Ukończenie ultramaratonu, zawodów Ironman czy wielodniowego wyścigu kolarskiego zależy nie tylko od wydolności układu krążeniowo-oddechowego i przygotowania mięśni. Wraz z kolejnymi godzinami wysiłku zmieniają się również procesy fizjologiczne odpowiedzialne za utrzymanie zdolności do dalszej pracy.
Mechanizm, który ogranicza organizm na początku zawodów, nie jest tym samym mechanizmem po sześciu, dwunastu czy dwudziestu czterech godzinach.
W tym artykule:
Jak zmieniają się ograniczenia organizmu?
Na początku organizm wykorzystuje energię zgromadzoną przed startem
Dlaczego uzupełnianie energii na bieżąco jest niemożliwe
W kolejnych godzinach coraz większego znaczenia nabiera utrzymanie homeostazy
Utrzymanie temperatury ciała wymaga coraz większego wysiłku
Długotrwały wysiłek zwiększa obciążenie narządów wewnętrznych
Jak zmieniają się ograniczenia organizmu?
Poniższe przedziały czasowe mają charakter orientacyjny i służą uporządkowaniu opisu, a zaprezentowane granice między nimi zależą od intensywności, warunków środowiskowych i stanu wytrenowania.
Na początku organizm wykorzystuje energię zgromadzoną przed startem
Pierwsze godziny wysiłku odpowiadają okresowi, w którym organizm opiera produkcję energii przede wszystkim na zasobach zgromadzonych jeszcze przed rozpoczęciem zawodów. Dominującym źródłem paliwa pozostają węglowodany magazynowane w postaci glikogenu w mięśniach szkieletowych i wątrobie, a głównym ograniczeniem staje się stopniowe wyczerpywanie tych zapasów.
Mięśnie szkieletowe zawierają od około 300 do 700 g glikogenu, w zależności od stopnia wytrenowania oraz ilości aktywnej tkanki mięśniowej. Dodatkowo około 100–120 g glikogenu magazynowane jest w wątrobie. W przeciwieństwie do mięśni narząd ten może uwalniać glukozę do krwiobiegu, pomagając utrzymać jej prawidłowe stężenie podczas wysiłku.
Znaczenie tych zapasów najlepiej obrazuje porównanie ich z ilością energii zgromadzonej w tkance tłuszczowej. Łączna energia dostępna w glikogenie odpowiada mniej niż 3000 kcal, podczas gdy osoba ważąca około 75 kg z 15-procentową zawartością tkanki tłuszczowej dysponuje zapasem przekraczającym 100 000 kcal.
Tak duża różnica nie oznacza jednak, że organizm może oprzeć długotrwały wysiłek wyłącznie na utlenianiu tłuszczów. Wraz ze wzrostem intensywności zwiększa się zapotrzebowanie na energię dostarczaną z glukozy i glikogenu, ponieważ węglowodany umożliwiają szybszą produkcję ATP niż kwasy tłuszczowe. Z tego powodu dostępność glikogenu pozostaje jednym z głównych czynników umożliwiających utrzymanie wysiłku o intensywności około 50–90% VO₂max przez okres przekraczający około 45 minut.
Nie oznacza to, że tłuszcze zaczynają być wykorzystywane dopiero po wyczerpaniu glikogenu. Oba substraty uczestniczą w produkcji energii od początku wysiłku, jednak ich udział stopniowo się zmienia. Wraz z kolejnymi godzinami rośnie znaczenie utleniania tłuszczów, co pozwala ograniczyć tempo zużywania ograniczonych zasobów węglowodanów.
Mechanizm ten ma jednak swoje granice. Mimo bardzo dużych zapasów energii zgromadzonych w tkance tłuszczowej organizm nie jest w stanie całkowicie zastąpić nimi węglowodanów bez obniżenia intensywności wysiłku. W miarę zmniejszania zapasów glikogenu coraz większego znaczenia nabiera więc energia dostarczana podczas zawodów.
Dlaczego uzupełnianie energii na bieżąco jest niemożliwe?
Wraz z postępującym zużyciem glikogenu organizm coraz większą część energii czerpie z tłuszczów, jednak utrzymanie intensywności wysiłku nadal wymaga regularnego dostarczania węglowodanów. Oznacza to, że w kolejnych godzinach zawodów kluczowe znaczenie przestaje mieć ilość energii zgromadzonej przed startem, a coraz większy wpływ na wydolność ma możliwość jej uzupełniania podczas wysiłku.
W praktyce nie pozwala to jednak na pełne pokrycie wydatku energetycznego. Badania prowadzone podczas zawodów ultra-wytrzymałościowych pokazują, że ujemny bilans energetyczny może osiągać około 7000 kcal na dobę. Tak duży deficyt obserwowano między innymi podczas dwudziestoczterogodzinnego pływania, sześciodniowych zawodów kolarskich oraz siedemnastodniowych biegów. Jego konsekwencją jest nie tylko stopniowe zmniejszanie ilości tkanki tłuszczowej, ale również utrata masy mięśniowej.
Mechanizm tego zjawiska szczegółowo przeanalizował zespół Caitlin Thurber w pracy opublikowanej w Science Advances. Autorzy zestawili pomiary całkowitego wydatku energetycznego z wydarzeń wytrzymałościowych trwających od kilkunastu godzin do ponad 250 dni, uzupełniając analizę o dane uczestników transkontynentalnego biegu pokonujących około 250 km tygodniowo przez 20 kolejnych tygodni.
Analiza wykazała, że maksymalny podtrzymywalny wydatek energetyczny stopniowo maleje wraz z czasem trwania wysiłku i stabilizuje się na poziomie poniżej trzykrotności podstawowej przemiany materii (BMR). Po zestawieniu tych wyników z badaniami dotyczącymi przekarmiania autorzy oszacowali, że długotrwała podaż energii z przewodu pokarmowego osiąga granicę około 2,5-krotności podstawowej przemiany materii. Powyżej tego poziomu organizm może nadal zwiększać wydatek energetyczny, jednak brakującą energię musi pokrywać z własnych zapasów.
Oznacza to, że nawet prawidłowo prowadzona strategia żywieniowa nie jest w stanie całkowicie zrównoważyć wydatku energetycznego podczas najdłuższych zawodów. Wraz z kolejnymi godzinami wysiłku narasta deficyt energetyczny, a organizm stopniowo ogranicza możliwość utrzymania dotychczasowej intensywności.
Jelito jako wąskie gardło
Aby węglowodany mogły zasilić pracujące mięśnie, muszą najpierw przebyć określoną drogę: opuścić żołądek, wchłonąć się w jelicie cienkim i przedostać do krwiobiegu. Układ pokarmowy ma jednak swoją określoną przepustowość, a każdy z tych etapów stanowi potencjalne wąskie gardło dla dostarczanej energii.
Kluczem do zrozumienia tego procesu jest sposób, w jaki cukry przechodzą z jelit do krwi. Organizm wykorzystuje do tego celu osobne transportery. Szlak przeznaczony dla glukozy potrafi przyswoić maksymalnie około 60 gramów tego cukru na godzinę. Dostarczenie większej ilości w samej postaci glukozy lub pochodnych jej związków nie przyniesie efektu, ponieważ transportery ulegają pełnemu wysyceniu, a nadmiar energii nie zostaje wykorzystany. Z kolei fruktoza wchłania się zupełnie innym torem transportowym. Wykorzystanie tego faktu ma bezpośrednie przełożenie na praktykę żywieniową. Jednoczesne podawanie glukozy i fruktozy pozwala uruchomić dwa niezależne szlaki naraz i omija ograniczenia pojedynczego transportera.
Z tych zależności wynikają jednoznaczne wytyczne dotyczące suplementacji podczas wysiłku. W przypadku aktywności trwającej do dwóch godzin optymalne jest spożycie do 60 gramów węglowodanów na godzinę. Przy dłuższych treningach lub startach warto zwiększyć tę dawkę nawet do 90 gramów na godzinę, pamiętając jednak, że warunkiem koniecznym jest zastosowanie mieszanki cukrów angażujących różne drogi transportu.
Warto przy tym pamiętać, że na sprawność całego procesu rzutuje także przepływ krwi. Podczas intensywnej pracy organizm przekierowuje strumień krwi z układu pokarmowego do mięśni oraz skóry, co ogranicza możliwości trawienne. To właśnie ten mechanizm stoi za problemami żołądkowo-jelitowymi, które dotykają od 30 do 50 procent sportowców. Zaleganie treści w żołądku wywołuje uczucie pełności, a niewchłonięte w jelitach cukry wiążą wodę, prowadząc do biegunek. Ryzyko wystąpienia tych dolegliwości wzrasta w wysokiej temperaturze i przy odwodnieniu, a także przy zbyt wysokim spożyciu tłuszczu, błonnika lub przyjmowaniu zbyt mocno stężonych roztworów węglowodanowych.
W kolejnych godzinach coraz większego znaczenia nabiera utrzymanie homeostazy
Po przekroczeniu kilkunastu godzin wysiłku organizm musi jednocześnie utrzymywać produkcję energii, kontrolować temperaturę ciała oraz zachować równowagę wodno-elektrolitową. Procesy te są ze sobą ściśle powiązane, dlatego zaburzenie jednego z nich stopniowo wpływa również na pozostałe.
Jednym z najważniejszych wyzwań staje się utrzymanie odpowiedniego nawodnienia. Każdy litr potu oznacza utratę nie tylko wody, ale również elektrolitów, przede wszystkim sodu. W zależności od intensywności wysiłku oraz warunków środowiskowych utrata płynów może sięgać nawet 2 litrów na godzinę.
Zmniejszenie objętości osocza utrudnia utrzymanie odpowiedniego przepływu krwi. Serce musi wykonać większą pracę, aby zapewnić transport tlenu do mięśni i jednocześnie odprowadzać ciepło przez skórę. Wraz z postępującym odwodnieniem pogarsza się również ukrwienie przewodu pokarmowego, co dodatkowo ogranicza możliwość przyjmowania i wchłaniania składników odżywczych.
Jednocześnie nadmierna podaż płynów również może prowadzić do powikłań. Jeżeli ilość wypijanej wody przewyższa jej utratę, wzrasta ryzyko hiponatremii wysiłkowej. Badanie przeprowadzone podczas 26,4-kilometrowego przepływu Jeziora Zuryskiego wykazało hiponatremię u 8% mężczyzn oraz 36% kobiet, a u jednej zawodniczki rozwinęła się objawowa postać zaburzenia przy stężeniu sodu wynoszącym 127 mmol/l.
Z tego względu celem strategii nawodnienia nie jest maksymalizacja ilości przyjmowanych płynów, lecz utrzymanie równowagi pomiędzy ich utratą i uzupełnianiem. Aktualne zalecenia wskazują, że napoje stosowane podczas zawodów powinny zawierać 10–25 mmol sodu, a podaż płynów zwykle mieścić się w zakresie 300–600 ml na godzinę, z uwzględnieniem indywidualnych strat potu.
Utrzymanie temperatury ciała wymaga coraz większego wysiłku
Wraz z wydłużaniem wysiłku rośnie również znaczenie termoregulacji. Tylko niewielka część energii chemicznej wykorzystywana jest do wykonania pracy mechanicznej, natomiast większość uwalniana jest w postaci ciepła, które organizm musi skutecznie odprowadzać.
W wysokiej temperaturze zwiększa się przepływ krwi przez skórę, co poprawia oddawanie ciepła, ale jednocześnie zmniejsza ilość krwi dostępnej dla pracujących mięśni i przewodu pokarmowego. W efekcie pogarsza się zarówno zdolność do utrzymania intensywności wysiłku, jak i możliwość dostarczania energii podczas zawodów.
Odmienna sytuacja występuje podczas wysiłku w zimnym środowisku. Zwężenie naczyń krwionośnych ogranicza utratę ciepła, jednak zwiększa koszt energetyczny utrzymania temperatury wewnętrznej.
Szczególnym przypadkiem są zawody rozgrywane w wodzie. Woda przewodzi ciepło około 25 razy skuteczniej niż powietrze, dlatego organizm wychładza się w zimnej wodzie od dwóch do pięciu razy szybciej niż w powietrzu o tej samej temperaturze. Oznacza to, że nawet przy umiarkowanej temperaturze otoczenia utrzymanie prawidłowej temperatury ciała może stać się istotnym ograniczeniem długotrwałego wysiłku.
Długotrwały wysiłek zwiększa obciążenie narządów wewnętrznych
W miarę upływu czasu rośnie obciążenie narządów odpowiedzialnych za utrzymanie równowagi wewnętrznej. Ważnym przykładem są nerki, które regulują gospodarkę wodno-elektrolitową oraz usuwają produkty przemiany materii.
Podczas odwodnienia przepływ krwi przez nerki ulega zmniejszeniu, co pomaga ograniczyć utratę wody, ale jednocześnie zwiększa obciążenie tego narządu. Badania przeprowadzone podczas wieloetapowych ultramaratonów pokazują, że częstość ostrego uszkodzenia nerek może być bardzo zróżnicowana.
W sześciodniowych zawodach na dystansie 250 km odnotowano je u 63–78% uczestników, natomiast w badaniu obejmującym zawodników kończących bieg na dystansie 120 km, którzy nie stosowali niesteroidowych leków przeciwzapalnych, częstość ostrego uszkodzenia nerek wyniosła od 0 do 12,5%, w zależności od zastosowanej metody oceny filtracji kłębuszkowej.
Na ryzyko uszkodzenia nerek wpływa również stosowanie niesteroidowych leków przeciwzapalnych. W randomizowanym badaniu przeprowadzonym podczas biegów na dystansie 80 km ostre uszkodzenie nerek wystąpiło u 52% osób przyjmujących ibuprofen oraz u 34% uczestników otrzymujących placebo, przy liczbie koniecznej do zaszkodzenia wynoszącej 5,5. Autorzy zwrócili jednocześnie uwagę, że mimo potencjalnego ryzyka leki z tej grupy stosuje nawet 60% uczestników ultramaratonów.
Dlaczego organizm stopniowo zwalnia?
Nie istnieje jeden moment, w którym mięśnie przestają pracować. Spadek tempa jest konsekwencją nakładających się procesów. Najpierw zmniejszają się zapasy glikogenu, następnie organizm napotyka granicę wyznaczoną przez przepustowość transporterów jelitowych, a w kolejnych godzinach rośnie znaczenie gospodarki wodno-elektrolitowej i kontroli temperatury (wraz z nimi obciążenie układu krążenia i nerek).
Mechanizmy te wzajemnie się wzmacniają. Odwodnienie utrudnia termoregulację. Wzrost temperatury zwiększa obciążenie serca. Ograniczony przepływ krwi przez przewód pokarmowy zmniejsza możliwość dostarczania energii, a narastający deficyt energetyczny pogłębia zmęczenie.
Zwolnienie nie musi jednak oznaczać, że mięśnie utraciły zdolność do pracy. Dane z wyścigu transkontynentalnego wskazują, że człowiek potrafi częściowo obniżyć całkowity wydatek energetyczny podczas długich wydarzeń, wydłużając w ten sposób czas, przez który jest w stanie kontynuować wysiłek.
Spadek tempa bywa więc nie tyle awarią, ile dostosowaniem wydatku do tego, co organizm jest w stanie realnie dostarczyć.
Najważniejsze informacje
01
Zapasy węglowodanów w organizmie odpowiadają energii poniżej 3000 kcal, podczas gdy zapasy tłuszczu u osoby ważącej 75 kg z 15-procentową zawartością tkanki tłuszczowej przekraczają 100 000 kcal.
02
Deficyt energetyczny w zawodach ultra-wytrzymałościowych może sięgać około 7000 kcal na dobę.
03
Maksymalny podtrzymywalny wydatek energetyczny maleje wraz z czasem trwania wysiłku i stabilizuje się poniżej trzykrotności podstawowej przemiany materii.
04
Wchłanianie węglowodanów ogranicza przepustowość transporterów jelitowych. Przy podaży samej glukozy utlenianie osiąga plateau na poziomie około 60 g na godzinę.
05
Dolegliwości żołądkowo-jelitowe dotyczą regularnie 30–50% sportowców.
Podsumowanie
Podczas wielogodzinnego wysiłku organizm nie osiąga jednej granicy wydolności. Wraz z upływem czasu zmienia się przede wszystkim mechanizm, który staje się głównym czynnikiem ograniczającym możliwość dalszej pracy.
W pierwszych godzinach największe znaczenie ma dostępność glikogenu zgromadzonego przed startem. Następnie organizm coraz bardziej zależy od energii dostarczanej podczas zawodów, jednak jej wykorzystanie ograniczają możliwości przewodu pokarmowego. W kolejnych godzinach coraz większy wpływ na wydolność mają utrzymanie równowagi wodno-elektrolitowej, kontrola temperatury ciała oraz obciążenie narządów odpowiedzialnych za zachowanie homeostazy.
Zrozumienie tych zmian ma znaczenie praktyczne dla przygotowania do zawodów ultra. Trening wytrzymałościowy stanowi jedynie jeden z elementów przygotowania. Równie istotne są strategia żywieniowa sprawdzona podczas treningów, odpowiednio zaplanowane nawodnienie oraz uwzględnienie ograniczeń fizjologicznych, które pojawiają się wraz z kolejnymi godzinami wysiłku.
ŹRÓDŁA
Burke, L.M., van Loon, L.J.C., Hawley, J.A. (2017). Postexercise muscle glycogen resynthesis in humans. Journal of Applied Physiology, 122(5), 1055–1067. DOI: 10.1152/japplphysiol.00860.2016
Gonzalez, J.T., Fuchs, C.J., Betts, J.A., van Loon, L.J.C. (2016). Liver glycogen metabolism during and after prolonged endurance-type exercise. American Journal of Physiology — Endocrinology and Metabolism, 311(3), E543–E553. DOI: 10.1152/ajpendo.00232.2016
Jeukendrup, A.E. (2017). Training the Gut for Athletes. Sports Medicine, 47(Suppl. 1), 101–110. DOI: 10.1007/s40279-017-0690-6 — wersja równoległa: Sports Science Exchange, 30(178), 1–5.
Lipman, G.S., Krabak, B.J., Waite, B.L. i wsp. (2015). Incidence and Prevalence of Acute Kidney Injury During Multistage Ultramarathons. Clinical Journal of Sport Medicine. PMID: 26513390
Lipman, G.S., Shea, K., Christensen, M. i wsp. (2017). Ibuprofen versus placebo effect on acute kidney injury in ultramarathons: a randomised controlled trial. British Journal of Sports Medicine. PMID: 28679502
Nikolaidis, P.T., Veniamakis, E., Rosemann, T., Knechtle, B. (2018). Nutrition in Ultra-Endurance: State of the Art. Nutrients, 10(12), 1995. DOI: 10.3390/nu10121995
Poussel, M., Touzé, C., Allado, E. i wsp. (2019). Ultramarathon and Renal Function: Does Exercise-Induced Acute Kidney Injury Really Exist in Common Conditions? Frontiers in Sports and Active Living, 1, 71. DOI: 10.3389/fspor.2019.00071
Thurber, C., Dugas, L.R., Ocobock, C., Carlson, B., Speakman, J.R., Pontzer, H. (2019). Extreme events reveal an alimentary limit on sustained maximal human energy expenditure. Science Advances, 5(6), eaaw0341. DOI: 10.1126/sciadv.aaw0341
Wagner, S., Knechtle, B., Knechtle, P., Rüst, C.A., Rosemann, T. (2012). Higher prevalence of exercise-associated hyponatremia in female than in male open-water ultra-endurance swimmers: the 'Marathon-Swim’ in Lake Zurich. European Journal of Applied Physiology, 112(3), 1095–1106. DOI: 10.1007/s00421-011-2070-5
Zhang, Y. i wsp. (2025). Physiology and enabling technologies for quantitative assessment of survivability during cold water immersion and rewarming: a review. Progress in Biomedical Engineering. DOI: 10.1088/2516-1091/ae0c4b
