חלבונים ורקמת השריר. סיכום הרצאה מכנס "חלבון 360" מאת דיאטן יאיר להב.

סוגיות בנושא סינתזת חלבון בשריר, סוגי חלבון, עיתוי צריכה והכמות המומלצת בקרב ספורטאים. תקציר מתוך דברים שנשא יאיר להב, דיאטן קליני, פיזיולוג ואיש חינוך גופני, בכנס (וובינר) בנושא חלבונים במעגל החיים.

לרקמת השריר השפעות מיטיבות על יכולת התנועה, על שמירת רמות גלוקוז בדם ובריאות מטבולית בכלל, והיא גורם חשוב בביצועים גופניים בקרב ספורטאים. רקמת השריר בעלת יכולת הסתגלות מהירה מבחינת תפקוד ומסה לאימון הגופני המשמש כגורם מאתחל לסינתזת חלבון ברקמת השריר¹ (MPS), ובמידה פחותה לעלייה בפירוק חלבון בשריר. ישנם כמה גורמים המווסתים את תגובת רקמת השריר ו-MPS:

– עיכול סוג וכמות החלבון וספיגת חומצות האמינו.

– אצירת חומצות אמינו ב-splanchnic area.

– הפרשת אינסולין.

– יכולת קליטת חומצות אמינו על ידי מסת השריר.

– סיגנלים תוך תאיים המעודדים תהליכי בנייה ופירוק^².

 

סינתזת חלבון בשריר לאחר ארוחה

בצריכת מזון, לעיכול החלבון ולספיגת חומצות האמינו השפעה רבה על MPS. חלבונים המתעכלים מהר, דוגמת מי גבינה, עשויים לעודד סינתזת חלבון בשריר זמן קצר לאחר צריכתם, בעוד שחלבונים המתעכלים לאט, כקזאין, יגרו סינתזת חלבון לאורך זמן רב³. יתרה מזו, אצירת חומצות אמינו במעיים, כבד ועוד (splanchnic) תשפיע על זמינות חומצות אמינו ומכך על ויסות סינתזת החלבון⁴. כן, עלייה בריכוז אינסולין תשפיע על סינתזת חלבון במסלול הפרשה של ניטריק אוקסיד סינתז (eNOS) המאפשר זרימת דם מוגברת לשריר⁵. השפעה זו מופחתת במצבים של תנגודת לאינסולין המתקיימים באוכלוסיות חולות ומבוגרות. לבסוף, MPS מושפע מטרנספורטרים המצויים על פני ממברנת התא ומקליטת חומצות אמינו בשריר, מכאן ההשפעה על סיגנלים תוך בתא שריר המאקטבים את הקינזה⁶ (mTORC1). חלק מהמסלולים המתוארים לעיל יושפעו לרעה במצבי חולי, אי תנועה, איבוד רקמת שריר, ומחלות מטבוליות.

מקור וסוג החלבון

מרבית המחקרים בדקו סינתזת חלבון בשריר לאחר צריכת חלבון מבודד ממקורות שונים, דוגמת חלבון המגיע ממי גבינה, קזאין, סויה, וביצה, אך השפעתם על סינתזת החלבון בשריר משתנה כתלות בסוג החלבון. חלבונים אינם שונים רק בקצב עיכולם ובספיגתם אלא גם בהרכב חומצות האמינו. נמצא כי פירוק קזאין להידרוזילטים לא גרם לעלייה ב-MPS כפי שנצפה בחלבון מי גבינה⁷, מה שמעיד כי להרכב חומצות האמינו (ובעיקר לתכולת הליאוצין במנת החלבון), השפעה על סינתזת החלבון בשריר⁸. כמו כן, נמצא כי תיסוף ליאוצין לחלבון עשוי להגביר ולזרז את קצב סינתזת החלבון^⁹. ממחקרים שבוצעו על פני שבועות עולה כי צריכת כמות זהה של חלבון מי גבינה או חלבון חלב תורמת לעלייה גבוהה יותר במסת שריר בהשוואה לחלבון מהצומח דוגמת סויה. ככל הנראה ההסבר נעוץ בתכולת חומצות האמינו ובעיקר ליאוצין, אשר מאפשרת העלאת סיגנלים בתא המזרזים סינתזת חלבון¹⁰. מכאן גם ההמלצה לטבעונים לצרוך כמות גדולה יותר של חלבון בכל ארוחה ובסיום אימון גופני, כדי להעלות את תכולת הליאוצין במנת החלבון^¹¹.

שילוב חלבון ברכיבי מזון אחרים

בשנים האחרונות בוצעו מחקרים אשר מנסים לתרגם את הממצאים לכלים מעשיים בשטח, שהרי ברוב המקרים חלבון נצרך כחלק מארוחה בשילוב פחמימות, שומן ורכיבי מזון נוספים אשר להם השפעה על קצב הספיגה של חומצות אמינו. לרכיבי מזון המשולבים עם חלבון השפעה על האטת קצב ריקון הקיבה אך לא נראה כי יש השפעה על MPS בטווח של שעות. חלק מהמחקרים מצביעים על יתרונם של חלבונים הנצרכים בצורה "מלאה" בכל הקשור להשפעה על MPS, לפיכך הוטמע המונח "Food first approach" בניסיון לסמן אוכל "רגיל" כבעל יתרון מעצם היותו מכיל לצד חומצות אמינו, גם מרכיבי מזון נוספים אשר עשויים להשפיע באופן ישיר על סיגנלים אנבוליים בתא שריר, דוגמת ויטמינים ומינרלים המשמשים כקופקטורים במטבוליזם של חלבונים והתבטאות miRNA^¹², אך לא כל העדויות תומכות בכך^¹³.

כמות חלבון בסיום אימון

לצריכת חלבון נודעת חשיבות רבה בכל הקשור לסינתזת חלבון בשריר, אך בנוגע לכמות אופטימלית של חלבון הנדרשת בסיום אימון, הנתונים אינם ברורים דיים. נמצא כי צריכת 10 גרם חומצות אמינו הכרחיות (EAA) המצויות בכ-20-25 גרם חלבון בעל ערך ביולוגי גבוה, מעודדת סינתזת חלבון אופטימלית^14,15. במקביל, בקרב מבוגרים תגובת רקמת השריר לאותה כמות חלבון מופחתת, ולכן על מבוגרים לצרוך כמות חלבון גדולה יותר בכדי לאפשר סינתזת חלבון מקסימלית. בד בבד ראוי לציין כי כמות גדולה יותר של חלבון גורמת לעלייה ממושכת יותר ברמת חומצות האמינו בדם (היפראמינואצידמיה) דבר העשוי להעלות את סינתזת החלבון בשריר למשך תקופת זמן ארוכה יותר, השונה מהגעה לערכי "שיא" בסינתזת החלבון.

במחקר שבו מידת הגירוי לרקמות השרירים הייתה גדולה יותר ובוצעו תרגילי התנגדות לכל קבוצות שרירי הגוף במטרה לחקות אימון נורמטיבי, נמצא כי צריכת 40 גרם חלבון בסיום אימון גרמה לעלייה גבוהה יותר בסינתזת חלבון בהשוואה ל-20 גרם חלבון¹⁶. בראייה יומית נמצא כי בזמן מאזן אנרגטי, שבו צריכה והוצאה קלורית שווה, כמות חלבון יומית העומדת על 1.6 גרם/ק"ג/יום (1.0-2.2, 95% CI), מאפשרת תמיכה מקסימלית בתהליכי היפרטרופיה. ניתן לספק כמות זו על ידי צריכת חלבון בעל ערך ביולוגי גבוה דוגמת מוצרים מן החי (בשר, ביצים, חלב), ובמידת הצורך לתסף באבקת חלבון¹⁷.

צריכת חלבון בזמן מאזן אנרגטי שלילי

במצבים של הגבלה קלורית, כאשר צריכת הקלוריות אינה שווה להוצאה האנרגטית – כנהוג בענפי ספורט שבהם קטגוריות משקל, ענפי ספורט אסתטיים, ובירידה במשקל בקרב אנשים בעודף משקל והשמנה  – תתרחש ירידה במשקל. במצבים אלה עלולה להתבטא ירידה של כ-25% במסה הרזה ובעיקר ברקמת השריר¹⁸. העדויות מצביעות על ירידה של כ-35% בסיגנלים תוך תאים המעודדים MPS ועלייה בפירוק חלבון¹⁹. אחת מהאפשרויות להתמודד עם התופעה היא להעלות את צריכת החלבון. נמצא כי צריכת חלבון הגבוהה (פי שניים עד שלושה מהמלצת RDA), קרי 1.6-2.4 גרם/ק"ג/יום עשויה להפחית את פירוק המסה הרזה. ראוי להדגיש כי צריכת חלבון לבדה אינה מספקת וכי יש צורך באימוני כוח כדי להתמודד עם התופעה²⁰.

עיתוי צריכת חלבון

צריכת חלבון בטווח של כמה שעות מסיום האימון מעכבת את תהליכי פירוק החלבון ומרחיבה את האפשרות להעלאת סינתזת החלבון ומכאן להיפרטרופיה. השפעת אימון הכוח בסינרגיה עם חלבון תלויה בשתי זרועות: האחת, אימון התנגדות – תדירות, עצימות ונפח האימון, וסטטוס המתאמן (מתחיל/ותיק), ובזרוע שנייה, התייחסות לצריכת חלבון – כמות חלבון, סוג ועיתוי צריכתו. נמצא כי אימון כוח מעלה את רמת הרגישות של רקמת השריר לסינתזת חלבון לכ-24-48 שעות²¹. חלק מהממצאים מצביעים על יתרון בחלוקת חלבון לכמה ארוחות ביום, בעוד שמחקרים אחרים אינם מוצאים יתרון לחלוקה מסודרת. מחקרים אקוטיים מראים כי צריכת חלבון על פני ארבע ארוחות בכל שלוש שעות ובכמות של 20 גרם בכל ארוחה (סה"כ 80 גרם משך 12 שעות) אפקטיבית יותר מצריכת אותה כמות חלבון על פני שתי ארוחות או לחלופין, לאורך שמונה ארוחות באותה כמות חלבון²². בשונה מכך, במטא-אנליזה משנת 2013 נמצא כי כמות חלבון יומית ללא קשר לעיתוי האכילה מנבאה עלייה במסת שריר, בעוד שלעיתוי צריכת החלבון בסמוך לאימון השפעה פחותה²³. ראוי להדגיש כי למעשה ספורטאים נוהגים לאכול בכל כמה שעות כהכנה לאימון ו/או להתאוששות, אך סוגיית פיזור צריכת חלבון על פני היום והשפעתה על מסת שריר בעיקר בקרב מבוגרים העלולים לסבול מסרקופניה – ממשיכה להעסיק את הקהילה המדעית גם כעת.

 

סיכום והמלצות:

• רצוי לצרוך כ-0.4 ̴ גרם חלבון בכל ארוחה לכל 1 ק"ג משקל גוף (יש להתייחס לאיכות החלבון ומקורותיו), למקסם MPS בזמן אימון ומנוחה
• רצוי לאכול כל 3-5 שעות במשך היום כדי למקסם MPS
• צריכת חלבון 1-3 שעות בסמוך לשינה עשויה לאפשר סינתזת חלבון במהלך הלילה
• כדי למקסם MPS ובניית שריר, צריכת חלבון יומית צריכה לנוע בין 1.6-2.2 גרם חלבון לק"ג משקל גוף ביום. כמות זו ניתנת להשגה על ידי שלוש ארוחות אשר כל אחת כוללת כ-0.53 גרם חלבון/ק"ג משקל גוף, או ארבע ארוחות הכוללות כ-0.4 גרם חלבון/ק"ג משקל גוף.
• במצבי דיאטה דלת קלוריות להרזיה או לחיטוב, רצוי להעלות את כמות החלבון ל-2.3-3.1 גרם/ק"ג משקל גוף/יום, זאת בשילוב אימוני כוח.

 

ביבליוגרפיה

1. Joanisse, S.; Lim, C.; McKendry, J.; Mcleod, J.C.; Stokes, T.; Phillips, S.M. Recent advances in understanding resistance exercise training-induced skeletal muscle hypertrophy in humans. F1000Research 2020, 9, 1–12, doi:10.12688/f1000research.21588.1
2. Witard, O.C.; Wardle, S.L.; Macnaughton, L.S.; Hodgson, A.B.; Tipton, K.D. Protein considerations for optimising skeletal muscle mass in healthy young and older adults. Nutrients 2016, 8, 1–25, doi:10.3390/nu8040181
3. Koopman, R.; Crombach, N.; Gijsen, A.P.; Walrand, S.; Fauquant, J.; Kies, A.K.; Lemosquet, S.; Saris, W.H.M.; Boirie, Y.; Van Loon, L.J.C. Ingestion of a protein hydrolysate is accompanied by an accelerated in vivo digestion and absorption rate when compared with its intact protein. Am. J. Clin. Nutr. 2009, 90, 106–115, doi:10.3945/ajcn.2009.27474
4. Gorissen, S.H.M.; Burd, N.A.; Hamer, H.M.; Gijsen, A.P.; Groen, B.B.; Van Loon, L.J.C. Carbohydrate coingestion delays dietary protein digestion and absorption but does not modulate postprandial muscle protein accretion. J. Clin. Endocrinol. Metab. 2014, 99, 2250–2258, doi:10.1210/jc.2013-3970
5. Timmerman, K.L.; Lee, J.L.; Dreyer, H.C.; Dhanani, S.; Glynn, E.L.; Fry, C.S.; Drummond, M.J.; Sheffield-Moore, M.; Rasmussen, B.B.; Volpi, E. Insulin stimulates human skeletal muscle protein synthesis via an indirect mechanism involving endothelial-dependent vasodilation and mammalian target of rapamycin complex 1 signaling. J. Clin. Endocrinol. Metab. 2010, 95, 3848–3857, doi:10.1210/jc.2009-2696
6. Drummond, M.J.; Glynn, E.L.; Fry, C.S.; Timmerman, K.L.; Volpi, E.; Rasmussen, B.B. An increase in essential amino acid availability upregulates amino acid transporter expression in human skeletal muscle. Am. J. Physiol. – Endocrinol. Metab. 2010, 298, 1011–1018, doi:10.1152/ajpendo.00690.2009
7. Pennings, B.; Boirie, Y.; Senden, J.M.G.; Gijsen, A.P.; Kuipers, H.; Van Loon, L.J.C. Whey protein stimulates postprandial muscle protein accretion more effectively than do casein and casein hydrolysate in older men. Am. J. Clin. Nutr. 2011, 93, 997–1005, doi:10.3945/ajcn.110.008102
8. Norton, L.E.; Layman, D.K.; Bunpo, P.; Anthony, T.G.; Brana, D. V.; Garlick, P.J. The Leucine Content of a Complete Meal Directs Peak Activation but Not Duration of Skeletal Muscle Protein Synthesis and Mammalian Target of Rapamycin Signaling in Rats. J. Nutr. 2009, 139, 1103–1109, doi:10.3945/jn.108.103853
9. Churchward-Venne, T.A.; Breen, L.; Di Donato, D.M.; Hector, A.J.; Mitchell, C.J.; Moore, D.R.; Stellingwerff, T.; Breuille, D.; Offord, E.A.; Baker, S.K.; et al. Leucine supplementation of a low-protein mixed macronutrient beverage enhances myofibrillar protein synthesis in young men: A double-blind, randomized trial1-3. Am. J. Clin. Nutr. 2014, 99, 276–286, doi:10.3945/ajcn.113.068775
10. Hartman, J.W.; Tang, J.E.; Wilkinson, S.B.; Tarnopolsky, M.A.; Lawrence, R.L.; Fullerton, A. V.; Phillips, S.M. Consumption of fat-free fluid milk after resistance exercise promotes greater lean mass accretion than does consumption of soy or carbohydrate in young, novice, male weightlifters. Am. J. Clin. Nutr. 2007, 86, 373–381, doi:10.1093/ajcn/86.2.373
11. van Vliet, S.; Burd, N.A.; van Loon, L.J.C. The skeletal muscle anabolic response to plant- versus animal-based protein consumption. J. Nutr. 2015, 145, 1981–1991, doi:10.3945/jn.114.204305
12. Burd, N.A.; Beals, J.W.; Martinez, I.G.; Salvador, A.F.; Skinner, S.K. Food-First Approach to Enhance the Regulation of Post-exercise Skeletal Muscle Protein Synthesis and Remodeling. Sport. Med. 2019, 49, 59–68, doi:10.1007/s40279-018-1009-y
13. Bagheri, R.; Moghadam, B.H.; Jo, E.; Tinsley, G.M.; Stratton, M.T.; Larky, D.A.; Eskandari, M.; Wong, A. Comparison of whole egg vs. egg white ingestion during 12 weeks of resistance training on skeletal muscle regulatory markers in resistance-trained men. Br. J. Nutr. 2020, doi:10.1017/S0007114520002238
14. Moore, D.R.; Robinson, M.J.; Fry, J.L.; Tang, J.E.; Glover, E.I.; Wilkinson, S.B.; Prior, T.; Tarnopolsky, M.A.; Phillips, S.M. Ingested protein dose response of muscle and albumin protein synthesis after resistance exercise in young men. Am. J. Clin. Nutr. 2009, 89, 161–168, doi:10.3945/ajcn.2008.26401
15. Witard, O.C.; Jackman, S.R.; Breen, L.; Smith, K.; Selby, A.; Tipton, K.D. Myofibrillar muscle protein synthesis rates subsequent to a meal in response to increasing doses of whey protein at rest and after resistance exercise. Am. J. Clin. Nutr. 2014, 99, 86–95, doi:10.3945/ajcn.112.055517
16. Macnaughton, L.S.; Wardle, S.L.; Witard, O.C.; McGlory, C.; Hamilton, D.L.; Jeromson, S.; Lawrence, C.E.; Wallis, G.A.; Tipton, K.D. The response of muscle protein synthesis following whole-body resistance exercise is greater following 40 g than 20 g of ingested whey protein. Physiol. Rep. 2016, 4, doi:10.14814/phy2.12893
17. Morton, R.W.; Murphy, K.T.; McKellar, S.R.; Schoenfeld, B.J.; Henselmans, M.; Helms, E.; Aragon, A.A.; Devries, M.C.; Banfield, L.; Krieger, J.W.; et al. A systematic review, meta-analysis and meta-regression of the effect of protein supplementation on resistance training-induced gains in muscle mass and strength in healthy adults. Br. J. Sports Med. 2018, 52, doi:10.1136/bjsports-2017-097608
18. Wolfe, R.R. The underappreciated role of muscle in health and disease. Am. J. Clin. Nutr. 2006, 84, 475–482, doi:10.1093/ajcn/84.3.475
19. Pasiakos, S.M.; Vislocky, L.M.; Carbone, J.W.; Altieri, N.; Konopelski, K.; Freake, H.C.; Anderson, J.M.; Ferrando, A.A.; Wolfe, R.R.; Rodriguez, N.R. Acute energy deprivation affects skeletal muscle protein synthesis and associated intracellular signaling proteins in physically active adults. J. Nutr. 2010, 140, 745–751, doi:10.3945/jn.109.118372
20. Helms, E.R.; Zinn, C.; Rowlands, D.S.; Brown, S.R. A systematic review of dietary protein during caloric restriction in resistance trained lean athletes: A case for higher intakes. Int. J. Sport Nutr. Exerc. Metab. 2014, 24, 127–138, doi:10.1123/ijsnem.2013-0054
21. Barnett, A. Using recovery modalities between training sessions in elite athletes: Does it help? Sport. Med. 2006, 36, 781–796, doi:10.2165/00007256-200636090-00005
22. Areta, J.L.; Burke, L.M.; Ross, M.L.; Camera, D.M.; West, D.W.D.; Broad, E.M.; Jeacocke, N.A.; Moore, D.R.; Stellingwerff, T.; Phillips, S.M.; et al. Timing and distribution of protein ingestion during prolonged recovery from resistance exercise alters myofibrillar protein synthesis. J. Physiol. 2013, 591, 2319–2331, doi:10.1113/jphysiol.2012.244897
23. Schoenfeld, B.J.; Aragon, A.A.; Krieger, J.W. The effect of protein timing on muscle strength and hypertrophy: A meta-analysis. J. Int. Soc. Sports Nutr. 2013, 10, 1–13, doi:10.1186/1550-2783-10-53.