Dlaczego potrzebujemy więcej niż węglowodanów do paliwa?

Rafała Nazarewicza

Aby odpowiedzieć na to pytanie, musimy przyjrzeć się bliżej naszemu metabolizmowi.

Podczas jakiejkolwiek aktywności fizycznej nasze mięśnie uruchamiają układy metaboliczne, które dostarczają energii pracującym mięśniom do generowania odpowiednich sił. Nasze mięśnie magazynują ograniczoną energię w postaci ATP i fosfokreatyny (CP), dwóch prostych, wysokoenergetycznych cząsteczek, które służą naszemu organizmowi jako bank energii. Podczas gdy CP można stosować tylko w określonych sytuacjach, ATP jest nośnikiem energii wykorzystywanym przez wszystkie pracujące mięśnie.

Magazynowanie ATP i CP jest wykorzystywane w przypadku bardzo wybuchowych i intensywnych czynności, takich jak skoki, podnoszenie ciężarów lub w pierwszych krokach podczas sprintu. Systemy te są szybkie i opierają się na pojedynczych reakcjach enzymatycznych. Energia zmagazynowana w tej postaci jest jednak bardzo ograniczona i szybko się wyczerpuje (ryc. 1).

Ogólnie rzecz biorąc, biegacze długodystansowi potrzebują dziesiątek funtów ATP podczas swoich biegów (ok. 45 funtów na godzinę!), Więc nie polegają na energii zmagazynowanej w postaci ATP lub CP. Zamiast tego biegacze wykorzystują energię poprzez inne szlaki metaboliczne, które w kółko ponownie syntetyzują ATP, glikolizę i metabolizm mitochondrialny.

Glikoliza jest siłą napędową dla intensywnych wysiłków, takich jak biegi na bieżni, bieganie pod górę, noszenie ciężkich przedmiotów itp. Głównym składnikiem odżywczym wykorzystywanym przez glikolizę jest glukoza zmagazynowana w naszych mięśniach w postaci glikogenu. Końcowym produktem sekwencji enzymatycznych reakcji glikolizy są mleczany i ATP (ryc. 2).

Ryc. 2. Glikoliza dostarcza energii podczas bardzo intensywnych czynności.

Jeśli intensywność sięga gdzieś blisko 80% naszych możliwości, w mięśniach zaczyna gromadzić się mleczan. Szybko gromadzący się mleczan obniża pH komórek mięśniowych i zatrzymuje większość reakcji enzymatycznych. Stanowi poważne zagrożenie metaboliczne dla komórki i ogólnej homeostazy (porządku wewnętrznego). Dlatego nasz organizm w tym momencie podejmuje wszelkie możliwe wysiłki, aby zamknąć nasze mięśnie i uniemożliwić nam kontynuowanie wysiłku. Znajome pieczenie w mięśniach podczas biegu pod górę lub pogoni za 5K PR, czyli glikoliza wypełniająca mięśnie mleczanem (uwaga dodatkowa – mleczan jest dość szybko usuwany z organizmu i przywracane jest pH. Ból, który odczuwasz długo po intensywnym aktywność nie jest związana z mleczanem.Ten ból wynika z wyczerpania glikogenu i odsłoniętych nerwów w mięśniu i uszkodzenia mięśni).

Opisane powyżej systemy metaboliczne są bardzo skuteczne i dość szybko działające, jednak żaden z nich nie może trwać długo. Dlatego angażowanie się w niemal każdą czynność uruchamia najpotężniejszy i najbardziej odporny system zlokalizowany w mitochondriach. 

Gwoli przypomnienia, mitochondria to niezależnie żyjące organizmy wewnątrz naszych komórek, które wykorzystują tlen, metabolizują składniki odżywcze w celu wytworzenia energii. Zakłada się, że pochodzą od bakterii, ponieważ mają wiele cech bakteryjnych (w tym DNA). Gospodarzymy je w naszych komórkach, aby metabolizować długą listę składników odżywczych, a mianowicie kwasów tłuszczowych, aminokwasów i węglowodanów (ryc. 3).

Ryc. 3. Mitochondria spalają tłuszcz, węglowodany i aminokwasy w celu wytworzenia energii.

Układ mitochondrialny działa w powolny sposób, trudno go wyczerpać. Reprezentuje również dużą elastyczność w odniesieniu do szerokiej gamy substratów, które akceptuje, oraz zdolność przystosowania się do zmiennych warunków metabolicznych.

Mitochondria metabolizują kwasy tłuszczowe pochodzące z magazynowania tkanki tłuszczowej, ale także kwasy tłuszczowe pochodzące z układu pokarmowego. Podczas gdy rekrutacja tłuszczu z tkanki jest procesem powolnym, dostarczanie średnio- i krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych pochodzących z pożywienia jest stosunkowo szybkie i wydajne. Szybkość metabolizmu średnio- i krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych jest często porównywana z glukozą. Te kwasy tłuszczowe omijają typowe systemy transportu tłuszczu i są szybko dostarczane do mięśni.

Mitochondria metabolizują aminokwasy poprzez usuwanie azotu z łańcucha węglowego, który jest energochłonny. Co więcej, zasilanie dowolnymi aminokwasami stwarza dodatkową potrzebę wykorzystania azotu, niepotrzebne obciążenie dla naszego organizmu i ryzyko toksyczności. Ponadto dostarczanie znaczących ilości aminokwasów jako źródła energii jest niezwykle trudne. Aby mieć wpływ na ogólny bilans energetyczny, musielibyśmy dostarczyć dziesiątki gramów. Tak więc koncepcja uzupełniania energii BCAA nigdy nie zyskała znaczącej popularności.

Węglowodany częściowo metabolizowane w szlaku glikolitycznym mogą być również wykorzystywane przez mitochondria jako substrat . Metabolity węglowodanów dostają się do mitochondriów, wiążą się ze składnikiem pochodzącym z tłuszczu i wspólnie wchodzą w mitochondrialne szlaki metaboliczne, dostarczając ATP.

Opisane mechanizmy są charakterystyczne dla niektórych czynności, akcje CP i ATP kojarzą się ze skakaniem, podnoszeniem ciężarów; glikoliza przy wysiłku 5K i metabolizm mitochondrialny przy biegach długodystansowych. Jednak w prawdziwym życiu rzadko używamy jednego systemu metabolicznego do napędzania określonego wysiłku. Jest to połączenie różnych systemów, głównie szlaków mitochondrialnych i glikolitycznych, które wzajemnie na siebie oddziałują. Biegi długodystansowe w dużej mierze opierają się na mitochondriach z niewielkim udziałem glikolizy. Pamiętając o tych informacjach, powinniśmy odpowiednio planować nasze odżywianie. Mitochondria i mięśnie osiągają optymalną wydajność, gdy są dostarczane zarówno z węglowodanami, jak i tłuszczami. Stare powiedzenie biochemików „Tłuszcz spala się w ogniu węglowodanów” wskazuje na znaczenie posiadania dwóch składników, aby mitochondria były w pełni funkcjonalne i zdolne do spełniania swojej podstawowej funkcji, wykorzystania składników odżywczych i produkcji ATP. Więc upewnij się, że masz w diecie zarówno tłuszcze, jak i węglowodany, aby Twoje mitochondria były wydajne i szczęśliwe.