Glikogen. Cała prawda o glikogenie

Glikogen jest magazynem paliwa, który zasila organizm podczas aktywności. Utrzymywanie rezerw glikogenu na odpowiednim poziomie znacząco wpływa na zdolności wysiłkowe organizmu. Zdolność zawodnika do codziennego treningu oraz regeneracji jest zależna od dostępnej rezerwy energii. 

Rola glikogenu w trakcie wysiłku

Istnieje silna korelacja między zawartością glikogenu w mięśniach a wydolnością wytrzymałościową podczas długotrwałych ćwiczeń. Glikogen jest nie tylko zbiornikiem paliwa, ale i jego czujnikiem. Znaczny spadek poziomu glikogenu mięśniowego wiąże się z osłabieniem funkcji mięśni, co ogranicza dalszą aktywność [3]. Gdy zapasy glikogenu są w znacznym stopniu wyczerpane, organizm chcąc oszczędzić resztki, zaczyna polegać na kwasach tłuszczowych. Jako, iż tłuszcz jest znacznie mniej wydajnym źródłem energii niż węglowodany, automatycznie następuje spadek intensywności wykonywanej aktywności. 

Glikogen jest analogiem skrobi. Tak jak skrobia stanowi zapasowy magazyn energii dla roślin, tak samo glikogen dla ciała człowieka. Glikogen występuje w cytoplazmie komórek, jako zmagazynowane cząsteczki glukozy. Każdy gram glikogenu jest związany z co najmniej 3 g wody, co sprawia, że ​​przyrost masy ciała jest naturalną odpowiedzią na superkompensację glikogenu [2].

U ludzi glikogen występuje głównie w wątrobie i mięśniach szkieletowych. Mniejsze ilości znajdziemy również w innych tkankach i komórkach: nerkach, mózgu, krwinkach, czy macicy, która przechowuje glikogen na potrzeby rozwijającego się płodu w czasie ciąży [7,8,9,10].

Glikogen wątrobowy stanowi 5–6% masy narządu. Wątroba osoby dorosłej o wadze 1,5 kg magazynuje około 100–120 gramów glikogenu. W mięśniach szkieletowych glikogen występuje w niższym stężeniu i wynosi ok. 1–2% masy mięśniowej. Mięśnie przeciętnej osoby dorosłej o wadze 70 kg, przechowują około 400 gramów glikogenu. Zasoby glikogenu wątrobowego pozostają na stałym poziomie. Mięśniowego uzależnione są od objętości tkanki mięśniowej [1,7]. Im wyższa beztłuszczowa masa ciała, tym bardziej zasobny magazyn energetyczny zawodnika. 

Glikogen wątrobowy odpowiada za utrzymanie prawidłowego poziomu glukozy w krwiobiegu. Kiedy zapasy glikogenu w wątrobie spadają do niskiego poziomu, do produkcji glukozy wykorzystywane są aminokwasy i glicerol. Co ciekawe długotrwały post nie wpływa w żaden sposób na poziom glikogenu w mięśniach. Zasoby glikogenu mięśniowego aktywowane są dopiero przy przekroczeniu pułapu ≥ 65% VO2max [2]. Glikogen zgromadzony w mięśniach jest źródłem energii tylko i wyłącznie dla mięśnia, w którym jest zlokalizowany. Nie ma możliwości, by zawarta w nim glukoza została uwolniona do krwi i stała się źródłem energii dla innych tkanek.

Na ile czasu wystarcza glikogen ?

Podczas aktywności, cząsteczki glikogenu mięśniowego są rozkładane do cząsteczek glukozy. Glukoza następnie wykorzystywana jest do procesu glikolizy. Ilość wykorzystywanego glikogenu mięśniowego zależy przede wszystkim od intensywności wysiłku fizycznego i dostępności tlenu dla organizmu. Przypomnieć należy, że glikogen nie jest jedynym substratem energetycznym wykorzystywanym przez nasz organizm w czasie wysiłku. Do procesu produkcji energii używane są również kwasy tłuszczowe. Zwiększona dostępność tlenu powoduje mobilizację kwasów tłuszczowych jako dodatkowego źródła energii [6]. Zużycie glukozy wzrasta wraz ze wzrostem intensywności aktywności. Krótki wysiłek o wysokiej intensywności (np. sprint) obniży zapasy glikogenu w znacznie szybszym tempie niż wielogodzinny trening o umiarkowanej intensywności [2]. W odniesieniu do aktywności na poziomie 60-70% VO2max  wystąpienie tzw. efektu ściany wskutek wyczerpania rezerw glikogenu następuje po ok. 2-3 godzinach [2]. 

Tempo odbudowy glikogenu

Fizjologiczne tempo odbudowy całości glikogenu wynosi ok. 24 h. Resynteza glikogenu po wysiłku fizycznym przebiega dwufazowo. Pierwsza faza jest niezależna od insuliny, druga zależna. Niezależna od insuliny trwa ok. 2 godziny po zakończeniu aktywności. Wynika to ze zwiększonej translokacji transportera glukozy GLUT 4, która stopniowo maleje, aż do osiągnięcia poziomu przed wysiłkiem do 2 h po jego zaprzestaniu.

Przez 30–60 min po zakończeniu aktywności obserwujemy najszybszy wzrost resyntezy glikogenu. Tempo procesu odbudowy gwałtownie spada przy braku podaży węglowodanów. Sportowcy trenujący intensywnie, gdzie czas pomiędzy sesjami treningowymi wynosi <8 h, powinni zadbać o jak najszybszą podaż węglowodanów po zakończeniu aktywności. Spożycie 1,2 g / kg węglowodanów w 1 godzinie po zakończeniu treningu skutkuje najefektywniejszą odbudową glikogenu w mięśniach. Podaż 1,2 g/kg skutkuje o 150% większą resyntezą glikogenu w stosunku do 0,8 g/ kg. Spożycie większych ilości węglowodanów (1,6 g/ kg) nie wpływa na efektywniejszą resyntezę glikogenu mięśniowego. Dlatego uznano za optymalna ilość, aby zmaksymalizować poziom glikogenu w mięśniach to 1,2 g/ kg. Opóźnienie podaży węglowodanów o 2 h spowalnia resyntezę glikogenu o ok. 50%, o 3 godziny o 65%. Oszczędzanie jego wykorzystania podczas ćwiczeń wpływa na wytrzymałość oraz odczuwanie zmęczenia [4].

Techniki żywieniowe

Oczywistym sposobem na odbudowanie zapasów glikogenu jest spożywanie żywności bogatej w węglowodany. Strategia żywienia zawodnika powinna obejmować optymalną podaż węglowodanów w trakcie trwania wysiłku, jak i po jego zakończeniu.

Zalecane dzienne spożycie węglowodanów dla osób nieaktywnych wynosi 130 g.  Jest to ilość zapewniająca prawidłowe funkcjonowanie układu nerwowego. Glukoza jest jedynym paliwem wykorzystywanym przez mózg. W przypadku zwiększonej aktywności wymagana jest dodatkowa pula węglowodanów. Wartość ta jest zmienna i powinna być ustalana indywidualnie względem poziomu aktywności danej osoby.

Na przykład w dni, które obejmują, jedynie niewielką aktywność fizyczną zapotrzebowanie na węglowodany będzie znacznie niższe, niż w cięższe dni treningowe. Z tego powodu obecne zalecenia dotyczące spożycia węglowodanów przez sportowców opierają się na tzw. systemie periodyzacji. Periodyzacja żywienia polega na dopasowaniu dziennej puli węglowodanów, względem obciążenia treningowego i dostępnego czasu regeneracji między sesjami [3].  

Forma węglowodanów

Przeprowadzono wiele badań w celu oceny skuteczności spożycia makroskładników na tempo odbudowy glikogenu. Zwłaszcza węglowodanów i białek, biorąc pod uwagę ważną rolę tych dwóch makroskładników. Jak już wspomniano, spożycie węglowodanów w ilości 1.2 g/kg/h jest wystarczające, aby zmaksymalizować resyntezę glikogenu. Nie stwierdzono, aby podaż białka do węglowodanów miała wpływ na szybszą resyntezę glikogenu. Dodatek białka może być korzystny jedynie w sytuacjach, gdy spożycie węglowodanów jest nieoptymalne ≤ 0,8 g/ kg. Jeśli ilość węglowodanów wynosi ≤0,8 g/kg, ilość białka na poziomie 0,3–0,4 /kg będzie wystarczająca, aby wspomóc resyntezę glikogenu mięśniowego w okresie regeneracji [4].

Co ciekawe, forma spożycia węglowodanów (stała vs płynna) nie wpływa na szybkość resyntezy glikogenu. Bardziej istotną rolę odgrywają czynniki, takie jak: ilość węglowodanów, wchłanianie jelitowe, oraz transport glukozy do krążenia. Warto zauważyć, że jelitowe wchłanianie fruktozy zachodzi przez inny transporter (GLUT-5) niż glukoza (SGLT1) [4].

Fruktoza odgrywa kluczową rolę w resyntezie glikogenu. Jej metabolizm odbywa się bez udziału insuliny. Zatem spożycie fruktozy nie stymuluje resyntezy glikogenu mięśniowego, w takim samym stopniu jak glukoza lub sacharoza. Aby zapewnić optymalną dawkę węglowodanów do skutecznej odbudowy zapasów glikogenu zarówno w mięśniach, jak i w wątrobie należy zadbać o podaż dwóch źródeł-fruktozy i glukozy/sacharozy [4].

Trening z niską dostępnością glikogenu

Trening z niskim poziomem glikogenu mięśniowego zwiększa zdolność organizmu do magazynowania glikogenu oraz usprawnia pozyskiwanie energii z kwasów tłuszczowych. Wykorzystanie tłuszczu oszczędza utlenianie węglowodanów, co jest korzystne w przypadku długotrwałych wysiłków wytrzymałościowych. Kilka dni lub tygodni diety wysokotłuszczowej powoduje zmiany metaboliczne, które sprzyjają zwiększonemu utlenianiu tłuszczu. Niska dostępność glikogenu prowadzi do zwiększonej aktywności syntetazy glikogenu, enzymu odpowiedzialnego za przekształcanie glukozy do glikogenu. Dzięki temu magazynowanie cząsteczek glukozy staje się bardziej efektywne.

Zastosowanie tego typu strategii jest szczególnie zalecane w okresie poprzedzającym etap ładowania węglowodanami. Ponadto często z powodu braku czasu, nadmiaru obowiązków zawodnicy nie spożywają odpowiedniej ilości węglowodanów w diecie. Wielu sportowców nieświadomie trenuje z niskim poziomem glikogenu mięśniowego. W rezultacie przypadkowo korzystają ze zwiększonej sygnalizacji metabolicznej. Warto podkreślić, że poziom glikogenu nie ma wpływu na proces syntezy białek mięśniowych ani ogólnej odpowiedzi anabolicznej na trening [4].

Ładowanie węglowodanami

Ładowanie węglowodanów, czyli superkompensacja glikogenu, jest strategią stosowaną przez sportowców wytrzymałościowych przed zawodami. Zwiększone spożycie węglowodanów zwiększa zapasy glikogenu w mięśniach. Strategia zapewnia maksymalną rezerwę energetyczną dla organizmu, co poprawia wydajność i odsuwa moment wystąpienia zmęczenia.

Stosowanie strategii ładowania jest zasadne w odniesieniu do wysiłków powyżej 90 min. Jako, iż podwyższona zawartość glikogenu może utrzymywać się do 5 dni, ładowanie najlepiej zacząć 3-4 dni przed startem. Wówczas ilość przyjmowanych węglowodanów powinna być na poziomie 8 – 12 g /kg masy ciała. Należy w znaczącym stopniu zmniejszyć objętość treningową, aby ograniczyć wykorzystywanie energii.

Powszechnie przyjmuje się, że forma spożywanych węglowodanów nie jest tak ważna dla superkompensacji glikogenu mięśniowego. Jednak biorąc pod uwagę ilość pożywienia, jaką należy spożyć, najlepiej sięgać po żywność wysokowęglowodanową (np. makaron, ryż, owoce). Napoje owocowe mogą jednocześnie zapewnić dużą część dodatkowych węglowodanów bez dodawania dodatkowej objętości do diety [11].  

Podsumowanie

Biorąc pod uwagę wpływ glikogenu na wydajność wytrzymałościową, optymalizacja zapasów węglowodanów ma kluczowe znaczenie dla sportowca. Spadki wydolności i zmniejszona zdolność do utrzymania intensywności treningu mogą być konsekwencją niskiego poziomu glikogenu. Optymalizacja regeneracji jest bardzo ważnym zagadnieniem zarówno dla sportowców wyczynowych, jak i tych ćwiczących rekreacyjnie. Występowanie zmęczenia może negatywnie wpłynąć na ich stały udział w aktywności fizycznej. 

Bibliografia:

1. Wasserman D. H. (2009). Four grams of glucose. American journal of physiology. Endocrinology and metabolism, 296(1), E11–E21.
2. Institute of Medicine. Dietary carbohydrates, sugars and starches. In: Dietary Reference Intakes for Energy, Carbohydrates, Fiber, Fat, Fatty Acids, Cholesterol, Protein, and Amino Acids. Washington, DC: National Academies Press; 2005:265–338.
3. Ørtenblad, N., Westerblad, H., & Nielsen, J. (2013). Muscle glycogen stores and fatigue. The Journal of physiology, 591(18), 4405–4413. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3784189/?report=classic
4. Alghannam, A. F., Gonzalez, J. T., & Betts, J. A. (2018). Restoration of Muscle Glycogen and Functional Capacity: Role of Post-Exercise Carbohydrate and Protein Co-Ingestion. Nutrients, 10(2), 253. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5852829/
5. Suedekum, Natalie A. MD*; Dimeff, Robert J. MD Iron and the Athlete, Current Sports Medicine Reports: August 2005 – Volume 4 – Issue 4 – p 199-202.
6. S N Kreitzman, A Y Coxon, K F Szaz, Glycogen storage: illusions of easy weight loss, excessive weight regain, and distortions in estimates of body composition, The American Journal of Clinical Nutrition, Volume 56, Issue 1, July 1992, Pages 292S–293S, https://doi.org/10.1093/ajcn/56.1.292S
7. Miwa I, Suzuki S (November 2002). „An improved quantitative assay of glycogen in erythrocytes”. Annals of Clinical Biochemistry. 39 (Pt 6): 612–13.
8. Scott, R.B. (June 1968). „The Role of Glycogen in Blood Cells”. New England Journal of Medicine. 278 (26): 1436–1439. 
9. Oe Y, Baba O, Ashida H, Nakamura KC, Hirase H (June 2016). „Glycogen distribution in the microwave-fixed mouse brain reveals heterogeneous astrocytic patterns”. Glia. 64(9): 1532–1545.
10. Campbell, Neil A.; Williamson, Brad; Heyden, Robin J. (2006). Biology: Exploring Life. Boston, MA: Pearson Prentice Hall. ISBN 978-0-13-250882-7.
11. Sedlock, Darlene A. The Latest on Carbohydrate Loading, Current Sports Medicine Reports: July 2008 – Volume 7 – Issue 4 – p 209-213