Contribución de los Sistemas Energéticos en Natación

 El rendimiento en natación depende, principalmente, de la potencia metabólica que los deportistas son capaces de producir en competición y del coste energético que les supone nadar a máxima velocidad. Es decir, una mayor producción de energía por unidad de tiempo y un menor coste energético para desplazarse se traduce generalmente en un mejor resultado. Aquí vamos a hablar sobre el primer punto: la producción de energía.

Lo primero que debemos preguntarnos es, ¿cómo obtenemos energía? Voy a intentar responder de forma muy breve:

Sistemas Energéticos

Existe una molécula llamada Adenosín trifosfato (ATP) que contiene gran cantidad de energía y se almacena en las células. Cuando se rompe la libera, y esa es la principal fuente de energía de la mayoría de funciones del cuerpo, incluida la contracción muscular.

Hay tres caminos para obtener energía:

• ATP-PCr
• Sistema Glucolítico
• Oxidación

Los primeros dos actúan sin utilizar oxígeno y conjuntamente forman lo que podemos llamar metabolismo anaeróbico, mientras que el tercero necesita oxígeno y por lo tanto comprende el metabolismo aeróbico. El cuerpo utiliza generalmente una combinación de los tres, a diferentes niveles, para alcanzar sus demandas energéticas.

El sistema energético ATP-PCr lo que hace es utilizar directamente la pequeña reserva de ATP y fosfocreatina almacenadas en las células para producir energía muy rápido. El problema es que dura muy muy poquito, a los 12-15 segundos, como mucho, esas reservas están prácticamente esquilmadas.

El sistema glucolítico rompe moléculas de glucosa. No es capaz de producir grandes cantidades de energía, pero es rápido y utiliza un combustible disponible en más cantidad que el que usa el sistema ATP-PCr, y por lo tanto es el sistema predominante entre los 15 segundos y los dos minutos de esfuerzo máximo. Este sistema es el que produce el famoso lactato, otro posible sustrato, pero no vamos a entrar en ello.

Por último el sistema oxidativo, el más complejo de los tres, que rompe sustratos (carbohidratos, grasas o proteínas) con ayuda del oxígeno para producir energía. Dependiendo del sustrato es capaz de producir más energía o menos y durante más o menos tiempo.

Resumiendo:

Es importante recordar que todos están activos simultáneamente, solo que en diferentes grados de prioridad dependiendo del carácter del esfuerzo y del sustrato disponible.

Controversia

El nadador debe, pues, obtener energía. Mucha, cuanta más mejor, de los sistemas energéticos predominantes en su modalidad. Y ese es uno de los objetivos del entrenamiento. Si el principal sistema energético de mi disciplina es, digamos, el sistema glucolítico, ¿no deberé intentar ser capaz de maximizar la producción de energía de ese sistema en concreto, que tanto voy a usar?

¿Cuáles son entonces los sistemas energéticos predominantes de cada disciplina? O, más concretamente y atendiendo a los principios del entrenamiento, ¿cuánto podría contribuir cada sistema energético a un deportista concreto, en una prueba concreta? ¿Qué tiene que entrenar ese deportista? Yo me he hecho esas preguntas, y aquí os presento la polémica.

Maglischo, Navarro, y un sin fin de autores reconocidos en el mundo de la natación han escrito al respecto. Esta una tabla resumen de sus resultados, tal y como la recogen Rodríguez y Mader:

¿Véis el problema? Yo creo que hay varios:

1. No coinciden. El rango en el que se mueven es demasiado grande para resultar de utilidad. ¿Es el 200 libres una prueba eminentemente anaeróbica, o por el contrario prima el metabolismo aeróbico? Resulta casi imposible dar una respuesta particular ya que diferentes deportistas pueden llegar al mismo destino por distintos caminos, ¿pero, en general, cómo es la prueba?
2. Usan distancias, en vez de tiempo. Esto puede ser práctico a veces, pero no lo es, ni preciso, en casos concretos. Sin duda la contribución relativa del sistema ATP-PCr no es la misma para un 100 libres masculino en 46 segundos que para uno en 1 minuto y 10 segundos, aunque sea la misma distancia y estilo.
3. No se puede inferir por la tabla, pero todos hablan exclusivamente de nado crol y en hombres. Durante el transcurso de este trabajo he intentado ofrecer una alternativa para los diferentes estilos, pero ya te advierto, spoilers, que no he encontrado como hacer frente al obstáculo de diferenciar entre sexo biológico. Sabemos que en mujeres la oxidación de lípidos se ve más favorecida frente a la de carbohidratos que en hombres, pero es una incógnita como se comportan respecto a los otros sistemas en natación. Creo que sería interesante saberlo, así como si esa diferencia es más o menos significativa que la normal entre individuos del mismo sexo.

¿Soluciones?

Problema 1: discrepancias

La primera que se me ocurrió: hacer una media. Lo solucionaría de un plumazo. Sin embargo este enfoque podría llevar a una falacia, ya que no tengo la certeza de que todos los estudios de estos autores tengan el mismo grado de validez. Si las fuentes no tienen el mismo grado de rigor metodológico, peso estadístico o contexto, por nombrar algunos factores, la media podría ser tan acertada como elegir un valor al azar en el correspondiente rango. Un meta-análisis tampoco está sobre la mesa, me temo.

¿Otra opción? El clásico de mamá y papá. Ten un favorito.

En la literatura científica, y en especial en España y en el mundo de la natación en concreto, Fernando Navarro siempre es el primero, pero yo me inclino, para este supuesto, por Rodríguez y Mader. En su artículo Energy systems in swimming presentan una simulación computacional de la participación de los sistemas energéticos en nadadores de élite masculinos, y lo que me parece muy importante y es en mi opinión un punto a su favor, incluyen marcas de tiempo:

Las distancias, como comenté antes, las voy a ignorar, pero ahora dispongo de valores concretos ubicados en un tiempo también concreto. Esto soluciona por completo el problema 1, y facilita mucho atajar el problema 2.

✅ SOLUCIONADO

Problema 2: esfuerzos de diferente duración

Bien, sigamos. Pongamos una nadadora de 100 braza que tarda 1 minuto y 15 segundos. Esto es sensiblemente alejado del tiempo de esfuerzo al que se someten los nadadores masculinos de élite en la prueba de los 100 metros libres, pero no lo suficiente para que los registros de 200 metros tengan plena relevancia. Mi respuesta a esto ya se complica un poco, pero te invito a seguirme: la tabla anterior presenta diferentes valores para momentos concretos para cada uno de los sistemas energéticos. Lo que he hecho es modelar una función a partir de esos puntos. De esa forma puedo obtener el valor concreto para cualquier instante (tiempo) de la función. Si te interesa está hecho en MatLAB, con un R-square >= 0.995.

Por ejemplo, para el sistema ATP-PCr:

Haciendo lo mismo para los demás sistemas obtengo las siguientes ecuaciones que modelan los sistemas energéticos a crol:

Sistema ATP-PCr: 424.1x^(-0.789) + 0.8296

Sistema Glucolítico: 239.7x^(-0.4676) + 1.072

Sistema Oxidativo: -585.6x^(-0.6017)+95.78

donde la x representa el tiempo total de la prueba en segundos.

A continuación puedes obtener la contribución energética para cualquier tiempo, a crol, según el modelo de Rodríguez y Mader con un script ejecutable en phyton:

# Calculo de % de contribución de los Sistemas Energéticos para un nadador que realiza su prueba en un tiempo x (segundos)

tiempo = 75

pcr = round(424.1 * (tiempo ** -0.789) + 0.8296 ,2)
glu = round(239.7 * (tiempo ** -0.4676) + 1.072 ,2)
oxi = round(-585.6 * (tiempo ** -0.6017) + 95.78 ,2)

print(f"ATP-PCr: {pcr} %")
print(f"Sistema Glucolitico: {glu} %")
print(f"Sistema Oxidativo: {oxi} %")

✅ SOLUCIONADO

Problema 3: diferentes estilos

Ahora es cuando se complica todo. Yo me pregunto: ¿requiere la misma cantidad de energía nadar durante 75 segundos a crol que a otros estilos? Y, en cualquier caso, ¿proviene esa energía de las mismas fuentes? Bueno, la primera respuesta es no, y la segunda, no se puede afirmar con seguridad. No existe en la literatura científica, o al menos no que yo haya podido encontrar, aproximaciones para los diferentes estilos como las que hemos visto anteriormente, pero sí sabemos, gracias a Capelli y colaboradores, que no requiere la misma cantidad de energía desplazarse a un estilo que a otro, y asumiendo aquí y allá podemos tratar de dar una respuesta, o al menos una aproximación, al dilema.

Capelli establece el coste de nadar a los diferentes estilos mediante estas ecuaciones:

Mariposa: 0.234*10^(0.547x)

Espalda: 0.270*10^(0.491x)

Braza: 0.548*10^(0.355x)

Crol: 0.228*10^(0.488x)

representando la x la velocidad media de la prueba.

A continuación puedes obtener el coste energético en KJ/m para cualquier estilo y distancia según el modelo de Capelli y colaboradores con este script ejecutable en python:

# Ajusta el tiempo y la distancia para obtener el coste energético de desplazamiento a todos los estilos

tiempo = 75
distancia = 100

velocidad = distancia/tiempo
gasto_mariposa = round(0.234 * (10 ** (0.547 * velocidad)) ,2)
gasto_espalda = round(0.270 * (10 ** (0.491 * velocidad)) ,2)
gasto_braza = round(0.548 * (10 ** (0.355 * velocidad)) ,2)
gasto_crol = round(0.228 * (10 ** (0.488 * velocidad)) ,2)
relat_mariposa = round(((gasto_mariposa*100)/gasto_crol)-100 ,2)
relat_espalda = round(((gasto_espalda*100)/gasto_crol)-100 ,2)
relat_braza = round(((gasto_braza*100)/gasto_crol)-100 ,2)

print(f"Mariposa: {gasto_mariposa} KJ/m (+{relat_mariposa} %)")
print(f"Espalda: {gasto_espalda} KJ/m (+{relat_espalda} %)")
print(f"Braza: {gasto_braza} KJ/m (+{relat_braza} %)")
print(f"Crol: {gasto_crol} KJ/m")

Perfecto, le hemos puesto números. Las ecuaciones de Capelli nos confirman que el gasto de energía para la misma velocidad es muy diferente para los distintos estilos. Tiene sentido. Todos los que hemos nadado, y muchos que no, sabemos que no representa la misma intensidad un 100 braza en 75 segundos que un 100 libres en el mismo tiempo.

¿Tendríamos más precisión si comparamos intensidades relativas parecidas entonces? Esa es mi hipótesis. Una forma de comparar estilos en natación, aunque con muchas comillas, son los Swimming Points. Si cogemos una prueba merecedora de, por ejemplo, 900 SP a braza y otra a crol, podríamos asumir que representan esfuerzos semejantes. Esto no es así, como desarrollaré más adelante, pero creo que es mejor que no hacer nada.

De esta forma, el algoritmo completo sería:

1. Decidir el estilo y el tiempo de esfuerzo del que se quiere averiguar la contribución relativa de los sistemas energéticos.
2. Calcular su coste energético por metro como hemos hecho en el punto anterior.
3. Averiguar sus Swimming Points.
4. Calcular la marca en la misma distancia pero a crol que es merecedora de la misma puntuación. Esto equipararía estilos si tuvieran el mismo gasto energético por metro.
5. Repetir el punto 2 para la marca de crol.
6. Calcular el % de diferencia en gasto energético a crol y al otro estilo para esas marcas equivalentes.
7. Aumentar la marca de crol en ese %. Esto equipararía estilos bajo la hipótesis de que para gastar la misma cantidad de energía a crol debes realizar un esfuerzo de mayor duración.
8. Obtener la contribución de los sistemas energéticos para esta marca a través de las ecuaciones que modelan el trabajo de Rodríguez y Mader.

Este script, de nuevo ejecutable en python, representa todo ese proceso:

# Variables a modificar por el usuario
distancia = 100 # en metros
tiempo = 75 # en segundos
estilo = 'braza'
record_mundo_prueba_elegida = 64.13 # en segundos
record_mundo_crol = 51.71 # en segundos

# 2. Calcular el coste energético:
velocidad = distancia/tiempo
if estilo == "mariposa":
    gasto = round(0.234 * (10 ** (0.547 * velocidad)) ,2)
elif estilo == "espalda":
    gasto = round(0.270 * (10 ** (0.491 * velocidad)) ,2)
elif estilo == "braza":
    gasto = round(0.548 * (10 ** (0.355 * velocidad)) ,2)
elif estilo == "crol":
    gasto = round(0.228 * (10 ** (0.488 * velocidad)) ,2)

# 3. Averiguar valor en Swimming Points:
SP1 = round(1000*(record_mundo_prueba_elegida/tiempo)**3, 0)

# 4. Calcular la marca en la misma distancia pero a crol que es merecedora de la misma puntuación:
tiempo_crol = record_mundo_crol
SP2 = round(1000*(record_mundo_crol/tiempo_crol)**3, 0)

while SP2 > SP1:
    SP2 = round(1000*(record_mundo_crol/tiempo_crol)**3, 0)
    tiempo_crol += 0.01

# 5. Repetir punto 2 para la marca de crol:
velocidad_crol = distancia/tiempo_crol
gasto_crol = round(0.228 * (10 ** (0.488 * velocidad_crol)) ,2)

# 6. Calcular el % de diferencia en gasto energético a crol y al otro estilo:
diferencia = round(((gasto*100)/gasto_crol)-100 ,2)

# 7. Aumentar la marca de crol en ese %:
tiempo_crol = tiempo_crol + tiempo_crol*(diferencia/100)

# 8. Obtener la contribución de los sistemas energéticos para esta marca:
pcr = round(424.1 * (tiempo_crol ** -0.789) + 0.8296 ,2)
glu = round(239.7 * (tiempo_crol ** -0.4676) + 1.072 ,2)
oxi = round(-585.6 * (tiempo_crol ** -0.6017) + 95.78 ,2)

print(f"Marca equivalente a crol: {round(tiempo_crol, 2)} s")
print(f"ATP-PCr: {pcr} %")
print(f"Sistema Glucolitico: {glu} %")
print(f"Sistema Oxidativo: {oxi} %")

✅ SOLUCIONADO

Aplicaciones prácticas

En mi opinión resulta crucial acercarse lo máximo posible a la verdad en este tema, y voy a poner un ejemplo muy sencillo de por qué y cómo se puede usar este método.

Imagina una periodización ATR o una por bloques. Citando de nuevo a Navarro, él nos propone organizar los contenidos para las pruebas de 100 metros de esta forma:

Preparación Básica: 4 puntos de importancia a la PALA, 3 a AEL, AEM, PAE, AFG, FMI, FMH y FLEX, y 2 para AFG.

Preparación Específica: 5 puntos de importancia para PLA y RFLA, 4 puntos para CALA, FEC, FEA, RFAL-LA y 3 para CLA.

Preparación Competitiva: Exclusividad en CLA, PLA y CALA.

Navarro llega a esta conclusión porque asigna un 55% a la glucólisis anaeróbica y un 35% al metabolismo aeróbico, calculado para una duración estimada de entre 40 y 60 segundos a crol. Es tremendamente lógico, pero puede no ser nuestro caso. Según los cálculos anteriores hay una diferencia de casi un 20% en glucólisis anaeróbica y de un 15% en el componente aeróbico. Si nos guiamos por esto, yo propondría, para esta deportista en concreto, trasladar la Potencia AEróbica al bloque de preparación específico, pues parece esencial para el rendimiento en la prueba. También sustituiría la CALA por PAE en la preparación competitiva.

Esto es un ejemplo para una prueba de 100 metros, pero creo que incluso puede ser más llamativo en pruebas de 200 donde las diferencias serán aún mayores. Te invito a comprobarlo.

⛔ Limitaciones

Todo esto está cogido con muchas pinzas. Se basa en una serie de axiomas y asunciones que no tienen por qué ser válidos, a saber:

1. El modelo computerizado de Rodríguez y Mader representa correctamente la interacción de los sistemas energéticos a lo largo del tiempo en natación.
2. Las ecuaciones de Capelli son por lo general correctas para la mayoría de deportistas. La biomecánica, antropometría y otros muchos factores pueden alterar el coste energético del nado de un deportista concreto.
3. Los Swimming Points sirven para equiparar rendimiento. No es así, o al menos no con gran exactitud. Lo único que tienen en cuenta para el cálculo son los récords del mundo, y asumen que los récords de todos los eventos representan el mismo nivel de dificultad. El 200 libres de Biedermann en 2009 (1.42.00) aún sigue vigente, mientras que el récord del mundo de 200 braza masculino de Christian Springer de la misma época (2.07.31) ha sido batido 48 veces hasta la redacción de estas palabras.
4. La contribución de los sistemas energéticos a intensidades similares es la misma en mujeres que en hombres.

Conclusiones

Pese a que creo que este es un asunto que damos por básico, contenido aprendido, en mi opinión estamos lejos de caracterizar correctamente y con consenso los distintos esfuerzos a los que el global de los nadadores se enfrentan. No podremos hacerlo hasta que podamos medirlo de forma individual, pero con todo mi respeto para los autores que han participado hasta ahora, pienso que no deberíamos conformarnos con el cuerpo de conocimiento en este área en su estado actual.

Aquí he presentado mi humilde método para tratar de acercarme un poco más a lo que creo que debe ser la verdad. He intentado tener en cuenta los factores más básicos que creo que pueden influir, pero hay muchos obstáculos y pocas certezas. Pese a todo, creo que es posible que los cálculos efectuados estén más cerca que coger el valor correspondiente de alguna distancia de crol y darlo por bueno.

Si has llegado hasta aquí, y has hecho el esfuerzo de intentar comprender y razonar conmigo, te estoy muy agradecido. Estaré encantado de saber tu opinión en este asunto o cualquier otro que quieras compartir.

Si te interesa puedes trastear con los scripts aquí:

Google Collab - Jupyter Notebook

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📑 Bibliografía

Capelli, C., Pendergast, D., & Termin, B. (1998). Energetics of swimming at maximal speeds in humans. European Journal of Applied Physiology and Occupational Physiology, 78, 385–393. https://doi.org/10.1007/s004210050435

Kenney, W. L., Wilmore, J. H., & Costill, D. L. (2022). Physiology of sport and exercise (8th ed.). Human Kinetics.

Navarro, F., & Oca, A. (2010). Entrenamiento físico de natación. Real Federación Española de Natación.

Navarro, F., Oca, A., & Rivas, A. (2010). Planificación del entrenamiento y su control. Real Federación Española de Natación.

Pyne, D., & Sharp, R. (2014). Physical and Energy Requirements of Competitive Swimming Events. International Journal of Sport Nutrition and Exercise Metabolism, 24. https://doi.org/10.1123/ijsnem.2014-0047

Rodríguez, F., & Mader, A. (2011). Energy systems in swimming. In World book of swimming: From science to performance (pp. 225–240). Nova Science Publishers. https://doi.org/10.13140/2.1.3260.5128

Toussaint, H. M., & Hollander, A. P. (1994). Energetics of competitive swimming. Implications for training programmes. Sports Medicine (Auckland, N.Z.), 18(6), 384–405. https://doi.org/10.2165/00007256-199418060-00004