Vì sao người chạy bộ quan tâm đến ngưỡng lactate?
Nhiều người chạy bộ thường băn khoăn vì sao cùng một cự ly, có người chạy rất nhẹ nhàng nhưng người khác lại nhanh chóng đuối sức, thở dốc và mỏi cơ. Điểm khác biệt mấu chốt nằm ở khả năng chịu đựng của cơ bắp trước sự tích tụ của các sản phẩm chuyển hóa khi vận động cường độ cao. Khi tăng tốc đến một giới hạn nhất định, cơ thể bắt đầu mỏi rã rời do tốc độ sản sinh axit lactic vượt quá khả năng xử lý.
Chạy ở ngưỡng lactate (Threshold Run) chính là phương pháp tập luyện ở ranh giới này, giúp cơ bắp thích nghi tốt hơn với tình trạng chịu tải [1]. Về bản chất, bài tập này kích thích mạnh mẽ các biến đổi sinh học sâu bên trong sợi cơ, đặc biệt là quá trình tăng sinh ty thể và phát triển hệ thống mao mạch bao quanh cơ xương [1]. Những biến đổi tế bào đó giúp cơ thể sử dụng oxy hiệu quả hơn, nâng cao sức bền và duy trì tốc độ ổn định trong thời gian dài [1].
Mạng lưới ty thể trong sợi cơ vốn tồn tại dưới dạng một hệ thống liên kết phức tạp [2]. Khi chịu kích thích từ các bài tập bền ngắt quãng hay chạy ngưỡng, mạng lưới này sẽ tái cấu trúc, vừa tăng kích thước vừa hoàn thiện chức năng phân giải chất béo và đường để tạo năng lượng [2, 5].
Ty thể - "nhà máy năng lượng" của cơ bắp nhân đôi thế nào?
Ty thể đóng vai trò sản xuất phần lớn phân tử ATP để cung cấp năng lượng cho từng nhịp co cơ khi chạy bộ [3]. Việc tập luyện sức bền thường xuyên kích thích quá trình sinh tổng hợp ty thể (mitochondrial biogenesis), từ đó làm tăng lượng protein ty thể và số lượng bản sao DNA ty thể (mtDNA) trong cơ bắp [4]. Sự gia tăng này là kết quả cộng dồn từ từng buổi tập ngắt quãng được duy trì đều đặn qua thời gian [4].
Để tạo ra một ty thể hoàn chỉnh, tế bào phải phối hợp nhịp nhàng giữa việc phiên mã gen trong nhân tế bào và bộ gen riêng của chính ty thể [5]. Các protein mới sau khi được tổng hợp từ gen nhân sẽ được vận chuyển qua màng và định vị chính xác vào một trong bốn khoang cấu trúc của ty thể [5]. Quá trình này đòi hỏi sự điều hòa gắt gao ở nhiều bước khác nhau để đảm bảo ty thể mới có đầy đủ các enzyme hô hấp tế bào [5].
Bên cạnh việc tạo mới, tế bào cơ xương còn liên tục trải qua các chu trình dung hợp (fusion) và phân cắt (fission) để làm mới mạng lưới ty thể [5, 6]. Tập luyện giúp nâng cao cả hai quá trình này, đảm bảo các phần ty thể hư hại do vận động cường độ cao nhanh chóng bị loại bỏ thông qua cơ chế tự thực (mitophagy) [6]. Nhờ đó, cơ bắp luôn duy trì được hệ thống ty thể khỏe mạnh và hoạt động với hiệu suất chuyển hóa tối ưu nhất [6].
Mạng lưới mao mạch cơ xương dày đặc hơn
Khả năng hô hấp của ty thể chỉ phát huy tác dụng tối đa khi có đủ nguồn dưỡng khí oxy được vận chuyển liên tục tới sợi cơ [1]. Nghiên cứu cho thấy các vận động viên sức bền sau thời gian ngừng tập luyện vẫn duy trì chỉ số tiêu thụ oxy tối đa (VO2max) và ngưỡng lactate cao hơn hẳn so với người ít vận động [1]. Sự vượt trội này gắn liền với mật độ mao mạch cơ xương và hàm lượng protein ty thể cao hơn khoảng 50% so với nhóm đối chứng chưa từng tập luyện [1].
Mạng lưới mao mạch phát triển dày đặc xung quanh từng sợi cơ giúp rút ngắn khoảng cách khuếch tán của dòng máu giàu oxy tới màng ty thể [1]. Đồng thời, lưu lượng máu lưu thông dồi dào tạo điều kiện cho việc đào thải nhanh các chất chuyển hóa trung gian sinh ra khi cơ co bắp liên tục [1]. Đây chính là lý do những người có ngưỡng lactate cao thường ít bị chuột rút và duy trì được vận tốc nhanh trong thời gian dài [1].
Ngược lại, khi cơ thể ngưng trệ vận động trong 84 ngày, hàm lượng protein ty thể suy giảm rõ rệt [1]. Tình trạng thoái triển này kéo theo sự gia tăng nhịp tim, thông khí phổi và nồng độ lactate trong máu ngay cả khi người đó chỉ vận động ở mức cường độ dưới mức tối đa [1]. Điều này chứng minh tính linh hoạt của hệ thống mao mạch và ty thể: chúng phát triển khi có kích thích phù hợp nhưng cũng teo giảm nhanh chóng nếu thiếu vận động [1].
Bằng chứng khoa học về tín hiệu tế bào khi tập ngưỡng
Nhiều công trình khoa học đã bóc tách từng mắt xích phân tử điều khiển quá trình tăng sinh ty thể khi cơ bắp chịu tải. Một nghiên cứu trên mô hình động vật biến đổi gen năm 2002 phát hiện ra rằng enzyme CaMKIV (canxi/calmodulin-dependent protein kinase IV) kích hoạt quá trình nhân đôi DNA ty thể và thúc đẩy các enzyme chuyển hóa chất béo trong cơ xương [7]. Enzyme này kích thích trực tiếp vùng khởi động gen PGC-1alpha, vốn được coi là yếu tố chỉ huy then chốt điều phối mạng lưới sinh tổng hợp ty thể [7].
Nghiên cứu đăng tải năm 2017 cũng chỉ ra rằng biểu hiện protein PGC-1alpha tăng vọt trong cơ xương sau cả buổi tập cấp tính lẫn các đợt rèn luyện sức bền kéo dài [4]. Cùng với PGC-1alpha, yếu tố phiên mã TFAM cũng gia tăng đáng kể ở cả người lẫn động vật sau các bài tập sức bền [4]. TFAM tham gia trực tiếp vào việc kiểm soát quá trình sao chép bộ gen ty thể, đảm bảo sự biểu hiện đồng bộ của các enzyme chuỗi chuyền điện tử hô hấp [4].
Về cường độ tập luyện, một nghiên cứu năm 2021 tiến hành khảo sát tác động của 6 phác đồ rèn luyện trên cá hồi vân – loài động vật có cấu trúc cơ đỏ và cơ trắng tách biệt tương tự các sợi cơ co rút chậm và nhanh ở động vật có vú [8]. Kết quả chứng minh rằng cường độ vận động, thay vì khối lượng hay tần suất, là yếu tố mang tính quyết định nhất để kích thích các quá trình sinh tổng hợp ty thể [8]. Bài tập cường độ cao kích hoạt nhiều loại mRNA và hoạt tính enzyme liên quan đến ty thể hơn hẳn so với bài tập cường độ vừa phải [8].
Đối với cơ chế tự thực dọn dẹp tế bào, nghiên cứu năm 2016 trên chuột C57BL/6 đực bơi 1 giờ mỗi ngày, 5 ngày mỗi tuần trong 8 tuần cho thấy tập luyện làm tăng thông lượng tự thực lên khoảng 100% (thể hiện qua chỉ số LC3-II) [6]. Các protein dung hợp Opa1, MFN2 và protein phân cắt Drp1 đều tăng cao rõ rệt [6]. Khi nhóm nghiên cứu sử dụng colchicine liều 0,4 mg/kg/ngày để chặn quá trình tự thực, sự gia tăng của các marker sinh tổng hợp ty thể như SDH, COX IV và PGC-1alpha do tập luyện đã bị triệt tiêu hoàn toàn [6]. Điều này khẳng định quá trình dọn dẹp tế bào hư hại là điều kiện bắt buộc để ty thể mới có thể sinh sôi [6].
Những hiểu lầm thường gặp khi tập luyện sức bền
Một quan niệm sai lầm rất phổ biến là bổ sung liều cao các chất chống oxy hóa như vitamin C sẽ giúp cơ thể giảm mệt mỏi và phục hồi nhanh hơn khi tập luyện. Tuy nhiên, bằng chứng tổng hợp năm 2020 cho thấy việc bổ sung vitamin C ngoại sinh đồng thời với quá trình tập luyện có thể làm suy giảm sự tăng sinh ty thể trong cơ xương [1]. Điều này làm giảm sút sự cải thiện chỉ số VO2max và hiệu suất sức bền ở cả người lẫn chuột thí nghiệm [1]. Các gốc oxy hóa nội sinh sinh ra trong lúc chạy ngưỡng thực chất là tín hiệu kích hoạt thích nghi tế bào, nếu dập tắt chúng quá mức sẽ phản tác dụng [1].
Bên cạnh đó, việc sử dụng một số loại thuốc điều trị cũng có thể can thiệp vào quá trình thích nghi này. Chẳng hạn, một thử nghiệm ngẫu nhiên, mù đôi, đối chứng giả dược cho thấy thuốc metformin đã triệt tiêu mức tăng hô hấp cơ xương do tập luyện, đồng thời làm giảm mức cải thiện VO2max và độ nhạy insulin toàn thân [1]. Điều này cho thấy đáp ứng tế bào của ty thể có mối liên hệ mật thiết nhưng cũng rất nhạy cảm với các can thiệp hóa dược [1].
Nhiều người cũng lầm tưởng rằng chỉ cần tập luyện với thể tích thật nhiều, chạy cự ly thật dài ở tốc độ chậm là đủ để phát triển ty thể tối đa. Dữ liệu thực nghiệm lại chỉ ra rằng cường độ vận động ở vùng ngưỡng và cận ngưỡng kích hoạt các con đường tín hiệu phiên mã gen mạnh mẽ hơn nhiều so với việc chỉ tích lũy quãng đường ở cường độ thấp [8].
Ai nên thận trọng khi tập chạy ở ngưỡng lactate?
Chạy ngưỡng lactate đòi hỏi tim mạch và hệ cơ xương khớp phải làm việc ở cường độ tiệm cận mức quá tải tạm thời [1]. Những người mới bắt đầu làm quen với chạy bộ chưa nên thử nghiệm ngay bài tập này khi nền tảng cơ bắp và khớp chưa đủ vững chắc để chịu đựng phản lực kéo dài.
Những bệnh nhân mắc bệnh lý tim mạch, tăng huyết áp chưa kiểm soát hoặc người có vấn đề về van tim cần tham khảo ý kiến bác sĩ chuyên khoa trước khi thực hiện các bài chạy cường độ cao. Khi vượt ngưỡng chịu đựng, nhịp tim và áp lực thông khí tăng vọt có thể gây ra những biến cố tim mạch nguy hiểm [1].
Đối với bệnh nhân đái tháo đường đang sử dụng các loại thuốc điều hòa chuyển hóa như metformin, việc theo dõi đường huyết và tham vấn bác sĩ điều trị là rất cần thiết, bởi sự kết hợp giữa thuốc và tập luyện sức bền cường độ cao có thể tạo ra những tương tác phức tạp lên quá trình hô hấp tế bào cơ xương [1, 4]. Nếu xuất hiện các dấu hiệu như đau thắt ngực, khó thở bất thường hoặc chóng mặt trong lúc chạy, người tập cần dừng lại ngay lập tức.
Gợi ý áp dụng chạy ngưỡng vào đời sống
Để kích hoạt hiệu quả quá trình tăng sinh ty thể và mao mạch, người chạy bộ phong trào nên đưa bài tập chạy ngưỡng vào giáo án tập luyện với tần suất hợp lý, thường là 1 buổi mỗi tuần. Thời lượng phần chạy ngưỡng lý tưởng thường dao động từ 20 đến 30 phút, hoặc chia thành các hiệp ngắt quãng như 3 hiệp x 8 phút với thời gian nghỉ ngắn giữa hiệp. Cường độ chạy chuẩn xác là mức vận tốc mà bạn cảm thấy "vừa mệt nhưng vẫn kiểm soát được", nhịp thở sâu nhưng không đứt quãng, tương đương tốc độ có thể duy trì liên tục trong khoảng 45 đến 60 phút khi thi đấu.
Về mặt dinh dưỡng, người tập không nên lạm dụng các chế phẩm bổ sung vitamin C liều cao quanh thời điểm tập luyện để tránh làm cùn mòn tín hiệu tăng sinh ty thể [1]. Thay vào đó, việc bổ sung các axit béo không bão hòa đa như omega-3 (n-3 PUFA) thông qua chế độ ăn tự nhiên có thể đem lại tác động tích cực trong việc hỗ trợ điều hòa thích nghi màng ty thể cơ xương [3]. Luôn khởi động kỹ ít nhất 10-15 phút trước khi tăng tốc lên vùng ngưỡng và thả lỏng hạ nhiệt đầy đủ sau bài tập.
Tập chạy ở ngưỡng lactate là phương pháp khoa học giúp nâng cấp toàn diện bộ máy năng lượng bên trong sợi cơ [1, 3]. Việc thấu hiểu cơ chế sinh học phân tử từ ty thể đến mao mạch sẽ giúp người chạy bộ kiên trì và thiết lập kế hoạch tập luyện cân bằng, an toàn và đạt hiệu suất cao nhất [1, 6].