Žmonių fiziologiniai skirtumai arba kodėl Lietuva neturės savojo Eliudo Kipchoge (Konkursinis straipsnis)

Palyginus su Kipchoge,  Lietuvos bėgikas  Česlovas Kundrotas 1997 m. Frankfurto kasmetiniame maratone pasiekė nacionalinį rekordą – 2:12:35 val.

Visgi pasaulyje egzistuoja sunkiai paaiškinamas bėgikų iš Kenijos ir Etiopijos fenomenas (pav. Nr. 1), kas skatina mokslininkus aiškintis priežastis, lemiančias bėgikų dominavimą ilgų ir vidutinių distancijų rungtyse.

Tyrimais bandoma atsakyti į egzistencinį klausimą: kokios yra žmogaus galimybių ribos. Apskritai, kodėl retas eilinis žmogus įveiktų 1 km greičiau nei per 3 minutes, kokie fiziologiniai skirtumai vyrauja tarp bėgikų ir likusiųjų, kas lemia sėkmę bėgime ar kas slypi po aikčioti verčiančia bėgikų ištvermės paslaptimi. Atsakant į šiuos klausimus remiamasi daugybe faktorių, darančių įtaką bėgiko pasirodymui, tačiau iš jų išskiriami keletas esminių [12].

Vienas iš veiksnių yra organizmo maksimalus deguonies įsisavinimas (VO2max) – tai didžiausias deguonies kiekis, kurį individas gali sunaudoti atlikdamas aerobinę veiklą. Dažniausiai dydis išreiškiamas, kaip per minutę vienam kūno kilogramui tenkantis deguonies kiekis mililitrais. Pamažu didinant darbo intensyvumą, didėja ir deguonies suvartojimas raumenyse, tačiau fizinio krūvio metu pasiekiama tokia riba, kai deguonies suvartojimas jau nebegali toliau didėti ir ląstelė turi pradėti vykdyti anaerobinį kvėpavimą (kvėpavimą be deguonies) energijai atpalaiduoti, nors darbo intensyvumas nemažėja. Nepaisant keleto tyrimuose išsiaiškintų išimčių, kai VO2max iš dalies koreliuoja su geriausiais rezultatais ir sąlyginai mažą bėgikų deguonies pasisavinimą kompensuodavo kiti faktoriai, elitiniais bėgikams  tarp 80 ir 85 ml/kg/min esantis VO2max  garantuodavo pergalę ilgų distancijų bėgimuose.

Palyginti, vidutinis sveiko vyro didžiausias deguonies įsisavinimas perpus mažesnis – 35-40 ml/kg/min [7, 8].

Kitas fiziologinis skirtumas tarp ilgų distancijų bėgikų ir eilinio žmogaus yra organizmo ekonomiškumas. Automobilio ekonomiškumą apibūdina tai, kokį atstumą jis sugeba nuvažiuoti sunaudodamas konkretų kiekį kuro. Panašiai apibūdinamas bėgiko ekonomiškumas - tai deguonies kaštai, reikalingi energijai atpalaiduoti, bėgant konkrečiu greičiu.

Atlikti tyrimai atskleidė, jog bėgimo ekonomiškumą lemia daugybė faktorių (pav. Nr. 2). Visgi universalaus modelio, tinkančio vienodai apibūdinti visų bėgikų efektyvumą nėra, tačiau atrodo, jog bėgikai, su antropometriniais duomenimis kaip  trumpesnės kojos, tam tikra masės centro padėtis bėgant, mažesnis kūno masės indeksas ir savitas Achilo sausgyslių judėjimas, linkę bėgti ekonomiškiau [4, 7, 11].

Dar vienas iš faktorių, darančių įtaką žmogaus ištvermingumui, yra laktato slenkstis. Tai riba, kai piruvatas – tarpinis kvėpavimo produktas – yra gaminamas greičiau negu gali būti panaudotas mitochondrijose vykstančiam ląsteliniam kvėpavimui.

Aerobiniame kvėpavime nesunaudotos piruvato molekulės skyla į laktato (pieno) rūgštį ir teigiamus vandenilio jonus. Besitęsianti fizinė veikla virš laktato slenksčio lemia vandenilio jonų kaupimąsi – acidozę (pH sumažėjimą raumeninėje skaiduloje), todėl jaučiamas nuovargis ir skausmas raumenyse. Besikaupiantis laktatas ir vandenilio jonai deaktyvuoja fermentus, skirtus energijos gamybai, veikia kalcio apytaką, sumažindami raumenų gebėjimą susitraukti.

Dėl šių priežasčių išlaikyti bėgimo tempą didesnį nei laktato slenkstis ilgiau nei 30 min. praktiškai neįmanoma. Tai svarbiausias parametras, nulemiantis maratono tempą. Neįmanoma nubėgti maratono didesniu tempu nei laktato slenksčio tempas, o geri bėgikai sugeba prabėgti maratoną maždaug 2-3 % lėčiau laktato slenksčio ribos. Šis faktorius artimai koreliuoja su dar vienu veiksniu, darančiu įtaką organizmo ištvermingumui [1, 9].

Raumeninių skaidulų tipo vyravimas lemia daugybę parametrų, susijusių su organizmo patvara atlaikyti krūvį (pav. Nr. 3). I tipo raumeninės skaidulos (raumeninės ląstelės) dominuoja ištvermės sporto atletų organizmuose. Jose gausu mioglobino, mitochondrijų, todėl ląstelės atsparios nuovargiui ir geba lėtai susitraukinėti, pagamindamos didelį kiekį ATP, tačiau nepasižymi jėga, lyginant su kitais skaidulų tipais.

Karolinskos (Švedija) laboratorijose buvo tiriami Kenijos ir Švedijos atstovai. Jei raumenų skaidulų pasiskirstymo skirtumų nepastebėta, tai šlaunų raumens biopsijos atskleidė, jog keniečiai turėjo daugiau kapiliarų, pernešančių kraują į raumeninį audinį, ir mitochondrijų, atsakingų už ATP – universalaus visų ląstelių energijos šaltinio, gamybą.

Tačiau atliekant tyrimus su netreniruotais žmonėmis ir elitiniais bėgikais išsiaiškinta, jog pastarieji I tipo skaidulų turėjo apie 30% daugiau (pav. Nr. 4). Tyrimu atskleista, jog treniruotės skirtos ištvermei turėjo reikšmingą įtaką kapiliarizacijai, oksidacinių raumenų fermentų pagausėjimui, todėl tai treniravimosi, o ne paveldėjimo rezultatas [2, 10].

Vis dėlto, vertėtų pažvelgti daug plačiau, ne vien tik į įmantriai skambančius terminus, norint suprasti, kodėl egzistuoja rytų Afrikos, ypač keniečių, fenomenas ilgų ir vidutinių distancijų bėgimo rungtyse. Pirma, ekonominė-socialinė padėtis lemia, jog Afrikos šalių kaimo vietovėse vaikai yra labai fiziškai aktyvūs, palyginus su išsivysčiusiomis šalimis. Šaltiniai teigia, jog dalis elitinių bėgikų nuo mažens (7-8-erių metų) kasdien vidutiniškai įveikdavo po 8-12 km pėsčiomis arba bėgdami, o bręstant kilometražas išaugdavo net iki 90 km per savaitę.

Kitas svarbus faktorius yra palankios aplinkos sąlygos. Tyrimų duomenimis, nuolatinis buvimas konkrečiame aukštyje virš jūros lygio lemia svarias hematologines adaptacijas: didesnę hemoglobino koncentraciją, efektyvesnę saturaciją (kraujo prisotinimas CO₂), kurios prisideda prie geresnių rezultatų. Visgi tai ne vienintelis svarbus veiksnys, nes tokios šalys kaip Meksika, Peru ar Nepalas taip pat būtų gausios elitinių bėgimo atletų.

Be to, Kenijos bėgimo sėkmės istorija susijusi su mityba. Lyginant elitinių Kenijos bėgikų suvartojamą vidutinį kilokalorijų kiekį per dieną, pastebėta, jog dauguma turėjo nežymiai neigiamą kilokalorijų balansą, kas lėmė 0,6 kg kūno masės sumažėjimą vien tik per 7 dienas trukusį tyrimą. Žemas kilokalorijų suvartojimas sąlygoja mažesnę kūno masę ir kūno masės indeksą, kurie daro įtaką bėgimo ekonomiškumui.

Be galo įdomu tai jog, pavyzdžiui, kenietė Margaret Okeyo 2004 metų Londono maratoną laimėjo sverdama viso labo 39 kg. Galiausiai vis dėlto patys savaime genetiniai tyrimai negali paaiškinti rytų Afrikos bėgikų dominavimo: duomenys atskleidžia, jog labiausiai tyrinėti ir su aerobiniu ištvermingumu susiję genai (ACE ir ACTN3) būdingi ir kitų pasaulio dalių gyventojų genotipams ir įgyti fenotipiniai (išoriniai) pokyčiai turi didesnę įtaką sėkmei [3, 5, 6].

Taigi fizinis aktyvumas lemia organizmo adaptacijas, dėl kurių kiekvienas individas yra skirtingas. Ilgų ir vidutinių distancijų bėgikai išsiskiria savo maksimaliu deguonies įsisavinimu, laktato slenksčiu, ekonomiškumu, raumeninių skaidulų pasiskirstymu bei dar begale kitų aspektų. Tačiau viskas galiausiai susiveda į tai, kad kaip Harvardo universiteto absolventas, žurnalistas Christopher McDougall teigė: „Mes gimę bėgti.“ Tegul mokslininkai toliau bando paaiškinti fenomenus, o žmogus užsiima bet kokia fizine veikla, gerinančia savijautą, ilginančia gyvenimo trukmę, lemiančia teigiamus pokyčius smegenyse ir suteikiančia gyvenimui džiaugsmo.

Jonas Jurgaitis

Informacijos šaltiniai:

1. Wikipedia. Lactate threshold [interaktyvus]. [žiūrėta 2018-11-10]. <https://en.wikipedia.org/wiki/Lactate_threshold#Measuring_lactate_threshold%3E>
2. Muscle fibre types. [interaktyvus]. [žiūrėta 2018-12-09].  <https://www.teachpe.com/anatomy/fibre_types.php>
3. Equine and Comparative Exercise Physiology. The dominance of Kenyans in distance running. [interaktyvus]. [žiūrėta 2018-11-09].  <https://pdfs.semanticscholar.org/9b58/9a401e65cb8bbd1f3cacb633eac2d9fad7cc.pdf>
4. Running Technique is an Important Component of Running Economy and Performace. [interaktyvus]. [žiūrėta 2018-11-15].   <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28263283>
5. Genetic aspects of athletic performance: the African runners phenomenom. [interaktyvus]. [žiūrėta 2018-11-09].  <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4037248/>
6. The science behind improving your running performance. [interaktyvus]. [žiūrėta 2018-11-09] <https://www.timeoutdoors.com/expert-advice/running/training/the-science-behind-improving-your-running-performa>
7. The Kenyan runners. [interaktyvus]. [žiūrėta 2018-12-05] <https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1111/sms.12573>
8. Juratė Klikaitė, Studenčių kūno sudėties, aerobinės ištvermės ir darbinės atminties sąsajos. Vilnius, 2017.
9. Maratono teorija (3). fizioligija. [interaktyvus]. [žiūrėta 2018-11-09] <http://noriubegti.blogspot.com/2012/02/maratono-teorija-3-fiziologija.html>
10. Wikipedia. Griaučių raumenys [interaktyvus]. [žiūrėta 2018-11-09] <https://lt.wikipedia.org/wiki/Griau%C4%8Di%C5%B3_raumenys#Priklausomyb%C4%97_%E2%80%9Eraumens_j%C4%97ga_-_ilgis%E2%80%9D>
11. Running economy: measurement, norms, and determining factors. [interaktyvus]. [žiūrėta 2018-11-09] <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4555089/>
12. Modelling: optimal marathon performance on the basis of physiological factors. [interaktyvus]. [žiūrėta 2018-11-02].  https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/2022559