desempenho da maratona. Os mecanismos fisiológicos que constituem a capacidade aeróbia ou VO 2Máx são o transporte / distribuição do sangue e a utilização desse oxigênio dentro das células musculares. VO 2Max é um dos indicadores mais salientes de desempenho em exercícios de resistência. O VO 2Máx de um corredor de elite em exercício máximo é quase duas vezes o valor de um adulto treinado ou em forma em exercício máximo. Os corredores de maratona demonstram características fisiológicas que os capacitam a lidar com as altas demandas de uma corrida de 26,2 milhas (42,195 km).
Componentes da capacidade aeróbia
Os componentes primários do VO 2Max de um indivíduo são as propriedades da capacidade aeróbia que influenciam o uso fracionário (% VO 2Max ) dessa capacidade de captar e consumir oxigênio durante o exercício exaustivo. O transporte de grandes quantidades de sangue de e para os pulmões para atingir todos os tecidos corporais depende de um alto débito cardíaco e de níveis suficientes de hemoglobina corporal total . A hemoglobina é a proteína que transporta oxigênio nas células sanguíneas, que transporta o oxigênio dos pulmões para outros tecidos corporais através do sistema circulatório . Para o transporte eficaz de oxigênio no sangue durante uma maratona, a distribuição do sangue deve ser eficiente. O mecanismo que permite essa distribuição de oxigênio às células musculares é o fluxo sanguíneo muscular. Um aumento de 20 vezes no fluxo sanguíneo local dentro do músculo esquelético é necessário para atletas de resistência, como corredores de maratona, para atender às demandas de oxigênio de seus músculos em exercícios máximos que são até 50 vezes maiores do que em repouso. Após o transporte e distribuição bem-sucedidos de oxigênio no sangue, a extração e o uso do sangue dentro do músculo esquelético são o que dá efeito ao aumento da capacidade aeróbia do maratonista e à melhora geral do desempenho do indivíduo na maratona. A extração de oxigênio do sangue é realizada pela mioglobina dentro das células do músculo esquelético que aceitam e armazenam oxigênio. Esses componentes da capacidade aeróbia ajudam a definir a captação e o consumo máximos de oxigênio nos tecidos corporais durante o exercício exaustivo.
Limitações à capacidade aeróbia (VO 2Max )
Cardíaco
Os corredores de maratona freqüentemente apresentam dimensões aumentadas do coração e diminuição da freqüência cardíaca em repouso, o que os permite atingir maiores capacidades aeróbicas. Embora essas mudanças morfológicas e funcionais no coração de um maratonista ajudem a maximizar sua capacidade aeróbia, esses fatores também definem o limite para que um indivíduo capte e consuma oxigênio ao máximo em seus tecidos corporais durante o exercício de resistência. As dimensões aumentadas do coração permitem que o indivíduo atinja um maior volume sistólico . Uma diminuição concomitante do volume sistólico ocorre com o aumento inicial da freqüência cardíaca no início do exercício. A frequência cardíaca máxima que um indivíduo pode atingir é limitada e diminui com a idade (Frequência cardíaca máxima estimada = 220 - idade em anos). Apesar de um aumento nas dimensões cardíacas, a capacidade aeróbia de um maratonista está confinada a essa freqüência cardíaca limitada e sempre decrescente . A capacidade aeróbica de um atleta não pode aumentar continuamente porque sua freqüência cardíaca máxima só pode bombear um determinado volume de sangue.
Capacidade de transporte de oxigênio
Um indivíduo correndo uma maratona experimenta a apropriação do sangue para os músculos esqueléticos. Essa distribuição de sangue maximiza a extração de oxigênio pelos músculos esqueléticos para produzir aerobicamente a quantidade de ATP necessária para atender à demanda. Para conseguir isso, o volume sanguíneo aumenta. O aumento inicial do volume sanguíneo durante a maratona pode posteriormente levar à diminuição do volume sanguíneo como resultado do aumento da temperatura corporal central, alterações do pH nos músculos esqueléticos e aumento da desidratação associada ao resfriamento durante esse exercício. A afinidade do sangue pelo oxigênio depende do volume do plasma sanguíneo e de uma diminuição geral do volume sanguíneo. Desidratação , diferenças de temperatura e pH entre os pulmões e os capilares musculares podem limitar a capacidade de usar fracionadamente sua capacidade aeróbia (% VO 2Max ).
Limitações secundárias
Outras limitações que afetam o VO 2Max de um maratonista incluem difusão pulmonar , atividade enzimática mitocondrial e densidade capilar. Essas características de um corredor de maratona podem ser ampliadas em comparação com as de um indivíduo não treinado, mas têm limites superiores determinados pelo corpo. A atividade melhorada da enzima mitocôndria e o aumento da densidade capilar provavelmente acomodam mais ATP produzido aerobicamente. Esses aumentos ocorrem apenas até certo ponto e ajudam a determinar o pico da capacidade aeróbia. Especialmente em indivíduos aptos, a difusão pulmonar desses indivíduos se correlaciona fortemente com o VO 2Max e pode limitar esses indivíduos na incapacidade de saturar de forma eficiente a hemoglobina com oxigênio devido ao grande débito cardíaco . O menor tempo de trânsito de grandes quantidades de sangue sendo bombeadas por unidade de tempo pode ser atribuído a essa saturação de oxigênio insuficiente, freqüentemente observada em atletas bem treinados , como maratonistas. Nem todo o ar inspirado e seus componentes chegam ao sistema pulmonar devido ao espaço morto anatômico do corpo humano , que, em termos de exercício, é uma fonte de oxigênio desperdiçado.
Economia de corrida
Apesar de ser um dos preditores mais salientes do desempenho na maratona, um grande VO 2Máx é apenas um dos fatores que podem afetar o desempenho na maratona. A economia de corrida de um maratonista é sua necessidade submáxima de oxigênio em velocidades específicas. Esse conceito de economia de corrida ajuda a explicar os diferentes tempos de maratona para corredores com capacidades aeróbicas semelhantes. O consumo de oxigênio em estado estacionário usado para definir a economia de corrida demonstra o custo de energia da corrida em velocidades submáximas. Isso geralmente é medido pelo volume de oxigênio consumido, em litros ou mililitros , por quilograma de peso corporal por minuto (L / kg / min ou mL / kg / min). As discrepâncias no tempo de desempenho de vencedores de vários corredores de maratona com valores de VO 2Max e% VO 2Max quase idênticos podem ser explicadas por diferentes níveis de consumo de oxigênio por minuto nas mesmas velocidades. Por esta razão, pode-se ver que Jim McDonagh correu a maratona mais rápido do que Ted Corbitt em suas performances vencedoras em comparação com a de Corbitt. Esta maior necessidade de consumo submáximo de oxigênio (3,3L de oxigênio por minuto para Corbitt vs. 3,0L de oxigênio por minuto para McDonagh) está positivamente correlacionada com um maior nível de gasto de energia durante a corrida na mesma velocidade.
A economia de corrida (eficiência) pode ser creditada como um fator importante no desempenho da maratona de elite, já que o gasto de energia está fracamente correlacionado com o aumento da velocidade média de um corredor. Uma disparidade na economia de corrida determina diferenças no desempenho da maratona e a eficiência desses corredores exemplifica as diferenças marginais no gasto total de energia ao correr em velocidades maiores do que os atletas recreativos.
Limiar de lactação
A velocidade de um maratonista no limiar do lactato está fortemente relacionada ao seu desempenho. O limiar de lactato ou limiar anaeróbio é considerado um bom indicador da capacidade do corpo de processar e transferir com eficiência energia química em energia mecânica . Uma maratona é considerada um exercício aeróbio dominante, mas as intensidades mais altas associadas ao desempenho de elite usam uma porcentagem maior de energia anaeróbica. O limiar de lactato é o ponto de cruzamento entre o uso de energia predominantemente aeróbica e o uso de energia anaeróbica. Esse cross over está associado à incapacidade do sistema de energia anaeróbia de produzir energia de forma eficiente, levando ao acúmulo de lactato sanguíneo, frequentemente associado à fadiga muscular . Em atletas treinados em endurance, o aumento na concentração de lactato sanguíneo aparece em cerca de 75% -90% do VO 2Max , que corresponde diretamente ao VO 2Max da corrida do maratonista. Com essa alta intensidade suportada por mais de duas horas, a performance de um maratonista requer mais produção de energia do que aquela fornecida exclusivamente pela atividade mitocondrial. Isso causa uma proporção mais alta de energia anaeróbia para aeróbia durante uma maratona. Quanto maior a velocidade e o uso fracionário da capacidade aeróbia de um indivíduo em seu limiar lático, melhor seu desempenho geral.
Existe incerteza sobre como o limiar de lactato afeta o desempenho de resistência. A contribuição do acúmulo dos níveis de lactato no sangue é atribuída ao potencial de hipoxemia do músculo esquelético, mas também à produção de mais glicose que pode ser usada como energia. A incapacidade de estabelecer um conjunto singular de contribuições fisiológicas para o efeito do acúmulo de lactato no sangue no indivíduo que se exercita cria um papel correlativo para o limiar de lactato no desempenho da maratona, em oposição a um papel causal.
Fatores alternativos que contribuem para o desempenho da maratona
Combustível
Para sustentar uma corrida de alta intensidade, um corredor de maratona deve obter reservas de glicogênio suficientes . O glicogênio pode ser encontrado nos músculos esqueléticos ou no fígado . Com baixos níveis de estoques de glicogênio no início da maratona, o esgotamento prematuro desses estoques pode reduzir o desempenho ou até mesmo impedir o término da corrida. A produção de ATP por vias aeróbicas pode ainda ser limitada pela depleção de glicogênio. Os ácidos graxos livres funcionam como um mecanismo de preservação dos estoques de glicogênio . A elevação artificial desses ácidos graxos, juntamente com o treinamento de resistência, demonstra a capacidade de um corredor de maratona de sustentar intensidades mais altas por longos períodos de tempo. A sustentação prolongada da intensidade da corrida é atribuída a uma alta taxa de renovação de ácidos graxos que permite ao corredor preservar os estoques de glicogênio mais tarde na corrida.
Alguns sugerem que a ingestão de monossacarídeos em baixas concentrações durante a corrida pode atrasar a depleção de glicogênio. Essa menor concentração, ao contrário de uma alta concentração de monossacarídeos, é proposta como meio de manter um esvaziamento gástrico mais eficiente e uma captação intestinal mais rápida dessa fonte de energia. Os carboidratos podem ser a fonte mais eficiente de energia para o ATP. Festas com massas e o consumo de carboidratos nos dias que antecedem a maratona são práticas comuns de corredores de maratona em todos os níveis.
Termo-regulação e perda de fluidos corporais
Manter a temperatura corporal interna central é crucial para o desempenho e a saúde de um maratonista. A incapacidade de reduzir o aumento da temperatura corporal central pode levar à hipertermia . Para reduzir o calor corporal, o corpo deve remover o calor produzido metabolicamente pela transpiração (também conhecido como resfriamento evaporativo). A dissipação de calor pela evaporação do suor pode levar a uma perda significativa de água corporal. Um corredor de maratona pode perder água totalizando cerca de 8% do peso corporal. A reposição de fluidos é limitada, mas pode ajudar a manter as temperaturas internas mais baixas. A reposição de fluidos é fisiologicamente desafiadora durante exercícios desta intensidade devido ao esvaziamento ineficiente do estômago. A reposição parcial de fluidos pode servir para evitar o superaquecimento do corpo de um maratonista, mas não o suficiente para acompanhar a perda de fluido por meio da evaporação do suor.
Fatores Ambientais
Fatores ambientais como resistência do ar , chuva , terreno e calor contribuem para a capacidade de um corredor de maratona de executar em sua capacidade fisiológica total. A resistência do ar ou vento e o terreno do percurso da maratona (acidentado ou plano) são fatores. A chuva pode afetar o desempenho ao adicionar peso ao traje do corredor. A temperatura, em particular o calor, é o impedimento ambiental mais forte para o desempenho da maratona. Um aumento na temperatura do ar afeta todos os corredores da mesma forma. Essa correlação negativa entre o aumento da temperatura e a diminuição do tempo de corrida está associada às hospitalizações dos maratonistas e à hipotermia induzida pelo exercício . Existem outros fatores ambientais menos diretamente associados ao desempenho da maratona, como os poluentes no ar e até mesmo o prêmio em dinheiro associado a uma maratona específica.