Akutní suplementace dusičnanů u cyklistů

Nedávná práce u lidí naznačuje, že zvýšení biologické dostupnosti oxidu dusnatého (NO) může vyvolat fyziologické změny nad rámec dobře známých hemodynamických účinků (Dejam, Hunter et al. 2004; Webb, Patel et al. 2008). NO hraje klíčovou roli v regulaci průtoku krve, svalové kontraktilitě, diferenciaci myocytů, homeostáze glukózy a vápníku (Dejam, Hunter et al. 2004). V lidském těle je exogenní dusičnan (NO3-), který má poločas rozpadu 6-7 hodin (h) (Lundberg, Weitzberg et al. 2008), redukován na bioaktivní dusitan (NO2-) fakultativními anaerobními bakteriemi ve slinách. a dále k NO prostřednictvím různých drah (Duncan, Dougall et al. 1995; Zhang, Naughton et al. 1998). Několik skupin (Larsen, Weitzberg a kol. 2007; Bailey, Fulford a kol. 2009; Bailey, Winyard a kol. 2010; Larsen, Weitzberg a kol. 2010; Vanhatalo, Bailey a kol. 2010; Lansley, Winyard a kol. 2011 ) zkoumali, zda příjem dusičnanů ve stravě ovlivňuje metabolické nebo oběhové parametry během cvičení in vivo u lidí. Bylo prokázáno, že perorální požití dusičnanu sodného (0,1 mmol•kg-1•d-1) po dobu 2–3 dnů (d) významně snižuje plicní příjem kyslíku (VO2) během submaximálního cyklistického cvičení u obou netrénovaných (Larsen, Weitzberg et al. 2010) a trénovaní muži (Larsen, Weitzberg et al. 2007). Vzhledem k tomu, že používání dusičnanu sodného je ve většině zemí regulováno, začali vědci zkoumat dopad konzumace potravin bohatých na dusičnany, jako je šťáva z červené řepy, na fyziologickou reakci na cvičení (Bailey, Fulford et al. 2009; Bailey, Winyard et al. 2010, Vanhatalo, Bailey a kol., 2010, Lansley, Winyard a kol., 2011).

Nedávná práce Jonese a kolegů prokázala, že požití 0,5 l šťávy z červené řepy denně po dobu 6 dnů snižuje příjem kyslíku v plicích během submaximálního cvičení (Bailey, Fulford et al. 2009; Vanhatalo, Bailey et al. 2010; Lansley, Winyard et al. 2011) a snižuje náklady na ATP na produkci svalové síly, což naznačuje zvýšenou kontraktilní účinnost (Bailey, Winyard et al. 2010). Toto zlepšení účinnosti cvičení bylo evidentní akutně (2,5 h) po požití jednoho bolusu 0,5 l červené řepy a přetrvávalo po dobu 15 dnů, když se pokračovalo v suplementaci (Vanhatalo, Bailey et al. 2010). Ačkoli se předpokládá, že účinnou látkou v červené řepě je dusičnan, je červená řepa bohatá na několik dalších potenciálně metabolicky aktivních sloučenin (např. polyfenoly). Aby se potvrdilo, zda navrhované kardiovaskulární a fyziologické přínosy šťávy z červené řepy lze přičíst pouze jejímu vysokému obsahu NO3, Jones a kolegové testovali šťávu z červené řepy proti šťávě z červené řepy ochuzené o dusičnany. Ověřili svá předchozí zjištění (Bailey, Fulford et al. 2009) tím, že prokázali nižší O2 náklady na submaximální cvičení po požití 0,5 l šťávy z červené řepy po dobu 6 dnů ve srovnání se šťávou ochuzenou o dusičnany (Lansley, Winyard et al. 2011). .

Z navrhovaných zlepšení metabolické účinnosti bylo navrženo, že suplementace dusičnanů (0,5 l•d-1; ~5,1-11,2 mmol NO3- •d-1) může zvýšit toleranci cvičení nebo dobu do únavy, pokud je cvičení prováděno při vyšší zátěži (Bailey, Fulford et al. 2009; Bailey, Winyard et al. 2010; Vanhatalo, Bailey et al. 2010; Lansley, Winyard a kol., 2011). Ten naznačuje, že požití anorganických dusičnanů může působit jako silná ergogenní pomůcka. Nedávno jsme testovali potenciální ergogenní vlastnosti dusičnanů pomocí praktičtější studie založené na výkonu, která simulovala atletickou soutěž v trénované populaci jedinců (Cermak, Gibala et al. 2011). Prokázali jsme, že po 6 dnech suplementace dusičnanů ve formě koncentrované šťávy z červené řepy (140 ml•d-1; ~4 mmol NO3-•d-1) byl průměrný VO2 nižší během submaximálního cvičení a 10 km časovky zlepšila u trénovaných cyklistů (Čermák, Gibala et al. 2011). Minimální dávkování a trvání suplementace dusičnanů, které jsou potřebné k vyvolání těchto efektů, však zůstávají do značné míry neznámé. Ačkoli doba do vyčerpání není příliš praktickým měřením výkonnosti, zlepšení v těchto výkonnostních testech bylo pozorováno již po 4 dnech suplementace dusičnanů ve stravě (0,5 l•d-1; ~6,2 mmol•d-1 NO3-). Navíc bylo prokázáno, že i jediná dávka dusičnanů (~5,2 mmol NO3-) snižuje průměrné hodnoty VO2 naměřené 2,5 hodiny po požití 0,5 l šťávy z červené řepy (Vanhatalo, Bailey et al. 2010). V současné době není známo, zda by bylo pozorováno podobné zlepšení výkonnosti v časových zkouškách po kratší době suplementace. Cílem této studie je proto prozkoumat, zda jednorázová dávka dusičnanů (140 ml; ~8 mmol NO3-) požitá 3 hodiny před začátkem cvičení zlepší výkonnost v časových zkouškách u trénovaných cyklistů.

Kromě toho bylo také prokázáno, že požití anorganických nitrátů (šťava z červené řepy) zkracuje dobu do klaudikační bolesti při chůzi u pacientů s onemocněním periferních tepen (Kenjale, Ham et al. 2011) a snižuje plazmatické triglyceridy u pacientů s rizikem kardiovaskulárního onemocnění (Zand, Lanza et al. 2011), poskytující důkazy o požití anorganických nitrátů za účelem zlepšení vazodilatace/perfuze. Zda by bolusové požití dusičnanů také ovlivnilo perfuzi živin po požití malého jídla, zůstává neznámé. Sekundárním cílem proto chceme kromě koncentrací dusičnanů a dusitanů po suplementaci dusičnanů a následném požití potravy prozkoumat i odpověď plazmatických metabolitů.

1. CÍLE Hlavním cílem bude zjistit, zda bolus (140 ml) požití dietních dusičnanů (~8 mmol NO3-) ve formě koncentrované šťávy z červené řepy akutně zvýší výkonnost v časovém testu ve srovnání s placebem ochuzeným o dusičnany (140 ml ~0,0047 mmol N03-). Sekundárním cílem bude měření krevních vzorků po požití dusičnanů a jídla pro posouzení případných změn v koncentraci dusičnanů, dusitanů, glukózy, inzulínu, laktátu a volných mastných kyselin. V tomto sekundárním cíli nás nejvíce zajímá, zda suplementace dusičnanů mění krevní metabolity (glukózu, inzulín, laktát, volné mastné kyseliny) po 1) požití jídla a 2) po období okamžité regenerace po cvičení ve srovnání s placebem. Budeme testovat hypotézu, že jednorázová dávka (140 ml; ~8 mmol NO3-) dietního doplňku dusičnanů (šťáva z červené řepy) požitá 3 hodiny před cvičením zlepší výkonnost v časových zkouškách u trénovaných cyklistů ve srovnání s placebem s ochuzeným dusičnany.
2. NÁVRH STUDIE (Protokol) Po vyhodnocení aerobní kapacity (krokový zátěžový cyklistický test do vyčerpání) a seznamovacím testování budou subjekty randomizovány dvojitě zaslepeným způsobem do léčebného pořadí bolusového požití dusičnanů (šťavy z červené řepy) a placebo (šťava z červené řepy ochuzená o dusičnany). U dvou experimentálních studií se subjekty v 8:00 hodin ohlásí v laboratoři za účelem zavedení krevního katétru do antekubitální žíly. Subjekty budou poté požádány, aby konzumovaly 140 ml buď koncentrované dusičnanové šťávy z červené řepy nebo koncentrované šťávy z červené řepy ochuzené o dusičnany (placebo). Po konzumaci nápoje dostanou subjekty standardizovanou snídani a poté budou 2,5 hodiny odpočívat v laboratoři, než budou zváženy a vybaveny monitorem srdečního tepu pro zahájení časového testu (3 hodiny po požití léčby nápoj). Vzorky krve budou odebrány v čase 0 min (před požitím nápoje), 30, 60, 90, 120, 150, 180 min (začátek časové zkoušky). Další dva vzorky krve budou odebrány bezprostředně po a 30 minut po časové zkoušce (obrázek 1). Odběr vzorků bude probíhat každých 30 minut na základě předchozího výzkumu zkoumajícího krevní metabolity po požití jídla nebo orální zátěži glukózou (van Dijk, Manders et al. 2011) a koncentrací dusičnanů/dusitanů (Webb, Patel et al. 2008). Poslední dva vzorky krve proběhnou bezprostředně po časové zkoušce a po 30 minutách období zotavení, aby se vyhodnotily jakékoli změny v metabolitech a koncentracích dusičnanů/dusitanů ze cvičení a během krátkodobého období zotavení.

Pro hodnocení výkonu v časovce budou subjekty instruovány, aby vykonaly stanovené množství práce v co nejkratším čase. Celková práce, která má být provedena, bude vypočítána podle rovnice Jeukendrup, Saris, Brouns a Kester (Jeukendrup, Saris et al. 1996), upravená naší laboratoří (Beelen, Berghuis et al. 2009):

Celkové množství práce = 0,60 • Wmax • 3 600

kde Wmax je maximální kapacita pracovního zatížení stanovená během návštěvy 1 a 3 600 je doba trvání v sekundách (ekvivalent 1 hodiny). Ergometr bude nastaven v lineárním režimu tak, aby získal 60 % Wmax, když je cyklus subjektů v preferované kadenci určený během návštěvy 1. Ergometr bude připojen k počítači, který bude počítat a zobrazovat celkové množství provedené práce. Subjekty během časového testu nedostanou žádnou verbální nebo fyziologickou zpětnou vazbu. Jediné informace, které subjekty obdrží, je absolutní množství vykonané práce a procento celkové vykonané práce v poměru ke stanovenému množství práce, kterou je třeba dokončit. Ventilátor bude umístěn 1 metr za každým účastníkem, aby zajistil chlazení a cirkulaci vzduchu během zkoušek. Srdeční frekvence (Polar, Finsko) bude nepřetržitě zaznamenávána po celou dobu testu. Tento typ časových zkoušek byl již dříve validován a používán v naší laboratoři (Beelen, Berghuis et al. 2009), přehled validačních studií viz (Currell a Jeukendrup 2008). Příklady variačních koeficientů v podobných studiích jsou 1,1 (Palmer, Dennis a kol. 1996), 0,7 (Smith, Davison a kol. 2001) a 0,9 (Laursen, Shing a kol. 2003). Voda bude poskytována ad libitum během návštěv 1 a 2. Nicméně voda spotřebovaná během návštěvy 2 (seznamovací zkouška) bude měřena a opakována pro návštěvy 3 a 4 (cvičební zkoušky).