Может ли вкус быть эргогеническим?

Переводчик: Лев Игнашин

Редактор:  Анжелика Демина, научный редактор «СМТ — Научный подход»

Источник: European Journal of Nutrition 

Аннотация

Вкус — это гомеостатическая функция, обеспечивающая передачу ценной информации, такой как плотность энергии, готовность к употреблению или токсичность пищевых продуктов. Вкус не ограничивается одной лишь полостью рта, затрагивая множество физиологических систем. В настоящем обзоре приводится описание эргогенического потенциала веществ, придающих горький, сладкий, горячий и холодный вкусы при приеме до и во время выполнения физических упражнений, а также исследуется связь эргогенических свойств вкуса с эффектом плацебо.

Полоскание рта углеводами с наибольшей вероятностью повышает работоспособность, а также обеспечивает потенциальный эргогенический эффект при пероральном приеме в отношении как горьких вкусовых стимуляторов, так и кофеина, притом что последующее попадание внутрь горьких веществ во время полоскания рта, вероятно, является необходимым условием для улучшения работоспособности. Горячие и холодные вкусы могут оказаться полезными в тех обстоятельствах, когда определенные сомнения вызывает тепловое состояние спортсменов. Эффективность не ограничивается одним лишь вкусом, затрагивая стимуляцию целевых рецепторов в полости рта и во всем пищеварительном тракте, а также передавая сигналы, относящиеся к наличию энергии, температуре и соответствующим нервным центрам. Доза, периодичность и сроки применения вкусовых стимуляторов с точки зрения достижения максимального эффекта, вероятно, должны быть индивидуальными и могут меняться под влиянием факторов, связанных с эффектом плацебо, выделяющих вкус в качестве критического компонента при разработке и применении методов прикладной спортивной науки.

Введение

Вкус — это гомеостатическая функция, которая помогает принять решение о том, что есть, и выступает в качестве предшествующего этапа пищеварения [1]. Вкусы и предпочтения людей эволюционировали благодаря наличию питательных веществ в среде наших предков [2], в которой они передавали такую информацию, как плотность энергии, готовность к употреблению или токсичность [1, 3]. Несмотря на то, что вкус является зоной с наибольшим количеством вкусовых рецепторов, он не ограничивается строго ротовой полостью и зачастую включает в себя иные сенсорные входы из верхних отделов пищеварительного тракта и слуховой, обонятельной и зрительной систем [1, 4-9]. Это наиболее заметно у тех, кто страдает агевзией (потерей вкуса) или аносмией (потерей обоняния), но при этом физиологически реагирует на вкусы [3, 10], что является проявлением вкуса как химического взаимодействия между химически воспринимаемым агентом и рецепторами, в результате чего происходит прием внутрь, либо отторжение, а также сопутствующие проявления гедонических ощущений.

Оценка физиологических реакций на вкус не избежала внимания со стороны спортивных ученых, и в настоящее время в научной литературе [11-15] публикуются исследования множества различных «вкусов» с целью разработки способов снижения усталости или улучшения физической или когнитивной работоспособности. Представления о наличии энергии [16, 17], тепловом восприятии [11, 12, 18] и центральном движущем механизме [15, 19] могут меняться в зависимости от исследуемого вкусового стимулятора. В число вторичных результатов могут также входить изменения в вегетативной функции [20-22], жажде [23, 24] и вентиляции [25-27], сопровождающиеся дальнейшими результатами в зависимости от того, попадают вкусовые стимуляторы внутрь или используются исключительно для полоскания полости рта, после чего выплевываются.

Такого рода результаты, вероятно, представляют пользу для спортсменов, однако в значительной степени зависят от их режима тренировки, предварительного воздействия и предпочтений в отношении определенных вкусовых стимуляторов, а также наличия вкусовых стимуляторов во время выполнения упражнений. Нельзя исключать эффекты плацебо, связанные с вкусовыми стимуляторами, которые могут быть усилены путем включения тщательно подобранного вкусового компонента в индивидуальный режим спортивного питания или сопоставления вкусов элементов питания с другими сенсорными ожиданиями, такими как цвет [28, 29]. В предыдущей работе рассматривался вопрос о «пристрастии [центрального] регулятора к сладкому» [14]; в этом обзоре будет исследован эргогенический потенциал различных вкусов, вводимых до и во время выполнения физических упражнений. Кроме того, будет затронут вопрос о связи эргогенических свойств вкуса с эффектом плацебо. На протяжении всей работы приводятся рекомендации для спортсменов, практикующих врачей и будущих направлений исследований.

Сладкие и горькие вкусовые стимуляторы и выполнение спортивных упражнений

Углеводы

Общеизвестна эффективность углеводов как средства поддержания выносливости [30]. Однако четкий основной механизм, с помощью которого углеводы повышают работоспособность, в настоящее время не установлен; во время физической нагрузки только около четверти поглощенных углеводов поступает в периферическое кровообращение [31], причем экзогенные углеводы, как удалось выяснить, составляют лишь небольшую долю углеводов, окисляющихся на поздних стадиях длительной физической нагрузки [32].

Отсутствие четкого метаболического механизма позволяет сделать предположение о том, что потребление углеводов во время физической нагрузки может стимулировать центральные пути, связанные с чувством поощрения или наличия энергии, что в свою очередь обеспечивает эффект повышения работоспособности [33]. Чтобы проверить эту гипотезу, исследователи дали участникам эксперимента обработать раствором углеводов полость рта без попадания внутрь, устранив возможность метаболического воздействия углеводов на работоспособность. За последнее десятилетие количество исследований по данной теме значительно увеличилось, при этом целый ряд авторов [14, 33, 34, 36, 36] отмечают явный эргогенический эффект полоскания рта углеводами с точки зрения работоспособности, в особенности у участников с истощением запасов гликогена.

Учитывая, что во время полоскания рта в ротовую полость впитывается небольшое количество углеводов, механизм(-ы), за счет которого полоскание рта углеводами повышает производительность, вероятно, является центральным по своей природе [14]. Язык содержит ряд вкусовых рецепторов, способных распознавать сладкие стимулы [37], и эти вкусовые рецепторы при стимуляции активируют дофаминергические пути и центры поощрения в головном мозге [17,  38]. В свою очередь увеличение поощрения может стимулировать мотивацию к тренировкам, позволяя спортсмену самостоятельно выбирать более высокий уровень интенсивности упражнений и снижая влияние сигналов, связанных с периферийной усталостью, как в случае с центральным регулятором [39], так и с психобиологическими [40] моделями усталости. В определенных ситуациях также может наблюдаться упреждающий эффект, при котором активация пероральных рецепторов углеводов предполагает потребление энергии, что позволяет увеличить интенсивность физических упражнений, хотя эта гипотеза еще не доказана на практике.

В настоящее время предполагается, что эргогенический эффект полоскания рта углеводами не связан со вкусом как таковым. Это подтверждается тем фактом, что безвкусные углеводы, такие как мальтодекстрин, обеспечивают эргогенический эффект в растворе для полоскания рта [36], а также активируют области мозга аналогично сладким углеводам, таким как сахароза [17]. Аналогичным образом искусственные подсластители обеспечивают сладкий вкус, но гораздо меньшую активацию ключевых областей мозга по сравнению с сахарозой [41]. Таким образом, наиболее вероятным следует считать предположение о том, что именно связывание углеводов с еще не идентифицированными пероральными рецепторами углеводов, в отличие от самого вкуса, обеспечивает эргогенический эффект полоскания рта углеводами [14].

Горькие вкусовые стимуляторы

Основываясь на потенциальном эргогеническом эффекте сладкого вкуса при промежуточном воздействии ополаскивания рта углеводами (подробнее см.  2.1), Гэм и его коллеги исследовали влияние горьких вкусовых стимуляторов на эффективность физических упражнений (обзор приводится в работе Gam et al. [19]). Потенциальная связь между горьким вкусом и повышением физической работоспособности имеет мощную молекулярную основу, учитывая, что горькие вкусовые стимуляторы активируют те же области мозга, что и сладкие вкусы [42], причем эти области мозга задействованы в таких компонентах, как регуляция движения и обработка эмоций [19].

В своем первом исследовании, посвященном изучению эргогенического эффекта горького вкусового стимулятора, Гэм и его коллеги [43] ввели 14 велосипедистам-участникам соревнований горький раствор, содержащий 2 ммоль хинина, которым они в течение 10 секунд полоскали рот, а затем проглатывали. Раствор хинина увеличивал среднюю выходную мощность в 30-секундном максимальном цикле на 2,4% больше по сравнению с аспартамом (сладкий вкус) во рту и на 3,9% по сравнению с водой.

В следующем исследовании [44] использовалась более мощная концентрация (10 ммоль) хинина, однако участники только ополаскивали раствором полость рта без попадания внутрь. В этом случае эргогенический эффект горького раствора на 30-секундном спринте не наблюдался, благодаря чему можно сделать вывод о потенциальной важности приема горького раствора внутрь. Предложенный механизм, лежащий в основе необходимости приема внутрь, заключается в том, что существует повышенное количество рецепторов горького вкуса за пределами полости рта в верхних отделах желудочно-кишечного тракта [45], которые не активируются после одного лишь полоскания рта.

Помимо работы Гэма и его коллег [43, 44, 46], имеется довольно ограниченное количество дополнительных исследований эргогенического эффекта горького вкусового стимулятора, в связи с чем можно считать обоснованным проведение дальнейшего изучения данной темы. В частности, это может быть актуально с практической точки зрения, поскольку мощные горькие вкусовые добавки — вроде тех, что использовались в исследовании Гэма и его коллег, — могут вызывать тошноту у некоторых участников эксперимента при проглатывании [43]; учитывая это, будет целесообразным проведение дальнейших исследований в отношении оптимальной интенсивности горького вкуса.

Кофеин

Получив подтверждение эргогенического эффекта горького вкуса при попадании внутрь [43, 46], Пикеринг [15] в одном из своих недавних исследований рассмотрел вопрос о том, может ли кофеин, который сам по себе обладает горьким вкусом [47] и, как удалось выяснить, активирует рецепторы горького вкуса, расположенные в полости рта [48], — обеспечить наличие своих хорошо установленных эргогенических свойств [49] за счет своего горького вкуса.

В небольшом количестве исследований [50-56] использовался протокол полоскания рта кофеином в качестве способа повышения работоспособности. В рамках исследований, продемонстрировавших эргогенический эффект, неоднократно использовался 6-секундный протокол теста Вингейта [50,  53] или самостоятельное регулирование выносливости в течение 30 мин [56]; в то же время в ходе исследований, по результатам которых эффекта отмечено не было, использовались модели фиксированной работоспособности [51], прогрессивного бега [55] или повторения до отказа [52].

Несмотря на неоднозначный характер результатов, следует отметить тенденцию к отсутствию повышения работоспособности, когда полоскание рта кофеином используется как для выносливости, так и для высокоинтенсивных упражнений [15]. Причины этого в настоящее время остаются невыясненными; возможно, горький вкус кофеина не обладает эргогеническими свойствами, либо используемые растворы кофеина были недостаточно горькими для того, чтобы спроцовировать эргогенический эффект или эффект, аналогичный хинину [44], а при приеме кофеина необходимо, чтобы его горький вкус был эргогеническим [54]. Впрочем, как удалось установить, полоскание рта кофеином стимулирует когнитивные функции во время выполнения физических упражнений [57], а также ограничивает умственное утомление [58], что позволяет внести предположение о существовании психологического эргогенического эффекта полоскания рта кофеином, связанного, вероятно, с его горьким вкусом - предположение, которое еще предстоит рассмотреть в ходе дальнейших исследований.

Выводы по разделу о сладких и горьких вкусах

На основе приведенных в данном разделе исследований можно сделать вывод о наличии явного эргогенического эффекта полоскания рта углеводами в отношении выносливости [14] наряду с потенциальным эргогеническим эффектом при пероральном приеме как горьких вкусовых веществ [19], так и кофеина [15], хотя в последних двух случаях для повышения работоспособности, вероятно, необходим прием внутрь после полоскания рта.

Что касается горьких вкусовых стимуляторов, то считается, что последующий прием необходим для дальнейшей стимуляции рецепторов горького вкуса в верхних отделах желудочно-кишечного тракта [44]. Данные рецепторы горького вкуса необязательно связаны с вкусовыми нейронами [59], то есть эта активация не связана с «дегустацией» горького вкуса. Кроме того, безвкусные углеводы обеспечивают такой же эргогенический эффект, как и сладкие углеводы при полоскании рта [36], в то время как сладкие искусственные подсластители — нет [33]. Таким образом, важно отметить, что ощущение определенного вкуса не всегда является основным фактором данных эргогенических свойств, это, скорее, стимуляция других рецепторов, которые в свою очередь действуют централизованно для повышения работоспособности [14].

Термальные вкусовые стимуляторы и выполнение спортивных упражнений

Чили и капсаицин

На протяжении тысячелетий люди добавляли в свой рацион специи, такие как перец чили, зачастую испытывая связанное с этим острое ощущение тепла в полости рта [60, 61]. Ощущение повышенной температуры машинально происходит от взаимодействия между соединением капсаицина (8-метил-А-ванилил-6-ноненамид) и транзиторным рецепторным потенциалом белков ваниллоида-1 (TRPV1) [62]. TRPV1 также стимулируется при повышении температуры [63]; таким образом, продукты, содержащие капсаицин, воспринимаются как горячие [62]. Данное перцептивное тепло не ограничивается одним лишь вкусом, поскольку капсаицин также используется в мазях местного применения, пластырях и спреях в качестве временного, но целенаправленно действующего анальгетика [61]. Капсаицин получил широкое применение как среди профессиональных спортсменов, так и любителей, которые используют его для облегчения боли в суставах и мышцах, в то время как исследование возможных эргогенических свойств вкуса и приема капсаицина представляет собой новую область.

На сегодняшний день только в четырех исследованиях изучались эргогенические свойства капсаицина при приеме внутрь [64-66] или ополаскивании рта [12] у людей, в связи с чем была проведена оценка целого ряда протоколов, дозировок и единиц работоспособности. В трех исследованиях проводилось изучение эффекта острой добавки капсаицина (12 мг) за 45 минут до выполнения пробного забега на 1500 м [65], четырех подходов 70% 1ПМ[1] приседаний до отказа [13] и времени до истощения при повторном забеге на 15 секунд по беговой дорожке с установленным пиком МПК[2] в 120% и интервалами отдыха в 15 секунд [66]. При использовании капсаицина результат пробного забега на 1500 м оказался лучше (КАП[3] 371.6 ± 40.8 c и 376.7 ± Пла[4] 39 с), общая поднятая масса (КАП 3,919.4 ± 1,227.4 кг и Пла 3,179.6 ± 942.4 кг) и время до истощения (КАП 1530 ± 515 с и Пла 1342 ± 446 с) по сравнению с применением плацебо. Показатель RPE[5] также оказался значительно ниже, хотя каких-либо различий в уровне лактата в крови отмечено не было [13, 65]. Исследователи предположили, что использование капсаицина могло поспособствовать активации TRPV1 в мышцах скелета, увеличив высвобождение кальция в саркоплазматическом ретикулуме, что наблюдалось в исследованиях на грызунах [67]. Результатом повышенного притока кальция, вероятно, стало увеличенное взаимодействие между актином и миозином, что привело к увеличению работоспособности. Кроме того, удалось установить, что капсаицин оказывает болеутоляющее действие [61], что может привести к снижению значений RPE и повышению работоспособности [13]. Повышению выносливости также может способствовать экономный расход гликогена и сопутствующее увеличение липолиза при приеме капсаицина [68-70].

В вышеуказанных источниках вносится предположение о том, что прием капсаицина в виде капсулы эффективен с точки зрения улучшения спортивных результатов. Однако при употреблении капсаицина в пищу эргогенические эффекты не являются постоянными. 7-дневный прием растительной добавки кайенского стручкового перца, равняющейся 25,8 мг капсаицина в день-1, не привел ни к улучшению временных показателей 30-метрового спринта, ни к снижению показателей RPE или болезненности мышц [64]. В то же время в исследовании Лим (Lim et al.) [71] было установлено, что прием внутрь 10 г острого красного перца за 2,5 ч до тренировки (150 Вт при езде на велосипеде в течение 60 мин.) значительно повышал как дыхательный коэффициент, так и уровень лактата в крови в покое и во время тренировки, что свидетельствует об увеличенном окислении углеводов. Вероятно, изменению эффективности способствовали различия в типе добавок (кайенский перец и красный перец), количестве дозы (25,8 и 12 мг) и протоколе (многократный и срочный); в частности, более высокая доза может оказывать негативное влияние на моторику желудочно-кишечного тракта [13]. Это подтверждается исследованием на грызунах, в ходе которого было установлено, что выносливость при плавании была оптимальной, когда мышам добавляли 10 мг/кг за 2 часа до выполнения упражнений [72]. Данная доза и время приема внутрь, по-видимому, являются своего рода «золотой серединой», причем дозы или сроки, которые находятся ниже или выше указанных значений, оказываются неэффективными или вредными с точки зрения производительности соответственно [73]. Следует отметить, что аналогичная дозировка в рационе человека соответствовала бы потреблению 100 г красного перца чили [74], что совсем непрактично и, вероятно, спровоцировало бы серьезное расстройство желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) [69].