Pobór energii i węglowodanów w kontekście budowy masy mięśniowej

W organizmie człowieka dochodzi do nieustannego obrotu białkami (tzw. turnover). Na przemian zachodzi degradacja oraz synteza białek. W zależności od sytuacji może dojść zarówno do zmniejszenia, jak i zwiększenia masy mięśniowej w organizmie. Celem zawodników dyscyplin o charakterze siłowym, jest utrzymanie syntezy białek mięśniowych na wysokim poziomie. Białko jest jednym najlepiej przebadanych makroskładników pokarmowych pod kątem adaptacji do treningu siłowego. Składnik ten jest jednocześnie jednym z ważniejszych, jeśli chodzi o budowę masy i siły mięśniowej [1].

Biochemia budowy masy mięśniowej

Jednak równie istotną kwestią jest pobór energii ogółem. Zwiększenie masy mięśniowej może zachodzić zarówno w przypadku deficytu, zera kalorycznego, czyli sytuacji, w której pobór energii mieści się na poziomie gwarantującym utrzymanie masy ciała, jak i nadwyżki energetycznej.

Wynikające z deficytu energetycznego zmiany, nie sprzyjają syntezie białek mięśniowych. Deficyt energetyczny wpływa na zmniejszenie aktywacji kinazy białkowej B (Akt) oraz białka 4E-BP1. Kinaza białkowa B jest aktywna w formie ufosforylowanej (fosfo-Akt).

Za jej aktywację odpowiedzialne są takie czynniki jak insulina, czynniki wzrostowe (GH – hormon wzrostu, IGF-1 – insulinopodobny czynnik wzrostu), a także ilość białka w diecie. Zmniejszenie stężenia Akt przyczynia się do zmiany aktywności czynników związanych z syntezą białek, co może prowadzić do zwiększonego ubytku masy mięśniowej [Krok, 2021].

Białko 4E-BP1 pełni wiele funkcji w organizmie człowieka oprócz istotnej roli w procesie syntezy białek, podwyższony poziom 4E-BP1 obserwuje się również w przypadku niektórych nowotworów. Białko 4E-BP1 jest aktywowane w związku z działaniem kompleksu mTORC 1, będącego głównym kontrolerem wzrostu organizmu.

W przypadku niskiej dostępności energii dochodzi do zmniejszenia aktywacji kompleksu mTORC 1, a co za tym idzie również 4E-BP1 oraz Akt niezależnie od podaży białka. Podczas deficytu energetycznego obserwujemy również zwiększone wydzielanie kinazy białkowej adenozynomonotrifosforanu (AMPK).

Zmniejszona dostępność energii związana jest z rozkładem adenozynotrifosforanu (ATP), będącego podstawowym nośnikiem energii w komórkach, do adenozynomonofosforanu (AMP). Proces ten ma na celu dostarczenie energii niezbędnej do funkcjonowania organizmu. Zwiększenie stosunku AMP do ATP przyczynia się do aktywacji AMPK, czyli białka, którego głównym zadaniem jest utrzymanie równowagi energetycznej wewnątrz komórki. Wysoki poziom AMPK przyczynia się jednak do zahamowania sygnalizacji komórkowej związanej z syntezą białek mięśniowych [1]. Oczywiście jest to niezwykle rozsądny proces z punktu widzenia przetrwania organizmu.

Można tu przywołać analogię budowy domu. Nierozsądne byłoby dobudowywanie kolejnych pomieszczeń, kiedy nie jesteśmy w stanie dostarczyć energii/ciepła do ogrzania już istniejących. Warto jednak zaznaczyć, że podczas deficytu energetycznego możliwe jest zajście procesu zmiany składu ciała [5]. Proces ten zakłada jednoczesne zwiększenie masy mięśniowej i utrata tkanki tłuszczowej. Jednak budowa masy mięśniowej w tym przypadku nie jest tak efektywna, jak w przypadku nadwyżki energetycznej.

Pobór energii na poziomie umożliwiającym utrzymanie masy ciała zapewnia lepsze warunki do syntezy białek mięśniowych. Istnieją dowody naukowe wskazujące na możliwość jednoczesnego budowania masy mięśniowej oraz utraty tkanki tłuszczowej [1; 2]. Aspekt ten analizowano na przykładzie zawodników rugby z co najmniej 2-letnim stażem w treningu oporowym.

Uczestnicy stosowali dietę, której celem było utrzymanie masy ciała. W wyniku interwencji nastąpiło zmniejszenie się poziomu tkanki tłuszczowej przy jednoczesnym zwiększeniu się masy mięśniowej. Zmiany były korzystniejsze w przypadku osób wykonujących treningi angażujące całe ciało podczas jednostki treningowej [1].

Nadwyżka energetyczna wydaje się optymalnym stanem fizjologicznym w celu budowy masy mięśniowej. Zwiększona podaż energii umożliwia wykonywanie bardziej intensywnych treningów oraz pokrywa zwiększony wydatek energetyczny po wysiłku fizycznym. Budowa masy mięśniowej wiąże się ze zwiększonym obrotem białkami oraz tworzeniem nowej tkanki mięśniowej. Procesy te przekładają się na zwiększone zapotrzebowanie na energię.

Istotną kwestią związaną z nadwyżką energii jest ilość energii, którą będziemy pobierać z żywnością wykraczająca poza nasze całkowite zapotrzebowanie energetyczne (CPM). Według dotychczasowych badań ilość energii wykraczająca poza CPM powinna być zróżnicowana w zależności od stopnia wytrenowania zawodnika.

Nadwyżka energetyczna dla osób początkujących powinna kształtować się na poziomie 20-40% całkowitego zapotrzebowania energetycznego. Dla osób wytrenowanych wartość ta mieści się w przedziale od 10 do 20% całkowitego zapotrzebowania energetycznego [1].

Poziom nadwyżki energetycznej jest również uzależniony od obecnej kompozycji składu ciała oraz obecnego mikrocyklu treningowego [1]. Dlatego też w przypadku zawodników o wyższym poziomie tkanki tłuszczowej zwiększenie poboru energii w okresie budowy masy mięśniowej powinno być bliższe 10%.

W dotychczasowych badaniach wykazano, również że większa nadwyżka energii związana była z większym zyskiem beztłuszczowej masy ciała. Dlatego możnaby się pokusić o zwiększenie poboru energii nawet o wartości wykraczające poza rekomendowane. Warto, jednak zaznaczyć, że wyższa podaż energii wiązała się również z większym przyrostem tkanki tłuszczowej [6; 18; 19]. 

Pochodzenie nadwyżki energetycznej a budowa masy mięśniowej

Nadwyżka energetyczna jest związana ze zwiększeniem spożycia poszczególnych makroskładników żywieniowych. Powszechnym zabiegiem w przypadku budowy masy mięśniowej jest zwiększenie spożycia białek.

Rekomendowane przez International Society of Sport Nutrition (ISSN) wartości dotyczące poboru białek z żywnością mieszczą się w przedziale od 1,6 do 2,2 g/kg masy ciała. Istnieją również badania zakładające zwiększenie spożycia białek do wartości 3,3 -4,4 g/kg masy ciała. Jednak ich wyniki prezentujące różnice w zwiększeniu masy mięśniowej, wśród zawodników spożywających 3,3 lub 4,4 g białka/kg masy ciała, nie różniły się istotnie statystycznie.

Co ciekawe. grupa spożywająca 3,3 g białek /kg masy ciała odnotowała większą utratę tkanki tłuszczowej [1]. Obserwacje wynikające z powyższego badania potwierdzają brak zasadności nadmiernego zwiększania spożycia białek w celu budowy masy mięśniowej.

Wartymi przytoczenia są również badania, w których porównywano wpływ nadwyżki energetycznej pochodzącej z węglowodanów lub tłuszczów na kompozycję składu ciała. W jednym z nich porównywano zwiększenie spożycia węglowodanów w stosunku do białka i tłuszczy. Wartość nadwyżki energetycznej była taka sama w obu grupach. W badaniu sprawdzano stężenia markerów miogenezy (powstawanie mięśni szkieletowych), całkowitą ilości białek mięśniowych oraz łańcuchów ciężkich miozyny (jedno z głównych białek znajdujących się tkance mięśniowej). Nie zaobserwowano istotnych różnic pomiędzy grupami w badanych parametrach [19].

Interesujące jest również badanie, w którym naukowcy postanowili określić, w jaki sposób nadwyżka energetyczna pochodząca z tłuszczów wpłynie na kompozycję składu ciała. Do uzyskania nadwyżki energetycznej skorzystano z masła orzechowego. W wyniku zastosowanej interwencji nie odnotowano znaczących zmian w beztłuszczowej masie ciała. Jednak wszyscy uczestnicy zwiększyli ilość posiadanej tkanki tłuszczowej o około 0,8 kg [1].

W omawianej kwestii warte przytoczenia są również dwa badania Horton’a i Koopman’a. Naukowcy sprawdzili, w jaki sposób nadwyżka energetyczna pochodząca z węglowodanów lub tłuszczów wpłynie na kompozycję składu ciała. Również w tym przypadku wielkość nadwyżki energetycznej była taka sama. Obaj Panowie nie zaobserwowali istotnych różnic w ilości masy mięśniowej oraz tkanki tłuszczowej [9,14]. Pozwala to przypuszczać, że pochodzenie nadwyżki energetycznej ma mniejsze znaczenie niż ilość pobieranej z żywnością energii.

Dostępność węglowodanów a adaptacja do wysiłku o charakterze oporowym

Za anabolizm odpowiedzialny jest kompleks mTOR, o którym wspomniano we wcześniejszej części artykułu, którego działanie jest hamowane w przypadku wysokiej aktywności kinazy AMP (AMPK). Aktywność AMPK jest tym wyższa, im niższa jest dostępność energii lub glikogenu mięśniowego [15]. Ponadto kompleks mTOR jest aktywowany poprzez szereg następujących po sobie procesów zapoczątkowanych działaniem insuliny. Pozwala to spekulować, że istnieje związek pomiędzy spożyciem właściwej ilości węglowodanów a hipertrofią mięśniową.

Insulina jest hormonem o działaniu anabolicznym oraz antykatabolicznym. Metabolizm, którego składowymi są anabolizm i katabolizm jest wypadkową rozpadu oraz syntezy białka. W przypadku mięśni szkieletowych wzrost determinowany jest przez różnice pomiędzy syntezą a rozpadem białek mięśniowych.

Dla syntezy białek mięśniowych kluczową kwestią jest dostępność aminokwasów zwłaszcza leucyny. Działanie tego aminokwasu wiąże się z aktywacją wcześniej wspomnianego kompleksu mTOR. Natomiast w przypadku rozpadu białek mięśniowych oprócz dostępności aminokwasów istotnym czynnikiem jest również poziom insuliny.

Sportowcom, których celem jest zwiększenie masy mięśniowej, zaleca się spożywanie posiłków zawierających białka i węglowodany. Istnieją również przesłanki, aby sądzić, że korzystnym może okazać się suplementacja węglowodanów w trakcie wysiłku. Sugeruje się, że zabieg ten może zmniejszać rozkład białek mięśniowych. Dzięki czemu może sprzyjać utrzymaniu dodatniego bilansu azotowego [15].

Próg leucynowy i antykataboliczne działanie insuliny

Warto jednak wspomnieć, że istnieją pewne kwestie sporne w przypadku spożycia leucyny, jak i węglowodanów. W jednym z badań poruszono kwestię diety o równej podaży białka jednak różnej podaży leucyny. Uczestnicy spożywali dietę zawierającej białka w zalecanych ilościach. Jednak jedna z grup spożywała nieoptymalne ilości leucyny. Nie zanotowano istotnych różnic w ilości masy mięśniowej pomiędzy grupami [3]. Świadczy to o wyższości spożycia białek w ciągu doby nad zawartością leucyny w diecie sportowców.

Optymalne stężenie insuliny zmniejsza rozpad białek mięśniowych oraz utrzymuje ich syntezę na wysokim poziomie [8; 22]. Wartości wyższe niż optymalne osiągane są już po spożyciu 25 g białka po treningu [7; 13; 21]. Dlatego też spożycie węglowodanów, nie jest konieczne do osiągnięcia antykatabolicznego efektu działania insuliny po treningu.

Spożycie węglowodanów o szybkiej i wolnej absorpcji

W toku budowy masy mięśniowej większe spożycie węglowodanów wydaje się pożądane [1; 11]. Kwestią wartą omówienia jest również ich jakość. Szybkość, z jaką cukrowce trafiają do krwiobiegu, może wpływać na długość oraz intensywność wysiłku. Wysiłek fizyczny w znacznym stopniu uszczuplający zasoby glikogenu wymaga resyntezy tego łatwo dostępnego źródła energii. Natomiast w przypadku długoterminowej resyntezy glikogenu, źródła węglowodanów nie muszą pochodzić z produktów o wysokim IG. Główną uwagę w tym przypadku powinno się zwrócić na całkowitą ilość spożywanych węglowodanów [11].

W przypadku stosowania diety o wysokiej zawartości węglowodanów jej głównym składnikiem często są węglowodany proste. Pozbawione są one błonnika oraz wielu składników zawartych w produktach pełnoziarnistych. Rolą tychże węglowodanów jest jak najszybsze dostarczenie energii podczas wysiłku. Pomimo tego, że mają one swoje miejsce w żywieniu sportowców, powinny stanowić niewielką część jadłospisu. Jednak w praktyce sytuacja ma się zgoła inaczej. W związku, z czym dochodzi do krótkotrwałej, jednak intensywnej stymulacji trzustki do wydzielania insuliny [20].

Głównym źródłem sacharydów w diecie sportowca powinny być produkty zbożowe z pełnego ziarna, owoce oraz warzywa. Natomiast produkty o wyższym indeksie glikemicznym powinny być umiejscowione przed w trakcie lub po treningu [12].

Rekomendacje dotyczące spożycia węglowodanów

Spożywane węglowodany są zmagazynowane pod postacią glikogenu mięśniowego oraz glukozy krążącej w krwiobiegu. Drugim po mięśniach szkieletowych organem będącym magazynem dla glikogenu jest wątroba. W trakcie wysiłków, wykorzystujących zasoby glikogenu mięśniowego, wątroba ma za zadanie utrzymać optymalny poziom glukozy we krwi. Produkcja glukozy w wątrobie umożliwia dostarczenie jej do narządów i tkanek [20].

Spożycie węglowodanów przez osoby początkujące powinno mieścić się na poziomie 45-55% całkowitego zapotrzebowania energetycznego [12]. Wraz ze wzrostem objętości i intensywności treningowej rekomenduje się zwiększenie spożycia węglowodanów.

Dla wysokiej objętości treningowej zaleca się spożycie od 5 do 8 g węglowodanów na kilogram masy ciała. Ilość ta pozwala na resyntezę glikogenu wątrobowego oraz mięśniowego po wysiłku znacząco uszczuplającym zasoby organizmu [12]. Wysoka objętość w praktyce oznacza 5 do 6 jednostek treningowych w ciągu tygodnia. Każda z jednostek zakłada 2 do 3 godzin wysiłku o umiarkowanej intensywności.

Spożycie węglowodanów a objętość treningowa

W 2016 roku powstało badanie porównujące wpływ diety o wysokiej i niskiej zawartości węglowodanów na wydolność sportową. W badaniu wzięło udział 18 osób. Uczestnicy zostali przydzieleni do jednej z grup, w której spożywali dietę wysoko lub nisko węglowodanową. W dniach 1,5 i 7 odbywały się testy wysiłkowe. Podczas interwencji oceniano poziom poboru tlenu, stosunek wydychanego dwutlenku węgla do poboru tlenu oraz poziom mleczanu. W dniach szóstym i siódmym uczestnicy wykonali treningi dnia o nazwie „120107” oraz „Sean”. W przypadku grupy o wysokim spożyciu węglowodanów odnotowano znacząco wyższą (10%) ilość wykonanych powtórzeń podczas treningu. Nie zaobserwowano jednak istotnych różnic w poborze tlenu, współczynniku oddechowym oraz poziomu mleczanu pomiędzy grupami [4].

Zużycie węglowodanów w zależności od intensywności wysiłku

W przypadku wysiłku o niskiej intensywności głównym źródłem energii są tłuszcze. Natomiast węglowodany dostarczają między 10 a 15% całkowitego wydatku energetycznego. W zależności od intensywności oraz długości wysiłku wzrasta zapotrzebowanie na węglowodany [23]. Wraz ze wzrostem intensywności wysiłku następuje wzrost wykorzystania węglowodanów pokrywający 70-80% wydatku energetycznego. W przypadku wysiłków o bardzo wysokiej intensywności, pokrycie wydatku energetycznego może zachodzić w 100% z węglowodanów.

Dla sportów opierających się na sile i mocy mięśniowej zaleca się umiarkowane lub wysokie spożycie węglowodanów. Rekomendacje dotyczące spożycia węglowodanów dla intensywnie trenujących sportowców sięgają od 8 do 10 g /kg masy ciała na dobę. Zawartość węglowodanów wyrażona w procentach powinna mieścić się w przedziale 60-70% całkowitej podaży energii [16]. Tak wysoka ich podaż ma na celu odbudowanie zapasów glikogenu po intensywnym wysiłku.

Podsumowanie

Czynnikiem kluczowym w przypadku budowy mięśniowej poza spożyciem białka, wydaje się spożycie energii ogółem. Podaż energii wykraczająca poza zapotrzebowanie energetyczne z punktu widzenia fizjologii daje najwięcej korzyści w tym przypadku. Warto jednak zaznaczyć, że nie jest to warunek konieczny. Badania pokazują, że osoby, w trakcie redukcja tłuszczu zapasowego również mogą liczyć na zwiększenie masy mięśniowej. Podobnie sytuacja ma się w przypadku osób, które chcą utrzymać masę ciała i jednocześnie zmienić jego skład. Istotne jest również dopasowanie wielkości nadwyżki energetycznej. W tym przypadku należy uwzględnić poziom zaawansowania zawodnika.

Dowody naukowe wskazują na to, że to węglowodany są makroskładnikiem, którego spożycie warto zwiększyć w trakcie budowy masy mięśniowej. Pomimo braku różnic pomiędzy nadwyżką energetyczną pochodzącą z tłuszczy w kwestii budowy masy mięśniowej. Warto jednak zwrócić uwagę na wpływ węglowodanów na wysiłek fizyczny.

Badania pokazują, że spożycie węglowodanów jest czynnikiem kluczowym dla wzrostu intensywności oraz objętości treningowej. Czynniki te umożliwiają zaś poddawanie mięśni nieustannie nowym bodźcom, do których muszą się zaadaptować. Natomiast adaptacja do treningu siłowego polega na zwiększeniu objętości włókien mięśniowych. Dzięki temu możliwe jest generowanie większej mocy i siły.

Bibliografia:

1. Aragon, A. A., & Schoenfeld, B. J. (2020). Magnitude and Composition of the Energy Surplus for Maximizing Muscle Hypertrophy: Implications for Bodybuilding and Physique Athletes. Strength & Conditioning Journal, 42(5), 79-86.
2. Barakat, C., Pearson, J., Escalante, G., Campbell, B., & De Souza, E. O. (2020). Body Recomposition: Can Trained Individuals Build Muscle and Lose Fat at the Same Time?. Strength & Conditioning Journal, 42(5), 7-21.
3. De Andrade, I. T., Gualano, B., Hevia-Larraín, V., Junior, J. N., Cajueiro, M., Jardim, F., … & Roschel, H. (2020). Leucine Supplementation Has No Further Effect on Training-induced Muscle Adaptations. Medicine and science in sports and exercise.
4. Escobar, K. A., Morales, J., & Vandusseldorp, T. A. (2016). The effect of a moderately low and high carbohydrate intake on crossfit performance. International journal of exercise science, 9(4), 460.
5. Garthe, I., Raastad, T., Refsnes, P. E., & Sundgot-Borgen, J. (2013). Effect of nutritional intervention on body composition and performance in elite athletes. European journal of sport science, 13(3), 295-303.
6. Garthe, I., Raastad, T., Refsnes, P. E., Koivisto, A., & Sundgot-Borgen, J. (2011). Effect of two different weight-loss rates on body composition and strength and power-related performance in elite athletes. International journal of sport nutrition and exercise metabolism, 21(2), 97–104.
7. Glynn, E.L., Fry, C.S., Timmerman, K.L., Drummond, M.J., Volpi, E., and Rasmussen, B.B. (2013). Addition of carbohydrate or alanine to an essential amino acid mixture does not enhance human skeletal muscle protein anabolism. J. Nutr. 143, 307–314.
8. Greenhaff, P.L., Karagounis, L.G., Peirce, N., Simpson, E.J., Hazell, M., Layfield, R., Wackerhage, H., Smith, K., Atherton, P., Selby, A., et al. (2008). Disassociation between the effects of amino acids and insulin on signaling, ubiquitin ligases, and protein turnover in human muscle. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 295, E595-604.
9. Horton, T. J., Drougas, H., Brachey, A., Reed, G. W., Peters, J. C., & Hill, J. O. (1995). Fat and carbohydrate overfeeding in humans: different effects on energy storage. The American journal of clinical nutrition, 62(1), 19-29.
10. Jan Górski (2014) Fizjologia wysiłku fizycznego
11. Kanter, M. (2018). High-quality carbohydrates and physical performance: Expert panel report. Nutrition today, 53(1), 35.
12. Kerksick, C. M., Wilborn, C. D., Roberts, M. D., Smith-Ryan, A., Kleiner, S. M., Jäger, R., … & Kreider, R. B. (2018). ISSN exercise & sports nutrition review update: research & recommendations. Journal of the International Society of Sports Nutrition, 15(1), 1-57.
13. Koopman, R., Beelen, M., Stellingwerff, T., Pennings, B., Saris, W.H.M., Kies, A.K., Kuipers, H., and van Loon, L.J.C. (2007). Coingestion of carbohydrate with protein does not further augment postexercise muscle protein synthesis. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 293, E833-842.
14. Lammert, O., Grunnet, N., Faber, P., Bjørnsbo, K. S., Dich, J., Larsen, L. O., … & Quistorff, B. (2000). Effects of isoenergetic overfeeding of either carbohydrate or fat in young men. British Journal of Nutrition, 84(2), 233-245.
15. Mata, F., Valenzuela, P. L., Gimenez, J., Tur, C., Ferreria, D., Domínguez, R., … & Martínez Sanz, J. M. (2019). Carbohydrate availability and physical performance: physiological overview and practical recommendations. Nutrients, 11(5), 1084.
16. McArdle, W. D., Katch, F. I., & Katch, V. L. (2010). Exercise physiology: nutrition, energy, and human performance. Lippincott Williams & Wilkins.
17. Ribeiro, A. S., Nunes, J. P., Schoenfeld, B. J., Aguiar, A. F., & Cyrino, E. S. (2019). Effects of different dietary energy intake following resistance training on muscle mass and body fat in bodybuilders: a pilot study. Journal of human kinetics, 70, 125.
18. Rozenek, R., Ward, P., Long, S., & Garhammer, J. (2002). Effects of high-calorie supplements on body composition and muscular strength following resistance training. Journal of Sports Medicine and Physical Fitness, 42(3), 340-347.
19. Spillane, M., & Willoughby, D. S. (2016). Daily overfeeding from protein and/or carbohydrate supplementation for eight weeks in conjunction with resistance training does not improve body composition and muscle strength or increase markers indicative of muscle protein synthesis and myogenesis in resistance-trained males. Journal of sports science & medicine, 15(1), 17.
20. Stanisław Konturek i wsp. (2013) Konturek Fizjologia człowieka
21. Staples, A.W., Burd, N.A., West, D.W.D., Currie, K.D., Atherton, P.J., Moore, D.R., Rennie, M.J., Macdonald, M.J., Baker, S.K., and Phillips, S.M. (2011). Carbohydrate does not augment exercise-induced protein accretion versus protein alone. Med Sci Sports Exerc 43, 1154–1161.
22. Wilkes, E.A., Selby, A.L., Atherton, P.J., Patel, R., Rankin, D., Smith, K., and Rennie, M.J. (2009). Blunting of insulin inhibition of proteolysis in legs of older subjects may contribute to age-related sarcopenia. Am. J. Clin. Nutr. 90, 1343–1350.
23. Peinado, A. B., Rojo-Tirado, M. A., & Benito, P. J. (2013). Sugar and physical exercise; the importance of sugar for athletes. Nutr Hosp, 28(Supl 4), 48-56.
24. Krok, J. (2021). Ocena wpływu atorwastatyny na poziom białka kinazy białkowej B (Akt) w mięśniach szkieletowych szczurów.