Nawodnienie jest niezwykle ważne z perspektywy optymalnego działania wszystkich procesów fizjologicznych naszego organizmu. Woda jest dominującym składnikiem w ludzkim organizmie, potrzebnym do funkcjonowania niemal wszystkich układów fizjologicznych Zachowanie prawidłowych funkcji organizmu wiąże się z takimi procesami jak oddychanie, pocenie się czy wydalanie odpadów, jednakże skutkują one utratą wody. Utrata wody poniżej poziomu ustalonego, reprezentującego normalną zawartość wody w organizmie, definiuje się jako stan odwodnienia. Odwodnienie jest więc z definicji procesem dynamicznej utraty wody w organizmie lub przejściem od stanu euhydratacji do hipohydratacji. Co więcej, ryzyko odwodnienia jest szczególnie wysokie u sportowców, ponieważ parowanie potu jest główną drogą utraty ciepła podczas ćwiczeń. Przeglądy literatury dotyczące wpływu odwodnienia na miejscową wytrzymałość mięśni, siłę mięśniową, wydolność beztlenową oraz określone umiejętności sportowe w grach zespołowych wykazały negatywne skutki odwodnienia na poziomie >2% masy ciała.
Kluczowe jest więc nawadnianie oraz opracowywanie zabiegów mających na celu niwelować ryzyko odwodnienia. Rynek dostarcza nam szereg napojów funkcjonalnych, które obiecują optymalizację procesu kompensowania utraty wody w organizmie. Mamy dostępne napoje hiptoniczne, izotoniczne oraz hipertoniczne, które cechują się różną absorpcją i ostatecznym efektem. Zastosowanie poszczególnych napojów będzie zależne od konkretnego celu. Pytanie z perspektywy artykułu jest jednak, który z napojów najlepiej nawadnia?
WPROWADZENIE
Długotrwały wysiłek fizyczny prowadzi do utraty płynów ustrojowych, co wiąże się z podwyższoną potliwością. Odwodnienie przekraczające co najmniej 3–4% całkowitej wody ustrojowej (>2% masy ciała) może zmniejszać pojemność minutową serca, zwiększać odczuwanie ciężkości wysiłku, upośledzać skórne i ośrodkowe funkcje termoregulacyjne i przepływ krwi w mięśniach oraz wydolność podczas ćwiczeń wytrzymałościowych.
Nauka stale bada wpływ dostarczenia węglowodanów na wydolność fizyczną i sugeruje się, że jest to jeden z kluczowych zabiegów dietetycznych, szczególnie w przypadku sportów długodystansowych, gdzie zawartość glikogenu mięśniowego może być ograniczeniem. Niemniej jednak, niedawne zaniepokojenie dużą ilością cukru w produktach spożywczych oraz potrzebą komercjalizacji napojów funkcjonalnych skierowanych dla szerszej grupy osób, rośnie zainteresowanie wpływem napojów hipotonicznych. Fizjologiczne uzasadnienie przemawiającego za zainteresowaniem spożywanymi napojami zarówno węglowodanowymi jak i nie węglowodanowymi podczas wysiłku polega na szybkim przywróceniu lub utrzymaniu homeostazy płynów ustrojowych, funkcji układu sercowo-naczyniowego i termoregulacji. Pytanie o to, który napój dla sportowców lub skład wody dla sportowców jest lepszy do nawadniania/rehydratacji podczas ćwiczeń, zależy od właściwości spożywanych napojów, które wpływają na opróżnianie żołądka, wchłanianie płynów jelitowych, zatrzymywanie płynów ustrojowych i aktywność nerek.
Elektrolity od Testosterone.pl – Poprawa nawodnienia i zachowanie balansu elektrolitowego organizmu
PRZYSWAJANIE WODY
Przed przystąpieniem do samego omówienia wyższości poszczególnych napojów w kontekście procesu nawadniana, należy przybliżyć sam proces absorpcji wody w ustroju ludzkim. Przyswajanie płynów odbywa się z poziomu jelita na zasadzie pasywnej dyfuzji wody. Na ścianie jelita zlokalizowane są dodatkowo specyficzne transportery odpowiadające za absorpcję węglowodanów, głównie jest to glukotransporter typu 5 (GLUT5) oraz sodozależny transporter typu 1 (SGLT1). Każdy z nich odpowiada za transport konkretnego rodzaju węglowodanów – GLUT5 dla fruktozy oraz SGLT1 dla glukozy. Po przekroczeniu wewnętrznej ściany jelita dalsza absorpcja odbywa się w oparciu o glukotransporter typu 2 oraz akwaporyny, czyli specyficzne integralne białka, które tworzą kanały dla transportu wody oraz cząsteczek o podobnych rozmiarach.
Po przekroczeniu jelita, woda dostaje się do krążenia i można o niej mówić jako wodzie zewnątrzkomórkowej. Następnie z osocza, przedostaje się poprzez błony kapilarne do płynów śródmiąższowych, skąd poprzez błony komórkowe dostaje się do komórek (w tym komórek mięśniowych). Dopiero wtedy możemy mówić o wodzie wewnątrzkomórkowej.
Woda w organizmie musi więc przebyć sporą drogę zanim będzie można mówić o optymalnej absorpcji. To jaki posiada ona skład pod kątem zawartości węglowodanów oraz mikroelementów będzie determinować i intensyfikować lub ograniczać proces absorpcji. To właśnie te cechy związane z kompozycją napoju decydują o skuteczności procesu nawadniania.
CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA OPRÓŻNIANIE ŻOŁĄDKA
Jednym z kluczowych czynników determinujących skuteczność nawadniania jest tempo opróżniania żołądka wynikające ze specyfiki spożywanego napoju. Najbardziej wpływowymi czynnikami są objętość napoju i osmolalność, z których ta ostatnia jest określana głównie przez stężenie i formę węglowodanów. Sód i inne elektrolity mają mniejszy wpływ na wchłanianie, objętość osocza i zatrzymywanie płynów podczas wysiłku.
Objętość spożywanego płynu jest jednym z modyfikatorów tempa opróżniania żołądka. Istnieje bezpośrednia proporcjonalna zależność między objętością napoju szybkością transportu i zależność ta występuje do 600ml płynu. Dodatkowo występuje wysoka zmienność osobnicza. Co więcej, sama częstotliwość spożywani płynów może decydować o efekcie. Wielokrotne przyjmowanie roztworu w celu utrzymania dużej objętości żołądka może pomóc w utrzymaniu stałych wskaźników opróżniania żołądka.
Zawartość energetyczna również decyduje o sprawności transportu płynu z poziomu żołądka. Glukoza i całkowita zawartość energii mają większy wpływ hamujący na opróżnianie żołądka w porównaniu z osmolalnością napojów. Warto również zwrócić uwagę na sam rodzaj zawartych węglowodanów. Galaktoza opróżnia się szybciej niż glukoza, a fruktoza opróżnia się szybciej niż galaktoza. Skrobia cechuje się podobnym tempem opróżniania glukoza, a maltodekstryna i fruktoza opróżniają się szybciej niż glukoza. 8% roztwór glukozy jest opróżniany znacznie wolniej w porównaniu z 8% roztworem sacharozy.
Rodzaj oraz zawartość węglowodanów bezpośrednio wpływają na osmolalność napoju. Sacharoza cechuje się hamowaniem opróżniania żołądka niż glukoza przy osmolalności napoju 68–251 mOsm/L. Polimer glukozy zmniejsza osmolalność napoju i zwiększa szybkość opróżniania żołądka. Można zauważyć, że hiperosmolalność będzie determinować spowolnienie tempa opróżniania żołądka.
Inne czynniki uważane za determinujące prędkość absorpcji to pH napoju, temperatura oraz płeć osoby spożywającej napój. Nie wydaj się jednak, aby te cechy były tymi dominującymi a jedynie subtelnie modyfikującymi parametr tempa opróżniania żołądka.
Wydaje się, że osmolalność napoju może potencjalnie spowalniać absorpcję. Niższa osmolalność <270mOsm/L będzie wspomagać wchłanianie wody w wyniku korzystnego gradientu osmotycznego sprzyjającego przemieszczaniu wody z bliższej części jelita cienkiego przez błonę śluzową. Warto również zwrócić uwagę na dodatek elektrolitów, a przede wszystkim sodu. Usprawnia on wchłanianie wody w dwunastnicy, ale spowalniają jej tempo wchłaniania w jelicie czczym na skutek przemieszczania się sodu do światła jelita czczego w dół gradientu stężeń, zmniejszające efektywność wchłaniania wody. Napoje hipertoniczne, czyli te które mają wysoką osmolalność powodują wody z organizmu do światła jelita, powodując negatywny wpływ na wchłanianie wody i objętość osocza. Napoje hipotoniczne są zaś skuteczniejsze niż napoje izotoniczne pod względem maksymalnej absorpcji wody.
Aktywny kotransport glukozy i sodu ułatwia wchłanianie glukozy i promuje gradienty osmotyczne, które wspomagają wchłanianie wody w jelicie czczym. Maltodekstryna zmniejsza osmolalność w porównaniu z monomerem glukozy, potencjalnie ułatwiając zwiększenie wchłaniania wody. W jelicie czczym sód jest transportowany wspólnie z węglowodanami, aminokwasami, kwasami organicznymi i solami kwasów żółciowych. Rola sodu w aktywnym transporcie składników odżywczych i wchłanianiu wody jest uważana za niezbędną w doustnych roztworach nawadniających używanych przy klinicznym odwodnieniu, ale większość dowodów sugeruje znikomy wpływ na wchłanianie, objętość osocza i retencję podczas wysiłku. Roztwory zawierające wiele rodzajów węglowodanów powodują największe wchłanianie sodu w dwunastnicy i jelicie czczym.
POMIAR ABSORPCJI WODY
W celu odpowiedzi na pytanie jaki napój cechuje się najkorzystniejszym profilem absorpcji należy wspomnieć o metodach pomiarowych, które mają wskazać prędkość przyswajania płynu. Klucze jest również wskazanie słabych stron każdej metody pomiarowej.
Mechanistyczne miary przepływu płynów w badaniach hydratacji obejmowały szybkość netto pojawiania się wody znakowanej izotopowo (tlenek deuteru, D2O) w przedziale osocza, deltę procentową objętości osocza (dPV) oraz szybkość dostarczania spożytego płynu do jelita i krążenia na podstawie pomiarów opróżniania żołądka i wchłaniania jelitowego (np. metodologia segmentalnej perfuzji potrójnego światła). Każda metoda ma ograniczenia dotyczące wnioskowania o efektach hydratacji. Znakowanie izotopowe wychwytuje tylko jednokierunkowy przepływ płynów, dlatego jest przydatny do określania kinetyki płynów od spożycia do pojawienia się w osoczu lub moczu, ale nie dostarcza informacji na temat przyrostu netto płynów dostępnych dla organizmu. Wchłanianie jelitowe mierzone za pomocą perfuzji segmentowej daje wnioskowanie tylko do konkretnego badanego odcinka jelita, co jest ograniczeniem, ponieważ szybkość wchłaniania zmienia się wzdłuż długości jelita.
Podstawowe zasady fizjologiczne określają, że komórkowy składnik krwi ma stałą osmolalność, podczas gdy pozakomórkowy składnik płynów ustrojowych znajduje się w równowadze osmotycznej pomiędzy elementem naczyniowym i śródmiąższowym. Dlatego zmiana dPV nie śledzi bezpośrednio wchłaniania płynów ani kinetyki przenoszenia, ale raczej zapewnia bezpośrednią miarę wpływu netto spożytych napojów na centralny stan nawodnienia w czasie rzeczywistym. dPV jest również zdecydowanie najszerzej dostępnym parametrem umożliwiającym analizę na dużą skalę i wyciąganie wniosków dotyczących hydratacji.
Wnioski z badań wchłaniania jelitowego sugerują, że spożywanie wody oraz napojów hipotonicznych i izotonicznych może przynieść korzyści w zakresie nawodnienia, ale wnioski dotyczące porównawczych korzyści są niejednoznaczne, gdy pomiary dPV i kontrastujące cechy składu roztworu (rodzaj CHO, stężenie CHO, stężenie sodu) są brane pod uwagę, pozostawiając niejasny konsensus co do najkorzystniejszej toniczności spożywanego napoju dla nawodnienia.
NAPOJE FUNKCJONALNE W BADANIACH NAUKOWYCH
Dostępna literatura faworyzuje napoje hipotoniczne spożywane podczas ciągłego wysiłku w kontekście utrzymania centralnego nawodnienia organizmu (dPV) w porównaniu z napojami izotonicznymi. Wydaje się również, że są one bardziej korzystne niż sama woda lub napoje hipertoniczne. Osłabienie redukcji dPV po napojach hipotonicznych było widoczne, nawet po dostosowaniu do intensywności ćwiczeń (szybkości metabolizmu) i modyfikatorów tempa przyjmowania napojów, z mniejszą redukcją dPV obserwowaną w przypadku roztworów hipertonicznych i wody.
W literaturze i w warunkach komercyjnych istnieje pewne zamieszanie wokół względnej skuteczności nawodnienia napojów hipotonicznych i izotonicznych oraz wody, z powodu pozornie sprzecznych wyników uzyskanych przy użyciu różnych metodologii i fizjologicznych miejsc pomiaru.
Wykorzystując metodologię segmentalnej perfuzji jelita z potrójnym światłem, Shi i in. wykazali, że zarówno szybkość wchłaniania płynów jelitowych, jak i ruch netto substancji rozpuszczonej było wyższe w przypadku trzech 6% lub 8% roztworów izotonicznych zawierających węglowodany w wielu postaciach jako glukozę, maltodekstrynę i sacharozę, z kontrolą (sód), względną do roztworów hipotonicznych o takim samym stężeniu węglowodanów, ale zawierających źródło maltodekstryny nadającej się do transportu pojedynczo. We wszystkich przypadkach trend dPV był wyższy w przypadku roztworu hipotonicznego, prawdopodobnie z powodu szybszej absorpcji płynu w proksymalnej części jelita, na co wskazuje wzrost do warunków izoosmotycznych w odcinku dystalnym.
W badaniu Gisolfi roztwory hipotoniczne i izotoniczne z 6% (Gatorade, 6,0% Węglowodanów, 327 mOsmol/L), akumulacja D2O w osoczu była znacznie niższa w porównaniu z napojem hipotonicznym (Mizone Rapid, 3,9% węglowodanów, 220 mOsmol/L) zawierającym sacharozę, fruktozę i glukozę. Obliczona osmolalność jelitowa napojów izotonicznych i hipotonicznych po trawieniu wyniosła odpowiednio 480 i 243 mOsmol/L, co sugeruje, że napój hipotoniczny pozostał funkcjonalnie hipotoniczny, a wchłanianie płynów z roztworów izotonicznych zawierających di- i polisacharydy będzie stosunkowo opóźnione w porównaniu z roztworem hipotonicznym, prawdopodobnie odpowiadając za niższe wartości dPV.
Węglowodany zwiększają ciśnienie osmotyczne w świetle jelita. Według analiz, na każde 100mOsm/L, dVP spada o około 0.3%. Wyższe stężenia węglowodanów ujemnie korelowały z wchłanianiem wody w proksymalnej części jelita cienkiego. Sacharoza jako MTC sprzyja większemu przepływowi wody w porównaniu z glukozą izokaloryczną, ale efekt ten jest prawdopodobnie ograniczony do sytuacji, w których stężenie glukozy przekracza maksymalną zdolność wysycenia transportera glukozy (SGLT1). Wspomniany transporter posiada bowiem ograniczoną zdolność transportu. Przy stężeniu węglowodanów powyżej pojemności SGLT1 sacharoza będąca MTC sprzyja większemu przepływowi wody. Pojemność SGLT1 szacuje się na około 60g węglowodanów na godzinę. Jednak wyniki badań perfuzji są niejednoznaczne co do stosowania sacharozy w celu zwiększenia wchłaniania wody. Niektóre badania sugerują równoważne tempo wchłaniania płynów z roztworów glukozy i sacharozy, podczas gdy w innych wydaje się, że największe korzyści wynikają z 6% vs 8% MTC i maltodekstryny.
Woda jak i hipotoniczne napoje z zawartością węglowodanów są lepsze od izotonicznych napojów węglowodanowych pod względem nawadniania podczas wykonywania ćwiczeń. Możliwym wyjaśnieniem jest to, że segmentowa absorpcja płynu jest podyktowana wielkością porów, która stopniowo zmniejsza się od proksymalnej do dystalnej części dwunastnicy. W związku z tym szybszy przepływ wody w proksymalnym odcinku dwunastnicy (0–30 cm) zwiększy wchłanianie płynów z roztworów o niskim stężeniu węglowodanów i toniczności, co jest możliwe dzięki gradientowi osmotycznemu.
Kreatyna od Testosterone.pl – Najlepiej przebadany suplement ergogeniczny
ABSORPCJA ZALEŻNA JEST OD WARUNKÓW
Istnieje szereg czynników zewnętrznych, które mogą wpływać na absorpcję płynów. Dlatego też jest ona w dużym stopniu zależna od warunków w jakich napój będzie spożywany. Przykładowo, intensywność ćwiczeń znacznie zmniejsza dPV we wszystkich napojach i widuje się efekt dwukrotnie gorszy w przypadku napojów izotonicznych. Ćwiczenia, szczególnie intensywne, mogą powodować hipoperfuzję trzewną, prowadzącą do niedokrwienia błony śluzowej jelit. Skoncentrowany napój izotoniczny warunkował gorszy komfort jelitowy w porównaniu z napojem hipotonicznym. Napoje hipotoniczne i woda zwiększają jednostronny przepływ wody, co może złagodzić wpływ ograniczenia przepływu krwi na komfort jelit podczas intensywnych ćwiczeń. Co więcej, objętość spożytego płynu wpływa na opróżnianie żołądka, przy czym większa pojedyncza objętość jest opróżniana szybciej niż mniejsza objętość <600ml. Wielokrotne przyjmowanie płynu pozwala utrzymać większą objętość żołądka i szybsze opróżnianie go.
Interesująca pozostaje również kwestia sodu, który zwiększa retencję wody w organizmie. To co jednak ciekawe to to, że sód zwiększa wpływ na dPV w przypadku napojów hipertonicznych, izotonicznych i hipotonicznych, ale nie wody. To sugeruje, że elektrolity są ważnym mechanizmem wpływającym na nawodnienie w odniesieniu do napojów węglowodanowych.
OGRANICZENIA W ISTNIEJĄCYCH PRACACH NAUKOWYCH
Przyjęto, że dPV reprezentuje centralny stan wody w organizmie netto podczas ćwiczeń, uzasadniony teoretycznie podstawowymi fizjologicznymi zasadami dynamiki płynów worganizmie, jednak czy to założenie jest prawdziwe, wymaga badań empirycznych. Jak każde badania, te dotyczące absorpcji płynów również posiadają mniejsze lub większe ograniczenia. Podstawowym jest ograniczona ilość osób angażowanych w poszczególnych protokołach oraz nie zawsze wykonywano tą samą metodę pomiarową. Również metody dostępne dla dPV zapewniają różne poziomy precyzji co utrudnia ostateczne wnioskowanie. Co więcej, analiza osmolalności jelit opiera się na założonej uniwersalnej osmolalności światła jelita, która może się nie zgadzać w indywidualnych przypadkach.
NAPOJE FUNKCJONALNE I ICH PRZECHOWANIE
Kupno napojów funkcjonalnych wiąże się z pewnym ryzykiem związanym z ich przechowywaniem. Okazuje się, że może ono wpływać na stan i osmolarność napoju. Gdy napoje były przechowywane w temperaturze pokojowej w ich oryginalnym nieotwartym opakowaniu, zgodnie z oczekiwaniami nastąpiła minimalna zmiana między wartością bazową (0 dni) a próbkami z 30 i 60 dni. Sprawa wygląda natomiast inaczej w przypadku przechowywania w wyższej temperaturze. Dane pokazują, że wiele napojów miało dramatyczny wzrost osmolalności podczas dwóch miesięcy przechowywania w temperaturze 31°C. Wielkość zmian wynosiła od 20 do nawet 100mOsm/L.
PODSUMOWANIE
Spożycie napojów hipotonicznych podczas ciągłego wysiłku powodowało większe złagodzenie spadku objętości osocza, w którym pośredniczy wysiłek fizyczny, w porównaniu z napojami izotonicznymi i hipertonicznymi oraz wodą. Wydaje się więc, że napoje hipotoniczne posiadają przewagę w kontekście nawodnienia z innymi napojami funkcjonalnymi. Co więcej, elektrolity zwiększają retencję objętości osocza i osłabiają diurezę, pomagając w zatrzymywaniu wewnętrznej objętości płynów ustrojowych.
BIBLIOGRAFIA:
[1] Shi X, Passe DH. Water and solute absorption from carbohy- drate–electrolyte solutions in the human proximal small intestine: a review and statistical analysis. Int J Sport Nutr Exerc Metabol. 2010;20:427–42.
[2] Gisolfi CV, Duchman SM. Guidelines for optimal replacement beverages for different athletic events. Med Sci Sports Exerc. 1992;24:679–87.
[3] Shirreffs SM, Sawka MN. Fluid and electrolyte needs for train- ing, competition, and recovery. J Sports Sci. 2011;29(Suppl 1):S39-46.
[4] Sawka MN, Burke LM, Eichner ER, Maughan RJ, Montain SJ, Stachenfeld NS. American College of Sports Medicine position stand. Exercise and fluid replacement. Med Sci Sports Exerc. 2007;39:377–90.
[5] Montain SJ, Sawka MN, Latzka WA, Valeri CR. Thermal and cardiovascular strain from hypohydration: influence of exercise intensity. Int J Sports Med. 1998;19:87–91.
[6] Sawka MN, Knowlton RG, Critz JB. Thermal and circulatory responses to repeated bouts of prolonged running. Med Sci Sports. 1979;11:177–80.
[7] Watanabe K, Stöhr EJ, Akiyama K, Watanabe S, González- Alonso J. Dehydration reduces stroke volume and cardiac output during exercise because of impaired cardiac filling and venous return, not left ventricular function. Physiol Rep. 2020;8:e14433.
[8] Sawka MN, Young AJ, Francesconi RP, Muza SR, Pandolf KB. Thermoregulatory and blood responses during exercise at graded hypohydration levels. J Appl Physiol. 1985;59:1394–401.
[9] Gonzalez-Alonso J, Mora-Rodriguez R, Below PR, Coyle EF. Dehydration reduces cardiac output and increases systemic and cutaneous vascular resistance during exercise. J Appl Physiol. 1995;79:1487–96.
[10] Sawka MN, Noakes TD. Does dehydration impair exercise per- formance? Med Sci Sports Exerc. 2007;39:1209–17.
[11] Shi X, Summers RW, Schedl HP, Flanagan SW, Chang R, Gisolfi CV. Effects of carbohydrate type and concentration and solu- tion osmolality on water absorption. Med Sci Sports Exerc. 1995;27:1607–15.
[12] Gisolfi CV, Summers RW, Lambert GP, Lambert GP, Xia T. Effect of beverage osmolality on intestinal fluid absorption dur- ing exercise. J Appl Physiol. 1998;85:1941–8.
[13] Jones BJ, Higgins BE, Silk DB. Glucose absorption from mal- totriose and glucose oligomers in the human jejunum. Clin Sci (Lond). 1987;72:409–14.
[14] van Wijck K, Lenaerts K, Grootjans J, Wijnands KA, Poeze M, van Loon LJ, et al. Physiology and pathophysiology of splanch- nic hypoperfusion and intestinal injury during exercise: strategies for evaluation and prevention. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2012;303:G155–68.
[15] Pals KL, Chang RT, Ryan AJ, Gisolfi CV. Effect of run- ning intensity on intestinal permeability. J Appl Physiol. 1985;1997(82):571–6
[16] Rowlands DS, Bonnetti DL, Hopkins WG. Unilateral fluid absorption and effects on peak power after ingestion of com- mercially available hypotonic, isotonic, and hypertonic sports drinks. Int J Sport Nutr Exerc Metab. 2011;21:480–91.
[17] Lambert GP, Chang RT, Xia T, Summers RW, Gisolfi CV. Absorption from different intestinal segments during exercise. J Appl Physiol. 1997;83:204–12.
[18] Mora, C.; Dousset, B.; Caldwell, I.R.; Powell, F.E.; Geronimo, R.C.; Bielecki, C.R.; Counsell, C.W.; Dietrich, B.S.; Johnston, E.T.; Louis, L.V.; et al. Global risk of deadly heat. Nat. Clim. Chang. 2017, 7, 501. [CrossRef]
