Ciała ketonowe a wydajność sportowa - Testosterone Wiedza

Kategorie

Najczęściej czytane

Ciała ketonowe a wydajność sportowa

Sportowcy zarówno ci amatorsko uprawiający swoją dyscyplinę, jak i ci, którzy ze sportu żyją nieustannie szukają coraz to nowych rozwiązań, najlepiej oczywiście takich, które będą poprawiać ich możliwości wysiłkowe. Żywienie, które aplikujemy zarówno przed, w trakcie jak i po wysiłku stanowi bardzo ważny element w układance jakim jest życie sportowca. Dzięki niemu możemy zyskać naprawdę znaczącą przewagę nad oponentami, dla których kwestie żywienia stanowią zagadkę, ale i odwrotnie – możemy dużo stracić gdy my sami nie współpracujemy z szeroko pojętą dietetyką. Składniki odżywcze spożywane przed i w trakcie treningu wysiłkowego mogą wspierać optymalną wydajność, opóźniając początek zmęczenia i wspomagając proces regeneracji poprzez uzupełnianie endogennych zapasów substratów [1]. Szczególne znaczenie będzie mieć to w wysiłkach o charakterze wytrzymałościowym – odpowiednie dostosowanie żywienia to nieodłączny element całego procesu treningowego. Badania w tym kierunku w szczególności skupiają się na węglowodanach – jest to makroskładnik, na którym głównie opierać się będzie bioenergetyka wysiłku wytrzymałościowego. Jednak wraz z rozwojem nauki pojawiają się coraz to nowe pomysły – szukanie alternatywnego paliwa dla tego typu sportowców, które być może okaże się jeszcze bardziej wydajne. Jednym z takich rozwiązań jest adaptacja to wysoko-tłuszczowej diety, co w zamyśle będzie miało na celu nauczyć nasz organizm oszczędzania glikogenu, czyli paliwa, którego zasobów nie mamy zbyt dużo, a którego wyczerpanie skutkuje niemożnością kontynuowania wysiłku. Chociaż celem strategii odżywiania opartych na tłuszczach było zwiększenie zdolności utleniania tłuszczu podczas ćwiczeń, ekstremalne ograniczenie węglowodanów (np. 50 g/dzień) [2] również zwiększa produkcję ciał ketonowych, co może zapewnić dodatkową energię substrat dla mózgu i tkanki mięśni szkieletowych [3,4]. Przyjmowanie ketonowych suplementów stało się alternatywną strategią wywoływania hiperketonemii [5].

 

Czym są ciała ketonowe?

Ciała ketonowe to związki organiczne pochodzące z lipidów, które mogą służyć jako krążące źródło energii dla tkanek podczas głodu/postu lub długotrwałego wysiłku fizycznego . W warunkach fizjologicznych, w których dostępna jest wystarczająca ilość węglowodanów lub po całonocnym poście, stężenie ciał ketonowych w krążeniu jest stosunkowo niskie (0,1–0,5 mmol/l). Jednak w warunkach ograniczonej dostępności węglowodanów, takich jak głód (tj. wyczerpanie zapasów glikogenu w mięśniach i wątrobie), zwiększa się mobilizacja kwasów tłuszczowych z tkanki tłuszczowej jako środka dostarczania energii. W tych okolicznościach część acetylo-CoA pochodzącego z kwasów tłuszczowych jest przekształcana w ciała ketonowe przez mitochondria wątrobowe (do 150 g/dzień). Acetooctan (AcAc) można następnie enzymatycznie przekształcić w beta-hydroksymaślan (b-OHB) lub samorzutnie zdegradować do acetonu, który występuje w mniejszej ilości [7,8,9,10]. Dla wyjaśnienia, chociaż termin „ciała ketonowe” odnosi się do związków: acetooctanu, beta-hydroksymaślanu i acetonu, które pochodzą od acetylo-CoA, tylko acetooctan i aceton są faktycznymi „ketonami” zawierającymi grupę karbonylową z dwoma węglowodorami atomy. Beta-hydroksymaślan jest ciałem ketonowym, ale technicznie nie jest ketonem, ponieważ jeden z jego atomów węglowodoru jest zastąpiony grupą hydroksylową [11]. Jeżeli chodzi o losy w organizmie to aceton w większości jest wydalany wraz z moczem ,natomiast acetooctan oraz beta-hydroksymaślan są transportowane do naszego krwioobiegu i stamtąd trafiają do takich tkanek jak mózg, mięśnie szkieletowe czy serce. Ciała ketonowe przechodzą przez błony plazmatyczne i mitochondrialne przez transportery monokarboksylowe i są przekształcane z powrotem w acetylo-CoA i wykorzystywane jako alternatywne źródło energii w cyklu kwasu cytrynowego (cykl Krebsa). Ponadto ciała ketonowe są ważnymi substancjami w regulacji wykorzystanie substratów mięśni szkieletowych, sygnalizację komórkową i transkrypcję i mogą mieć różne implikacje terapeutyczne.

Kreatyna od testosterone.pl – poprawia wydajność fizyczną oraz regenerację

Hiperketonemia pochodzenia wewnętrznego

Nocny post z reguły nie doprowadza do znacznego wytwarzania ciał ketonowych (około 35g/24h), co w konsekwencji sprawia, że stężenie w układzie krążenia wynosi jakieś 0,1-0,5 mmol/L. Jednak przy przedłużonym poście/głodzeniu (5 dni) tempo produkcji ciał ketonowych osiąga poziom 1–2 mmol/min (lub 140–280 g/24 h) , co odpowiada stężenie w osoczu 7–10 mmol/l. Powyżej 5 dni bez jedzenia, stężenie ciał ketonowych w osoczu osiąga plateau i rzadko przekracza 10 mmol/L [12,13]. Przyczyną tego limitu jest działanie insulinotropowe i antylipolityczne, które hamuje dalsze wytwarzanie ciał ketonowych. poziom ketonemii wywołanej dietą ketogeniczną jest w dużej mierze zależny od ilości spożytych węglowodanów i może jak już wcześniej pisałem może osiągnąć 7-8 mmol/L po długotrwałych okresach poważnego ograniczenia spożycia węglowodanów (tj. adaptacji ketonowej) [3].

Podobne działanie możemy uzyskać także długotrwałym wysiłkiem fizycznym na czczo, który skutkuje wywołanie hiperketonemii powysiłkowej [14]. Według Balasse i wsp. stężenie ciał ketonowych może osiągnąć 0,5–1,0 mmol/l w odpowiedzi na 2 godziny ćwiczeń wykonywanych na czczo, a następnie może wzrosnąć do 1–4 mmol/l podczas wczesnej regeneracji powysiłkowej [14]. Odpowiedź organizmu na wysiłek w kontekście produkcji ciał ketonowych będzie zależeć od intensywności oraz długości danej jednostki treningowej, a także oczywiście od naszego statusu żywieniowego. Dla przykładu posłużyć może spożycie węglowodanów około treningowo – wówczas notuje się dużo mniejszy wzrost stężenia ciał ketonowych w organizmie. Co ciekawe osoby wytrenowane także będą notowały mniejszą produkcję tych związków w porównaniu do osób mniej sprawnych fizycznie [1]. Zostało to przypisane osłabieniu, w którym pośredniczy trening, powysiłkowemu wzrostowi stężenia wolnych kwasów tłuszczowych  i/lub zwiększonej aktywności enzymów zaangażowanych w wykorzystanie ciał ketonowych.

 

Hiperketonemia pochodzenia zewnętrznego

Wcześniej opisywany wzrost stężenia ciał ketonowych w organizmie był endogenny, pewne działania sprawiały, że nasz organizm zwiększał produkcję tych związków, ale była to zwykła, normalna odpowiedź fizjologiczna. W przeszłości jednak zaczęto się zastanawiać, czy taki efekt można uzyskać poprzez działanie egzogenne. I tak od lat 60. XX wieku w badaniach oceniających wpływ dostarczanych egzogennie ciał ketonowych wykorzystywano sole ciał ketonowych podawane dożylnie lub doustnie [1] Obecnie dostępne na rynku suplementy diety na organizm ketonowy (sole) dostarczają 8–12 g beta-hydroksymaślanu i 1 g sodu na porcję i służą jako środek do szybkiego zwiększenia dostępności krążących ciał ketonowych. Ostatnimi czasy estry ketonowe [tj. (R)-3-hydroksybutylo(R)-3-hydroksymaślan] stały się bardziej praktycznym i możliwym do zastosowania sposobem zwiększenia dostępności ciał ketonowych we krwi. Jeżeli chodzi o ich losy w organizmie to po spożyciu, estry ketonów [tj. monoester ketonu (R)-3-hydroksybutylo(R)-3-hydroksymaślan] są rozkładane w jelicie i wchłaniane przez nabłonek jelita i transportery monokarboksylowe do krążenia lub podlegają metabolizmowi pierwszego przejścia w wątrobie do ciał ketonowych [5]. W podaniu egzogennym mamy także znaczącą różnicę co do szybkości zwiększenia stężenia ciał  ketonowych w organizmie. W przypadku głodówki, do podwyższenia tych związków dochodzi stopniowo, natomiast przy podaży w formie suplementu wzrost ten jest praktycznie natychmiastowy (peak może nastąpić po 1-2h od momentu spożycia). Stężenie ciał ketonowych w osoczu może wzrosnąć do mmol/L 1 h po spożyciu 400 mg estru ketonu na kg masy ciała lub alternatywnie osiągnąć podobne stężenie 10 min po spożyciu 600 mg/ kg masy ciała, co ostatecznie prowadzi do stężenia ciał ketonowych w osoczu na poziomie 6 mmol/l 45 min po konsumpcji [1].

Istotną rzeczą będzie także wpływ naszego żywienia na działanie suplementu. W szczególności wykazano osłabiony wzrost maksymalnego stężenia beta-hydroksymaślanu w osoczu (po posiłku: 2,1 ± 0,2 mmol/l vs. na czczo: 3,1 ± 0,1 mmol/l) oraz 60% zmniejszenie pola powierzchni beta-hydroksymaślanu pod krzywą, gdy estry ketonowe przyjmowano po spożyciu posiłku uwzględniającego wszystkie składniki odżywcze w porównaniu ze spożyciem na czczo (po absorpcji) [15]. Ponadto, to, czy suplementacja ciała ketonowego wpływa na spożycie oraz absorpcje innych ważnych substratów, takich jak węglowodany, może być ważnym czynnikiem do rozważenia dla sportowców wytrzymałościowych, którzy często mają trudności z przyjmowaniem odpowiednich ilości węglowodanów podczas zawodów [16]. Ostatnią kwestią do rozważanie jest wpływ suplementów ketonowych na potencjalne problemy żołądkowo-jelitowe. Dla przykładu, badani spożywający 714 mg/kg estru ketonowego na bazie mleka trzy razy dziennie, zgłaszali uczucie dyskomfortu, w tym wzdęcia brzucha i bóle głowy [9].  Należy jednak zauważyć, że objętość napoju testowego na bazie mleka wyniosła 1,1 l na porcję, co utrudnia rozróżnienie między działaniem samych estrów ketonowych a zwykłą objętością spożytych napojów [9].

 

WPC80 od Testosterone.pl – idealne uzupełnienie diety

Czynniki wpływające na wykorzystanie ciał ketonowych

Jak już wiemy, ciała ketonowe mogą stanowić potencjalne źródło energii, a na ich wytwarzanie możemy wpływać zarówno endogennie jak i egzogennie. Jednak wiele czynników będzie wpływać na ich wykorzystanie. Na przykład zmniejszone tempo wychwytu i utleniania ciał ketonowych zaobserwowano w mięśniach szkieletowych w porównaniu z mózgiem, oceniając je w warunkach spoczynku [17]. Okazuje się jednak, że sam trening może zwiększyć możliwości utylizacji ciał ketonowych przez mięśnie szkieletowe jako swego rodzaju adaptacja. Wpływ na to będzie także mieć stopień hiperketonemii oraz sposób jej wywołania. Na przykład, gdy hiperketonemia jest wywołana krótkotrwałym głodzeniem, wywołany wysiłkiem fizycznym wzrost wychwytu ciał ketonowych jest zmniejszony, gdy stężenie w osoczu przekracza 3–4 mmol/l , co wskazuje na wysycenie wychwytu ciał ketonowych podczas ćwiczeń [18]. W innym badaniu wykazano, że  2 godziny ćwiczeń na bieżni przy 50% maksymalnego poboru tlenu (VO2max) stymulują wychwyt ciał ketonowych na poziomie całego ciała, gdy hiperketonemia (5,5–6 mmol/l) została wywołana przez egzogennie dostarczone ciała ketonowe (badani byli na czczo), ale nie u osób, które osiągnęły podobny poziom hiperketonemii wywołanej krótkotrwałym głodzeniem [19].

Innym ciekawym czynnikiem może być typ tkanki mięśniowej, co zaobserwowano w badaniach na gryzoniach. Wykazano dużo większą aktywność enzymów związanymi z ciałami ketonowymi w mięśniach typu I, w porównaniu do włókien glikolitycznych [20]. Na uwagę zasługuje także wpływ stopnia wytrenowania i tak, wytrzymałościowcy wykazują większy potencjał do wykorzystywania ciał ketonowych jako alternatywne źródło energii.

 

Wpływ ciał ketonowych na wydajność wysiłkową

Choć ciała ketonowe mogą stanowić alternatywne źródło energii, być modulatorem metabolizmu innych składników odżywczych, a także spekuluje się o ich wpływie na sprawność poznawczą, warto sprawdzić jak ich podaż na zdolności wysiłkowe wypada w badaniach. Doniesiono, że ciała ketonowe poprawiają wydajność metaboliczną (tj. wydajność energetyczną) w modelach zwierzęcych, głównie poprzez mechanizmy obejmujące naprzemienne glikolityczne związki pośrednie i zwiększoną energetykę mitochondriów [21]. W badaniu na modelach zwierzęcych odnotowano28 procentowy wzrost wydajności serca w odpowiedzi na podaż glukozy oraz ciał ketonowych.  Jako mechanizm zasugerowano  wyższe ciepło spalania na C2 właściwym dla beta-hydroksymaślanu w porównaniu z substratami pochodzącymi z węglowodanów, co ma znaczenie przy rozważaniu potencjału różnych substratów mitochondrialnych na energetyczną wydajność. Na przykład wyższe ciepło spalania beta-hydroksymaślanu w porównaniu z pirogronianem oznacza, że ma on potencjał dostarczania większej ilości energii do łańcucha oddechowego. Jednak warto tutaj także dodać, że dane na ludziach są mocno ograniczone, a ich potencjalne przeniesienie z modelów zwierzęcych nie jest takie oczywiste.

 

Wpływ ciał ketonowych na metabolizm węglowodanów

Węglowodany to niewątpliwie najważniejszy substrat w kontekście sportów wytrzymałościowych, po pierwsze dlatego, że będzie najbardziej wydajnym paliwem (produkcja energii w przeliczeniu na zużycie tlenu), a po drugie, ponieważ.. mamy bardzo ograniczone ilości tego związku w organizmie (uformowane w glikogen). Na wstępie warto zaznaczyć, iż wpływ ciał ketonowych na metabolizm substratów podczas ćwiczeń jest niejasny, po części dlatego, że wiele dostępnych informacji na temat kinetyki ciał ketonowych uzyskano od osób poddanych długotrwałemu poszczeniu/głodzeniu. Co ciekawe ciała ketonowe mogą być łatwo utleniane jako źródło paliwa przez mięśnie szkieletowe podczas ćwiczeń i mają podobny współczynnik oddechowy do glukozy, jeśli są całkowicie utlenione [1]. W teorii zwiększone stężenie ketonów będzie miało na celu oszczędzanie źródeł węglowodanowych, których jak wcześniej pisałem nie mamy dużego magazynu. Tak wygląda to w świecie różowych okularów. Patrząc jednak z drugiej strony to ciała ketonowe mogą upośledzać dostępność endogennych węglowodanów poprzez hamowanie produkcji glukozy w wątrobie i/lub zmniejszenie utleniania pirogronianu i mleczanu wynikające z hamowania aktywności dehydrogenazy pirogronianowej (PDH) [22,23]. By to przedstawić to na analogicznym przykładzie możemy posłużyć się stabilizatorowi na kostkę. Z jednej strony osiągamy teoretyczny cel – nie kręcimy kostki, z drugiej jednak znacząco pogarszamy kondycję naszych mięśni co w konsekwencji przynosi więcej szkody niż pożytku. Dlatego, chociaż oszczędzanie węglowodanów może korzystnie wpływać na wytrzymałość, można postawić hipotezę, że suplementacja ciałami ketonowymi podczas ćwiczeń zmniejsza utlenianie węglowodanów, obniżając w ten sposób zdolność do utrzymania wysiłków o większej intensywności [1]. Pamiętajmy także o tym, że każdy sport jest inny, w wytrzymałościówkach przede wszystkim trzeba zwrócić uwagę na długość oraz intensywność wysiłku. Uzupełnianie ciał ketonowych jako sposób na oszczędzanie węglowodanów w niektórych sportach może być nieistotny. Proponowany efekt ergogeniczny ciał ketonowych wykorzystywanych w tych sportach może być związany z potencjalną efektywnością paliwową ciał ketonowych. Z drugiej strony sporty takie jak triathlon i kolarstwo są ogólnie klasyfikowane jako zawody wytrzymałościowe charakteryzujące się wysokim poziomem metabolizmu oksydacyjnego, w których dostępność węglowodanów jest głównym czynnikiem ograniczającym wydajność. Być może sporty o bardzo długim czasie trwania będą bardziej odpowiednie dla podaży ciał ketonowych. Mówi się także o bardzo długotrwałej adaptacji do ketozy, którą jednak bardzo ciężko osiągnąć, ponieważ mało który zawodowy sportowiec ultra poświęci swoją karierę w celu rozwojowi nauki. Na tą chwilę to jednak węglowodany wydają się być najistotniejsze i przede wszystkim na nich powinniśmy się w sportach wytrzymałościowych skupić.

Preworkout od Testosterone.pl – pozwoli wejść na wyżyny treningowe

Podsumowanie

Ciała ketonowe to związki, których stężenie możemy zwiększyć na wiele różnych sposobów, a celem tego ma być wykorzystanie ich jako alternatywne źródło energii. Choć brzmi to jak plan, to jednak zagłębiając się w fizjologię oraz badania naukowe, okazuje się że nie jest to wszystko tak proste jak się na pierwszy rzut oka wydaje. Teoretycznym mechanizmem, który miałby usprawnić naszą wydajność sportową dzięki podaży ciał ketonowych jest oszczędzanie glukozy generalnie zasobów węglowodanowych. Niestety zamiast do ich oszczędzania dochodzi raczej do pogorszenie zdolności do ich wykorzystywania przez organizm, co konsekwencji prowadzi do zmniejszenia intensywności wysiłku, a co za tym idzie do pogorszenia naszych wyników sportowych. Cały czas zagadką pozostaje potencjalna adaptacja do wykorzystania ketonów przez organizm (być może bardziej efektywna od wykorzystania węglowodanów). Wymaga to jednak poświęcenia najlepiej mocno wytrenowanych wytrzymałościowców i wzięcia udziału w długoletnich badaniach, które te wątpliwości mogą rozwiać.

[1] Pinckaers PJ, Churchward-Venne TA, Bailey D, van Loon LJ. Ketone Bodies and Exercise Performance: The Next Magic Bullet or Merely Hype? Sports Med. 2017 Mar;47(3):383-391.

[2] Klement RJ, Frobel T, Albers T, et al. A pilot case study on the impact of a self-prescribed ketogenic diet on biochemical parameters and running performance in healthy and physically active individuals. Nutr Med. 2013;1(1):1–27.

[3] Paoli A, Bianco A, Grimaldi KA. The ketogenic diet and sport: a possible marriage? Exerc Sport Sci Rev. 2015;43(3):153–62.

[4] Volek JS, Noakes T, Phinney SD. Rethinking fat as a fuel for endurance exercise. Eur J Sport Sci. 2015;15(1):13–20.

[5] Cox PJ, Clarke K. Acute nutritional ketosis: implications for exercise performance and metabolism. Extrem Physiol Med. 2014;3:17.

[6] Abraham R. Ketones: controversial new energy drink could be next big thing in cycling. 2015. http://www.cyclingweekly.co.uk/ news/latest-news/ketones-controversial-new-energy-drink-next- big-thing-cycling-151877. Accessed 24 July 2015.

[7] Newman JC, Verdin E. Ketone bodies as signaling metabolites. Trends Endocrinol Metab. 2014;25(1):42–52.

[8] Robinson AM, Williamson DH. Physiological roles of ketone bodies as substrates and signals in mammalian tissues. Physiol Rev. 1980;60(1):143–87.

[9] Clarke K, Tchabanenko K, Pawlosky R, et al. Kinetics, safety and tolerability of (R)-3-hydroxybutyl (R)-3-hydroxybutyrate in healthy adult subjects. Regul Toxicol Pharm. 2012;63(3):401–8.

[10] Veech RL. The therapeutic implications of ketone bodies: the effects of ketone bodies in pathological conditions: ketosis, ketogenic diet, redox states, insulin resistance, and mitochondrial metabolism. Prostaglandins Leukot Essent Fatty Acids. 2004;70(3):309–19.

[11] Insel P, Ross D, Bernstein M, et al. Sportlight on metabolism and energy balance. Discovering nutrition. Burlington: Jones and Bartlett Learning; 2016. p. 372–3.

[12] Balasse EO. Kinetics of ketone body metabolism in fasting humans. Metabolism. 1979;28(1):41–50.

[13] Fe´ry F, Balasse EO. Ketone body production and disposal in diabetic ketosis. A comparison with fasting ketosis. Diabetes. 1985;34(4):326–32.

[14] Balasse EO, Fe´ry F. Ketone body production and disposal: effects of fasting, diabetes, and exercise. Diabetes Metab Rev. 1989;5(3):247–70.

[15] Stubbs BJ, Willerton K, Hyama S, et al. Concomitant meal ingestion alters levels of circulating ketone bodies following ketone ester drinnk [Abstract]. Proc Physiol Soc 34, PC235. Cardiff, UK; 2015.

[16] Ebert TR, Martin DT, Stephens B, et al. Fluid and food intake during professional men’s and women’s road-cycling tours. Int J Sports Physiol Perform. 2007;2(1):58–71.

[17] Mikkelsen KH, Seifert T, Secher NH, et al. Systemic, cerebral and skeletal muscle ketone body and energy metabolism during acute hyper-D-b-hydroxybutyratemia in post-absorptive healthy males. J Clin Endocrinol Metab. 2014;100(2):636–43.

[18] Fe´ry F, Balasse EO. Response of ketone body metabolism to exercise during transition from postabsorptive to fasted state. Am J Physiol. 1986;250(5 Pt 1):E495–501.

[19] Fe´ry F, Balasse EO. Effect of exercise on the disposal of infused ketone bodies in humans. J Clin Endocrinol Metab. 1988;67(2):245–50.

[20] Winder WW, Holloszy JO, Baldwin KM. Enzymes involved in ketone utilization in different types of muscle: adaptation to exercise. Eur J Biochem. 1974;47(3):461–7.

[21] Sato K, Kashiwaya Y, Keon CA, et al. Insulin, ketone bodies, and mitochondrial energy transduction. FASEB J. 1995;9(8):651–8.

[22] Mikkelsen KH, Seifert T, Secher NH, et al. Systemic, cerebral and skeletal muscle ketone body and energy metabolism during acute hyper-D-b-hydroxybutyratemia in post-absorptive healthy males. J Clin Endocrinol Metab. 2014;100(2):636–43.

[23] Balasse E, Couturier E, Franckson J. Influence of sodium b-hy- droxybutyrate on glucose and free fatty acid metabolism in nor- mal dogs. Diabetologia. 1967;3(6):488–93.

Absolwent Akademii Wychowania Fizycznego w Katowicach. Trener piłki nożnej oraz przygotowania motorycznego.

    Dodaj swój komentarz

    Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.*