Desde que se tienen medidas acuciosas de los rendimientos de los atletas, ya sea en los Juegos Olímpicos o los numerosos campeonatos atléticos internacionales, se ha observado una constante superación, ya sea en los tiempos en que se recorren distancias, se saltan vallas o se realizan los más variados esfuerzos. Ello ha ocurrido tanto en el atletismo femenino como masculino. Es cierto que en ello han influido los perfeccionamientos tecnológicos o los nuevos equipos usados por los atletas. Sin embargo, los mayores rendimientos se han logrado por el efecto de los nuevos métodos de entrenamientos que han permitido la excelencia en la respuesta de la maquinaria metabólica humana. ¿Hasta cuándo va a aumentar este nivel de excelencia? ¿Hay acaso un límite?. Para dar respuesta a esta pregunta, conviene analizar las diferentes variables que condicionan la anatomía y la fisiología de la funcionalidad motora del organismo humano.

El organismo humano o el de cualquier animal es, en realidad, una compleja maquinaria que para funcionar requiere principalmente de una adecuada fuente de energía. La estructura del organismo está constituida por unidades que llamamos células. Para su funcionamiento, cada una de ellas está provista en su interior de un sistema de producción y almacenaje de energía muy eficiente, pero las materias primas necesarias para generar energía deben ser suministradas desde afuera de la célula, siguiendo un exacto programa de distribución para todas ellas. Dentro de la célula, las estructuras donde se produce la energía se denominan "mitocondrias" (Las plantas y la historia de la humanidad) . Es allí donde se transforman las materias primas necesarias para liberar la energía, y donde ésta se prepara para ser fácilmente utilizada. Es en la mitocondria donde se fabrica una molécula denominada "adenosin trifosfato" (ATP). Es esta molécula la que almacena y provee a la célula de la energía necesaria para que ésta desempeñe todas sus funciones vitales.

Se trata de un proceso continuo de gran actividad. Basta señalar que cada día las diferentes células del organismo humano, para satisfacer las necesidades energéticas de todas ellas, deben sintetizar 100 kilos de ATP, pero la persona no cambia de peso, ya que es tanta la necesidad de energía que ésta no se acumula, sino que igual cantidad se gasta en el mismo período de tiempo. Todo el sistema tiene que estar condicionado a la perfección para así poder satisfacer la continua demanda energética. Si ésta se incrementa, inmediatamente debe también incrementarse la producción. En el sistema no puede haber burocracia que entorpezca el abastecimiento.


¿De dónde proviene la energía?

La energía que la célula produce proviene, en el último término, de la energética que nos proporciona el Sol. Es todo un ciclo que se inicia con los vegetales. Estos tienen la propiedad de captar la energía solar mediante el proceso que se ha denominado "fotosíntesis". Las células vegetales, utilizando esta energía, sintetizan sus complejas estructuras químicas (azúcares, aceites, proteínas). Al ser estos consumidos como alimentos por los animales, éstos utilizan la energía contenida en esas estructuras químicas vegetales. A partir de ellas, y sintetizando su propio ATP, los animales abastecen las necesidades energéticas que requieren tanto para la mantención de su metabolismo basal (metabolismo basal se denomina a la cantidad de energía consumida por el organismo en condiciones de reposo, en una unidad de tiempo), como para abastecer el gasto energético del crecimiento y de su actividad física. El Hombre, en la punta de la pirámide, consume alimentos tanto de origen vegetal como animal, y aprovecha la energía de ambos tipos de alimentos para transferirla a su propio sistema de producción de ATP.

Es así como las mitocondrias de las células humanas aprovechan la energía contenida principalmente en los azúcares y las grasas (en forma de ácidos grasos), y en presencia de oxígeno sintetizan su propio ATP.


¿Cómo funciona el músculo?

El tejido muscular también está formado por células, llamadas por su particular forma, "fibras musculares". Su trabajo consiste en contraerse, y para ello requieren de mucha energía. Esta se la proporcionan las moléculas de ATP sintetizadas en sus propias centrales energéticas (mitocondrias), de las cuales cada célula contiene muchas. Para que las mitocondrias puedan producir ATP, tienen que extraer la energía de los componentes químicos que tienen los alimentos, pero además necesitan del oxígeno que le proporciona el aire (Ojo para las próximas olimpiadas: la eritropoyetina) .

Las contracciones musculares, propias del ejercicio físico, son las que más consumen energía. Si se trata de competir en las Olimpíadas, el gasto energético es máximo. Al dar la señal de partida, la contracción de la fibra muscular consume una enorme cantidad de ATP, que está fácilmente disponible dentro de las fibras musculares, pero si no se reabastece, éste se agota en un segundo. Afortunadamente se puede reponer a partir de un pequeño reservorio de otra molécula de fosfato, llamada "fosfocreatina". Pero también ésta se agota en aproximadamente 10 segundos. Las mitocondrias tienen entonces que echar mano rápidamente de un hidrato de carbono, llamado "glicógeno", que normalmente se almacena en la célula muscular y también en la célula hepática. Este, se degrada en sus moléculas constituyentes (glucosa), las que son rápidamente utilizadas para producir más ATP (glicólisis). Pero el ATP que proviene del glicógeno almacenado intracelularmente, también se agota en un período que no va más allá de uno o dos minutos. De allí en adelante, la célula necesita importar materias primas.

Hasta allí llegaría el corredor si el organismo no dispusiera de un mecanismo de constante realimentación que le provea de materias primas que tienen que necesariamente venir desde fuera de la célula. Para responder a esta gran exigencia, cada fibra muscular dispone en su interior de numerosas mitocondrias dispuestas a fabricar a toda máquina el ATP. Pero no basta su buena disposición. El esfuerzo del atleta requiere además de un enorme incremento en el abastecimiento de materias primas (glucosa, ácidos grasos y sobre todo oxígeno). Todos estos elementos los transporta la sangre desde grandes distancias, de modo que para responder a las exigencias del atleta, los vasos sanguíneos que normalmente van hasta las fibras musculares, llegan a dilatarse hasta 20 veces. Para ello también la bomba cardiaca tiene que trabajar más intensamente.

Si el esfuerzo es muy grande y la carrera dura mucho, se exige en demasía a las mitocondrias, que se ven obligadas a degradar los nutrientes a gran velocidad. Como sub-productos de la degradación de la glucosa (glicólisis), se produce ácido láctico, que siendo un producto tóxico, normalmente es removido. Pero el trabajo a presión hace que se produzca ácido láctico en exceso y éste se acumula en la fibra muscular. Este es el responsable de la sensación dolorosa muscular y que el atleta llegue a agotarse. Si el ácido láctico se acumula en demasía, llega a producir calambres y el músculo deja de funcionar porque la glicólisis se inhibe.


¿Dónde esta el limite?

Sabemos que el atleta que entrena constantemente, va logrando mejores rendimientos, obteniendo la máxima excelencia funcional de todo el proceso metabólico. Así por ejemplo, si un individuo no entrenado desarrolla un esfuerzo máximo, incrementa su metabolismo basal diez veces. En cambio, un atleta entrenado al hacer un esfuerzo máximo, incremento su metabolismo basal en veinte veces. Un atleta en descanso consume energía a un ritmo aproximado de 100 Watts (el equivalente a lo que gasta una ampolleta). En un ejercicio intenso, el mismo atleta quema energía a un ritmo de 2.000 Watts. Necesariamente hay que pensar que este proceso de adaptación que permite cada vez mejorar las marcas tiene que tener su límite. El proceso es complejo y en él hay varios componentes a considerar: la estructura y la contracción de la fibra muscular, el funcionamiento de los pulmones para captar el oxígeno del aire, la respuesta cardiaca para enviar más sangre a las células musculares y por último el funcionamiento de las mitocondrias para producir el ATP. ¿Trabajan todos estos componentes a su máxima capacidad, o hay alguno que es el limitante que impide el mayor rendimiento?.

El límite podría estar en la fibra muscular que ya no se pudiera contraer más, a pesar de que se le suministre suficiente cantidad de energía (ATP). Podría también ser que el límite esté en los pulmones, que lleguen a un punto de no poder incrementar más el transporte de oxígeno desde el aire. También podría estar en el corazón, que llegue a un límite que no pueda incrementar más la circulación de la sangre para abastecer las necesidades de oxígeno de las mitocondrias. Finalmente el límite lo podría poner la mitocondria, que llegará a un plateau sobre el cual ya no pudiera producir más ATP.

La fibra muscular no parece ser la que pone el límite. Investigadores del Bengt Saltin de Copenhagen Muscle Research Center de Dinamarca, han observado que cuando un músculo se ejercita individualmente, su consumo máximo de oxígeno es mayor que cuando se ejercitan muchos músculos simultáneamente. Según esto, hay una potencialidad de cada músculo, superior a la que utilizan varios músculos simultáneamente. Es decir, en la fibra muscular, a pesar del esfuerzo máximo del atleta, hay aún una reserva no utilizada.

Tampoco parece que el límite está en el pulmón, ya que aun durante los ejercicios extremos, cuando el pulmón está inhalando y exhalando aire veinticinco veces más que cuando está en reposo, todavía está trabajando a dos tercios de su máxima capacidad. Si la capacidad de captación de oxígeno por parte del pulmón fuera la limitante, uno esperaría que durante el ejercicio máximo disminuyera la concentración de oxígeno en la sangre, pero eso no sucede; la cantidad de oxígeno y anhídrido carbónico de la sangre se mantiene notablemente constante, aun durante el ejercicio máximo. Se ha observado a pesar del entrenamiento continuo de los atletas que no se incrementa la capacidad pulmonar. En cambio sí se incremento el rendimiento cardiaco y también modifica la composición del músculo.

Por otra parte el corazón, a diferencia de los pulmones, se reestructura como consecuencia de los entrenamientos. Si éstos son intensos y mantenidos, como es el caso por ejemplo del entrenamiento de los maratonistas, se agrandan las cuatro cavidades del corazón. Como resultado, con cada contracción impulsan más sangre, y al mismo tiempo aumenta la frecuencia de las contracciones, con lo que la circulación de la sangre se incremento hasta en un 40%. Cuando un atleta está en reposo, puede comprobarse la diferencia con respecto a un individuo sedentario, simplemente tomándole el pulso. En un sedentario, el corazón se contrae aproximadamente 75 veces por minuto. En cambio un atleta adecuadamente entrenado, tiene un ritmo más lento, de aproximadamente 50 pulsaciones por minuto. La diferencia se explica, porque el corazón de este último tiene cavidades más grandes y en cada contracción bombea más sangre. Por lo tanto no requiere de tantas pulsaciones.

Pero asumiendo que un atleta alcanza las óptimas condiciones cardiovasculares, ¿sería el corazón el factor limitante para el consumo de oxígeno que disminuyera el rendimiento del atleta?. La respuesta es probablemente sí. En los grandes requerimientos deportivos, como son las carreras de grandes distancias, el corazón trabaja al 90% de su capacidad máxima, es decir, muy cerca de su límite. Si éste pudiera bombear más sangre, el atleta podría correr o nadar más, o un ciclista alcanzar más velocidad. Esta mayor capacidad del corazón es muy importante para el atleta, porque son los glóbulos rojos los que contienen la hemoglobina que transporta el oxígeno. Esta es una proteína que capta el oxígeno en los pulmones, y lo libera en el músculo donde se necesita.

Sabiendo esto, el atleta emplea una variedad de métodos (algunos prohibidos por los organismos regulatorios) tendientes a aumentar la cantidad de oxígeno en su sangre. El doping de sangre es una de ellas. Lo que hacen algunos atletas es extraer un litro de sangre de su organismo para almacenarla. Después de algunas semanas de la extracción, el organismo ha repuesto la sangre extraída, alcanzando niveles de hemoglobina normales. Luego, poco antes de la prueba atlética, éste se transfunde la sangre almacenada, con lo que eleva temporalmente el contenido de hemoglobina. Otra forma de incrementar la hemoglobina lo consiguen inyectándose la hormona eritropoyetina, una hormona que estimula la producción de glóbulos rojos (Ojo para ls próximas olimpiadas: la eritropoyetina) . También se ha sabido que algunos atletas incluso se han sometido a cirugía para ensanchar las arterias mayores. La práctica de todas estas técnicas parece confirmar que el rendimiento de las competencias de gran esfuerzo estarían parcialmente limitadas por el sistema cardiovascular, es decir, por el abastecimiento de oxígeno a la célula.

El otro posible factor limitante para lograr la medalla de oro podría estar en las mitocondrias. Los fisiólogos Hans Hopeler y Ewald Weibel de la Universidad de Berna, en Suiza, han observado que a las mitocondrias aisladas en el laboratorio no se las puede forzar para que consuman más oxígeno. Es decir, ellas estarían siempre produciendo ATP a su máxima capacidad. Sin embargo también se ha comprobado que el atleta tiene más mitocondrias en la fibra muscular que un individuo sedentario. Un atleta bien entrenado puede aumentar al doble el número de mitocondrias por célula, lo que hace presumir que puede incrementar notablemente la producción de ATP.

El atleta entrenado para desarrollar ejercicios prolongados, puede también desarrollar otros cambios metabólicos que no dejan de ser importantes. Logra que la degradación de los ácidos grasos, reemplace al glicógeno y la glucosa como fuente de energía para producir ATP. Como resultado, las reservas de glicógeno, que son vitales para el funcionamiento cerebral (las células cerebrales no degradan fácilmente las grasas), duran más. Ello es importante para el maratonista, que llega a una etapa en que su función cerebral comienza a hacerse confusa.


Otros factores a considerar

La deshidratación es una causa de la fatiga, aun antes que se produce el agotamiento del glicógeno. Al perder líquidos, el atleta disminuye su sudoración, lo que afecta los mecanismos de control de la temperatura corporal, y ésta se eleva. De esta forma la adecuada ingesta de líquidos es indispensable para las pruebas de larga duración. Un estudio demuestra que un atleta deshidratado tiene hasta un 30% menos de rendimiento, con relación a un atleta bien hidratado.

En la búsqueda de mejores rendimientos en las pruebas de esfuerzos prolongados, algunos atletas tratan de combatir la fatiga con drogas estimulantes, como las anfetaminas y la cocaína que en las competencias están prohibidas. Estos estimulantes imitan a la adrenalina, y también actúan sobre el cerebro, logrando que éste ignore los signos de fatiga. Se ha demostrado que la cafeína, equivalente a dos o tres tazas de café, mejora el rendimiento en ese tipo de pruebas. Ella está permitida.

Tal vez lo más novedoso de los últimos años, ha sido la preparación de los atletas de largos esfuerzos mediante la ingesta previa de una dieta rica en carbohidratos. Ella ha sido estudiada por Eric Hultman y sus colaboradores del Karolinska Instituto, en Suecia (The Sciences, Septiembre-Octubre 2000, pág. 32). El régimen comienza una semana antes de la carrera. Durante este tiempo el atleta no debe desarrollar grandes esfuerzos y debe ingerir una dieta alta en hidratos de carbono (el 70% de las calorías deben provenir de carbohidratos). Con esta dieta se duplica la cantidad de carbohidratos que se almacenan en los músculos, con lo que se logra que este aumente en un 50% el tiempo que el atleta puede correr al máximo de su velocidad.

También se ha descrito que en el músculo existen dos tipos de fibras. Las fibras rápidas, que se contraen y relajan rápidamente (pero que también se fatigan rápidamente), y las fibras lentas, que tienen una larga duración. El entrenamiento podría cambiar la proporción relativa de unas y otras en el músculo. En un corredor de 100 metros, un 80% de las fibras son rápidas, mientras que en un maratonista la proporción es inversa.

También es importante hacer notar que la masa de determinados músculos puede incrementarse con el entrenamiento (hipertrofia muscular). El mismo efecto lo produce la administración de la hormona testosterona, (hormonas anabólicas). Su uso está prohibido en las competencias atléticas. También la hormona de crecimiento incrementa la masa muscular, pero su uso está prohibido. Demostrar su administración es difícil, ya que es la misma hormona que normalmente produce la glándula hipofisiaria.

Finalmente, también se ha usado mucho otra sustancia llamada "creatina". Ella es captada por el músculo y transformada en fosfocreatína, que como ya vimos, es una forma de disponer de ATP rápido. Administrando entre 20 y 30 gramos de creatina diarios, se consigue que los niveles de fosfocreatina musculares se incremente por sobre los niveles normales.


Hasta cuando se continuara batiendo records

Hasta ahora, con cada competencia internacional se continúa bajando los tiempos y mejorando los rendimientos. Sin embargo pareciera que éstos se acercan a un máximo fisiológico, ya que la diferencia de los nuevos récords, cada vez es más pequeña. Pero pareciera que todavía hay un margen, no tanto por los cambios fisiológicos, sino por el perfeccionamiento de los métodos de entrenamiento y en la calidad de los equipos que usan los atletas. En Sydney en el año 2000, los nadadores inaguraron un nuevo traje, que imitando la piel del tiburón, cubre los brazos, las piernas y el torso. Los fabricantes afirman que éste acorta el tiempo en un 3%, lo que es muy significativo para un deporte en que las diferencias son de centésimas de segundo.

Sin duda que en el futuro continuarán perfeccionándose los entrenamientos y los equipos, de modo que es posible que continúen cayendo récords.

También es muy posible que con los avances de la medicina, en el futuro lleguen a producir grandes sorpresas, pero ellas ya no serían fisiológicas. Así por ejemplo, actuando sobre los genes (ingeniería genética), se podría lograr cambiar el tipo de fibras de los músculos, según sea la especialidad del atleta, como también podrían reforzarse los tendones, aumentar las mitocondrias en las células, incrementar el oxígeno en la hemoglobina, o mejorar la circulación sanguínea. La búsqueda de la fama puede no tener límites. Para entonces miraremos con nostalgia los antiguos juegos olímpicos griegos.



Este artículo se ha basado en un reportaje de Guy Brown
Bioquímico de la Universidad de Cambridge, en Inglaterra. The Science, Septiembre-Octubre 2000 pag. 32.