La fisiología de los maratones suele estar asociada a altas exigencias para el sistema cardiovascular y el aparato locomotor del corredor . El maratón se concibió hace siglos y, en los últimos tiempos, ha ido ganando popularidad entre muchas poblaciones de todo el mundo. La distancia de 42,195 km (26,2 millas) es un desafío físico que implica características distintivas del metabolismo energético de cada individuo . Los corredores de maratón terminan en diferentes tiempos debido a características fisiológicas individuales.
La interacción entre los diferentes sistemas energéticos es la base de la existencia de determinadas características fisiológicas de los corredores de maratón. La diferente eficiencia de determinadas características fisiológicas en los corredores de maratón evidencia la variedad de tiempos de finalización entre los corredores de maratón de élite que comparten similitudes en muchas características fisiológicas. Además de las grandes capacidades aeróbicas y otros mecanismos bioquímicos , los factores externos como el entorno y la alimentación adecuada de un corredor de maratón pueden ayudar a comprender mejor por qué el rendimiento en maratón es variable a pesar de las características fisiológicas ideales que obtiene un corredor.
El primer maratón fue quizás una carrera de 25 millas por Filípides , un soldado griego que corrió a Atenas desde la ciudad de Maratón, Grecia, para dar noticias de una victoria en la batalla sobre los persas en el 490 a. C. Según esta creencia, cayó muerto de agotamiento poco después de llegar a Atenas . [1] Miles de años después, correr maratones se convirtió en parte de los deportes mundiales, comenzando con el Maratón inaugural en los Juegos Olímpicos Modernos de 1896. Después de alrededor de 40 años de varias distancias, la caminata de 42,195 kilómetros (26,2) millas se convirtió en estándar. El número de maratones en los Estados Unidos ha crecido más de 45 veces en este período. [2]
Con el aumento de su popularidad, el campo científico cuenta con una amplia base para analizar algunas de las características fisiológicas y los factores que influyeron en estos rasgos que llevaron a la muerte de Filípides. Las elevadas exigencias físicas y bioquímicas de la carrera de maratón y la variación en los tiempos de finalización conforman un campo de estudio complejo que enreda múltiples facetas de las capacidades humanas.
Los seres humanos metabolizan los alimentos para transferir energía potencial de los alimentos al trifosfato de adenosina (ATP). Esta molécula proporciona al cuerpo humano la forma de energía accesible instantánea para todas las funciones de las células dentro del cuerpo. [3] Para el ejercicio, el cuerpo humano exige mucho ATP para abastecerse de energía suficiente para soportar todos los cambios correspondientes en el cuerpo en funcionamiento. Los tres sistemas de energía involucrados en el ejercicio son las vías de energía fosfógena, anaeróbica y aeróbica. [4] La acción simultánea de estas tres vías de energía prioriza una vía específica sobre las otras dependiendo del tipo de ejercicio que esté realizando una persona. Esta priorización diferencial se basa en la duración e intensidad del ejercicio en particular. El uso variable de estas vías de energía es fundamental para los mecanismos que respaldan el ejercicio prolongado y sostenido, como correr una maratón.
La vía de energía anaeróbica fosfógena (ATP-PC) restaura el ATP después de su descomposición a través del fosfato de creatina almacenado en el músculo esquelético . Esta vía es anaeróbica porque no requiere oxígeno para sintetizar o utilizar el ATP. La restauración del ATP solo dura aproximadamente los primeros 30 segundos de ejercicio. [3] Esta rápida tasa de producción de ATP es esencial al inicio del ejercicio. La cantidad de fosfato de creatina y ATP almacenados en el músculo es pequeña, fácilmente disponibles y se utilizan rápidamente debido a estos dos factores. El levantamiento de pesas o los sprints de carrera son ejemplos de ejercicios que utilizan esta vía de energía.
La vía de energía glucolítica anaeróbica es la fuente de energía humana después de los primeros 30 segundos de un ejercicio hasta los 3 minutos de ese ejercicio. Los primeros 30 segundos de ejercicio dependen en gran medida de la vía fosfógena para la producción de energía. A través de la glucólisis , la descomposición de los carbohidratos de la glucosa en sangre o las reservas de glucógeno muscular produce ATP para el cuerpo sin la necesidad de oxígeno. [4] Esta vía de energía a menudo se considera como la vía de transición entre la vía de energía fosfógena y la vía de energía aeróbica debido al punto en el ejercicio en el que esta vía comienza y termina. Una carrera de 300 a 800 metros es un ejemplo de un ejercicio que utiliza esta vía, ya que generalmente es de mayor intensidad que el ejercicio de resistencia y solo se mantiene durante 30 a 180 segundos, según el entrenamiento.
La vía de energía aeróbica es la tercera y más lenta vía de producción de ATP que depende del oxígeno. Esta vía de energía normalmente suministra la mayor parte de la energía del cuerpo durante el ejercicio, después de tres minutos desde el inicio del ejercicio hasta el final, o cuando el individuo experimenta fatiga. El cuerpo utiliza esta vía de energía para el ejercicio de menor intensidad que dura más de tres minutos, que corresponde a la velocidad a la que el cuerpo produce ATP utilizando oxígeno. [3] Este sistema de energía es esencial para los atletas de resistencia, como los corredores de maratón, triatletas, esquiadores de fondo, etc. La vía de energía aeróbica es capaz de producir la mayor cantidad de ATP de estos tres sistemas. Esto se debe en gran medida a la capacidad de este sistema de energía para convertir las grasas , los carbohidratos y las proteínas en un estado que puede entrar en las mitocondrias , el sitio de producción aeróbica de ATP. [5]
Los corredores de maratón obtienen capacidades aeróbicas superiores a la media, a menudo hasta un 50% mayores que las de los individuos normalmente activos. [6] La capacidad aeróbica o VO2Max es la capacidad de un individuo para absorber y consumir el máximo oxígeno en todos los tejidos corporales durante un ejercicio exhaustivo. [7] La capacidad aeróbica sirve como una buena medida de la intensidad del ejercicio, ya que es el límite superior del rendimiento físico de una persona. Una persona no puede realizar ningún ejercicio al 100% del VO2Max durante períodos prolongados de tiempo. [7] La maratón se corre generalmente a alrededor del 70-90% del VO2Max y el uso fraccional de la capacidad aeróbica de una persona sirve como un componente clave del rendimiento en la maratón. [6] Los mecanismos fisiológicos de los que consta la capacidad aeróbica o VO2Max son el transporte/distribución de la sangre y el uso de este oxígeno dentro de las células musculares. [7] El VO2Max es uno de los indicadores más destacados del rendimiento en ejercicios de resistencia. El VO2Max de un corredor de élite en ejercicio máximo es casi dos veces el valor de un adulto en forma o entrenado en ejercicio máximo. [8] Los corredores de maratón demuestran características fisiológicas que les permiten lidiar con las altas exigencias de una carrera de 26,2 millas (42,195 km).
Los componentes principales del VO2Max de un individuo son las propiedades de la capacidad aeróbica que influyen en el uso fraccional (%VO2Max ) de esta capacidad para captar y consumir oxígeno durante el ejercicio exhaustivo. El transporte de grandes cantidades de sangre hacia y desde los pulmones para llegar a todos los tejidos corporales depende de un alto gasto cardíaco y niveles suficientes de hemoglobina corporal total . La hemoglobina es la proteína transportadora de oxígeno dentro de las células sanguíneas que transporta oxígeno desde los pulmones a otros tejidos corporales a través del sistema circulatorio . [9] Para un transporte eficaz de oxígeno en sangre durante un maratón, la distribución de sangre debe ser eficiente. El mecanismo que permite esta distribución de oxígeno a las células musculares es el flujo sanguíneo muscular. [10] Un aumento de 20 veces del flujo sanguíneo local dentro del músculo esquelético es necesario para que los atletas de resistencia, como los corredores de maratón, satisfagan las demandas de oxígeno de sus músculos en el ejercicio máximo que son hasta 50 veces mayores que en reposo. [10] Tras el transporte y la distribución de oxígeno en la sangre, la extracción y el uso de la sangre en el músculo esquelético son los que dan lugar a una mayor capacidad aeróbica del maratonista y a una mejora general del rendimiento individual en la maratón. La extracción de oxígeno de la sangre la realiza la mioglobina dentro de las células del músculo esquelético, que aceptan y almacenan oxígeno. [9] Estos componentes de la capacidad aeróbica ayudan a definir la captación y el consumo máximos de oxígeno en los tejidos corporales durante el ejercicio exhaustivo.
Los corredores de maratón suelen presentar dimensiones agrandadas del corazón y frecuencias cardíacas en reposo reducidas que les permiten alcanzar mayores capacidades aeróbicas. [7] [11] Aunque estos cambios morfológicos y funcionales en el corazón de un corredor de maratón ayudan a maximizar su capacidad aeróbica, estos factores también son los que establecen el límite para que un individuo absorba y consuma oxígeno al máximo en sus tejidos corporales durante el ejercicio de resistencia. Las dimensiones aumentadas del corazón permiten que un individuo alcance un mayor volumen sistólico . Una disminución concomitante del volumen sistólico ocurre con el aumento inicial de la frecuencia cardíaca al inicio del ejercicio. [6] La frecuencia cardíaca más alta que un individuo puede alcanzar es limitada y disminuye con la edad (Frecuencia cardíaca máxima estimada = 220 - edad en años). [12] A pesar de un aumento en las dimensiones cardíacas, la capacidad aeróbica de un maratonista se limita a esta frecuencia cardíaca limitada y en constante disminución . La capacidad aeróbica de un atleta no puede aumentar continuamente porque su frecuencia cardíaca máxima solo puede bombear un volumen específico de sangre. [12] [7]
Una persona que corre una maratón experimenta una apropiación de sangre hacia los músculos esqueléticos. Esta distribución de la sangre maximiza la extracción de oxígeno por parte de los músculos esqueléticos para producir aeróbicamente la cantidad de ATP necesaria para satisfacer la demanda. Para lograr esto, aumenta el volumen sanguíneo. [7] El aumento inicial del volumen sanguíneo durante la carrera de maratón puede conducir posteriormente a una disminución del volumen sanguíneo como resultado del aumento de la temperatura corporal central, los cambios de pH en los músculos esqueléticos y la mayor deshidratación asociada con el enfriamiento durante dicho ejercicio. La afinidad de la sangre por el oxígeno depende del volumen del plasma sanguíneo y de una disminución general del volumen sanguíneo. La deshidratación , las diferencias de temperatura y pH entre los pulmones y los capilares musculares pueden limitar la capacidad de una persona para utilizar fraccionariamente su capacidad aeróbica (%VO2Max ) . [7] [13]
Otras limitaciones que afectan el VO2Max de un corredor de maratón incluyen la difusión pulmonar , la actividad enzimática de las mitocondrias y la densidad capilar. Estas características de un corredor de maratón pueden agrandarse en comparación con las de un individuo no entrenado, pero tienen límites superiores determinados por el cuerpo. La actividad enzimática mitocondrial mejorada y la mayor densidad capilar probablemente acomodan más ATP producido aeróbicamente. Estos aumentos solo ocurren hasta cierto punto y ayudan a determinar la capacidad aeróbica máxima. [7] Especialmente en individuos en forma, la difusión pulmonar de estos individuos se correlaciona fuertemente con el VO2Max y puede limitar a estos individuos en una incapacidad para saturar eficientemente la hemoglobina con oxígeno debido al gran gasto cardíaco . [7] [14] El tiempo de tránsito más corto de mayores cantidades de sangre bombeadas por unidad de tiempo puede atribuirse a esta saturación de oxígeno insuficiente que a menudo se observa en atletas bien entrenados , como los maratonistas. No todo el aire inspirado y sus componentes llegan al sistema pulmonar debido al espacio muerto anatómico del cuerpo humano , que, en términos de ejercicio, es una fuente de oxígeno desperdiciado. [15]
A pesar de ser uno de los predictores más destacados del rendimiento en maratón, un VO2Max alto es solo uno de los factores que pueden afectar el rendimiento en maratón. La economía de carrera de un maratonista es su requerimiento submáximo de oxígeno a velocidades específicas. Este concepto de economía de carrera ayuda a explicar los diferentes tiempos de maratón para corredores con capacidades aeróbicas similares. [11] El consumo de oxígeno en estado estable utilizado para definir la economía de carrera demuestra el costo energético de correr a velocidades submáximas. Esto a menudo se mide por el volumen de oxígeno consumido, ya sea en litros o mililitros , por kilogramo de peso corporal por minuto (L/kg/min o mL/kg/min). [6] Las discrepancias en el tiempo de las actuaciones ganadoras de varios corredores de maratón con valores de VO2Max y %VO2Max casi idénticos se pueden explicar por diferentes niveles de consumo de oxígeno por minuto a las mismas velocidades. Por esta razón, se puede ver que Jim McDonagh ha corrido el maratón más rápido que Ted Corbitt en sus actuaciones ganadoras en comparación con las de Corbitt. Este mayor requerimiento de consumo de oxígeno submáximo (3,3 l de oxígeno por minuto para Corbitt frente a 3,0 l de oxígeno por minuto para McDonagh) está correlacionado positivamente con un mayor nivel de gasto de energía al correr a la misma velocidad. [6]
Se puede considerar que la economía de carrera (eficiencia) es un factor importante en el rendimiento de élite en maratones, ya que el gasto de energía está débilmente correlacionado con el aumento de la velocidad media de un corredor. [6] Una disparidad en la economía de carrera determinó diferencias en el rendimiento en maratones y la eficiencia de estos corredores ejemplifica las diferencias marginales en el gasto total de energía cuando corren a velocidades mayores que los atletas recreativos.
La velocidad de un corredor de maratón en el umbral de lactato está fuertemente correlacionada con su rendimiento. El umbral de lactato o umbral anaeróbico se considera un buen indicador de la capacidad del cuerpo para procesar y transferir eficientemente la energía química en energía mecánica . [7] Un maratón se considera un ejercicio predominantemente aeróbico, pero las intensidades más altas asociadas con el rendimiento de élite utilizan un mayor porcentaje de energía anaeróbica. El umbral de lactato es el punto de cruce entre el uso de energía predominantemente aeróbica y el uso de energía anaeróbica. Este cruce está asociado con la incapacidad del sistema de energía anaeróbica para producir energía de manera eficiente, lo que lleva a la acumulación de lactato en sangre a menudo asociada con la fatiga muscular . [16] En atletas entrenados en resistencia, el aumento en la concentración de lactato en sangre aparece alrededor del 75%-90%VO2Max , que corresponde directamente al VO2Max de la carrera del maratonista. Con esta alta intensidad soportada durante más de dos horas, el rendimiento de un corredor de maratón requiere una mayor producción de energía que la suministrada únicamente por la actividad mitocondrial. Esto provoca una mayor relación entre energía anaeróbica y aeróbica durante un maratón. [7] [16] Cuanto mayor sea la velocidad y el uso fraccional de la capacidad aeróbica que tenga un individuo en su umbral láctico, mejor será su rendimiento general.
Existe incertidumbre sobre cómo el umbral de lactato afecta el rendimiento de resistencia. La contribución de la acumulación de niveles de lactato en sangre se atribuye a la hipoxemia potencial del músculo esquelético , pero también a la producción de más glucosa que se puede utilizar como energía. [11] [7] La incapacidad de establecer un conjunto singular de contribuciones fisiológicas al efecto de la acumulación de lactato en sangre en el individuo que hace ejercicio crea un papel correlativo para el umbral de lactato en el rendimiento de maratón en lugar de un papel causal. [17]
Para mantener una carrera de alta intensidad, un corredor de maratón debe obtener suficientes reservas de glucógeno . El glucógeno se puede encontrar en los músculos esqueléticos o en el hígado . Con niveles bajos de reservas de glucógeno al inicio de la maratón, el agotamiento prematuro de estas reservas puede reducir el rendimiento o incluso impedir la finalización de la carrera. [6] [7] La producción de ATP a través de vías aeróbicas puede verse limitada aún más por el agotamiento del glucógeno. Los ácidos grasos libres sirven como un mecanismo de ahorro para las reservas de glucógeno . La elevación artificial de estos ácidos grasos junto con el entrenamiento de resistencia demuestra la capacidad de un corredor de maratón para mantener intensidades más altas durante períodos de tiempo más prolongados. El mantenimiento prolongado de la intensidad de la carrera se atribuye a una alta tasa de renovación de los ácidos grasos que permite al corredor preservar las reservas de glucógeno más adelante en la carrera. [11]
Algunos sugieren que la ingestión de monosacáridos en concentraciones bajas durante la carrera podría retrasar el agotamiento del glucógeno. Esta concentración más baja, en contraposición a una concentración alta de monosacáridos, se propone como un medio para mantener un vaciamiento gástrico más eficiente y una absorción intestinal más rápida de esta fuente de energía. [11] Los carbohidratos pueden ser la fuente de energía más eficiente para el ATP. Las fiestas de pasta y el consumo de carbohidratos en los días previos a una maratón son una práctica común de los corredores de maratón de todos los niveles. [6] [18]
Mantener la temperatura corporal central interna es crucial para el rendimiento y la salud de un corredor de maratón. La incapacidad de reducir la temperatura corporal central en aumento puede provocar hipertermia . Para reducir el calor corporal, el cuerpo debe eliminar el calor producido metabólicamente mediante la sudoración (también conocida como enfriamiento por evaporación). La disipación de calor por evaporación del sudor puede provocar una pérdida significativa de agua corporal. [11] Un corredor de maratón puede perder agua hasta un 8% de su peso corporal. [6] La reposición de líquidos es limitada, pero puede ayudar a mantener las temperaturas internas más frescas. La reposición de líquidos es fisiológicamente difícil durante el ejercicio de esta intensidad debido al vaciado ineficiente del estómago. La reposición parcial de líquidos puede servir para evitar que el cuerpo de un corredor de maratón se sobrecaliente, pero no lo suficiente para seguir el ritmo de la pérdida de líquido a través de la evaporación del sudor.
Los factores ambientales como la resistencia del aire , la lluvia , el terreno y el calor contribuyen a la capacidad de un corredor de maratón para rendir al máximo de su capacidad fisiológica. La resistencia del aire o el viento y el terreno del recorrido de la maratón (montañoso o llano) son factores. [11] [7] La lluvia puede afectar el rendimiento añadiendo peso a la vestimenta del corredor. La temperatura, en particular el calor, es el impedimento ambiental más fuerte para el rendimiento en la maratón. [19] Un aumento de la temperatura del aire afecta a todos los corredores por igual. Esta correlación negativa de aumento de temperatura y disminución del tiempo de carrera está relacionada con las hospitalizaciones de los corredores de maratón y la hipertermia inducida por el ejercicio . Hay otros factores ambientales menos directamente asociados con el rendimiento en la maratón, como los contaminantes en el aire e incluso el dinero del premio asociado con una maratón específica en sí. [19]