Oxidativní stres

Oxidativní stres je chápan jako narušení rovnováhy mezi produkcí reaktivních forem kyslíku (volných radikálů) a antioxidační obranou organismu, což může vést k poškození tkáně, včetně té svalové.1 Krátkodobý oxidativní stres může být důsledkem infekce, toxinů, ale i intenzivního cvičení.10 Oxidativní stres je jedním z činitelů sehrávajících roli u různých patofyziologických stavů (ateroskleróza, cukrovka, rakovina, kardiovaskulární poruchy apod.).8 To ovšem neznamená, že ideálním stavem je ten s nulovou mírou oxidativního stresu, problémem je ovšem jeho přemíra.

Volné radikály

Jako volné radikály mohou být definovány jakékoliv chemické druhy, které obsahují volné elektrony.10 Tyto volné elektrony zvyšují chemickou reaktivitu atomu či molekuly, které jej obsahují. Tyto látky vznikají při velkém množství biochemických procesů probíhajících v těle. Jako zdroj volných radikálů lze považovat například: zánět, cvičení, cigaretový kouř, pesticidy, radiace či znečištění životního prostředí.10 Volné radikály dokážou poškodit různé molekuly, ať již se jedná o lipidy, proteiny, či nukleové kyseliny.

Antioxidanty

Proti účinkům volných radikálů stojí obranné mechanismy v podobě antioxidantů a tzv. antioxidačního systému. Antioxidanty lze rozdělit do dvou kategorií, a to na enzymatické a neenzymatické.2

Mezi enzymatické antioxidanty patří například:

  • superoxid dismutáza
  • kataláza
  • glutathion peroxidáza

Mezi neenzymatické antioxidanty lze zařadit například:

  • vitamín C
  • vitamín E
  • karotenoidy
  • polyfenoly

Všechny tyto molekuly (a mnoho dalších) společně působí proti volným radikálům, aby minimalizovaly poškození důležitých biomolekul a celkově tělesných tkání. Někdy se kategorizace antioxidantů uvádí rovněž podle mechanismu účinku, a to na 4 obranné linie.8,10

První obranná linie slouží jako prevence či potlačení formování nových reaktivních látek, velmi rychle neutralizuje molekuly, které by potencionálně mohly vytvořit volné radikály. Patří zde tři klíčové enzymy: superoxid dismutáza, kataláza a glutathion peroxidáza.

Druhá obranná linie je označována jako „vychytávající“. Tyto molekuly neutralizují volné radikály tím způsobem, že jim „darují“ elektron a samy se díky tomu stávají volným radikálem, ovšem s méně poškozujícím efektem. Takto utvořené nové radikály jsou lehce neutralizovány jinými antioxidanty z této skupiny. Do této skupiny patří například vitamín C či vitamín E.

Třetí obranná linie vstupuje do hry, pouze pokud již došlo k poškození volnými radikály. Jedná se o enzymy, které napravují škody napáchané volnými radikály. Zbavují se rovněž poškozených molekul, aby nedošlo k jejich hromadění, což by mohlo působit toxicky pro tělesné tkáně. Třetí linie zahrnuje enzymy opravující DNA či enzymy štěpící bílkoviny.

Působení čtvrté obranné linie zahrnuje v zásadě adaptační mechanismy. Signály, které produkují volné radikály, startují tvorbu a transport vhodného antioxidantu na správné místo.

Fyzická aktivita a produkce volných radikálů

První zmínka o tom, že svalová aktivita zvyšuje produkci volných radikálů ve svalové tkáni, pochází z roku 1982. Paradoxně bylo o několik let později zjištěno, že rovněž delší perioda svalové neaktivity (imobilizace) zvyšuje produkci volných radikálů.14

Za zmínku stojí, že produkce volných radikálů během cvičení může zvyšovat svalovou únavu a v důsledku toho snížit výkonnost.15 Na níže přiložených grafech je znázorněn vztah produkce svalové síly, únavy a produkce volných radikálů. Je namístě dodat, že se jednalo o studii na hlodavčích modelech.

Zdroj: Reid (2016)

Z obrázku je patrné, že produkce volných radikálů je značně zvýšená v období, kdy dochází k razantnímu poklesu výkonnosti. Je tedy zvýšení množství volných radikálů příčinou svalové únavy, nebo je snad důsledkem jejího nástupu?

Hladina oxidativních biomarkerů asociovaných se svalovou únavou může být snížena v důsledku příjmu antioxidantů, schopnost antioxidantů snižovat oxidační biomarkery je robustní. Jedná se však o žádoucí jev v průběhu adaptace na zatížení?

Suplementace antioxidanty a vliv na adaptační procesy po zatížení

Přestože může být nadbytek produkce volných radikálů problémem, z pohledu dlouhodobé adaptace na zatížení (růst výkonnosti, zdravotní benefity) může být určitá míra oxidativního stresu žádoucím jevem. Některé vědecké studie prokázaly, že cvičením generované volné radikály slouží jako signální molekuly pro zahájení syntézy proteinů a zlepšení antioxidačního systému.5 Příjem vysokých dávek antioxidantů (1000 mg vitamínu C společně s 400 IU vitamínu E) může negovat některé ze zdravotních účinků cvičení, například na metabolismus glukózy či senzitivitu inzulínu.16

Příjem antioxidantů může způsobit zeslabení signalizační aktivity vedoucí k syntéze proteinů a tím pádem může narušit adaptaci na trénink, což byl možná případ studie, ve které suplementace 1000 mg vitamínu C a 400 IU vitamínu E vedla k útlumu nárůstu hypertrofie a svalového výkonu u mladých žen po 10 týdnech silového tréninku.4

V další studii zabývající se vlivem suplementace vitamínu C a vitamínu E na adaptaci po dlouhodobém odporovém tréninku (10 týdnů) příjem antioxidantů utlumil signalizační procesy zodpovědné za syntézu proteinů, což ovšem nevedlo k významným rozdílům v hypertrofii mezi skupinami přijímajícími antioxidanty a placebo, ale u skupiny přijímající antioxidanty byl částečně utlumen nárůst síly. Autoři navrhují, že jedinci trénující za účelem zvýšení síly a svalové hmoty by se měli vyvarovat příjmu antioxidantů v období okolo tréninku.12

Studie zkoumající vliv denního příjmu 1000 mg vitamínů C na adaptaci na vytrvalostní trénink zjistila u skupiny konzumující vitamín C po 8 týdnech 10% nárůst VO2max (hlavní ukazatel aerobní kapacity organismu), kdežto u skupiny konzumující placebo byl nárůst 22 %. Rovněž v tomto případě v závěru autoři zpochybňují běžnou praxi příjmu vitamínu C v období okolo tréninku, ať již se jedná o zdravotní benefity, či nárůst výkonnosti.6

Vypadá to, že reaktivní formy kyslíku produkované mitochondriemi (mitochondrie si lze představit jako miniaturní buněčnou elektrárnu, jelikož její hlavní funkcí je produkce energie a její poskytnutí v podobě ATP potřebám buňky), jsou nezbytné pro opravu poškozených buněčných membrán (například svalové poškození po tréninku) a příjem antioxidantů potenciálně potlačuje tuto schopnost regenerace buněčné membrány.7Autoři studie izolovali neporušená svalová vlákna hlodavců a prokázali, že zablokování produkce mitochondriálních volných radikálů omezuje produkci síly během svalových kontrakcí a potlačuje schopnost opravy svalových vláken. Oproti výše zmíněným studiím recentní metaanalýza Clifforda a kol. (2019) nepřinesla podporu pro potvrzení negativního vlivu suplementace vitamíny C a E na tréninkovou adaptaci, ačkoliv sami autoři tvrdí, že suplementace ani tréninkovou adaptaci nepodpořila, a tak se zamýšlí nad tím, proč by vlastně tyto suplementy měly být v případě neexistence deficience konzumovány.3

Z dostupné evidence lze vyvodit, že suplementace vyšším množstvím antioxidantů v období okolo tréninku není správným krokem, jelikož může vést k narušení adaptačních procesů zodpovědných jak za zdravotní benefity cvičení, tak i za nárůst výkonnosti.

V minulém článku bylo zjištěno, že CWI (negativní termoterapie, aplikace studené vody) po tréninku může mít negativní vliv na tréninkovou adaptaci (především co se týče odporového tréninku). Co mají antioxidanty a CWI společného v případě narušení adaptace? Svou roli by mohlo sehrávat narušení hormeze.

Velikost dávky určuje, že věc není jed.

Paracelsus

Hormeze je hypotéza o příznivém působení nízké úrovně stresu na organismus. Při nízké úrovní stresu dochází k posílení stávajících obranných mechanismů organismu, které podporují schopnost organismu odolávat většímu stresu.13 To tedy znamená, že nízká míra stresu je pro organismus prospěšná, a dalo by se říci žádoucí. Hormeze se týká procesu, ve kterém nízká dávka chemického činidla nebo faktoru prostředí, která poškozuje organismus ve vysokých dávkách, vyvolá prospěšný adaptivní účinek organismu.11

V průběhu cvičení je organismus vystaven mnoha formám stresu (metabolický, mechanický, oxidativní), to má za následek aktivace různých mechanismů vedoucích k adaptaci. Podání antioxidantů a aplikace kryoterapie za účelem snížení tréninkem vyvolaných zánětlivých procesů a oxidačního stresu může negativně ovlivnit adaptaci, jelikož zánětlivé mediátory a reaktivní formy kyslíku jsou důležitými signalizačními molekulami. Kryoterapie a podání antioxidantů v období okolo tréninku tedy může působit negativně právě „ulehčením“ boje organismu proti zánětu a oxidativnímu stresu. Dalším způsobem, jak ovlivnit zánětlivé procesy v těle, je podání určitých léků (např. ibuprofen), tímto způsobem lze taky docílit snížení míry zánětlivých procesů.

Určitým modulátorem účinku výše zmíněných postupů snížení zánětů a produkce volných radikálů může být věk jedince. V jedné ze studií autoři kombinovali odporový trénink starších osob (60 – 85 let) s příjmem buďto placeba, či protizánětlivých léků. Oproti předpokladům došlo u skupin konzumujících protizánětlivé léky k větší míře svalové hypertrofie a k vyššímu nárůstu síly nežli u skupiny placeba.17 U mladých osob provádějících odporový trénink a současně přijímajících ibuprofen (ve stejné dávce jako starší osoby ve výše zmíněné studii, tedy 1200 mg) došlo k menšímu nárůstu hypertrofie i síly oproti kontrolní skupině.9 Znovu lze tedy říci, že ideální cestou je zlatý střed. U mladých osob s menší mírou zánětlivých procesů může působit zánět vyvolaný cvičením prospěšně pro adaptační procesy, zatímco u starších osob s obecně vyšší mírou zánětů by mohlo následné adaptaci dopomoci snížení míry zánětlivých procesů.

Co se týče mladých osob, které usilují o maximalizaci nárůstu svalové hmoty a svalové síly, je třeba obezřetnosti s konzumací vysokých dávek antioxidantů, alespoň co se týče období okolo tréninku. Pokud už je potřeba antioxidanty ve formě vitamínu C a E přijímat, je vhodnější je konzumovat s dostatečným odstupem od tréninku, ovšem ani zde nelze zaručit, že supramaximální dávky nebudou mít negativní dopad na výsledky tréninkového snažení.