Ketogén diéta az állóképességi sportokban: zsíroxidáció és futógazdaságosság

A ketogén étrendhez való alkalmazkodás jelentősen növeli az edzés alatti zsíroxidációs rátát, és a magas szénhidráttartalmú táplálkozáshoz képest több mint kétszeresére emeli a csúcs zsírégető kapacitást [5, 14, 18, P1]. Az alacsony intenzitású ultratávú futás során – amelyet jellemzően a maximális oxigénfelvétel (VO2max) 60%-a alatt végeznek – a mozgás hatékonysága általában megmarad [9]. Mivel azonban a zsírok lebontása az adenozin-trifoszfát (ATP) termeléséhez több oxigént igényel mólonként, mint a szénhidrátoké, a túlnyomórészt lipidekre támaszkodó energiaellátás mérsékelt és magas intenzitáson (>70% VO2max) növeli a mozgás teljes oxigénköltségét; ez rontja a futógazdaságosságot, és gátolja a teljesítmény javulását, amikor gyorsabb tempóra van szükség [9, 12, 16, P2, P3].

Változások a zsíroxidációs rátában

A hagyományos, magas szénhidráttartalmú és alacsony zsírtartalmú (HCLF) étrend mellett a maximális zsíroxidációs ráta (FATMAX) jellemzően eléri a 0,3–0,6 g/perc értéket a 48% és 65% közötti VO2max intenzitási tartományban, míg megközelítőleg 85% VO2max felett a zsíroxidáció szinte nullára csökken [5].

Az alacsony szénhidráttartalmú, magas zsírtartalmú (LCHF) vagy ketogén étrendhez való adaptáció megváltoztatja ezt az anyagcsere-profilt. Keresztmetszeti és kísérleti adatok azt mutatják, hogy a keto-adaptált állóképességi sportolók 2,3-szor magasabb csúcs zsíroxidációs kapacitást érnek el a nem adaptált társaikhoz képest, és FATMAX rátájuk meghaladja az 1,5 g/percet, sőt elérheti az 1,9 g/percet is [5, 14, 18, P1]. Ezenkívül a keto-adaptáció eltolja a szénhidrát-keresztezési pontot (crossover point) – vagyis azt az intenzitást, ahol a szénhidrát válik a domináns üzemanyaggá – 80% VO2max fölé [5]. Magas intenzitású futóintervallumok során (6 × 800 m, 86,4% VO2max-on) a keto-adaptált futók átlagosan 1,58 g/perc csúcs zsíroxidációs rátát tartanak fenn, és a sportolók mintegy 30%-ánál ez meghaladja az 1,85 g/percet [5]. Bár a zsíroxidáció már a szénhidrátmegvonást követő 5 napon belül gyorsan növekszik, ez a fokozott lipidfelhasználás még akkor is fennmarad, ha közvetlenül az edzés előtt szénhidrátot fogyasztanak [18].

A szubsztrát-felhasználáson túl ezek az étrendi változások a metabolikus markereket is befolyásolják: középkorú versenysportolóknál a HCLF étrend során megfigyelt prediabéteszes vércukorprofilok az LCHF étrendhez való adaptációt követően normalizálódtak [5]. Ugyanakkor a ketontestek (béta-hidroxibutirát és acetoacetát) közvetlen oxidációja az izolált vázizom-mitokondriumokban minimális marad, ami azt jelenti, hogy a szervezet fokozott zsíroxidációját szinte teljes egészében a zsírsav-anyagcsere hajtja [13].

Futógazdaságosság és a zsíranyagcsere oxigénköltsége

A mozgásgazdaságosság az adott futósebesség vagy teljesítmény fenntartásához felhasznált oxigén mennyiségére utal. A keto-adaptáció gazdaságosságra gyakorolt hatása erősen függ a terhelés intenzitásától [9, P3].

Alacsony intenzitáson (<60% VO2max), mint amilyen a hosszútávú ultramaratoni futások egyenletes tempója, a ketogén étrendet követően a bruttó mozgáshatékonyság megmarad [9]. A 70% VO2max feletti intenzitáson azonban a hatékonyság romlik a megnövekedett oxigénfelvétel miatt, amelyet önmagában a légzési hányados (RER) vagy a teljes energiafelhasználás változásai nem magyaráznak [9].

A magasabb intenzitáson tapasztalható gazdaságosságromlás alapvető biokémiai törvényszerűségeken alapul:

• Foszfát/oxigén (P/O) arány: Az egy oxigénatomra jutó ATP-hozam glükóz esetén 2,58, míg zsírsavaknál hozzávetőlegesen 2,33, ketontesteknél pedig 2,50 [12].
• Literenkénti oxigénenergia: A szénhidrát-oxidáció 5,5%–~8%-kal több energiát termel egy liter elfogyasztott oxigénre vetítve, mint a zsíroxidáció [16].

Mivel a zsírsavak elégetése azonos mennyiségű ATP előállításához több oxigént igényel, egy adott szubmaximális tempó fenntartása nagyobb oxigénfogyasztást követel meg [12, 16]. Élsportoló gyaloglóknál a ketogén étrend (<50 g/nap szénhidrát, 78% energia zsírból) ~80% VO2peak intenzitás mellett 1,57 g/percre növelte a teljes test zsíroxidációját, ám megnövelte a mozgás oxigénköltségét is, ami semmissé tette a magas szénhidráttartalmú és periodizált szénhidrátbevitelt követő csoportokban megfigyelt 10 km-es versenyeredmény-javulást [9, 16, P2]. Hasonlóképpen, a folyamatos LCHF étrend szabadidős futóknál csökkentette a szénhidrát-oxidációt és növelte a zsíroxidációt a laktátküszöbön, de a futógazdaságosság ennél a küszöbnél kizárólag azoknál a sportolóknál javult, akik periodizált szénhidrát-protokollt követtek [10].

Sejtszintű és mitokondriális mechanizmusok

A zsíroxidáció irányába történő sejtszintű eltolódást a vázizomzaton belüli enzimszabályozás vezérli. Az alacsony szénhidráttartalmú étrend serkenti a peroxiszóma proliferátor-aktivált receptor delta (PPARδ) működését, ami növeli a piruvát-dehidrogenáz kináz 4 (PDK4) expresszióját [11, 19, 20]. A PDK4 foszforilálja a piruvát-dehidrogenáz komplex (PDC) E1 katalitikus alegységét, inaktiválva a piruvát-dehidrogenázt (PDH), és megakadályozva, hogy a glikolitikus végtermékek belépjenek a mitokondriumokba [11, 19, 20, 21]. Ezt a foszforilációt allosztérikusan támogatja a mitokondriális ATP/ADP, NADH/NAD+ és acetil-CoA/szabad CoA arányok emelkedése [20]. Az emberi vázizomzatban a PDK aktivitása három-ötszörösére nő a magas zsírtartalmú, alacsony szénhidráttartalmú étrend megkezdését követő 3–6 napon belül, több mint 70%-kal csökkentve az aktív PDH mennyiségét anélkül, hogy megváltoztatná a teljes enzimmennyiséget vagy a béta-hidroxiacil-CoA-dehidrogenáz (β-HAD) aktivitását [21].

A mitokondriális szerkezet és egészség szempontjából a hosszú távú ketogén táplálkozás összefüggésbe hozható az NLRP3 gyulladásos komplex csökkent expressziójával, a mérsékeltebb izoprosztánképződéssel és a megnövekedett citrát-szintáz aktivitással [14]. Edzetlen vagy idősödő populációkban a ketogén beavatkozások javítják a mitokondriális ATP-termelést, az ATP:O2 arányt és az élettartammal kapcsolatos markereket [11, 13]. A jól edzett és elit állóképességi sportolóknál azonban – akiknél a kiindulási mitokondriális tömeg és az oxidatív enzimaktivitás már eleve magasan fejlett – a ketogén étrend nem eredményez további növekedést a mitokondriális kapacitásban vagy az általános aerob állóképességben (VO2max) [11, 13, 18].

Hatások az ultratávú teljesítményre

Mivel az ultratávú futás (pl. 100 km-es vagy 100 mérföldes versenyek) gyakran alacsony szubmaximális intenzitáson zajlik, ahol az oxigénellátás nem az egyetlen korlátozó tényező, a keto-adaptáció stabil, zsíralapú energiaellátást biztosít anélkül, hogy a magasabb intenzitáson látható drasztikus gazdaságosságromlást okozná [9, 18]. Egy 12 hetes, edzett férfi sportolókon végzett vizsgálatban, akik 100 km-es időfutamot teljesítettek, a ketogén étrend jelentősen megemelte a zsíroxidációs rátát, ám az összetett időeredményben nem mutatkozott szignifikáns különbség a magas szénhidráttartalmú étrendhez képest [18].

A lehetséges hátrányokkal azonban továbbra is számolni kell. Még ultratávú környezetben is megfigyelték, hogy a keto-adaptált élsportolóknál az edzés utáni gyulladásos markerek, például az interleukin-6 (IL-6), megemelkedtek hosszan tartó szubmaximális terhelések (19–25 km) után [14]. Ezen túlmenően a ketogén étrendre adott metabolikus válaszok nemi különbségeket is mutathatnak: míg a férfi sportolóknál jelentős zsíroxidáció-növekedés tapasztalható egészen 80% VO2max-ig, ezek az eltolódások női sportolóknál fokozatosan növekvő terhelés során nem jelentkeztek következetesen [9].