Příjem bílkovin a tuků ve vytrvalostním sportu Mgr. Petr Loskot LF MUNI, Ústav ochrany a podpory zdraví 30.3.2020 Obsah prezentace •Metabolismus bílkovin •Potřeba bílkovin ve vytrvalostním sportu •Metabolismus tuků •Faktory ovlivňující oxidaci tuků během zátěže •Potřeba tuků ve vytrvalostním sportu Transaminace, 100-120 g Osudy bílkovin v organismu •V organismu je udržována pohotovostní zásoba aminokyselin, které mohou být ihned požity pro potřeby organismu, tzv. pool aminokyselin (hotovost), cca 100 g aminokyselin •Zdrojem této hotovosti jsou: •1) AMK přijaté potravou (exogenní) •2) AMK endogenní (našich tkání – přirozená neustálá degradace a znovuvytvoření) •3) AMK, které si umíme sami syntetizovat (neesenciální aminokyseliny) • Osudy bílkovin v organismu •Tato pohotovostní zásoba může být použita na: •A) Tvorba vlastních proteinů (tkáňových, plazmatických) •B) Tvorba specializovaných molekul (hormony, neurotransmitery, atd.) •C) Katabolismus bílkovin a vznik acetyl-CoA, který může být spálen jako zdroj energie nebo poslouží k syntéze mastných kyselin, či glukózy • A) Tvorba vlastních proteinů •Proteiny jsou základní stavební komponenty živých organismů •Většina proteinů podléhá neustálé degradaci a opětovnému vytvoření •Organismus si tvoří základní 2 druhy proteinů: •1) Tkáňové: proteiny svalové, proteiny orgánů, enzymy, proteiny buněčných struktur. „Jsou někde vázané.“ •2) Plazmatické: v každém litru krevní plazmy je rozpuštěno 65–85 g různých proteinů, které plní různé funkce (transportní, imunitní). „Volně se pohybují v krvi (plazmě).“ • B) Tvorba specializovaných molekul •Hormony •Signální molekuly •Kreatin •Beta-alanin •Růstové faktory •Látky potřebné pro syntézu DNA •a další • C) Katabolismus aminokyselin a zisk acetyl-CoA •Při nadměrném příjmu bílkovin ze stravy nebo při katabolismu může být aminokyselinám z molekuly odstraněn dusík v procesu transaminace (budeme si dále ukazovat) •Takto vznikne uhlíková struktura, která může poskytnout: •Acetyl-CoA a meziprodukty citrátového cyklu, ty mohou být využity k: •1) Syntéza glukózy (glukoneogeneze) •2) Syntéza MK a TAG (lipogeneze) •3) Tvorba energie • • • • • Katabolismus bílkovin •Katabolismus bílkovin je založen na odstranění dusíku z molekuly aminokyseliny •Děje se tak z různých důvodů: •1) Dusík z přijatých aminokyselin může být zabudován do glutamátu a využit pro syntézu jiných, v aktuální dobu potřebnějších aminokyselin, nebo látek s obsahem dusíku, organismus tedy o tento dusík nepřijde •2) Organismus má nadbytek aminokyselin, neumí si jich udělat zásobu, takže je třeba dusík vyloučit a ze zbylé uhlíkaté kostry bude produkovat energii •3) Organismus aktuálně nemá dostatek substrátů pro tvorbu energie, a tak musí sáhnout do svých zásob (např. svaly), z aminokyselin odstranit dusík a zbylou uhlíkatou kostru využít jako zdroj energie • Katabolismus bílkovin •Vznikající amoniak je toxický, a proto se musí detoxikovat •Hlavním detoxikačním orgánem jsou játra, dalším orgánem zapojeným do detoxikace amoniaku jsou ledviny, které amoniak odštěpují z molekuly glutaminu •Způsoby detoxikace: •1) Močovinový cyklus – nejdůležitější, probíhá v játrech •2) Zabudování amoniaku do molekuly glutaminu à detoxikace v ledvinách •3) Zapojení amoniaku molekuly glutamátu à glutamát pak vstoupí do jednoho z výše uvedených procesů Cyklus močoviny: proces stojí 4 ATP Faktory ovlivňující potřebu bílkovin •Věk •Hmotnost, tělesné složení jedince •Probíhající onemocnění/rekonvalescence •Druh tréninku (odporový vs. vytrvalostní) •Parametry tréninku (objem tréninku, intenzita, frekvence) •Tréninkový status sportovce (začátečník vs. pokročilý) •Energetický příjem (nabírání/udržování/dieta à odlišný osud bílkovin v organismu) •Aktuální cíle sportovce (nabírání hmotnosti vs. redukce hmotnosti) •Kvalita přijímaných bílkovin (obsah EAA+leucinu, stravitelnost, biologická hodnota) Oxidace bílkovin během vytrvalostní zátěže 1–15 % energetického výdeje během zátěže oxidace AMK Př: výdej 1000 kcal à 100 kcal à 25 g AMK zoxidovaných během FA 80 kg sportovec à ztráty cca 0,3 g/kg TH B Muži oxidují 1,5–2x více aminokyselin během zátěže než ženy K vyšší oxidaci bílkovin bude docházet při neadekvátním příjmu energetických substrátů, např. tedy také v dietním režimu Potřeba bílkovin u vytrvalců: Oficiální doporučení •Základní potřeba bílkovin člověka cca 0,8–1,0 g/kg TH •Pohled na příjem proteinů se i ve vytrvalostním sportu mění… •Tarnopolsky (2004) Protein requirements for endurance athletes.: Většina 1,2–1,4 g/kg, příjem maximálně 1,6 g/kg TH •Kato (2016) Protein Requirements Are Elevated in Endurance Athletes after Exercise as Determined by the Indicator Amino Acid Oxidation Method: 1,65–1,8 g/kg TH •ACSM (American College of Sports Medicine) (2016), Position Statement: Nutrition and Athletic Performance: Široké rozmezí 1,2–2,0 g/kg TH • • • Kato (2016) Protein Requirements Are Elevated in Endurance Athletes After Exercise as Determined by the Indicator Amino Acid Oxidation Method •The indicator amino acid oxidation (IAAO) method is based on the concept that when 1 indispensable amino acid (IDAA) is deficient for protein synthesis, then all other IDAA, including the indicator amino acid, will be oxidized. With increasing intakes of the limiting amino acid, IAAO will decrease, reflecting increasing incorporation into protein. Once the requirement for the limiting amino acid is met, there will be no further change in the indicator oxidation. •general habitual training volume of the participants.(i.e. self-reported at ~45–130 km/wk) Příjem bílkovin před vytrvalostním tréninkem •Poslední jídlo před vytrvalostním tréninkem dle preferencí a zkušeností sportovce zhruba 90–120 minut před tréninkem (Obsah B+S) •Obsah dobře stravitelných bílkovin + sacharidů (dle celkového denního příjmu, vhodnější spíše komplexní sacharidy  udržení glykemie) • • •Příjem proteinů by měl být jinak rozvržen pravidelně během dne v časových rozestupech 3–4 hodiny, což kopíruje zvýšenou MPS v návaznosti na příjem potravy •Obecně je doporučován příjem bílkovin na 1 porci v množství 0,25 g/kg TH, nebo 20–40 g v absolutním množství • • Příjem bílkovin během výkonu •Přidání proteinu ke konzumovaným sacharidů nemá vliv na výkon, pokud je dodávané množství sacharidů adekvátní pro danou zátěž (viz příjem sacharidů během zátěže) •Přidání proteinu nebo aminokyselin však může snížit markery svalového poškození (kreatinkináza) 12–24 hodin po výkonu •Přidání proteinu k sacharidům také může snížit potréninkovou bolest svalů •Pozitivní dopad na celkovou dusíkovou bilanci organismu •Hobby doporučení: •5–10 g BCAA každou hodinu zátěže spolu se sacharidy (první hodinu asi není třeba, pokud bylo požito kvalitní jídlo) •Profi doporučení: •0,25 g/kg TH lehce stravitelného proteinu každou hodinu • • • Příjem bílkovin po výkonu •Ideální případ: •1) Tekutá výživa: 0,8–1,0 g/kg S + 0,2–0,4 g/kg B (v poměru zhruba 2–3 : 1 ve prospěch S) •2) Pevné jídlo s podobným obsahem živin za 60–120 minut • •Případ bez tekuté výživy: •1) Pevné jídlo s obsahem živin 0,8–1,0 g/kg S + 0,2–0,4 g/kg B, lehce stravitelné • • • MacDermid (2006): A whey-supplemented, high-protein diet versus a high-carbohydrate diet: effects on endurance cycling performance. •Dva 7denní stravovací plány a jejich vliv na výkon ve vytrvalostním závodě Živina High-Protein High-Carb Energie Stejná Stejná Proteiny 3,3±0,4 /kg 1,3±0,4 g/kg Sacharidy 4,9±1,8 g/kg 7,9±1,9 g/kg Tuky 1,3±0,3 g/kg 1,2±0,3 g/kg Witard (2011), Effect of Increased Dietary Protein on Tolerance to Intensified Training Dieta High Protein Low Protein Bílkoviny 3 g/kg TH 1,5 g/kg TH Sacharidy 6 g/kg TH 6 g/kg TH Tuky Do stejného CEP Do stejného CEP Fáze tréninku Normální Intenzifikační Recovery Celkový EP 3711 kcal 4410 kcal 3096 kcal •Na konci každého ze 7denního období tréninku vykonán předepsaný výkon na čas. Cross-over design studie, teda každý účastník zkusil obě diety Witard (2011), Effect of Increased Dietary Protein on Tolerance to Intensified Training Potřeba tuků ve vytrvalostním výkonu • Hormony zapojené do metabolismu tuků Hormon Primární funkce Konkrétní funkce Inzulin Anabolismus Podpora ukládání živin do tukové tkáně, podpora syntézy TAG, blokace lipolýzy Glukagon Katabolismus Štěpení triacylglycerolů v tukové tkáni Kortizol Katabolismus (Rozdíl v akutním a chronickém působení) Podpora mobilizace tuků z končetin Podpora ukládání tuků na trupu a obličeji Adrenalin Katabolismus Štěpení triacylglycerolů v tukové tkáni Estrogen Anabolismus Specifické ukládání tuku do ženských míst Testosteron Anabolismus Spojitost mezi nižší hladinou T a zvýšením zastoupením tělesného tuku Růstový hormon V případě tuků katabolismus Podpora mobilizace tuků jako zdroje energie a jejich oxidace Odkud pochází tuky oxidované během zátěže? Tuky Mastné kyseliny uvolňované z tukové tkáně během zátěže Nárůst jejich koncentrace 2–3x oproti klidovým hodnotám Intramuskulární zásoby tuku (IMTG) Ketolátky při navozené ketóze Tuky z lipoproteinů (chylomikrony a VLDL lipoproteiny), které jsou transportovány v krevním oběhu po požití stravy Klíčové enzymy a transportéry zapojené v metabolismu tuků •FAT/CD36: transportní protein přes cytoplazmatickou membránu •Stimulován svalovou kontrakcí •Exprese zvýšená trénovaností •Ženy zřejmě větší množství než muži (estrogen) •CPT1, Karnitin-palmitoyltransferáza 1 •Přenos dlouhých mastných kyselin (víc jak 12 C) přes mezimembránový prostor mitochondrie do matrix à vznik acyl karnitinu •CPT2, Karnitin-palmitoyltransferáza 2 •Katalyzuje uvolnění acylu z acyl karnitinu v mitochondriální matrix •CACT, Karnitinacylkarnitintranslokáza •Přesunuje acyl karnitin přes mezimembránový prostor • • • • Složení lidské tukové tkáně ●Lidská tuková tkáň se neskládá ze 100 % z „tuku“, TAG tvoří asi 85 %. ●1 g tuku = 9 kcal, 9 x 850 = 7650 kcal ●7650 x 4,2 = cca 32 200 kJ ●Hall (2008), What is the Required Energy Deficit per unit Weight Loss? ● ● ● ● ● Nejdůležitější lipázy v tukovém metabolismu •Odlišná aktivita těch lipáz je dána hormonálně, je různá u obou pohlaví à odlišná distribuce tuku IMTG (Intramuskulární TAG) a oxidace během FA •Zásoby IMTG zvýšeny u vytrvalostních sportovců a fyziologicky více u žen než mužů •Představují zhruba 1–2 % veškerých tukových zásob člověka •Tvorba během klidu po jídle bohatých na tuky •Poměrně významný zdroj energie pro pracující svaly •Při intenzitě zátěže v trvání cca 2 hodin při 50–65 % VO2 max asi 1/3 ox. MK •Při FA jsou přijímané MK rovnou oxidovány a nejsou zabudovávány do IMTG •Po cca 90–120 minutách zátěže oxidace IMTG tuku značně klesá •IMTG jsou štěpeny 2 lipázami: •1) ATGL (adipose tissue triglyceride lipase) •2) HSL (hormon senzitivní lipáza) • • • Ketóza a vznik ketonů •Využívána některými sportovci •Je třeba rozlišovat: •Nutriční ketóza – fyziologický stav – hladovění nebo (cílený) nedostatek sacharidů ve stravě •Ketoacidóza – stav u dekompenzovaných diabetiků, nadměrné vystupňování lipolýzy a nadměrná koncentrace ketonů v krvi à acidóza, ohrožení života • Nutriční ketóza Ketoacidóza 0,5–3 mmol/l 15–25 mmol/l Běžná hladina do cca 0,3 mmol/l Co všechno má vliv na oxidaci sacharidů vs. tuků během fyzické aktivity? •Intenzita FA •Délka FA •Trénovanost jedince •Pohlaví •Stav nalačno/po požití stravy •Stav glykogenových zásob •Výživa (zastoupení sacharidů a tuků) • • •Doplňky stravy? • • Jak bývá nejčastěji vyjadřována intenzita FA? •% TF max: procento z maximální tepové frekvence při podávaném výkonu •% VO2 max: procento z maximálního objemu spotřebovaného kyslíku během •Mezi oběma veličiny lze vysledovat přibližný vztah, kteří je ovlivněn mnoha faktory Oxidace mastných kyselin •Max. oxidace tuku je dosaženo obecně při intenzitě cca 65 % VO2 max (45–65 %) •Maximální oxidace tuků je ovlivňována velkým množstvím faktorů, které jsou spolu propojeny • • Vliv intenzity FA na oxidaci substrátů •Romijn, 1993 (Regulation of endogenous fat and carbohydrate metabolism in relation to exercise intensity and duration) Vliv intenzity FA na oxidaci substrátů • • •Van Loon, 2001 The effects of increasing exercise intensity on muscle fuel utilisation in humans • •55 % W max = cca 65 % VO2 max 40 % W max 55 % W max 75 % W max Volné MK z plazmy 0,39 (31 %) 0,41 (25 %) 0,31 (15 %) Ostatní zdroje MK 0,29 (24 %) 0,39 (24 %) 0,2 (9 %) Glukóza z plazmy 0,33 (10 %) 0,51 (13 %) 0,9 (18 %) Svalový glykogen 1,11 (35 %) 1,53 (38 %) 3,0 (58 %) Využití substrátů během FA a délka FA •Van Loon, (2003) Intramyocellular lipids form an important substrate source during moderate intensity exercise in endurance-trained males in a fasted state. • •50 % Wmax = cca 60 % VO2 max Využití substrátů během FA a druh zatížení •Rozdíly mohou být patrné během různých FA (cyklistika vs. chůze/běh) Využití substrátů během FA a trénovanost •Lépe aerobně trénovaní jedinci jsou schopni zachovat vyšší míru oxidace relativně i absolutně (VO2 max i g/min) • •Maximal Fat Oxidation Rates in an Athletic Population (2017) •Průměrná maximální oxidace tuků 0,6 g/min (0,17–1,27 g/min) •Tato maximální oxidace tuků byla průměrně dosažena při 50 % VO2 max (22–88 %) • •Determinants of fat oxidation during exercise in healthy men and women: a cross-sectional study (2005) •Průměrná maximální oxidace tuků 0,46 g/min (0,18–1,01 g/min) •Běžná populace, mix nesportovců a nevrcholových sportovců •Tato maximální oxidace tuků byla průměrně dosažena při 48 % VO2 max, což bylo zhruba 62 % HR max • • • • Využití substrátů během FA a trénovanost •Effects of One Year Aerobic Endurance Training on Resting Metabolic Rate and Exercise Fat Oxidation in Previously Untrained Men and Women (2010) •Muži a ženy středního věku s nízkou kondicí (42 let, průměrné BMI 24,6) • Prům. max. oxidace tuků pouze 0,26 g/min •Tato maximální oxidace tuků byla průměrně dosažena při cca 35 % VO2 max • •Determination of the exercise intensity that elicits maximal fat oxidation (2002) •Trénovaní sportovci •Prům. max. oxidace tuků 0,6 g/min •Tato max. oxidace tuků byla průměrně dosažena při 65 % VO2 max (cca 74 % HR max) • • • • • • • • • • • Využití substrátů během FA a hledisko pohlaví •Determinants of fat oxidation during exercise in healthy men and women: a cross-sectional study (2005) •Ženy mají vyšší zásoby IMTG než muži a umí je lépe využít jako zdroj energie, obecně jsou schopny lépe oxidovat MK než muži •Roli hraje zastoupení svalových vláken a estrogen regulující enzymy B-oxidace MK •Průměrné ženy mají v průměru vyšší maximální oxidaci tuků než (8,2 vs. 7,1 mg/kg min), při 52 vs. 45 % VO2max Využití substrátů během FA, pohlaví a intenzita •Effect of exercise intensity on 24-h energy expenditure and nutrient oxidation •Výdej energie 400 kcal při zátěži 40 % VO2 max (LI) a 70 % VO2 max (HI) u mužů a žen •Ženy spalují více tuku při obou sledovaných inzenzitách Využití substrátů během FA, lačný/najezený stav •Effects of aerobic exercise performed in fasted v. fed state on fat and carbohydrate metabolism in adults: a systematic review and meta-analysis. (2016) •Při kardiu nalačno spalujeme o něco více tuku než v najezeném stavu, opět to neznamená efektivnější hubnutí •Effects of post-absorptive and postprandial exercise on 24 h fat oxidation (2013) • • • Body composition changes associated with fasted versus non-fasted aerobic exercise (2014) Roepstorff (2005), Malonyl-CoA and carnitine in regulation of fat oxidation in human skeletal muscle during exercise Burke (2017), Low carbohydrate, high fat diet impairs exercise economy and negates the performance benefit from intensified training in elite race walkers. •Vliv výživy na oxidaci substrátů Příjem tuků ve vytrvalostních sportech: Oficiální doporučení •ACSM (American College of Sports Medicine), 2016 (Position Statement: Nutrition and Athletic Performance): •Příjem tuků u sportovců by dlouhodobě neměl klesnout pod 20 % CEP •Příjem SFA nižší než 10 % CEP •Intake of fat by athletes should be in accordance with public health guidelines and should be individualized based on training level and body composition goals (tedy někde v rozmezí 20–35 % CEP, tj. 0,5–1,5 g/kg TH • • •Příjem tuků kolem tréninkové jednotky: v zásadě jako u silových sportů • Příjem tuků a sacharidů ve studiích u vytrvalostních sportovců Studie Příjem sacharidů Příjem tuků Poznámka Burke (2017) Cca 8,5 g/kg TH 1,2 g/kg TH High-carb skupina Burke (2017) Méně než 50 g 4,7 g/kg TH Keto skupina Witard (2011) 6 g/kg TH 1,3–3,4 g/kg TH Dle fáze tréninku Havemann (2006) 7,5 g/kg TH 0,8 g/kg TH High-carb skupina Havemann (2006) 1,8 g/kg TH 3,3 g/kg TH Low-carb skupina Volek (2016) 7 g/kg TH 1,3 g/kg TH High-carb skupina Volek (2016) 1,2 g/kg TH 3,2 g/kg TH Keto skupina Proč někteří sportovci cíleně navyšují příjem tuků na úkor sacharidů ve (vytrvalostním) sportu? Může to mít nějaké benefity co se týče výkonnosti? Odpověď poskytne příští přednáška Low-carb vs. Low-fat a vliv na sportovní výkon