Niedawno przeprowadzone badanie rzuca nowe światło na rolę aktywności fizycznej w procesie redukcji masy ciała. Naukowcy skupili się na tym, w jaki sposób ćwiczenia wpływają na zdrowie i funkcjonowanie mięśni w warunkach ograniczonej podaży kalorii.
Jak działają mięśnie podczas intensywnego deficytu kalorycznego?
Ewolucja ukształtowała organizm ludzki w taki sposób, aby umożliwić aktywne poszukiwanie pożywienia choćby w warunkach niedoboru energii. W sytuacji głodu organizm ogranicza procesy mniej istotne dla przetrwania, takie jak wzrost czy funkcje rozrodcze, jednocześnie zachowując zdolność do lokomocji i aktywności fizycznej.
W literaturze powszechnie przyjmuje się, iż znaczny deficyt kaloryczny lub stosowanie niektórych leków odchudzających prowadzi do utraty masy mięśniowej. Wyniki niniejszego badania rzucają jednak nowe światło na ten mechanizm. W warunkach niedoboru energii połączonego z aktywnością fizyczną mięśnie nie ulegają degradacji, ale są poddawane procesowi optymalizacji. Organizm usuwa nadmiar wody oraz stare, sztywne białka tkanki łącznej i zastępuje je nowymi, funkcjonalnymi strukturami komórkowymi, w tym mitochondriami, co zwiększa wydajność mięśni.
Badanie
Naukowcy opracowali model „ekstremalnego wysiłku przy ograniczonej podaży energii”. Wykorzystali spektrometrię mas, aby zbadać, które białka mięśniowe organizm chroni, a które degraduje w warunkach deficytu energetycznego. W eksperymencie wzięło udział 10 zdrowych, aktywnych fizycznie mężczyzn, regularnie ćwiczących co najmniej trzy razy w tygodniu.
Badanie przebiegało w trzech pięciodniowych etapach. Na początku uczestnicy prowadzili normalny tryb życia i odżywiania. Następnie otrzymywali precyzyjnie obliczone posiłki pokrywające dokładnie ich dzienne zapotrzebowanie energetyczne. W końcowej fazie podaż kalorii została drastycznie ograniczona do 22% wartości z poprzedniego etapu, przy zachowaniu codziennych treningów na rowerze stacjonarnym. Posiłki były standaryzowane i składały się w 60% z węglowodanów, w 20% z tłuszczu i w 20% z białka.
W czasie badania monitorowano zmiany masy mięśniowej i tłuszczowej. Regularnie oceniano również poziomy hormonów, takich jak testosteron i insulina, oraz metabolizm spoczynkowy i wysiłkowy. Dodatkowo pobierano biopsje mięśni uda przed i po każdym etapie, a uczestnicy pili wodę oznakowaną izotopem deuteru, co pozwalało śledzić tempo syntezy i degradacji białek mięśniowych (tzw. obrót białka). Dzięki temu możliwe było ocenienie nie tylko ilości białka w mięśniu, ale także szybkości jego wymiany.
Wysiłek fizyczny a deficyt kaloryczny: kiedy organizm nie degraduje mięśni?
Najważniejszym odkryciem badania jest to, iż w warunkach ograniczonej podaży kalorii połączonej z intensywnym wysiłkiem organizm nie degraduje mięśni, ale je optymalizuje. Analiza białek mitochondrialnych wykazała, iż aż 287 z 343 badanych białek zwiększyło swoją liczebność. To sprawiło, iż mięśnie stały się bardziej „oksydacyjne”, czyli lepiej przystosowane do spalania tłuszczu i produkcji energii przy minimalnych stratach.
Co zaskakujące, organizm utrzymał syntezę kluczowych białek kurczliwych (miofibrylarnych) mimo znacznego deficytu energetycznego. To wskazuje, iż priorytetem organizmu była sprawność fizyczna, a nie oszczędzanie białka za wszelką cenę.
Badanie dostarczyło także dowodów, iż krótki, intensywny deficyt kalorii może przeciwdziałać niektórym skutkom starzenia się mięśni. Zmniejszyła się ilość białek związanych z nadmiernym włóknieniem. Jednocześnie wzrosła liczba białek stabilizujących komórki, takich jak laminina i plektyna, co poprawia ich odporność na uszkodzenia mechaniczne.
Autorzy interpretują te wyniki w kontekście tzw. teorii historii życia. W warunkach ograniczonego dostępu do pożywienia, jak u dawnych łowców, organizm musiał zachować szczytową sprawność fizyczną. W związku z tym procesy mniej istotne, takie jak wzrost masy czy nadmiar hormonów wzrostu, zostały wyciszone. Mechanizmy przetrwania natomiast, w tym wydajność mitochondrialna i jakość mięśni, zostały maksymalnie wzmocnione.
Zdrowe mięśnie pomimo deficytu kalorycznego
Badanie wnosi istotny wkład w zrozumienie mechanizmów, dzięki którym mięśnie adaptują się do jednoczesnego wysiłku fizycznego oraz ograniczenia podaży energii. Autorzy przeanalizowali te procesy na poziomie molekularnym. To pozwoliło lepiej wyjaśnić, w jaki sposób mięśnie reagują na nagły i znaczny deficyt kaloryczny przy zachowaniu aktywności fizycznej.
Eksperyment przeprowadzono na niewielkiej grupie młodych, zdrowych mężczyzn, co stanowi jedno z ograniczeń badania. W przyszłości naukowcy planują analizy obejmujące inne grupy, w tym kobiety, osoby starsze oraz osoby z chorobami metabolicznymi. Mimo tych ograniczeń uzyskane wyniki dostarczają dowodów na to, iż regularna aktywność fizyczna w trakcie redukcji masy ciała może chronić mięśnie przed niekorzystnymi zmianami strukturalnymi i funkcjonalnymi. Ponadto sugerują, iż ćwiczenia fizyczne mogą przyczyniać się do spowolnienia procesów starzenia się tkanki mięśniowej.
Wyniki badania opublikowano w czasopiśmie The FASEB Journal.
