Ocena wpływu suplementacji cierpkiej wiśni na adaptacje komórkowe indukowane wysiłkiem fizycznym

Abstract

Wstęp Pozytywny wpływ wysiłku fizycznego na zdrowie po regularnie podejmowanej aktywności fizycznej wynika z adaptacji zachodzących w kilku układach w ciele człowieka. Konkretny typ adaptacji zależy m.in. od rodzaju podejmowanego wysiłku. Ponadto intensywny wysiłek fizyczny może prowadzić do gwałtownego wzrostu procesów zapalnych oraz stresu oksydacyjnego, co z kolei prowadzi do uruchomienia mechanizmów kompensacyjnych. Na przełomie XX i XXI wieku wykazano, że reaktywne formy tlenu i azotu generowane podczas wysiłku fizycznego służą w organizmie jako cząsteczki sygnalizacyjne i zwiększają produkcję endogennych przeciwutleniaczy. Mimo, że ostra reakcja na intensywny wysiłek fizyczny jest potrzebna do zajścia długoterminowych adaptacji, to temu stanowi może towarzyszyć zmniejszona funkcja mięśni, bolesność mięśniowa i uszkodzenie mięśni indukowane wysiłkiem fizycznym. To niekomfortowe i uciążliwe uczucie może uniemożliwić lub utrudnić kontynuowanie treningu. Suplementy diety, w których skład wchodzi cierpka wiśnia stają się coraz popularniejsze wśród sportowców. Badania naukowe sugerują, że podawanie sportowcom cierpkiej wiśni może: zmniejszać uszkodzenia mięśni indukowane wysiłkiem fizycznym, redukować uczucie bólu, poprawiać regenerację oraz poprawiać jakość snu. Jednocześnie podkreśla się, że stałe stosowanie interwencji żywieniowych przyspieszających regenerację może negatywnie wpływać na procesy adaptacji w mięśniach szkieletowych, dlatego przewlekła suplementacja antyoksydantami nie jest obecnie rekomendowana sportowcom. W literaturze brakuje przekonujących dowodów naukowych, które sugerowałaby, że suplementacja innymi (niż witamina C i E) antyoksydantami może działać równie niekorzystnie na adaptacje do wysiłku fizycznego. Według najlepszej wiedzy autora żadna z dotychczas opublikowanych prac naukowych z wykorzystaniem suplementacji wiśnią nie skupiała się na wpływie tego owocu na adaptacje indukowane przez trening siłowy. Cel Głównym celem pracy była ocena wpływu suplementacji sproszkowanych owoców wiśni Montmorency na adaptacje indukowane treningiem siłowym u wytrenowanych mężczyzn w ośmiotygodniowym okresie interwencji. Materiał i metody Do badania zakwalifikowano 28 zdrowych, wytrenowanych mężczyzn w wieku od 18 do 40 lat. Ocenę wpływu suplementacji sproszkowanych owoców wiśni z udziałem mężczyzn trenujących siłowo przeprowadzono w ośmiotygodniowym, randomizowanym badaniu, z podwójnie ślepą próbą. Procedura badawcza składała się: z interwencji żywieniowej, suplementacyjnej i treningowej, które odpowiednio polegały na: spożywaniu wyznaczonej ilości energii i makroskładników pokarmowych; stosowaniu suplementacji sproszkowanymi owocami wiśni lub placebo oraz wykonywaniu zaplanowanego programu treningowego ukierunkowanego na hipertrofię mięśniową przez okres 8 tygodni. Po rekrutacji, ochotników zaproszono na próby wysiłkowe do pracowni wysiłkowej po których na podstawie kryterium maksymalnej siły w wyciskaniu sztangi na ławce poziomej poddano ich randomizacji warstwowej i przydzielono do dwóch grup: otrzymującej kapsułki z 600 mg sproszkowanych owoców wiśni lub otrzymującej kapsułki zawierające placebo. Podczas drugiej wizyty w pracowni wysiłkowej każdy z uczestników badania został poddany zaplanowanemu treningowi siłowemu oraz badaniom laboratoryjnym po których rozpoczęto ośmiotygodniową interwencję suplementacyjną, żywieniową i treningową. Próby wysiłkowe obejmowały: ocenę wyskoku dosiężnego, ocenę maksymalnej siły w wyciskaniu sztangi na ławce poziomej oraz ocenę momentu siły w warunkach izokinetycznych kończyn dolnych. W drugim dniu ochotnicy zostali poddani analizie składu ciała oraz intensywnemu treningowi siłowemu, który miał za zadanie wywołać sekrecję badanych miokin. Podczas tego spotkania czterokrotnie pobrano próbki krwi – przed treningiem, bezpośrednio po nim, 45 min po i 90 minut po zakończonym treningu. Ten sam protokół powtórzono po 8 tygodniach interwencji. Analizę statystyczną zgromadzonych wyników badań wykonano za pomocą programu SPSS® firmy IBM® wersja 26. Wyniki Ocena składu ciała badanej grupy mężczyzn nie wykazała różnic istotnych statystycznie pomiędzy grupą przyjmującą sproszkowane owoce wiśni, a grupą przyjmującą placebo. Badanie grubości przedziałów mięśniowych pomiędzy grupami wskazało istotny wzrost grubości zginaczy stawu kolanowego w obydwu grupach oraz istotne spadki grubości prostowników stawu kolanowego i zginaczy stawu łokciowego wyłącznie w grupie placebo. Pomiar stężenia dekoryny wykazał istotny spadek jej stężenia w spoczynku w obydwu grupach oraz dalszy znamienny spadek stężenia po treningu i 45 minut po treningu wyłącznie w grupie kontrolnej. Ocena stężenia CHI3L1 wykazała istotny spadek stężenia bezpośrednio po treningu wyłącznie w grupie przyjmującej sproszkowane owoce wiśni. Stężenie IL-6 wzrosło istotnie w obydwu grupach w każdym z mierzonych punktów czasowych. Ocena mierzonych zdolności wysiłkowych wykazała, że wysokość wyskoku dosiężnego po ośmiu tygodniach suplementacji istotnie wzrosła wyłącznie w grupie eksperymentalnej. Pomiar maksymalnej siły w wyciskaniu sztangi na ławce poziomej wskazuje na istotność na poziomie tendencji statystycznej do wzrostu siły w grupie eksperymentalnej w porównaniu do braku zmian w grupie kontrolnej. Dane uzyskane z dynamometru izokinetycznego dla prędkości kątowej 180°/sekundę wskazują na istotny wzrost szeregu zmiennych w grupie eksperymentalnej m.in. szczytowego momentu siły, średniej mocy oraz średniej szczytowej wartości momentu siły w porównaniu do grupy kontrolnej. Analiza wewnątrz grup dla prędkości kątowej 60°/sekundę wykazała mniejszą liczbę zmian istotnych statystycznie między grupami, aczkolwiek większe przyrosty zmiennych zanotowano w grupie przyjmującej sproszkowane owoce wiśni. Wnioski 1. Suplementacja sproszkowanych owoców wiśni Montmorency nie miała wpływu na mierzone parametry składu ciała: masę ciała, zawartość beztłuszczowej masy ciała, procentową zawartość tkanki tłuszczowej w okresie ośmiotygodniowej interwencji. Wyniki te mogą świadczyć o tym, że suplementacja sproszkowanymi owocami wiśni nie miała wpływu na wydatek energetyczny uczestników badania oraz potwierdzać fakt, że zrównoważony bilans energetyczny jest kluczowym czynnikiem wpływającym na utrzymanie masy ciała. 2. W obu badanych grupach doszło do zwiększenia grubości zginaczy stawu kolanowego, jednak jedynie w grupie kontrolnej zanotowano zmniejszenie grubości prostowników stawu kolanowego i zginaczy stawu łokciowego, co może świadczyć o potencjalnym antykatabolicznym działaniu polifenoli znajdujących się w sproszkowanych owocach wiśni. Wzrost grubości zginaczy stawu kolanowego można wytłumaczyć rzadkim angażowaniem tej grupy mięśniowej we wcześniejszych planach treningowych. 3. Suplementacja sproszkowanych owoców wiśni istotnie zwiększyła wysokość wyskoku dosiężnego oraz wskazała na tendencję do wzrostu siły mięśniowej w wyciskaniu sztangi na ławce płaskiej w okresie ośmiotygodniowej interwencji. Ponadto u mężczyzn przyjmujących wiśnie zanotowano istotny wzrost szeregu mierzonych na dynamometrze izokinetycznym parametrów m.in. szczytowego momentu siły, mocy, czy wykonanej pracy. Wyniki te wskazują na potencjalne ergogeniczne działanie zastosowanej dawki polifenoli z wiśni. 4. Przewlekła suplementacja sproszkowanych owoców wiśni nie miała wpływu na zmniejszenie częstości występowania infekcji górnych dróg oddechowych oraz ich symptomów u uczestników badania w okresie zimowym. Wynik ten może sugerować, że zdecydowanie istotniejszym czynnikiem, który sprzyjał występowaniu infekcji była niska temperatura powietrza atmosferycznego oraz stres wynikający ze zmiany treningu. Za zasadne uważa się przeprowadzenie badań, które będą skupiać się na wpływie podawania wiśni na ciężkość przechodzonych infekcji w warunkach, które do nich predysponują. 5. W obu badanych grupach zanotowano zmniejszenie spoczynkowego stężenia dekoryny po ośmiu tygodniach suplementacji, co mogło zostać spowodowane adaptacjami jakie zaszły w tym czasie w mięśniach szkieletowych. Wyłącznie w grupie kontrolnej istotnie zmniejszyło się stężenie dekoryny w osoczu bezpośrednio po, oraz 45 minut po wykonanym treningu, co może świadczyć o tym, że suplementacja sproszkowanymi owocami wiśni pozwala zwiększyć na dłużej stężenie badanej miokiny po wysiłku fizycznym, a tym samym wydajniej wspierać ich regenerację. 6. Suplementacja sproszkowanych owoców wiśni istotnie zmniejszyła stężenie CHI3L1 bezpośrednio po treningu i wykazała tendencję do zmniejszania stężenia CHI3L1 45 minut po treningu w okresie ośmiotygodniowej interwencji, co może świadczyć o zwiększeniu potencjału przeciwzapalnego komórek mięśni szkieletowych, ponieważ za jej aktywację odpowiadają cytokiny prozapalne. 7. W obu badanych grupach doszło do istotnego wzrostu stężenia IL-6 w każdym z czterech mierzonych punktów czasowych, jednak zmiany stężenia IL-6 były na tyle małe, że nie odzwierciedlały potreningowych wartości notowanych w innych pracach, co może sugerować, że wykonywany trening był zbyt krótki do wywołania sekrecji IL-6 kilkukrotnie wyższej od stężenia spoczynkowego. Sugeruje to, że w przypadku tej miokiny suplementacja sproszkowanych owoców wiśni nie miała wpływu na stężenie IL-6 w stosunku do grupy kontrolnej. 8. W obu badanych grupach wykazano pozytywną korelację pomiędzy spoczynkowym stężeniem dekoryny po ośmiu tygodniach interwencji i procentową zawartość beztłuszczowej masy ciała oraz ujemna korelację między spoczynkowym stężeniem dekoryny po ośmiu tygodniach interwencji i procentową zawartością tkanki tłuszczowej. Ponadto zanotowano pozytywną korelację pomiędzy potreningowym stężeniem dekoryny i szczytowym momentem siły, średnią mocą czy wykonaną pracą generowanymi przez kończyny dolne. Wyniki te sugerują, że zwiększone stężenie dekoryny może być zaangażowane w przyrost masy mięśniowej i siły. Za zasadne uważa się przeprowadzenie badań, które będą skupiać się na wpływie podawania wiśni na zmiany ekspresji dekoryny w tkance mięśni szkieletowych. 9. W obu badanych grupach wykazano negatywną korelację pomiędzy spoczynkowym stężeniem CHI3L1 po ośmiu tygodniach interwencji i procentową zawartość beztłuszczowej masy ciała oraz pozytywną korelację między spoczynkowym CHI3L1 dekoryny po ośmiu tygodniach interwencji i procentową zawartością tkanki tłuszczowej. Wyniki te mogą sugerować, że stężenie CHI3L1 w surowicy krwi nie jest dobrym markerem oceny adaptacji do treningu siłowego u osób aktywnych fizycznie, prawdopodobnie dlatego, że może być wydzielana przez wiele innych komórek organizmu. 10. Długotrwała suplementacja ocenianej dawki sproszkowanych owoców wiśni nie doprowadziła do zahamowania badanych adaptacji oraz zdolności wysiłkowych mężczyzn trenujących siłowo. Według wiedzy autora jest to pierwsze badanie z wykorzystaniem wiśni, które stoi w opozycji do badań z wykorzystaniem wysokich dawek witamin C i E sugerujących negatywny wpływ na adaptacje treningowe.

Introduction The beneficial impact of physical effort on health after regular physical activity results from to adaptations taking place in several systems in the human body. The specific type of adaptation depends, inter alia on the type of effort taken. Moreover, intense exercise can lead to an acute increase in inflammatory processes and oxidative stress, which in turn leads to the activation of compensatory mechanisms. At the turn of the 20th and 21st centuries, it was shown that reactive oxygen and nitrogen species generated during exercise serve as signaling molecules in the body and increase the production of endogenous antioxidants. Although an acute response to intense exercise is required for long-term adaptation to occur, this condition may be accompanied by decreased muscle function, muscle soreness, and exercise-induced muscle damage. This uncomfortable and bothersome feeling can make training impossible or difficult to continue. Dietary supplements containing tart cherry are becoming more and more popular among athletes. Scientific research suggests that giving athletes tart cherry can: reduce exercise-induced muscle damage, reduce pain, improve recovery, and improve sleep quality. At the same time, it is emphasized that the constant use of nutritional interventions accelerating recovery may adversely affect the adaptation processes in skeletal muscles, therefore chronic antioxidant supplementation is not currently recommended for athletes. There is no convincing scientific evidence in the literature that would suggest that supplementation with other (than vitamin C and E) antioxidants may have an equally unfavorable effect on adaptation to exercise. To the best of the author's knowledge, none of the previously published scientific works using tart cherry supplementation have focused on the impact of this fruit on adaptations induced by strength training. Aim The study aimed to assess the effect of supplementation with Montmorency tart cherry powder on exercise adaptations induced by strength training in trained men during the eight-week intervention period. Material and methods 28 healthy, trained men aged 18 to 40 were enrolled in the study. Evaluation of the effect of tart cherry powder supplementation in men’s strength training was conducted in an eight-week, randomized, double-blind trial. The research procedure consisted of: nutritional, supplementation, and training intervention, which respectively consisted of consuming a certain amount of energy and macronutrients; supplementation of tart cherry powder or placebo capsules, and compliance with a planned training program focused on muscle hypertrophy for a period of 8 weeks. After recruitment, the men were invited to the Exercise Physiology Laboratory for exercise tests after which, based on the criterion of maximum bench press strength, they were subjected to stratified randomization and divided into two groups: receiving capsules with 600 mg of tart cherry powder or receiving capsules containing placebo. During the second visit to Exercise Physiology Laboratory, each of the study participants underwent a planned strength training and laboratory tests followed by an eight-week supplementation, training, and nutritional intervention. The exercise tests included among others: evaluation of Counter Movement Jump (CMJ), evaluation of the maximum bench press strength, and evaluation of the isokinetic muscle peak torque of the lower limbs. On the second day, the men were subjected to body composition analysis and intensive strength training, which was to induce the secretion of the tested myokines. During this meeting, blood samples were taken four times - before the training, immediately after it, 45 minutes after and 90 minutes after the end of the training. The same protocol was repeated after 8 weeks of intervention. The statistical analysis of the collected research results was performed with the SPSS® software from IBM® version 26. Results The assessment of the body composition of the studied group of men showed no statistically significant differences between the group receiving tart cherry powder and the group receiving placebo. The study of the thickness of the muscle compartments between the groups showed a significant increase in the thickness of the knee flexors in both groups and significant decreases in the thickness of the knee extensors and the elbow flexors only in the placebo group. The measurement of decorin concentration showed a significant decrease in its concentration at rest in both groups and a further significant decrease in concentration after training and 45 minutes after training only in the control group. The CHI3L1 concentration assessment showed a significant decrease in concentration immediately after training only in the group receiving tart cherry powder. The concentration of IL-6 increased significantly in both groups at each of the measured time points. The evaluation of the measured exercise capacity showed that the height of the CMJ after eight weeks of supplementation significantly increased only in the experimental group. The measurement of the maximum bench press strength shows the significance of the statistical tendency for the increase in strength in the experimental group compared to no change in the control group. The data obtained from the isokinetic dynamometer for the angular velocity of 180 °/second indicate a significant increase in a number of variables in the experimental group, including peak torque, average power, and mean peak torque value compared to the control group. The intra-group analysis for the angular velocity of 60 °/second showed a smaller number of statistically significant changes between the groups, although greater increases in the variables were noted in the group receiving tart cherry powder. Conclusions 1. Supplementation of Montmorency tart cherry powder had no effect on the measured parameters of body composition: body weight, fat free mass, percentage of adipose tissue during the eight-week intervention period. These results may indicate that tart cherry supplementation did not affect the energy expenditure of the study participants and confirm the fact that a neutral energy balance is a key factor influencing body weight maintenance. 2. In both study groups, there was an increase in the thickness of the knee flexors, but only in the control group, there was a decrease in the thickness of the knee extensors and elbow flexors, which may indicate the potential anti catabolic effect of polyphenols found in cherry fruit. The increase in the thickness of the knee flexors can be explained by the rare involvement of this muscle group in previous training plans. 3. Tart cherry powder supplementation significantly increased the height of the counter movement jump and indicated a tendency to increase bench press muscle strength during the eight-week intervention. In addition, in men taking cherries, a significant increase in a number of parameters measured on an isokinetic dynamometer was noted, e.g. peak torque, power, or total work performed. These results indicate the potential ergogenic effect of the dose of cherry polyphenols used. 4. Chronic supplementation with tart cherry powder did not reduce the incidence of upper respiratory tract infections and their symptoms in the study participants in the winter months. This result may suggest that the low ambient air temperature and the stress resulting from the change of training were definitely more important factors that contributed to the occurrence of infection. It is considered justified to conduct research that will focus on the effect of administering tart cherries on the severity of infections in conditions that predispose to them. 5. In both studied groups, there was a decrease in the resting decorin concentration after eight weeks of supplementation, which could have been caused by the adaptations that took place in skeletal muscles. Only in the control group, the concentration of decorin in the plasma decreased significantly immediately after, and 45 minutes after the training, which may indicate that tart cherry supplementation allows increasing the concentration of the studied myokine for a longer time after exercise, and thus support their regeneration more efficiently. 6. Tart cherry powder supplementation significantly decreased CHI3L1 concentration immediately after training and showed a tendency to decrease CHI3L1 concentration 45 minutes after training during the eight-week intervention period, which may indicate an increase in the anti-inflammatory potential of skeletal muscle cells, because pro-inflammatory cytokines are responsible for its activation. 7. In both studied groups there was a significant increase in the concentration of IL-6 at each of the four measured time points, however, the changes in the concentration of IL-6 were so small that they did not reflect the post-training values recorded in other studies, which may suggest that the performed training was too short to induce IL-6 secretion several times higher than the resting concentration. This suggests that in the case of this myokine, supplementation with powdered cherry fruit did not affect the concentration of IL-6 in relation to the control group. 8. A positive correlation was demonstrated in both studied groups between the resting decorin concentration after eight weeks of intervention and the percentage of lean body mass, and a negative correlation between the resting decorin concentration after eight weeks of intervention and the percentage of adipose tissue. Moreover, a positive correlation was noted between the post- training concentration of decorin and the peak moment of force, average power and the work performed by the lower limbs. These results suggest that an increased concentration of decorin may be involved in gains in muscle mass and strength. It is considered justified to conduct research that will focus on the influence of cherries on changes in the expression of decorin in skeletal muscle tissue. 9. A negative correlation was demonstrated in both studied groups between the resting CHI3L1 concentration after eight weeks of intervention and the percentage of lean body mass, and a positive correlation between the resting CHI3L1 of decorin after eight weeks of intervention and the percentage of adipose tissue. These results may suggest that serum CHI3L1 concentration is not a good marker of adaptation to strength training in physically active people, possibly because it can be secreted by many other cells in the body. 10. Long-term supplementation of the assessed dose of tart cherry powder did not inhibit the tested adaptations and exercise capacity of men training strength. According to the author's knowledge, this is the first study using cherries, which is in opposition to studies using high doses of vitamins C and E, suggesting a negative impact on training adaptations.