एंड्योरेंस रनिंग के लिए कीटो डाइट: फैट ऑक्सीडेशन और रनिंग इकोनॉमी

कीटोजेनिक डाइट अपनाने से व्यायाम के दौरान फैट ऑक्सीडेशन की दर काफी बढ़ जाती है, जिससे हाई-कार्बोहाइड्रेट पोषण की तुलना में पीक लिपिड बर्निंग क्षमता दोगुनी से भी अधिक हो जाती है [5, 14, 18, P1]। कम तीव्रता वाली अल्ट्रा-एंड्योरेंस रनिंग के लिए—जो आमतौर पर अधिकतम ऑक्सीजन खपत (VO2max) के 60% से नीचे की जाती है—व्यायाम की दक्षता (एक्सरसाइज एफिशिएंसी) आमतौर पर बनी रहती है [9]। हालांकि, कार्बोहाइड्रेट की तुलना में उत्पादित एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (ATP) के प्रति मोल फैट को अधिक ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है, इसलिए मुख्य रूप से लिपिड पर निर्भर रहने से मध्यम से उच्च तीव्रता (>70% VO2max) पर गतिविधि की कुल ऑक्सीजन लागत बढ़ जाती है। यह रनिंग इकोनॉमी को प्रभावित करता है और तेज गति की आवश्यकता होने पर प्रदर्शन में होने वाले सुधार को रोकता है [9, 12, 16, P2, P3]।

फैट ऑक्सीडेशन दर में बदलाव

पारंपरिक हाई-कार्बोहाइड्रेट, लो-फैट (HCLF) डाइट पर, अधिकतम फैट ऑक्सीडेशन दर (FATMAX) आमतौर पर 48% से 65% VO2max के बीच व्यायाम तीव्रता पर 0.3 से 0.6 ग्राम/मिनट तक पहुंचती है, जबकि लगभग 85% VO2max से अधिक तीव्रता पर फैट ऑक्सीडेशन शून्य के करीब पहुंच जाता है [5]।

लो-कार्बोहाइड्रेट, हाई-फैट (LCHF) या कीटोजेनिक डाइट अपनाने से यह मेटाबॉलिक प्रोफाइल बदल जाता है। क्रॉस-सेक्शनल और प्रायोगिक डेटा दर्शाते हैं कि कीटो-अडैप्टेड एंड्योरेंस एथलीट नॉन-अडैप्टेड एथलीटों की तुलना में 2.3 गुना अधिक पीक फैट ऑक्सीडेशन क्षमता हासिल करते हैं, जिसमें FATMAX दर 1.5 ग्राम/मिनट से अधिक और 1.9 ग्राम/मिनट तक पहुंच जाती है [5, 14, 18, P1]। इसके अलावा, कीटो-अडैप्टेशन कार्बोहाइड्रेट क्रॉसओवर पॉइंट को—यानी वह तीव्रता जिस पर कार्बोहाइड्रेट मुख्य ईंधन बन जाता है—80% VO2max से ऊपर ले जाता है [5]। उच्च तीव्रता वाले रनिंग इंटरवल्स (86.4% VO2max पर 6 × 800 मीटर) के दौरान, कीटो-अडैप्टेड रनर्स औसतन 1.58 ग्राम/मिनट की पीक फैट ऑक्सीडेशन दर बनाए रखते हैं, जिसमें लगभग 30% एथलीट 1.85 ग्राम/मिनट से भी अधिक पहुंच जाते हैं [5]। हालांकि कार्बोहाइड्रेट प्रतिबंध के 5 दिनों के भीतर ही फैट ऑक्सीडेशन तेजी से बढ़ जाता है, लेकिन यह बढ़ा हुआ लिपिड उपयोग तब भी बना रहता है जब व्यायाम से ठीक पहले कार्बोहाइड्रेट का सेवन किया गया हो [18]।

सब्सट्रेट उपयोग के अलावा, ये आहार संबंधी बदलाव मेटाबॉलिक मार्कर्स को भी प्रभावित करते हैं: मध्यम आयु वर्ग के प्रतिस्पर्धी एथलीटों में, HCLF डाइट के दौरान देखे गए प्री-डायबिटिक ग्लाइसेमिक प्रोफाइल LCHF डाइट अपनाने के बाद सामान्य हो गए [5]। हालांकि, आइसोलेटेड स्केलेटल मसल माइटोकॉन्ड्रिया के भीतर कीटोन बॉडीज (बीटा-हाइड्रॉक्सीब्यूटायरेट और एसीटोएसिटेट) का प्रत्यक्ष ऑक्सीडेशन न्यूनतम रहता है, जिसका अर्थ है कि पूरे शरीर में बढ़ा हुआ फैट ऑक्सीडेशन लगभग पूरी तरह से फैटी एसिड मेटाबॉलिज्म द्वारा संचालित होता है [13]।

रनिंग इकोनॉमी और फैट मेटाबॉलिज्म की ऑक्सीजन लागत

एक्सरसाइज इकोनॉमी का तात्पर्य रनिंग की एक निश्चित गति या पावर आउटपुट को बनाए रखने के लिए उपभोग की जाने वाली ऑक्सीजन की मात्रा से है। इकोनॉमी पर कीटो-अडैप्टेशन का प्रभाव काफी हद तक व्यायाम की तीव्रता पर निर्भर करता है [9, P3]।

कम तीव्रता (<60% VO2max) पर, जैसे कि लंबी दूरी के अल्ट्रा-मैराथन में सामान्य स्थिर गति, कीटोजेनिक डाइट के बाद भी ग्रॉस एक्सरसाइज एफिशिएंसी बनी रहती है [9]। हालांकि, 70% VO2max से अधिक तीव्रता पर, बढ़ी हुई ऑक्सीजन खपत के कारण एफिशिएंसी प्रभावित होती है, जिसे केवल रेस्पिरेटरी एक्सचेंज रेशियो (RER) या कुल ऊर्जा व्यय में आए बदलावों से स्पष्ट नहीं किया जा सकता [9]।

उच्च तीव्रता पर इकोनॉमी में यह गिरावट बुनियादी बायोकेमिस्ट्री पर आधारित है:

• फॉस्फेट/ऑक्सीजन (P/O) रेशियो: ग्लूकोज के लिए प्रति ऑक्सीजन परमाणु ATP की प्राप्ति 2.58 है, जबकि फैटी एसिड के लिए यह लगभग 2.33 और कीटोन बॉडीज के लिए 2.50 है [12]।
• प्रति लीटर ऑक्सीजन ऊर्जा: कार्बोहाइड्रेट ऑक्सीडेशन से फैट ऑक्सीडेशन की तुलना में उपभोग की गई प्रति लीटर ऑक्सीजन पर 5.5% से ~8% अधिक ऊर्जा प्राप्त होती है [16]।

क्योंकि फैटी एसिड को बर्न करने के लिए समान मात्रा में ATP उत्पन्न करने हेतु अधिक ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है, इसलिए किसी निश्चित सबमैक्सिमल पेस पर दौड़ने के लिए अधिक ऑक्सीजन की खपत होती है [12, 16]। एलीट रेस वॉकर्स में, कीटोजेनिक डाइट (<50 ग्राम/दिन कार्बोहाइड्रेट, फैट से 78% ऊर्जा) लेने से ~80% VO2peak पर पूरे शरीर का फैट ऑक्सीडेशन बढ़कर 1.57 ग्राम/मिनट हो गया, लेकिन गतिविधि की ऑक्सीजन लागत भी बढ़ गई। इसने हाई-कार्बोहाइड्रेट और कार्बोहाइड्रेट-पीरियडाइज्ड समूहों में देखे गए 10 किमी रेस परफॉर्मेंस सुधारों को निष्प्रभावी कर दिया [9, 16, P2]। इसी तरह, नियमित रूप से दौड़ने वाले धावकों में निरंतर LCHF डाइट ने लैक्टेट थ्रेशोल्ड पर कार्बोहाइड्रेट ऑक्सीडेशन को कम किया और फैट ऑक्सीडेशन को बढ़ाया, लेकिन इस थ्रेशोल्ड पर रनिंग इकोनॉमी केवल उन एथलीटों में बेहतर हुई जिन्होंने पीरियडाइज्ड कार्बोहाइड्रेट प्रोटोकॉल का पालन किया था [10]।

सेलुलर और माइटोकॉन्ड्रियल प्रक्रियाएं

फैट ऑक्सीडेशन की ओर सेलुलर बदलाव स्केलेटल मसल के भीतर एंजाइमेटिक रेगुलेशन द्वारा संचालित होता है। लो-कार्बोहाइड्रेट डाइट पेरॉक्सिसोम प्रोलिफ़रेटर-एक्टिवेटेड रिसेप्टर डेल्टा (PPARδ) को अपरेगुलेट करती है, जो पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज काइनेज 4 (PDK4) की अभिव्यक्ति को बढ़ाता है [11, 19, 20]। PDK4 पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज कॉम्प्लेक्स (PDC) के E1 कैटेलिटिक सबयूनिट को फॉस्फोराइलेट करता है, जिससे पाइरूवेट डिहाइड्रोजनेज (PDH) निष्क्रिय हो जाता है और ग्लाइकोलिटिक एंड-प्रोडक्ट्स माइटोकॉन्ड्रिया में प्रवेश नहीं कर पाते [11, 19, 20, 21]। यह फॉस्फोराइलेशन ATP/ADP, NADH/NAD+ और एसिटाइल-CoA/फ्री CoA के बढ़े हुए माइटोकॉन्ड्रियल अनुपात द्वारा एलोस्टेरिक रूप से अनुकूलित होता है [20]। मानव स्केलेटल मसल में, हाई-फैट, लो-कार्बोहाइड्रेट डाइट के 3 से 6 दिनों के भीतर PDK गतिविधि तीन से पांच गुना बढ़ जाती है, जिससे कुल एंजाइम सामग्री या बीटा-हाइड्रॉक्सीएसिल-CoA डिहाइड्रोजनेज (β-HAD) गतिविधि को बदले बिना एक्टिव PDH 70% से अधिक कम हो जाता है [21]।

माइटोकॉन्ड्रियल संरचना और स्वास्थ्य के संदर्भ में, लंबे समय तक कीटोजेनिक डाइट को NLRP3 इन्फ्लेमसोम अभिव्यक्ति में कमी, कम आइसोप्रोस्टेन उत्पादन और बढ़ी हुई साइट्रेट सिंथेस गतिविधि से जोड़ा गया है [14]। अप्रशिक्षित या उम्रदराज आबादी में, कीटोजेनिक हस्तक्षेप माइटोकॉन्ड्रियल ATP उत्पादन, ATP:O2 अनुपात और दीर्घायु से जुड़े मार्कर्स को बढ़ाते हैं [11, 13]। हालांकि, अच्छी तरह से प्रशिक्षित और एलीट एंड्योरेंस एथलीटों में—जिनका बेसलाइन माइटोकॉन्ड्रियल मास और ऑक्सीडेटिव एंजाइम गतिविधि पहले से ही अत्यधिक विकसित होती है—कीटोजेनिक डाइट माइटोकॉन्ड्रियल क्षमता या समग्र एरोबिक पावर (VO2max) में कोई अतिरिक्त वृद्धि प्रदान नहीं करती है [11, 13, 18]।

अल्ट्रा-एंड्योरेंस परफॉर्मेंस के परिणाम

चूंकि अल्ट्रा-एंड्योरेंस रनिंग (जैसे, 100 किमी या 100-मील स्पर्धाएं) अक्सर कम सबमैक्सिमल तीव्रता पर होती है जहां ऑक्सीजन डिलीवरी ही एकमात्र सीमित कारक नहीं होती है, इसलिए कीटो-अडैप्टेशन उच्च तीव्रता पर देखी जाने वाली रनिंग इकोनॉमी की भारी गिरावट के बिना एक स्थिर, फैट-आधारित ऊर्जा आपूर्ति प्रदान करता है [9, 18]। 100 किमी टाइम ट्रायल पूरा करने वाले एंड्योरेंस-ट्रेन्ड पुरुष एथलीटों पर किए गए 12-सप्ताह के एक अध्ययन में, कीटोजेनिक डाइट ने फैट ऑक्सीडेशन दर को काफी हद तक बढ़ा दिया, लेकिन हाई-कार्बोहाइड्रेट डाइट की तुलना में कुल टाइम ट्रायल परफॉर्मेंस में कोई खास अंतर नहीं देखा गया [18]।

फिर भी, कुछ संभावित नकारात्मक पहलू बने रहते हैं। अल्ट्रा-एंड्योरेंस की स्थितियों में भी, कीटो-अडैप्टेड एलीट एथलीटों ने लंबे सबमैक्सिमल सत्रों (19–25 किमी) के बाद इंटरल्यूकिन-6 (IL-6) जैसे व्यायाम के बाद के इन्फ्लेमेटरी मार्कर्स में वृद्धि दिखाई है [14]। इसके अलावा, कीटोजेनिक डाइट के प्रति मेटाबॉलिक प्रतिक्रियाओं में लिंग-आधारित अंतर हो सकते हैं: जहां पुरुष एथलीट 80% VO2max तक फैट ऑक्सीडेशन में महत्वपूर्ण वृद्धि दिखाते हैं, वहीं इंक्रीमेंटल एक्सरसाइज के दौरान महिला एथलीटों में ये बदलाव लगातार नहीं देखे गए हैं [9]।