Zdjęcie główne: Noah Busher
Dieta ketogeniczna, czyli żywienie mające na celu podnieść poziom produkcji ciał ketonowych, poprzez ograniczenie spożycia węglowodanów z pewnością ma wiele zwolenników i chyba jeszcze więcej przeciwników. I choć sam uważam, że taki rodzaj żywienia w teorii nie będzie miał korzyści w porównaniu z dietą wysokowęglowodanową, to jednak istnieje pewien obszar, gdzie takie żywienie może mieć potencjał. Mowa o sportach ultra-wytrzymałościowych. By uniknąć potencjalnych niedomówień, sporty wytrzymałościowe są klasyfikowane jako ciągłe wydarzenia trwające >30 minut, przy czym eventy trwające >4-5 godzin są uważane za ultra-wytrzymałościowe [1]. W sportach takich atleci polegają głównie na tlenowych szlakach odbudowy adenozynotrifosforanu (ATP), które obejmować będą zarówno paliwo w postaci węglowodanów jak i tłuszczów. Głównym celem będzie utrzymanie jak największej produkcji mocy oraz prędkości przez jak najdłuższy okres czasu. W rzeczywistości, tempo wyścigu w wielu konkurencjach wytrzymałościowych (np. maratonie, jazdach na rowerze na czas, imprezach w narciarstwie biegowym) obejmuje bardzo wysoki procent maksymalnej intensywności aerobowej danej osoby. W przypadku dłuższych zawodów o mniejszej intensywności „w tle” (np. triathlon Ironman, kolarskie wyścigi szosowe i wyścigi etapowe) charakterystyka taktyczna, terenowa i tempo wymagają zrywowych aktywności z prędkością przekraczającą tak zwaną moc krytyczną. Nawet jeśli takie elementy (np. ucieczki, podjazdy, podjazdy, finisz sprintu) mają niewielki udział w całkowitych kosztach energii, mają kluczowe znaczenie dla wyniku zawodów. Kluczowe cechy elitarnych sportowców wytrzymałościowych, nabyte dzięki genetyce i treningowi, obejmują interakcję wysokiej szczytowej wydolności tlenowej (VO2peak), wysokiej zdolności oksydacyjnej mięśni i wysokiej ekonomii ćwiczeń. Strategie treningowe i żywieniowe mają na celu zapewnienie odpowiedniej dostępności i zdolności do zintegrowania wykorzystania zapasów paliwa w mięśniach do produkcji ATP zgodnie z wymaganiami zawodów; koncepcja, która staje się znana jako „elastyczność metaboliczna” [3].
Koncepcje żywieniowe
Wiele ostatnich lat zostało poświęconych na badaniach, które obejmowały różne koncepcje żywieniowe i sprawdzały ich wpływ na wydajność sportową osób biorących udział w tych eksperymentach. Przez ostatnie 60 lat wytyczne żywieniowe dla sportów wytrzymałościowych koncentrowały się na strategiach dopasowywania skończonych zapasów węglowodanów w organizmie do kosztów paliwa podczas zawodów, wykorzystując ładowanie cukrami przed zawodami w celu optymalizacji zawartości glikogenu mięśniowego i/lub spożycia ich podczas zawodów. Było to szukanie jak najlepszego rozwiązania, które miało na celu utrzymanie wysokiej dostępności węglowodanów dla zawodów o dłuższym czasie trwania. Te podejścia poprawiają wydajność wytrzymałościową, gdy utrzymują wysokie tempo utleniania cukrów podczas ćwiczeń i wspierają rekrutację motoryczną, stymulację i percepcję wysiłku. Wyraźne korzyści dla wyników elitarnych sportowców zaobserwowano w warunkach laboratoryjnych i terenowych [4].
Istnieje jednak także zupełnie inne podejście, to znaczy ograniczenie spożycia węglowodanów, na rzecz uzupełnienia wymagań energetycznych produktami tłuszczowymi. Diety o niskiej zawartości węglowodanów i wysokiej zawartości tłuszczu zwiększają uwalnianie, transport, wchłanianie i wykorzystanie tłuszczu w mięśniach, nawet u sportowców wytrzymałościowych, których trening poprawia takie adaptacje. Strategie badane w ciągu ostatnich 40 lat obejmują narażenie na nieketogenn i indukujące ketozę („ketogeniczne”) modele diet niskowęglowodanowych. Zbadano również periodyzowaną wysoką dostępność węglowodanów po krótkotrwałej adaptacji do nieketogennej diety niskowęglowodanowej. Od 2012 roku zarówno literatura naukowa, jak i laicka analizowały domniemane korzyści diety ketogenicznej o niskiej zawartości węglowodanów i wysokotłuszczowej na wytrzymałość. Chociaż tej diecie przypisano szereg modyfikacji metabolicznych , proponowane korzyści dla wytrzymałości polegają na maksymalizacji tempa utleniania tłuszczu (> 1,0 g.min-1, z maksymalnym tempem utleniania tłuszczu przesuwającym się od ~ 45% do ~70% wydolności tlenowej) oraz zwiększona wątrobowa produkcja ciał ketonowych („ketonów”) w celu zapewnienia dodatkowego substratu dla mięśni i ośrodkowego układu nerwowego (OUN). Diety ketogenne, niskowęglowodane są związane z utrzymującym się podwyższeniem (> 0,5 mmol.L-1) ciał ketonowych w osoczu [3]. Spróbowano zająć się tematem ketozy i sportów wytrzymałościowych i powstała praca przeglądowa autorstwa Burke i wsp [3] miała na celu odpowiedzieć na poniższe pytania:
– Czy maksymalne tempo utleniania tłuszczu osiągnięte dzięki K-LCHF przekłada się na korzyści wydolnościowe w sporcie wytrzymałościowym?
– Jaki jest widoczny przebieg czasowy „keto-adaptacji”?
– Czy strategie, które periodyzują ketogenną dietę z wysoką dostępnością węglowodanów, mogą zapewnić alternatywne modele korzyści w zakresie wydajności sportowej?
Ultra Fish Oil od Appolo’s Hegemony – źródło kwasów omega 3 – KUP TUTAJ
Definicja diet
Warto zwrócić uwagę, iż dieta nisko węglowodanowa to niekoniecznie dieta ketogeniczna, ponieważ by dietę określać mianem ketogenicznej, musi ona powodować zwiększenie produkcji ciał ketonowych w naszym organizmie. Istnieje także hybrydowe podejście do żywienia podczas treningu, popularnie znane jako okresowa dostępność węglowodanów, integruje ono sesje z wysoką dostępnością glikogenu z innymi narażonymi na niską dostępność tego paliwa zgodnie z charakterystyką treningu i ogólnymi celami sportowca [5]. Jest to koncepcja treningu „train low”, które zakładają, że sesje treningowe są wykonywane z niską dostępnością energii, co w teorii ma zwiększać perturbacje zachodzące w organizmie i co za tym idzie zwiększać adaptacje treningowe. Chociaż wspólny cel polega na zwiększeniu zdolności oksydacyjnej mięśni poprzez zwiększoną biogenezę mitochondriów, realizacja i inne wyniki tego podejścia dietetycznego różnią się od tych dla nisko węglowodanowej diety i nie należy ich mylić. Podczas gdy dieta ketogeniczna jest proponowana jako przewlekła strategia treningowo-zawodowa, która maksymalizuje tłuszcz jako paliwo do ćwiczeń, alternatywne modele wahają się od periodyzacji mezocyklu diety w ramach długoterminowego planu treningowego do integracji okazjonalnych i specjalnych sesji z wysoka dostępnością glikogenu ramach przewlekłej diety ketogenicznej . Hybrydowe strategie żywienia podczas zawodów dla sportowców z przystosowaniem do diety ketonowej obejmują dodanie strategii, które promują wysoką dostępność węglowodanówprzed i podczas zawodów, ze zmiennym naciskiem na przywrócenie endogennej i/lub egzogennej dostępności cukrów.
Chroniczny efekt stosowania diety ketogennej na wytrzymałość
Badania na temat wpływu ketozy na wydajność wytrzymałościową trwają już wiele lat i notuje się stosunkowo różne efekty tego rodzaju żywienia. Zainteresowanie K-LCHF i sportami wytrzymałościowymi wywodzi się z badania Phinneya i współpracowników z 1983 r., wzorowanego na dietach obserwowanych wśród plemion Eskimosów [6]. Pięciu dobrze wyszkolonych rowerzystów jechało do wyczerpania przy ~63% VO2peak, po spożyciu dwóch diet w warunkach oddziału metabolicznego: 1-tygodniowe zwykłe przyjmowanie CHO (~57% energii), a następnie 4-tygodniowa adaptacja lub dopasowana energetycznie, mocno zubożona w węglowodany dieta (< 20 g.d-1 CHO, 80% energii w postaci tłuszczu). Pomimo około 50% spadku stężenia glikogenu w mięśniach po zastosowaniu diety ketogennej, wydolność wysiłkowa nie spadła zgodnie z dominującymi poglądami na temat znaczenia dostępności glikogenu [7], ale była wspierana przez znaczny wzrost utleniania tkanki tłuszczowej w mięśniach. Kluczowe odkrycie dotyczące utrzymywanej wytrzymałości maskowało jednak wysoce zmienną odpowiedź na stosowanie diety ketogennej, przy czym średnia grupowa była wypaczona przez znaczny wzrost wydolności wysiłkowej u jednej osoby. Nie było widocznego spójnego związku między zmianami w wykorzystaniu substratu, przedstawionymi przez wartości współczynnika oddechowego (RER), a wytrzymałością na rowerze [3]. Chociaż badanie to dostarczyło nowatorskich i pouczających aktualizacji koncepcji dotyczących metabolizmu wysiłkowego, jego przełożenie na elitarny sport wytrzymałościowy wymaga ostrożności. Rzeczywiście, wiele atrybutów sprzyjało prawdopodobieństwu korzystnego wyniku po adaptacji ketonowej: 1). Efekt treningu , w którym próba ketogeniczna korzystała z dodatkowego 4-tygodniowego szkolenia plus zapoznanie się z protokołem; 2). protokół czasu do wyczerpania przy umiarkowanej intensywności ćwiczeń, który usuwał rzeczywiste cechy wyścigu, takie jak tempo lub wyższa intensywność ćwiczeń; i 3). niezapewnienie optymalnych warunków do badania protokołu wysokowęglowodanowego (co obejmowało nocną głodówkę i picie podczas ćwiczeń). Ponadto podczas testów VO2peak na grupie ketogenicznej autorzy zauważyli, że: „…cena zapłacona za zachowanie węglowodanów podczas ćwiczeń wydaje się być ograniczeniem intensywności ćwiczeń, które można wykonać….wystąpiło wyraźne osłabienie wartości współczynnika oddechowego [RQ] przy VO2peak, co sugeruje poważne ograniczenie zdolności badanych do wykonywania pracy beztlenowej.
Kreatyna od Testosterone.pl – zwiększa zdolności wysiłkowe oraz regeneracyjne – KUP TUTAJ
Dalsze badania
Oczywiście na pracy z 1983 roku się nie skończyło i badacze kontynuowali eksperymentowanie w zakresie ketozy i wydajności wytrzymałościowej. W 2012 roku media społecznościowe i laickie rozpoczęły entuzjastyczną promocję ketozy w celu uzyskania wytrzymałości, pomimo braku dalszych badań naukowych dotyczących twierdzeń i hipotez. Aby zaradzić brakowi rygorystycznych, skoncentrowanych na sporcie dowodów, laboratorium tego autora zrekrutowało biegaczy startujących w zawodach międzynarodowych, aby podjęli 24-dniową adaptację do ketozy (3-tygodniowy trening + 3-dniowy protokół testowy), używając baterii testów do oceny metabolizmu i wydajności. Ścisła kontrola diety i treningu była utrzymywana w warunkach stacjonarnego obozu badawczego, a sportowcy przestrzegali diet dopasowanych pod względem energii i białka, spełniających cele diety wysokowęglowodanowej , periodyzowanej dostępności węglowodanów lub zaktualizowanej wersji Diety Phinneya [8]. Każda grupa osiągnęła poprawę wydolności tlenowej w całym obozie treningowym, podczas gdy grupa ketogeniczna odnotowała znaczny wzrost tempa utleniania tłuszczu podczas stopniowego testu ekonomicznego (~60-90% VO2peak) i przedłużonego (2-godzinnego) treningu na poziomie tempo związane z chodzeniem na 50 km (~75-80% VO2peak). Mimo to osoby na ketozie nie osiągnęły lepszego czasu w prawdziwym biegu na 10 000 m (-1,6%, NS), podczas gdy grupa wysokowęglowodanowa poprawiła się znacznie (6,6%). Warto tutaj jednak przytoczyć także fizjologię wysiłku. Zwiększony koszt tlenu do produkcji ATP z utleniania tłuszczu w stosunku do CHO jest znany empirycznie od stulecia (przy czym wcześniej zauważono, że zmiany w zużyciu substratu zmieniają ekonomię biegania i jazdy na rowerze (Cole i in. al. 2014). Można to wytłumaczyć stechiometrią reakcji utleniania.Pomimo większej wydajności ATP na jednostkę substratu z tłuszczu, metabolizm CHO wytwarza większy stosunek równoważnika redukującego NADH (3 miejsca sprzęgania w łańcuchu transportu elektronów) do FADH2 (2 strony sprzęgające) niż β-oksydacja, osiągając w ten sposób większą wydajność ATP na jednostkę zużycia tlenu poprzez fosforylację oksydacyjną w łańcuchu transportu elektronów.
I co dalej?
Badania diety ketogenicznej i wydolności wytrzymałościowej są rzadkie i niejednorodne pod względem wytrenowania sportowca, czasu trwania adaptacji i rodzajów protokołów ćwiczeń. Ogólnie rzecz biorąc, sugerują, że wykonywanie ćwiczeń o umiarkowanej intensywności może zostać zachowane po adaptacji ketonowej, ale indywidualne wyniki mogą być skrajne w obu kierunkach i obejmować niezdolność do tolerowania lub przestrzegania ograniczeń dietetycznych. Co ważne, nie ma dowodów na stałą poprawę wydajności nawet przy takiej intensywności. Upośledzenie wydolności podczas ćwiczeń o większej intensywności jest prawdopodobne i potencjalnie można je przypisać zmniejszonej ekonomii ćwiczeń (wyższy koszt tlenowy), co uniemożliwia sportowcowi utrzymywanie obciążeń na wysokim poziomie w stosunku do jego maksymalnej wydolności tlenowej. Odkrycia te potwierdzają wcześniejsze sugestie, że dieta ketogeniczna może być nieodpowiednia do eventów sportowych, w których ćwiczenia o większej intensywności mają kluczowe znaczenie dla ostatecznego wyniku, ale może być użyteczna w określonych scenariuszach, takich jak ćwiczenia o umiarkowanej intensywności, które mogą być wspierane przez utlenianie tłuszczu, zwłaszcza w obecności niemożności lub niechęci do stosowania strategii utrzymania wysokiej dostępności węglowodanów. Korzyści można również zauważyć, gdy dieta ketogeniczna wspomaga utratę tkanki tłuszczowej u sportowców z nadwagą (oczywiście pośrednio) [3]. Rozważając potencjalne zastosowanie diet powodującą wzmożoną produkcję ciał ketonowych pod kątem wyników sportowych, sportowcy wytrzymałościowi powinni przeprowadzić audyt swoich wydarzeń lub osobistych doświadczeń, aby określić względne znaczenie ich zdolności do intensywnych ćwiczeń aerobowych w porównaniu z ryzykiem wyczerpania magazynu węglowodanów w organizmie [3]. Sugeruje się także audyt średniej lub krytycznej produkcji mocy wymaganej podczas zawodów dla indywidualnego sportowca oraz sprawdzenie, czy utlenianie tłuszczu może to wspierać [9]. Na przykład analiza triathlonu Ironman wykazała, że elitarni sportowcy pracują z wyższymi bezwzględnymi wskaźnikami wydatkowania energii i mają wyższy odsetek swojego indywidualnego pułapu wydatku energetycznego niż ich wolniejsi odpowiednicy. Modelowanie cech najlepszych biegaczy (np. prędkości, moc wyjściowa i ekonomia ćwiczeń podczas biegania, jazdy na rowerze i pływania) sugeruje, że zwiększone utlenianie tłuszczu, typowe dla adaptacji ketonowej, nie spełni wymagań 8-godzinnego czasu ukończenia, ale może być wystarczające na potrzeby energetyczne wolniejszych zawodników z czasami > 12 h [9]. Przed zbadaniem alternatywnej koncepcji ratowania adaptacji ketonowej z dodatkową zdolnością oksydacyjną z wysokiej dostępności węglowodanów, należy przeanalizować przebieg adaptacji w czasie i czy badane protokoły ekspozycji na dietę ketogeniczną w pełni osiągnęły rzekome korzyści z zastosowania tego substratu energetycznego.
Adaptacja
W przypadku stosowania diety ketogenicznej bardzo istotnym elementem będzie proces adaptacji. Uważa się, że przewlekła ekspozycja na dietę wzmagającą produkcję ciał ketonowych osiąga szereg wyników metabolicznych i funkcjonalnych [6]. Niestety, patrząc na obecną literaturę naukową, wydaje się, że czas zachodzenia takiej adaptacji jest sporny. Wracają to pracy z 1983, 4 tygodniowe stosowanie diety wydawało się być wystarczające by wrócić do dobrego samopoczucia, a także by zaszły zmiany w wykorzystaniu paliwa podczas ćwiczeń [10]. Następne prace mówiły, że adaptacja zachodzi po 2-3 tygodniach [6,11]. Występują jednak pewne obiekcje co do czasu zachodzenia adaptacji i mówi się, że potrzeba nawet kilku miesięcy by w pełni wykorzystać potencjał diety ketogenicznej i zachodzących na jej skutek adaptacji [3].
Zmiana metabolizmu – oksydacja kwasów tłuszczowych
Adaptacji do diety ketogenicznej towarzyszy znaczny wzrost zdolności do utleniania tłuszczu mięśniowego podczas wysiłku, pomimo zwiększonej zdolności oksydacyjnej mięśni i wykorzystania tłuszczu osiągniętej podczas treningu. Do tej pory żadne badania odnośnie ketozy i sportów wytrzymałościowych nie badały bezpośrednio mechanizmów leżących u podstaw poprawy wykorzystania tłuszczu. Jednak wcześniejsze badania z udziałem diet nieskowęglowodanowych wykazały wzrost domięśniowych triglicerydów, lipazy wrażliwej na hormony oraz ekspresję białka translokazy kwasów tłuszczowych FAT / CD36 i transferazy palmitoilu karnityny. Łącznie zmiany te sugerują wzrost dostępności tłuszczu, mobilizację i aktywność transportową w ramach złożonej regulacji wykorzystania tłuszczu przez mięśnie [3]. Z reguły w badaniach sprawdzana jest maksymalna okdysacjia tłuszczów, czy wykorzystanie ich względem procentowego VO2max. Do tego dochodzi ocena zmian utleniania danych substratów w zależności od intensywności wysiłku. Przechodząc do badanń, na skutek diety ketogenicznej dochodzi do przesuwania maksymalnej oksydacji tłuszczów w kierunku wyższych obciążeń [12]. Co ciekawe sugeruje się, że efekty występują już po 3-4 tygodniach i dalsza ekspozycja na keto-dietę nie ma wpływu na zwiększenie maksymalnego utleniania tłuszczów [13].
Podsumowanie i wnioski
Choć powyższe informację brzmią całkiem obiecująco, niestety na tą chwilę nie widzi się większych korzyści stosowania diet ketogenicznych w stosunku do diet wysokowęglowodanowych w kontekście sportów nawet ultra wytrzymałościowych. Samo wykorzystanie w większym stopniu kwasów tłuszczowych choć wydaje się mieć potencjał, to jednak pamiętajmy, że tłuszczu są mniej wydajnym paliwem od tłuszczów. Istnieje jednak pewna luka w badaniach. Dotyczy ona wielo-letniej adaptacji, zawodników o bardzo wysokim stopniu wytrenowania pod względem wytrzymałościowym. Niestety wymagało by to poświecenia wręcz kariery zawodnika na rzecz rozwoju nauki. Teoretycznie jest nadzieja na to, że taka adaptacja może okazać się game changerem, ale na tą chwilę w dalszym ciągu diety wysokowęglowodanowe będą pierwszym wyborem.
[1] Saris WH, Antoine JM, Brouns F, Fogelholm M, Gleeson M, Hespel P, Jeukendrup AE, Maughan RJ, Pannemans D & Stich V. (2003). PASSCLAIM – Physical performance and fitness. Eur J Nutr 42 Suppl 1, I50-95.
[2] Fernandez-Garcia B, Perez-Landaluce J, Rodriguez-Alonso M & Terrados N (2000). Intensity of exercise during road race pro-cycling competition. Med Sci Sports Exerc 32, 1002-1006. Frayn
[3] Burke LM. Ketogenic low-CHO, high-fat diet: the future of elite endurance sport? J Physiol. 2021 Feb;599(3):819-843. doi: 10.1113/JP278928.
[4] Burke LM, Ross ML, Garvican-Lewis LA, Welvaert M, Heikura IA, Forbes SG, Mirtschin JG, Cato LE, Strobel N, Sharma AP & Hawley JA. (2017). Low carbohydrate, high fat diet impairs exercise economy and negates the performance benefit from intensified training in elite race walkers. J Physiol 595, 2785-2807.
[5] Marquet LA, Brisswalter J, Louis J, Tiollier E, Burke LM, Hawley JA & Hausswirth C (2016). Enhanced Endurance Performance by Periodization of CHO Intake: „Sleep Low” Strategy. Med Sci Sports Exerc 48, 663-672.
[6] Volek JS, Noakes T & Phinney SD (2015). Rethinking fat as a fuel for endurance exercise. Eur J Sport Sci 15(1),13-20.
[7] Hawley JA, Schabort EJ, Noakes TD & Dennis SC. (1997). Carbohydrate-loading and exercise performance: An update. Sports Med 24, 73-81.
[8] Volek J & Phinney S (2012).The Art and Science of Low Carbohydrate Performance. Beyond Obesity LLC Volek
[9] Marquet LA, Brisswalter J, Louis J, Tiollier E, Burke LM, Hawley JA & Hausswirth C (2016). Enhanced Endurance Performance by Periodization of CHO Intake: „Sleep Low” Strategy. Med Sci Sports Exerc 48, 663-672. McKenzie
[10] Phinney S & Volek J (2011).The Art and Science of Low Carbohydrate Living: An Expert Guide to Making the Life-Saving Benefits of Carbohydrate Restriction Sustainable and Enjoyable. Beyond Obesity LLC
[11] Burke LM, Ross ML, Garvican-Lewis LA, Welvaert M, Heikura IA, Forbes SG, Mirtschin JG, Cato LE, Strobel N, Sharma AP & Hawley JA. (2017). Low carbohydrate, high fat diet impairs exercise economy and negates the performance benefit from intensified training in elite race walkers. J Physiol 595, 2785-2807
[12] Shaw DM, Merien F, Braakhuis A, Maunder E & Dulson DK. (2019). Effect of a Ketogenic Diet on Submaximal Exercise Capacity and Efficiency in Runners. Med Sci Sports Exerc 51, 2135-2146.
[13] McSwiney FT, Doyle L, Plews DJ & Zinn C. (2019). Impact Of Ketogenic Diet On Athletes: Current Insights. Open Access J Sports Med 10, 171-183.
