Витамины-антиоксиданты в питании спортсменов: физиолого-биохимические и гигиенические аспекты

Обязательным условием жизнедеятельности организма человека является адекватное обеспечение его клеток молекулярным кислородом (О2), который расходуется преимущественно на окисление углеводов, жиров и белков с образованием энергии. В нормальных условиях на окислительный метаболизм этих субстратов и выработку энергии в дыхательной цепи митохондрий исполь-зуется 95-98 % вдыхаемого кислорода. При этом молекулярный кислород подвергается полному четырёхэлектронному восстановлению до воды (Н2О) без образования промежуточных продуктов. Остальная часть потребляемого кислорода (2-5 %) подвергается неполному одно-, двух-, трёхэлектронному восстановлению с образованием промежуточных продуктов в виде активных форм кислорода (АФК), которые обладают высокой реакционной способностью и при избыточной генерации могут повреждать клеточные структуры. К числу активных форм кислорода относят свободные радикалы - молекулы или фрагменты молекул, имеющие на внешней оболочке неспаренный электрон, например, супероксидный анион-радикал СО2-), гидроксильный радикал СОН), а также не являющиеся свободными радикалами пероксид водорода (Н2О2), синглетный кислород 1О2 [1]. Постоянно образуясь в клетках организма, особенно в фагоцитах, активные формы кислорода играют важную роль в защите от патогенных микроорганизмов, в детоксикации ксенобиотиков, межклеточном взаимодействии, метаболизме белков, нуклеиновых кислот, липидов, процессах дифференцировки и роста клеток, в регуляции процессов апоптоза. Однако они способны оказывать прямое повреждающее воздействие на структурные компоненты клеток, а также инициировать реакции свободнорадикального окисления липидов, белков и других органических соединений, что приводит к деструкции клеточных структур, особенно биологических мембран, вплоть до гибели клетки. Чрезмерная активация свободнорадикальных процессов, обусловленная избыточным образованием активных форм кислорода преимущественно радикальной природы или истощением запасов антиоксидантов, приводит к дисбалансу между окислителями и антиоксидантами в пользу окислителей - окислительному стрессу [2], который в настоящее время рассматривается как звено патогенеза многих заболеваний [3]. Кроме того, окислительный стресс, вызванный избыточным образованием активных форм кислорода и усилением свободнорадикального окисления липидов, может служить одним из ключевых биохимических механизмов, приводящих к развитию утомления при интенсивных физических нагрузках [4]. Активация процессов свободнорадикального окисления является универсальной реакцией организма на воздействие стресс-факторов различной природы, в том числе на чрез- мерные физические нагрузки и психоэмоциональное напряжение, сопряжённые со спортивной деятельностью. При этом окислительный стресс, индуцированный продолжительными и интенсивными спортивными нагрузками, может являться фактором риска возникновения ряда патологий у спортсменов, включая заболевания сердечно-сосудистой системы [5].

Для предотвращения накопления избыточного количества активных форм кислорода и защиты клеток от повреждающего действия свободных радикалов и токсичных продуктов свободнорадикального окисления в организме человека в ходе эволюции сформировалась сложная многокомпонентная антиоксидантная система. В состав этой системы входят антиоксидантные ферменты (супероксиддисмутаза, каталаза, пероксидаза, глутатионпероксидаза, глута-тионредуктаза) и неферментные соединения различной химической природы (восстановленный глутатион, ретинол, каротиноиды, аскорбиновая кислота, токоферол, полифенолы, билирубин, цистеин, метионин и др.) [2]. Жирорастворимые антиоксиданты (витамин Е, в-каротин, убихинон и др.) локализуются в липидах биологических мембран, водорастворимые антиоксиданты (антиоксидантные ферменты, глутатион, витамин С и др.) действуют внутри клетки. Некоторые соединения, обладающие антиоксидантными свойствами, локализуются во внеклеточном пространстве (церулоплазмин, трансферрин, витамин С и др.) [6]. Одни антиоксиданты синтезируются в организме человека (напри-мер, антиоксидантные ферменты, глутатион, билирубин), а другие должны поступать с пищей (витамины А, Е, С, каротиноиды, полифенолы).

Среди большого количества антиоксидантов, различающихся по происхождению, химической структуре, механизму действия и точкам приложения, особый интерес при организации питания спортсменов представляют такие экзогенные соединения с антиоксидантными свойствами как витамины-антиок-сиданты А, Е и С.

Витамин А (ретинол) - это группа близких по химическому строению веществ, в которую входят ретинол, его метаболиты ретиналь и ретиноевая кислота, и эфиры ретинола. Метаболическими предшественниками (провитаминами) витамина А, из которых он образуется в организме, являются каротиноиды. При этом наиболее высокой биологической активностью обладает в-ка-ротин. Витамин А и, особенно каротиноиды, ингибируют процессы свободнорадикального окисления липидов в биологических мембранах [7], участвуют в нормализации структурно-функциональных свойств мембран клеток. Каротиноиды являются эффективными гасителями синглетного кислорода и служат индукторами продукции антиоксиданта глутатиона в клетке [8].

Витамин А играет важную роль в обеспечении сумеречного и цветного зрения; необходим для формирования и роста костей, синтеза хондроитинсульфатов, являющихся компонентами хрящевой ткани, дифференцировки эпителиальных клеток, особенно эпидермиса и железистого эпителия; оказывает стимулирующее действие на иммунную систему за счёт ускорения пролиферации лимфоцитов и активизации фагоцитоза [7].

Физиологическая потребность в витамине А составляет 900 мкг/сутки у мужчин, 800 мкг/сутки у женщин, в в-каротине - у взрослых людей обоего пола - 5,0 мг/сутки [9]. Источниками витамина А являются продукты животного происхождения: печень кур, печень говяжья, печень свиная, печень трески, рыбий жир, желток яйца, масло сливочное, твёрдые сыры. В продуктах растительного происхождения, прежде всего в овощах и плодах жёлто-красного цвета (морковь, шиповник, красный сладкий перец, абрикосы, рябина черно-плодная, тыква, томаты и др.), а также в зелени содержится в-каротин [7].

Ретинол хорошо всасывается в тонком кишечнике. Каротиноиды всасываются хуже, чем ретинол: усваивается не более 1/6 общего количества в-ка-ротина [7]. При этом всасывание и расщепление в-каротина тем выше, чем хуже обеспеченность организма витамином А и наоборот [10].

Дефицит витамина А сопровождается нарушением адаптации глаз к условиям пониженного освещения («куриная слепота»), сухостью кожи, ороговением кожных покровов, сухостью и тусклостью волос, снижением устойчивости к инфекционных заболеваниям [7]; снижением абсорбции железа и уменьшением его вовлечения в эритропоэз, что повышает риск развития железодефицитной анемии [11].

Витамин А способен накапливаться в клетках печени, и запасов его у взрослого человека может хватить на 2-3 года. Организм человека не обладает эффективными механизмами выведения избыточного количества ретинола. Поэтому при использовании высоких доз витамина А, существенно превышающих физиологическую потребность организма в этом микронутриенте, возможно возникновение острого и хронического гипервитаминоза А, в то числе с развитием тяжёлых токсических нарушений. Основными клиническими проявлениями гипервитаминоза А являются: зуд и гиперемия кожи, шелушение кожи, выпадение волос; потеря аппетита, головная боль, раздражительность, спутанность сознания, двоение в глазах, сонливость или бессонница, слабость, повышение внутричерепного давления; кровоточивость дёсен, тошнота, рвота, диарея, увеличение печени и селезёнки; кальциноз связок у взрослых, боль и отёк вдоль трубчатых костей у детей. При избытке в-каротина, обусловленном обильным потреблением моркови, тыквы и других продуктов, богатых каротиноидами, возможно появление желтушной окраски кожи (но не слизистых оболочек) - псевдожелтухи, проходящей после коррекции рациона питания [7].

Витамин Е (токоферолы) - это группа близких по структуре и биохимическим свойствам природных жирорастворимых соединений, которую составляют четыре токоферола и четыре токотриенола [7]. Наибольшей биологической активностью обладает а-токоферол. В организме человека и животных витамин Е входит в состав всех клеточных мембран и в комплексе с витамином А принимает участие в их защите от повреждающего действия активных форм кислорода и других прооксидантов. Витамин Е нейтрализует пероксильные радикалы жирных кислот (LOO^), ингибируя процесс свободнорадикального окисления липидов биомембран; стабилизирует клеточные мембраны, делая их более устойчивыми к воздействию активных форм кислорода [12]; совмест-но с аскорбиновой кислотой способствует присоединению селена к активному центру антиоксидантного фермента глутатионпероксидазе; повышает биологическую активность витамина А [7], увеличивает интенсивность биосинтеза липофильного антиоксиданта убихинона (коэнзима Q), который обладает мембраностабилизирующим действием и участвует в тканевом дыхании [6]; нейтрализует синглетный кислород; защищает от окисления сульфгидрильные группы белков, взаимодействуя с липидными радикалами [8]; влияет на обмен белков и нуклеиновых кислот; стимулирует фосфорилирование креатина, накопление гликогена, деятельность мышц; способствует усвоению жиров и жирорастворимых витаминов А, D; активирует синтез гемоглобина, миоглобина; повышает устойчивость организма к гипоксии; необходим для нормального функционирования миокарда, половых желез [13].

Физиологическая потребность в витамине Е у взрослых людей составляет 15 мг/сутки [9]. Пищевыми источниками этого витамина являются растительные масла (соевое, хлопковое, кукурузное, подсолнечное, оливковое), бобовые, кукуруза, крупы (гречневая, перловая, овсяная, кукурузная) [7].

Витамин Е всасывается в тонком кишечнике. В организме находится во всех тканях, особенно в жировой ткани, центральной нервной системе, мышцах и печени [7].

Недостаток витамина Е оказывает негативное влияние на антиоксидант-ный статус организма; ведёт к возникновению тканевой гипоксии в органах с высокой потребностью в кислороде, повреждению мышечных волокон, нервных клеток, гепатоцитов, эпителия нефронов, зародышевых тканей. При этом клиническими проявлениями гиповитаминоза Е могут быть: мышечная слабость, снижение тонуса мышц; снижение потенции у мужчин, склонность к выкидышам у женщин; гемолиз эритроцитов из-за нарушения стабильности их мембран; нарушение координации движений, снижение сухожильных рефлексов [7].

При бесконтрольном использовании лекарственных препаратов а-токофе-рола и биологически активных добавок возможно развитие гипервитаминоза Е, при котором могут отмечаться: тромбоцитопения, риск кровотечения, тошнота, диарея, повышенная утомляемость, слабость, головная боль, мышечные судороги [7].

Витамин С (аскорбиновая кислота) - водорастворимый витамин с выраженными антиоксидантными свойствами. Аскорбиновая кислота обладает способностью ингибировать процессы свободнорадикального окисления в водной фазе клетки, а также является важным антиоксидантом плазмы крови. Она обезвреживает супероксидный анион-радикал, гидроксильный, гидроперок- сильный, пероксидный радикалы, синглетный кислород, гипохлорит; препятствует окислению и разрушению других антиоксидантов (витамин Е, глутатион), восстанавливает их, возвращая им антиоксидантные свойства; способствует включению железа плазмы крови в состав основного внутриклеточного депо железа - ферритина, что уменьшает количество свободных ионов железа, способных катализировать генерацию высокореактивных свободных радикалов [8]; взаимодействует с антиоксидантами, вырабатываемыми в самом организме: антиоксидантными ферментами (каталазой, глутатионперо-ксидазой, супероксиддисмутазой), глутатионом, мочевой кислотой, билируби-ном; участвует в синтезе гормонов коры надпочечников, синтезе и метаболиз-ме гормонов щитовидной железы, метаболизме катехоламинов; образовании коллагена; улучшает всасывание железа в кишечнике [7]; способствует усвоению организмом белков; повышает прочность и эластичность стенок кро-веносных сосудов; участвует в обмене холестерина; стимулирует регенерацию и заживление тканей; способствует созданию запасов гликогена в печени, повышает её антитоксическую функцию [13]; улучшает иммунный статус организма за счёт повышения активности Т-лимфоцитов и фагоцитарной активности нейтрофилов [7].

Физиологическая потребность в аскорбиновой кислоте у взрослых людей составляет 100 мг/сутки [9]. Пищевыми источниками витамина С являются: шиповник, перец красный сладкий, чёрная смородина, петрушка, капуста брюссельская, укроп, капуста цветная, белокочанная и краснокочанная, апельсины, земляника, лимоны, киви, смородина белая, мандарины, редис, лук зелёный [7, 13].

Аскорбиновая кислота является неустойчивым соединением. Она разрушается под воздействием высокой температуры; окисляется кислородом (при неправильном хранении и приготовлении пищи), а также при контакте с посудой из железа или меди. Её лучшему сохранению способствуют кислая реакция продукта, сахар, крахмал [13].

При недостатке витамина С могут наблюдаться: контактная кровоточивость дёсен, выпадение зубов; геморрагическая сыпь на коже; частые простудные заболевания; гипохромная анемия; гипотермия; слабость, повышенная утомляемость, снижение работоспособности [7].

Согласно данным литературы потребность организма спортсменов в вита-минах-антиоксидантах выше, по сравнению с таковой у людей, не занимающихся спортом. В частности, витамин С спортсменам рекомендуется потреблять в дни обычных тренировок по 150–200 мг/сутки, а в период соревнований и последующие 2-3 дня - по 200-300 мг/сутки. Суточная потребность спортсменов в витамине А составляет 2,0-4,0 мг, в витамине Е - 20-40 мг [13]. Повышенная потребность организма спортсменов в витаминах-антиоксидантах может быть обусловлена ролью этих микронутриентов в метаболических процессах, в поддержании структурно-функциональной целостности клеточных мембран, и необходимостью поддержки антиоксидантного статуса спортсменов в усло-виях интенсивных физических нагрузок и нервно-эмоционального напряжения, сопровождающихся активизацией процессов свободнорадикального окисления с возможным развитием окислительного стресса.

Сведения о содержании витаминов-антиоксидантов в рационах спортсменов и об обеспеченности их организма этими микронутриентами неоднозначны. В одних случаях исследователи отмечали дефицит этих витаминов-антиок-сидантов в рационах и/или в сыворотке крови спортсменов. В других случаях, уровень исследуемых витаминов (всех или отдельных) был в пределах нормы. Иногда содержание отдельных витаминов-антиоксидантов в рационе и/или сыворотке крови превышало рекомендуемые величины.

Так, результаты исследований Р. М. Раджабкадиева с соавторами, проведённых с участием высококвалифицированных бобслеистов, биатлонистов и спортсменов, занимающихся пулевой стрельбой обоего пола [n=159] показали, что базовый рацион питания большинства спортсменов был дефицитен по содержанию витаминов А, Е и С. В рационе всех спортсменок не достигало адекватного уровня содержание каротина. Наибольший дефицит витаминов наблюдался в рационах женщин, занимающихся бобслеем. Дополнительное потребление биологически активных добавок, содержащих весомые дозы витаминов, позволило повысить их поступление с рационом до рекомендуемого уровня. После этого содержание витаминов А и С в сыворотке крови большинства спортсменов находилось в пределах нормы. В тоже время у 35,9 % спортсменов было выявлено более высокое по сравнению с верхней гра-ницей нормы содержание витамина А, у 15,6 % - содержание витамина С. У 17,4 % обследованных выявлен дефицит витамина Е. При этом у 22,3 % спортсменов содержание этого витамина в сыворотке крови превышало верхнюю границу нормы. Сопоставив данные о потреблении витаминов А, Е и С и их уровнем в сыворотке крови авторы, пришли к выводу о том, что для поддержания оптимального витаминного статуса организма спортсмена нецелесообразно использовать избыточные дозы этих витаминов [14].

В другом исследовании Р. М. Раджабкадиева с соавторами, проведённом с участием 22 профессиональных футболистов, у 86,0 % обследованных выявлено сниженное по сравнению с рекомендуемым уровнем потребление витамина А и в-каротина, у 63,6 % - витамина С. В сыворотке крови каждого второго футболиста отмечен дефицит в-каротина. При этом содержание витаминов А, Е и С находилось в пределах нормы [15].

Результаты исследования Р. В. Тамбовцевой с соавторами, проведённого с участием высококвалифицированных спортсменов-гиревиков [n=19], показали, что у обследованных спортсменов имел место достаточно большой индивидуальный разброс по содержанию витаминов в сыворотке крови. При этом у большинства спортсменов отмечен дефицит витаминов А, Е и С. Дополнительное использование витаминного комплекса способствовало повышению содер- жания витаминов-антиоксидантов в сыворотке крови спортсменов, а так-же снижению уровня молочной кислоты в крови после физической нагрузки [16].

По данным Н. Н. Потолицыной с соавторами, у высококвалифицированных спортсменов, представителей шести видов спорта (баскетбол, биатлон, лыж-ные гонки, велоспорт, лёгкая атлетика, тхэквондо) независимо от вида спорта, наблюдается высокий риск возникновения дефицита витаминов, особенно тиамина и токоферола. При этом наибольшее число лиц с гиповитаминозами было среди лыжников, биатлонистов и тхэквондистов. Сравнительный анализ витаминной обеспеченности спортсменов и лиц, не занимающихся спортом, показал, что у женщин-спортсменок дефицит витаминов встречается чаще, чем у женщин, не занимающихся спортом. При этом у мужчин-спортсменов частота встречаемости гиповитаминозов практически такая же, как у мужчин-неспорт-сменов [17].

• Н.    К. Артемьева с соавторами, проанализировав 1540 рационов питания спортсменов велосипедистов-шоссейников в разные сезоны года в условиях учебно-тренировочных сборов, установила, что содержание витаминов в рационах спортсменов подвержено сильным сезонным колебаниям. Особенно это касается витамина С, существенный дефицит которого был выявлен в зим-не-весенний период [18].

Дефицит витаминов у спортсменов сопровождается снижением работоспособности, потребления кислорода, выносливости, мышечной силы; повышением уровня молочной кислоты в крови; снижением скорости восстановления после больших физических нагрузок. При этом дополнительный приём витаминов на фоне субклинических проявлений гиповитаминозов сопровождается повышением работоспособности. В этой связи спортсменам рекомендуется дополнительный приём витаминов в виде обогащённых продуктов или сбалансированных витаминно-минеральных комплексов при содержании витаминов не выше 100 % от суточной нормы [19]. С другой стороны, данные литературы свидетельствуют, что использование повышенных доз витаминов у исходно адекватно обеспеченных этими пищевыми веществами спортсменов, не оказывает заметного влияния на физическую силу, выносливость, скорость восстановления после нагрузки, эффективность тренировочного процесса, спортивные результаты. При этом существует потенциальная возможность повреждающего действия чрезмерных доз витаминов-антиоксидантов при применении в течение длительного времени. Поэтому их применение рекомендуется ограничивать [20].

В спортивной практике распространено избыточное потребление отдельных витаминов, например, витамина С в составе напитков, содержащих этот витамин в количестве в 1,5–2 раза превышающем рекомендуемую суточную норму потребления [19]. Однако витамины С, Е и в-каротин в избыточных до-зах, существенно превышающих физиологическую потребность организма в этих биологически активных веществах, могут проявлять не только антиокси- дантный, но и прооксидантный эффект. Данное обстоятельство может служить причиной отсутствия в ряде исследований положительного влияния витами-нов-антиоксидантов, применяемых в чрезмерных дозах в течение длительного времени [20].

Таким образом, обеспеченность организма витаминами А, Е и С является значимым фактором, влияющим на антиоксидантный и метаболический статус, иммунную систему и физическую работоспособность спортсмена. Дефицит этих витаминов-антиоксидантов может негативно отразиться на уровне физической работоспособности спортсменов. Приём избыточных доз витаминов с антиоксидантными свойствами не повышает эффективность тренировок, но может приводить к нежелательным последствиям для организма спортсмена. Основным способом профилактики дефицита витаминов-антиоксидантов в организме спортсменов является рациональное питание. Дополнительный приём этих микронутриентов в виде витаминных препаратов, витаминно-минеральных комплексов, биологически активных добавок к пище целесообразно проводить после предварительного биохимического исследования уровня обеспеченности организма спортсмена витаминами-антиоксидантами.