Węglowodany czyli cukry to związki
zbudowane z węgla, wodoru i tlenu zwykle w proporcji typowej dla wody (CH2O
- stąd nazwa węglo-wodany),
powszechnie występujące w tkankach roślinnych i zwierzęcych. Cukry pełnią
przede wszystkim rolę energetyczną, są paliwem, które metabolizowane (spalane)
w organizmie dostarcza energii do procesów życiowych, w tym aktywności
fizycznej np. treningu siłowego.
Węglowodany dzielą się na cukry
proste (np. glukoza, fruktoza, galaktoza), dwucukry (np. sacharoza, laktoza,
maltoza) i wielocukry (skrobia, glikogen). Są składnikiem wielu pokarmów, głównie
pochodzenia roślinnego (zboża, owoce i warzywa). Zasoby węglowodanów w ustroju
(w postaci glikogenu w mięśniach i wątrobie oraz glukozy we krwi) mają
decydujące znaczenie dla wydolności fizycznej w sportach wytrzymałościowych.
Obniżenie zawartości glikogenu w mięśniach odczuwa się jako zmęczenie. Spadek
poniżej indywidualnego progu uniemożliwia kontynuowanie intensywnego wysiłku. Codzienne
spożywanie dostatecznych ilości węglowodanów jest niezbędne do uzupełniania
rezerw glikogenu między regularnymi treningami i zawodami. Spożywanie
zwiększonej ilości węglowodanów przed wysiłkiem może zwiększyć wydolność
poprzez odbudowę mięśniowych zapasów glikogenu. Ponadto spożywanie węglowodanów
podczas wysiłku może polepszyć wydolność przez utrzymywanie wysokiej glikemii
(stężenia glukozy we krwi) i uzyskiwanie energii ze spalania węglowodanów,
które jest wydajniejsze niż spalanie tłuszczów w przeliczeniu na ilość zużytego
tlenu.
Podstawy
fizjologii: ustrojowe zasoby węglowodanów
Głównym źródłem węglowodanów dla
organizmu sportowca w czasie wysiłku jest glikogen mięśniowy, szacowany na 300
do 400 g
(co odpowiada 1200-1600 kcal), następnie glikogen zgromadzony w wątrobie (75-100 g czyli 300-400 kcal) oraz w niewielkim stopniu
glukoza zawarta we krwi (około 25
g co odpowiada 100 kcal). Są to wielkości przeciętne,
nie oddające indywidualnych różnic między zawodnikami wynikającymi z budowy
ciała, stosowanej diety i rodzaju treningu.
U osób niewytrenowanych zawartość
glikogenu w mięśniach waha się w graniach od 80 do 90 mmol/kg mięśni, u
zawodników sportów wytrzymałościowych takich jak kolarstwo czy biegi
długodystansowe sięga 130-135 mmol/kg mięśni. Nasycanie węglowodanami przez
dietę wysoko węglowodanową może zwiększyć te zapasy nawet do 210-230 mmol/kg
mięśni! [Gillinick, 1989] (1 mol glukozy odpowiada 180,1 g glukozy, 1 mmol to
0,18 g glukozy).
Zapasy glikogenu w wątrobie są
odpowiedzialne za utrzymywanie stałych poziomów glukozy we krwi zarówno w
spoczynku jak podczas wysiłku. W spoczynku mózg (ośrodkowy układ nerwowy) zużywa
większość (>50%) glukozy dostępnej we krwi, natomiast mięśnie zużywają
poniżej 1/5 (<20%). Podczas wysiłku sytuacja radykalnie się zmienia: wychwyt
glukozy przez mięśnie może zwiększyć się nawet do 30 razy (w zależności od
intensywności wysiłku i czasu jego trwania). Początkowo większość glukozy
wytwarzanej przez wątrobę pochodzi z rozpadu glikogenu, jednakże wraz ze
upływem czasu trwania wysiłku, zapasy glikogenu w wątrobie zmniejszają się, a
rośnie znaczenie glukozy powstającej w procesie glukoneogenezy, czyli
syntetyzowanej z rozpadu aminokwasów. Na początku wysiłku wątrobowa produkcja
glukozy zaspokaja zwiększony wychwyt glukozy przez mięśnie. W efekcie stężenia
glukozy we krwi utrzymują się w pobliżu stężeń występujących w spoczynku. Jak
podano powyżej glikogen zawarty w mięśniach stanowi podstawowe źródło
węglowodanów dla mięśni podczas wysiłków o natężeniach powyżej 65% V02 max,
jednakże w miarę jak zasoby glikogenu w mięśniach zmniejszają się, coraz ważniejszym
źródłem węglowodanów staje się glukoza pochodząca z krwi. Podczas długotrwałych
wysiłków stężenie glukozy we krwi obniża się, gdyż wątrobowa produkcja glukozy
nie nadąża za zużyciem glukozy przez pracujące mięśnie. Rzadko który sportowiec
zdradza wówczas charakterystyczne dla hipoglikemii objawy ze strony ośrodkowego
układu nerwowego, jednakże większość sportowców odczuwa zmęczenie mięśni i musi
zmniejszyć intensywność wysiłku. Innymi słowy wyczerpanie rezerw ustrojowych
węglowodanów oraz zdolności do glukoneogenezy przez wątrobę prowadzi do
odczuwania zmęczenia mięśni.
Fizjolodzy wysiłku są zgodni, że cukry
stanowią najlepsze źródło energii dla mięśni pracujących w wysiłkach o
intensywności na poziomie 65% VO2 max i większej, a więc o
intensywności typowej np. dla treningów i zawodów kolarskich. Uważa się, że
oksydacja kwasów tłuszczowych nie zachodzi dostatecznie szybko, by być źródłem
ATP przy wysiłkach o tak dużej intensywności. Innymi słowy przy wysiłkach o
niższej intensywności (< 60% VO2 max) i wyczerpanych rezerwach
ustrojowych glikogenu paliwem mogą być tłuszcze, natomiast nie jest możliwe
kontynuowanie bardzo intensywnego wysiłku przy wyczerpaniu rezerw węglowodanów.
Zużycie glikogenu jest najszybsze na początku wysiłku i nadproporcjonalnie
rośnie przy zwiększeniu intensywności wysiłku. Występuje silna zależność między
zawartością glikogenu w mięśniach przed rozpoczęciem wysiłku, a czasem przez który
wysiłek może być kontynuowany na wysokim poziomie (≥70% V02max).