Optymalna podaż białka, a odpowiedź anaboliczna w sportach wytrzymałościowych

Przez wiele osób białko postrzegane jest jako priorytetowy makroskładnik dla rozwoju mięśni w treningu oporowym. Jest też kojarzone z budowaniem masy mięśniowej. Jego rola często bywa bagatelizowana przez zawodników sportów wytrzymałościowych. Swoją uwagę skupiają oni na podaży węglowodanów i rekompensacji glikogenu. Tymczasem trening o charakterze wytrzymałościowym zwiększa rozpad białek i stymuluje znaczny wzrost utleniania aminokwasów. Spożywanie samych węglowodanów po treningu wprawdzie osłabia rozpad białek mięśniowych (MPB), jednak nie ma wpływu na wzrost syntezy włókien mięśniowych (MPS). Biorąc pod uwagę komplementarność tych dwóch makroskładników, sportowcy wytrzymałościowi, dążący do maksymalizacji regeneracji po wysiłkowej, utrzymania lub poprawy wyników, powinni kierować się strategią odżywiania, która zapewnia optymalne spożycie zarówno węglowodanów, jak i białka [1]. 

Wpływ białka na regenerację

Jak już wspomniano, wysiłek wytrzymałościowy nasila utlenianie aminokwasów. Utlenianie oznacza utratę netto aminokwasów z wolnej puli białek w mięśniach. Proces ten uruchamia przebudowę mięśni szkieletowych, co skutkuje rozpadem starych lub uszkodzonych białek mięśniowych (MPB) i (od)budowaniem nowych (synteza białek mięśniowych — MPS). Procesy te przekładają się na większe dzienne zapotrzebowanie na białko (1,2 -1,7 g / kg) wśród sportowców wytrzymałościowych niż w populacji ogólnej [9].

Spożywanie białka bezpośrednio po wysiłku wytrzymałościowym ma kluczowe znaczenie dla wzmocnienia MPS i efektywnej regeneracji [1]. Opóźnienie spożycia białka po zakończeniu sesji treningowej o 3 godziny znacznie osłabia anaboliczne działanie aminokwasów [9].

Obecnie przyjęto, że podaż 20 g wysokiej jakości białka (np. jaja lub serwatki) jest wystarczająca, aby zmaksymalizować MPS u zawodników dyscyplin siłowych. Patrząc z bardziej zindywidualizowanego podejścia, bezwzględna ilość 20 g podawana w wynikach badań odpowiada ok. 0,25 g/ kg (na podstawie średniej masy ciała uczestników) [9]. 

Wykazano, że nie tylko ogólna ilość dziennego spożycia białka w diecie wpływa na MPS, ale i jego odpowiedni rozkład. Spożycie porcji 20 g białka co 4 godziny (80 g łącznie), skutkuje wyższym tempem MPS w ciągu 12 godzin po wysiłku oporowym, niż taka sama ilość białka rozłożona na 8 porcji (10 g co 1,5 godziny) lub na 2 porcje (40 g co 6 godzin) [9].

Sportowcy wytrzymałościowi dążący do optymalizacji regeneracji również odnoszą korzyści na podaży 20 g (lub około 0,25 g/ kg) białka co 3 do 5 godzin, aby utrzymać maksymalne wskaźniki MPS. Taka częstotliwość podaży białek jest zgodna z obecną praktyką stosowaną wśród elitarnych sportowców [11].

Wykazano, że wzrost MPS po wysiłku i spożyciu białka nie rozciąga się na nocny okres regeneracji. Jest to prawdopodobnie spowodowane brakiem krążących aminokwasów w osoczu, które powracają do poziomu na czczo w ciągu około 3 do 4 godzin po spożyciu posiłku zawierającego białko. Jednak podaż białek przed snem stanowi praktyczny sposób na podtrzymanie krążących aminokwasów i wsparcie MPS w czasie snu po treningu oporowym. Ponieważ prawidłowy sen jest niezbędny do wspierania ogólnego stanu zdrowia i optymalnej regeneracji u sportowców, spożycie białka przed snem stanowi praktykę wspierającą proces regeneracji po ćwiczeniach wytrzymałościowych [11].

Chociaż nie jest do końca jasne, czy dodatek węglowodanów (CHO) do białek zwiększa tempo MPS [10] to sportowcy po zakończeniu ćwiczeń, powinni spożywać białko łącznie z CHO, celem odbudowania glikogenu mięśniowego oraz wsparcia MPS. W związku z tym zaleca się podaż około 0,25 g / kg zasobnego w leucynę białka w połączeniu z węglowodanami [9]. 

Wpływ na biomarkery białek miofibrylarnych i mitochondrialnych

W jednym z badań oceniono wpływ różnych ilości białka podawanego razem ze stałą ilością węglowodanów na syntezę miofibrylarnych (MyoPS) i mitochondrialnych (MitoPS) w okresie regeneracji po wysiłku wytrzymałościowym. Grupa 48 wytrenowanych mężczyzn (średnia masa uczestnika 75 kg) po zakończeniu sesji treningowej otrzymywała dawki białka w następujących ilościach: 0 g, 15 g, 30 g, 45 g (PRO) + porcja 45 g węglowodanów (CHO). Próbki biopsji krwi i mięśni pobierano w ciągu 360 minut po treningu. Oceniono metabolizm białek całego ciała oraz wskaźniki MyoPS i MitoPS.

Poziom fenyloalaniny oraz leucyny szybko wzrastał w sposób zależny od zawartości białka zawartego w napoju. Bilans białka netto w całym ciele był największy po spożyciu 45 g białka. Spożycie większej ilości białka skutkowało większą dostępnością egzogennych aminokwasów w osoczu i wyższym stężeniem leucyny.

Grupy spożywające połączenie białka z węglowodanami wykazały wyższą aktywność MyoPS po wysiłku niż w grupie bez dodatkowej suplementacji białkiem. Ilość 30 g białka (PRO) (ok. 0,5 g /kg) maksymalnie stymulowała tempo MyoPS w okresie regeneracji po ćwiczeniach wytrzymałościowych. Nie zauważono znacznej różnicy w MyoPS pomiędzy grupami 30 g PRO (2,9 g leucyny) i 45 g PRO (4,3 g leucyny), które były odpowiednio 46% i 52% większe niż 0 g PRO [2].

Co ciekawe, suplementacja białkiem skutkowała nieznacznie wyższymi wskaźnikami MitoPS w grupie 45 g PRO niż 0 g PRO [2]. Odkrycie to jest zgodne z wcześniejszymi badaniami, w których nie odnotowano wzrostu wskaźników MitoPS po spożyciu białka w porównaniu z grupą węglowodanową [2,3].

Na podstawie tych obserwacji wnioskować można, że katabolizm mięśni indukowany treningiem wytrzymałościowym jest ukierunkowany głównie na białka miofibrylarne. Spożycie posiłku, zawierającego wysokiej jakości białko, zwiększa tempo syntezy białek miofibrylarnych, ale nie zwiększa tempa syntezy białek mitochondrialnych [2,3]. Spożywanie białek skutkuje nasileniem MPS, co potwierdza jego korzystną rolę w żywieniu regeneracyjnym po wysiłku.

Suplementacja białkiem a adaptacja do treningu wytrzymałościowego

Przedmiotem badań były także możliwości białka w maksymalizacji odpowiedzi adaptacyjnych na trening wytrzymałościowy [3]. Sprawdzano, czy wyższe spożycie białka  może poprawiać nie tylko regenerację, ale i również adaptację do treningu wytrzymałościowego [3]. 

Dane uzyskane z dotychczasowych badań nie potwierdziły tych przypuszczeń. Nie wykazano jakoby większe porcje białek miały pozytywny wpływ na adaptacje do treningu wytrzymałościowego. Przy czym zauważyć należy, że w żadnym z badań nie uwzględniono grupy kontrolnej, która otrzymywała podaż białka niższą od ogólnych zaleceń żywieniowych dla zawodników sportów wytrzymałościowych. 

Badanie 1

W jednym z badań ocenie poddano grupę 60 mężczyzn rekreacyjnie uprawiających sport. W czasie trwania badania (12 tygodni) po każdej sesji ćwiczeń i każdej nocy przed snem uczestnikom podawano białko serwatkowe (28 g białka) lub napój izotoniczny o takiej samej wartości energetycznej. Ochotnicy wykonywali trening na ergometrze 3 razy w tygodniu, z czego dwa treningi opierały się na treningu interwałowym (HR 85-90 i 90-95%). Wszyscy uczestnicy po każdej sesji ćwiczeń otrzymywali węglowodanową przekąskę (105–162 kcal, 27,0–36,3 g węglowodanów, 1,3–1,7 g białka) tak, aby zachować zgodność z zaleceniami żywieniowymi  i zrekompensować deficyt energii.

W skali dnia Placebo przyjmowało 100 g białka, a grupa PRO- 125 g (średnia waga uczestnika wynosiła 80 kg).

Interwencja spowodowała 11% wzrost VO 2max  w jeździe na czas na dystansie 10 km po 12 tygodniach treningu wytrzymałościowego. Wystąpiła poprawa wytrzymałości mięśni oraz spadek  poziomu tkanki tłuszczowej w obu grupach, bez różnic między grupą placebo i białkową. Zanotowano nieznacznie większy rozrost tkanki mięśniowej nóg w grupie z dodatkową suplementacją białkiem. 

Analizując dane uzyskane z tego eksperymentu, można przypuszczać, iż w odniesieniu do osób trenujących 3 razy w tygodniu podaż biała na poziomie 1,2 g/kg jest wystarczająca. Zwiększona podaż białka nie niesie ze sobą żadnych dodatkowych korzyści w kontekście budowania wytrzymałości [4].

Badanie 2

W kolejnym badaniu przeanalizowano wpływ 6 tygodniowego, po treningowego żywienia białkowego na odpowiedź adaptacyjną treningu wytrzymałościowego. Grupa 25 mężczyzn i kobiet 4 razy w tygodniu biegała na bieżni przez 30–60 minut przy intensywności 70–75% VO 2max. Czas trwania sesji ćwiczeń był stopniowo zwiększany do 40, 50 i 60 minut. Uczestnicy bezpośrednio po zakończeniu treningu oraz 1 godzinę po spożywali:

• grupa węglowodanowa (CHO): 1,6 g/ kg węglowodanów
• grupa węglowodanowo- białkowa (CHO-P) : 0,8 g węglowodanów/kg + 0,8 g białka/kg  

Dzienne spożycie białka w grupie CHO wynosiło: 1,4 g/ kg , zaś CHO-P 2,3 g/kg  [5].

Zobserwowano, że suplementacja białek po wysiłku skutkowała zwiększoną ekspresją szlaku mTOR w porównaniu z roztworem zawierającym wyłącznie węglowodany. Szlak mTOR jest głównym regulatorem bodźców anabolicznych w ludzkich mięśniach. Stopień poprawy VO 2max był podobny w obu grupach [5].

Badanie 3

W kolejnym z badań analizowano wpływ suplementacji białkiem serwatki na VO 2max oraz biomarkery mitochondriów u dobrze wytrenowanych biegaczy.

Dwudziestu czterech elitarnych biegaczy przez okres 6 tygodni przed i po treningu spożywało suplement węglowodanowy (CHO) lub węglowodanowo- białkowy (CHO-PRO). Badani zostali losowo przydzieleni do jednej z grup i dobrani w pary pod względem płci, wieku, VO 2max, treningu i stanu sprawności.

• Grupa CHO-PRO otrzymywała 0,3 g / kg  hydrolizatu białka przed wysiłkiem oraz 0,3 g / kg białka i 1 g / kg węglowodanów po jego zakończeniu.
• Grupa CHO otrzymywała 0,3 g / kg węglowodanów przed treningiem oraz 1,3 g węglowodanów po jego zakończeniu.

Grupa CHO-PRO dziennie spożywała 1,6 g białka / kg, zaś CHO 1,4 g / kg.

Uczestnicy wykonywali około 5–7 treningów tygodniowo, o różnym czasie trwania i intensywności. Biopsje mięśni spoczynkowych uzyskane przed rozpoczęciem i po zakończeniu badania analizowano pod kątem aktywności enzymów specyficznych dla mitochondriów i zawartości białek mitochondrialnych. 

Spożycie węglowodanów i białek po wysiłku spowodowało zwiększenie ekspresji mTOR w porównaniu z podażą samych węglowodanów.

Wykazano, iż interwencja CHO-PRO miała wpływ na kilka białek mitochondrialnych. Jednak zmiany te nie przełożyły się na lepszą wydajność VO2 max [6]. Podobnie jak w innych badaniach nie zauważono wyraźnej poprawy w VO 2max w grupie ze zwiększoną pulą białka.  Co wskazuje, że znaczenie adaptacji mitochondrialnych dla wydajności pozostaje do wyjaśnienia.

Źródła białka a odpowiedź anaboliczna

Białka pokarmowe nie są sobie równe i różnią się zarówno składem aminokwasów, jak i szybkością trawienia. Białko serwatki wywołuje silniejszą stymulację MPS niż soja i kazeina micelarna w spoczynku i po ćwiczeniach oporowych. Na większy efekt anaboliczny białka serwatkowego wpływa wysoka zawartość leucyny (aminokwasu, który jest ważnym inicjatorem MPS) oraz szybsze trawienie, co zapewnia maksymalizację MPS. Niższe właściwości anaboliczne białka roślinnego przypisuje się niższej strawności, oraz szybszej syntezie mocznika [8].

Białka pochodzenia roślinnego są łatwiej przekształcane w mocznik w porównaniu do białek odzwierzęcych. Dokładnie nie wiadomo dlaczego białka pochodzenia roślinnego szybciej syntezują mocznik. Najprawdopodobniej proces ten wynika z różnic w zawartości egzogennych aminokwasów (EAA). Niezrównoważony profil EAA powoduje, że mniej aminokwasów pochodzących ze źródeł roślinnych staje się dostępnych w krążeniu ogólnoustrojowym, tak aby wspierać wzrost MPS [8]. 

Sugeruje się, że połączenia białek pochodzenia roślinnego, mieszanki białek i pełnowartościowa żywność mogą być wystarczającymi źródłami białka, tak aby wspierać zwiększone wskaźniki MPS. W celu osiągnięcia podobnej odpowiedzi w MPS zaleca się uwzględnienie większych porcji białka, tak aby zoptymalizować zawartość leucyny [1].

Celem zwiększenia anabolicznych właściwości białek roślinnych proponuje się zastosowanie następujących strategii: 

1. wzbogacanie roślinnych źródeł białka aminokwasami: leucyną, metioniną, lizyną.   
2. selektywna hodowla źródeł roślinnych w celu poprawy profili aminokwasów. 
3. spożywanie większych ilości roślinnych źródeł białka.  
4. spożywanie wielu źródeł białka w celu zapewnienia bardziej zrównoważonego profilu aminokwasów 

Skuteczność powyższych technik nie została w pełni zbadana [8].

Metoda oceny jakości białka PDCAAS

Istnieją różne pośrednie metody oceny jakości białka w diecie. Jednym z najpowszechniej stosowanych jest wskaźnik Protein Digestibility Corrected Amino Acid Score (PDCAAS). System PDCAAS to skorygowany wskaźnik aminokwasów strawności białek.

PDCAAS popularnych produktów białkowych [8]

Podkreślić należy, że system PDAA koncentruje się jedynie na stopniu strawności. W związku z tym nie należy uznawać go za miarodajne narzędzie do oceny biodostępności aminokwasów oraz ich potencjału anabolicznego [8].

Ziarna soi i wołowina mają wysoki wynik PDCAA. Na tej podstawie można by przypuszczać, że soja będzie równie skuteczna w stymulowaniu MPS jak wołowina. Tezy tej nie potwierdzają wyniki badań. Wykazano wyższy potencjał ​​wołowiny w stymulowaniu poposiłkowego MPS w porównaniu z soją. Podobne rezultaty zaobserwowano w odniesieniu do izolowanego białka sojowego i białek mlecznych. ​Pomimo podobnego PDCAAS, soja wykazała niższą zdolność do stymulacji MPS zarówno w warunkach spoczynkowych, jak i po wysiłku.  Niższy potencjał białka sojowego do stymulowania wskaźników MPS po wysiłku w porównaniu z serwatką można przypisać niskiej zawartości leucyny [8].

Leucyna a odpowiedź anaboliczna

Najważniejszym czynnikiem w stymulowaniu MPS może wydawać się ilość spożytego białka w porcji. Kwestią determinującą anaboliczny potencjał białka jest ilość leucyny zawartej w danym produkcie białkowym.

Wykazano, że produkty o niższej zawartości białka (np. mleko) wzbogacone w leucynę wywołują takie same MPS jak dawka produktu o znacznie wyższej zawartości białka, ale takiej samej ilości leucyny [12,14]. 

Leucyna jest dobrze zbadanym regulatorem obrotu białek, który stymuluje MPS i hamuje MPB (degradację białek). Działanie leucyny nie ogranicza się jedynie to tej jednej funkcji. Leucyna jest aminokwasem wykorzystywanym w leczeniu atrofii mięśni, otyłości i zaburzeniach metabolicznych, chorobach wątroby, a także aktywatorem limfocytów T [13].

Biorąc pod uwagę, że leucyna nasila MPS bez dodatku innych aminokwasów egzogennych [14] wysunięto teorię progu leucynowego. Przekroczenie progu leucynowego, czyli podaż określonej dawki leucyny ma zapewnić możliwie maksymalny wzrost syntezy białek mięśniowych. Należy podkreślić jednak, że próg leucynowy nie jest wartością stałą, lecz indywidualną kwestią organizmu.

Najkorzystniejsze wskaźniki MPS obserwuje się w przypadku spożycia ok. 3 g leucyny  [2,8].  Niektóre źródła podają, że dawka 2 g leucyny może być wystarczająca, aby zmaksymalizować MPS.

Co ciekawe, anaboliczny potencjał leucyny można przynieść korzyści także dla osób w podeszłym wieku, gdyż proces starzenia się organizmu prowadzi do osłabienia odpowiedzi MPS. Badanie przeprowadzone na grupie starszych kobiet wykazało, że  spożywanie większych ilości leucyny poprawia anabolizm mięśni i prawdopodobnie zapobiega utracie tkanki mięśniowej [12,15]. Osoby starsze wymagają stosunkowo dużych dawek leucyny (powyżej 4 g), tak aby wywoływać silną odpowiedź MPS [12,15]. 

Najwyższą zawartością oznacza się białko serwatkowe ok. 12-13% (w zależności od producenta), mleko i kazeina 10%, wołowina, wieprzowina, jaja i ryby zawierają ok. 8-9% leucyny [8,15].

Podsumowanie

Wprawdzie zawodnicy sportów wytrzymałościowych dążą do poprawy wyników oraz zachowania odpowiedniej dyspozycji sportowej, aniżeli budowania masy mięśniowej, to prawidłowo dobrana strategia żywieniowa powinna obejmować regularne spożywanie określonych dawek białka w ciągu całego dnia. Mimo że ćwiczenia wytrzymałościowe mają inną specyfikę, to podobnie do ćwiczeń oporowych charakteryzują się wysokim poziomem zużycia tlenu. Biorąc pod uwagę wywołany treningiem nasilony obrót białek w organizmie, zalecenia żywieniowe z dyscyplin siłowych można w znacznym stopniu przenieść również na dyscypliny wytrzymałościowe.

Bibliografia:

1. Moore, Daniel R. PhD Nutrition to Support Recovery from Endurance Exercise, Current Sports Medicine Reports: July/August 2015 – Volume 14 – Issue 4 – p 294-300 https://journals.lww.com/acsm-csmr/Fulltext/2015/07000/Nutrition_to_Support_Recovery_from_Endurance.11.aspx#
2. Churchward-Venne, Tyler A et al. “Dose-response effects of dietary protein on muscle protein synthesis during recovery from endurance exercise in young men: a double-blind randomized trial.” The American journal of clinical nutrition vol. 112,2 (2020): 303-317. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7398777/
3. Abou Sawan, Sidney et al. “Translocation and protein complex co-localization of mTOR is associated with postprandial myofibrillar protein synthesis at rest and after endurance exercise.” Physiological reports vol. 6,5 (2018): e13628. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5840389/
4. Jonvik, Kristin L et al. “Protein Supplementation Does Not Augment Adaptations to Endurance Exercise Training.” Medicine and science in sports and exercise vol. 51,10 (2019): 2041-2049. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6798744/
5. Alghannam, Abdullah F et al. “Effect of carbohydrate-protein supplementation on endurance training adaptations.” European journal of applied physiology vol. 120,10 (2020): 2273-2287. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7502056/
6. Hansen, M., Oxfeldt, M., Larsen, A.E. et al. Supplement with whey protein hydrolysate in contrast to carbohydrate supports mitochondrial adaptations in trained runners. J Int Soc Sports Nutr 17, 46 (2020). https://jissn.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12970-020-00376-3
7. Tyler A Churchward-Venne, Philippe J M Pinckaers, Joey S J Smeets, Wouter M Peeters, Antoine H Zorenc, Henk Schierbeek, Ian Rollo, Lex B Verdijk, Luc J C van Loon, Myofibrillar and Mitochondrial Protein Synthesis Rates Do Not Differ in Young Men Following the Ingestion of Carbohydrate with Whey, Soy, or Leucine-Enriched Soy Protein after Concurrent Resistance- and Endurance-Type Exercise, The Journal of Nutrition, Volume 149, Issue 2, February 2019, Pages 210–220,  https://academic.oup.com/jn/article/149/2/210/5303915
8. Stephan van Vliet, Nicholas A Burd, Luc JC van Loon, The Skeletal Muscle Anabolic Response to Plant- versus Animal-Based Protein Consumption, The Journal of Nutrition, Volume 145, Issue 9, September 2015, Pages 1981–1991, https://academic.oup.com/jn/article/145/9/1981/4585688?login=true
9. Moore, Daniel R. PhD Nutrition to Support Recovery from Endurance Exercise, Current Sports Medicine Reports: July/August 2015 – Volume 14 – Issue 4 – p 294-300  https://journals.lww.com/acsm-csmr/Fulltext/2015/07000/Nutrition_to_Support_Recovery_from_Endurance.11.aspx#O7-11-2
10. Phillips, Stuart M. “Nutrient-rich meat proteins in offsetting age-related muscle loss.” Meat science vol. 92,3 (2012): 174-8. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22632883/
11. Casazza, Gretchen A. PhD1; Tovar, Ashley P. MS, RD1; Richardson, Christine E. MS1; Cortez, Angela N. MD2; Davis, Brian A. MD, FACSM2 Energy Availability, Macronutrient Intake, and Nutritional Supplementation for Improving Exercise Performance in Endurance Athletes, Current Sports Medicine Reports: June 2018 – Volume 17 – Issue 6 – p 215-223 https://journals.lww.com/acsm-csmr/Fulltext/2018/06000/Energy_Availability,_Macronutrient_Intake,_and.10.aspx
12. Michaela C Devries, Chris McGlory, Douglas R Bolster, Alison Kamil, Maike Rahn, Laura Harkness, Steven K Baker, Stuart M Phillips, Leucine, Not Total Protein, Content of a Supplement Is the Primary Determinant of Muscle Protein Anabolic Responses in Healthy Older Women, The Journal of Nutrition, Volume 148, Issue 7, July 2018, Pages 1088–1095,  https://academic.oup.com/jn/article/148/7/1088/5036735?searchresult=1
13. Jan Górski, Małgorzata Knapp, “Udział hormonów w regulacji metabolizmu substratów energetycznych w czasie wysiłku”, tom 69 Nr 4 (2020); Fizjologia wysiłku fizycznego https://kosmos.ptpk.org/index.php/Kosmos/article/view/2716
14. Churchward-Venne T.A., Breen L., Di Donato D.M.et al., Leucine supplementation of a low-protein mixed macronutrient beverage enhances myofibrillar protein synthesis in young men: a double-blind, randomized trial. „Am J Clin Nutr.” 99(2), 2014, 276-86. https://academic.oup.com/ajcn/article/99/2/276/4571468
15. Gorissen, S., & Witard, O. (2018). Characterising the muscle anabolic potential of dairy, meat and plant-based protein sources in older adults. Proceedings of the Nutrition Society, 77(1), 20-31. https://www.cambridge.org/core/journals/proceedings-of-the-nutrition-society/article/characterising-the-muscle-anabolic-potential-of-dairy-meat-and-plantbased-protein-sources-in-older-adults/B252F737A07FB6EAD62297D4432A5030