Photo by Mārtiņš Zemlickis on Unsplash
Biologiczne determinanty wydolności zostały dobrze opisane w przypadku biegów na dystansach do maratonu włącznie (42,2 km). W dużej mierze wydolność wytrzymałościowa może być przewidywana na podstawie wskaźników laboratoryjnych, takich jak maksymalny pobór tlenu (VO₂max), ekonomia biegu oraz próg mleczanowy (czasem nazywany progiem anaerobowym lub progiem wymiany gazowej). Spośród tych parametrów, VO₂max oraz prędkość na progu „anaerobowym” są najbardziej predykcyjne, wyjaśniając odpowiednio 60–70% i 88–92% zmienności wyników maratońskich.
Ultramaraton to jednak bardziej złożony i wymagający sport. Dystanse wahają się od 50 do nawet 5000 km, realizowanych w pojedynczych lub wieloetapowych biegach, na różnym terenie (np. drogi, szlaki), w ekstremalnych warunkach środowiskowych (np. upał, zimno, wysokość nad poziomem morza) i z dużymi różnicami wysokości. Czynniki determinujące wydolność są równie różnorodne. Biegacze ultramaratońscy muszą utrzymywać odpowiednie tempo przez wiele godzin, dni, a nawet tygodni, dostosowując się do zmiennych potrzeb żywieniowych i nawodnienia (utrudnionych przez zmęczenie smaku, gdy jedzenie staje się mniej przyjemne i akceptowalne przy długotrwałym spożywaniu). Muszą także radzić sobie z problemami żołądkowo-jelitowymi, uszkodzeniami mięśni, kontuzjami, brakiem snu, a nawet halucynacjami, jednocześnie minimalizując ryzyko zdrowotne. Ultramaratony to nie po prostu „długie maratony”.
Wydaje się, że poza ograniczeniami związanymi z wydolnością, kumulujący się stres mechaniczny i mikrouszkodzenia tkanki mięśniowej mogą być ważnym czynnikiem wydajnośc i wysiłkowej w ultramaratonie.
Czy wydolność tlenowa pozwala przewidzieć skuteczność w ultramaratonie?
Im dłuższy dystans wyścigu, tym wolniejsze tempo biegu. Innymi słowy, biegacze ultramaratońscy pokonują swoje trasy znacznie wolniej niż standardowe biegi wytrzymałościowe. To wymuszone spowolnienie tempa pozwala na bardziej równomierne rozłożenie wysiłku, co zwiększa szanse na szybszy czas ukończenia zawodów. W krótszych biegach, takich jak maratony w porównaniu z ultramaratonami, wyższa intensywność pracy wymaga szybszego obrotu ATP, większego zużycia glikogenu (a tym samym większego ryzyka jego wyczerpania), wyższej pojemności minutowej serca i dostarczania tlenu. Dlatego metabolizm tlenowy odgrywa kluczową rolę w wynikach.
Około 60% zmienności czasu ukończenia maratonu można przewidzieć wyłącznie na podstawie VO₂max, podczas gdy prędkość na progu „anaerobowym” wyjaśnia 88–92% tej zmienności. W biegach do półmaratonu, połączenie prędkości na VO₂max i prędkości na progach metabolicznych pozwala przewidzieć do 95% zmienności wyników. Chociaż motywacja i czynniki psychospołeczne są również istotne, wymienione metryki, łatwe do zmierzenia w laboratorium fizjologii wysiłku, stanowią podstawowe elementy modelu fizjologii maratonu.
Już w 1979 roku Davies i Thompson sugerowali, że wkład zdolności aerobowej w wyniki maleje wraz z wydłużaniem dystansu i zmniejszaniem prędkości biegu. Liczne badania potwierdziły tę hipotezę. Przykładowo, podczas Südtirol Ultra Skyrace (69 km) VO₂max i pobór tlenu na progach metabolicznych korelowały z wynikami, ale w wyścigu na dystansie 121 km już nie. Podobnie w Sulphur Springs Trail Race w Kanadzie wyniki na 50 km korelowały z VO₂max i prędkością na VO₂max, podczas gdy na dystansach 80 km i 160 km takie korelacje były znacznie słabsze lub ich brakowało.
W Ultra-Trail du Mont-Blanc (UTMB) wyniki na krótszych dystansach (< 55 km) można było wyjaśnić za pomocą VO₂max i metabolizmu lipidów. Na dystansie 100 km do analizy włączono również maksymalną siłę izometryczną i procent tkanki tłuszczowej, ale przy dystansach > 145 km żaden model liniowy nie potrafił adekwatnie przewidzieć wyników.
W jednym z najlepiej udokumentowanych statystycznie badań Sabater-Pastor i wsp. wykazali, że około 52% zmienności wyników w UTMB (166 km) można było wyjaśnić za pomocą VO₂max, a model łączący VO₂max z kosztem energetycznym biegu zwiększał to do 62%. Mimo to przewidywanie wyników w ultramaratonach jest mniej precyzyjne niż w krótszych biegach.
Ostatecznie, Martinez-Navarro i wsp. pokazali, że zdolność VO₂max do przewidywania wyników ultramaratonów zależy od poziomu sportowego zawodników. Dla szybszych biegaczy VO₂max wyjaśniało 75% zmienności wyników, ale dla wolniejszych tylko 33%.
Dane wskazują na dwa kluczowe wnioski:
- Miary metabolizmu aerobowego nie są w stanie z równie wysoką dokładnością przewidywać wyników w długich ultramaratonach (> 100 km) jak w krótszych biegach.
- Wraz z wydłużaniem dystansu i czasu trwania wyścigu coraz większe znaczenie mają czynniki inne niż maksymalny metabolizm tlenowy.
Ekonomizacja wysiłku
Wszyscy elitarni biegacze długodystansowi charakteryzują się wyjątkowo wysokim VO₂max, wynoszącym do 80 mL/kg/min u kobiet i 90 mL/kg/min u mężczyzn. Dlatego w grupach jednorodnych pod względem poziomu sportowego kluczową cechą różnicującą jest ekonomia biegu – ilość energii i tlenu potrzebna do utrzymania submaksymalnej prędkości. Co istotne, VO₂max i ekonomia biegu są słabo powiązane i mogą być niezależnie rozwijane. Na przykład, VO₂max może się zmniejszyć, podczas gdy wynik w maratonie poprawia się dzięki lepszej ekonomii biegu.
W ultramaratonach jednak ekonomia biegu jest mniej istotna w porównaniu do innych, pilniejszych ograniczeń wydolności. Uszkodzenia mięśni podczas biegu są ekstremalne. Biomarkery, takie jak kinaza kreatynowa (CK), które w spoczynku wynoszą 34–171 U/L, mogą wzrosnąć do 1000 U/L po maratonie i ponad 10 000 U/L po długim ultramaratonie. Uszkodzenia mięśni prowadzą do spadku siły mięśniowej i zakresu ruchu poprzez zakłócenia w transmisji siły, homeostazie wapniowej, sprzężeniu pobudzeniowo-skurczowym i funkcji metabolicznej. Dodatkowo, uraz mięśni wywołuje reakcję zapalną, objawiającą się obrzękiem, bólem i bolesnością mięśni, które często pojawiają się w trakcie biegu, np. przed ukończeniem środkowej części dystansu.
Choć zmniejszenie maksymalnej siły mięśni po ultramaratonie jest najczęściej spowodowane zmęczeniem centralnym (obniżoną aktywnością motoryczną w ośrodkowym układzie nerwowym), spadek prędkości biegu w trakcie wyścigu wynika przede wszystkim z czynników obwodowych, takich jak nasilone odczucie bólu i bolesność wywołane strukturalnym uszkodzeniem sarkomerów, błon komórkowych i cytoszkieletu.
W obliczu tak dużego stresu obwodowego biegacze często podejmują strategiczne decyzje mające na celu ochronę mięśni, nawet kosztem ekonomii biegu. Na przykład używają kijków trekkingowych lub solidnych butów do biegania w terenie. Kijki zmuszają biegacza do przenoszenia dodatkowego ciężaru i zmieniają biomechanikę biegu, ale jednocześnie zmniejszają średnie siły oddziaływania stóp na podłoże, przenoszą część pracy lokomotorycznej na górną część ciała i łagodzą uszkodzenia mięśni.
Mikrouszkodzenia mięśniowe i ich wpływ na wydajność wysiłku
Problemy żołądkowo-jelitowe (GI) występują u 30–80% biegaczy podczas ultramaratonów. Mają trzy główne przyczyny:
- Fizjologiczne – redystrybucja krwi do mięśni szkieletowych i zmiany w nerwowej regulacji układu pokarmowego.
- Mechaniczne – uszkodzenie wyściółki jelit w wyniku powtarzających się wstrząsów i „przemieszczania się” żołądka podczas biegu.
- Żywieniowe – niewłaściwe spożycie energii lub płynów, zwłaszcza takie, które spowalnia opróżnianie żołądka.
Pomimo ich negatywnego wpływu, problemy te można często rozwiązać podczas biegu dzięki interwencjom behawioralnym, takim jak odpoczynek, zwolnienie tempa, dostosowanie spożycia energii lub płynów, czy zastosowanie leków łagodzących skurcze żołądka lub nudności. Częstość i nasilenie problemów żołądkowo-jelitowych można także zmniejszyć poprzez progresywny trening przewodu pokarmowego. Dlatego problemy te rzadko są bezpośrednią przyczyną wycofania się z zawodów – większym zagrożeniem jest niewłaściwe zarządzanie tymi problemami, co prowadzi do niedostatecznego odżywienia i nawodnienia.
W przeciwieństwie do problemów żołądkowych, uszkodzenia mięśni, które występują podczas biegu, nie mogą zostać odwrócone poprzez zmniejszenie tempa, zmianę spożycia energii i płynów lub zastosowanie leków. Regeneracja mięśni może zająć dni lub tygodnie, a niskoczęstotliwościowe zmęczenie mięśni ustępuje dopiero po wielu godzinach lub dniach odpoczynku. Stopień uszkodzenia tkanek obwodowych oraz czas regeneracji zależy bardziej od intensywności obciążenia mięśni (np. ekscentrycznego obciążenia wynikającego z przewyższeń ujemnych) niż od jego ilości. Dlatego spadki wydolności w krótszych i dłuższych biegach mają różne przyczyny.
Uszkodzenia mięśni oraz związane z nimi zmniejszenie siły mięśniowej przy niskiej częstotliwości, wywoływane przez aktywację włókien aferentnych typu III–IV, są głównymi (pośrednimi) przeszkodami w wydajności w ultramaratonach powyżej ~100 km, niezależnie od terenu czy warunków środowiskowych.
Dodatkowo, w sondażach z udział 824 biegaczy wyniki były następujące:
- 66% (542 odpowiedzi) wskazało na „uszkodzenia mięśni/zmęczenie,”
- 23% (186 odpowiedzi) na „problemy żołądkowo-jelitowe,”
- 7% (62 odpowiedzi) wskazało „inne” (np. kontuzje, pęcherze),
- 4% (34 odpowiedzi) podało „płuca lub oddychanie.”
Jeśli uszkodzenia mięśni rzeczywiście są najczęściej ograniczającym czynnikiem w ultramaratonach, pojawiają się dwa kluczowe pytania:
- Czy zdolność do ograniczania uszkodzeń mięśni zmęczeniu można przetestować? Jeśli tak, jak taki test powinien wyglądać?
- Jak można minimalizować uszkodzenia mięśni podczas zawodów?
Długotrwały wysiłek, szczególnie taki, do którego dana osoba nie jest przyzwyczajona, prowadzi do zmian strukturalnych (np. uszkodzeń mięśni) oraz funkcjonalnych (np. zmęczenia mięśni). Chociaż oba zjawiska można rozróżnić, są one ze sobą powiązane, często zachodzą równocześnie i powodują podobne obniżenie wydolności. Dlatego ocena musi obejmować oba te aspekty.
Protokół wywołujący uszkodzenia mięśni
Większość protokołów używanych w literaturze opiera się na ćwiczeniach aerobowych o wysokiej intensywności lub siłowych o dużym obciążeniu, które nie są specyficzne dla ultramaratonów. Odtworzenie warunków ultramaratonu w laboratorium jest technicznie możliwe, ale wiąże się z trudnościami, głównie z powodu długiego czasu trwania zawodów (24–48 godzin). Rozsądnym kompromisem jest protokół biegu z górki, który powoduje uszkodzenia mięśni poprzez skurcze ekscentryczne – mięśnie wydłużają się pod obciążeniem. Taki bieg, powszechny w ultramaratonach, prowadzi do specyficznych uszkodzeń i zmęczenia mięśni, które różnią się od tych wywołanych ciężkimi ćwiczeniami oporowymi.
W jednej z prac naukowych zasugerowano protokół obejmujący bieg z górki na dystansie 5 km z przewyższeniem ujemnym 700–1000 m (nachylenie ~15%). Powinien być realizowany na bieżni mechanicznej, co umożliwia powtarzalność warunków. Prędkość biegu nie jest tak istotna jak kąt nachylenia, ale sugeruje się prędkość odpowiadającą około 70% VO₂max lub dostosowaną do możliwości zawodnika. Ważne jest, aby zawodnicy biegali w naturalnym stylu, a częstotliwość kroku powinna być mierzona w celu analizy ewentualnych zmian biomechanicznych między sesjami.
Ocena skutków protokołu
Ocena powinna składać się z dwóch etapów:
- Zmiany funkcji skurczowej mięśni
Zmiany przed i po wysiłku należy mierzyć za pomocą stymulacji nerwów mięśni (np. czworogłowego uda), bezpośrednio za pomocą stymulacji elektrycznej lub pośrednio poprzez stymulację magnetyczną nerwów rdzeniowych. Taka metoda pozwala na obiektywną ocenę zmian w funkcji skurczowej, niezależną od wysiłku zawodnika. Siła mięśni i aktywność elektryczna mogą być mierzone za pomocą dynamometrii izometrycznej i elektromiografii powierzchniowej (EMG). Po wysiłku należy zachować 30-minutowy odstęp przed pomiarami, aby rozróżnić uszkodzenia mięśni od zmęczenia metabolicznego.
- Ocena uszkodzeń mięśni
Biomarkery, takie jak kinaza kreatynowa (CK), dehydrogenaza mleczanowa (LDH) i mioglobina, powinny być mierzone przed i 30 minut po protokole. Krew pobiera się z żyły przedramienia, odwirowuje w celu uzyskania surowicy, a następnie analizuje za pomocą spektrofotometrii lub immunotestu. Można także używać urządzeń diagnostycznych zapewniających natychmiastowe wyniki.
- Techniki obrazowe
Oprócz biomarkerów warto rozważyć metody obrazowania w celu ilościowego określenia uszkodzeń mięśni. Obiecujące techniki to:
- Elastografia fal ścinających (SWE) – ocenia sztywność mięśni za pomocą fal akustycznych, co pozwala na analizę charakterystyki mięśnia.
- Ultrasonografia diagnostyczna – może oceniać uszkodzenia mięśniowe.
- Mikrotomografia komputerowa (CT) – choć obecnie ograniczona, może monitorować regenerację po urazach mięśni szkieletowych.
Zawodnik, u którego obserwuje się mniejsze zmiany w funkcji skurczowej i mniejsze odchylenia biomarkerów po protokole, prawdopodobnie lepiej poradzi sobie w zawodach, które generują podobne obciążenia. Choć jesteśmy daleko od możliwości precyzyjnego przewidywania wyników w ultramaratonach na podstawie takich testów, dane te mogą być użyteczne do oceny poziomu wytrenowania, monitorowania adaptacji treningowych oraz oceny gotowości do startu i regeneracji.
Opracowanie skutecznego protokołu wymaga pilotażowych testów, aby zoptymalizować parametry biegu z górki, które wywołują odpowiednie uszkodzenia mięśni i zmęczenie nerwowo-mięśniowe.
Zmniejszanie uszkodzeń mięśniowych
Uszkodzenia mięśni powstałe podczas biegów długodystansowych mogą znacząco ograniczać wydolność. Badania nad tempem biegu wykazują, że osoby najbardziej zwalniające podczas maratonu miały wyższe stężenia mioglobiny, dehydrogenazy mleczanowej (LDH) i kinazy kreatynowej (CK) po biegu, natomiast tempo było lepiej utrzymywane, gdy markery uszkodzeń mięśni były niższe. Dlatego w treningu i podczas zawodów można zastosować strategie zmniejszające stopień uszkodzeń mięśni, co korzystnie wpłynie na wyniki.
Tygodniowy kilometraż biegania jest pozytywnie skorelowany z wynikami na dystansach 42,2 km, 100 km i w biegach 24-godzinnych. Wyższy kilometraż, szczególnie w wolniejszym tempie, wyróżnia biegaczy ultramaratońskich od maratońskich. Może to chronić przed uszkodzeniami mięśniowymi, choć nie jest jasne, czy związek między kilometrażem a wydolnością jest przyczynowy, czy wynika z predyspozycji zawodników mniej podatnych na kontuzje. Bieganie z górki, które wywołuje specyficzne uszkodzenia mięśni poprzez skurcze ekscentryczne, jest kolejną skuteczną strategią. Badania pokazują, że regularne biegi z górki zmniejszają bolesność mięśni, wzrost CK i utratę siły w kolejnych próbach. Stopniowe zwiększanie kilometrażu, bieganie w wolniejszym tempie oraz uwzględnienie większej objętości zbiegów mogą trenować mięśnie obwodowe i chronić przed mechanicznymi uszkodzeniami podczas zawodów.
Podczas startów dobrze udokumentowaną strategią ochrony mięśni jest korzystanie z kijków trekkingowych, które przenoszą część pracy lokomocyjnej na górną część ciała. Kijki zmniejszają siły uderzenia stóp o podłoże, nacisk podeszwowy podczas zbiegów oraz obciążenie stawów i momenty siły w dolnej części ciała, jednocześnie chroniąc mięśnie dolnych kończyn. Zmiana długości kroku, np. jego skrócenie o 10%, może również zmniejszyć pionowe ruchy środka ciężkości, obciążenia mięśniowo-szkieletowe oraz energię pochłanianą przez biodra, kolana i kostki, co ogranicza uszkodzenia mięśni, szczególnie podczas zbiegów. Biomechaniczne zmiany takie jak te mogą przyczynić się do mniejszej bolesności mięśni, choć związek przyczynowo-skutkowy wymaga dalszych badań.
Interwencje żywieniowe, takie jak suplementacja białkiem, mogą teoretycznie ograniczać degradację białka mięśniowego podczas biegu, jednak dowody w tym zakresie są ograniczone. Badania pokazują, że spożycie białka i węglowodanów podczas wysiłku zwiększa bilans białka netto w porównaniu do samych węglowodanów, ale wyniki te mogą być zaburzone przez dodatkowe kalorie pochodzące z białka. Podobnie, spożywanie aminokwasów przed i podczas biegu na 100 km nie wpłynęło znacząco na uszkodzenia mięśni ani wydolność, co może wynikać z relatywnie krótkiego czasu trwania zawodów. Zawodnicy kończący Western States Endurance Run mieli większe spożycie białka niż ci, którzy nie ukończyli biegu, ale różnice te mogły wynikać z innych czynników, takich jak problemy żołądkowo-jelitowe lub brak apetytu. Choć istnieje hipoteza, że spożywanie białka podczas długich ultramaratonów może ograniczać uszkodzenia mięśni i poprawiać wyniki, potrzeba dalszych badań, aby ją potwierdzić.
Strategie ograniczania uszkodzeń mięśni obejmują stopniowe zwiększanie kilometrażu treningowego, bieganie w wolnym tempie i uwzględnienie zbiegów w programie treningowym. Podczas zawodów pomocne mogą być kijki trekkingowe, skracanie kroku oraz odpowiednie strategie żywieniowe, takie jak spożywanie białka. Celem tych działań jest zmniejszenie mechanicznych i biochemicznych obciążeń mięśni, co może poprawić wyniki i ułatwić regenerację po zawodach.
Podsumowanie
Ultramaratony wymagają od zawodników wykraczających poza standardowe biegi wytrzymałościowe umiejętności adaptacji do ekstremalnych obciążeń fizycznych i psychicznych. O ile w maratonach kluczowymi predyktorami wyników są VO₂max oraz prędkość na progu anaerobowym, w ultramaratonach znaczenie tych parametrów maleje wraz z wydłużaniem dystansu. Czynniki takie jak uszkodzenia mięśni, zmęczenie nerwowo-mięśniowe, problemy żołądkowo-jelitowe oraz strategia zarządzania tempem stają się dominującymi determinantami wydolności.
Istotnym aspektem przygotowań do ultramaratonów jest stopniowe zwiększanie kilometrażu, trening biegania z górki oraz rozwijanie zdolności adaptacyjnych układu mięśniowo-szkieletowego. Podczas zawodów zastosowanie kijków trekkingowych, optymalizacja długości kroku czy odpowiednie strategie żywieniowe, w tym potencjalna suplementacja białkiem, mogą skutecznie minimalizować obciążenia mechaniczne i biochemiczne mięśni. Choć niektóre interwencje wymagają dalszych badań, to dostępne dane wskazują na znaczenie kompleksowego podejścia do treningu i strategii startowych w celu ograniczenia negatywnych skutków wielogodzinnych obciążeń.
Ostatecznie, sukces w ultramaratonie zależy od zdolności zawodnika do zarządzania wieloma różnorodnymi czynnikami wpływającymi na wydolność, co wymaga zarówno odpowiedniego przygotowania fizycznego, jak i świadomego podejścia do strategii startowej. Dalsze badania nad specyficznymi metodami oceny i treningu są kluczowe dla lepszego zrozumienia i poprawy wyników w tej wyjątkowo wymagającej dyscyplinie sportu.
Bibliografia:
Hoffman, M. D. (2010). Performance trends in 161-km ultramarathons. International Journal of Sports Medicine, 31(1), 31–37. https://doi.org/10.1055/s-0029-1243229
Knechtle, B., Nikolaidis, P. T., Zingg, M. A., Rosemann, T., & Rüst, C. A. (2015). Factors that influence performance in ultra-endurance running—a review. Sports Medicine, 45(7), 1001–1016. https://doi.org/10.1007/s40279-015-0332-x
Millet, G. Y., & Millet, G. P. (2012). High-intensity exercise or prolonged exercise: Which is worse for muscle function? Frontiers in Physiology, 3, 303. https://doi.org/10.3389/fphys.2012.00303
Saunders, P. U., Pyne, D. B., Telford, R. D., & Hawley, J. A. (2004). Factors affecting running economy in trained distance runners. Sports Medicine, 34(7), 465–485. https://doi.org/10.2165/00007256-200434070-00005
Scheer, V., Tiller, N. B., Doutreleau, S., Khodaee, M., Knechtle, B., & Pasternak, A., et al. (2021). Potential long-term health problems associated with ultra-endurance running: A narrative review. Sports Medicine, 52(3), 725–740. https://doi.org/10.1007/s40279-021-01530-1
Suter, D., Sousa, C. V., Hill, L., Scheer, V., Nikolaidis, P. T., & Knechtle, B. (2020). Even pacing is associated with faster finishing times in ultramarathon distance trail running—The “Ultra-Trail du Mont Blanc” 2008–2019. International Journal of Environmental Research and Public Health, 17(19), 7074. https://doi.org/10.3390/ijerph17197074
Tiller, N. B., Stewart, G. M., Illidi, C. R., & Levine, B. D. (2020). Exercise is medicine? The cardiorespiratory implications of ultra-marathon. Current Sports Medicine Reports, 19(8), 290–297. https://doi.org/10.1249/JSR.0000000000000731
Venhorst, A., Micklewright, D. P., & Noakes, T. D. (2018). The psychophysiological regulation of pacing behaviour and performance fatigability during long-distance running with locomotor muscle fatigue and exercise-induced muscle damage in highly trained runners. Sports Medicine Open, 4(1), 29. https://doi.org/10.1186/s40798-018-0141-4
