Biochemie speciálních situací Jana Švarcová

Co jsou speciální situace??? fyziologie × patologie

Sportovní výkon – historie 5.-4. století př. n. l. válečníci, zápasníci, gladiátoři,… 1924 – Bostonský maraton (+1925) 30. a 60. léta 20. stol. – svalový glykogen (sacharidová superkompenzace) sacharidová superkompenzace (bez sportovní aktivity; 1988) vysoký příjem sacharidů → nadváha extrémní únava / hypoglykémie

Sportovní výkon – historie sacharidové energetické gely konec 80. let – BCAA zdroj energie během vytrvalostního výkonu 90. léta – TAG-střední délka řetězců - potenciálně výhodný zdroj energie při vytrvalostních výkonech (šetření sval. glykogenu) vitaminy

Energetické substráty při zátěži Rychlostní zátěž sprinty 100 – 200 m (10-20 s) zdroj energie: ATP, CP zátěž lze opakovat po krátké (min) přestávce obnova ATP a CP ATP – jediný bezprostřední zdroj energie pro sval. kontrakci (3,5 g/1 kg svalu)

Energetické substráty při zátěži Rychlostně-vytrvalostní zátěž běh 400 m (45-60 s) obnova ATP z CP a Glc anaerobní glykolýza (krátká doba trvání a vyšší intenzita zátěže) maximální výkon × obnova ATP ze sacharidových zdrojů (cca 10× pomalejší než z CP) tvorba laktátu – opakování zátěže po 1 dni odpočinku

Energetické substráty při zátěži Krátkodobá vytrvalostní zátěž běh 800 m (105-120 s) hl. zdrojem k obnově ATP - glukóza anaerobní glykolýza začíná se uplatňovat aerobní glykolýza regenerace 1-2 dny

Energetické substráty při zátěži Střednědobá vytrvalostní zátěž běh 1500 - 5000 m (3:30-13 min) po 2 min zátěže aerobní glykolýza přesahuje 50 % hl. zdrojem k obnově ATP – glukóza (aerobní glykolýza) regenerace 2-3 dny

Energetické substráty při zátěži Dlouhodobá vytrvalostní zátěž běh 5000 m až 21 km (13-60 min) hl. zdrojem k obnově ATP – zpočátku glukóza (aerobní glykolýza) cca po 20-30 min se začíná uplatňovat lipolýza s prodlužující se zátěží podíl lipolýzy narůstá anaerobní práh – pokles výkonu (↓rychlosti) rychlost resyntézy ATP z lipidových zdrojů – cca 20× pomalejší než z CP (a 2× pomalejší než ze sacharid. zdrojů) regenerace 3-4 dny

Energetické substráty při zátěži Velmi dlouhá vytrvalostní zátěž maraton - 42,5 km a více (2 a více hod.) hl. zdrojem k obnově ATP – glukóza (aerobní glykolýza), β-oxidace MK cca po 90 min se zapojují i AMK a glukoneogeneze míra využívání sacharidů / lipidů – závisí na intenzitě zátěže; (nestálost – běh do kopce, finiš, …) čím vyšší trénovanost, tím více je šetřen glykogen (a tím více jsou spalovány tuky) → tím větší schopnost organizmu oddálení únavy a vyčerpání snaha sportovce – vytvoření zásob glykogenu podpora – AMK a BCAA před začátkem závodu regenerace 7 dní

Energetické substráty při zátěži

Energetické substráty při zátěži

Laktátová křivka LA je základem pro stanovení zátěžových zón vyjadřuje schopnost svalů zpracovávat tuk jako přednostní palivo, recyklovat laktát a tím šetřit sacharidy jako kritický zdroj energie

Výživa vytrvalostních sportovců hlavním zdrojem Glc – glykogen nesportovci 250-350 g svalového glykogenu trénovaní vytrvalci 400-700 g svalového glykogenu vytrvalci – adaptace na výrazné kolísání množství glykogenu → svalové b. v klidu – větší zásoby glykogenu Kompenzace ztrát svalového glykogenu (za 1 hodinu tréninku) sacharidy [g] = 3 × tělesná hmotnost [kg] za každou další hodinu tréninku: + 100 g

Glykemický index Index vstřebávání sacharidů do krve (číselný údaj, který vyjadřuje účinek této potraviny na zvýšení hladiny cukru v krvi ve srovnání s referenční potravinou tj. glukózou) čím vyšší GI, tím rychleji stoupá hladina cukru v krvi a naopak nezaměňovat s ⇊ / ⇈ obsahem sacharidů (a s kalorickou hodnotou) výše indexu - ovlivněna vzájemným poměrem sacharidy / tuky / bílkoviny, obsah vlákniny (zpomaluje využití cukrů), způsob zpracování potravy, kyselost potravin (kyseliny GI snižují) a samozřejmě velikost porce potřeba rychlé obnovy zásob sval. glykogenu (např. etapové závody) - potraviny vyšší GI

Výživa před vytrvalostním výkonem 3-5 h před startem složení: dostatečné množství sach. (200-350 g; ∼3-5 g/kg); ↓tuku; ∼20 g bílkovin polysach. svačiny / gely ! nízký GI

Sacharidová superkompenzace výhodná u závodů – délka trvání 2h sportovec několik dní před závodem sníží příjem sacharidů při vysoké tréninkové zátěži, v následujících dnech pak zvýší příjem sacharidů a sníží tréninkovou zátěž → větší zásoby glykogenu

Výživa po vytrvalostním výkonu 30 min po skončení výkonu – tekutiny, minerály individuálně 30-90 min po skončení závodu – potraviny s vysokým GI doplnění bílkovin – cca 0,5 g/1 kg tělesné hm. příp. druhá večeře (etapové závody) – polysacharidy

Doplňky stravy Karnitin hl. význam – dodávka energie koster. svalům 25 % syntéza z Met a Lys 75 % z potravy (maso, mléčné výrobky) hl. význam – dodávka energie koster. svalům Karnitin a sportovní výkon podání 2 g karnitinu (jednorázově / 4 týdny) – zvýšení VO2max konc. karnitinu ve svalech se zvýší po 4-6 týdnech užívání zvýšení utilizace tuků a šetření sval. glykogenu protektivní účinek na sval. buňky doporučená dávka – 1-3 g denně

Doplňky stravy Kofein do 1.1.2004 – na seznamu podmíněně zakázaných látek (doping – v moči > 12 μg/ml) stimulace: mozkové činnosti → oddálení/zmírnění duševní únavy, ospalosti srdeční činnosti - tachykardie, zvýšení kontraktility myokardu nejvýznamnější účinek – vyšší dávky před zátěží → pokles glykogenolýzy (v prvních 15 min) → zvýšení lipolýzy ⇒ šetření svalového glykogenu (a zvýšení výkonu) dávkování – 6 mg/kg tělesné hm. 1 h před výkonem nežádoucí účinky – nespavost, bolesti hlavy, žaludeční hypersekrece, zvýšená diuréza(možná následná dehydratace), svalový třes

Doplňky stravy Bikarbonát (jedlá soda NaHCO3) neutralizace kyselin (lokálně v jícnu) potlačení metabolické acidózy (velmi intenzivní krátkodobá zátěž n. překročení anaerobního prahu při vytrvalostním výkonu) zvýšení extracelulár. pufr. kapacity → sval může vyprodukovat více laktátu → opožděný nástup únavy během anaerobního výkonu dávkování – 300 mg/kg tělesné hm. 1 h před výkonem nežádoucí účinky – nevolnosti, zvracení → náhrada: citrát sodný

Doplňky stravy Ketokyseliny regenerace po vyčerpávajícím vytrvalostním výkonu → detoxikace dusíkatých látek zvýšení AMK poolu (→ podpora proteosyntézy – obnova sval. buněk) dávkování – 3 g/50 kg váhy do 30 min po výkonu urychlení regenerace – ornitinketoglutarát, ketoisokapronát, α-ketoglutarát

Doplňky stravy Větvené AMK (BCAA) leucin, izoleucin, valin anabolický a antikatabolický účinek Podání před sportovním výkonem: silový sportovci - anabolický a antikatabolický účinek vytrvalostní výkon – zdroj energie, snížení pocitu únavy (kompetice BCAA s tryptofanem při přestupu HEB → snížení tvorby serotoninu), léčba sy. přetrénování, zlepšení výkonu v horkém klimatu, zvýšení anaerobního prahu (VO2AT/kg) dávkování – 3 g/50 kg váhy do 30 min po výkonu dlouhodobé podávání – stimulace proteosyntézy prostřednictvím GH syrovátková bílkovina (WP-whey protein) – nejbohatší zdroj BCAA

Doplňky stravy Koenzym Q10 Peter Mitchell - Nobelova cena 1978 úloha Q10 při produkci energie v buňkách tvorba a recyklace ATP snížení únavy a snížení oxidačního poškození buněk dávkování – 60-500 mg denně; podle intenzity tréninku

Pitný režim 70. léta minulého stol. zanedbání pitného režimu ⇒ zvýšení konc. metabolitů, rychlejší únavnost, prodloužená doba regenerace, pokles fyzické výkonnosti chronický nedostatek tekutin → ⇊ tvorba EPO, zhoršení psych. koncentrace, bolesti hlavy, zácpa; ledvinové n. žlučové kameny

Pitný režim obsah vody v těle – 42 l (60 % těl. hm) denní obrat 2-4 l obrat – př.: sportovec, 70 kg. Příjem tekutin: 1600 ml nápoje, 1000 ml potraviny, cca 400 ml tzv. metabolická voda (přeměna l.). Výdej: 1400 ml moč, 500 ml kůže, dýchání 300 ml, stolice 100 ml. Pocení – variabilní složka výdeje – 100-1400 ml. intenzita pocení – klima (teplota, vlhkost vzduchu, nadm.výška), objem fyz. aktivity, % těles. tuku a fyzické zdatnosti

Pitný režim dehydratace ztráta tekutin ∼1 % těl. hm.- mírný ↑těl. teploty 1-2 % těl. hm. (cca 1 l) – zhoršení výkonu (rychlost, síla, vytrvalost, obratnost) teprve při tomto stupni odvodnění se dostaví žízeň! 5 % těl. hm. – křeče, třes, suchost jazyka, pocit na zvracení, tachykardie; pokles výkonu o 20-30 % 6-10 % těl. hm. – závratě, bolesti hlavy, pocit vyčerpání, halucinace, zastavena tvorba moče a potu, horečka, otoky jazyka, selhání oběhu a ohrožení života

Pitný režim Hyponatremie vyvolaná sportem, hyperhydratace („otrava vodou“) příčina vzniku – pití hypotonických roztoků (kt. není úměrné výkonu a ztrátám minerálů pocením) ohroženy hl. ženy s nižší výkonností a příjmem tekutin během závodu > 1000-1500 ml/h mírná forma EAH (Na 130-135 mmol/l) – zmatenost, ztráta orientace, omezena tvorba moče a ↑těl. hm. během závodu těžká forma EAH (Na < 120 mmol/l) – prohloubení zmatenosti, ztráta orientace, změny chování (agresivita), počáteční příznaky oběh. selhání, zvracení, bolesti hlavy, křeče, snížena kožní citlivost první pomoc: 100 ml 3% roztoku NaCl (v průběhu 10 min) (EAH – exercise-associated hyponatremia)

Pitný režim Iontové nápoje sodík, draslík doplnění hořčíku až po sportovním výkonu (tlumivé sedativní účinky) přídavek glukózy n. řepného cukru (zdroj energie) častý obsah vit., vápníku, stopových prvků – bez významu příprava: 1 l vody, 2 g kuchyňské soli, 0,5 g draslíku (= šťáva z jednoho grapefruitu), 60 g řepného cukru (cca 1 polévková lžíce)

Pot hypotonický roztok sodík 20-80 mmol/l draslík 1-2 mmol/l horčík < 0,2 mmol/l zanedbatelné množství Ca a stopových prvků kompenzace hypotonickými nápoji!! (mají nižší OSM než fyziolog.roztok) rychlé vstřebávání z tráv. ústrojí × hypertonický roztok – potřeba ředění ve střevě vodou z vnitřního prostředí ⇒ prohloubení dehydratace při výkonu

Pocení a dehydratace intenzita zátěže + teplé prostředí – míra pocení může dosahovat 1-3 l/h (⇒nedostatečné doplňování tekutin) ↑riziko dehydratace – vlhké prostředí (omezeno odpařování ⇒ snížená schopnost ochlazování) = kompenzace potem !! vlhkost, mírná teplota

Pitný režim křeče prevence: příčina: dehydratace, dysbalance minerálů (Na, Mg, K, Ca), nedostatek vit. E, vyčerpání sval. glykogenu, přehřátí, nadbytek laktátu prevence: správný pitný režim přiměřený obsah soli (před výkonem 2 g soli do sklenice vody) Ca nepatří do PR; ztráty potem minimální glykogenová superkompenzace substituce Mg a vit. E chronický nedostatek Mg – ztráty potem značné (nelze plně hradit během výkonu) populace ČR – chron. nedostatek vit.E 4 mg/denně (× 12-15 mg denně, DDD)

Pitný režim během výkonu max 800 ml/h rozdělit do několika menších dávek (150-200 ml) iontový nápoj II: příprava tzv. třetinové pravidlo 1/3 lehká minerálka; 1/3 voda; 1/3 džus (100%) po výkonu – možností více obecně čím delší doba uplynula od konce výkonu, tím více cukrů a minerálů mohou nápoje obsahovat

Reakce na zátěž - Biomarkery intenzita zátěže velmi dlouhá vytrvalostní zátěž → změny hodnot krevních markerů ∼ poranění / patologie intenzita zátěže × trénovanost

Reakce na zátěž - Biomarkery Hormonální podnětů (od začátku zátěže) → ⇈ RBC (vyplaveny z kostní dřeně) déletrvající zátěž – provázená ztrátou tekutin → relativní ⇈ počtu RBC (hemokoncentrace) hodnoty hematokritu – nárůst až 50 – 55 % ⇈ srážlivost

Reakce na zátěž - Biomarkery katecholaminy (a ostatní hormony) adrenalin (400-800 pmol/l → >3500 pmol/l) noradrenalin (1700-2800 pmol/l → >20 000 pmol/l Glc (~ 6,5 mmol/l → <3 mmol/l) laktát (~0,5-1,5 mmol/l → >20 mmol/l) hematokrit – RBC (+agregace) hemolýza – běh-dlouhé vzdál. / tvrdý podklad

Reakce na zátěž - Biomarkery kardiální markery cTn; CK; BNP markery svalového poškození CK, myoglobin markery jaterního onemocnění GGT; AST; LDH

Reakce na zátěž zvýšené kardiovaskulární riziko trombocyty - aktivace/zmnožení oxidativní poškození katecholaminy aterosklerotické změny ↑ TK

Infarkt – rizikové faktory kardiovaskulární onemocnění v RA variantní formy genů dědičnost – např. PLA2 nositelé genu - infarkty v nižším věku PLA2 – Grinkův faktor pojmenování podle Sergeje Grinkova, který zemřel v roce 1995 (ve věku 28 let); masivní infarkt myokardu a průkaz PLA2 g. varianty

Děkuji za pozornost.

Seznam použité literatury Vilikus Z. a kol.: Výživa sportovců a sportovní výkon; Karolinum 2013 Bird SR., Linden M., Hawley JA.: Acute changes to biomarkers as a consequence of prolonged strenuous running; Ann Clin Biochem. 2014; 51(Pt 2):137-50. Pesta DH., Angadi SS., Burtscher M., Roberts CK.: The effects of caffeine, nicotine, ethanol, and tetrahydrocannabinol on exercise performance; Nutr Metab (Lond). 2013; 10(1):71. Radovanovic D., Bratic M., Nurkic M., Cvetkovic T., Ignjatovic A., Aleksandrovic M.: Oxidative stress biomarker response to concurrent strength and endurance training; Gen Physiol Biophys. 2009; 205-11. IRA WOLINSKY, JUDY A. DRISKELL: SPORTS NUTRITION, Energy Metabolism and Exercise. CRC Press (2008).