Sharing Chemistry with the Community

Hóa học của chạy marathon

Còn chưa đầy 24 giờ nữa là giải chạy marathon của Vnexpress 2019 sẽ diễn ra ở Quy Nhơn, Bình Định vào ngày 9/6. Đây được xem như giải được mong chờ nhiều nhất trong năm ở Việt Nam do đường chạy này đã đạt được  chứng nhận bởi tổ chức quốc tế IAAF/ AIMS (Liên đoàn Điền kinh Thế giới / Hiệp hội Marathon Quốc tế). Điều này đồng nghĩa kết quả tại VnExpress Marathon 2019 có thể được sử dụng để đăng ký các giải chạy lớn tầm cỡ thế giới như Boston Marathon, Chicago Marathon, London Marathon, Tokyo marathon, New York City Marathon và Berlin Marathon.

Vậy điều gì sẽ xảy ra đối với cơ thể khi chạy marathon? Câu trả lời này bạn có thể tham khảo trong các sách hướng dẫn về việc chạy cũng như những mẹo xung quanh. Tuy nhiên, khi nói đến hóa học diễn ra trong suốt quá trình chạy thì không phải ai cũng biết. Vì thế, trong bài viết hôm nay chủ để của chúng ta sẽ đề cập về chủ đề này nhé!

Lịch sử về marathon

Theo wikipedia thì marathon là một cuộc đua chạy bộ đường trường với chiều dài chính thức là 42,195 km. Sự kiện này được đặt theo một câu chuyện ngụ ngôn về một chiến binh Hy Lạp tên là Pheidippides, một người đưa thư đã chạy từ nơi diễn ra trận chiến Marathon tới thành Athena. Tính chính xác về lịch sử của nhân vật này vẫn còn gây tranh cãi đặc biệt bởi nó trái ngược với bộ sử “Historiai” của nhà sử học Herodotos thời Hy Lạp cổ đại.

Marathon là một trong những sự kiện đầu tiên của Olympic hiện đại năm 1896, nhưng đến tận năm 1921 thì chiều dài của cuộc đua mới được tiêu chuẩn hóa. Hiện nay có hơn 800 vận động viên marathon tranh tài hàng năm trên khắp thế giới, phần lớn người tham dự là những vận động viên nghiệp dư hoặc những người bình thường tham gia với mục đích giải trí. Những cuộc đua marathon lớn hơn có thể có hàng nghìn người tham dự.

Vạch xuất phát

Khi bạn hồi hộp chờ đợi cuộc đua bắt đầu, hormone adrenaline gây căng thẳng sẽ tăng lên và khiến nhịp tim của bạn tăng lên. Bộ não của bạn cũng sẽ gửi tín hiệu đến phổi để tăng nhịp thở.

Khi cuộc đua bắt đầu, tất cả các hệ thống hỗ trợ sinh lý của bạn – hệ thống cơ xương, tim mạch, hô hấp, tiêu hóa, miễn dịch, thần kinh và nội tiết – sẽ ngay lập tức đi vào tình trạng quá tải. Tim của bạn sẽ phải bơm gấp ba đến bốn lần lượng máu xung quanh cơ thể trong một cuộc chạy marathon so với khi bạn nghỉ ngơi. Máu được bơm từ tim của bạn sẽ được phân phối lại xung quanh cơ thể bạn với nhiều cơ bắp hơn và ít hơn đến các cơ quan dạ dày và bụng như gan, thận và lá lách.

May mắn thay, cơn sốt adrenalin này là ngắn ngủi, và cơ thể ấn từ khuỷu tay này đến khuỷu tay khác ngăn bạn sử dụng quá nhiều năng lượng  cho sự bắt đầu. Giống như một chiếc xe đốt nhiên liệu để di chuyển, cơ thể đốt cháy nhiên liệu để chạy.  Thí dụ như một người có trọng lượng trung bình 70 kg, thì mỗi km chạy, họ sẽ đốt cháy khoảng 100 kilocalo.

Nếubạn duy trì tốc độ hiện tại của mình, cơ thể sẽ có đốt cháy hơn 3.000 kilocalo trong cuộc đua marathon, tương đương với việc mất khoảng 1/2 kg. Điều này thật là thú vị đúng không!

Vậy cơ thể lấy năng lượng từ đâu?

Bạn đang chạy thì tất nhiên cơ thể cần tăng lượng oxy để bổ sung. Ngay bây giờ, cơ thể kết hợp oxy này với nhiên liệu để tạo ra năng lượng. Nhiên liệu đến từ ba chất thực phẩm dinh dưỡng chính là protein, chất béo và carbohydrate (chủ yếu là tinh bột và đường).

Protein thường chỉ chiếm 2% đến 5% tổng chi tiêu năng lượng của cơ thể, có lẽ tăng lên tới 8% trong marathon. Chất béo đóng góp tới 60% năng lượng được tạo ra khi cơ thể chúng ta nghỉ ngơi, nhưng khi chúng ta chạy, chỉ có 15% năng lượng mà chúng ta cần đến từ chất béo. Vì vậy cho vài giờ tiếp theo, cơ thể bạn sẽ nhận được phần lớn năng lượng của nó từ glucose (C6H12O6), đây là  đường đơn được hình thành từ sự phá vỡ carbohydrate.

Nhiên liệu cho người chạy marathon là glucose, chất béo, hoặc cả hai, tùy thuộc về cường độ của một người chạy bộ tốc độ và thời điểm trong cuộc đua.

Trong quá trình hô hấp hiếu khí, glucose kết hợp với oxy tạo thành năng lượng như sau:

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + năng lượng

Đối với người chạy bộ, nguồn hiệu quả nhất của glucose là một phân tử lớn gọi là glycogen được lưu trữ trong gan và cơ bắp. Một người trung bình có khoảng 2.000 kilocalo glycogen được lưu trữ, đó là đủ để chạy khoảng 20 km.

Đầu cuộc đua, cơ thể bạn đang nhận được nhiều nhất glucose của nó từ glycogen trong cơ bắp. Sau đó, khi glycogen cơ bắp trở nên thấp, nhiều glucose sẽ đến từ glycogen gan.

Để tăng các lượng glycogen của bạn, ba ngày trước cuộc đua, bạn nên ăn rất nhiều carbohydrate chẳng hạn như mì ống, bánh mì và ngũ cốc. Sự kết hợp của chế độ ăn kiêng và luyên tập đã kích thích sản xuất glycogen trong cơ bắp. Khi bạn đang chạy, năng lượng cũng đến từ một quá trình không sử dụng oxy được gọi là hô hấp kỵ khí, quá trình này phân hủy glucose thành axit lactic (C3H6O3) và năng lượng như sau:

C6H12O6 → 2C3H6O3 + năng lượng

Khi cơ thể bạn đang dần nóng lên, hầu hết năng lượng xuất phát từ quá trình kỵ khí. Nhưng sau đó một vài km, như nhịp tim sẽ tăng và máu nhận được nhiều oxy hơn, quá trình hiếu khí trở thành nguồn chủ yếu của năng lượng. Mặc dù vậy, trong toàn bộ cuộc đua, năng lượng của bạn sẽ đến từ cả hai quá trình,  trong đó quá trình hiếu khí sẽ ưu tiên hơn.

Trong những km đầu tiện, cơ thể thúc đẩy bạn muốn chạy nhanh hơn và bạn cảm thấy như thể bạn có thể chạy cả ngày với tại tốc độ này. Sau đó, bạn giảm dần để cho phép cơ thể được phục hồi. Vì vậy, một lời khuyên là bạn nên giữ tốc độ ổn định để bảo tồn glycogen dự trữ và đốt cháy chất béo hiệu quả hơn.

Nhiệt và hydrat hóa

Lượng nhiệt do cơ thể tạo ra có thể tăng gấp 30 đến 40 lần trong cuộc đua marathon. Để giữ nhiệt độ cơ thể của bạn trong khoảng từ 36 đến 38 độ C, một số máu sẽ được chuyển từ cơ bắp của bạn sang da, nơi các tuyến mồ hôi sẽ tạo ra hơi ẩm bay hơi vào bầu khí quyển để làm mát cơ thể bạn.

Trong toàn bộ quá trình chạy marathon, bạn sẽ mất từ ​​ba đến sáu lít mồ hôi. Mất nước sẽ xảy ra nếu chất lỏng bị mất trong mồ hôi không được thay thế đầy đủ. Tùy thuộc vào điều kiện môi trường, cơ thể bạn có thể bị buộc phải lựa chọn giữa việc gửi máu về tim và cơ bắp hoạt động, hoặc vào một hệ thống mao mạch bên dưới da hoạt động như một hệ thống làm mát. Dù bằng cách nào, hiệu suất của bạn có thể bị ảnh hưởng tiêu cực.

Trong trường hợp không có hydrat hóa thích hợp, mất nhiệt sẽ bị cản trở, lượng máu sẽ giảm và nhịp tim của bạn có thể bắt đầu tăng lên mà không có bất kỳ thay đổi trong nỗ lực hoặc nhịp thở. Mất nước có thể xảy ra nhanh hơn và nguy cơ mệt mỏi sớm và các bệnh liên quan đến nhiệt có thể tăng lên, đặc biệt là nếu ngày đua trở nên ấm hơn bất ngờ so với bình thường hoặc nếu độ ẩm cao.

Đâm đầu vào tường

Trong cuộc đua marathon, cơ thể bạn sẽ sử dụng năng lượng gấp mười lần so với khi hoạt động hàng ngày bình thường. Năng lượng tăng thêm sẽ đến từ việc đốt cháy kết hợp giữa glucose và chất béo, với glucose là nhiên liệu được ưa thích. Tuy nhiên, con người chỉ có thể lưu trữ khoảng 2.000 calo glucose so với 700.000 đến 100.000 calo mà chúng ta có thể lưu trữ dưới dạng chất béo.

Người chạy đốt cháy khoảng 100 calo glucose cho mỗi km của cuộc đua marathon. Điều đó có nghĩa là bạn sẽ đốt cháy toàn bộ nguồn cung glucose sau 32 km và sẽ bắt đầu phụ thuộc hầu hết vào chất béo làm nhiên liệu.

Bởi vì chất béo cung cấp ít năng lượng trên mỗi đơn vị thời gian hơn glucose, bạn sẽ phải chậm lại. Đó là khi bạn có nguy cơ đâm vào “bức tường của người chạy bộ” khét tiếng. Đôi khi mức đường huyết có thể giảm xuống mức rất thấp dẫn đến một tình trạng gọi là hạ đường huyết. Uống đồ uống thể thao hoặc gel có đường trong cuộc đua có thể giúp duy trì mức đường huyết bình thường.

Bổ sung carbohydrate

Tại bất kỳ thời điểm nào của cuộc đua marathon, bạn đang sử dụng cả glucose và chất béo làm nhiên liệu. Khi bắt đầu cuộc đua marathon, khoảng 75% nhiên liệu của bạn là do chuyển hóa glucose và 25% là do chất béo. Khi cuộc đua tiến triển, tỷ lệ này đảo ngược.

Đến khoảng 20 km, bạn cảm thấy như thể không còn glycogen trong cơ thể. Trên thực tế, glycogen không bao giờ thực sự hết nó chỉ giảm xuống mà thôi. Điều cần lúc này là bạn nên ghé những trạm hỗ trợ trên đường, và nó là điều duy nhất giúp bạn tiếp tục cuôc đua.

Một khi dự trữ glycogen rất thấp, cơ thể sẽ dựa vào thứ tốt nhất tiếp theo để đốt cháy năng lượng chất béo. Thoạt nhìn, có vẻ như chất béo là nguồn năng lượng tốt hơn nhiều: Nó cung cấp 9 kilocalo mỗi gram, trong khi carbohydrate cung cấp 4 kilocalo mỗi gram. Nhưng cơ thể thích chất béo của nó và không sẵn sàng để từ bỏ nó rất dễ dàng.

Tại sao có nhiều người lại gặp sự cố trong giai đoạn này? Các lý do là mặc dù một lượng chất béo nhất định tạo ra năng lượng nhiều gấp đôi cùng một lượng glucose, để phá vỡ mỗi phân tử chất béo đòi hỏi bốn lần như nhiều phân tử oxy hơn để phá vỡ từng phân tử glucose. Vì vậy, cơ thể chỉ đơn giản là có thể lấy oxy và vận chuyển nhanh đủ để chuyển đổi đủ chất béo thành năng lượng.

40.000 bước

Bạn sẽ mất khoảng 40.000 bước trong cuộc đua marathon. Mỗi lần chân bạn chạm đất, một lực tác động lớn được tạo ra sẽ gây thêm căng thẳng cho cơ và khớp của bạn. Kết quả là, bạn có thể bắt đầu cảm thấy đau ở đùi và bắp chân ở một số giai đoạn trong cuộc đua marathon. Một số vận động viên cũng bị đau ở cẳng tay, vai và lưng trên. Đừng lo lắng! Đau nhức cơ bắp là hoàn toàn bình thường trong và đặc biệt sau một cuộc chạy marathon, và đau nhức thường biến mất trong vòng một tuần. Có lẽ bạn cũng sẽ bị đau khớp khi bạn ngừng chạy.

Đích đến

Sau khi hoàn thành cuộc đua marathon, hệ thống miễn dịch của bạn có thể bị tổn hại trong vài tháng sau khi chạy marathon và khiến bạn dễ bị cảm lạnh và nhiễm trùng. Ở một số vận động viên, chức năng tim có thể bị suy yếu trong một thời gian sau khi hoàn thành cuộc đua marathon. Những thay đổi trong chức năng tim có xu hướng xảy ra ở những người chạy nghiệp dư thường xuyên hơn so với những vận động viên được đào tạo.

Lưu lượng máu đến thận của bạn sẽ giảm trong cuộc đua marathon và có thể làm suy giảm chức năng thận trong tối đa hai tuần. Tổn thương thận sẽ được kết hợp bởi mất nước và tăng nhiệt độ cơ thể cốt lõi.

Nhưng cho dù bạn nhìn nó như thế nào, chạy marathon là một thành tựu to lớn. Vượt qua vạch đích là một cảm giác siêu thực mà rất ít người từng trải nghiệm. Những cơn đau nhức mà bạn trải qua trong và sau cuộc đua nhanh chóng lắng xuống và bạn sẽ được để lại một cảm giác thỏa mãn tuyệt vời.

Trên đây là những điều thú vị về hóa học của chạy marathon. Hi vọng sẽ giúp ích phần nào cho các bạn trong tương lai. Lần sau nếu ai có hỏi về chúng thì hãy nhớ về hóa học đằng sau nhé!

Tham khảo Brian Rohrig, Niall Moyna, A C Ames và VnExpress.

Leave a Reply