КОМПОЗИЦИЯ И СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ СКОРОСТИ РЕСИНТЕЗА МЫШЕЧНОГО ГЛИКОГЕНА ПОСЛЕ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ
COMPOSITION AND METHOD FOR INCREASING RATE OF MUSCULAR GLYCOGEN RESYNTHESIS AFTER PHYSICAL ACTIVITY

Настоящее изобретение относится к применению комбинированного перорального введения кофеина с углеводом для увеличения скорости ресинтеза мышечного гликогена после интенсивной физической нагрузки.
Эндогенный углевод в форме мышечного гликогена является основным источником энергии во время как длительной непрерывной физической нагрузки умеренной интенсивности (более 90 минут), так и интенсивной прерывистой физической нагрузки, характерной для многих командных видов спорта (Mclnerney P, Lessard S.J., Burke L.M., CoffeyV.G., Lo Giudice S.L, Southgate R.J., Hawley J.A., Failure to repeatedly supercompensate muscle glycogen stores in highly trained men. Med Sci Sports Exerc. 37:404-411, 2005). Поэтому важной целью для индивидуумов, вовлеченных в такие виды активности, является достижение высоких уровней мышечного гликогена перед началом физической нагрузки.
Восстановление запасов мышечного гликогена после физической нагрузки является ключевым моментом для восстановления последующей физической активности. Когда после интенсивной активности потребляется адекватное количество углеводов (то есть 10 грамм углевода на килограмм массы тела в день), восстановления мышечного гликогена можно достичь в пределах 24-36 часов. Однако стратегии питания для быстрого восстановления мышечного гликогена в пределах короткого периода времени (например, менее 12 часов) не достаточно хорошо определены. Сообщают, что для атлетов, занимающихся спортом, предусматривающим многократные повторения физической нагрузки в пределах коротких периодов времени, полезным было бы определение нормативов по питанию, которые обеспечивали бы максимальную скорость накопления мышечного гликогена в часы сразу после физической нагрузки (Jentjens R., Jeukendrup A. Determinants of post-exercise glycogen synthesis during short-term recovery. Sports Med. 33:117-144, 2003).
Кофеин использовали в качестве вспомогательного средства, способствующего восстановлению работоспособности, в многочисленных спортивных ситуациях (Graham Т.Е. Caffein and Exercise: metabolism, endurance and performance. Sports Med. 31:785-807, 2001). Последнее исследование Yeo et al. (Yeo SE, Jentjens RL, Wallis GA, Jeukendrup AE. Caffein increases exogenous carbohydrate oxidation during exercise. J Appl Physiol 99:844-50) показало, что совместный прием кофеина и глюкозы во время физической нагрузки приводит к усилению окисления глюкозы в мышцах на 26%, в то время как другие исследователи обнаружили, что кофеин играет определенную роль в изменении выбора субстрата мышцами (Graham Т.Е. Caffeine and Exercise: metabolism, endurance and performance. Sports Med. 31:785-807, 2001). Все эти работы свидетельствуют о том, что кофеин может усиливать способность к физической нагрузке и играет большую роль в изменении энергетического обмена веществ.
Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что кофеин при его введении с углеводом способен усиливать восстановление запасов энергии в мышцах путем увеличения скорости ресинтеза гликогена после физической нагрузки по сравнению с введением одного углевода.
Соответственно, предложено применение кофеина и углевода в изготовлении питательной композиции для перорального введения после физической нагрузки для увеличения скорости ресинтеза мышечного гликогена.
Подходящие источники кофеина (метилксантина) включают как кофеин, полученный синтетическим путем, так и кофеин, присутствующий естественным образом в таких продуктах, как кофе, чай, какао, орех колы, гуарана, матэ и другие встречающиеся в природе растительные источники и их смеси.
Кофеин для применения в настоящем изобретении предпочтительно является синтетическим и более предпочтительно находится в форме безводного кофеина.
Пригодные питательные композиции для применения в настоящем изобретении содержат от 0,001 до 0,5% по массе кофеина.
Подходящие источники углевода включают, без ограничения ими, глюкозу, сироп глюкозы, сироп глюкозы-фруктозы, сахарозу, мальтозу, лактозу, фруктозу, мальтодекстрины, крахмалы, олигосахариды и другие полисахариды и их смеси.
Пригодные питательные композиции для применения в настоящем изобретении содержат от 1 до 90% по массе углевода.
Питательная композиция для применения в настоящем изобретении может быть в форме напитка, в частности напитка, который готов к употреблению, с 0,001-0,5% по массе кофеина и 1-40% по массе углевода. Более предпочтительно композиция имеет форму готового к употреблению напитка с 0,01-0,2% по массе кофеина и 2-25% по массе углевода. Напитки могут быть негазированными или газированными.
Питьевые композиции для применения в настоящем изобретении могут также быть в форме твердого вещества или жидкого концентрата для разведения жидкостью для получения напитка, который является готовым к употреблению.
Композиция, представляющая собой твердый концентрат, может быть в форме порошка для разведения в жидкости, обычно воде, перед употреблением. Порошковая композиция в концентрате может содержать от 0,005 до 0,5% по массе кофеина и от 1 до 90% по массе углевода. Например, 39 г порошковой композиции при разведении в 500 мл воды могут содержать от 0,001 до 0,2% по массе кофеина и от 2 до 25% по массе углевода.
Питательные композиции для применения в настоящем изобретении могут также быть в форме съедобного твердого вещества, такого как таблетка или питательная плитка, либо в полужидкой форме, такой как гель.
Композицию в форме таблетки можно растворять или диспергировать в воде перед употреблением или можно принимать прямо без растворения или диспергирования в воде. Например, таблетка массой 3,5 г может содержать от 0,001 до 0,2% по массе кофеина и от 10 до 90% по массе углевода.
Питательная плитка может представлять собой композицию на основе злаков, предназначенную для обеспечения энергией. Например, композиция в форме питательной плитки массой 50 г, может содержать от 0,001 до 0,5% по массе кофеина и от 10 до 80% по массе углевода.
Гелевая композиция может быть приготовлена в виде однократной дозы для употребления, за которым может удобным образом следовать употребление жидкости, обычно воды. Альтернативно гелевую композицию можно перед употреблением растворять или диспергировать в воде. Например, гелевая композиция массой 45 г может содержать от 0,001 до 0,5% по массе кофеина и от 10 до 80% по массе углевода.
Преимуществом композиций для применения согласно настоящему изобретению является то, что скорость ресинтеза мышечного гликогена может быть увеличена вплоть до 66% по сравнению с приемом одного углевода после физической нагрузки, истощающей запасы гликогена.
В дополнительном аспекте настоящего изобретения предложен способ активации ресинтеза мышечного гликогена после физической нагрузки, истощающей запасы гликогена, включающий прием питательной композиции, содержащей кофеин и углевод.
Композиции для применения в настоящем изобретение могут дополнительно содержать ингредиенты, обычно используемые в области питательных композиций.
Краткое описание графических материалов
На Фиг.1 представлены графики концентраций глюкозы и инсулина в плазме крови в течение 4 часов после физической нагрузки.
На Фиг.2 представлен график концентрации кофеина в плазме в течение 4 часов после физической нагрузки.
На Фиг.3 представлено содержание гликогена в мышцах в течение 4 часов после физической нагрузки.
На Фиг.4 представлена скорость ресинтеза мышечного гликогена после физической нагрузки.
Настоящее изобретение проиллюстрировано нижеследующими неограничивающими примерами.
Методы
Восемь тренированных велосипедистов участвовали в исследовании, которое было одобрено Этическим комитетом Мельбурнского королевского технологического института (RMIT University, Мельбурн, Австралия). Каждый субъект участвовал в двух экспериментальных испытаниях с промежутком от 7 до 10 суток. Испытания были рандомизированными и двойными слепыми. Приблизительно за 12-14 часов перед каждым испытанием субъектов направляли в лабораторию для проведения 90-минутных интенсивных сеансов езды на велосипеде (многократные спринты) для истощения запасов мышечного гликогена. Затем субъекты получали стандартизованное питание с низким содержанием углеводов (60% энергии из жира) и должны были воздерживаться от твердых питательных продуктов в течение последующих 12-14 часов. В течение этого периода воду давали без ограничений.
На следующее утро между 06:00 и 07:00 часами субъектов направляли в лабораторию. После периода отдыха в 10 минут в правое предплечье вводили постоянную канюлю и отбирали пробу крови в состоянии покоя. Кожу субъектов подвергали локальной анестезии, чтобы подготовить подкожную ткань и фасции внешней части латеральной широкой мышцы бедра правой ноги субъектов к биопсии мышцы.
После получения биопсии давали истощающую физическую нагрузку (субмаксимальная непрерывная езда на велосипеде) для дополнительного истощения запасов мышечного гликогена. Протокол истощающей езды на велосипеде был ранее описан Mclnerney et al. (Mclnerney P., Lessard S.J., Burke L.M., Coffey V.G., Lo Giudice S.L, Southgate R.J., Hawley J.A. Failure to repeatedly supercompensate muscle glycogen stores in highly trained men. Med. Sci. Sports Excer. 37:404-411, 2005). Во время физической нагрузки субъектам обеспечивали свободный доступ к воде без ограничений и вентиляторное охлаждение.
Лабораторные условия были стандартизированы для тестов при 50%-ной относительной влажности и температуре 20°С. Немедленно по завершении физической нагрузки, пока субъекты еще оставались сидеть на велоэргометре, брали биопсию мышцы и замораживали ее в пределах 15 секунд после последнего сокращения мышцы. После биопсии субъекты сходили с велоэргометра и отдыхали в положении лежа на спине. Во время одного испытания субъекты получали 1 г/кг массы тела (МТ) углевода немедленно по прекращении физической нагрузки и затем по 1 г/кг МТ углевода через 60, 120 и 180 минут восстановления (в сумме 4 г/кг МТ углевода). Во втором испытании субъекты следовали тому же режиму приема углевода, но в дополнение принимали 4 мг/кг МТ кофеина немедленно по прекращении физической нагрузки и затем через 120 минут во время восстановления. Пробы крови брали через регулярные интервалы на протяжении периода восстановления (0, 30, 60, 90, 120, 180 и 240 минут). Мышечные биопсии брали немедленно после прекращения физической нагрузки и через 1 и 4 ч восстановления. Все пробы мышц хранили перед анализом при -80°С.
Анализ
Пробы крови анализировали на концентрации глюкозы и инсулина в плазме в состоянии покоя и через регулярные интервалы во время восстановления. Протоколы анализа крови являются рутинными и описаны ранее (Mclnerney P., Lessard S.J., Burke L.M., Coffey V.G., Lo Giudice S.L., Southgate R.J., Hawley J.A. Failure to repeatedly supercompensate muscle glycogen stores in highly trained men. Med. Sci. Sports Excer. 37:404-411, 2005). Уровни кофеина в плазме анализировали посредством высокоэффективной жидкостной хроматографии. Пробы мышц анализировали на содержание гликогена немедленно после физической нагрузки и через 1 и 4 часа восстановления.
Результаты
Концентрации глюкозы и инсулина в крови
Концентрации глюкозы и инсулина в крови представлены в Таблице 1 и на Фиг.1. Между уровнями глюкозы или инсулина в крови в состоянии покоя и немедленно после физической нагрузки значительных различий не было. Как и следовало ожидать, уровни глюкозы в крови значительно возрастали в пределах 30 мин приема углевода после прекращения физической нагрузки в обоих испытаниях (Р<0,05). Однако прием кофеина с углеводом приводил к значительно большей площади под кривой зависимости концентрации инсулина от времени по сравнению с приемом одного углевода (Р<0,05).
Таблица 1
Концентрация глюкозы и инсулина в плазме крови в течение 4 часов после физической нагрузки
Концентрация глюкозы в плазме и инсулина в плазме крови
Глюкоза [ммоль/л)
Инсулин (мкЕд/мл)
Время (ч)
Группа обработки
Группа обработки
Плацебо
Кофеин
Плацебо
Кофеин
Покой
3,93
4,04
8,30
9,36
0
3,49
3,62
4,26
4,17
0,5
6,05
6,06
24,35
30,17
1
5,94
6,29
24,49
29,23
1,5
5,35
5,95
34,97
46,33
2
5,70
5,58
34,00
46,02
3
4,70
5,24
44,28
68,53
4
4,56
5,23
36,78
46,91
Концентрации кофеина в плазме крови
Концентрации кофеина в плазме крови представлены в Таблице 2 и на Фиг.2. Все субъекты воздерживались от приема кофеина перед испытанием, что подтверждено отсутствием кофеина в пробах крови в состоянии покоя. Как и предполагалось, углевод и кофеин приводили к значительному увеличению уровней кофеина в плазме крови, так что через 1 ч эти величины достигали 30 мкмоль/л и через 4 ч доходили до приблизительно 80 мкмоль/л (Р<0,001).
Таблица 2
Концентрация кофеина в плазме крови в течение 4 часов после физической нагрузки
Концентрация кофеина в плазме (мкМ)
Группа обработки
Время (ч)
Плацебо
Кофеин
Покой
0,00
0,00
0
0,00
0,00
1
0,00
31,52
4
0,00
77,86
(Поскольку плацебо не содержит кофеина, то в этом случае нет увеличения концентрации кофеина в плазме, поэтому график для плацебо на Фиг.2 отсутствует).
Мышечный гликоген
-1
При истощении уровни мышечного гликогена составляли приблизительно 80 ммоль·кг сухой массы при отсутствии существенных различий между двумя испытаниями (74±21 против 76±9 ммоль/кг) для плацебо и кофеина соответственно. После 1 ч восстановления содержание мышечного гликогена возрастало на сходную величину (приблизительно 80%) в обоих испытаниях (121±9 против 149±18 ммоль/кг сухой массы для плацебо (PL) и кофеина (CAFF) соответственно. Однако после 4 ч восстановления совместный прием кофеина с СНО приводил к значительно более высоким уровням гликогена (313±26 против 234±20 ммоль/кг сухой массы, Р<0,001). Соответственно, скорости синтеза мышечного гликогена в пределах 1-4 ч были значительно выше (66%) в CAFF, чем в PL (57,7±7,6 против 38,0±3,2 ммоль/кг/ч; Р<0,05) (Таблица 3 и Фиг.3).
Соответственно, средняя скорость ресинтеза в течение 4 часов восстановления была значительно выше при использовании CAFF по сравнению с PL (57,71±7,6 против 38,02×3,2 ммоль/кг/ч; Р<0,05; 66%), (Таблица 4 и Фиг.4).
Таблица 3
Содержание мышечного гликогена в течение 4 часов после физической нагрузки
Содержание мышечного гликогена (ммоль/кг сухой массы)
Группа обработки
Время (ч)
Плацебо
Кофеин
0
74
76
1
121
149
4
234
313
Таблица 4
Скорость ресинтеза мышечного гликогена после физической нагрузки
Скорость ресинтеза мышечного гликогена (мм/кг·ч, сухая масса)
Группа обработки
Время
Плацебо
Кофеин
0-1 ч
65,19
63,52
1 ч -4 ч
29,70
57,69
Вывод
Результаты настоящего исследования показывают, что совместный прием кофеина с углеводом приводит к значительно более высоким скоростям ресинтеза мышечного гликогена, по сравнению с приемом одного углевода. Эти результаты являются новыми в области метаболизма мышц и прикладного питания.
Пример 1
Таблица 5
Состав спортивного напитка - 2% по массе углеводов, 0,01% по массе кофеина
Ингредиент
г/л
% по массе
Жидкая смесь углеводов, приблизит. 70% по массе твердых веществ
28,41
2,818
Кофеин
0,1
0,01
Лимонная кислота
4,66
0,462
Регулятор кислотности
2,02
0,200
Консервант
0,37
0,0370
Подсластитель
0,213
0,0213
Аскорбиновая кислота
0,24
0,024
Камедь
0,36
0,036
Замутняющий агент
0,4
0,040
Корригент
0,16
0,016
Краситель
0,004
0,0004
Вода
до 11
до 100%
Пример 2
Таблица 6
Состав спортивного напитка - 8% по массе углеводов, 0,1% по массе кофеина
Ингредиент
г/л
% по массе
Жидкая смесь углеводов, приблизит. 70% по массе твердых веществ
117,5
11,374
Кофеин
1,03
0,100
Лимонная кислота
4,66
0,451
Регулятор кислотности
2,02
0,196
Консервант
0,37
0,0370
Подсластитель
0,213
0,0213
Аскорбиновая кислота
0,24
0,0234
Камедь
0,36
0,035
Замутнитель
0,4
0,040
Корригент
0,16
0,016
Краситель
0,004
0,0004
Вода
до 11
до 100%
Пример 3
Таблица 7
Состав спортивного напитка - 25% по массе углеводов, 0,2% по массе кофеина
Ингредиент
г/л
% по массе
Жидкая смесь углеводов, приблизит. 70% по массе твердых веществ
392,0
35,382
Кофеин
2,20
0,200
Лимонная кислота
4,66
0,424
Регулятор кислотности
2,02
0,183
Консервант
0,37
0,034
Аскорбиновая кислота
0,24
0,022
Камедь
0,36
0,033
Замутнитель
0,40
0,036
Корригент
0,16
0,015
Краситель
0,004
0,0004
Вода
до 11
до 100%