Matabolizam ugljenih hidrata

Postoje razni tipovi ugljenih hidrata i svaki tip se u našem organizmu tretira na drugačiji način. Na primer, i grukoza i mekinje su ugljeni hidrati, ali se nalaze na različitim krajevima energetskog spektra. Glukoza u krvotog ulazi brzo i podstiče brzo i intenzivno lučenje insulina, dok energija iz mekinja nikada ne dospeva u krvotok zbog toga što su one nesvarljive i imaju tendenciju da ublaže insulinski odgovor time što usporavaju tempo kojim drugi izvori energije ulaze u krvotok. Razlike između ugljenih hidrata ukazuju na to da sportisti treba pažljivo da razmotre koji su tipovi ugljenih hidrata najbolji u različitim okolnostima. Glukoza je osnovni izvor energije za mišićnu aktivnost i što je veći intenzitet vežbanja, to je i veće oslanjanje na glukozu kao energetsko gorivo. Kad se glukoza potroši, sportista prestaje sa intenzivnim vežbanjem. Dakle jedan od glavnih ciljeva sportske ishrane jeste da se spreči da se glukoza potroši. Održavanje količine ugljenih hidrata na zadovoljavajućem nivou je veoma problematično jer, za razliku od proteina ili masti, ljudi imajiu ograničen kapacitet za deponovanje ugljenih hidrata. Adekvatan unos ugljenih hidrata postaje još značajniji pri vrlo visokim nivoima intenziteta vežbanja, jer se energetski metabolizam maksimalno oslanja na ugljene hidrate kao izvor energije za mišiće. Uprkos višegodišnjim istraživanjima kojima je potvrđivan značaj dostupnosti ugljenih hidrata za održavanje izdržljivosti i mentalnih funkcija, mnogi sportisti i dalje veruju da su proteini najvažnije hranljive materije za postizanje uspeha u sportu. Iako su svi esencijalni nutrijenti važni, unos adekvatne količine ugljenih hidrata u pravo vreme optimizira ograničene rezerve ugljenih hidrata, omogućava bolji prenos uglenih hidrata do mozga i poboljšava parametre mišićne i opšte izdržljivosti. Radi poređenja, prekomeran unos proteina, što se često dešava među amaterskim i profesionalnim sportistima, nema mnogo uticaja na poboljšanje sportskih rezultata.

Tipovi ugljenih hidrata

Nemaju svi ugljeni hidrati isti oblik, funkciju i uticaj na zdravlje. Osnovna jedinica svih ugljenih hidrata su monosaharidi, jednomolekularni ugljeni hidrati. Monosaharidi obično imaju 6 atoma ugljenika i, mada samo neznatno variraju u međusobnom brojčanom odnosu kiseonika i vodonika, te suptilne varijacije su često uzrok važnih metaboličkih razlika. Osnovna metabolička jedinica ljudskih ćelija je monosaharih glukoza; ostali monosaharidi se raznovrsnim biohemijskim procesima u ljudskim ćelijama transformišu u glukozu. Broj monosaharida vezanih u veće molekularne jedinice je glavni osnov za klasifikaciju tipova ugljenih hidrata.

Svaki od tri glavna monosaharida (glukoza, fruktoza i galaktoza) ima drugačije karakteristike rastvorljivosti, slatkoće i reaktivnosti sa okruženjem hrane u kojem se nalazi. Sa izuzetkom fruktoze, koja je sve više široko zastupljena u raznim vrstama obrađenih namirnica kao visokofruktozni (kukuruzni) zaslađivač, većina monosaharida u sastav hrane ulazi kao produkt razlaganja disaharida, dvomolekularnih ugljenih hidrata (koji se sastoje od dva vezana monosaharida).

Postoje tri glavna disaharida – saharoza, maltoza i laktoza, od kojih svaki sadrži drugačiju kombinaciju monosaharida (tabela 1.3). Monosaharidi i disaharidi se zajedno nazivaju prosti ugljeni hidrati (šećeri) , dok se polisaharidi često nazivaju složeni ugljeni hidrati. Ugljeni hidrati koji ne podležu procesima varenja u gastroinstestinalnom sistemu su po tipu složeni ugljeni hidrati i često se nazivaju dijetnim vlaknima. Šećeri (disaharidi i monosaharidi) imaju različite karakteristike slatkoće, s tim što je fruktoza najslađa, zatim slede saharoza, glukoza i laktoza (koja je najmanje slatka). Međutim šećeri se razlikuju po osećaju koji stvaraju u ustima i po rastvorljivosti (npr. fruktoza je manje rastvorljiva od saharoze), a sve to utiče na proizvođače hrane kada biraju koje će šećere koristiti u izradi namirnica, Sportistima je sada na raspolaganju čitav niz napitaka među kojima mogu da biraju najoptimalniji, a svaki sadrži drugačiju razmeru monosaharida i disaharida, čime proizvođači pokušavaju da postignu najbolju kombinaciju ukusa, tolerancije u crevima, optimalnu brzinu želudačnog pražnjenja, nadoknadu elektrolita i dopremanje energije potrebne aktivnim mišićima.

Metabolizam ugljenih hidrata

Ljudi mogu da deponuju približno 350g (1400kcal) ugljenih hidrata u obliku mišićnog glikogena, dodatnih 90 grama (360kcal) u jetri, kao i malu količinu glukoze koja cirkuliše u krvi (oko 5 grama ili 20kcal). Što je veća mišićna masa to su veće potencijalne rezerve mišićnog glikogena, ali raste i potencijalna potreba za energetskim gorivom.

Organizam čoveka ima nekoliko mehanizama za održavanje nivoa glukoze u krvi (glikemije) u okviru relativno malog raspona (3-5mmol/L), pre svega uz pomoć insulina i glukagona. Insulin i glukagon su hormoni pankreasa koji deluju sinergistički, čime pomažu kontrolu glikemije. Preterana produkcija insulina može dovesti do hipoglikemije (niska koncenracija glukoze u krvi), stanja koje, između ostalog, izaziva preteranu proizvodnju i akumulaciju masti; nedovoljna produkcija insulina uzrokuje hiperglikemiju (visoka koncentracija glukoze u krvi) i pojavu šećerne bolesti (dijabetesa).

Insulin luče beta-ćelije pankreasa, dok glukagon luče alfa-ćelije pankreasa. Stimulus za lučenje insulina je visok nivo glukoze u krvi – što je viši nivo glukoze, snažniji je insulinski odgovor. Ipak pankreas nesprekidno luči malu količinu insulina, čak i kada je nivo glukoze u krvi u granicama normale, čime se omogućava stabilan dotok glukoze do ćelija mozga i mišića. Insulin snižava nivo glukoze u krvi delujući na ćelijske membrane mišićnih ćelija i ćelija masnog tkiva. čime omogućava da glukoza iz krvi uđe u ćelije. Procesom prelaska glukoze iz  krvi u unutrašnjost ćelije objašnjava se efekat koji insulin ima na snižavanje nivoa glukoze u krvi; takođe s ćelijama obezbeđuje neophodan izvor energije.

Kad je glukoza u krvi na niskom nivou, kao što je to slučaj između obroka i za vreme vežbanja luči se glukagon. Što je glikemija nižih vrednosti, produkcija glukagona je veća. Glukagon izaziva katabolizam glikogena u jetri, što izaziva oslobađanje molekula glukoze u cirkulaciju. Glukagon takođe može da podstakne glukoneogenezu (proizvodnju glukoze od aminokiselina, masnih kiselina i drugih jedinjenja osim ugljenih hidrata). Aminokiselina alanin, na primer, nastaje iz proteina i u jetri se transformiše u glukozu.

Oko 60% glukoze koja se oslobađa iz jetre, sa ciljem da se glikemija održava u okviru optimalnih vrednosti, potiče iz rezervi glikogena u jetri, a ostatak potiče iz glukoze koja je sintetisana iz laktata, pirogrožđane kiseline (piruvata), glicerola i amnokiselina. Količina glukoze koja se oslobodi iz jetre tokom vežbanja zavisi od intenziteta aktivnosti, pri čemu vežbanje većeg intenziteta izaziva brži tempo oslobađanja glukoze iz jetre. Istovremeno prisustvo niske koncentracije insulina i povećanih vrednosti adrenalina i glukagona u cirkulaciji tokom dugotrajne aktivnosti stimuliše oslobađanje glukoze iz jetre.

Osim insulina i glukagona, na koncentraciju glukoze u krvi utiču još dva hormona. Adrenalin je hormon stresa koji izaziva ekstremno brzo razlaganje glikogena u jetri da bi se brzo povećala glikemija. Kortizol, koji se luči iz nadbubrežne žlezde, takođe je hormon stresa koji pospešuje katabolizam proteina. Razlaganje proteina obezbeđuje da određene glukogene aminokiseline budu raspoložive za glukoneogenezu, čiji je krajnji rezultat povećanje nivoa glukoze u krvi. I adrenalin i kortizol oslobađaju se kao posledica stresa povezanog sa vežbanjem i na koncentraciju oba hormona utiče unos ugljenih hidrata. Kontrolisano stvaranje adrenalina pomaže da se održi nivo glikogena u jetri, a kontrolisano lučenje kortizola pomaže da se očuvaju proteini u mišićima. Ovo je jak argument koji ide u prilog konzumiranja ugljenih hidrata za vreme vežbanja.

Glukoza oja cirkuliše u krvi dobija se uglavnom od dijetetskih ugljenih hidrata, među kojima skrob predstavlja glavni izvor. Složeni ugljeni hidrati (skrob) razlažu se u grastrointestinalnom sistemu na monosaharide (glukozu, fruktozu i galaktozu) radi apsorpcije u krv. Pojedine osobe nemaju dovoljnu količinu enzima laktaze, koji služi za razlaganje mlečnog šećera (laktoze) na njegove sastavne monosaharide (glukozu i galaktozu) što onemogućava razlaganje mleka. To stanje je poznato kao intolerancija na laktozu i dovodi do nadimanja, stomačnih bolova, dijareje i dehidracije.

Ugljeni hidrati koji se unesu putem hrane, u razgrađenoj formi glukoze se deponuju u jetri i mišićima u obliko glikogena, ali samo do određene granice. Maksimalni kapacitet jetre za deponovanje glikogena iznosi približno 87 do 100 grama  (348 do 400kcal), dok u mišićima može da se deponuje približno 350 grama (1400kcal) ili više ako je reč o krupnijim mišićavijim osobama. Ako se ćelijama doprema dodatka količina glukoze nakon što su rezerve glikogena popunjene, glukoza se transformiše i njen višak se taloži u vidu masti (u mišićnim ćelijama i ćelijama masnog tkiva). Glikogen u jetri je prvenstveno odgovoran za stabilizovanje koncentracije glukoze u krvi. S druge strane ,glikogen deponovan u mišićima uglavnom se koristi kao izvor energije aktivnim mišićima, tokom aerobnih i anaerobnih aktivnosti. Nivo glukoze u krvi nije lako održavati kada se potroši kompletan glikogen iz jetre, čak i kada su rezerve u mišićima pune.

Glukoza u krvi je primarni izvor goriva za centralni nervni sistem (CNS). Ukoliko je nivo glukoze u krvi nizak, tada je ugrožena funkcija centralnog nervnog sistema, što biva praćeno povećanom razdražljivošću i smanjenom mogućnošću koncentracije. Kod sportista, nizak nivo gluoze u krvi može izazvati pojavu mentalnog (centralnog) zamora, koji je povezan sa zamorom mišića. Pošto se rezerve glikogena u jetri i glukoze u krvi lako potroše, čak i za vreme kratkotrajnih aktivnosti, unos ugljenih hidrata za vreme trajanja aktivnosti je ključni faktor u održavanju i mišićnih i mentalnih funkcija.

Glikoliza

Adenozin-trifosfat je visokoenergetsko ćelijsko jedinjenje. Ljudski organizam poseduje ograničene rezerve neposredno raspoloživog ATP, pa se on tokom vežbanja mora brzo generisati. Što je vežbanje intenzivnije, ATP se mora brže regenerisati. U stanju mirovanja i pri aktivnostima malog intenziteta, ATP može da se proizvod iaerobnom oksidacijom ugljenih hidrata i masti. Međutim, kako se povećava intenzitet vežbanja, sportistima je potreban nivo proizvodnje ATP koji ne može u potpunosti da se nadomesti aerobnim energetskim putevima. (U tabeli prikazan je sažetak energetskih metaboličkih sistema.)

Glikoliza je proces u kome može da se proizvede velika količina ATP razlaganjem glikogena do glukoze; odigrava se uz prisustvo kiseonika (aerobna glikoliza) ili bez kiseonika (anaerobna glikoliza). Aerobna glikoliza ima kapacitet da proizvede veću količinu ATP od anaerobne glikolize i, za razliku od anaerobne glikolize, ATP nastaje bez proizvodnje mlačne kiseline. Iz tog razloga anaerobna glikoliza se naziva i sistem mlečne kiseline. Kod aktivnosti pri kojima intenzitet vežbanja prevazilazi sposobnost unošenja dovoljne količine kiseonika da bi se zadovoljile potrebe za aerobnim sagorevanjem glukoze, anaerobna glikoliza postaje glavni energetski sistem za proizvodnju ATP. Međutim, anaerobne aktivnosti  visokog intenziteta same sebe ograničavaju jer nagomilavanje mlečne kiseline dozvoljava da aktivnost traje najviše 1,5 do 2 min. Prema tome, sportovi visokog intenziteta tipično su organizovani kako bi se ostavila mogućnost za oporavak. Na primer, vežba na parteru u sportskoj gimnastici traje 1,5min, a nakon nje se gimnastičar odmara i oporavlja da bi se pripremio za sledeću disciplinu visokog intenziteta; u hokeju se često vrši izmena igrača (hokejaš skoro nkada ne kliže duže od 2minuta u kontinuitetu) da bi se omogućio oporavak mišića.

Najbolje je da se mlečna kiselina koja se proizvodi u anaerobnoj glikolizi smatra oblikom rezervne energije, koja čeka da se metaboliše kada ponovo bude omogućen unos dovoljne količine kiseonika. Kada se intenzitet vežbanja smanji i kada sportista unese dovoljno kiseonika za aerobne metaboličke procese, tada se mlečna kiselina pretvara u pirogrožđanu kiselinu i korist za aerobnu proizvodnju ATP.

Glukoneogeneza

Glukoneogeneza je proces proizvodnje glukoze od supstanci koje nisu ugljeni hidrati. Kao što smo videli, glukoza iz krvi je ključna za funkciju centralnog nervnog sistema, pomaže u metabolizmu masti i obezbeđuje gorivo aktivnim mišićnim ćelijama. Međutim zbog ograničenog kapaciteta njegovog čuvanja u obliku glikogena, određena količina glukoze može postati dostupna stvaranjem glukoze iz supstanci koje nisu ugljeni hidrati. Postoje tri sistema koja omogućavaju glukoneogenezu:

1. Trigliceridi su glavni oblik rezervi masti u ljudskom organizmu; sasatoje se od tri masne kiseline koje su vezane za molekul glicerola. Razlaganjem triglicerida stvaraju se slobodni molekuli glicerola (jedinjenje koje sadrži tri atoma ugljenika), a spajanjem dva molekula glicerola u jetri nastaje jedan molekul glukoze (jedinjenje koje sadržu 6 atome ugljenika).
2. Razlaganjem mišićnih proteina nastaje niz slobodnih aminokiselina koje imaju gradivnu ulogu. Jednu od tih aminokiselina, alanin, jetra može da konvertuje tako da se stvori glukoza.
3. U anaerobnoj glikolizi proizvodi se mlečna kiselina. Soli mlečne kiseline (laktati) mogu ponovo da se pretvore u pirogrožđanu kiselinu (piruvat) tokom aerobne proizvodnje ATP. S druge strane, dva molekula mlečne kiseline mogu se kombinoati u jetri da bi se formirala gluoza. Konverzija laktata u glukozu naziva se Korijev ciklus – mlečna kiselina biva zamenjena glukozom u aktivnim mišićima. Ako je nivo glukoze u krvi nizak, pirogrožđana kiselina (piruvat) može da se konvertuje u mlečnu kiselinu a glukoza proizvede putem Korijevog ciklusa.

“Napredna sportska ishrana”
Dan Benardot

Tekst: Marko Popin