Azotany i sok z buraka w sporcie

W dzisiejszym artykule poruszę temat azotanów (NO3-). Azotany i sok buraka w sporcie są pod lupą naukowców od ponad 10 lat, ze względu na potencjalne właściwości ergogeniczne.

Czym jest tlenek azotu?

Aby zrozumieć ergogeniczne mechanizmy działania azotanów, należy najpierw wyjaśnić czym jest tlenek azotu (NO). Tlenek azotu (NO) jest cząsteczką sygnałową, która reguluje napięcia naczyń krwionośnych. Co za tym idzie wpływa na regulację ciśnienia tętniczego krwi, hamuje agregację płytek krwi i leukocytów. W OUN pełni funkcje neuromodulatora i neurotransmitera, ma wpływ na mechanizmy immunologiczne, bierze udział np. w erekcji członka. Może również modyfikować funkcje tkanki mięśniowej poprzez regulację przepływu krwi, kurczenia mięśni, homeostazę glukozy i wapnia, a także oddychania i biogenezy mitochondrialnej.

Do niedawna uważano, że tlenek azotu (NO) powstaje wyłącznie poprzez utlenianie l-argininy w reakcji katalizowanej przez rodzinę enzymów syntazy NO (NOS). Proces ten prowadzi do endogennej produkcji azotanów (NO3-) i azotynów (NO2-). Obecnie wiadomo, że azotany i azotyny mogą być zredukowane z powrotem do NO.

Rośnie zainteresowanie naukowe potencjałem tego szlaku azotany-azotyny-NO w fizjologii, dietetyce i medycynie. Zasugerowano, że ten alternatywny szlak może uzupełniać szlak l-arginina-NOS-NO poprzez umożliwienie wytwarzania NO w warunkach niskiej dostępności tlenu. W takiej sytuacji aktywność NOS (która jest zależna od tlenu) może być zmniejszona. Dobra wiadomość jest taka, że możemy aktywować ten szlak poprzez spożycie egzogennych azotanów. NO3- znajdziemy naturalnie w warzywach i owocach. W duże ilości znajdują się w sałacie, szpinaku, selerze, rukoli, granatach i przede wszystkim w burakach. Powyższe produkty żywieniowe zawierają >250 mg azotanów / 100 g.

Przyswajalność azotanów

Po spożyciu azotany są przyswajane w układzie pokarmowym. Około 25% azotanów jest wychwytywana przez ślinianki umieszczone w obrębie jamy ustnej i kumulowane w ślinie. Następnie zostają zredukowane do NO2- przez beztlenowe bakterie komensalne znajdujące się w kryptach rozmieszczonych na powierzchni języka. Po spożyciu azotanów w bolusie pokarmowym stężenie w osoczu osiąga wartości szczytowe po 1-2 godz. Szczyt poziomu azotynów następuje po 2-3 godzinach po spożyciu. Następnie oba stopniowo opadają, powracając do wartości wyjściowych po około 24 godzinach. Część połkniętego azotynu redukuje się do NO w środowisku kwaśnym żołądka. Jednak znaczna ilość azotynów wchodzi do krążenia ogólnoustrojowego, podnosząc stężenie azotynu w osoczu.

Różnorodne enzymy i białka, w tym deoksyhemoglobina, mogą następnie katalizować redukcję azotynów do NO we krwi i innych tkankach. Proces ten jest ułatwiony w warunkach niskiej dostępności tlenu (niedokrwienia i hipoksji) i niskiego pH. Umożliwia wytwarzanie NO tam, gdzie jest to najbardziej pożądane. Co najistotniejsze, te warunki występują w mięśniach szkieletowych podczas intensywnych ćwiczeń. Uważa się, że azotany mogą być również korzystne dla zdrowia układu sercowo-naczyniowego. Ze względu na ich korzystne działanie na obniżenie ciśnienia krwi, podczas wysiłku w niedotlenieniu, a także u osób starszych i w niektórych przypadkach klinicznych.

Azotany i sok z buraka w sporcie – początki w badaniach naukowych

Od ponad 10 lat ukazuje się coraz więcej prac naukowych badających wpływ azotanów na wyniki sportowe. W badaniu Larsena i wsp. opublikowanym w 2007 po raz pierwszy udowodniono, że 3 dni suplementacji azotanami sodu (0,1 mmol / kg m.c. / dzień) skutkowało zmniejszeniem spoczynkowego ciśnienia krwi oraz kosztu tlenowego ćwiczeń wykonanych na rowerze z submaksymalną intensywnością. Po suplementacji azotanów spadła ekspresja translokacji nukleotydów adeninowych (ANT), białka zaangażowanego w mitochondrialne przewodnictwo protonów. Zmniejszało to wyciekanie protonów i poprawia efektywność fosforylacji oksydacyjnej. Suplementacja azotanami powodowała 19% wzrost stosunku mitochondrialnego P / O (ilość tlenu zużytego na wyprodukowany ATP).

Wyniki te wskazują, że zredukowany koszt tlenowy podczas ćwiczeń po suplementacji azotanami jest związany ze zmniejszonym wyciekiem protonów przez wewnętrzną błonę mitochondrialną. Autorzy spekulowali, że suplementacja azotanami może spowodować zwiększone hamowanie oksydazy cytochromowej c przez NO, co może być wykrywane przez komórkę jako łagodne niedotlenienie, inicjujące mechanizmy sygnalizacyjne, które skutkują obniżeniem poziomu ANT i poprawą wydajności mitochondrialnej.

Azotany i sok z buraka w sporcie – kolejne badania naukowe

W 2009 roku Bailey i wsp. użyli jako źródła azotanów soku z buraka w ilości ok. 500 ml (około 6 mmol NO3-) i wykazali, że suplementacja azotanów w takiej formie przez okres od 4 do 6 dni jest równie skuteczna. W następnym przeprowadzonym badaniu Bailey i wsp. przy użyciu techniki spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego zweryfikowali podstawy mechanizmów leżących u podstawy tego fenomenu. Zaobserwowali, że podaż azotanów skutkuje zarówno zmniejszeniem poboru tlenu przez płuca, jak i akumulacji fosforu nieorganicznego oraz ADP w mięśniach jak i utrzymaniem fosfokreatyny (PCr) w mięśniach.

Azotany i sok z buraka – mechanizmy działania

Okazało się, że dzięki azotanom zmniejsza się koszt tlenowy podejmowanych ćwiczeń. Wiąże się to ze zredukowanym zapotrzebowaniem na ATP potrzebny do wygenerowania tej samej siły mięśniowej. Nie zaobserwowano różnicy w wartości pH mięśni między zabiegami. Wydaje się więc, że nie było kompensacyjnego zwiększonego udziału beztlenowej glikolizy w obrocie energii. Wyniki Bailey i wsp. wykazały, że redukcja tlenowych kosztów wysiłku po suplementacji azotanami jest następstwem zmian w metabolizmie energii mięśniowej. Dzieje się to poprzez potencjalny wpływ NO na wapniową (Ca2+) ATPazę w retikulum sarkoplazmatycznym, ATPazę aktynowo-miozynową lub poprzez wpływ NO na dotlenienie mięśni (i tym samym sparing PCr) i poprawę wydajności mitochondrialnej.

Czas trwania suplementacji, a jej skuteczność

Czas trwania okresu suplementacji we wczesnych badaniach nad wpływem azotanów na parametry wysiłkowe sportowców wynosił zwykle 3 dni. Następnie podawano dawkę podtrzymującą przez pozostałe 1-3 dni eksperymentu. Nie było zatem wiadomo, czy krótsze lub dłuższe okresy suplementacji azotanami mogą być bardziej lub mniej skuteczne. Vanhatalo i wsp. zajęli się tą kwestią, prosząc ośmiu zdrowych ochotników, aby spożyli 0,5 litra soku z buraków (5,2 mmol azotanu / dzień) lub placebo przez 15 dni. Inną kluczową różnicą w porównaniu z poprzednimi badaniami było to, że badani byli proszeni o to, aby nie zmieniać swojej normalnej diety podczas okresu suplementacji. To znaczy, że mogli spożywać produkty bogate w azotany. Protokół ćwiczeń (dwa etapy z umiarkowaną intensywnością, po których następuje maksymalny test przyrostowy na ergometrze rowerowym) został zakończony po soku z buraków lub po przyjęciu placebo oraz po 5 i 15 dniach suplementacji.

Koszt tlenowy podczas wysiłku o umiarkowanej intensywności został znacznie zmniejszony (o około 4%) 2,5 godziny po spożyciu soku z buraków w porównaniu z kontrolą przed suplementacją i pozostał niższy po 5 i 15 dniach suplementacji w porównaniu z placebo. Wyniki pokazały również, że wpływ azotanów na wydajność wysiłkową jest utrzymywany przez co najmniej 2 tygodnie, jeśli suplementacja jest kontynuowana. Wreszcie, wyniki wskazują, że wpływ na efektywność jest nadal widoczny, choć być może mniej imponujący, gdy normalne spożycie azotanów w diecie nie jest ograniczone. Co ciekawe, nie nastąpiła znacząca poprawa wyników testu w stosunku do placebo, po 2,5 h lub 5 dniach przyjmowania soku z buraków. Jednak po 15 dniach suplementacji soku z buraków stwierdzono znaczny wzrost szczytowej mocy wyjściowej i mocy wyjściowej w porównaniu z placebo.

Azotany i sok z buraka w sporcie w innych badaniach naukowych

Od tego czasu ukazało się wiele innych prac oceniających skuteczność azotanów. Meta-analiza badań Hoona i wsp. z 2013 r. sugeruje niewielkie korzyści związane z przyjmowaniem azotanów. We wszystkich uwzględnionych w niej badaniach biorąc pod uwagę czas trwania próby czasu w wytrenowanych i elitarnych kohortach doszło do około 0,9% poprawy próby czasu po suplementacji azotanami. Aby umieścić to w kontekście, zmierzona różnica między pierwszym i czwartym miejscem dla elitarnej wydajności pływania wynosi 0,6%.

Nowsza metaanaliza Van de Walle z 2017 r. miała na celu weryfikację wpływu azotanów na tolerancję wysiłku oraz wynik sportowy. Zbiorcza analiza wpływu azotanów na tolerancję wysiłku za pomocą protokołów czasu do wyczerpania i specyficznych testów wysiłkowych wykazała niewielki, ale znaczący efekt w porównaniu do placebo. Nie stwierdzono jednak znaczącego wpływu azotanów na efekty protokołów z wykorzystaniem próby czasu.

Z przeglądu Jonesa z 2014 r. jasno wynika, że azotany w diecie mogą obniżyć ciśnienie krwi, zmniejszyć koszty tlenowe wysiłku fizycznego i zwiększyć wydolność wysiłkową. Wiadomo, że suplementacja około 5-9 mmol azotanów / dziennie przez 1-15 dni może wywoływać korzystne efekty fizjologicznych odpowiedzi na wysiłek fizyczny. W odniesieniu do wpływu NO3- na wskaźniki aktywności fizycznej u zdrowych ochotników, literatura wydaje się być spójna, pokazując, że 2-6 dni (lub do 15 dni) suplementacji może poprawić wskaźniki wydajności podczas wysiłków o stałym natężeniu i wysokiej intensywności oraz maksymalnych wysiłków o narastającej intensywności.

Skutki doraźnej suplementacji na wyniki sportowe są mniej spójne. Niektóre badania wykazują pozytywny efekt, jednak warto wiedzieć, że są takie, w których ten efekt nie wystąpił. Czas trwania ciągłego maksymalnego wysiłku, dla którego azotany wydają się być ergogeniczne, wynosi 5-30 minut.

Azotany i sok z buraka, a wysiłki typu start-stop

Obecnie sporo mówi się o zastosowaniu NO3- w wysiłkach typu start-stop (np. sportach drużynowych, sportach walki). W 2016 r. Thompson i wsp. wykazali, że suplementacja NO3- może poprawiać wyniki u zawodników sportów zespołowych. Ich odkrycia sugerują, że suplementacja NO3- może poprawić wyniki pojedynczych sprintów lub sprintów wielokrotnych. Nyakayiru i wsp. w 2017 r.  sprawdzili przydatność soku z buraka obfitego w azotany u piłkarzy. Udowodnili, że sześć dni przyjmowania soku z buraka skutecznie poprawia wydajność ćwiczeń przerywanych o wysokiej intensywności u wyszkolonych piłkarzy.

W 2018 r. Dominguez i wsp. ocenili przydatność azotanów w wysiłkach o charakterze intensywnym typu start-stop. W pracy wzięto pod uwagę 9 badań i wnioski jakie zostało wyciągnięte były następujące. Suplementacja sokiem z buraków zmniejsza zmęczenie mięśni związane z wysiłkiem fizycznym o wysokiej intensywności, chociaż nie wiadomo, czy osiąga się to poprzez zmniejszenie zmęczenia i uszkodzenia mięśni i / lub promowanie regeneracji mięśni po wysiłku. W obliczu wysiłków, które mogą prowadzić do deplecji fosfokreatyny (PCr), sok z buraków może pomóc w odzyskaniu rezerw fosfokreatynowych. Dzieje się tak, ponieważ resynteza fosfokreatyny wymaga metabolizmu oksydacyjnego Jednocześnie suplementacja ogranicza gromadzenie się metabolitów, takich jak ADP i nieorganiczne fosforany, o których wiadomo, że indukują zmęczenie mięśni. Sok z buraków poprawia uwalnianie i wychwyt wapnia z retikulum sarkoplazmatycznego. Może to pomóc w produkcji energii związanej z poprawą prędkości skurczu mięśni.

Azotany i sok z buraka, a wysiłki wytrzymałościowe

W drugiej pracy z 2017 r. Dominguez i wsp. wzięli pod lupę 23 badania analizujące skuteczność stosowania azotanów w wysiłkach długotrwałych o charakterze aerobowym. Doraźna suplementacja sokiem z buraka może mieć ergogeniczny wpływ na zmniejszenie kosztu tlenowego przy natężeniu mniejszym lub równym VO2max. Poprawa zachodzi przy jednoczesnym polepszeniu zależności pomiędzy mocą, a pochłanianym tlenem. Główną korzyścią może być poprawa wydajności i wyniku w różnych próbach czasowych lub wydłużenia czasu do wyczerpania przy submaksymalnych intensywnościach. Przewlekła suplementacja sokiem z buraków może poprawić wydolność sercowo-oddechową przy progu beztlenowym i intensywności VO2max. Spożycie soku z buraków powinno się rozpocząć w ciągu 90 minut przed wysiłkiem fizycznym. Szczytowa wartość NO3- występuje w ciągu 2-3 godzin po spożyciu. Wymagane jest co najmniej 6-8 mmol spożycia NO3-, jednak elitarni sportowcy będą zapewne potrzebować wyższych dawek.

Azotany i sok z buraka, a trening oporowy

W badaniu z 2016 r. Mosher i wsp. udowodnili, że suplementacja azotanami może poprawić wyniki treningu oporowego i wydajność pracy w porównaniu z placebo. Również w 2016 r Flanagan i wsp. wykazali, że przyjmowanie suplementu na bazie wyciągu z buraka zapewniało przewagę nerwowo-mięśniową podczas ćwiczeń oporowych.

Azotany i sok z buraka u dobrze wytrenowanych sportowców

Wyniki badań przeprowadzonych na wytrenowanych oraz elitarnych sportowcach przedstawiają niejednoznaczne rezultaty. Istnieje kilka możliwości wytłumaczenia zjawiska, że wśród wytrenowanych sportowców suplementacja azotanami okazuje się mniej skuteczna. Skuteczność doraźnej suplementacji azotanami zależy od następujących czynników: wiek, stan zdrowia, dieta i stan wytrenowania (w tym proporcje włókien mięśniowych, kapilaryzacja i wyjściowe stężenie azotanów w osoczu u osób badanych), intensywność, czas trwania i charakter wysiłku, czy ćwiczenie wykonywane jest w normoksji lub niedotlenieniu.

Wytrenowani sportowcy posiadają większą aktywność NOS. Skutkiem tego może być mniejsza aktywność szlaku NO3 − NO2 − NO w powstawaniu NO. Osoby posiadające mniejszą ilość włókien mięśniowych II typu mogą nie skorzystać w pełni z suplementacji azotanami. Zaobserwowano, że wytrenowani sportowcy posiadają wyższe poziomy NO2- od jednostek niewytrenowanych, co może tłumaczyć ich mniejszą reakcję na suplementację azotanami. Wyższe wyjściowe poziomy azotynów wiążą się z wyższą wydolnością wysiłkową u wysoko wyszkolonych sportowców niezależnie od funkcji śródbłonka.

Suplementacji azotanów, a czynniki indywidualne

Kolejnym czynnikiem zakłócającym działanie azotanów mogą być różnice flory bakteryjnej jamy ustnej wynikające ze cech indywidualnych. Na skuteczność azotanó może wpływać używanie antybakteryjnych past do zębów, ale także kontakt z chlorowaną wodą. Może mieć szczególne znaczenie w przypadku pływaków. Doraźne spożycie azotanów może szybko wpływać na napięcie naczyniowe i natlenienie tkanek obwodowych. Może zaistnieć potrzeba minięcia większej ilości czasu, aby zmiany w białkach mitochondrialnych i kurczliwych wpłynęły na wyniki wysiłku. Aktualnie nie wiemy czy długoterminowa suplementacja azotanami może wspierać lub nawet przyspieszać fizjologiczne adaptacje do treningu. Nie jest obecnie to do końca poznane i wymaga dalszych badań.

Buraki i sole azotanów – różnice w działaniu

Warto również poruszyć kwestię badań, w których przeanalizowano różnice w skuteczności buraków i wyizolowanych azotanów w postaci soli azotanów/azotynów. Poza azotanami buraki zawierają składniki odżywcze wpływające na układ sercowo-naczyniowy. Są nimi: betaina (obniżająca poziom homocysteiny, aktualnie badana pod kątem właściwości ergogenicznych), błonnik rozpuszczalny (wspomagający obniżanie LDL), witaminy m. in. foliany (jedna szklanka zawiera 1/3 dziennego zapotrzebowania), polifenole oraz resweratrol i kwercetynę. Są bogate także w cynk i potas oraz betacyjany, które jak wiele naturalnych barwników roślinnych wykazują działanie przeciwnowotworowe.

Ważnym odkryciem naukowym było zatem stworzenie placebo z sokiem z buraków pozbawionym azotanów. Został on użyty po raz pierwszy w badaniu Lansley i wsp. z 2011 r. W tym badaniu dziewięciu zdrowych ochotników spożywało 0,5 l soku z buraków dziennie (6,2 mmol azotanów) lub taką samą ilość placebo (<0,005 mmol azotanu) przez 6 dni i ukończyło testy wysiłkowe w dniach 4-6. Koszt tlenowy wysiłku w grupie eksperymentalnej został znacznie zredukowany. Podczas intensywnego wysiłku suplementacja soku z buraków poprawiła tolerancję wysiłkową o 15%. Czas do wyczerpania podczas wysiłku był również znacznie dłuższy po suplementacji azotanami. Brak wpływu spożycia soku z buraka zubożonego w azotany na ciśnienie krwi, koszt tlenowy wysiłku fizycznego i tolerancję wysiłku w tym badaniu wyraźnie wskazują na zawartość azotanów, jako głównych substancji fizjologiczne odpowiedzialnych za skutki spożycia soku z buraków.

Co jest lepsze – buraki czy sole azotanowe?

Z drugiej strony istnieją dwa badania, które ukazują drugą stronę medalu. W badaniu Flueck i wsp. z 2016 r. grupie 12 wytrenowanych mężczyzn podawano różne porcje 3, 6 lub 12 mmol azotanów w postaci soku z buraka lub azotanu sodu rozpuszczonego w wodzie albo placebo. Stężenie azotynu i azotanu w osoczu znacznie wzrosło po spożyciu buraka i azotanu sodu z najwyższymi stężeniami w próbach 12-mmolowych. Pomimo wzrostu stężenia NO3- i NO2- w grupach azotanów oraz soku z buraka koszt tlenowy wysiłku był niższy w grupie suplementującej buraki.

W 2017 r. Clifford i wsp. przeanalizowali wpływ azotanu sodu oraz soku z buraka na wskaźniki uszkodzenia mięśni indukowane treningiem. Uczestnikom badania podawano sok z buraka, azotan sodu lub izokaloryczne placebo natychmiast 24 godz. po oraz 48 godz. po wykonaniu ćwiczeń. Badano markery zmęczenia oraz uszkodzenia mięśni. Zarówno sok z buraka i azotan sodu zwiększyły stężenie NO w surowicy. Zebrane dane sugerują, że suplementacja sokiem z buraka jest skuteczniejsza niż azotan sodu w łagodzeniu bólu mięśni związanego z uszkodzeniami odniesionymi podczas wysiłku fizycznego. Działanie przeciwbólowe jest prawdopodobnie spowodowane innymi fitoskładnikami zawartymi w buraku.

W związku z powyższymi wynikami badań racjonalnym rozwiązaniem wydaje się stosowanie jako źródła azotanów przede wszystkim soku, koncentratu lub ekstraktów z buraka standaryzowanych na zawartość azotanów.

Azotany i sok z buraka w sporcie – bezpieczeństwo

Warto wspomnieć o aspekcie bezpieczeństwa podczas suplementacji azotanów lub soku z buraka. W przeszłości uważano, że NO3- oraz NO2- mogą być niebezpieczne dla człowieka wskutek powstawania n-nitrozoamin, które są potencjalnie kancerogenne. Sugerowano także, że podaż azotanów wraz z dietą (głównie azotanów i azotynów zawartych w przetworzonym mięsie) może odgrywać istotną rolę szczególnie w procesie powstawania nowotworów żołądka oraz pęcherza moczowego.

Badania toksykologiczne na zwierzętach oraz badania epidemiologiczne nie dostarczają jednak dowodów potwierdzających toksyczności NO3-. Ponadto stosowanie warzyw jako źródła azotanów może być w tej kwestii bezpieczniejsze z uwagi na wysoka zawartość antyoksydantów. Przeciwutleniacze mogą hamować powstawanie nitrozamin.

Same azotany nie są toksyczne ze względu na ich ograniczoną i powolną konwersję do azotynów. Istnieje możliwość toksyczności przy przypadkowym zastosowaniu zbyt wysokich dawek soli azotynowych. Sportowcy mogą omyłkowo zastosować suplementację soli azotynowych (NO2-) zamiast NO3-.

Większe dawki azotynów mogą wywołać methemoglobinemię, czyli chorobę polegająca na występowaniu znacznych ilości methemoglobiny zamiast hemoglobiny. W methemoglobinie hem zawiera żelazo na III stopniu utlenienia zamiast na II (jak w hemoglobinie). Skutkuje to utratą zdolności do przyłączania i przenoszenia tlenu. Stan ten bezpośrednio zagraża życiu, może prowadzić do tzw. „syndromu niebieskiego dziecka” (ang. blue baby syndrome). Sok z buraka w koncentratach, większych dawkach, może powodować dolegliwości pokarmowe oraz czerwone zabarwienie moczu oraz stolca. Jest to całkowicie nieszkodliwe i nie świadczy o nieszczelności bariery jelitowej.

Podsumowanie

Podsumowując stosowanie diety obfitej w azotany (NO3-) może być dobrą strategią poprawy wyników sportowych. Zarówno chroniczna (3−15 dni) oraz doraźna (2−3 godziny przed wysiłkiem fizycznym) suplementacja azotanów, zarówno w formie soku z buraka lub jego koncentratu (5,1–18,1 mmol NO3-), jak i azotanu sodu (0,1 mmol/kg mc.) wykazuje skuteczność w zakresie poprawy zdolności wysiłkowych. Azotany są skuteczne w trakcie intensywnych wysiłków ciągłych trwających od 5 do 30 min. Istnieje również spora ilość dowodów zarówno na działanie ergogeniczne azotanów w wysiłkach wytrzymałościowych o dłuższym okresie trwania (> 40 minut). W szczególności gdy przyjmowane są systematycznie czyli > 6 dni. Istnieje sporo dowodów naukowych potwierdzających działanie ergogeniczne NO3- w wysiłkach intensywnych typu start-stop. Istnieją doniesienia ze świata naukowego, że azotany mogą również poprawiać wyniki w treningu oporowym. Polecam swoim sportowcom dietę obfitą w azotany (NO3-). W okresie startowym polecam stosować suplementy standaryzowane na zawartość azotanów.

---