Rola węglowodanów w formie sportowej i przeciwdziałaniu zmęczenia

Węglowodany, to związki, wokół których powstało wiele mitów. Często cukry nie mają najlepszej opinii, zdarzało się, że były uznawane za głównego sprawcę otyłości, czy cukrzycy. Niekiedy przeglądając Internet można natrafić na naprawdę ciekawe historię związane z węglowodanami, a osoby, które je czytają, najchętniej zrezygnowały by z podaży cukrów. Okazuje się jednak, że nie taki diabeł straszny jak go malują. Węglowodany w kontekście sportu wydają się być nieocenionym związkiem. By uzyskać paliwo potrzebne do wykonania każdej aktywności fizycznej, zaczynając od wstania z łóżka, po naprawdę wyczerpujący trening, substraty energetyczne (przede wszystkim węglowodany i tłuszcze) muszą zostać zamienione na energię. To właśnie głównie przemiany tych związków pozwalają nam w ogóle funkcjonować. Tutaj pojawia się pytanie: jaka jest różnica między tymi substratami? A jako, że to o węglowodanach będzie mowa, dlaczego to właśnie one są tak istotne w treningu i jak odpowiednie zarządzanie nimi może przyczynić się do poprawy formy sportowej?

 

WĘGLOWODANY VS. TŁUSZCZE

Węglowodany są magazynowane w naszym organizmie w stosunkowo niewielkich ilościach. Największe zasoby stanowi glikogen mięśniowy (średnio 400g), glikogen wątrobowy to 80-100g oraz 5g glukozy krąży w krwioobiegu. Szczególny tu jednak będzie magazyn glikogenu w mięśniach, jego ilość może się w bardzo dużym stopniu zmieniać w zależności od stopnia wytrenowania, diety, czy wysiłku fizycznego (Ryc.1) [1]. Mimo to w dalszym ciągu będzie wyglądać to dość mizernie gdy porównany sobie zasoby tłuszczu w naszym organizmie. Tutaj ilość potencjalnej energii będzie się różnić między osobniczo, ale dla 80 kilogramowego mężczyzny, magazyn tłuszczu może zapewnić bez najmniejszych problemów 70000-90000 kcal, co stanowi kilkukrotną przebitkę wartości kaloryczności zasobów węglowodanowych i jest w zasadzie niewyczerpalne, przynajmniej w czasie aktywności fizycznej. Wydawać by się mogło, że czerpanie energii z tłuszczów, szczególnie w wysiłkach wytrzymałościowych, będzie najbardziej optymalnym rozwiązaniem. Okazuje się jednak, że nie jest do końca prawda.

MONOHYDRAT KREATYNY OD TESTOSTERONE.PL

FIZJOLOGICZNY BEŁKOT, CZYLI PRZEWAGA WĘGLOWODANÓW NAD TŁUSZCZAMI W WYSIŁKU

Choć zdaję sobie sprawę, że można by napisać same wnioski, przedstawię pełny mechanizm fizjologiczny, który udowodni przewagę węglowodanów nad tłuszczami w czasie większości aktywności fizycznych. Acetylo-CoA jest wytwarzany z Beta oksydacji, a następnie wchodzi w cykl Krebsa (źródło tłuszczowe), tak jak w przypadku utleniania acetylo-CoA pochodzącego z utleniania pirogronianu (źródło węglowodanowe). W związku z tym produkty utleniania kwasów tłuszczowych na acetylo-CoA są identyczne. Różnice między utlenianiem kwasów tłuszczowych a utlenianiem węglowodanów muszą zatem występować przed i podczas wytwarzania acetylo-CoA. Porównując produkty utleniania glukozy, glikogenu i palmitynianu do 8 cząsteczek acetylo-koenzymu-A, utlenianie węglowodanów daje wyższy stosunek NADH do FADH₂, więcej CO₂ i większą wydajność ATP, nawet biorąc pod uwagę mniej wydajny pod względem ATP, transport glicerolu-3-fosforanu do przenoszenia elektronów z glikolizy (NAD⁺, H⁺) do mitochondriów. Dzieje się to za pośrednictwem wcześniej wspomnianego transferu glicerolu-3-fosforanu, który dominuje w mięśniach i w ten sposób umożliwia im utrzymanie bardzo wysokiego tempa fosforylacji oksydacyjnej (czyli przemian tlenowych mających na celu wytworzenie ATP). Gdy cytozolowy NADH przenoszony przez tranposrt glicerolu-3-fosforanu jest utleniany przez łańcuch oddechowy, wytwarza się 1,5 ATP zamiast 2,5 ATP. Wynika to z faktu, że akceptorem elektronów jest FAD, a nie NAD⁺. FAD umożliwia transport NADH do mitochondriów wbrew gradientowi stężeń: dzieje się to kosztem 1 cząsteczki ATP na 2 elektrony [2]. Wyższa wydajność ATP oznacza, że przy danej szybkości regeneracji ATP będzie mniejsze zapotrzebowanie na zużycie tlenu. Ponadto taka regeneracja ATP zachodzi przy wyższej produkcji CO₂, co wyjaśnia niższy współczynnik wymiany oddechowej (RER) podczas wysiłku, który polega na większym uzależnieniu od utleniania lipidów niż węglowodanów [3]. Jeżeli nie chciało Ci się czytać tego całego wywodu, wystarczy, że zerkniesz na następne zdanie. W uproszczeniu, węglowodany dają więcej energii w przeliczeniu na litr tlenu niż tłuszcze, co powoduje, że to one będą naszym preferencyjnym paliwem, przynajmniej w sytuacji gdzie zależy nam na jak najlepszym wyniku sportowym.

 

Ryc. 1 Hearris i in. 2018, Stężenie zasobów glikogenu mięśniowego

 

GLIKOGEN A ZMĘCZENIE

Wiemy już, że to glikogen będzie bardzo ważnym i z reguły preferowanym paliwem. Oprócz wspomnianej wcześniej przewagi cukrów nad tłuszczami, warto także wspomnieć o przemianach energetycznych. Węglowodany są na tyle uniwersalnym paliwem, że czerpać energię z nich możemy zarówno dzięki przemianom beztlenowym jak i tlenowym (przemiany tłuszczów następują jedynie w przemianach tlenowych). Powoduje to, że glikogen istotny będzie w wielu dyscyplinach sportowych, od biegów średnio-dystansowych, przez sporty zespołowe, a kończąc nawet na dyscyplinach ultra (tutaj intensywność będzie mieć jednak znaczenie). Jak już wcześniej wspomniałem, zasoby węglowodanowe są stosunkowo niewielkie w naszym organizmie i aktywność fizyczna jest w stanie nawet je wyczerpać. Gdy stężenie glikogenu spadnie poniżej wartości krytycznej dojdzie do powstania zmęczenia. Najbardziej uznaną teorią dotyczącą związku między niskim poziomem glikogenu w mięśniach a upośledzoną funkcją skurczową jest to, że forma magazynowa węglowodanów jest niezbędnym substratem, której wyczerpanie powoduje zmniejszenie tempa regeneracji ATP. W konsekwencji mięsień nie jest w stanie utrzymać odpowiedniego globalnego zaopatrzenia w energię dla jednego lub więcej procesów związanych z pobudzeniem i skurczem, co prowadzi do niemożności przełożenia napędu motorycznego na oczekiwaną siłę, innymi słowy rozwija się zmęczenie [4].

CYTRULINA OD TESTOSTERONE.PL

ZABIEGI DIETETYCZNE

Odpowiednim dostosowaniem żywieniowym jesteśmy w stanie manipulować zasobami glikogenu w naszym organizmie. Na początku weźmy możliwość kumulacji większej ilości tego wielocukru. Okazuje się, że protokół ładowania węglowodanami istotnie zwiększa ilość glikogenu w mięśniach [5]. Rozpatrując to jedynie na logikę. Gdy sport, który trenujemy cechuje duży udział węglowodanów w uzyskiwaniu energii, a jego długość sprawia, że istnieje ryzyko wyczerpania zasobów glikogenu, wtedy ładowanie węglowodanami jest dla Ciebie. Protokół ten można opisać w następujących punktach:

• W jakich wysiłkach warto stosować? >90 minut (w sportach typu hokej na lodzie czy piłka nożna także uzyskuje się korzyści)
• 10-12g węglowodanów/kg masy ciała spożyte w ciągu dnia
• Wybieranie produktów wysoko węglowodanowych z niską zawartością błonnika – ułatwi to konsumpcje takiej ilości węglowodanów
• Pamiętanie o nawadnianiu – zapominając o nim, może się okazać, że nie osiągniemy korzyści z protokołu ładowania
• 24-48h wysokiego spożycia węglowodanów będzie wystarczające
• Wysoki indeks glikemiczny > niski indeks glikemiczny
• Nie ma potrzeby uszczuplania zasobów glikogenu – pierwsze badania sugerowały, że dopiero po uszczupleniu zasobów glikogenu (dieta nisko węglowodanowa + wysiłek najczęściej do wyczerpania) dojdzie do superkompensacji stężenia glikogenu. Okazało się jednak, że samo zwiększenie węglowodanów w ciągu dnia już jest wystarczające by osiągnąć wyższe niż zwykle stężenie glikogenu mięśniowego
• Kobiety w małych wahaniach zależnie od cyklu menstruacyjnego są w stanie równie efektywnie co mężczyźni korzystać z ładowania
• Superkompensacja glikogenu trwa nawet do 3 dni po ładowaniu – Ładowanie węglowodanami może wywołać problemy żołądkowo jelitowe. Gdy ładowanie zastosujemy np. dwa dni przed startem, wysokie stężenie glikogenu się utrzyma (przy założeniu braku celowej aktywności fizycznej), a w związku z dłuższym czasem do zawodów, ryzyko problemów żołądkowo-jelitowych ulegnie redukcji

 

Oprócz zwiększenia zasobów glikogenu na starcie, możemy także wpływać na jego stężenie poprzez żywienie wewnątrz wysiłkowe. W celu zaoszczędzenia przede wszystkim glikogenu wątrobowego (którego głównym celem jest utrzymanie odpowiedniego poziomu cukru we krwi, głównie zapobiegając hipoglikemii), możemy konsumować do 60g glukozy, lub 90g cukrów (glukoza:fruktoza w stosunku 2:1) na każdą godzinę wysiłku (są to przyjęte normy na tą chwilę, choć potencjał jelitowy może być większy i wytrenowalny [6]).

 

HIPOTEZA SEROTONINOWA

Węglowodany mają niewątpliwie wielkie znaczenie w zmęczeniu mięśniowym. Warto także wspomnieć o ich potencjalnej roli w fatydze centralnej i nie do końca potwierdzonej hipotezie serotoninowej. Sama serotonina nie ma możliwości przekraczania bariery krew-mózg. Jednak jej prekursor – tryptofan już taką zdolność posiada (tutaj także dochodzi rola aminokwasów rozgałęzionych (BCAA), która jednak celowo zostanie pominięta). Z reguły jest on związany z białkiem albuminą, co zapobiega przekraczaniu tej bariery. W czasie wysiłku dojdzie jednak do swego rodzaju rywalizacji wolnych kwasów tłuszczowych (zwiększy się ich stężenie we krwi) z tryptofanem o wcześniej wspomnianą Albuminę. W tej sytuacji ilość wolnego tryptofanu się zwiększy, a to właśnie jego taka forma będzie trafiać do mózgu, gdzie w dalszej kolejności dojdzie do syntezy serotoniny – neurotransmitera uważanego za powstawanie zmęczenie ośrodkowego. Ale co z tym wspólnego mają węglowodany? Gdy zwiększymy podaż czy to przed, czy w trakcie wysiłku cukrów, dojdzie do spadku stężenia wolnych kwasów tłuszczowych we krwi. Dzieje się tak, ponieważ dostępność substratów wydaje się mieć bardzo duże znaczenie w kontekście procentowego ich udziału w wytwarzaniu ATP. To wszystko spowoduje mniejszą ilość wolnego tryptofanu (mniej wolnych kwasów tłuszczowych będzie z nim rywalizowało o Albumine), a co za tym idzie, powstanie mniej serotoniny. Zakładając prawdziwowść hipotezy serotoninowej, w konsekwencji okaże się, że węglowodany wykazują potencjał zapobiegania lub opóźniania powstawaniu zmęczenia ośrodkowego [7]. Co więcej, nie można zapominać także o glikogenie zlokalizowanym w mózgu. Okazuje się że jego stężenie spada wraz ze zmniejszeniem stężenia glukozy w krwi, a także wraz ze wzrostem aktywności serotogenicznej [8] – te obydwa czynniki są mocno związane z fatygą centralną. Co prawda rola glikogenu mózgowego w zmęczeniu ośrodkowym wciąż pozostaje niejasna (większość badań przeprowadzana jest na zwierzętach), to jednak wydaje się, że zadbanie o jego odpowiednie stężenie będzie istotne z punktu widzenia wydolności sportowej.

BETA-ALANINA OD TESTOSTERONE.PL

PRAKTYKA

Jako, że jesteśmy w stanie odpowiednim żywieniem zadbać o nasze zasoby węglowodanowe wydawać by się mogło, że najlepiej zawsze stosować ładowanie czy żywienie wewnątrz wysiłkowe. Nie jest to jednak takie proste jakby się mogło wydawać. Odpowiednie zabiegi żywieniowe stosujemy tylko w DANYCH warunkach. Czyli, by zastosować ładowanie węglowodanami, nasza aktywność fizyczna musi narażać nasz organizm na wyczerpanie zasobów glikogenu, w innym wypadku może się okazać, że ładowanie nam zaszkodzi (np. poprzez zwiększenie masy ciała, przez większą gramaturę glikogenu w organizmie i związanej z nim wody). Gdy nasz wysiłek nie naraża nas na znaczącą utratę węglowodanów, nie oznacza to jednak, że powinniśmy przejść na ketozę. Wówczas podaż cukrów musi być dostosowana do naszego zapotrzebowania energetycznego, tak by poziom glikogenu, był na względnie optymalnym poziomie czy to na jednostce treningowej, czy zawodach. Podobnie sytuacja ma się z żywieniem „intra workout”. Tylko w określonych sytuacjach, będzie ono konieczne i będzie nieść za sobą pozytywne skutki.

 

Podsumowanie

Rola węglowodanów w czasie wysiłku jest ogromna i wielopłaszczyznowa. Choć na pierwszy rzut oka mogą wydawać się być mało istotne, jednak gdy zagłębimy się nieco w mechanizmy ich działania, zobaczymy jakim niesamowitym związkiem są dla naszego organizmu i podejrzewam, że na pewno się do nich przekonamy. Tutaj opisane zostały jedynie pod kątem sportowym, to nie oznacza jednak, że osoba niezwiązana mocno z aktywnością fizyczną powinna z nich zrezygnować. Zrozumienie metabolizmu cukrów, a także poznanie metod, które pomogą zoptymalizować te przemiany energetyczne, zarządzanie stężeniem glikogenu, mogą dać przewagę nad zawodnikami, którzy takiej wiedzy posiadać nie będą. Ponadto węglowodany nie tylko spełniają funkcję obwodową, ośrodkową, wspomnieć także można, że badania pokazują, iż odgrywają także istotną rolę nawet w samych adaptacjach treningowych, czyli w tym na czym najbardziej nam zależy gdy chcemy stać się lepszym sportowcem. Choć ta kwestia z całą pewnością wymaga dalszych badań, coraz więcej wskazuje na to, że rola glikogenu nie ogranicza się jedynie do wytwarzania energii dla skurczu mięśnia.

[1] Hearris MA, Hammond KM, Fell JM, Morton JP. Regulation of Muscle Glycogen Metabolism during Exercise: Implications for Endurance Performance and Training Adaptations. Nutrients. 2018 Mar 2;10(3):298. doi: 10.3390/nu10030298. PMID: 29498691; PMCID: PMC5872716.

[2] J. M. Berg, J. L.Tymoczko, and L.Stryer, Biochemistry,W. H. Freeman, New York, NY, USA, 5th edition, 2002.

[3] Baker JS, McCormick MC, Robergs RA. Interaction among Skeletal Muscle Metabolic Energy Systems during Intense Exercise. J Nutr Metab. 2010;2010:905612. doi:10.1155/2010/905612

[4] Ørtenblad N, Westerblad H, Nielsen J. Muscle glycogen stores and fatigue. J Physiol. 2013;591(18):4405-4413. doi:10.1113/jphysiol.2013.251629

[5] Bussau VA, Fairchild TJ, Rao A, Steele P, Fournier PA. Carbohydrate loading in human muscle: an improved 1 day protocol. Eur J Appl Physiol. 2002 Jul;87(3):290-5. doi: 10.1007/s00421-002-0621-5. Epub 2002 May 28

[6] Viribay A, Arribalzaga S, Mielgo-Ayuso J, Castañeda-Babarro A, Seco-Calvo J, Urdampilleta A. Effects of 120 g/h of Carbohydrates Intake during a Mountain Marathon on Exercise-Induced Muscle Damage in Elite Runners. Nutrients. 2020 May 11;12(5):1367. doi: 10.3390/nu12051367. PMID: 32403259; PMCID: PMC7284742.

[7] Meeusen R, Watson P, Hasegawa H, Roelands B, Piacentini MF. Central fatigue: the serotonin hypothesis and beyond. Sports Med. 2006;36(10):881-909. doi: 10.2165/00007256-200636100-00006. PMID: 17004850.

[8] Matsui T, Soya S, Okamoto M, Ichitani Y, Kawanaka K, Soya H. Brain glycogen decreases during prolonged exercise. J Physiol. 2011 Jul 1;589(Pt 13):3383-93. doi: 10.1113/jphysiol.2010.203570. Epub 2011 Apr 26. Erratum in: J Physiol. 2011 Aug 15;589(Pt 16):4079. PMID: 21521757; PMCID: PMC3145946.