زیست-شیمی ورزش

حتی توانایی ورزیده‌ترین ورزشکاران بر اثر خستگی محدود می‌شود. اما خستگی، آن‌چنان که زیست شیمی‌دان‌ها دریافته‌اند انواع مختلفی دارد. خستگی بیش از یک نوع است و صرفاً به کمبود انرژی بستگی ندارد. احتمالاً پنج علت سوخت و سازی سبب خستگی ورزشکاران می‌شود که سه عامل به عضله و دو عامل به مغز مربوط است. علت خستگی در دوی سرعت، اتمام منبع انرژی کوتاه مدت در هر تار ماهیچه است که فسفوکراتین نام دارد. دوندگان دوی سرعت باید بر میزان ذخیره‌ی فسفوکراتین توده‌ی عضلانی خود بیفزایند، و این کار را احتمالاً می‌توان از راه تمرین با وزنه انجام داد.
یک دونده‌ی دوی ماراتون بعد از طی چهل و دو کیلومتر در مدت شاید کم‌تر از دو و نیم ساعت کاملاً خسته می‌شود؛ در مورد دونده‌ی دوی سرعت نیز بعد از طی چهارصد متر در مدت چهل و پنج ثانیه وضع به همین منوال است. هر دو ورزشکار ممکن است ادعا کنند که «انرژی‌شان تمام شده» است، اما این طور نیست، زیرا قلب‌شان هنوز می‌زند، و ماهیچه‌های تنفسی و مغزشان هنوز کار می‌کند، و همه‌ی این فعالیت‌ها به انرژی نیاز دارند. اگر هر یک از این اعضا از کار باز ایستند، ورزشکار می‌میرد. علاوه بر این، اگر دونده‌ی دوی سرعت احتمالاً بتواند پس از یک ساعت دوباره بدود، دونده‌ی ماراتون برای این که بتواند دوباره مسافت دوی ماراتون را بدود به چند روز استراحت احتیاج دارد. این مشاهدات ساده نشان می‌دهند که خستگی بیش از یک نوع است و صرفاً به کمبود انرژی بستگی ندارد. پژوهش‌های زیست شیمی درباره‌ی خستگی دونده‌ها واقعیات جدید جالبی را ارائه داده است.
خستگی از لحاظ فیزیولوژی، ناتوانی در حفظ بازده نیرو است، و ورزشکار چاره‌ای جز کند کردن حرکت ندارد. ورزشکاران مجرب نخست مسافت مسابقه را برآورد می‌کنند تا قبل از این که خستگی توانایی آنها را محدود کند به آخر خط برسند. آموزش و تمرین، محدودیت‌ها را کم‌تر می‌کند، اما هرگز آن‌ها را کاملاً از بین نمی‌برد. برای ورزشکاران، خستگی ممکن است چون عاملی بازدارنده و مخل به نظر آید، اما در حقیقت مکانیسمی است برای حفظ تندرستی. خستگی از تغییرات وخیم در سوخت و ساز بدن که احتمالاً موجب آسیب‌های جبران ناپذیر عضلات و حتی سایر اعضا مانند مغز می‌شوند جلوگیری می‌کند.
حال چه چیز باعث خستگی می‌شود؟ با نگاهی به مولکول‌های عضلات منقبض شونده، پژوهشگران چند نظریه ارائه داده‌اند. ولی این نظریه‌ها چنان مبهم و پیچیده هستند که احتمالاً به کار ورزشکار نمی‌آیند. از لحاظ زیست شیمی، می‌توان پرسید علل سوخت و سازی خستگی که با ذخیره‌ی مواد انرژی‌زا یا اندوخته‌ی اکسیژن ارتباط دارند چیستند. ورزشکاران به نقش چنین عواملی در ایجاد خستگی علاقه‌ی ویژه‌ای نشان می‌دهند، زیرا ممکن است بتوانند صرفاً با تغییر رژیم غذایی‌شان آن‌ها را تغییر دهند.
احتمالاً پنج علت سوخت و سازی عمده در بدن ورزشکاران باعث خستگی می‌شود. سه تای اول مستقیماً به عضله مربوط می‌شوند که عبارتند از: از دست دادن فسفوکراتین (ذخیره‌ی انرژی کوتاه مدت)؛ انباشتگی اسید لاکتیک (ماده‌ی زاید حاصل از سوخت و ساز)، و پایان یافتن ذخیره‌ی گلیکوژن (سوخت مهمی که برای تولید انرژی بیش‌تر به کار می‌رود). دو عامل دیگر خستگی به مغز مربوط می‌شوند: کاستی گلوکز در خون، و تغییر غلظت اسیدهای آمینه‌ی مختلف در گردش خون. احتمال دارد مغز بتواند دگرگونی مواد طبیعی موجود در خون را تشخیص دهد و بر اساس آن بر حساسیت دونده نسبت به خستگی بیفزاید – یعنی دونده را از ادامه‌ی تلاش بازدارد.
به هر حال نخست باید ببینیم ورزشکار انرژی ضروری را چگونه به دست می‌آورد. انرژی برای واحدهای منقبض شونده‌ی عضله (تارچه‌ی ماهیچه‌ای) از تجزیه‌ی آدنوزین تری فسفات (ATP) به آدنوزین دی فسفات (ADP) و فسفات به وجود می‌آید. اما مقدار ATP در عضله بسیار محدود است، و انرژی یک دونده‌ی دوی سرعت را فقط به مدت دو ثانیه‌ی اول تأمین می‌کند. برای این که دونده بتواند به دویدن ادامه دهد، عضلات باید با اکسایش (اکسیده کردن) مواد انرژی‌زا دوباره از ADP و فسفات، ATP تولید کنند. به این ترتیب، ATP در طی واکنش‌های انرژی‌زا تولید می‌شود و در فرایندهای انرژی‌خواه مصرف می‌گردد. این فرایند، چرخه‌ی ADP/ATP را به وجود می‌آورد. بسیاری از زیست شیمی‌دانان به جزئیات چگونگی مصرف ATP در عضله و تولید آن در اندام‌واره‌های ویژه در یاخته (میتوکندری‌ها) علاقه نشان می‌دهند. اما این مواد انرژی‌زا هستند که سوخت و سازشان برای تولید ATP انرژی فراهم می‌کند. و هم این مواد هستند که برای ورزشکارانی که دید علمی دارند مهم‌اند.
این موضوع ظاهراً ساده است، زیرا بدن صرفاً دو ذخیره‌ی عمده از مواد انرژی‌زا دارد: کربوهیدرات و چربی – یا به بیان دقیق‌تر گلیکوژن و تری گلیسیرید. گلیکوژن از پیوستگی هزاران واحد گلوکز تشکیل شده است که مولکولی درخت مانند و غول پیکر می‌سازند. این ساختار ممکن است به سرعت تجزیه شود و از انتهای شاخه‌هایش تعدا زیادی مولکول گلوکز آزاد گردد. قسمت عمده‌ی گلیکوژن بدن در عضلات ذخیره می‌شود؛ عضلات فرد بزرگ سال روی هم در حدود سی‌صد و پنجاه گرم گلیکوژن دارد. این ماده‌ی سوختی در تمام مسابقات دو برای تولید انرژی به کار گرفته می‌شود و از این رو برای ورزشکار مهم‌ترین ماده‌ی انرژی‌زاست. صد گرم گلیکوژن نیز در کبد ذخیره می‌شود که به طور عمده برای تأمین گلوکز و حفظ ثبات میزان قند خون مثلاً در فاصله‌ی بین غذاها به کار می‌رود. برخی از بافت‌ها به گلوکز احتیاج دارند. مهم‌تر از همه‌ی این‌ها بافت مغز است که درحدود پنج گرم در ساعت گلوکز مصرف می‌کند. در طی شب که فرد غذا نمی‌خورد، این ماده از گلیکوژن ذخیره شده در کبد تهیه می‌شود، و اگر فرد صبحانه نخورد بدنش باز از همین منبع برای تأمین گلوکز استفاده می‌کند. عضلات نیز مقداری از گلوکزی را که از گلیکوژن کبد آزاد می‌شود مصرف می‌کنند. این راه تولید انرژی به ویژه در دوی ماراتون و فَراماراتون مهم است. این بدین مفهوم است که دونده‌های مسافت‌های طولانی ممکن است ذخیره‌ی اصلی گلوکز بدنشان را کاملاً مصرف کنند به نحوی که مغز دست‌خوش کمبود گلوکز شود و کار آن مختل گردد و چنان که بعد به آن خواهیم پرداخت خستگی به بار آید.
ماده‌ی سوختی دیگر، تری گلیسیرید، به شکل قطره‌ای در یاخته‌های چربی ذخیره می‌شود، به طوری که هر قطره گلیسیرید تقریباً تمام یاخته را اشغال می‌کند. بدن فرد بزرگ سال ممکن است صد هزار میلیون عدد از این یاخته‌ داشته باشد که مانند خوشه‌ای در گرد یک‌دیگر قرار می‌گیرند. نسبت به گلیکوژن، مقدار تری گلیسیرید ذخیره شده بسیار بیش‌تر است: به طور متوسط، یک مرد هفتاد کیلوگرمی در حدود هشت کیلوگرم تری گلیسیرید دارد، و یک زن شصت کیلوگرمی تقریباً دو برابر آن مقدار گلیسیرید در بدنش ذخیره می‌شود. برای این که تری گلیسیرید توسط عضله مصرف شود، باید در یاخته‌های چربی به اسیدهای چرب تجزیه شود. سپس اسیدهای چرب در خون رها می‌شوند و به آلبومین موجود در خون می‌پیوندند و به همین شکل به عضله می‌رسند. این شیوه‌ی انتقال کند، برای ورزشکار محدودیتی شدید به بار می‌آورد. با وجود این، چربی برای دونده‌ی ماراتون و به ویژه فوق ماراتون منبع انرژی مهمی است. اما چون بدن چربی را به کندی به انرژی تبدیل می‌کند استفاده از این منبع انرژی‌زا برای مسابقه‌ی دو، مثلاً در فاصله‌ی حدود هشتاد کیلومتر، با همان سرعتی که مثلاً فاصله‌ی مرسوم ماراتون پیموده می‌شود ممکن نیست.
پس دونده دارای دو ذخیره‌ی سوختی است. منبع کوچک‌تر که حاوی گلیکوژن است به سرعت به جریان می‌افتد و مصرف می‌شود، و منبع بسیار بزرگ‌تر که حاوی چربی است به کندی مصرف می‌گردد. سؤال مهم برای ورزشکار این است که این منابع انرژی‌زا تا چه حد توانایی فرد را محدود می‌کنند و آیا محدودیت‌ها را می‌توان با جیره‌ی غذایی و تمرین برطرف کرد یا نه. با نگاهی به رکوردهای جهانی دو سرعت می‌بینیم که در این مسابقات خستگی خیلی زود دست می‌دهد – حتی برای قهرمانان المپیک. این خستگی احتمالاً به علت اتمام منبع انرژی کوتاه مدت در هر تار ماهیچه‌ای است که فسفوکراتین نام دارد. خستگی حتی در طی یک مسابقه‌ی کم مسافت یعنی دویست متر نیز روی می‌دهد و اثرهای آن را در یک مسابقه‌ی صدمتری هم می‌توان مشاهده کرد. نمی‌توان صرفاً با دو برابر کردن بهترین رکورد مسابقه‌ی دوی صد متر، بهترین رکورد مسابقه‌ی دوی دویست متر را پیش بینی کرد، زیرا در طی صد متر نخست یک مرحله‌ی شتاب وجود دارد که در صد متر دوم وجود ندارد. برای محاسبه‌ی بهترین رکورد دوی دویست متر باید بهترین رکورد یک دوی صد متر امدادی را به رکورد دوی صد متر اضافه کنیم. برای مثال، 91ر8 ثانیه‌ای را که کارل لوئیز در بازی‌های المپیک 1984 در طی دوی امدادی دوید (که تقریباً فاقد مرحله‌ی شتاب است) اگر به رکورد جهانی بن جانسون بیافزاییم، زمان قابل پیش بینی 84ر18 ثانیه به دست می‌آید که تقریباً یک ثانیه‌ی تمام کم‌تر از رکورد جهانی دوی دویست متر در 1988 است. این خستگی به کاهش شدید توانایی منجر نمی‌شود، بلکه فقط درحدود ده درصد بازده نیرو را کاهش می‌دهد. اما همین مقدار کافی است که دونده‌ای را که توانایی برنده شدن دارد در مسابقه‌ی دویست متر نفر آخر کند.
ولی ما از کجا می‌دانیم که این خستگی ناشی از اتمام ماده‌ی سوختی فسفوکراتین است؟ گفته‌ی ما متکی بر شواهدی است که از آزمایش‌های آزمایشگاه اریک هولتمن در استکهلم به دست می‌آید. او نشان داد که هنگامی که عضلات داوطلبان را با برق تحریک کنند (برای اجتناب از خستگی مرکزی) بازده نیروی عضلات خیلی سریع کاهش می‌یابد، و این خستگی با کاهش یافتن فسفوکراتین بیش‌تر می‌شود. او اظهار داشت که بازده نیروی عضلانی هنگامی به حداکثر می‌رسد که برای تولید ATP از تجزیه‌ی گلیکوژن در شرایط بدون اکسیژن و فسفوکراتین هر دو استفاده شود. مقصود این است که دوندگان دو سرعت باید بر میزان ذخیره‌ی فسفوکراتین توده‌ی عضلانی خود بیافزایند و این کار را احتمالاً می‌توان از راه تمرین با وزنه به انجام رساند. از سوی دیگر باید در دوی سرعت سعی کرد که هر چه زودتر تجزیه‌ی گلیکوژن را به اوج رساند تا از فسفوکراتین کم‌تری استفاده شود و تأثیر «نیروی اضافه»ی آن به مدت بیش‌تری حفظ شود. تنش عصبی شدید قبل از مسابقه احتمالاً خود مایه‌ی آن «نیروی اضافه» به هنگام شروع می‌شود. فسفوکراتین احتمالاً در زمان رسیدن به آخر مسیر و به هنگام آخرین تلاش در مسابقات طولانی‌تر، بیش از هشت صد متر، مهم است.
تجمع لاکتیک اسید در عضله را اغلب اوقات عامل خستگی می‌دانند، و درواقع برای سوخت و ساز بدون اکسیژن محدودیتی مهم است، که درهنگام فقدان اکسیژن روی می‌دهد. لاکتیک اسید را به این خاطر لاکتیک (=شیری) نام‌گذاری کرده‌اند که با اثر باکتری‌ها بر قند شیر که به لاکتوز معروف است تشکیل می‌شود، و مزه‌ی شیرِ ترش شده از آن است. وجود لاکتیک اسید در عضلات باعث بروز مشکلاتی می‌شود، زیرا اسید است، یعنی این که تجزیه می‌شود و پروتون و لاکتات تولید می‌کند. وقتی مفسر ورزشی در انتهای مسابقه‌ی دو سرعت چنین توصیف می‌کند که ورزشکار در انتهای مسابقه در «دریایی از لاکتیک اسید» از حرکت باز می‌ایستد، مقصود نه لاکتیک اسید است و نه لاکتات، بلکه این پروتون است که مشکل آفرین است. مشکلی که پروتون‌ها ایجاد می‌کند این است که با بازها ترکیب می‌شوند و اسید تولید می‌کنند. این «بازها» آنزیم‌هایی هستند که باعث همه‌ی واکنش‌های شیمیایی یاخته می‌شوند. آنزیم‌ها پروتئین هستند، و بدین گونه حاوی چند دسته باز (علاوه بر چند دسته اسید) هستند. درواقع فعالیت کاتالیزوری آن‌ها به چنین موادی بستگی دارد؛ برخی از این گروه‌های اساسی ممکن است هنگامی که پروتون جذب می‌کنند ناپدید شوند و این امر باعث از بین رفتن خواص کاتالیزوری آن‌ها می‌شود.
هیچ کس دقیقاً نمی‌داند که چگونه حالت اسیدی باعث خستگی می‌شود، اما آن‌چه برای ورزشکاران مهم است این است که چگونه می‌توان بر خستگی غلبه کرد یا به بیان دقیق‌تر آن را به تأخیر انداخت. یک راه حل مناسب برای رفع «مشکل پروتون» به کار گرفتن میانگیرها (بافر) است، که با پروتون‌ها ترکیب می‌شوند و آن‌ها را از بین می‌برند. ولی این نیز بی‌اشکال نیست، زیرا در درون ماهیچه، ظرفیت میانگیری محدود است و هنگامی که تولید لاکتیک اسید به اوج برسد، تنها ده تا پانزده ثانیه کارگر می‌افتد. اما پروتون‌ها نیز ممکن است از عضله، احتمالاً به شکل لاکتیک اسید، خارج شوند و دوباره در خون به لاکتات و پروتون تجزیه گردند. زمانی که پروتون‌ها وارد خون می‌شوند، با سیستم میانگیری بسیار کاراتری که اساس آن یون هیدروژن کربنات است مواجه می‌شوند. در طی این فرایند برای تشکیل یک کربنیک اسید یک پروتون جذب می‌شود. این فرایند شبیه اثر آلکاسلتزر یا هیدروژن سدیم است که پس از پرخوری برای رفع امتلاء معده می‌نوشند.
خوبی بافرِ هیدروژن کربنات این است که کربنیک اسید تولید شده به سرعت به آب و کربن دی اکسید تجزیه می‌شود، که هر دو از راه شش‌ها دفع می‌شوند. این باعث تشکیل کربنیک اسید بیش‌تری می‌شود و ظرفیت میانگیری را افزایش می‌دهد. افزایش حالت اسیدی خون، تعداد حرکات تنفسی را زیاد می‌کند به طوری که باز هم دی اکسید بیش‌تری دفع می‌شود. کلیه، منبع اصلی یون هیدروژن کربنات خون است، به طوری که بین کلیه و شش‌ها نوعی داد و ستد برقرار است، یکی یون هیدروژن کربنات را به خون می‌فرستد و دیگری اسید اضافی (پروتئین‌ها) را از بدن دفع می‌کند. این حالت در مسابقات دوی بیش از صد تا دویست متر پیش می‌آید. برای مثال، یکی از راه‌های افزایش سرعت دوندگان دوی چهارصد متر، نوشیدن محلول سدیم بی‌کربنات (جوش شیرین) چند دقیقه قبل از شروع مسابقه است تا ظرفیت میانگیری را در بدن و درنتیجه در ماهیچه افزایش دهند. به این کار «سوداگیری» گفته می‌شود. شواهدی موجود است که این کار بر توانایی دویدن دونده‌ی سرعت می‌افزاید، اما اثرهای جنبی آن مانند تهوع و اسهال ممکن است شدید باشند.
اثربخشی سیستم میانگیری در خون، به سرعت دفع لاکتیک اسید از عضلات به خون بستگی دارد. بنابراین تشدید گردش خون در عضله نه فقط برای سوخت و ساز هوازی (برای فزونی کارایی فرایند ATP) اکسیژن بیش‌تری فراهم می‌کند، بلکه دفع سریع لاکتیک اسید را از عضله به جریان خون برای میانگیری بهتر ممکن می‌سازد. این امر موجب می‌شود که با سوخت و ساز بی‌هوازی «انرژی اضافه» تولید شود و به این ترتیب، انرژی ضروری درگرو وجود اکسیژن نباشد. اکنون می‌دانیم که در دوی بیش از صد متر تا دویست متر، بین حالت‌های سوخت و ساز هوازی و بی‌هوازی درون عضله امکان سازگاری وجود دارد. خونی که در عضله جریان می‌یابد برای اکسایش (اکسیداسیون) هر چه بیش‌تر گلیکوژن اکسیژن فراهم می‌کند – یعنی ATP بیش‌تری تولید می‌شود. از سوی دیگر لاکتیک اسید که از تجزیه‌ی بی‌هوازی گلیکوژن تولید می‌شود به سرعت وارد جریان خون می‌شود، یعنی پرتون‌های خطرناک از ماهیچه به شکل لاکتیک اسید بیرون فرستاده می‌شوند و وارد جریان خون می‌گردند تا هرچه زودتر میانگیری شوند و به شکل کربن دی‌اکسید از بدن خارج شوند. به این ترتیب ورزشکار می‌تواند هم از سیستم بی‌هوازی با تمام ظرفیت (که درگیر محدودیت اکسیژن موجود در عضله است) و هم از تجربه‌ی بی‌هوازی گلیکوژن، ATP بیش‌تری تولید کند. پس چرا باز هم خستگی دست می‌دهد؟ پاسخ، تهی شدن ماهیچه از گلیکوژن است، یا انباشتگی لاکتیک اسید در آن. پس ورزشکارِ جدی باید بین دو راه تولید ATP تعادل ایجاد کند. اگر بیش از آن‌چه باید به سوخت و ساز بی‌هوازی متکی باشیم، عضلات به زودی انرژی را می‌سوزانند. اگر سوخت و ساز بی‌هوازی در طی مسابقه‌ی دوی ده کیلومتر فقط سه درصد انرژی را فراهم کند، تقریباً یک سوم ذخیره‌ی گلیکوژن را باید به مصرف برساند. از این رو در مسابقه‌های بیش‌تر از دویست متر، تعادل بین سوخت و ساز هوازی و بی‌هوازی برای اجرای برتر بسیار مهم است. این تعادل به چندین عامل از جمله ترکیب تار ماهیچه‌ای ورزشکار، میزان گردش خون در ماهیچه، سرعت دویدن و مسافت مسیر بستگی دارد. در دوی هشت‌صد متر، سوخت و ساز هوازی نقش مهم‌تری نسبت به دوی پنچ هزار متر دارد. از سوی دیگر تعادل بین این دو در ورزشکاران مختلف متفاوت است. در مسابفات استقامت، ماده‌ی انرژی‌زای دیگری، یعنی تری گلیسیرید، پا به میان می‌گذارد، که خود علت دیگری برای خستگی است. خستگی در دوی ماراتون بسیار زودتر از این که تمام چربی مصرف شود روی می‌دهد، زیرا اکسایش اسیدهای چرب به تنهایی برای تولید آن همه انرژی که ورزشگار نیاز دارد کافی نیست. تولید انرژی از سوخت تری گلیسیرید فقط کفاف پنجاه درصد از حداکثر ظرفیت هوازی را می‌کند. این بدان معناست که وقتی ذخیره‌ی گلیکوژن در عضلات دونده به پایان رسد، سرعت باید تا پنجاه درصد کاهش یابد؛ درواقع برای یک دونده‌ی برجسته‌، سرعت از 7ر17 کیلومتر در ساعت به 9ر8 کیلومتر در ساعت کاهش می‌یابد که درست کمی بیش‌تر از سرعت راه رفتنِ تند است. این برای ورزشگاران برجسته خستگی است!
دوندگان برجسته‌ی ماراتون احتمالاً بیش‌تر انرژی‌شان (شاید هشتاد درصد) را از اکسایش گلیکوژن، و تنها در حدود بیست درصد آن را از چربی به دست می‌آورند. اما نسبت اکسایش چربی در سرتاسر مسابقه بیست درصد نیست: اکسایش از نزدیک به صفر شروع می‌شود و احتمالاً با مصرف ذخیره‌ی گلیکوژن به پنجاه درصد افزایش می‌یابد. با وجود این، گلیکوژن ورزشکار نباید قبل از اتمام مسابقه تمام شود، زیرا بازده نیروی عضلاتش به شدت تنزل می‌کند. این تعادل دقیق بین مصرف کربوهیدرات و چربی تنها با کسب تجربه درطی دویدن مسافت‌های طولانی «آموخته» می‌شود – به این دلیل است که دونده‌ی ماراتون باید هر هفته در اوج تمرین دست کم یک تمرین طولانی (سی و دو کیلومتر یا بیش‌تر) داشته باشد. پس، دونده‌ی ماراتون از مخلوطی از مواد انرژی‌زا، چربی و گلیکوژن، به ویژه در انتهای مسابقه استفاده می‌کند. بدن به راحتی می‌تواند به این تعادل دست یابد، زیرا هرگاه گلیکوژن و اسیدهای چرب هردو در دسترس عضله باشند عضله استفاده از انرژی حاصل از اسیدهای چرب را به گلیکوژن ترجیح می‌دهد. این فرایند، تولید انرژی از اکسایش اسیدهای چرب را تا سرحد امکان تضمین می‌کند – شاید تا پنجاه درصد اکسیژنِ دریافتی صرف اکسایش اسیدهای چرب می‌شود – بقیه‌ی انرژی ضروری از اکسایش کربوهیدرات فراهم می‌گردد. این مکانیسم، هرگاه هر دو ماده در دسترس باشند، مصرف هردوی آن‌ها را تضمین می‌کند.
این فرایند به ویژه به کار دوندگان ماراتون و فراماراتون می‌آید، زیرا کربوهیدرات را «ذخیره» می‌کند و به این ترتیب منابعِ محدودِ انرژی بیش‌تر دوام می‌آورند. ولی این مزیت، به کارِ دوندگان مسافت‌های کم‌تر از سی و دو کیلومتر نمی‌آید، چون هنگامی که اکسیژن محدود باشد – چنان که در بیش‌تر مسابقه‌ها حتی در ماراتون – اکسایش گلیکوژن ترجیح دارد. این بدین دلیل است که گلیکوژن برای تولید ATP نسبت به تری گلیسیرید، به اکسیژنِ کم‌تری نیاز دارد. پس دوندگان باید سعی کنند از به کار افتادن اسیدهای چرب بکاهند.
دوندگان فراماراتون از حیث خستگی، با مشکل جالبی رو به رو هستند؛ آن‌ها می‌توانند از اسیدهای چرب برای تهیه‌ی انرژی و دویدن مداوم به مدت بیست و چهار ساعت استفاده کنند. در طی این مدت، مصرف اکسیژن آن‌ها به تدریج به درحدود پنجاه درصد از حداکثر گنجایش سوخت و ساز هوازی تنزل می‌کند. این حالت هنگامی اتفاق می‌افتد که پس از پایان ذخیره‌ی گلیکوژن به اسیدهای چرب برای تولید انرژی متکی باشند. در این مرحله، گلوکز خون را باید برای مغز حفظ کرد، زیرا مغز نمی‌تواند از ماده‌ی انرژی‌زای دیگری استفاده کند. از خصوصیات مهم دوندگان مسافت‌های دراز (و احتمالاً فردی که با تمرین تقویت می‌شود) توانایی آن‌ها برای بازداشتن عضلاتشان از مصرف گلوکز زیاد است. با وجود این، درطی تمرین‌هایی که در آن‌ها انرژی زیاد مصرف می‌شود، کاهش قند خون، خطر مهمی است که باید از آن پیش‌گیری کرد. برای پیش‌گیری از کاهش قند خون، دوندگان فراماراتون در طی مسابقه، به ویژه در مراحل نهایی، باید گلوکز یا نوشیدنی‌های حاوی کربوهیدرات بنوشند.
خستگی در چنین مسابقاتی بیشتر ناشی از مغز است تا عضلات. این حالت بیش‌تر به خستگی «مرکزی» معروف است چون خاستگاه آن مغز است. علت این است که مغز، کاهش گلوکز خون را نشانه‌ی خطر می‌داند و تدبیرهایی برای کاهش مصرف نیرو به کار می‌بندد. چنین خستگی‌ای با آن چیزی‌ که در دوی سرعت چهار صد متر پیش می‌آید کاملاً فرق دارد. در دوی سرعت، هرگاه عضلات نتوانند انرژی ضروری را برای دویدن به همان سرعت ابتدای دو صرف کنند سرعت کند می‌شود. در این خستگی مرکزی، دونده حفظ نیرو را از حیث روانی به طور فزاینده‌ای سخت‌تر می‌یابد؛ تلاش برای حفظ تواناییِ نخستین، لحظه به لحظه دشوارتر می‌گردد به طوری که فقط دوندگانی که از حیث روان و جسم «قوی» باشند می‌توانند چنین شاهکارهایی از استقامت از خود نشان دهند. با وجود این در مراحل نهایی، مغز دونده نمی‌تواند درست کار کند، به طوری که سرعت، شناسایی زمان و مکان، جهت‌یابی و آگاهی، بیش و کم مختل می‌شوند.
در این مسابقات طولانی، نوشیدن نوشیدنی‌های غنی از کربوهیدرات، در مراحل نهایی ضروری است. چنین نوشیدنی‌هایی احتمالاً برای دوندگان ماراتون در بازی‌های المپیک چندان سودمند نیستند. از آن‌جا که دونده هشتاد درصد انرژی را از گلیکوژن فراهم می‌کند پس باید «معادل‌های» گلوکز را به مقدار تقریباً چهار گرم در دقیقه مصرف کند تا انرژی ضروری فراهم شود و چون نوشیدنی‌های حاوی گلوکز برای جذب سریع از معده نباید بیش از پنج درصد گلوکز داشته باشند، صد میلی لیتر از چنین نوشیدنی‌ای برای فقط بیش از یک دقیقه انرژی فراهم می‌کند: تقریباً برابر آن وقتی که صرف نوشیدن آن صد میلی لیتر نوشیدنی می‌شود!
اما در چنین مسابقات طولانی‌ای، برای خستگی ممکن است دلیل دیگری نیز وجود داشته باشد، و آن به نحوه‌ی استفاده‌ی مغز از اسیدهای آمینه مربوط می‌شود. اسیدهای آمینه واحدهای سازنده‌ی پروتئین‌ها هستند، و اهمیت تولید پروتئین به حدی است که گاه به خاطر آن پژوهشگران از نقش‌های دیگرِ اسیدهای آمینه غفلت می‌کنند. بعضی از اسیدهای آمینه ماده‌ی پیشتاز برخی هدایت کننده‌های عصبی هستند. هدایت کننده‌های عصبی، موادی شیمیایی هستند که در مغز نقش پیامبر را بازی می‌کنند. یکی از این اسیدهای آمینه، تریپتوفان است، که در مغز به یک هدایت کننده‌ی عصبی که 5-هیدروکسی تریپتامین نام دارد تبدیل می‌شود. پژوهشگران اکنون بیش از چهل نوع از این هدایت کننده‌های عصبی‌ای را که تأثیر بارزی بر رفتار دارند می‌شناسند. برای مثال در بعضی از قسمت‌های مغز، دگرگونی غلظت هدایت کننده‌های عصبی مونوآمین-نورآدرنالین، دوپامین، و 5-هیدروکسی تریپتامین، ممکن است بر خلق فرد تأثیر بگذارد. کاستی غلظت این مواد، افسردگی به بار می‌آورد، در حالی که فزونی غلظت آن‌ها در برخی از بخش‌های مغز ممکن است روحیه را تقویت کند. هم‌چنین شواهدی دردست است که خستگی و خواب ممکن است تاحدی تحت تأثیر 5-هیدروکسی تریپتامین مغز که از اسید آمینه‌ی نریپتوفان ساخته می‌شود باشد. واقعیت مهم دیگر این است که عضلات، برخی از اسیدهای آمینه را جذب و مصرف می‌کنند: این‌ها اسیدهای آمینه‌ای با زنجیرهای منشعب هستند و لوسین، ایزولوسین، و والین خوانده می‌شوند. پژوهشگران حدس می‌زنند که این اسیدهای آمینه اساساً به منزله‌ی منابع انرژی توسط عضله به کار می‌روند، اما ممکن است دلیل ظریف‌تری برای حضور آن‌ها در ماهیچه موجود باشد.
یکی از فرضیه‌های کنونی این است که نسبت غلظت تریپتوفان به اسیدهای آمینه‌ای که زنجیر منشعب دارند ممکن است میزان ورود تریپتوفان به مغز را کنترل کند. اگر چنین باشد این نسبت احتمالاً بر میزان 5-هیدروکسی تریپتامین در مغز و درنتیجه بر خلق و خو تأثیر دارد. کاهش میزان اسیدهای آمینه‌ای که زنجیر منشعب دارند در خون، به دنبال افزایش مصرف آن‌ها در عضله، نسبت تریپتوفان را به این اسیدهای آمینه افزایش می‌دهد و به ورود تریپتوفان به مغز کمک می‌کند. این امر میزان 5-هیدروکسی تریپتامین را در مغز افزایش می‌دهد و ممکن است به خستگی «مرکزی» که خاستگاه آن مغز است منجر گردد. در این صورت، مانند کاهش قند خون، احتمالاً کوشش مغز را برای حفظ سرعت دو بسیار مشکل‌تر می‌کند.
به نظر می‌رسد که دگرگونی نسبت تریپتوفان به اسیدهای آمینه‌ای که زنجیر منشعب دارند در واکنش به ورزش‌هایی طولانی مانند دوی ماراتون رخ می‌دهد، اما اثبات این امر مستلزم پژوهش بیش‌تری است. ظاهراً دانش ما از زیست شیمی ورزش هنوز راهی دراز در پیش دارد.
منبع: راسخون