История вопроса

Научный интерес к тому, как организм получает и расходует энергию, возник ещё в XIX веке. Одним из пионеров в этой области был немецкий физиолог Натан Цунц, который в 1890-х годах разработал портативный газоанализатор для измерения потребления кислорода во время упражнений. Это изобретение позволило учёным начать изучение энергетического обмена в реальном времени¹.

В 1920-х годах британский физиолог А.В. Хилл и немецкий биохимик Отто Мейергоф получили Нобелевскую премию за исследования метаболизма мышц. Их работы заложили основу для понимания того, как организм вырабатывает энергию во время физической активности².

Настоящий прорыв в изучении энергетического обмена произошел в 1960-х годах с развитием метода непрямой калориметрии. Этот метод позволил точно измерять количество потребляемого кислорода и выделяемого углекислого газа, что дало возможность оценивать вклад различных питательных веществ в энергообеспечение организма³.

Так мы узнали, что для работы тело использует три основных вида «топлива»: углеводы, жиры и белки. Каждый из этих источников имеет свои особенности и преимущественно используется в определённых условиях.

Углеводы: быстрое, но ограниченное топливо

Углеводы — это предпочтительный источник энергии для большинства видов физической активности, особенно высокой интенсивности. Они хранятся в мышцах и печени в виде гликогена и быстро преобразуются в глюкозу, которая затем расщепляется для получения энергии.

Преимущества углеводов:

 — быстрое высвобождение энергии;

 — эффективное использование при высокоинтенсивных нагрузках;

 — не требуют кислорода для начального этапа расщепления.

Недостатки углеводов:

 — ограниченные запасы в организме (около 2000−2500 ккал) — в среднем 500 г в виде гликогена;

 — быстрое истощение при продолжительных нагрузках — за 1−2 часа интенсивных упражнений организм расходует столько мышечного гликогена, сколько за 12−18 часов в покое.

Исследование, опубликованное в Journal of Applied Physiology в 1993 году, показало, что при интенсивности нагрузки 65−75% от максимального потребления кислорода, углеводы обеспечивают около 50−60% энергии в первые 1−2 часа упражнений⁴.

Жиры: медленное, но обильное топливо

Жиры — это самый богатый источник энергии в организме. Даже у худых людей запасы жира могут обеспечить энергией на несколько дней непрерывной активности.

Преимущества жиров:

 — огромные запасы энергии (более 50 000 ккал у среднестатистического человека);

 — Эффективное использование при низкой и средней интенсивности нагрузок.

Недостатки жиров:

 — медленное высвобождение энергии;

 — требуют больше кислорода для расщепления по сравнению с углеводами.

Эксперименты показали, что при длительных нагрузках умеренной интенсивности (около 60% от максимального потребления кислорода) доля жиров в энергообеспечении может достигать 70−80% после нескольких часов упражнений⁴.

Белки: резервное топливо

Белки обычно не рассматриваются как основной источник энергии, так как они выполняют множество других важных функций в организме. Однако в определённых условиях они могут использоваться для получения энергии.

Преимущества белков:

 — белковые аминокислоты могут служить источником глюкозы через процесс глюконеогенеза;

 — помогают сохранить мышечную массу при длительных нагрузках.

Недостатки белков:

 — неэффективны как основной источник энергии;

 — их использование может привести к потере мышечной массы.

Вклад белков в энергообеспечение во время длительных упражнений обычно не превышает 5−10%⁵.

Влияние диеты на выбор «топлива»

Состав нашего рациона оказывает существенное влияние на то, какие источники энергии будет преимущественно использовать организм во время физической активности.

Высокоуглеводная диета:

 — повышает инсулин, который способствует накоплению запасов гликогена в мышцах и печени;

 — способствует более эффективному использованию углеводов во время нагрузок;

 — снижает уровень кортизола, который повышает утомление;

 — может улучшить производительность при высокоинтенсивных и непродолжительных упражнениях.

Высокожировая диета:

 — увеличивает способность организма использовать жиры в качестве источника энергии;

 — может улучшить выносливость при длительных нагрузках низкой и средней интенсивности;

 — потенциально снижает потребность в углеводах во время продолжительных упражнений.

Исследование, опубликованное в Metabolism в 2016 году, продемонстрировало, что адаптация к высокожировой диете (более 70% калорий из жиров) в течение нескольких недель может значительно увеличить окисление жиров во время упражнений и потенциально улучшить выносливость при длительных нагрузках умеренной интенсивности⁷.

Высокобелковая диета:

 — может помочь сохранить мышечную массу при интенсивных тренировках;

 — не оказывает существенного влияния на выбор основного источника энергии во время упражнений.

Исследование, опубликованное в American Journal of Clinical Nutrition в 2016 году, показало, что увеличение потребления белка до 2,4 г на кг массы тела в день может способствовать сохранению мышечной массы у спортсменов во время интенсивных тренировок и ограничения калорий⁸.

Интересные факты

1. Мозг предпочитает глюкозу: хотя мозг составляет всего около 2% от массы тела, он потребляет около 20% всей энергии организма, причём преимущественно в виде глюкозы. При длительном голодании или низкоуглеводной диете мозг может адаптироваться к использованию кетоновых тел, производимых из жиров, но это требует времени и может сопровождаться временным снижением когнитивных функций⁹.

2. Тренировка метаболической гибкости: регулярные физические упражнения и правильное питание могут улучшить способность организма переключаться между различными источниками энергии. Это называется метаболической гибкостью и может быть полезно для общего здоровья и спортивных результатов¹⁰.

3. Парадокс выносливости на кетогенной диете: некоторые исследования показывают, что спортсмены на низкоуглеводной, высокожировой (кетогенной) диете могут поддерживать высокую работоспособность при длительных нагрузках умеренной интенсивности, несмотря на низкие запасы гликогена. Это противоречит традиционным представлениям о необходимости углеводов для выносливости¹¹.

4. Циркадные ритмы и метаболизм: время приёма пищи и тренировок может влиять на то, как организм использует различные источники энергии. Исследования показывают, что утренние тренировки натощак могут увеличить окисление жиров, в то время как вечерние тренировки после приёма пищи с высоким содержанием углеводов могут быть более эффективными для высокоинтенсивных упражнений¹².

5. Микробиом и метаболизм: состав кишечной микрофлоры может влиять на то, как организм усваивает и использует различные питательные вещества. Некоторые бактерии (лакто- и бифидобактерии, фирмикуты, бактероиды и др.) способны производить короткоцепочечные жирные кислоты, которые могут служить дополнительным источником энергии для организма¹³.

Подведём итог

Выбор «топлива» нашим организмом во время физической активности — это сложный процесс, зависящий от множества факторов, включая интенсивность и продолжительность нагрузки, диету, уровень тренированности и индивидуальные особенности метаболизма. Но качество этого «топлива» определяем мы сами. Понимание этих механизмов может помочь оптимизировать питание и тренировочный процесс для достижения лучших результатов и поддержания здоровья.

Помните, что универсальной диеты, подходящей всем, не существует. Каждый человек уникален, и оптимальный подход к питанию и тренировкам должен учитывать индивидуальные цели, предпочтения и особенности организма.