Nitrat (NO3-) và oxit nitric (NO) có ảnh hưởng đến hệ tuần hoàn cơ bắp và hiệu quả hoạt động của ty thể và khả năng co bóp. Điều này có thể làm tăng tuần hoàn máu cơ bắp và cải thiện phản ứng trao đổi chất đối với hoạt động thể chất. Nồng độ nitrit trong huyết tương cũng là một yếu tố độc lập của hiệu suất thể chất. Tuy nhiên, các nghiên cứu về tác động của nitrat (NO3-) đối với khả năng hoạt động vẫn còn nhiều tranh cãi.
Gần đây, củ cải đường đã trở nên phổ biến và được tích cực nghiên cứu (dưới nhiều hình thức khác nhau) như một nguồn cung cấp NO3- chính trong chế độ ăn uống, chủ yếu là do tính sẵn có rộng rãi và hình thức chế biến đơn giản, phù hợp cho việc tiêu thụ cuối cùng. Đáng chú ý là, có rất ít nghiên cứu đã đánh giá các loại rau lá xanh giàu NO3- khác và thậm chí ít nghiên cứu liên quan đến thể thao hơn tập trung vào nitrat vô cơ.
Một số hợp chất nitrat vô cơ chứa natri nitrat (NaNO3) và kali nitrat (KNO3) (được dán nhãn E251 và E252, tương ứng) và được sử dụng làm phụ gia thực phẩm và đã được Cơ quan An toàn Thực phẩm Châu Âu, Hoa Kỳ, Úc và New Zealand phê duyệt.
Giả định rằng nitrat trong chế độ ăn uống có thể gây hại cho sức khỏe con người còn gây tranh cãi, khi > 80% tất cả nitrat được phát hiện đến từ rau quả, nhóm sản phẩm được biết đến với tác dụng có lợi cho sức khỏe con người. Có hai phương pháp phổ biến để thu được NO: chuyển hóa NO nội sinh và tổng hợp nitrat trong chế độ ăn uống thông qua con đường (NO3-)/nitrit (NO2-) và oxit nitric (NO) từ các sản phẩm thực phẩm tiêu thụ. Mối liên hệ giữa việc tiêu thụ nitrat vô cơ trong chế độ ăn uống với những lợi ích sức khỏe có thể có để phòng ngừa tăng huyết áp và các dạng bệnh tim mạch khác đã được nghiên cứu rộng rãi. Điều thú vị là, một số công trình khoa học đã vạch ra tầm quan trọng của vi khuẩn đường miệng đóng vai trò quan trọng trong việc hoạt hóa sinh học nitrat.
Oxit nitric là một gốc tự do thiếu một electron ghép đôi. Cho đến khi phát hiện ra NO gần đây như một phân tử tín hiệu, người ta tin rằng hầu hết các gốc tự do đều có tác động tiêu cực đến các đại phân tử như DNA, protein và lipid. NO là một gốc tự do tương đối ổn định, chỉ phản ứng với kim loại và các gốc tự do khác.
Nhiều công trình học thuật đã xác nhận khả dụng sinh học NO cao, không chỉ là thuốc giãn mạch, tức là hạ huyết áp, ức chế kết tập tiểu cầu, cải thiện chức năng mạch máu và tăng khả năng ty thể, mà còn ảnh hưởng đến chức năng não và tham gia vào phản ứng miễn dịch. NO được tổng hợp trong nội mô mạch máu điều chỉnh huyết áp và vận tốc dòng máu, và sau khi được giải phóng từ các tế bào thần kinh hệ thần kinh trung ương (CNS), sẽ ảnh hưởng đến sự di chuyển của các xung thần kinh và tham gia vào các chức năng nhận thức và trí nhớ.
Kali được biết đến là một ion quan trọng trong cơ thể con người và có liên quan đến nhiều quá trình sinh lý và bệnh lý. Kali đặc biệt quan trọng đối với sự lưu thông protein và carbohydrate, các quá trình màng tế bào, khả năng kích thích thần kinh và cơ, và sự truyền xung thần kinh. Thiếu kali có liên quan chặt chẽ đến sự gia tăng huyết áp động mạch. Một số nghiên cứu so sánh mức độ kali đã chứng minh rằng bổ sung kali đã cho thấy làm giảm tăng huyết áp động mạch và đặc biệt hữu ích ở những người có tiền sử tăng huyết áp động mạch. Hoạt động thể chất và tập luyện có thể dẫn đến sự gia tăng nồng độ kali nội bào trong cơ bắp khi nghỉ ngơi và nồng độ kali trong huyết tương tương đối thấp hơn so với các giá trị được báo cáo ở những người không được đào tạo. Ngoài ra, việc làm cùn chứng tăng kali máu do tập thể dục ở những người được đào tạo có liên quan đến việc giảm mất K+ ròng từ các cơ đang co lại; những quan sát này là do sự điều hòa hoạt động của bơm Na+−K+ ở cả mô không hoạt động và cơ đang hoạt động.
Thiếu kali nhẹ gây ra suy nhược và mệt mỏi nói chung, yếu cơ, co giật, chuột rút, đau, tăng nhịp tim, đi tiểu quá nhiều và làm trầm trọng thêm việc kiểm soát bệnh tiểu đường. Tác động của việc摄入 kali đối với việc phòng ngừa bệnh tim mạch vành đóng vai trò là cơ sở lý luận cho các khuyến nghị về chế độ ăn uống của vận động viên. Kali trong chế độ ăn uống cao có liên quan đến việc giảm huyết áp, đặc biệt là trong bối cảnh chế độ ăn nhiều natri, còn được gọi là chế độ ăn “phương Tây”.
Để đánh giá xem việc bổ sung KNO3 có ảnh hưởng gì đến các cơ đang hoạt động hay không, chỉ những con chuột non được sử dụng trong thử nghiệm này để loại bỏ mọi yếu tố và tình trạng liên quan đến lão hóa. Song song, nghiên cứu này đánh giá xem KNO3 có gây ra các quá trình phá hủy trong cơ hay không. Theo hiểu biết tốt nhất của chúng tôi, đây là đánh giá toàn diện đầu tiên được báo cáo về nghiên cứu với giả thuyết rằng việc sử dụng dung dịch kali nitrat thay vì bổ sung natri nitrat có thể có tác dụng hiệp đồng tích cực: K+ và NO3−. Những phát hiện của chúng tôi cho thấy KNO3 có tác dụng trong mô hình chuột thí nghiệm, cho thấy sức mạnh cơ bắp do chế độ ăn giàu nitrat gây ra. Hầu hết các nghiên cứu trước đây phân tích tác động của nitrat đối với các đặc tính sinh lý và chức năng đều dựa trên nitrat trong chế độ ăn uống hoặc nitrat vô cơ ở dạng natri nitrat, nhưng rất ít nghiên cứu phân tích các khía cạnh liên quan đến sức khỏe của kali nitrat. Lợi ích sức khỏe được chứng minh bởi hai yếu tố riêng biệt (K+ và NO3−) làm cho kali nitrat trở thành một vật liệu bổ sung cạnh tranh đáng kể trong hiệu suất thể thao và sức khỏe nói chung. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đưa ra giả thuyết rằng việc sử dụng chế độ ăn KNO3 sẽ cải thiện các đặc tính sinh lý của cơ bắp động vật có vú (tái tạo cơ bắp bị suy yếu, cải thiện cấu trúc và chức năng của chúng) với ứng dụng hơn nữa ở người. Do đó, nghiên cứu này được thực hiện để làm rõ tác động của chế độ ăn kali nitrat đối với lực tối đa và lực cụ thể của cơ xương (EDL) và các thông số khác. Ngoài ra, để phân tích sự thích ứng sinh hóa với việc bổ sung kali nitrat, nghiên cứu này đã điều tra các thông số sinh hóa trong máu và mô học của EDL.
Ảnh hưởng của KNO3 đối với sức mạnh cơ bắp
Để cung cấp một thước đo định lượng về sự kích hoạt cơ bắp, chúng tôi đã sử dụng lực đẳng trường tuyệt đối tối đa và việc tạo ra chiều dài sợi tối ưu để tính toán lực cơ cụ thể (sP0). Phân tích của chúng tôi cho thấy sP0 cao hơn đáng kể ở cơ chuột được cho ăn KNO3, dẫn đến thông số sinh lý cơ lớn hơn. Không có sự khác biệt đáng kể về cân nặng giữa các nhóm sau 21 ngày.
Bổ sung nitrat ở chuột ảnh hưởng đến chức năng EDL. Sau 21 ngày, ở những con chuột được cho ăn nitrat, trọng lượng EDL trung bình lớn hơn 13% so với nhóm đối chứng (p z là 0,47. Sau 21 ngày bổ sung kali nitrat, lực cơ đặc hiệu tăng 38% so với nhóm đối chứng (p z là 0,54.
Mô học của các mô
Chúng tôi cũng đã thực hiện giải phẫu bệnh của các cơ quan từ cả hai nhóm để điều tra tác động của KNO3. Sau 21 ngày bổ sung, các cơ quan của chuột bị hiến tế, bao gồm cả cơ EDL sau khi đo lực đẳng trường, đã được cố định bằng formalin. Hình ảnh mô học của các cơ quan được chọn được chụp dưới kính hiển vi quang học. Mô học của các mẫu cơ EDL được kiểm tra về sự khác biệt về cấu trúc, so sánh nhóm đối chứng và nhóm thí nghiệm. Có thể cho rằng những thay đổi không được phát hiện ở cơ của nhóm đối chứng; tuy nhiên, việc bổ sung kali nitrat trong nhóm thí nghiệm (nhóm được cho ăn KNO3) dẫn đến cơ bắp nặng hơn và lớn hơn về kích thước.
Một bức ảnh hiển vi cho thấy sự khác biệt cấu trúc của cơ EDL so sánh chuột đối chứng và chuột thí nghiệm. Chúng tôi bao gồm khả năng một số sợi cơ của cơ EDL có thể đã bị phá vỡ trong giai đoạn điều trị trong nhóm đối chứng. Những cơ này không chịu được ngay cả phép đo 10 V lực đẳng trường trên cơ chuột cô lập trong ống nghiệm. Trong nhóm được cho ăn KNO3, tất cả các cơ được xử lý EDL đều có thể chịu được điện áp 20 V. Đánh giá cấu trúc cơ EDL trong nhóm đối chứng, chúng tôi thấy rằng các cơ có cấu trúc không đồng nhất. Ngược lại, trong nhóm được cho ăn KNO3, các sợi cơ của cơ EDL đồng nhất và phân bố đều hơn.
Ảnh hưởng của KNO3 đối với các thông số hóa học trong máu
Kết quả phân tích hóa học máu được trình bày trong Bảng 2. Ba tuần bổ sung KNO3 dẫn đến sự khác biệt đáng kể về HGB và PLT giữa các nhóm chuột. Nồng độ HGB tăng 0,8 lần ở nhóm được cho ăn KNO3 so với nhóm đối chứng, tương ứng là 177 và 140 × 109/L. Phạm vi HGB bình thường của chuột là từ 136 đến 159 × 109/L. Tiểu cầu (PLT, 109/L), thể tích tiểu cầu trung bình (MPV, fL), procalcitonin (PCT, %) và chiều rộng phân bố tiểu cầu (PDW, %) cũng tăng lên. Chức năng chính của tiểu cầu (PLT) là cầm máu sơ cấp và sản xuất tiểu cầu có thể tăng lên do các quá trình viêm. Tuy nhiên, trong bệnh tăng tiểu cầu, PLT sẽ tăng và MPV sẽ giảm; tuy nhiên, trong trường hợp này, cả hai chỉ số đều tăng.
Hệ thống enzyme creatine kinase (CK) là một cơ chế cung cấp năng lượng quan trọng trong cơ xương và cơ tim. Người ta biết rằng, trong điều kiện sinh lý, các yêu cầu chức năng của cơ và nguồn cung cấp năng lượng tế bào được phối hợp tốt, nhưng các cơ chế duy trì sự cân bằng này vẫn chưa được biết. Người ta tin rằng CK tế bào chất và ty thể rất quan trọng đối với việc vận chuyển nội bào phốt phát năng lượng cao giữa các vị trí tạo (ATP) và sử dụng trong tế bào cơ trong hoạt động ở trạng thái ổn định. Trong nghiên cứu này, dấu ấn sinh học CK trong máu tăng hơn bốn lần trong nhóm thí nghiệm.
Mô học của cơ EDL cho thấy không có quá trình viêm. Người ta cho rằng chuột được cho ăn KNO3 đã cải thiện khả năng vận chuyển nội bào năng lượng cao và sức mạnh cơ bắp trong quá trình tổng hợp ATP.
Kết luận
Kết quả nghiên cứu của chúng tôi cho thấy nitrat là cần thiết cho chức năng sinh lý của cơ. Việc sử dụng dung dịch kali nitrat trong chế độ ăn của động vật có vú đã chứng minh một tác dụng cộng sinh tích cực. Việc bổ sung kali nitrat trong chế độ ăn của động vật có vú đã cải thiện các đặc tính sinh lý của cơ và chứng minh tiềm năng tái tạo cơ bắp bị suy yếu, cải thiện cấu trúc và chức năng của nó. Sau khi bổ sung KNO3 trong 21 ngày, khối lượng EDL trung bình lớn hơn 13% ở nhóm thử nghiệm so với nhóm đối chứng (p p 3 có tác dụng đối với mô hình chuột thí nghiệm, cho thấy sức mạnh cơ bắp do chế độ ăn giàu nitrat gây ra. Điều này cũng thú vị từ góc độ dinh dưỡng vì một số loại rau lá xanh có hàm lượng nitrat vô cơ cao và lượng nitrat được sử dụng trong nghiên cứu hiện tại có thể dễ dàng đạt được bằng cách áp dụng chế độ ăn “xanh”. Những kết quả này có thể cung cấp một cơ chế mới mà nitrat thể hiện tác dụng có lợi đối với sức mạnh cơ bắp có thể được áp dụng trong lĩnh vực thể thao cạnh tranh, ứng dụng điều trị, phòng ngừa chấn thương, bất động kéo dài và teo cơ liên quan, suy yếu và suy giảm cơ liên quan đến du hành vũ trụ, v.v.
Nghiên cứu này, cùng với các nghiên cứu khác, góp phần giúp chúng ta hiểu rõ hơn về những thay đổi phân tử đằng sau nhiều quá trình liên quan đến chuyển động cơ bắp và sẽ giúp các nhà nghiên cứu phát triển các chiến lược tốt hơn để cải thiện sức khỏe cơ bắp, phòng ngừa chấn thương liên quan đến cơ và có thể đóng góp vào lĩnh vực nghiên cứu về mất cơ liên quan đến tuổi tác.
