Eur J Appl Physiol. 2016 Jan;116(1):179-93. doi: 10.1007/s00421-015-3245-2. Epub 2015 Sep 16.
Muscle damage, inflammatory, immune and performance responses to three football games in 1 week in competitive male players.
Mohr M1,2, Draganidis D3, Chatzinikolaou A3, Barbero-Álvarez JC4, Castagna C5,6, Douroudos I3, Avloniti A3, Margeli A7, Papassotiriou I7, Flouris AD8, Jamurtas AZ8,9, Krustrup P10, Fatouros IG11.
Sledována u profesionálních fotbalistů obnova výkonnosti a zánětlivá odpověď po 3 zápasech (G1,G2 a G3) v týdnu. Též bolestivost, pohyblivost kolen a schopnost opakování sprintů. Srovnávány byly výsledky s kontrolní skupinou. U G2 byla vysoká intensita běhů a o 7-14% po 3 dnech nižší než po G1. Schopnost opakovat sprinty byla o 2-9% horší. Stoupla i bolestivost svalů, zhoršila se pohyblivost kolen o 5-7%. CK CRP, sVCAM-1, sP-selectin a kortizol bylo nejvyšší po 48
hodinách, nejvíce u G2. Počet leukocytů, testosteron, IL-1βa IL6 se měnily po každém G, ale měly srovnatelné hodnoty. TBARS a karbonyly proteinů stouply po každé z her o cca 50%, u G2 byly nejvyšší po 48 hodinách. Celková antioxidační kapacita a glutathion peroxidáza stouply o 9-56% za 48 hodin jako odpověď na hru. Největší fyziologický stres a únava byly po prostřední hře, kdy odpočinek byl jen 3 dny. PMID26377004
NCBI Bookshelf. A service of the National Linrary of Medicine, National Instituites of Heralth
Lamprecht M.editor. Antioxidants in Sport Nutrition. Boca Raton (FL): CRC Press/Taylor&Francis2015.
Mechanism of Oxidative Damage and Their Impact on Contracting Muscle
Chad M. Kerksick and Micah Zuhl.
Úvod:
Svalová kontrakce je zdrojem vzniku volných radikálů a ROS látek. Poškození biomolekul volnými radikály je sníženo antioxidanty. Nadbytek volných radikálů oproti antioxidantům se nazývá oxidační stres. Ten poškozuje funkci bílkovin, lipoproteinů, DNA, buněčných membrán aj. Kontrolovaná produkce ROS přispívá k biogeneze mitochondrií, angiogenezi, hypertrofii svalů a ke správné imunitní funkci. Udržení rovnováhy mezi volnými radikály a antioxidanty je životně důležité. ROS mají též důležitou signalizační funkci v organismu. Oxidace vodíku na vodu přes cytochromový systém nebo přes jednoelektronovou cestu (superoxid-peroxid vodíku- volný hydroxylový radikál – voda) dodává organismu potřebnou energii ve formě ATP. Hladina superoxidu a poškození svalů jsou sníženy, je-li zabráněno migraci neutrofilů.
Glutathionperoxidáza je účinnější při odstraňování peroxidu než kataláza. Peroxid vodíku je pro organismus nebezpečnější zvláště proto, že proniká přes membrány.
Svalové kontrakce působí velkou tvorbu superoxidu, který brzy překoná antioxidační kapacitu enzymů. Vznikající volný hydroxylový radikál je asi nejnebezpečnějším volným radikálem, jeho poločas trvání je jen 10-9s. Poškození buněk a uvolnění purinových bazí z DNA z jejich jádra vytváří ROS účinkem xanthinoxidázy, což poškozuje funkci kosterního svalstva. Aktivita xanthinoxidázy ve svalu klesá. NADPH oxidáza generuje ROS jako vrozenou imunitní odpověď na patogeny. Přenáší elektron na extracelulární kyslík a tím vzniká superoxid. Z něj vzniklý peroxid vodíku podporuje syntézu superoxiddismutázy (SOD).
Většina peroxidu vodíku je přeměněna na kyselinu chlornou (HClO) účinkem myeloperoxidázy z neutrofilů. HClO významně ničí patogeny.
Též tvorba (NO.) přispívá ke vzniku volných radikálů v elektronovém transportním řetězci. NO vzniká i z L-argininu a pomocí několika isoforem NO syntázy (NOS 1-3). NO se váže na cytochromoxidázu, což snižuje spotřebu kyslíku. Dále NO reaguje se superoxidem, na peroxynitrit (ONOO–), který je více destruktivní radikál a mocné oxidační činidlo. Negativně působí na celulární úrovni. Snižuje oxidaci NADH a syntézu ATP, může vést k endoteliální a myokardiální dysfunkci aktivací prozánětlivých cytokinů a k poškození DNA. Vzestup peroxynitritu je spojen s vyčerpáním nebo modifikací buněčných thiolových skupin. To může změnit redox signalizaci a ovlivnit početné buněčné signalizační pochody. Tvorba peroxynitritu snižuje biodostupnost superoxidu i NO a změnám buněčných signalizačních aktivit. Kosterní sval produkuje NOS 1 a NOS 3, NOS 2 se objevuje během zánětu. NO má řadu signalizačních funkcí, mj. pro tvorbu NF-κB.
Primárním zdrojem nadbytku ROS jsou kardiální myocytové mitochondrie, xanthinoxidáza a nadbytek NADPH oxidázy s přispěním neutrofilů z respirace. Zvýšené hladiny zánětlivých cytokinů (TNFalfa,, angiotensin II) jsou běžné u pacientů se srdeční poruchou, se zvýšenou aktivitou NADPH oxidázy. Xanthinoxidáza je vyšší u úpacientů se srdeční vadou následkem ischemie/reperfuze, poklesu ATP a produkce peroxidu, včetně (OH.). Inhibice xanthinoxidázy při podání allopurinolu zlepšuje kontraktilní funkci.
Během svalové zátěže stoupá produkce ROS v kontrahovaném svalu spotřeba kyslíku. Ten je metabolizován na superoxid. Ten stoupá přibližně za 90 – 120 minut po cvičení. Poškození mitochondriální membrány a k redukci tvorby ATP je působeno ROS. Trénovaní jedinci mají vyšší antioxidační odpověď než netrénovaní po cvičení. Vyrovnaná produkce ROS je významná pro vývoj srdce a zlepšuje metabolismus kalcia a kontraktilitu svalů, ovšem nadprodukce není žádoucí, u netrénovaných může vést k srdečním poruchám.
Produkce superoxidu ve svalech probíhá v mitochondriích, sarkplazmatickém retikulu, transverzálních tubulech, sakolemmě a cytosolu. Léta se traduje, že 2-5% celkového spotřebovaného kyslíku je v mitochondriích přeměněno na superoxid, ale zřejmě toho není tolik (jen 0,15%?), za některých okolností však více. Pro efektivní rovnováhu ROS obsahuje sarkoplazma CuZn-SOD (SOD1), katalázu a GPx, mitochondriální matrix pak MnSOD (SOD2) s GPx. Méně známé jsou na thiol vázané antioxidanty (thioredoxin, thioredoxin reduktáza a peroxiredoxiny). V tucích rozpustné v buněčných membránách jsou antioxidanty vitamin E, karoteny a ubichinon, ve svalových buňkách jsou ve vodě rozpustné vitamin C, kyselina lipoová, uráty a glutathion. Rostlinného původu jsou pak flavonoidy, polyfenoly, katechiny. Redox rovnováhu pak kontroluje poměr GSSG/GSH.
Jsou 2 signalizace, které jsou silně ovlivněny účinkem ROS: NF-κB, který je zahrnut do počtu buněčných procesů včetně zánětu, růstu buněk, odpovědi na stres a apoptózu. Jde o přenos signálů z cytoplazmy do jádra. Podobná je jiná cesta, ve které přítomnost a rovnováha ROS a NOS jsou podobně zahrnuty doé PGC-1α, což kontroluje mitochondriální biogenezu a je primárním regulátorem oxidativního fenotypu uvnitř kontrahujícího se svalu.
Závěr: Cvičení skeletního svalu je komplex pozitivních a negativních signálů, které musí být vhodně vyvážené k docílení optimálního zdravého výkonu a k adaptaci tréningu. ROS a NO jsou produkovány uvnitř buněk, ale je třeba věnovat pozornost tvorbě v mitochondriích jako části aktivity NADPH oxidázy. Je třeba lépe porozumět, které faktory vedou k poškození a destrukci nebo regulaci příznivých adaptací. Nelze vše pokládat za „nutné zlo“, něco je potřebné pro adaptaci.
Antioxidants (Basel). 2017 Aug 10;6(3). pii: E63. doi: 10.3390/antiox6030063.
The Ability of Exercise-Associated Oxidative Stress to Trigger Redox-Sensitive Signalling Responses.
Webb R1, Hughes MG2, Thomas AW3, Morris K4.
Cvičení je oxidační stressor, vede k oxidačnímu stresu. ROS jsou tvořeny v mitochondriích stahujících se kosterních myocytů. Také mohou difundovat přes myocytovou membránu do jiných částí těla. Intenzivní cvičení může způsobit oxidační poškození myocytů, střední zátěž působí střední vzestup (stoupá dvojnásovně intra- a extracelulární ROS během cvičení), což způsobí spíše redox-sensitivní signalizaci než oxidační poškození. Tak odpověď je třeba transkripční factory jako peroxisome proliferatorem aktivovaný receptor-gama (PPARɣ) a/nebo jaterní X-receptor-alfa (LXRα) obsahují redox-aktivační signalizační system a regulují geny v kosterních myocytech I v nesvalových buňkách. Následkem těchto odpovědí při cvičení vzniká zánět a dochází k možnostem použít dietní antioxidanty. PMID:26796154.
J Appl Physiol (1985). 2013 Mar 1;114(5):566-77. doi: 10.1152/japplphysiol.01246.2012. Epub 2013 Jan 3.
Critical role for free radicals on sprint exercise-induced CaMKII and AMPKα phosphorylation in human skeletal muscle.
Morales-Alamo D1, Ponce-González JG, Guadalupe-Grau A, Rodríguez-García L, Santana A, Cusso R, Guerrero M, Dorado C, Guerra B, Calbet JA.
Extrémně vysoká spotřeba energie při sprintech je provázena zvýšenou spotřebou kyslíku, zvýšením glykemie s akumulací laktátu, zvýšením kvocientu AMP/ATP a snížením poměru NAD+/NADH.H+a snížením pH ve svalech. Při rekonvalescenci stoupá proteinkináza. Byl proveden 30 sek. Sprint (Wingate test) 2 hodiny po podání placebo a po podání antioxidantů (α-linolové kyseliny + vit. C + vit. E) – dvojitá slepá zkouška. Biopsie vastus lateralis před a ihned po sprint u a pak po 30 a 120 minutách. Hodnota kvocientu NAD+/NADH.H+byla cca stejně zvýšená (?) o 84% a poměr AMP/ATP byl 21x zvýšený. RNOS hrají klíčovou roli v signalizaci do kosterního svalu. Po podání antioxidantů 2 hodiny před sprintem zruší zvýšení fosgorylace. Akutní podání antioxidantů způsobí, že nedojde po sprintu k uvedným změnám svalového metabolismu. PMID:23288553.
Free Radic Biol Med. 2008 Jan 15;44(2):215-23. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2007.07.019. Epub 2007 Jul 31.
Production, detection, and adaptive responses to free radicals in exercise.
Volné radikály apod. vznikají v buňkách a tkáních během cvičení. Mitochondrie (uvolnění elektronů z ubisemichinonu a dalších složek elektronového transportního řetězce) xanthinoxidáza a fagocyty jako neutrofily přispívají k tvorbě volných radikálů. Adaptace na cvičení zahrnuje extenzivní biogenezu svalových mitochondria, zvýšenou spotřebu krve svaly a změněnou spotřebu energie. Volné radikály účinkují jako intracelulární signalizační molekuly pro adaptaci na cvičení. Vytrvalostní cvičení extrémně dlouhého trvání zvyšuje množstvíá volných radikálů, které překročí schopnost buněčné antioxidační obrany. Taková poškození radikály vyžaduje efektivní opravnou schopnost pro bílkoviny, lipidy a DNA, dostatek zotavení až adaptace na cvičení se může obnovit. PMID:18191757.
Free Radic Res. 2014 Jan;48(1):3-11. doi: 10.3109/10715762.2013.844341. Epub 2013 Oct 14.
Antioxidant and anti-inflammatory effects of exercise: role of redox signaling.
Fyzické, cvičení střední intenzity má antioxidační a protizánětlivý účinek. Signální funkce na NF-κB, mitogenem aktivovanou protein kinázu a peroxisom-proliferator aktivovaný receptor ɣ ko-aktivátor 1α. PMID:24083482.
Med Hypotheses. 2017 Jan;98:21-27. doi: 10.1016/j.mehy.2016.11.008. Epub 2016 Nov 23.
Mechanisms underpinning protection against eccentric exercise-induced muscle damage by ischemic preconditioning.
Franz A1, Behringer M2, Nosaka K3, Buhren BA2, Schrumpf H4, Mayer C4, Zilkens C4, Schumann M5.
Free Radic Res. 2017 Mar;51(3):281-293. doi: 10.1080/10715762.2017.1301664. Epub 2017 Mar 22.
Nadměrné cvičení je účinné pro vzrůst svalové hmoty a síly a pro zvýšení citlivosti na insulin a pro lipidový profil. Syndromy svalového postižení jako prodloužená doba ztráty svalové funkce a zpožděná bolestivost svalů snižují používání nadměrného cvičení. Jsou potřebné strategie jak snížit poškození svalů po nadměrném cvičení. Nová hypotéza ischemické přípravy končetin sníží poškození svalů následkem nadměrného cvičení. Ischemická příprava (prekondice)- končetin krátkodobou ischemií např. podvázáním turniketem s následnou reperfuzí byla objevena při pokusech minimalizovat zánětlivou odpověď a poškození po ischemii/reperfuzi během chirurgie. Současná hypotéza je založena na morfologických a biochemických podobnostech při patofyziologii kosterních svalů během chirurgického zákroku a po nadměrném cvičení. Přestože oba stresy (chirurgie a nadměrné cvičení) se od sebe liší, následné buněčné změny (intracelulární hromadění Ca2+a zvýšená tvorba volných radikálů nebo zvýšení apoptotické signalizace), infiltrace leukocyty do tkání, jsou u obou. Na základě vlivu ischemické prekondice na fyziologii a imunologii kosterních svalů lze využít možný potenciální protektivní účinek před poškozením kosterního svalstva. PMID:28012598.
l-Arginine supplementation improves rats‘ antioxidant system and exercise performance.
Silva EP Jr1, Borges LS1, Mendes-da-Silva C2, Hirabara SM1, Lambertucci RH3.
ROS hrají významnou úlohu ve sportu tím, že přímo regulují produkci energie, svalové kontrakce, zánět a únavu. Oxidoredukční kontrola sportovce je nutná pro jeho výkonnost. L-arginin má význam pro syntézu urey, růst buněk a tvorbu NO. Může příznivě ovlivnit antioxidační system, tím že ovlivňuje některé antioxidační enzymy a částečně inhibuje produkci ROS. Suplementace l-argininem zvýšila fyzický výkon trénovaných i netrénovaných, ale netrénovaní byli vice vystaveni oxidačnímu poškození po intenzivním cvičení. PMID:28277983.
Nitric Oxide. 2016 Sep 30;59:10-20. doi: 10.1016/j.niox.2016.06.008. Epub 2016 Jul 1.
Two weeks of watermelon juice supplementation improves nitric oxide bioavailability but not endurance exercise performance in humans.
Bailey SJ1, Blackwell JR2, Williams E2, Vanhatalo A2, Wylie LJ2, Winyard PG3, Jones AM2.
Podávána 16 dní koncentrovaná šťáva z vodních melounů. Stoupla hladina l-citrulinu, l-argininu, nitritu v krvi, mírně stoupnul tlak krevní, byla lepší oxygenace kosterních svalů, ale nezvýšila se doba k níž došlo k vyčerpání po extrémní námaze. PMID:27378212.
Curr Opin Clin Nutr Metab Care. 2017 Jan;20(1):92-98.
Influence of L-citrulline and watermelon supplementation on vascular function and exercise performance.
Figueroa A1, Wong A, Jaime SJ, Gonzales JU.
L-citrulin ať už syntetický nebo z vodního melounu zvyšují l-arginin a tím i syntézu NO. Současně klesá i systolický tlak, ale zlepšuje se prokrvení periferie. Výkonnost se mírně zvyšuje po delší suplementaci, ale ne po akutním podání. PMID:27749691.
Med Sci Sports Exerc. 2016 Nov;48(11):2239-2246.
Reactive Oxygen Species as Agents of Fatigue.
Reid MB1.
Ve cvičících svalech vzniká ROS, což hraje roli v únavě. Byly nalezeny superoxid, peroxid vodíku a volný hydroxylový radikál v celé tkáni. Stejné radikály byly nalezeny u únavy. Akumulace ROS ve svalu přispívá ke ztrátě funkce, což se objevuje u únavy. Větší podání antioxidantů prodlouží čas, než se dostaví únava. PMID:27285492.
J Appl Physiol (1985). 2017 Feb 1;122(2):368-375. doi: 10.1152/japplphysiol.00767.2016. Epub 2016 Dec 1.
Divergent outcomes of fructose consumption on exercise capacity of rats: friend or foe.
Sun A1, Huang A1, Kertowidjojo E1, Song S1, Hintze TH1, Sun D2.
Jak ovlivňuje vysoká hladina fruktózy schopnost cvičení by zkoušeno po 3,6,10 a 30 dní u krys (běh v mlýnku), Zvýšila se spotřeba kyslíku, ale ne ve skupině po 30 dnech. Krátkodobá suplementace (3-6 dní) frutózou zvýšila potenciál cvičení stimulací eNOS, což vedlo k uvolnění NO, lepší perfuzi tkání a utilizaci kyslíku. Dlouhodobá suplementace (30 dní) působila endotheliální dysfunkci na superoxidu závislým mechanismem ohrozit výkon. Krátkodobá suplementace fruktózou měla příznivý vliv na fyzickou výkonnost. PMID:27909228.