Anabolizm i katabolizm – dowiedz się czym są i co na nie wpływa!

Zwierzęcy metabolizm jest bardzo skomplikowaną machiną – każda przemiana chemiczna zachodząca w organizmie ma swoje specyficzne substraty i produkty. Zazwyczaj jednak mówiąc o metabolizmie stwierdzenie to dotyczy przemiany materii, mającej na celu zaspokojenie zapotrzebowania energetycznego organizmu. W tym celu utleniane są węglowodany, tłuszcze i białka i właśnie na skutek utleniania pozyskiwana jest energia na procesy życiowe. To właśnie proces wieloetapowego utleniania i rozpadu złożonych związków zwany jest katabolizmem i prowadzi do „powstania energii”.

Każdy „nadmiar energii”, do którego dochodzi, kiedy podaż przekracza zapotrzebowanie – może zostać zmagazynowany jako wysokoenergetyczne związki fosforanowe lub jako białka, tłuszcze i węglowodany. Proces wykorzystania prostych cząsteczek do „magazynowania” wymaga użycia energii i zwany jest anabolizmem – prowadzi do wzrostu tkanek organizmu [1].

Oba terminy można powiązać z bardzo wieloma reakcjami chemicznymi. Dla przejrzystości poniższego artykułu hasła: anabolizm i katabolizm zostaną uproszczone do: budowania masy mięśniowej (syntezy białek mięśniowych) oraz redukcji poziomu tkanki tłuszczowej (lipolizy). Warto nadmienić również, że ludzki metabolizm i jego składowe rzadko kiedy są w stanie zupełnej równowagi, a ich funkcje cały czas są badane.

 

Anabolizm

Jak wspomniano powyżej anabolizm odnosi się do syntezy i rozrostu, można go odnieść do wielu tkanek organizmu. Z pewnością jednak nie każdy wzrost jest dla organizmu zdrowy – na przykład nadmiar magazynowanej energii w postaci tłuszczu jest ostatnią rzeczą, do jakiej powinno się dążyć. Dochodzi do tego, kiedy zaburzona zostanie równowaga pomiędzy anabolizmem a katabolizmem – spożywany jest nadmiar kalorii, a tkanka tłuszczowa się rozrasta.

Jest jednak rodzina tkanek, w przypadku której wzrost jest czymś bardzo pozytywnym – mowa o mięśniach poprzecznie prążkowanych, inaczej zwanych szkieletowymi. Zależnie od wieku, płci i stanu zdrowia mięśnie stanowią około 40% masy ciała oraz zawierają 50–75% puli białek organizmu. Każdy powinien dążyć do uzyskania i utrzymania wysokiej masy mięśniowej w ciągu całego życia – zarówno mężczyźni, jak i kobiety, a także dzieci i osoby starsze. Zbyt niski udział tkanki mięśniowej poprzecznie prążkowanej w stosunku do całkowitej masy ciała może być związany z wyniszczeniem organizmu i większą śmiertelnością [2].

W celu optymalizacji tego stosunku stosuje się różne strategie – głównie dietetyczne. Anabolizm tkanki mięśniowej poprzecznie prążkowanej dyktowany jest głównie poprzez odpowiednią podaż pełnowartościowych i łatwo strawnych białek w odpowiedniej częstotliwości, ponadto pobudzany jest przez inne stymulanty syntezy, takie jak aktywność fizyczna [3]. Do wzrostu dochodzi, gdy spożycie białek jest wyższe, aniżeli ich utylizacja na cele fizjologiczne. Dla osób dorosłych, zdrowych i aktywnych fizycznie dla optymalizacji syntezy białek mięśniowych zaleca się spożywanie w zależności od poziomu aktywności 0,250–,4g białka na każdy kilogram masy ciała co 3–4 godziny [4].

Podobnie jak w przypadku innych procesów metabolicznych – anabolizm tkanki mięśni szkieletowych wcale nie jest prosty do krótkiego opisania. W aktywację tego procesu zaangażowane są różne ścieżki metaboliczne: głównie są to mTOR oraz IGF-1/PI3K/Akt, których przebieg w dużym stopniu zależny jest od diety i aktywności fizycznej [5]. Ponadto w równowadze między anabolizmem, a katabolizmem duży udział ma oś podwzgórze-przysadka-nadnercza [6]. Między innymi dlatego w trakcie długotrwałego stresu psychicznego czy fizycznego, a także przy złej higienie życia anabolizm masy mięśniowej jest znacznie utrudniony. Złożoność procesów decydujących o zajściu anabolizmu jest na tyle złożona, że nawet stan nawodnienia podczas treningu sportowego może mieć odmienne skutki hormonalne anaboliczne lub kataboliczne [7].

 

Katabolizm

Katabolizm – antagonistycznie do anabolizmu – jest rozpadem składników odżywczych spożywanych i/lub magazynowanych. Aktywacja katabolizmu – podobnie jak w przypadku anabolizmu – jest w dużym stopniu zależna od diety i aktywności fizycznej. Regulowana jest przez wiele czynników, a każdy z nich do zrozumienia wymaga głębokiej analizy. Dla uproszczenia artykułu omówiony zostanie katabolizm wywołany długotrwałą głodówką przy braku aktywności fizycznej.

W pierwszych godzinach braku pożywienia następuje dynamiczna mobilizacja zasobów najpierw glikogenu obecnego w mięśniach szkieletowych, a następnie tego w wątrobie. Proces ten to glikogenoliza i ma na celu utrzymanie stabilnego poziomu glukozy we krwi dla celów energetycznych. Kolejną fazą następującą po około 20–24 h głodu jest lipoliza – mobilizacja katabolizmu zapasów energetycznych zgromadzonych w postaci tłuszczu w całym organizmie. Ostatnią fazą adaptacji do braku pożywienia jest natomiast katabolizm białek, który spośród wymienionych etapów charakteryzuje się najwyższym stopniem szkodliwości dla człowieka [8]. Stany, w których dochodzi do atrofii, czyli rozpadu tkanki mięśniowej, towarzyszą najcięższym chorobom wyniszczającym organizm. Oczywistym jest, jak bardzo negatywny wpływ ma to na jakość życia. W stanach takich następuje glukoneogenetyczne „przerabianie” aminokwasów mające na celu zapewnienie energii głównie dla mózgu, którego metabolizm „pochłania” około 50% krążącej w organizmie glukozy [9].

Krótkotrwałe głodowanie lub kontrolowane ograniczenie dostępności pożywienia może mieć pewne pozytywne efekty, jednak zupełnie inaczej jest, gdy stan postu/niedożywienia niebezpiecznie się przedłuża. Głównym czynnikiem mającym wpływ na tak silny rozpad białek jest wysoki poziom glukokortykosteroidów. Hormony te wpływają na inhibicję syntezy nowych białek i blokowanie funkcji hormonu wzrostu (GH). Poza długotrwałym stresem i głodówką stan taki może być wywoływany przez stosowanie niektórych leków sterydowych – zalecana wtedy jest podaż niezwykle drogiego GH i insulinopodobnego czynnika wzrostu-1 (IGF-1) [10].

Katabolizm szczególnie nasila się u osób starszych – przykładem jest wysoki odsetek osób borykających się z sarkopenią i osteoporozą, czyli rozpadem i osłabieniem tkanki mięśniowej i kostnej. Stany takie są znaczącym czynnikiem ryzyka wzrostu zachorowalności na różne choroby, a także umieralności [11]. W interesie każdego społeczeństwa powinno być, aby dietetycy i profesjonalni trenerzy (po prawdziwych studiach) byli traktowani poważniej – zarówno stan tkanki mięśniowej, jak i kostnej (oraz równowaga anaboliczno-kataboliczna) w dużym stopniu zależy od diety i higieny stylu życia.

Szlakiem metabolicznym, który współuczestniczy w aktywacji katabolizmu jest AMPK. Szlak ten – podobnie jak leptyna i grelina – stanowi specyficzny „czujnik” stanu odżywienia organizmu i dostępności pożywienia. W stanie stresu metabolicznego optymalizuje zużycie surowców energetycznych i oszczędza „konsumpcję” ATP [12].

Anabolizm i katabolizm, ich intensywność i czas trwania, a także efekt działania zależą od wielu czynników. Nie zawsze rozpad – katabolizm – jest dla organizmu zły, a anabolizm – synteza – dobry. W kontekście fitnessu i zdrowego stylu życia jednak cały czas dąży się do wzrostu zawartości tkanki mięśniowej oraz jej zabezpieczania przed utratą na przykład w czasie diety redukcyjnej.

W celu nasilenia syntezy białek mięśniowych stosowane są nawet suplementy diety, takie jak BCAA – będące ogromną gałęzią branży suplementacyjnej. Aminokwasy o rozgałęzionych łańcuchach zarówno wpływają na szlak mTOR, jak i AMPK – jednocześnie oddziałując na wzrost poziomu tkanki mięśniowej i wzrost oksydacji kwasów tłuszczowych. Jak wspomniano jednak we wstępie – organizm ludzki nie działa w systemie zero-jedynkowym i np. chroniczna ekspozycja na BCAA i zaburzenie ich metabolizmu może prowadzić do dysfunkcji mitochondriów komórek beta i w konsekwencji wystąpienia cukrzycy typu 2 oraz insulinooporności [13]. Stany takie obserwowane są również między innymi w zaburzeniach cyklu dobowego wydzielania hormonów, te zaś prowadzą do zaburzenia sygnałów anabolicznych i katabolicznych, prowadząc najczęściej do otyłości [14].

Mimo, że pewne hormony i szlaki metaboliczne mogą być określane jako anaboliczne lub kataboliczne, to należy mieć na uwadze, że efekt ich działania zależy od stanu zdrowia i czynników środowiskowych. Zmienności osobnicze mają tutaj ogromne znaczenie.