حمية الكيتو لرياضات التحمل: أكسدة الدهون واقتصادية الجري

يؤدي التكيف مع النظام الغذائي الكيتوني إلى زيادة معدلات أكسدة الدهون أثناء ممارسة الرياضة بصورة ملحوظة، مما يضاعف قدرة حرق الدهون القصوى بأكثر من مرتين مقارنة بالنظام الغذائي الغني بالكربوهيدرات [5, 14, 18, P1]. بالنسبة لرياضات التحمل الفائق منخفضة الشدة—والتي تُمارس عادةً عند مستوى أقل من 60% من الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين (VO2max)—تظل كفاءة الأداء الرياضي محفوظة بشكل عام [9]. ومع ذلك، نظراً لأن حرق الدهون يتطلب كمية أكسجين لكل مول من أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) المنتج أكبر مقارنة بالكربوهيدرات، فإن الاعتماد الأساسي على الدهون يزيد من التكلفة الإجمالية للأكسجين اللازمة للحركة عند الشدات المتوسطة إلى العالية (>70% VO2max)، مما يضعف كفاءة واقتصادية الجري ويعيق تحسين الأداء عندما يتطلب السباق وتيرة أسرع [9, 12, 16, P2, P3].

التغيرات في معدلات أكسدة الدهون

في ظل الأنظمة الغذائية التقليدية الغنية بالكربوهيدرات ومنخفضة الدهون (HCLF)، تصل معدلات أكسدة الدهون القصوى (FATMAX) عادةً إلى ما بين 0.3 و0.6 جم/دقيقة عند شدة تمرين تتراوح بين 48% و65% من VO2max، مع اقتراب أكسدة الدهون من الصفر عند شدات تتجاوز 85% تقريباً من VO2max [5].

يغير التكيف مع نظام غذائي منخفض الكربوهيدرات وعالي الدهون (LCHF) أو النظام الكيتوني هذا الملف الأيضي. تُظهر البيانات المقطعية والتجريبية أن رياضيي التحمل المتكيفين مع الكيتو يحققون قدرة أكسدة دهون قصوى أعلى بمقدار 2.3 ضعف مقارنة بأقرانهم غير المتكيفين، حيث تتجاوز معدلات FATMAX لديهم 1.5 جم/دقيقة وتصل إلى 1.9 جم/دقيقة [5, 14, 18, P1]. علاوة على ذلك، ينقل التكيف مع الكيتو نقطة التحول للكربوهيدرات (carbohydrate crossover point)—وهي الشدة التي تصبح عندها الكربوهيدرات مصدر الوقود الرئيسي—إلى ما فوق 80% من VO2max [5]. أثناء فترات الجري عالي الشدة (6 × 800 متر عند 86.4% من VO2max)، يحافظ العداؤون المتكيفون مع الكيتو على معدلات أكسدة دهون قصوى بمتوسط 1.58 جم/دقيقة، مع تجاوز ما يقرب من 30% من الرياضيين لمعدل 1.85 جم/دقيقة [5]. ورغم أن أكسدة الدهون ترتفع سريعاً في غضون 5 أيام من تقييد الكربوهيدرات، فإن هذا الاعتماد المرتفع على الدهون يستمر حتى لو تم تناول الكربوهيدرات بشكل حاد ومباشر قبل التمرين [18].

بعيداً عن استخدام مصادر الطاقة، تؤثر هذه التحولات الغذائية على المؤشرات الأيضية: فلدى الرياضيين التنافسيين في منتصف العمر، انعكست مؤشرات سكر الدم المرتبطة بمرحلة ما قبل السكري الناتجة عن أنظمة HCLF بعد التكيف مع نظام LCHF [5]. ومع ذلك، تظل الأكسدة المباشرة للأجسام الكيتونية (بيتا-هيدروكسي بيوتيرات والأسيتوأسيتات) داخل الميتوكوندريا المعزولة للعضلات الهيكلية ضئيلة للغاية، مما يعني أن الارتفاع في أكسدة الدهون على مستوى الجسم بالكامل مدفوع بالكامل تقريباً بعمليات أيض الأحماض الدهنية [13].

اقتصادية الجري وتكلفة الأكسجين لأيض الدهون

تشير اقتصادية التمرين إلى حجم الأكسجين المستهلك للحفاظ على سرعة جري معينة أو خرج طاقة محدد. يعتمد تأثير التكيف الكيتوني على الاقتصادية اعتماداً كبيراً على شدة التمرين [9, P3].

عند الشدات المنخفضة (<60% من VO2max)، مثل الوتيرة الثابتة المعتادة في سباقات الألترا ماراثون للمسافات الطويلة، تظل كفاءة التمرين الإجمالية محفوظة بعد اتباع نظام غذائي كيتوني [9]. أما عند الشدات التي تتجاوز 70% من VO2max، فتتراجع الكفاءة بسبب زيادة استهلاك الأكسجين التي لا يمكن تفسيرها فقط بالتغيرات في نسبة التبادل التنفسي (RER) أو إجمالي استهلاك الطاقة [9].

يرتكز هذا التراجع في الاقتصادية عند الشدات الأعلى على أسس كيميائية حيوية واضحة:

• نسبة الفوسفات إلى الأكسجين (P/O): يبلغ عائد ATP لكل ذرة أكسجين 2.58 للجلوكوز، مقارنة بنحو 2.33 للأحماض الدهنية و2.50 للأجسام الكيتونية [12].
• الطاقة لكل لتر من الأكسجين: تنتج أكسدة الكربوهيدرات طاقة أعلى بنسبة تتراوح بين 5.5% إلى ~8% لكل لتر من الأكسجين المستهلك مقارنة بأكسدة الدهون [16].

نظراً لأن حرق الأحماض الدهنية يتطلب المزيد من الأكسجين لتوليد كمية مكافئة من ATP، فإن التحرك بوتيرة معينة دون القصوى يتطلب استهلاكاً أعلى للأكسجين [12, 16]. أظهرت الدراسات على متسابقي مشي النخبة أن اتباع نظام كيتوني (<50 جم/يوم من الكربوهيدرات، و78% من الطاقة من الدهون) زاد من أكسدة الدهون بالجسم إلى 1.57 جم/دقيقة عند ~80% من VO2peak، لكنه زاد أيضاً من تكلفة الأكسجين للحركة، مما ألغى تحسينات أداء سباق 10 كم التي لوحظت لدى المجموعات التي اعتمدت على أنظمة غنية بالكربوهيدرات أو الكربوهيدرات الموزعة دورياً [9, 16, P2]. وبالمثل، أدى الاستمرار على أنظمة LCHF لدى العدائين الممارسين للرياضة كنشاط ترفيهي إلى تقليل أكسدة الكربوهيدرات وزيادة أكسدة الدهون عند عتبة اللاكتات، إلا أن اقتصادية الجري عند هذه العتبة لم تتحسن إلا لدى الرياضيين الذين اتبعوا بروتوكول تدوير الكربوهيدرات [10].

الآليات الخلوية والميتوكوندرية

يُقاد التحول الخلوي نحو أكسدة الدهون بواسطة تنظيم إنزيمي داخل العضلات الهيكلية. تؤدي الأنظمة الغذائية منخفضة الكربوهيدرات إلى تنظيم تصاعدي للمستقبل المنشط بمكاثر البيروكسيسوم دلتا (PPARδ)، مما يزيد من التعبير عن كيناز نازعة هيدروجين البيروفات 4 (PDK4) [11, 19, 20]. يقوم PDK4 بفسفرة الوحدة الفرعية المحفزة E1 لمركب نازعة هيدروجين البيروفات (PDC)، مما يثبط نازعة هيدروجين البيروفات (PDH) ويمنع نواتج تحلل السكر من دخول الميتوكوندريا [11, 19, 20, 21]. يتم تفضيل هذه الفسفرة خيفياً (allosterically) من خلال النسب المرتفعة داخل الميتوكوندريا لكل من ATP/ADP، وNADH/NAD+، وأسيتيل مرافق الإنزيم-أ/مرافق الإنزيم-أ الحر [20]. في العضلات الهيكلية البشرية، يزداد نشاط PDK بمقدار ثلاثة إلى خمسة أضعاف في غضون 3 إلى 6 أيام من التغذية عالية الدهون ومنخفضة الكربوهيدرات، مما يقلل من إنزيم PDH النشط بأكثر من 70% دون تغيير المحتوى الكلي للإنزيم أو نشاط نازعة هيدروجين بيتا-هيدروكسي أسيل-CoA (β-HAD) [21].

فيما يتعلق ببنية الميتوكوندريا وصحتها، ارتبطت التغذية الكيتونية طويلة الأمد بانخفاض التعبير عن الجسيم الالتهابي NLRP3، وانخفاض إنتاج الإيزوبروستان، وزيادة نشاط سينثاز السترات [14]. وفي الفئات غير المدربة أو المتقدمة في السن، تعزز التدخلات الكيتونية إنتاج ATP في الميتوكوندريا، ونسبة ATP:O2، ومؤشرات طول العمر [11, 13]. ومع ذلك، لدى رياضيي التحمل المدربين جيداً والنخبة—الذين تكون كتلة الميتوكوندريا ونشاط الإنزيمات المؤكسدة لديهم متطورة للغاية بالفعل—لا توفر الأنظمة الكيتونية أي زيادة إضافية في سعة الميتوكوندريا أو القدرة الهوائية الإجمالية (VO2max) [11, 13, 18].

نتائج أداء رياضات التحمل الفائق

نظراً لأن الجري في سباقات التحمل الفائق (مثل سباقات 100 كم أو 100 ميل) غالباً ما يحدث عند شدات منخفضة دون القصوى حيث لا يكون توصيل الأكسجين هو العامل المحدد الوحيد، فإن التكيف الكيتوني يوفر إمداداً مستقراً بالطاقة المعتمدة على الدهون دون التسبب في التدهور الحاد للاقتصادية الملاحظ عند الشدات الأعلى [9, 18]. في دراسة استمرت 12 أسبوعاً على رياضيين مدربين على التحمل أكملوا تجربة زمنية لمسافة 100 كم، أدى النظام الغذائي الكيتوني إلى رفع معدلات أكسدة الدهون بشكل كبير ولكنه لم يسفر عن أي فرق معنوي في أداء التجربة الزمنية الإجمالي مقارنة بالنظام الغذائي الغني بالكربوهيدرات [18].

ومع ذلك، تظل هناك مقايضات محتملة؛ فحتى في سياق سباقات التحمل الفائق، أظهر رياضيو النخبة المتكيفون مع الكيتو ارتفاعاً في علامات الالتهاب بعد التمرين، مثل الإنترلوكين-6 (IL-6)، بعد فترات تمرين طويلة دون القصوى (19–25 كم) [14]. بالإضافة إلى ذلك، قد تُظهر الاستجابات الأيضية للأنظمة الكيتونية اختلافات خاصة بكل جنس؛ فبينما يُظهر الرياضيون الذكور زيادات ملحوظة في أكسدة الدهون حتى 80% من VO2max، لم تُلاحظ هذه التغيرات باستمرار لدى الرياضيات الإناث أثناء التمرين التدريجي [9].