Giới Thiệu Các Hệ Thống Năng Lượng Trong Cơ Thể (Phần 1/3)

Phần 2 Phát Triển Các Hệ thống Năng Lượng Trong Cơ Thể

Phần 3 Bóng Đá – Yêu Cầu Thể Lực Chung & Riêng Ở Từng Vị Trí

Khi nói về thể lực, chúng ta vẫn thường nghĩ về khả năng hô hấp và sức bền của hệ tim mạch (cardio). Trong series bài viết này, mình muốn giới thiệu đến người đọc một yếu tố cực kì quan trọng khác, đó là: các hệ thống năng lượng trong cơ thể con người.

Một ví dụ điển hình: chạy điền kinh 100m và chạy marathon 50km sử dụng 2 hệ thống năng lượng khác nhau hoàn toàn. Bạn không thể phát triển hệ thống năng lượng giành cho việc chạy marathon với mong muốn cải thiện thành tích chạy 100m!

Sự khác biệt giữa vận động viên chạy đường dài và vận động viên điền kinh 100m

Điều tượng tự có thể áp dụng cho những môn thể thao khác như bóng đá, bóng bầu dục, cử tạ, vâng vâng … Ở các môn thể thao đồng đội, thậm chí mỗi vị trí khác nhau trên sân, việc phát triển các hệ thống năng lượng cũng tương đối khác nhau. Hiểu được nhu cầu sinh lí của từng môn thể thao, vị trí thi đấu, cũng như cách cơ thể cung cấp năng lượng cho từng dạng hoạt động khác nhau sẽ giúp bạn có được phương án chuẩn bị thể lực hợp lí, tối ưu nhất.

I.Đầu tiên, năng lượng là gì?

Thức ăn cung cấp năng lượng cho cơ thể con người. Sau khi tiêu hoá, cơ thể sẽ dự trữ nguồn năng lượng đấy theo dạng chất dinh dưỡng carbohydrates (tinh bột), fat (chất béo) hay protein (chất đạm). Tuy nhiên, các tế bào không thể trực tiếp lấy năng lượng từ những chất này. Và đó là khi các hệ thống năng lượng trong cơ thể phải làm việc, xử lý chất dinh dưỡng, biến chúng thành đơn vị năng lượng có-thể-sử-dụng được (ATP), cung cấp cho các tế bào để phục vụ cho mọi hoạt động của cơ thể, bao gồm cả việc vận động.

Nói cách khác, cơ thể không thể trực tiếp sử dụng thức ăn làm năng lượng,. Tất cả đều phải chuyển đổi thành đơn vị ATP và cơ thể dùng ATP để duy trì sự sống. Nếu cơ thể bạn là một chiếc xe, thì xăng là chất dinh dưỡng. Và động cơ chính là các hệ thống tạo ra năng lượng trong cơ thể. Tuỳ vào bạn chạy nhanh hay chậm, động cơ sẽ phải hoạt động khác nhau. Một chiếc xe được thiết kế để chạy đường dài sẽ có động cơ khác với một chiếc xe đua. Điều tương tự có thể áp dụng cho cơ thể người trong việc vận động. Một vận động viên 100m phải được phát triển hệ thống năng lượng khác một vận động viên chạy đường dài, cũng như các vận động viên ở những môn thể thao đồng đội (bóng rổ, bóng đá …).

II. 3 Hệ Thống Năng Lượng Trong Cơ Thể

Đối với việc vận động, tuỳ vào cường độ (intensity) và thời gian hoạt động (duration) mà 1 trong 3 hệ thống ATP-PC, Glycolysis hoặc Oxidative sẽ đóng vai trò chủ đạo trong việc cung cấp năng lượng cho hoạt động đấy.

Mình dùng từ chủ đạo vì thực tế, một khi việc vận động bắt đầu, cả 3 hệ thống sẽ được kích hoạt cùng nhau, chỉ là khác ở tốc độ và số lượng ATP được tạo ra. Vì thế tuỳ vào nhu cầu, mỗi hệ thống sẽ đóng góp nhiều hơn/ít hơn vào việc cung cấp năng lượng. Ví dụ như việc bạn chạy nước rút hết tốc lực trong vòng 10 giây, cơ thể lúc này cần 1 nguồn năng lượng lớn, có mặt ngay lập tức để bạn có thể hoàn thành mục tiêu ở cường độ cao nhất. Theo sơ đồ minh hoạ bên dưới, có thể nói trong 10 giây này, cả 3 hệ thống năng lượng đều làm việc, nhưng đóng góp chủ đạo là từ APC-PC với 95%, sau đó đến Glycolysis với 3% và cuối cùng là Oxidative 2%.

Hình 1: chạy 100m, cường độ cực cao (hết sức) nhưng thời gian ngắn
Hình 2: các môn thể thao đồng đội, chạy ở cường độ trung bình-cao và  cách quãng
Hình 3: chạy marathon, cường độ thấp (chạy chậm) nhưng thời gian dài

Sâu vào chi tiết …

1. Phosphagen system (ATP-PC)

Đây là hệ thống có thể cung cấp năng lượng ngay lập tức cho cơ thể qua việc sử dụng trực tiếp một lượng ATP nhỏ được lưu trữ sẵn trong cơ bắp. Hệ thống này sẽ đóng vai trò chủ đạo trong việc cung cấp năng lượng cho các hoạt động ở cường độ cực cao (nỗ lực tối đa-hết sức), trong khoảng thời gian ngắn (dưới 10 giây).

Hệ thống ATP-PC hoạt động mà không cần oxy, vì thế nó luôn sẵn sàng cung cấp năng lượng cho cơ thể trong trường hợp “khẩn cấp”, khi các hệ thống khác không đủ khả năng để tạo đủ một lượng ATP cần thiết ngay lập tức để đáp ứng nhu cầu từ việc vận động.

Tuy mang lại một nguồn năng lượng nhanh, thuần khiết và mạnh mẽ cho các hoạt động cường độ cao, hệ thống Phosphagen chỉ có thể hoạt động trong tầm 6-10 giây. Lí do là vì nguồn ATP trong cơ bắp có giới hạn nhất định. Một khi lượng ATP sẵn có này cạn kiệt, các hệ thống năng lượng khác sẽ thay thế vai trò chủ chốt. Tuy nhiên, cường độ hoạt động của bạn sẽ không còn được như lúc ban đầu. Và để cơ thể tích tụ lại nguồn ATP này, bạn phải nghỉ từ 3-5 phút mới có thể hoạt động ở cường độ tương tự. Đây là lí do vì sao sau khi chạy nước rút hoặc cử tạ nặng, bạn phải nghỉ một lúc mới có thể thực hiện lại được. Một minh hoạ dễ hiểu: ví dụ hoạt động bạn thực hiện cần 10 đơn vị năng lượng ATP ngay lập tức. Khi mới bắt đầu, bạn có thể hoàn thành ở cường độ cao nhất nhờ hệ thống Phosphagen. Nhưng khi lượng ATP có sẵn cạn kiệt, bạn sẽ không thể hoạt động ở cường độ tương tự vì các hệ thống khác chỉ có thể cung cấp 4-6 đơn vị ATP trong khoảng thời gian đó mà thôi. Vì thế bạn buộc phải giảm cường độ hoặc nghỉ ngơi để cơ thể tích hợp lại nguồn ATP dự trữ.

Có một tỉ lệ khoa học trong việc  “tập:nghỉ” khi sử dụng hệ thống Phosphagen, đó là 1:10/12. Tức là cho mỗi giây sử dụng hệ thống này, bạn cần 10 đến 12 giây nghỉ để cơ thể tích hợp lại nguồn ATP trong cơ bắp. Ví dụ, nếu bạn chạy nước rút 10 giây, bạn cần nghỉ ít nhất 100 giây để có thể thực hiện lại với sự hiệu quả tương tự. Điều này không có nghĩa là nếu bạn không nghỉ đủ bạn sẽ không chạy lại được, chỉ là nếu không nghỉ đủ, sự hiệu quả sẽ không được như lúc đầu (thay vì lúc đầu trong 10 giây bạn chạy được 100m, không nghỉ đủ, 10 giây bạn chỉ chạy được 80m).

Những bộ môn/vận động viên hoạt động dựa vào hệ thống này sẽ trình diễn khả năng vận động cực nhanh, mạnh và thật sự bùng nổ. Có thể kể như những cú đấm hết lực trong quyền anh, những cú chạy 100m, cử tạ Olympic, những hoạt động ở cường độ cực cao trong bóng đá/bóng rổ như chạy nhanh, tì đè tranh chấp, bật nhảy, sút bóng …

Trong điền kinh 100m, những cú chạy hết tốc lực diễn ra rất nhanh và yêu cầu 1 nguồn ATP lớn, ngay lập tức. Vì thế chỉ mỗi hệ thống Phosphagen là đủ khả năng cung cấp năng lượng cho hoạt động này.

Việc tập luyện để phát triển hệ thống Phosphagen sẽ giúp cải thiện sự bùng nổ, sức mạnh và tốc độ áp dụng lực cho người tập. Tuy nhiên, nó không thể kéo dài khoảng thời gian mà hệ thống này cung cấp năng lượng cho cơ thể!

Vì thế, phát triển sức mạnh, sự bùng nổ và tốc độ áp dụng lực sẽ là mục tiêu của việc phát triển hệ thống Phosphagen (ATP-PC). Cụ thể như thế nào, mới các bạn tham khảo phần 2 – phát triển các hệ thống năng lượng trong cơ thể!

2. Glycolytic system (anaerobic)

Sau khi ATP-PC dừng hoạt động, hệ thống Glycolytic sẽ vào cuộc, đóng vai trò chủ đạo trong việc cung cấp năng lượng cho cơ thể để duy trì hoạt động cường độ trung bình-cao trong khoảng 2-3 phút kế tiếp . Hệ thống Glycolytic cũng hoạt động không cần oxy, mà sử dụng chất dinh dưỡng carbohydrates (tinh bột) được dữ trữ trong cơ bắp (glycogen) và trong máu (glucose) để tạo ra năng lượng. Vì phải qua một số bước chuyển đổi từ Glucose sang ATP nên hệ thống Glycolytic cung cấp năng lượng chậm hơn so với hệ thống Phosphagen (ATP-PC).

Nếu hoạt động điển hình cho việc sử dụng hệ thống ATP-PC là chạy 100m, thì hoạt động điển hình cho hệ thống glycolytic là chạy 300-400m. Những bộ môn sử dụng hệ thống này chủ đạo bao gồm: các môn thể thao đồng đôi như bóng đá, bóng rổ, bóng bầu dục; cầu lông, bơi lội hoặc võ thuật …

Điều thú vị nhất về hệ thống này là việc nó tạo ra lactic acid trong quá trình chuyển đổi từ glucose sang ATP. Mọi người vẫn nghĩ lactic acid là thứ gây ra hiện tượng “đau nhức”, cảm giác như “cháy” cơ khi vận động ở cường độ cao. Điều này hoàn toàn không đúng!

Các nhà khoa học đã tìm ra nguyên nhân thật sự đằng sau sự đau nhức này. Đó là do việc trong quá trình sử dụng ATP, một lượng nguyên tử Hydrogen (H+ ion) được tạo ra như một sản phẩm phụ. Khi cơ thể hoạt động ở cường độ cao liên tục, một lượng ATP lớn được sử dụng và một lượng H+ ion lớn cũng được tiết ra. H+ ion sẽ làm giảm độ pH trong cơ bắp, khiến môi trường bên trong cơ bắp trở nên đầy tính Axit; và đây mới thực sự là nguyên nhân đằng sau những cơn đau/cảm giác cháy cơ khi vận động.

Trong khi đó, quá trình chuyển đổi từ Glucose sang ATP lại tạo ra một sản phẩm phụ là Pyruvate. Pyruvate sẽ kết hợp với nguyên tử Hydrogen và tạo ra Lactate. Như vậy, Lactate thật ra là hợp chất có lợi chứ không hại như mọi người vẫn nghĩ. Lactate được tạo ra có nghĩa là Pyruvate đã lấy đi H+ ion để giúp môi trường trong cơ giảm bớt đi tính Axit. Sau khi được tạo ra, Lactate sẽ theo dòng tuần hoàn và bị đẩy ra ngoài, đến các bộ phận khác và được hệ thống thứ 3 là Oxidative xử lí, tái sử dụng để tạo ra năng lượng.

Lượng H+ ion càng lớn thì Lactate sẽ được tích tụ càng nhiều (Pyruvate đi gom các nguyên tử Hydrogen). Đến khi tốc độ sản xuất H+ ion nhanh hơn sự tích tụ lactate và tốc độ đẩy lactate ra ngoài, cơ bắp sẽ bị tăng tính axit và bắt đầu sụt giảm năng suất hoạt động. Hiện tượng này được gọi là Lactate Threshold, tạm dịch Ngưỡng Lactate.

Theo sơ đồ minh hoạ, các bạn có thể thấy từ tốc độ (speed) 5-8 mph, cơ thể vẫn kịp tích hợp được Lactate (Pyruvate gom góp H+ ion để giảm tính axit cho cơ). Mốc số 8 chính là Ngưỡng Lactate. Ngay sau đó, lượng H+ ion trở nên quá lớn => sự hình thành của lactate và tốc độ đẩy ra ngoài không theo kịp => tích tụ một lượng lớn lactate (biểu hiện cho một lượng lớn H+)=> cơ bắp bị axit hoá => hiện tượng đau nhức cơ bắt đầu xuất hiện.

Tất cả những lí thuyết này có liên quan gì đến việc tập luyện thực tiễn?

Các bạn hãy xem biểu đồ sau đây:

Đường chấm tròn: trước khi tập luyện
Đường chấm vuông: sau khi tập luyện phát triển hệ thống Glycolysis, ngưỡng Lactate sẽ được nới rộng ra.

Khi nói đến việc phát triển hệ thống Glycolysis, mục tiêu lớn nhất sẽ là tập luyện để “nới rộng” Ngưỡng Lactate (Lactate Threshold) cho cơ thể. Khi ngưỡng lactate được nới rộng, có nghĩa là khả năng cơ thể đẩy lactate ra ngoài được cải thiện (nên nhớ lactate mang theo H+ ion) => ít sự tích tụ lactate hơn => ít H+ ion hơn => giảm tính axit => hoạt động được lâu hơn.

Để nới rộng Ngưỡng lactate, bạn phải xác định và tập luyện ở trên ngưỡng lactate một tí, lập lại nhiều lần để cơ thể thích nghi và tốt dần lên trong việc “gom góp” H+ ion, tạo thành lactate rồi đẩy nó ra ngoài để cơ bắp không bị đau quá nhanh rồi giảm khẩ năng vận động. Cụ thể như thế nào, mới các bạn tham khảo phần 2 – phát triển các hệ thống năng lượng trong cơ thể!!

3. Oxidative system (aerobic)

Oxidative system là hệ thống cung cấp năng lượng chủ đạo cho cơ thể khi nghỉ ngơi hoặc hoạt động ở cường độ thấp. Đây là hệ thống duy nhất trong cơ thể người sử dụng oxy, cho mục đích xử lí  các chất dinh dưỡng carbohydrates (tinh bột), protein (đạm) và fat (chất béo) để tạo ra năng lượng.

Chất dinh dưỡng được “đốt” đầu tiên sẽ là carbs (tinh bột), sau đó sẽ đến fat (chất béo) và nếu bạn hoạt động đủ lâu, thì nó sẽ “đốt” luôn cả protein (đạm) để tạo ra ATP. Đó là vì sao những bộ môn đòi hỏi sức bền lớn (dựa vào oxidative system), thường sản sinh ra những vận động viên có thể hình khá “tong teo”.

Vì hoạt động quá lâu (chạy nhiều giờ liên tục), các vận động viên marathon không có nhiều cơ bắp.

Do phải thông qua nhiều quá trình chuyển hoá phức tạp trong việc chuyển đổi các chất dinh dưỡng sang năng lượng nên tốc độ tạo ra ATP của hệ thống Oxidative là chậm nhất. Tuy chậm, nhưng tổng số năng lượng được tạo ra lớn hơn rất nhiều so với 2 hệ thống còn lại. Nói cách khác, Oxidative system là hệ thống thải năng lượng ra từ từ, “âm ỉ” nhưng cực kì bền bỉ.

Sau khi ATP-PC và Glycolytic không còn hoạt động, thì Oxidative sẽ vào cuộc và là nguồn cung cấp năng lượng chủ đạo cho cơ thể từ 3 phút trở đi, và có thể kéo dài đến vài giờ. Môn thể thao  điển hình, hoàn toàn dựa vào Oxidative system là chạy marathon, hoặc đạp xe đường dài.

Tuy không nổi bật và mạnh mẽ như những hệ thống khác, nhưng có thể nói Oxidative là hệ thống năng lượng nền tảng của viêc vận động. Ngoài khả năng tự mình tạo ra năng lượng cho các hoạt động bền ở cường độ thấp, nó còn đóng góp vào các hệ thống khác như sau:

• Đối với Phosphagen system, sau khi cạn kiệt năng lượng, hệ thống Oxidative sẽ đóng vai trò trong việc cung cấp lại nguồn ATP dự trữ trong cơ bắp khi bạn dừng/giảm cường độ hoạt động. Đây là lí do vì sao những vận động viên có hệ thống Oxidative tốt hơn sẽ có xu hướng phục hồi nhanh hơn người khác.Ví dụ, bạn cử tạ nặng và sử dụng hết năng lượng từ Phosphagen system. Trong khi nghỉ, hệ thống Oxidative sẽ giúp bạn tích hợp lại nguồn ATP. Làm việc càng hiệu qủa thì thời gian phục hồi của bạn càng nhanh.

• Đối với Glycolytic system, hệ thống Oxidative sẽ giúp xử lí lượng lactate tích tụ để tạo ra thêm năng lượng. Lượng lactate tích tụ sẽ được xử lí ở cơ quan bào Mitochondria (nơi hoạt động của hệ thống Oxidative). Oxidative system hoạt động càng nhanh, càng tốt thì lượng lactate được xử lí càng nhanh => tạo ra thêm nhiều năng lượng và lượng lactate trong cơ sẽ có thể bị đẩy tới Mitochondria ở tốc độ nhanh hơn => ít lactate trong cơ hơn => ít H+ ion => bớt tính axit => hoạt động lâu hơn.Nôm na dễ hiểu, Mitochondria giống như một căn phòng nơi hệ thống Oxidative tạo ra năng lượng, và nó có sức chứa nhất định. Một khi nó đã đầy thì Lactate từ cơ bắp không thể vô được nữa. Nếu chúng ta có thể giúp nó cải thiện khả năng hoạt động ở hiệu suất cao hơn, thì nó có thể xử lí lactate nhanh hơn và tạo ra nhiều không gian để lactate trong cơ bắp được đưa vào. Nếu nó hoạt động quá chậm, không xử lí kịp lactate thì số lactate còn ứ đọng ở ngoài cơ bắp sẽ càng lúc càng nhiều => lượng H+ ion nhiều => tăng tính axit.

Tóm lại, nếu Phosphagen và Glycolycitc cung cấp năng lượng cho các hoạt động mang tính “chìa khoá” khi vận động (các hoạt động cường độ cao), thì Oxidative system là điểm tựa để giúp các vận động viên tiếp tục thi đấu và phục hồi sức.

Có thể hình dung một trường hợp cụ thể trong bóng đá. Một cầu thủ tiền đạo bứt tốc nhanh đến vị trí bóng, tranh chấp tì đè để đoạt lấy bóng rồi dứt điểm thật mạnh. Anh ta có thể duy trì cường độ hoạt động như vậy liên tục không? Tất nhiên là không. Anh ta giảm cường độ, chạy bộ nhẹ nhàng hoặc thậm chí đi bộ để phục hồi lại sức và chuẩn bị cho các pha bứt tốc khác.

Trong sinh lí học, điều này có nghĩa là gì? Anh ta đã rút sạch lượng ATP dự trữ trong cơ bắp và không thể hoạt động ở cường độ cao thêm nữa (nếu tình huống bắt buộc anh ấy phải tiếp tục vận động mạnh, thì hệ thống Glycolytic sẽ vào cuộc). Hệ thống ATP-PC đã cạn kiêt. Lúc này anh ta sẽ đi bộ hoặc chạy “lúp xúp”, những dạng cường độ nhẹ, sử dụng Oxidative system, để hệ thống này từ từ tạo lại năng lượng cho những hoạt động sau.

Nếu hệ thống Phosphagen và Glycolytic được phát triển tốt, tiền đạo này sẽ cực kì mạnh mẽ và hiệu quả mỗi khi anh ta quyết định “tăng tốc”. Nếu hệ thống Oxidative được phát triển tốt, tổng quãng đường di chuyển mỗi trận đầu của anh ta sẽ cao hơn (có lợi về mặt chiến thuật), và khả năng phục hồi sau mỗi pha tăng tốc sẽ nhanh hơn (duy trì cường độ hoạt động cao lâu hơn).

Lukaku là kiểu mẫu tiền đạo điển hình, phản ánh được yêu cầu sinh lí từ vị trí thi đấu của anh ta (sẽ phân tích sâu hơn ở phần 3). Bình thường Lukaku ít khi di chuyển hoặc chỉ di chuyển nhẹ nhàng, nhưng một khi đã quyết định “tăng tốc” thì cực kì mạnh mẽ.

III. Tóm Tắt

Hãy xác định được môn thể thao mình chơi sử dụng các hệ thống năng lượng nào làm chủ đạo và tìm cách phát triển hệ thống đấy. Bạn sẽ có sự chuẩn bị thể lực tối ưu cho bản thân.

Phần 2 Phát Triển Các Hệ thống Năng Lượng Trong Cơ Thể

Phần 3 Bóng Đá – Yêu Cầu Thể Lực Chung & Riêng Ở Từng Vị Trí