Нитраты, нитриты, оксид азота и физическая работоспособность

Автор: admin

12.12.2013

Melvin H. Williams, PhD, FACSM Eminent Scholar Emeritus Department of Human Movement Sciences Old Dominion University Norfolk, VA

По материалам: easacademy.org

Перевод С. Струков

Введение Ежегодно растёт количество исследований относительно здорового образа жизни для укрепления здоровья, в частности, для предотвращения различных хронических заболеваний, таких как коронарная болезнь сердца, рак и диабет. Называются два ключевых принципа здорового образа жизни для профилактики заболеваний - здоровое питание и достаточная физическая активность. Учитывая важность спорта в жизни современного общества, существенные силы исследователей уходят также на разработку способов повышения работоспособности. И снова, адекватное питание и программа упражнений выступают основными факторами, ответственными за улучшение спортивных результатов.

Обновлено 16.03.2015 16:03

Питание и тренировки могут улучшить здоровье и спортивные результаты различными способами. Например, здоровое питание содержит природные вещества, такие как омега-3 жирные кислоты, антиоксиданты и множество фитонутриентов, которые могут оказать помощь в предотвращении некоторых патологических процессов (Williams, 2010), в то время как упражнения приводят к высвобождению различных цитокинов (миокинов), уменьшающих риски хронических заболеваний (Brandt and Pedersen, 2010).

Один из факторов, оказывающий положительное влияние на здоровье и спортивные результаты, включает в себя побочные продукты метаболизма азота, в частности, нитраты, которые поступают с питанием и образующийся при выполнении упражнений в организме оксид азота.

Азот, нитраты и нитриты

Азот (N2) - это газ, который нас постоянно окружает, составляя около 79% газов атмосферы. Азот инертный газ, но бактерии накапливают его в почве, а в корнях растений азот может преобразовываться в нитрат (NO3) или аммоний (NH4). Вспышки молнии также могут преобразовывать азот в нитраты и нитриты, которые отложатся в почве. Кроме того, сельскохозяйственная промышленность преобразовывает азот в удобрения, содержащие нитраты и аммоний для обогащения почвы. Нитраты способны выщелачиваться из почвы и попадать в реки и озёра, которые используются в качестве источников питьевой воды (Provin and Hossner, 2001). Растения во время роста накапливают азот в виде нитратов. Кроме того, растения накапливают азот в составе аминокислот, которые синтезируются в растениях из азотсодержащих источников.

Азот – незаменимый элемент для людей. Например, аминокислоты необходимые для синтеза белков, определяющие строение и функции тела, содержат азот, так же, как и ДНК наших генов. Люди получают азот из разных источников, включая нитраты овощей и питьевой воды, а также аминокислоты из растительных и животных продуктов. Значительная исследовательская работа проводится в отношении применения аминокислот для укрепления здоровья и улучшения работоспособности. С этой же целью изучаются другие соединения азота, в частности нитраты и нитриты (NO2).

Как отмечено выше, нитраты являются естественной неорганической составляющей растительных продуктов. Hord et al. (2009), отметили, что около 80% нитратов потребляется человеком при поедании овощей, но также показали, что общее количество потребляемых нитратов определяется видом овощей, уровнем содержания нитратов и количеством овощей. В таблице 1 приводится классификация овощей в зависимости от содержания нитратов на 100г массы продукта. Другие источники нитратов в питании: нитрат натрия - консервант при обработке мяса и некоторое количество в питьевой воде.

Таблица 1.

Содержание нитратов*	Овощи
Очень низкое (< 20 мг/100г)	Артишок, аспарагус, чеснок, лук, грибы, горох, перец, картофель, сладкий картофель, помидоры
Низкое (20 – 50 мг/100г)	Брокколи, морковь, цветная капуста, огурцы, тыква, цикорий
Среднее (50 – 100 мг/100г)	Капуста, укроп, репа, савойская капуста
Высокое (100 – 250 мг/100г)	Сельдерей (корень сельдерея), китайская капуста, эндивий, фенхель, кольраби, лук-порей, петрушка
Очень высокое (> 250 мг/100г)	Сельдерей, кресс-салат, кервель, салат, свекла, шпинат, руккола.

*- Количество нитратов указано из расчёта на 100г веса свежего продукта.
Santamaria P. Nitrate in vegetables: toxicity, content, intake and EC regulation. J Sci Food Agric 2006; 86: 10–7.

Нитриты (NO2) также обнаруживаются в необработанных природных продуктах, но в гораздо меньших количествах, чем нитраты, обычно менее миллиграмма в 100г свежего продукта. Тем не менее, соли нитритов, например нитрит натрия (NaNO2) применяют в качестве пищевых консервантов, в частности при обработке мяса: бекон, ветчина и хотдоги. В свежем мясе нитритов не содержится. Более подробное обсуждение содержания нитратов и нитритов в пище предпринимается в работе Hord et al. (2009).
В естественных условиях нитраты легко конвертируются в нитриты и наоборот (Argonne, 2005). В человеческом организме одна из функций нитратов и нитритов – формирование газа оксида азота.

Оксид азота

Оксид азота (NO), или моно оксид азота – важная молекула в физиологии человека. Она работает передатчиком сигнала между клетками и может производиться в разных частях тела, включая кровеносные сосуды, сердце, скелет и другие ткани. Один из основных механизмов формирования оксида азота – метаболизм аминокислоты L-аргинина и возможно других аминокислот при помощи фермента NOS (nitric oxide synthase) - синтеза оксида азота (Bescos et al. 2012). Могут использоваться и другие источники оксида азота, например, лекарства нитроглицерин и амилнитрит.

Учёными обнаружено, что пищевые нитраты и нитриты также могут быть источником для производства различных групп метаболитов азота, включая оксид азота, при помощи тканевых нитрат/нитрит редуктаз (Hord, 2011). Неорганические нитраты, получаемые из пищи, преобразовываются invivo в нитриты, которые совместно с нитритами продуктов и других источников восстанавливаются in vivo до оксида азота и других биологически активных азотных оксидов (Hord et al. 2009; Carlström et al. 2011). После потребления нитраты быстро абсорбируются в верхних отделах желудочно-кишечного тракта, попадают с кровотоком в слюнные железы и преобразуется в нитриты при помощи бактерий; поглощённые нитриты попадают в большой круг кровообращения, где могут быть дополнительно окислены в кровеносных сосудах, сердце, скелете и других тканях, образуя биоактивный NO (Larsen et al. 2012).

Оксид азота может влиять на многие физиологические функции, важные для здоровья и спортивных результатов. В частности, оксид азота – мощный вазодилататор. Stamler и Meissner (2001) показали, что оксид азота регулирует некоторые функции скелетных мышц, такие как производство усилия, кровоток, клеточное дыхание и обмен глюкозы. Оксид азота быстро окисляется до нитратов и нитритов, таким образом, его определение в биологических системах затруднено. Концентрация нитритов в венозной плазме отражает продукцию NO в предплечье (Allen et al. 2005). Используя подобную методику, изучают возможное положительное влияние оксида азота на здоровье последние три десятилетия, а ранее изучали возможное положительное влияние на физическую работоспособность.

Влияние пищевых нитратов и нитритов на здоровье

Существующие сведения относительно влияния нитратов и нитритов на состояние здоровья противоречивы. Есть доказательства негативного влияния на здоровье. На их основании содержание азота в воде и пищи может регулироваться государством. С другой стороны, доказано положительное влияние нитратов на здоровье, и эти рекомендации могут быть предложены для регулирования плана питания.

Возможные негативные влияния

В Бюллетене о здоровье человека Аргоннской национальной лаборатории (2005) указано, что нитраты – нормальный компонент питания человека, и сами по себе относительно нетоксичны. Тем не менее, после потребления большая часть нитратов преобразуется в нитриты, которые могут представлять некоторую угрозу для здоровья. Желудок ребёнка конвертирует больше нитратов в нитриты, что может привести к преобразованию гемоглобина крови в метгемоглобин. Метгемоглобин не способен связываться с кислородом и это приводит к состоянию, известному как метгемоглобинемия. Ранним признаком отравления нитритами является голубоватый оттенок кожи и губ, который называют «синий малыш». Дальнейшее увеличение уровней метгемоглобина может привести к слабости, потере сознания, коме и смерти. Все отравления нитратами/нитритами, вызвавшие смерть детей, связаны в основном с использованием загрязнённой воды для приготовления детского питания (Argonne National Laboratory, 2005).

Нитриты в желудке также могут реагировать с белками пищи, образуя N-нитрозо- соединения или нитрозамины. В частности, нитрозамины образуются при обработке мяса, которое может быть богатым источником дополнительных нитратов и нитритов, когда его готовят, особенно при высокой температуре. Обнаруживаются канцерогенные свойства нитрозаминов для животных, особенно в отношении рака желудка, но данные относительно способности вызывать рак у людей противоречивы (Argonne National Laboratory, 2005; Gilchrist et al. 2010).

Различные управляющие организации разработали токсикологические нормы потребления нитратов и нитритов в пищу, включая воду и продукты, в частности, из добавок к пище при обработке мяса и рыб. Разработкой занимались следующие группы: Агентство по охране окружающей среды США (U.S. Environmental Protection Agency - EPA), Управление по контролю за продуктами и лекарствами США (U. S. Food and Drug Administration – FDA), Министерство сельского хозяйства США (U. S. Department of Agriculture - USDA), Европейское региональное бюро и Всемирная организация здравоохранения – ВОЗ (European Union (EU) and the World Health Organization - WHO). Например, ВОЗ рекомендует допустимый уровень суточного потребления (Acceptable Daily Intake – ADI) для нитратов 3,7 мг/кг массы тела, а для нитрит ионов – 0,06 мг/кг массы тела (Hord et al. 2009).

Предполагаемое негативное влияние высокого потребления нитратов было поставлено под сомнение некоторыми учёными. Hord et al (2009) отметили, что несмотря на то, что нитраты и нитриты могут быть токсичны, реальные риски для здоровья проявляются только для отдельных подгрупп населения, в частности детей. Hord (2011) обращает внимание на то, что современные ограничения потребления нитратов основаны на мнении об их способности вызывать рак и метгемоглобинемию, тогда как чрезмерное потребление с отдельными продуктами, например шпинатом, полезно для здоровья. Он призывает регулирующие организации рассмотреть данные о благотворном физиологическом действии нитратов и нитритов с целью рационализации существующих рекомендаций.

Возможное положительное влияние на здоровье

Наряду с сообщениями о негативном влиянии, многие учёные утверждают, что потребление нитратов с пищей, когда они преобразуются в оксид азота, может оказывать благоприятное влияние на состояние здоровья, такое как: предотвращение инфекции, защита желудка, и профилактика заболеваний сосудов (Gilchrist et al. 2010), а также служить незаменимым нутриентом для оптимизации здоровья сердечно-сосудистой системы (Bryan et al. 2007).

Большинство исследований относительно здоровья и потребления нитратов рассматривает нитрат натрия или диетические источники, когда речь заходит о сосудах. Исследования показывают, что питание согласно Диетологическим методам по предотвращению повышения давления (Dietary Approaches to Stop Hypertension- DASH), что предусматривает высокое потребление овощей и нитратов – эффективный способ снижения давления (Frisoli et al. 2011). Тем не менее, механизм, лежащий в основе этого процесса, связан с другими аспектами питания, например, с высоким содержанием калия. В эксперименте, помогающем обнаружить причины, Larsen et al (2006) показали, что потребление нитрата натрия в количестве, аналогичном 150 – 250г овощей с высоким содержанием нитратов, как рекомендует диета DASH, существенно понижает диастолическое давление крови у молодых людей с нормальным давлением. Они сделали вывод, что понижение давления связано с потреблением нитратов и сходно наблюдаемым в исследованиях DASH. Содержание нитратов в питании, возможно, обуславливает пользу для здоровья Средиземноморской диеты. Несмотря на сосудорасширяющий эффект пищевых нитратов через повышение оксида азота, что предположительно лежит в основе снижения давления, Larsen et al (2006) отмечают, что для выяснения точного механизма гипотензивного воздействия нитратов необходимы дополнительные исследования.

Тренировки и оксид азота

Возможность тренировки повышать выработку оксида азота одновременно связывают с улучшением здоровья и физической работоспособности.

Вопросы здоровья

Правильно организованная физическая тренировка связана с множеством оздоровительных эффектов, в частности, с предотвращением заболеваний сердечно-сосудистой системы. Одним из преимуществ тренировки является снижение давления крови. Высокое кровяное давление - один из основных факторов риска коронарной болезни сердца. Обзор научных публикаций показывает снижение давления в результате аэробных упражнений (Kelley and Kelley, 2008) или динамических упражнений с отягощениями (Cornelissen et al. 2011).
Один из вероятных механизмов снижения давления – вызванная упражнением продукция оксида азота. Например, несколько исследований показали, что у спортсменов в видах спорта на выносливость, включая бегунов на марафонские дистанции, продукция и базальный уровень оксида азота выше, чем у малоподвижных людей (Rodriguez‐Plaza et al. 1997; Vassalle et al. 2003). Несколько экспериментальных исследований показали, что тренировки на аэробную выносливость и кратковременные тренировки с отягощениями могут повышать продукцию NO у прежде малоподвижных здоровых пожилых людей, чем исследователи и объясняют антигипертензивный эффект и положительное влияние на здоровье сердечно-сосудистой системы (Maeda et al. 2006; Maeda et al. 2004). Продукция оксида азота тканями понижается с возрастом, что может быть одним из факторов повышения риска сердечно-сосудистых заболеваний у пожилых людей. Calvert продемонстрировал, что упражнения способны увеличивать активность эндотелиального синтеза оксида азота, приводя к повышению уровней оксида азота (Calvert, 2011), а также отметил, что несмотря на неясность способа, посредством которого упражнения защищают сердце, по-видимому, эндотелиальный синтез оксида азота вносит свой вклад (Calvert et al. 2011).

Аспекты физической работоспособности

Хорошо организованный тренировочный процесс необходим для улучшения спортивных результатов и связанных с ним физиологических, психологических и биомеханических механизмов, ответственных за эти улучшения. Один из этих механизмов связан с выделением оксида азота. Исследования показывают, что упражнения повышают продукцию оксида азота. В экспериментах с умеренной аэробной тренировкой в течение 8-ми недель фиксировали увеличение плазменных маркеров продукции оксида азота у молодых и пожилых людей, но уровни возвращались к исходным после 8-ми недель детренировки (Maeda et al., 2004; Maeda et al. 2001; Wang, 2005). Кратковременные тренировки с отягощениями также могут способствовать повышению производства оксида азота у здоровых пожилых людей (Maeda et al. 2006).

Некоторые исследователи полагают, что оксид азота, вероятно, основной фактор, обеспечивающий физическую работоспособность (Gilchrist et al. 2010). Эффект расширения сосудов и увеличения обеспечения кровью работающих мышц сопровождается повышением количества маркеров оксида азота. Это улучшает физическую работоспособность у пациентов с заболеваниями периферических артерий. При поражении периферических артерий недостаточность кровоснабжения и кислорода в активных мышцах проявляется в виде хромоты от боли во время простых двигательных задач, например ходьбы (Allen et al. 2010; Kenjale et al. 2011). В других исследованиях со здоровыми людьми (1) отмечается увеличение маркеров синтеза оксида азота во время упражнений, имеющее положительную корреляцию с работоспособностью, а отсутствие увеличения нитритов в плазме может ограничить способность выполнять упражнение (Rassaf et al. 2007), (2) положительное влияние концентрации нитритов в плазме во время интенсивных упражнений на выносливость (Dreissigacker et al. 2010), (3) испытуемые, выполняющие упражнения с самой высокой интенсивностью, в тесте для определения МПК на беговой дорожке также производили наибольшее количество оксида азота (Allen et al. 2005). Несмотря на то, что интенсивные тренировки могут быть очень эффективным способом увеличения продукции оксида азота, некоторые спортсмены могут добиваться аналогичного увеличения другими способами, не прибегая к тренировке, а также для получения преимущества в соревнованиях.

Протоколы, позволяющие увеличить продукцию оксида азота и физическую работоспособность

Как будет отмечено ниже, множество исследований оценивали эффективность воздействия различных средств, повышающих продукцию оксида азота, и, соответственно, улучшая физическую работоспособность и спортивные результаты. Большинство приведённых исследований использовали хорошо продуманные экспериментальные методики, включая соответствующие дозировки, двойной слепой контроль с плацебо и перекрёстные протоколы.

Принимая во внимание потенциальный эффект оксида азота в виде повышения работоспособности, его производство во время соревнований может принести пользу многим спортсменам. Несмотря на то, что роль оксида азота остаётся не выясненной, различные источники указывают на интенсивное использование эргогенных добавок спортсменами, включая лекарство нитроглицерин, стимулирующее выработку оксида азота, в конце 19-го века (Ferro, 2007; Mayes, 2010). В начале 21-го века последние доклады показывают популярность добавок, способствующих выработке оксида азота, среди спортсменов и культуристов (Bloomer et al. 2011; Bloomer et al. 2010). Maughan et al (2011) недавно сообщили об увеличении использования нитратов и аргинина.

Для увеличения продукции оксида азота в организме человека используются различные субстанции. Лекарственные препараты, такие как нитроглицерин и амилнитрит, обладают выраженным сосудорасширяющим действием вследствие продукции оксида азота. Несмотря на то, что эти лекарства доступны для приобретения в Интернете, их использование может вызвать некоторые серьёзные проблемы со здоровьем и не рассматривается в отношении эргогенных свойств. Вдыхание препаратов азота также способно увеличить производство оксида азота, но подобный метод не будет обсуждаться. Соли неорганических нитратов и нитритов могут повышать уровни оксида азота. Соли используются как добавки к пище, и обе группы классифицируются как лекарства или пища - в зависимости от особенностей потребления (Allen, 2011). Несколько исследований применили нитрат натрия для оценки влияния оксида азота на физическую работоспособность и их результаты будут представлены ниже. Тем не менее, как отмечено в следующем разделе, необходима осторожность при использовании веществ, стимулирующих выработку оксида азота, употребление солей не рекомендуется. Пищевые добавки, в частности L-аргинин, и пищевые источники нитратов также изучались на предмет возможности стимуляции выработки оксида азота и увеличения работоспособности, и эти эксперименты составляют большую часть современной научной работы.

Соли нитратов

Изучался эргогенный потенциал потребления солей нитратов в качестве новых пищевых добавок для рынка. В одном исследовании велосипедисты принимали нитрат натрия (10мг/кг массы тела) перед выполнением теста на эргометре – четыре 6-ти минутных субмаксимальных нагрузок с повышением интенсивности, после чего делали короткий отдых, за которым следовала ступенчато повышающаяся нагрузка до изнеможения. Потребление добавки увеличило количество нитратов и нитритов в плазме, но существенно понизило значения потребления кислорода и соотношение между потреблением кислорода и мощностью при максимальной интенсивности. Это уменьшение потребления кислорода происходило без изменений во времени работы до изнеможения (Bescós et al. 2011). В другом исследовании субъекты получали нитрат натрия в виде добавки, перед прохождением теста с максимальной нагрузкой, который включал выполнение ступенчато повышающейся нагрузки до изнеможения, состоявшую из сочетания вращения педалей рукой и ногой на двух раздельных эргометрах. Подобно предыдущему эксперименту, приём добавки привел к уменьшению потребления кислорода с тенденцией в сторону увеличения времени до утомления (Larsen et al. 2010). Как отмечается в последующем обсуждении, результаты этих исследований можно рассматривать как увеличение работоспособности.

Добавки L-аргинина

Как отмечалось выше, L-аргинин и другие аминокислоты могут использоваться в качестве субстратов для продукции оксида азота в организме. Большинство пищевых добавок, способствующих производству азотной кислоты, содержат L- аргинин (Bloomer et a. 2010). Цитруллин – другая аминокислота, которая, попадая в почки, преобразуется в аргинин. Hickner et al (2006) отметили, что потребление цитруллина повышает уровни аргинина в большей степени, чем потребление самого аргинина.

Положительное влияние на работоспособность. В ранних работах Cheng and Baldwin (2001) сообщили, что оральное потребление аргинина, описанное в нескольких небольших исследованиях, показало улучшение способности выполнять упражнения у пациентов с коронарной болезнью сердца, но отмечалось, что большие и хорошо спланированные исследования необходимо провести для подтверждения влияния перед началом применения в лечении. Более поздние исследования показали, что потребление L-аргинина в качестве добавки могут повышать работоспособность у пациентов со стабильной хронической сердечной недостаточностью (Doutreleau et al. 2006) и пациентов после трансплантации сердца (Doutreleau et al. 2010).

Относительно повышения работоспособности у здоровых людей данные ограничены. Bailey et al (2010А) сообщили, что потребление L-аргинина (6 г) за час до серии упражнений на велоэргометре средней и высокой интенсивности уменьшает потребление кислорода и увеличивает время до утомления в высокоинтенсивном тесте. Они пришли к выводу, что добавки L-аргинина оказывают положительное влияние на физическую работоспособность, подобно потреблению нитратов с обычным питанием, как обсуждается ниже.

Не оказывают влияния на работоспособность. Большинство исследований не выявили эргогенного эффекта от потребления L-аргинина в виде добавки на показатели аэробной выносливости, анаэробной работоспособности или упражнения с отягощениями у пациентов и здоровых людей.

Относительно аэробных упражнений Wilson et al (2007) сообщили, что потребление добавки L-аргинина 3 г в день в течение 6 месяцев не улучшило показателей в ходьбе и продукцию NO у пациентов с болезнью периферических артерий. McConell et al (2006) вводили аргинин велосипедистам, тренирующимся на выносливость, во время выполнения упражнений и не обнаружили влияния на 15-минутную максимальную нагрузку после двух часов педалирования с интенсивностью 72% МПК. В другом эксперименте на выносливость с велосипедистами Abel et al (2005) сообщили, что потребление добавки аспартата аргинина не оказало влияние на выносливость при работе на велоэргометре до изнеможения.

Несколько исследований не обнаружили влияния на результаты тестов, оценивающих аэробную работоспособность. Olek et al (2010) изучали влияние потребления 2 г добавки аргинина перед 30-секундным субмаксимальным анаэробным тестом Вингейта и не обнаружили различий в результатах по сравнению с приёмом плацебо. Liu et al (2009) оценивали влияние на работоспособность в интервальном тесте на велоэргометре приёма добавки L-аргинина по 6 г 3 раза в день у хорошо тренированных дзюдоистов. Несмотря на повышение уровней L-аргинина в плазме, не выявлено влияние на проявление нитритов и нитратов в плазме или среднюю мощность в тесте.

Также в исследованиях не обнаружено эргогенного эффекта от приёма добавки L-аргинина на тестовые упражнения с отягощениями. Altars et al (2012) оценивали срочный эффект потребления 6 г аргинина за 80 минут до теста на силу двуглавой мышцы плеча. Несмотря на то, что кровоток в упражняемой мышце увеличился, не обнаружено влияние добавки на оксид азота или силовые показатели, такие, как максимальный крутящий момент и выполненная работа.

Большинство исследований показывают, что потребление добавок L-аргинина не улучшает физическую работоспособность, а основным следствием приёма L- аргинина является повышение уровня L-аргинина в плазме, в то время как увеличения кровотока или оксида азота в мышцах не выявляется (Bescós et al. 2009; Tang et al. 2011; Willoughby et al. 2011).

Отрицательное влияние на работоспособность В некоторых исследованиях обнаружено, что приём добавки L-аргинина или цитруллина может ухудшать физическую работоспособность. Buchman et al (1999) предлагал аргинин или плацебо бегунам-марафонцам и сделал вывод об эрголитических свойствах аргинина, так как бегуны, принимавшие добавку, показали худшее время, чем те, кто принимал плацебо. Hickner et al (2006) сообщили, что приём добавок цитруллина не оказал влияния на время бега до истощения на тредмиле, а результаты их исследования показывают, что потребление добавки может уменьшать время бега до изнеможения.

Пищевые источники нитратов

Как обсуждалось выше, различные овощи могут быть прекрасным источником пищевых нитратов. В частности, свекольный сок изучается на предмет его использования для увеличения работоспособности. Дозы, используемые в экспериментах, составляют 300 – 500 мг нитратов, что соответствует 500 мл свекольного сока, причём нет подтверждений об увеличении эффективности при повышении дозы (Lundberg et al. 2011). Дозы, которые используются для исследований, измеряются миллиграммами или миллимолями. Один миллимоль нитратов эквивалентен 62 мг, таким образом, 5 – 8 миллимолей – это приблизительно 300 – 500 миллиграммов нитратов. В некоторых экспериментах свекольный сок, очищенный от нитратов, используют как плацебо.
Применяются различные протоколы нагрузки для оценки эргогенных свойств потребления нитратов, включая острое (несколько часов) и хроническое (несколько дней) потребление перед тестированием, изменение доз и многих сопутствующих условий, варьирование интенсивности и направленность упражнений.

Повышение оксида азота. Множество исследований показали, что потребление нитратов с пищей, обычно в виде свекольного сока, повышает концентрацию нитритов в плазме, маркеров оксида азота (Bailey et al. 2009; Lansley et al. 2011A; Lansley et al. 2011B; Vanhatalo et al. 2010). Подобное повышение отмечается после острого и хронического потребления.

Уменьшение потребления кислорода при упражнении. Одним из наиболее частых выводов исследований является понижение «кислородной стоимости» или увеличение кислородной эффективности, вследствие острого или хронического потребления пищевых нитратов. Относительно однократного приёма Kenjale et al (2011) сообщили, что потребление свеклы за три часа до тестирования понижает фракционную экстракцию кислорода икроножной мышцей при выполнении субмаксимального теста с ходьбой у пациентов с заболеванием периферических артерий. Vanhatalo et al (2010) доложили о существенном уменьшении, почти на 4% кислородной стоимости упражнений на велоэргометре средней интенсивности в результате однократного (за 2,5 часа до теста) и хронического (ежедневно 5 и 15 дней) потребления. Эти исследователи пришли к выводу, что потребление нитратов с пищей однократно понижает кислородную стоимость субмаксимальных упражнений, а эффект поддерживается по крайней мере 15 дней, если приём нитратов продолжается. В других экспериментах показан аналогичный эффект от хронического потребления свекольного сока. Lansley et al (2011В) обнаружили уменьшение кислородной стоимости ходьбы на тредмиле, бега средней и высокой интенсивности после 4,5 дней потребления нитратов. Cermak et al (2012) сообщили о существенном уменьшении потребления кислорода у велосипедистов во время 60-минутной субмаксимальной нагрузки после 6 дней потребления нитратов. В двух исследованиях Bailey et al (2010В; 2009) обнаружили также снижение кислородной стоимости упражнений низкой, средней и высокой интенсивности, включающих велоэргометрию или разгибания голени, после 4 – 6 дней потребления. В эксперименте со спортсменами велосипедистами Lansley et al (2011А) не обнаружили различий в потреблении кислорода между потреблявшими нитраты и плацебо ни в одной из стадий эксперимента, но мощность увеличилась, подтверждая улучшение кислородной эффективности. В другом подобном исследовании Lansley et al (2011В) сделали заключение о позитивном влиянии потребления свекольного сока на физиологические реакции, вызванные упражнением, преимущественно, снижение кислородной стоимости ходьбы и бега, которое может быть отнесено к высокому потреблению нитратов.

Увеличение работоспособности. Как отмечалось выше, потребление соли нитрата натрия, аналогичное содержащемуся в 100 – 300 г овощей, богатых нитритами, проявило тенденцию к увеличению времени выполнения упражнения до изнеможения (Larsen et al. 2010). Исследования с применением свекольного сока, богатого нитратами, подтверждает эти выводы.

Время до изнеможения. При измерении работоспособности во многих исследованиях используются тесты, включающие упражнения до изнеможения, где субъекты не могут больше продолжать выполнение упражнения с заданным уровнем нагрузки или прекращают выполнение вследствие глубокого утомления. При использовании подобных протоколов, исследователи сообщают о существенном улучшении в тесте до изнеможения после употребления свекольного сока. Kenjale et al (2011) обнаружили, что пациенты с болезнью периферических артерий улучшают максимальное время ходьбы на 17% в сердечно-лёгочном тесте спустя три часа после потребления. Lansley et al (2011B) сообщили об увеличении времени бега до изнеможения на тредмиле после 4 и 5 дней приёма нитратов. Bailey et al (2010В; 2009), используя различные протоколы, включающие разгибания голени высокой интенсивности до отказа и тесты на велоэргометре, обнаружили, что потребление нитратов в течение 4-6 дней увеличивает время до изнеможения. Vanhatalo et al (2011), изучали влияние потребления пищевых нитратов в условиях гипоксии и обнаружили, что спустя день после употребления работоспособность в тесте разгибание голени, ограниченная под влиянием гипоксии, восстанавливается до уровней, которые наблюдаются при нормоксии. В эксперименте с однократным и хроническим потреблением Vanhatalo et al (2010) зафиксировали увеличение выполненной работы и максимальной мощности в ступенчатом тесте с повышением нагрузки на велоэргометре.

Исследования влияния на спортивные результаты. Когда проводятся специфичные к виду упражнения или спорта исследования, учёные обычно рекомендуют рассматривать два фактора. Первый - упражнение должно отражать как можно полнее реальную спортивную деятельность. Второй - субъекты должны быть тренированными в этом упражнении или спортивной дисциплине. Несмотря на то, что тесты до изнеможения могут быть полезны для изучения влияния субстанций, повышающих работоспособность, они не воспроизводят реальные спортивные условия. Более приемлемым вариантом является моделирование условий соревнования, н-р, время нагрузки, в лабораторных условиях, как попытка скопировать реальную обстановку. Принимая во внимание уровень тренированности субъектов исследования потребления пищевых нитратов Bescós et al (2012) отметили, что большинство исследований показали увеличение работоспособности, когда тестировали нетренированных мужчин.

Между тем, в двух исследованиях, использующих протокол, сходный со спортивными соревнованиями и тренированных велосипедистов, сообщили об увеличении работоспособности при однократном и многократном потреблении свекольного сока. В одном из экспериментов девять соревнующихся велосипедистов- мужчин из клубных команд потребляли свекольный сок за 2,5 часа до тестирования. По сравнению с плацебо, велосипедисты существенно увеличили мощность и результаты на отрезках 4 и 16,1 километров. Потребление кислорода было аналогичным на различных временных отрезках, подтверждая улучшение экономичности педалирования от свекольного сока (Lansley et al. 2011A). Во втором эксперименте тренированные мужчины-велосипедисты потребляли свекольный сок 6 дней, а тест состоял из 60 минут субмаксимального педалирования и 10 км гонки на время. Подобно исследованию с однократным потреблением, в результате потребления свекольного сока увеличились мощность и результаты на отрезке, несмотря на то, что различия результатов между отрезками были относительно невелики (Cermak et al. 2012).
Подводя итог этих экспериментов, данные подтверждают, что потребление пищевых нитратов способно улучшать спортивные результаты.

Предположительный механизм влияния потребления нитратов на улучшение работоспособности

Потребление нитратов с пищей, как отмечалось, может оказывать положительное влияние на здоровье сердечно-сосудистой системы и работоспособность. Machha и Schechter (2011) отметили несколько механизмов, которые могут лежать в основе этих положительных эффектов. Применительно к физической работоспособности Bescós et al (2012) полагают, что улучшение вследствие потребления нитратов с питанием может быть связано с увеличением продукции оксида азота и последующем улучшении доставки кислорода к работающим мышцам. Как отмечается ниже, улучшение доставки кислорода может быть одним из ключевых механизмов, но исследования, касающиеся положительных влияний на работоспособность от доставки нутриентов, чрезвычайно ограничены, а те, что доступны, нельзя принять для подтверждения. Например, Cermak et al (2012) не обнаружили влияния потребления нитратов на выбор субстрата организмом, а также на концентрацию глюкозы и лактата в плазме во время 10 км гонки на время. Тем не менее, Baily et al (2010В) сообщили о небольшом сдвиге при использовании субстратов в сторону большего использования углеводов, возможно обусловленного увеличением поглощения глюкозы, опосредованное оксидом азота, которое может снижать потребление кислорода. Они рекомендовали дополнительные исследования для оценки этой возможности.

Larsen et al (2010), отметили, что потребление нитратов с пищей способно снижать кислородную стоимость упражнений при максимальных нагрузках, связывая это с двумя механизмами: первый – уменьшение потребления кислорода, второй – улучшение энергетических функций работающих мышц.
Сосудорасширяющий эффект пищевых нитратов, - по-видимому, основной фактор, ответственный за уменьшение потребления кислорода при выполнении упражнений. У этого явления может быть несколько объяснений. Jones et al (2011) отмечают замедление развития медленного компонента потребления кислорода во время работы с постоянным уровнем нагрузки, выполняемой выше лактатного порога, что постепенно уменьшает сократительную эффективность скелетных мышц и связано с развитием утомления. Они также отмечают, что потребление нитратов с пищей может уменьшать размеры медленного компонента потребления кислорода и замедлять развитие мышечного утомления путём улучшения окислительных способностей мышц или повышения внутримышечной доставки кислорода. Увеличение поступления кислорода способно повышать его распределение в работающей мышце. Kenjale et al (2011) сообщили о снижении фракционной экстракции кислорода тканями икроножной мышцы во время ходьбы после потребления свеклы у людей с заболеванием периферических артерий. Это, вероятно, обусловлено увеличением доставки кислорода к медленно сокращающимся волокнам икроножной мышцы, вместо быстро сокращающихся. Медленно сокращающиеся волокна способны использовать кислород более эффективно, чем волокна с быстрым сокращением. Другим объяснением может быть уменьшение потребления кислорода сердечной мышцей. Drechsler-Parks (1995) обнаружили, что вдыхание нитритов вызывает понижение сердечного выброса во время упражнений, которое может означать снижение работы сердца и потребления кислорода.

Увеличение эффективности производства энергии при выполнении упражнения может приводить к снижению потребления кислорода.