Jak masa ciała wpływa na wchłanianie i utlenianie węglowodanów podczas wysiłku

Węglowodany spożyte krótko przed lub/i w trakcie ćwiczeń prowadzą do poprawy zdolności wysiłkowych za pośrednictwem szeregu mechanizmów, zarówno centralnych (dotyczy to układu nerwowego, zwłaszcza mózgu) jak i obwodowych (dotyczy to mechanizmów na poziomie mięśni czy też wątroby).

W efekcie spożycie węglowodanów w trakcie ćwiczeń prowadzi do poprawy zdolności wysiłkowych [1].

Efektywność utleniania węglowodanów

Pojęcie efektywności utleniania (ang. oxidation efficiency) zostało wprowadzone w celu określenia procentowego stopnia wykorzystania spożytych węglowodanów jako źródła energii podczas wysiłku fizycznego [2].

Wysoka efektywność utleniania oznacza, że większość dostarczonych podczas ćwiczeń węglowodanów zostaje utleniona w trakcie wysiłku a jednocześnie niewielka pula węglowodanów pozostaje niewchłonięta w przewodzie pokarmowym, co z kolei wiąże się z mniejszym ryzykiem wystąpienia problemów jelitowych.

Na czym polega metoda znakowania węglowodanów [11]

Wchłanianie i tempo utleniania węglowodanów

Na tempo utleniania spożytych węglowodanów ma wpływa kilka czynników, między innymi częstotliwość spożywania węglowodanów, rodzaj węglowodanów, intensywność ćwiczeń, ale także ilość spożytych węglowodanów.

W przypadku podaży 60–70 g węglowodanów absorbowanych za pomocą pojedynczego mechanizmu wchłaniania (np. glukozy), w ciągu godziny ćwiczeń, maksymalne tempo utleniania węglowodanów osiąga szczytową wartość na poziomie około 60 g/h [3]. Oznacza to, że efektywność utleniania węglowodanów wynosi 90-100%. We wcześniejszych badaniach, nawet w przypadku gdy ilość spożywanych węglowodanów wynosiła ponad ~150 g, tempo ich utleniania wzrastało niewiele powyżej wartości 60 g/h [4].

W praktyce oznaczało to, że spożyte węglowodany korzystające z pojedynczego mechanizmu wchłaniania osiągają maksymalne tempo utleniania na poziomie około 1,0 g/min (60 g/h), a ilość spożytych węglowodanów niezbędna do osiągnięcia tego pułapu wynosi około 1,2 g/min, czyli 70 g/h. Taka podaż węglowodanów pozwalała osiągnąć najwyższą efektywność utleniania.

Na podstawie badań stwierdzono, że maksymalne tempo utleniania węglowodanów korzystających z pojedynczego mechanizmu wchłaniania jest związane przede wszystkim z ograniczonymi zdolnościami wchłaniania glukozy przez komórki nabłonka jelitowego, ponieważ przy wyższej podaży glukozy transporter SGLT1 ulega wysyceniu [4].

Możliwe jest zwiększenie ilości utlenianych węglowodanów w trakcie wysiłku m.in. dzięki spożyciu mieszaniny różnych rodzajów węglowodanów, które korzystają z odmiennych mechanizmów wchłaniania w jelitach (tj. poprzez dodatek fruktozy, która wchłania się za pośrednictwem transportera GLUT5) [4]. Jednak ten temat nie jest głównym tematem tego wpisu (z pewnością będziesz mógł przeczytać o tym w innym moim wpisie).

Rozmiar i masa ciała a tempo utlenianie węglowodanów

Mogłoby się wydawać, że tempo utleniania spożytych węglowodanów powinno być proporcjonalne do rozmiaru ciała, ponieważ większe osoby powinny mieć także większą powierzchnię jelit, a także większą wątrobę oraz masę mięśniową. I rzeczywiście, wcześniejsze wytyczne dotyczące spożycia węglowodanów podczas ćwiczeń uwzględniały założenie, według którego rozmiar ciała mógł mieć znaczenie, sugerując że węglowodany spożywane w ilości  0,7 g na każdy kilogram masy ciała na godzinę „jednoznacznie wydłużają wytrzymałość wysiłkową” [5] lub że sportowcy powinni spożywać 0,5–1,0 g węglowodanów na kilogram masy ciała na godzinę [6].

W 2010 roku została opublikowana jednak praca, która wykazała brak związku pomiędzy masą ciała a tempem utleniania spożytych węglowodanów [3]. Wniosek ten oparto jednak na analizie danych pochodzących z różnych badań, których głównym celem nie było bezpośrednie określenie związku pomiędzy rozmiarem ciała a zdolnością utleniania węglowodanów. Warto także dodać, że rozpiętość masy ciała uczestników włączonych do analizy wynosiła od 60 do 95 kg, co oznacza mniej niż 1,6-krotny zakres różnicy masy ciała.

Pomimo tego, wnioski tej pracy znalazły swoje odzwierciedlenie w nowszych rekomendacjach żywieniowych kierowanych do sportowców [7], w których zalecana ilość węglowodanów na godzinę wysiłku została wyrażona w wartościach bezwględnych, bez uwzględnienia masy ciała sportowca (tj. 30-60 g/h w przypadku ćwiczeń trwających od 1 do 2,5 godzin lub do 90 g/h w przypadku wysiłków trwających >2,5-3 godzin, ale w tej sytuacji z uwzględnieniem mieszaniny węglowodanów korzystających z różnych mechanizmów wchłaniania w jelitach).

Rozmiar i masa ciała a tempo utlenianie węglowodanów – update

W najnowszym badaniu [8] zweryfikowano ponownie hipotezę dotyczącą różnic w utlenianiu spożytych węglowodanów w zależności od masy ciała. Uczestników podzielono na dwie grupy: mniejsze osoby o masie ciała <70 kg oraz większe osoby o masie ciała powyżej >70 kg. Patrząc na skrajności, do badania włączono uczestników o bardzo szerokim zakresie masy ciała, od 53 aż do 110 kg, co daje ponad dwukrotną różnicę w zakresie masy ciała, chociaż trzeba zaznaczyć, że większość uczestników mieściła się w przedziale 53–88 kg, co odpowiada ponad 1,6-krotnej różnicy masy ciała.

Uczestnicy wykonali 120 minutowy test wysiłkowy odpowiadający intensywności 95% ich progu mleczanowego (LT1), co jest odpowiednikiem wysiłku o umiarkowanej intensywności. Podczas każdej godziny wysiłku uczestnicy spożywali 90 g „znakowanej” glukozy, co pozwoliło śledzić tempo utleniania spożytych węglowodanów w trakcie ćwiczeń.

Najważniejsze wyniki badania

Okazało się, że średnia różnica w maksymalnym tempie utleniania spożytej glukozy między większymi a mniejszymi sportowcami wyniosła 13 g/h (95% przedział ufności mieścił się w zakresie od -1 do 27 g/h). Wydaje się, że taka różnica może mieć istotny wpływ na poprawę zdolności wysiłkowych, chociaż nie oceniano tego bezpośrednio w badaniu. Podsumowując, zarówno wzrost, masa ciała jak i szacowana powierzchnia ciała były związane ze szczytową oraz całkowitą ilością utlenionych węglowodanów spożytych podczas wysiłku.

Oznacza to, że rozmiar ciała jest istotnym czynnikiem determinującym utlenianie glukozy spożytej podczas wysiłku. Warto również zaznaczyć, że w badaniu testowano tylko jedną dawkę glukozy (90 g/h), dlatego istnieje możliwość, że maksymalne tempo utleniania węglowodanów u większych sportowców nie zostało osiągnięte, a prawdziwa różnica może być jeszcze większa.

Warto również dodać, że głównym czynnikiem determinującym metabolizm węglowodanów w organizmie jest intensywność wysiłku [9], dlatego autorzy badania dodatkowo zweryfikowali hipotezę czy potencjalne różnice w utlenianiu spożytej glukozy między większymi a mniejszymi sportowcami mogą być wyjaśnione różnicami w bezwzględnej intensywności wysiłku. Aby to zbadać, więksi sportowcy przeszli dodatkowy test wysiłkowy, w którym intensywność została dopasowana do poziomu mniejszych sportowców. W tym celu intensywność ćwiczeń została zmniejszona o ponad 20% (z 180 ± 23 W do 143 ± 19 W), co z kolei zmniejszyło całkowity wydatek energetyczny o około 20%. Okazało się jednak, że zmniejszenie całkowitego wydatku energetycznego w dużej mierze spowodowało spadek tempa utleniania węglowodanów endogennych (np. glikogenu mięśniowego), z kolei średnia różnica w utlenianiu spożytej glukozy podczas ćwiczeń między wyższą a niższą intensywnością wyniosła tylko 6 g/h, co uznaje się za fizjologicznie nieistotną różnicę [10].

Główne wnioski badania

Wyniki tej pracy sugerują, że uniwersalne zalecenia dla wszystkich sportowców mogą skutkować niedostateczną podażą węglowodanów dla większych sportowców, jednocześnie prowadząc nadmiernej konsumpcji węglowodanów przez mniejszych sportowców. To z kolei potencjalnie może zaburzać ich komfort jelitowy, a także zwiększać aktywność współczulnego układu nerwowego oraz wykorzystanie glikogenu mięśniowego. Z perspektywy praktycznej, szacowane maksymalne tempo utleniania egzogennej glukozy wynosi około 0,7 g glukozy na kilogram masy ciała na godzinę (95% przedział ufności mieści się w zakresie od 0,64 do 0,75 g/h).

Podsumowanie praktyczne (oraz czego jeszcze nie wiemy)

• Sportowcy o większej masie ciała (np. powyżej 85-90 kg) mogą osiągnąć wyższe tempo utleniania spożytych węglowodanów, dostarczając je w ilości >60 g/h (w przypadku podaży węglowodanów korzystających z pojedynczego mechanizmu wchłaniania (tj. glukozy lub jej polimerów, takich jak np. maltodekstryna)
• Obecne dowody naukowe sugerują, że spożywając węglowodany korzystające z pojedynczego mechanizmu wchłaniania powinniśmy dostosować ich ilość do masy ciała sportowca. Sugerowana ilość wynosi 0,7 g/kg mc.
• W omawianym badaniu nie oceniano wpływu zwiększonego tempa utleniania spożytych węglowodanów na poprawę zdolności wysiłkowych. Autorzy na podstawie danych z innej pracy przypuszczają jednak, że zaobserwowano różnica w tempie utleniania węglowodanów egzogennych (13 g/h) może istotnie przyczynić się do poprawy zdolności wysiłkowych.
• W omawianym badaniu oceniano tylko jedną dawkę glukozy (90 g/h), co potencjalnie oznacza, że aby osiągnąć rzeczywiste maksymalne tempo utleniania spożytych węglowodanów w trakcie ćwiczeń, szczególnie u osób o masie ciała >100 kg, porcja glukozy którą należałoby dostarczyć może być jeszcze wyższa.
• W omawianym badaniu nie oceniano czy tempo utleniania spożytych węglowodanów jest zależne od masy/ rozmiaru ciała w przypadku spożywania mieszaniny węglowodanów korzystających z różnych mechanizmów wchłaniania (np. glukozy i fruktozy).

Jeśli chodzi o moje przemyślenia dotyczące tego badania, w praktyce zauważam, że moi podopieczni, szczególnie trenujący triatlon lub kolarstwo, którzy spożywają węglowodany w ilości 90-120 g/h bardzo różnie reaguję na tak dużą ilość węglowodanów. Mogłoby to oznaczać, że poza czynnikami takimi jak rozmiar czy też masa ciała, mogą potencjalnie istnieć różnice międzyosobnicze związane np. z predyspozycjami genetycznymi, ale jest to tylko moje przypuszczenie.

Dodatkowo proponowana dawka węglowodanów w ilości 0,7 g/h w przypadku sportowców o małych gabarytach, np. dla kolarza o masie ciała 60 kg sugeruje podaż 42 g węglowodanów (glukozy lub jej polimerów, np. maltodekstryny), co stoi w sprzeczności z ilością węglowodanów spożywanych przez czołowych zawodników o tej samej masie ciała. Dodatkowo liczba uczestników o tak niskiej masie ciała biorąca udział w tym badaniu była niezbyt liczna.

Kolejnym wyzwaniem są dostępne na rynku żele energetyczne z mieszaniną węglowodanów (najczęściej maltodekstryny i fruktozy) w proporcji 1:0,8 lub 2:1. Zawartość węglowodanów w tych żelach najczęściej wynosi 30 lub 40 gramów na porcję. Możemy założyć kilka scenariuszy:

1) Żel ma proporcję cukrów 1:0,8 i zawiera 30 gramów węglowodanów, co daje 16,67 g maltodekstryny i 13,33 g fruktozy.

2) Żel ma proporcję cukrów 2:1 i zawiera 30 gramów węglowodanów, co daje 20 g maltodekstryny i 10 g fruktozy.

3) Żel ma proporcję cukrów 1:0,8 i zawiera 40 gramów węglowodanów, co daje 22,22 g maltodekstryny i 17,78 g fruktozy.

4) Żel ma proporcję cukrów 2:1 i zawiera 40 gramów węglowodanów, co daje 26,67 g maltodekstryny i 13,33 g fruktozy.

W każdym przypadku, gdy naszym celem jest podaż węglowodanów w ilości 80-90 g/h, trudno jest osiągnąć zawartość maltodekstryny (czyli polimeru glukozy) w ilości >60 g, bez jednoczesnej nadmiernej podaży fruktozy w ilości >30 gramów. A w dalszym ciągu nie wiemy czy tempo utleniania fruktozy również jest zależne od rozmiaru/ masy ciała. Oczywiście istnieje możliwość sięgnięcia po żele lub produkty bez dodatku fruktozy, ale jest to dodatkowe wyzwanie organizacyjne dla sportowca, szczególnie w dniu zawodów.

W idealnym świecie, optymalnym rozwiązaniem byłoby wykonanie testu na podopiecznym lub podopiecznej z wykorzystaniem metody znakowania węglowodanów, ale oczywiście jest to (bardzo) trudne do realizacji w praktyce dietetyka sportowego.

Podsumowując, na tę chwilę dietetykowi sportowemu we współpracy ze sportowcem pozostaje raczej metoda prób i błędów i oscylowanie wokół rekomendowanej ilości węglowodanów przypadających na godzinę wysiłku (tj. 30-60 g/h w przypadku ćwiczeń trwających od 1 do 2,5 godzin lub ~90 g/h w przypadku wysiłków trwających >2,5-3 godzin, ale w tej sytuacji z uwzględnieniem mieszaniny węglowodanów korzystających z różnych mechanizmów wchłaniania w jelitach).

Podsumowanie

Rozmiar oraz masa ciała są jednym z czynników determinujących tempo utleniania spożytych w trakcie wysiłku węglowodanów. W przypadku większych sportowców konieczne może być dostosowanie podaży węglowodanów do ich masy ciała w celu maksymalizacji tempa utleniania węglowodanów, a tym samym poprawy zdolności wysiłkowych.

Chcę rozpocząć współpracę z dietetykiem sportowym!

Bibliografia

1. Stellingwerff, Trent, and Gregory R. Cox. „Systematic review: Carbohydrate supplementation on exercise performance or capacity of varying durations.” Applied physiology, nutrition, and metabolism 39.9 (2014): 998-1011.
2. Jeukendrup, Asker E., and Roy Jentjens. „Oxidation of carbohydrate feedings during prolonged exercise: current thoughts, guidelines and directions for future research.” Sports medicine 29 (2000): 407-424.
3. Jeukendrup, Asker E. „Carbohydrate and exercise performance: the role of multiple transportable carbohydrates.” Current Opinion in Clinical Nutrition & Metabolic Care 13.4 (2010): 452-457.
4. Jeukendrup, Asker E. „Training the gut for athletes.” Sports Medicine 47.Suppl 1 (2017): 101-110.
5. Cermak, Naomi M., and Luc JC van Loon. „The use of carbohydrates during exercise as an ergogenic aid.” Sports Medicine 43 (2013): 1139-1155.
6. Burke, L. M. „Fueling strategies to optimize performance: training high or training low?.” Scandinavian journal of medicine & science in sports 20 (2010): 48-58.
7. Thomas, D. Travis, Kelly Anne Erdman, and Louise M. Burke. „Position of the Academy of Nutrition and Dietetics, Dietitians of Canada, and the American College of Sports Medicine: nutrition and athletic performance.” Journal of the Academy of Nutrition and Dietetics 116.3 (2016): 501-528.
8. Ijaz, Abdullah, et al. „Exogenous glucose oxidation during exercise is positively related to body size.” (2024).
9. Van Loon, Luc JC, et al. „The effects of increasing exercise intensity on muscle fuel utilisation in humans.” The Journal of physiology 536.1 (2001): 295-304.
10. Pfeiffer, Beate, et al. „Oxidation of solid versus liquid CHO sources during exercise.” Medicine and science in sports and exercise 42.11 (2010): 2030-2037.
11. Gonzalez, Javier T., and Andy J. King. „For flux sake: isotopic tracer methods of monitoring human carbohydrate metabolism during exercise.” International journal of sport nutrition and exercise metabolism 33.1 (2022): 60-70.