دستکاری گلیکوژن عضلانی: راهبردی برای توسعه سازگاری های تمرینی

نویسنده: علیرضا نیک نام (متخصص فیزیولوژی ورزشی)

آدرس صفحه اینستاگرام: Sportphysiologist@  آدرس ایمیل: [email protected]

چکیده:

سازگاری ها در عضلات اسکلتی انسان در پاسخ به تمرین ورزشی، تا حد زیادی بر اثر نوع، حجم، شدت و تواتر (فرکانس) محرک های تمرینی مشخص می شود. با وجود این، شواهد زیادی نشان می دهند دسترسی به درشت مغذی ­های درون زاد و برون زاد می تواند پاسخ های درون سلولی چند گانه ای را به فعالیت ورزشی استقامتی و مقاومتی _ هر دو_ جرح و تعدیل کند. در کوتاه مدت (حاد)، دستکاری میزان دسترسی به سوبسترا (با تغییر دادن رژیم غذایی و یا زمان بندی وعده­های غذایی) غلظت سوبستراها و هورمون های موجود در خون که جرح و تعدیل چند مسیر پیام رسانی وابسته به گیرنده را بر عهده دارند به سرعت تغییر می دهد. رهایش سایتوکاین ­ها و عوامل رشدی ناشی از عضلات اسکلتی در حال انقباض نیز، گیرنده های سطح سلول را تحریک می کند و بنابراین  آبشارهای پیام رسانی درون سلولی زیادی فعال می شوند. این عوامل موضعی و سیستمیک، باعث اختلالات بارزی در نیمرخ ذخایر عضلات اسکلتی (و سایر بافت های حساس به انسولین) می شوند که به نوبه خود، آثار بارزی را بر متابولیسم استراحتی مواد سوختی و الگوهای استفاده از مواد سوختی هنگام فعالیت ورزشی می گذارند. با تکرار فعالیت ورزشی در هفته­ها یا ماه­ها، این تعاملات مواد مغذی_ فعالیت ورزشی، پتانسیل تغییر دادن بسیاری از فرایند های سازشی موجود در عضلات اسکلتی را دارند که در نهایت، به تفاوت های فنوتیپی ویژه (خاص) منجر می شود که بین افراد دیده می شود. یکی از راهبرد هایی که سازگاری ناشی از تمرین استقامتی را افزایش می دهد؛ آغاز فعالیت ورزشی در حالتی است که غلظت گلیکوژن عضلانی پایین ( تمرین کم) باشد. پاسخ تمرینی بزرگتر در اثر این دسترسی پایین به کربوهیدرات درون زاد، احتمالاً با افزایش فعالسازی کینازهای اصلی پیام رسان سلولی (نظیر AMPK, P38 MAPK)، عوامل رونویسی (نظیر P53, PPARɤ) و همکاران فعالسازی رونویسی[کو اکتیویتور] (PGC-1a) تنظیم می شود؛ بطوریکه تنظیم افزایشی هماهنگ شده در ژنوم میتوکندریایی و هسته ای _ هر دو_ رخ می دهد. این مطالعه مروری دیدگاهی هم عصر با درک ما از وقایع سلولی و مولکولی _عضلات اسکلتی در پاسخ به فعالیت ورزشی پس از تغییر دسترسی آن به مواد مغذی را ارائه می کند و در مورد چگونگی تعامل محیط هورمونی با تحریکات انقباضی به منظور جرح و تعدیل برخی از پاسخ های کوتاه مدت (حاد) به فعالیت ورزشی و در نتیجه بطور بالقوه افزایش دادن یا مهار کردن سازگاری های تمرینی بعدی بحث می کند.

مقدمه

مطالعات کلاسیکی که در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم انجام شده اند، نشان می دهند، سوخت هایی که انقباض عضلات اسکلتی هنگام فعالیت ورزشی تداومی طولانی تر از چند دقیقه را پشتیبانی می کنند؛ سوبستراهای لیپیدی و کربوهیدراتی درون و برون عضلانی، همراه با اندک سهمی از اسیدهای آمینه است (برای بررسی بیشتر به مقاله هاولی و همکارانش، ۲۰۱۵ مراجعه کنید). نشان داده شده است در طول این دوره زمانی، دستکاری محتوی درشت مغذی های رژیم غذایی قبلی، به تغییرات بارزی در حفظ زمان فعالیت ورزشی می شود که در یک برون ده توانی زیر بیشینه پایدار می تواند ادامه یابد؛ به¬علاوه، افراد پس از چند روز استفاده از رژیم غذایی پر کربوهیدرات، فعالیت ورزشی را تا یک رژیم غذایی کم کربوهیدرات و پر چرب، آسان تر درک می کنند (هاولی و همکارانش، ۲۰۱۵). در اواسط قرن بیستم؛ بخش بزرگی از پروژه ها در آزمایشگاه های اروپا انجام شد که مشاهدات پیشین در رابطه با اهمیت سوخت های با پایه کربوهیدراتی برای فعالیت ورزشی شدید و طولانی مدت را توسعه داد. از سال ۱۹۶۰ تا اواخر دهه ۱۹۸۰ دوره کلاسیک بیوشیمی ورزشی نام گرفته است (بروکس و میرکییر ۱۹۹۴). گلدستین (۱۹۶۱) با یک دور اندیشی جالب توجه پیشنهاد کرد، عضلات در حال انقباض آزاد یک «عامل هومورال» را آزاد می کنند که «دستگاه حمل و نقل گلوکز را فعال می کند» و کمک می کند «متابولیسم کربوهیدرات ها تنظیم شود»؛ که بعد به عنوان Cross Talk عضلانی (ارتباط قسمت های مختلف بدن با عضلات) شناخته شد. اوایل دهه ۱۹۶۰، در مورد تنظیم بیوژنز میتوکندریایی عضلات اسکلتی در پاسخ به تمرین ورزشی شناخت کمی وجود داشت. با وجود این، کارهای مقدماتی توسط هالوزی (۱۹۶۷) پیشرفتی مهم را در فهم برخی از وقایع سلولی کنترل بیوانرژتیک عضلانی در پاسخ به فعالیت ورزشی فراهم کرد. در این دوره، روش بیوپسی سوزنی زیرپوستی که در بیوشیمی ورزشی معرفی شده بود (برگستروم و هولتمن، ۱۹۶۶)، امکان انجام مطالعات تهاجمی و تعیین تاثیر تمرین، تغذیه و دیگر مداخلات بر مشخصه های متابولیکی منتخب را به وجود آورد. پژوهش های انجام شده در آزمایشگاه های اروپا و آمریکای شمالی شناخت ما از تاثیر تمرین و تغذیه بر ذخایر سوبستراهای عضلانی، اثرات تداخلی (تعاملی) فعالیت ورزشی و استفاده خوراکی از کربوهیدرات ها بر پویایی گلوکز عضلانی و ظرفیت ورزشی و همچنین پویایی پروتئین در پاسخ به فعالیت ورزشی را توسعه داد (هاولی و همکارانش، ۲۰۱۵؛ بروکس و میر کییر ۱۹۹۴). عقیده های جدید در زمینه تاثیر دسترسی به سوبسترا بر پاسخ های هورمونی فعالیت ورزشی طولانی مدت نیز در این دوره توسعه یافت (گالبو و همکارانش، ۱۹۷۹). همزمان، پیشرفت های مهم در مورد اینکه فعالیت ورزشی چگونه مسیرهای بیوشیمیایی، مولکولی و سلولی را با نقش های تنظیمی در پاسخ سازشی تمرین فعال می کند، رخ داد و اثبات شد، عضلات اسکلتی اثرات شبه اندوکراین دارند و سیتوکاین ها و دیگر پپتیدها را به صورت هماهنگ شده ای به درون ارگان آزاد می کنند « Cross talk» (پدرسن و همکارانش، ۲۰۰۳). در دو دهه گذشته نشان داده شده است، سازگاری های ناشی از تمرین فعالیت ورزشی در عضلات اسکلتی، پیامد آثار تجمعی تکرار پاسخ های کوتاه مدت به وهله های فعالیت ورزشی تکی (پری و همکارانش،۲۰۱۰) و  تغییرات سریع موقتی در رونویسی ژن پس از یک وهله تکی فعالیت ورزشی است که ریشه در آثار درازمدت بر بیان پروتئین دارد که در گذر زمان تکرار می شود. با وجود این، به تازگی تاثیر اینکه تغییرات دسترسی به سوبسترا می تواند سازگاری های ناشی از تمرین را تغییر دهد، شناخته شده است. در حالی که سوبستراهایی مانند کربوهیدرات و چربی منحصراً به عنوان منابع ذخیره ای انرژی برای انقباض عضلات اسکلتی پنداشته می شدند، اکنون در شروع شناخت این موضوع هستیم که دسترسی به این سوخت ها نیز یک تنظیم کننده خیلی مهم برای بسیاری از رویداد های پیام رسانی سلولی و بیوشیمایی با نقشی که در بیوژنز میتوکندریایی، اتوفاژی، سلامت و عملکرد دارند، هستند. این مطالعه، دیدگاه عصر حاضر را در مورد درک تنظیم متابولیسم سوبسترا، رویدادهای سلولی و مولکولی که در عضلات اسکلتی در پاسخ به شروع فعالیت ورزشی پس از تغییر دسترسی به مواد مغذی و اینکه چطور محیط هورمونی در تعامل (تداخل) با محرک های انقباضی ویژه به منظور جرح و تعدیل بسیاری از پاسخ های کوتاه مدت به فعالیت ورزشی عمل می کند و  سرانجام به طور بالقوه ای سازگاری های تمرینی بعدی را مهار یا افزایش می دهد، ارائه می کند.

روش

ابتدا در پایگاه های اطلاعاتی PubMed و Google scholar موضوعات مرتبط با استفاده از کلید واژه های “Glycogen manipulation and exercise signaling”, “Glycogen and mitochondrial Biogenesis”, “Low Carbohydrate availability and exercise response”, “Low Glycogen and sending signal” جست و جو و پس از بررسی عناوین، مقالات مرتبط با موضوع پژوهش گزینش شدند.

بحث

الگوهای استفاده از مواد سوختی در عضلات اسکلتی

کربوهیدرات (گلیکوژن عضلانی و کبدی، گلوکز خون، لاکتات عضلانی و کبدی) و چربی (تری گلیسیرید های بافت چربی و درون عضلانی، تری گلیسیرید ها و اسید های چرب آزاد موجود درخون)_ هردو_ مواد سوختی اصلی¬اند که سوبستراهای مهم فسفوریلاسیون اکسایشی و انرژی تولیدی در عضلات اسکلتی به شمار می روند (بروکز و میر کییر، ۱۹۹۴). در مقایسه با ذخایر محدود کربوهیدراتی، ذخایر درون زاد چربی انسان فراوان اند و بالقوه، منبع سوختی نامحدودی برای سوخت و ساز عضلات اسکلتی هنگام فعالیت ورزشی به شمار می روند. با  وجود این، اکسایش اسیدهای چرب (FA) به وسیله عضلات، حداقل حین حفظ توان تولیدی ورزشکار در تمرین و مسابقه، محدود است (هاولی و لکی، ۲۰۱۵). بر خلاف اکسایش (سوخته شدن) کربوهیدرات ها، که به خوبی برای نیازهای انرژیتیک کار عضلانی آماده و مهیا هستند، سازکارهایی برای جفت شدن میزان FA در دسترس و مصرف شدن در انرژی مصرفی وجود ندارد (هالوزی و همکارانش، ۱۹۸۸). با وجود این،  هر یک از این سوخت ها در حالت استراحت یا حین فعالیت ورزشی به شکل ایزوله اکسیده نمی شوند (منظور اینکه ترکیبی از هر دو سوخت مصرف می شوند) و معمولاً، پیامد یکپارچه سازی بسیاری از پیام های سوخت و سازی، از جمله در دسترس بودن سوبستراهای درون زاد و برون زاد، محیط هورمونی غالب، همچنین نیازهای انرژتیک کل بدن و عضلات  هستند. در حالت استراحت، سوخت های با پایه کربوهیدراتی و چربی_ هر دو_ به منظور فراهم کردن انرژی مورد نیاز فرایندهای سوخت و سازی پایه در عضلات اسکلتی؛ با یک ارتباط متقابل بین استفاده از کربوهیدرات و چربی، اکسیده می شوند: تغییر (شیفت) سوخت مصرفی که در حالت استراحت اتفاق می افتد؛ عمدتاً به دلیل در دسترس بودن سوبستراها و محیط هورمونی همراه با آن ها (نظیر، گلوکز پلاسما، انسولین، اسیدهای چرب آزاد و گلوکاگن) در مقابل نیازهای سوخت و سازی پایدار معمول می باشد. برای مثال افزایش گلوکز خون در دسترس با مصرف یک وعده غذایی سرشار از کربوهیدرات، برداشت و اکسایش گلوکز عضلات اسکلتی را افزایش، در حالی که همزمان، اکسیداسیون چربی را کاهش می دهد، اما در مجموع تغییر کمی در نرخ سوخت و ساز استراحتی وجود دارد. در حالت استراحتی، میزان کاهش یافته اکسایش FA عمدتاً به افزایش غلظت انسولین ناشی از مصرف غذای کربوهیدراتی، که عمل لیپولیز (میزان ظهور (Ra) اسیدهای چرب آزاد موجود در گردش خون سیستمیک ) را مختل می کند، نسبت داده می شود؛ اثری که تا ۴ ساعت بعد از مصرف غذای سرشار از کربوهیدرات می تواند پایدار باشد (بونادونا و همکارانش، ۱۹۹۰). مفهوم ارتباط متقابل بین اکسایش کربوهیدرات و چربی؛ دست کم در عضلات در حال استراحت؛ در کارهای راندل و همکارانش در دهه ۱۹۶۰ ریشه دارد (راندل ۱۹۶۴). آزمایش های آنان نشان می دهد، افزایش میزان لیپید در دسترس (یعنی اسیدهای چرب آزاد پلاسمایی در گردش)، اکسایش FA را افزایش و کربوهیدرات را کاهش داد و این افزایش چربی های در دسترس موجب تغییرات درون سلولی مهمی، شامل افزایش محتوی استیل کوآنزیم A عضلات (CoA)، سیترات و گلوکز-۶- فسفات شد. پیامد تغییرات ناشی از (دستکاری) لیپید، در این بخش های تنظیمی، سوخت و ساز کربوهیدرات عضلانی را کاهش داد. نتایج حاصل از این مطالعات پیشگام، متعاقباً اساس فرضیه «چرخه گلوکز _ اسید چرب» را تشکیل داد (راندل ۱۹۸۶) که با تقابل سطوح فوق فیزیولوژیکی FFA در حالی که غلظت گلوکز ثابت (Clamped) نگه داشته شده بود، بدست آمد. پارادایم غالب این بود که سوبستراهای با پایه کربوهیدراتی، سوخت « پیش فرض» عضلات هستند، اما افزایش اسیدهای چرب در دسترس، می تواند سوخت مصرفی عضلات را تغییر (سوئیچ) دهد و به تنظیم کاهشی متابولیسم کربوهیدرات ها منجر شود. در حالی که چرخه گلوکز_اسید چرب پیشنهادی توسط راندل و همکارانش (راندل و همکارانش، ۱۹۶۴) سازوکارهای مسئول در تنظیم کاهشی سوخت و ساز کربوهیدرات ها در برابر حضور (دسترسی) بالای FA را بیان کرده است، این پژوهشگران، موفق به اجرای آزمایش های کنترل یا «متقاطع» که در آن هنگامی که سطح گلوکز را افزایش دهند، میزان FA در دسترس ثابت نگه داشته می شود ، نشدند. این موضوع ظاهراً، به علت اعتقاد آن ها مبنی بر این بود که در حالت استراحت (یا احتمالاً حین فعالیت ورزشی) سوخت و ساز چربی در عضلات اسکلتی به مقدار ناچیزی تنظیم می گردد و اینکه تعیین کننده اصلی نرخ اکسایش FA، به طرز ساده ای، کارکرد چربی در دسترس و تنظیم آن در سطح غشاهای میتوکندریایی از راه کمپلکس کارنتین_ پالمیتول ترانسفراز (CPT) است (راندل و همکارانش، ۱۹۶۴). هر چند تحت شرایطی، چرخه گلوکز_اسید چرب به وارد عمل می شود، ولی یک سلسله مطالعات نوینی که در اواخر دهه ۱۹۹۰ اجرا شدند؛ به روشنی نشان دادند، میزان دسترسی داشتن به کربوهیدرات ها مستقیم می تواند اکسایش چربی ها را در شرایط استراحتی و هنگام فعالیت ورزشی تنظیم کند (کویلی و همکارانش، ۱۹۹۷؛ هروویتز و همکارانش، ۱۹۹۷؛ رومئین و همکارنش ۱۹۹۵).  کویلی و همکارانش (۱۹۹۷)، نشان دادند، که وعده غذایی پرکربوهیدرات که هایپرگلیسمی و هایپرانسولینمی را تحریک می کند، جریان (فلاکس) گلیکولیتیک را افزایش و  مستقیم نرخ اکسایش اسید چرب در طول فعالیت ورزشی کم شدت را کاهش می دهد. خوردن کربوهیدرات که Ra پلاسمایی FFA تا حدود ۳۵ درصد کاهش داد، به افت میزان اکسایش FFA پلاسمایی و تری گلیسیرید درون عضلانی _ هر دو_ منجر شد که تاثیر هماهنگی افزایش گلوکز در دسترس را  بر بافت چربی و عضلات  توضیح می دهد.  این مشاهدات اشاره می کند که گلوکز می تواند، مستقیم اکسایش چربی را حین فعالیت ورزشی تنظیم کند و چرخه گلوکز _ اسید چرب پیشنهادی راندل و همکارانش (راندل ۱۹۸۶، راندل و همکارانش ۱۹۶۴) که در آن تنها چربی در دسترس، نرخ اکسایش FA را تنظیم می کرد دیدگاهی بیش از حد ساده از تنظیم سوخت مصرفی است. این مفهوم که تغییر دادن میزان سوبسترای در دسترس می تواند نسبت مقادیر کربوهیدرات و چربی مورد استفاده در عضلات درگیر کار را دستکاری کند، یقیناً جدید نیست (هاولی و همکارانش، ۲۰۱۵). با وجود این در طی دهه گذشته، اطلاعات حاصل از چندین آزمایشگاه مستقل، شواهدی را فراهم کرد که شروع انتخابی جلسات فعالیت ورزشی تحت شرایط کاهش دسترسی به کربوهیدرات (کربوهیدرات محدود شده) می تواند سازگاری های ناشی از تمرین را در عضلات اسکلتی به مقدار بیشتری نسبت به شرایطی که جلسات مشابه تمرینی با سطوح طبیعی یا بالای گلیکوژن شروع شوند، تحریک کند.

ارسال پیام و سازگاری تمرینی

هدف از انجام تمرین فعالیت ورزشی استقامتی عبارت است از، ایجاد یک سلسله سازگاری¬های سوخت و سازی و فیزیولوژیایی منظم است که به فرد امکان می دهد، میزان انرژی تولیدی از مسیرهای هوازی و مستقل از اکسیژن (بی هوازی) _ هر دو_ را افزایش دهد، کنترل سوخت و سازی را بهتر حفظ کند (یعنی جفت شدن تولید ATP با هیدرولیز ATP) و اختلالات سلولی را به حداقل برساند، کارایی حرکت را افزایش دهد و ظرفیت عضلات ورزیده تا رسیدن به خستگی را بهتر کند (هاولی، ۲۰۰۲). چندین دهه است که ساز و کارها و پیام های سوخت و سازی که در عضله فعال، اختلالات هوموستازی را حس می کند و بعد آن ها را به منظور بهتر شدن عملکرد ترجمه می کند، از موضوعات پزوهشی مورد توجه است (پری و هاولی، ۲۰۱۷ بررسی شود). در حال حاضر پذیرفته شده است که انواع اختلالات سلولی که در یک وهله فعالیت ورزشی رخ می دهد (اما به این موراد محدود نمی شود) شامل: افزایش یون کلسیم آزاد سیتوپلاسمیک، افزایش AMP آزاد (AMPf) و افزایش نسبت ADP/ATP، کاهش کراتین فسفات و مقادیر گلیکوژن، افزایش غلظت های FA و گونه های اکسیژنی/ نیتروژنی واکنشی (ROS/RNS)، اسیدوز و دگرگون شدن نسبت ردوکس [NAD+/NADH] است (هاولی و همکارانش، ۲۰۱۲؛ پری و هاولی، ۲۰۱۷). در زمینه هوموستاز سوخت و ساز یک سلسله شبکه های سازمان یافته تنظیمی تحریک شده وجود دارند که میزان سنتز ATP را در طول زمان از راه فعال کردن آنزیم های محدود کننده سرعت  تجزیه کربوهیدرات و چربی، کنترل می کنند. مدتی طولانی، سئوالی در بیولوژی فعالیت ورزشی مطرح بود که اعمال، این اختلالات حاد (کوتاه مدت) در پیام های سلولی محافظ تامین انرژی، و همچنین تحریک بلند مدت فرایند های سازشی که توانایی عضلات برای حفظ چالش انقباضی بعدی را بهتر خواهد کرد، چگونه است؟   یکی از عناصر کلیدی که پس از تمرین ورزشی، “آمادگی عضلانی” را بهتر می کند، بیوژنز میتوکندریایی در عضلات اسکلتی است. بحث جامع در مورد این موضوع فراتر از محدوده این مطالعه است و این مطالعه مروری به بررسی های اخیر اشاره دارد (هود و همکارانش، ۲۰۱۶؛ پری و هاولی ۲۰۱۷) به طور خلاصه، اساس مولکولی سازگاری های عضلات اسکلتی با تحریکات فعالیت ورزشی استقامتی نیاز به افزایش  بیان یا فعالیت پروتئین های اصلی میتوکندریایی دارد که توسط سلسله رویدادهای پیام رسانی درون سلولی، فرایندهای پیش و پس ترجمه ای، تنظیم ترجمه و بیان پروتئین و جرح و تعدیل فعالیت پروتئین ها (آنزیم ها) و یا جایگاه درون سلولی آن ها، میانجی گری می شوند. محرک های متعدد (و غالباً بیش از حد) مرتبط با  سازگاری های فعالیت ورزشی استقامتی و کیناز های پیام رسان زیادی، همراه با مسیرهای زیر دست متعدد مورد هدف این کینازها، وجود دارند که به محرک های انقباضی پاسخ می دهند (ایگان و همکارانش، ۲۰۱۶؛ هاولی و همکارانش ۲۰۱۴). یکی از پیشرفت های بزرگ در شناخت رویدادهای سلولی که بیوژنز میتوکندریایی را افزایش می دهد، کشف عامل رونویسی PGC-1a، یک کو اکتیویتور القایی که بیان هماهنگ پروتئین های میتوکندریایی کد شده در هسته میتوکندریایی و هسته سلولی را تنظیم می کند، بود (لین و همکارانش، ۲۰۰۲). یکی از ویژگی های مهم کو اکتیویتور PGC-1a این است که در چندین بافت، با بسیاری از عوامل رونویسی فعال کننده برنامه های بیولوژیکی دیگر، تداخل دارد (لین و همکارانش، ۲۰۰۲). به طور قطع در عضلات اسکلتی، به عنوان تنظیم کننده اصلی بیوژنز میتوکندریایی در پاسخ به فعالیت انقباضی غالب ظهور می کند. AMPK  و p38MAPK، دو آبشار پیام رسانی مهم اند که با توجه به تنظیم PGC-1a و در نتیجه تنظیم بیوژنز میتوکندریایی یکی می شوند. AMPK باعث بیوژنز میتوکندریایی می شود، تا حدودی با فسفوریله کردن و فعال کردن مستقیم PGC-1a (جاگر و همکارانش، ۲۰۰۷) و در بخشی نیز با فسفوریله کردن مهار کننده رونویسی HDAC5 که مهار عامل رونویسی عامل افزایش دهنده میوسیت ۲ (MEF2) را ممکن می سازد، MEF2 یک تنظیم کننده شناخته شده PGC-1a است. (هارگریوز و مک گی، ۲۰۱۰). P38 MAPK، PGC_1a را فسفوریله و فعال می کند (پوییگسرور ۲۰۰۱) و ضمناً بیان PGC_1a را با فسفوریله کردن عامل رونویسی ATF_2 که این یکی به نوبه خود فراوانی پروتئین PGC_1a را با پیوند خوردن و فعال کردن جایگاه CREB روی پروموتور PGC_1a، افزایش می دهد (آکیموتو و همکارانش، ۲۰۰۵). در عضلات اسکلتی، یکی دیگر از عوامل درگیر در بیوژنز میتوکندریایی ناشی از فعالیت ورزشی که احتمالاً با AMPK و یا  p38MAPK فعال می شود، پروتئین سرکوب کننده تومور P53 است. موش هایی که بیان P53 در آنها سرکوب (ناک اوت) شده است، ظرفیت استقامتی کم تری در مقایسه با موش¬های معمولی داشته اند. در این موش ها محتوی میتوکندریایی بین تارچه ای و زیر سارکولمایی و نیز بیان PGC_1a  نیز کمتر بوده است. P53 ضمناً می تواند بیوژنز میتوکندریایی ناشی از فعالیت ورزشی را از راه واکنش با TFAM در میتوکندری ها؛ جایی که عمل می کند تا تنظیم هماهنگ بیوژنز میتوکندریایی میسر شود (سلیم و همکارانش، ۲۰۱۱).

تمرین با گیلکوژن کم، مسابقه دان با گلیکوژن زیاد: راهبردی نوین با هدف افزایش سازگارهای تمرینی

در دسترس بودن گلیکوژن عضلات اسکلتی، بر بسیاری از فرایندهای سلولی اثر تنظیمی دارد. همانطور که بحث شده است، AMPK، پروتئینی با نقش اساسی در مانیتورینگ وضعیت انرژی سلول است. اخیراً، کشف پیوند (اتصال) بخش هایی از گلیکوژن به زیر واحد بتای AMPK، به فرضیه ای منجر شد که این دنباله تنظیمی ممکن است،  AMPK را قادر سازد تا به عنوان یک حسگر (سنسور) ذخایر درون زاد گلیکوژن عمل کند (مک براید و هاردی، ۲۰۰۹). در این سناریو، دنباله های پیوندی به گلیکوژن که به عنوان حسگر عمل می کنند_ AMPK را به منظور اندازه¬گیری وضعیت گلیکوژن سلولی فعال می کنند_ هنگامی که ذخایر پایین است، فعالیت AMPK افزایش، و هنگامی که ذخایر بالا یا انباشته است، پیام را کاهش می دهند. اولین شواهد تجربی حاصل از عضلات اسکلتی انسان برای پشتیبانی غیر مستقیم از این فرضیه توسط ویتاشیسکی و همکارانش (۲۰۰۳) فراهم شد. این کارگروه، پاسخ های پیام رسانی عضلات اسکلتی و سوبسترای مورد استفاده را در مردان خوب تمرین کرده (ورزیده) تحت شرایطی که یک وهله فعالیت ورزشی استاندارد شده (یک ساعت× ۷۰ درصد اکسیژن مصرفی اوج) را با غلظت بالای گلیکوژن عضلانی (حدود ۹۰۰ میلی مول بر کیلوگرم از وزن خشک عضله) و غلظت پایین گلیکوژن عضلانی (حدود ۱۶۰ میلی مول بر کیلوگرم از وزن خشک عضله)، شروع کرده بودند را اندازه گیری کردند. فعالیت AMPK و فسفوریلاسیون استیل_کوآ کربوکسیلاز_ بتا (ACC_B) در سرین ۲۲۱ استراحتی در شرایط بارگیری گلیکوژن در مقایسه با شرایط تخلیه گلیکوژن عضلات، پایین تر بود. یافته جالب توجه، غلظت های استراحتی مشابه کراتین فسفات و آدنین نوکلئوتید عضلات، بر خلاف اختلاف زیاد ذخایر گلیکوژن عضلات بود که نشان داد احتمالاً سازوکارهای وابسته به منبع سوخت؛ مستقل از وضعیت انرژی (شارژ انرژی)، پیام رسانی AMPK  را تنظیم می کنند. هنگامی که فعالیت ورزشی با سطوح پایین گلیکوژن در مقایسه با سطوح بالای گلیکوژن عضلانی شروع شود، فعالیت AMPK_α۱ , α۲ و فسفوریلاسیون ACC_B در سرین ۲۲۱ به اندازه بیشتری فعال می شود. متعاقباً، استیبرگ و همکارانش (۲۰۰۶)، گزارش کردند که شروع فعالیت ورزشی با دسترسی پایین به گلیکوژن عضلانی، فراوانی پروتئین هسته ای AMPK_α۲ را افزایش می دهد. نتایج این پژوهش های اغوا کننده، یک ارتباط (پیوند) مکانیکی مستقیم بین گلیکوژن موجود و فعالسازی AMPK است. با این وجود، دستکاری محتوی گلیکوژن عضلانی انسان در حالت استراحت، غلظت متابولیت های خونی در گردش (FFAs) و کاتکولامین ها را تغییر داد. این عوامل سیستمیک احتمالاً «تنظیم کننده های دقیق »  پاسخ های پیام رسانی مشاهده شده، هنگامی که فعالیت ورزشی با ذخایر گلیکوژنی پایین شروع می شود، هستند. همزمانی مشاهدات اولیه مبنی بر افزایش فعالیت AMPK  زمانی که فعالیت ورزشی با گلیکوژن عضلانی ناچیز انجام می شود، و  نقش احتمالی AMPK در بسیاری از سازگاری های سوخت و سازی عضلات اسکلتی در پاسخ به تمرین فعالیت ورزشی، (یرگنسن و همکارانش، ۲۰۰۶؛ پلیگارد و همکارانش، ۲۰۰۲) باعث شد تا مبانی فرضیه هانسن و همکارانش (۲۰۰۵) شکل گیرد، بدین معنا که تمرین فعالیت ورزشی درازمدت با گلیکوژن عضلانی ناچیز باعث سازگاری های زیادتری می شود تا زمانی که  جلسات تمرینی با گلیکوژن عضلانی زیاد اجرا شوند. این پروتکل تمرینی ” تمرین کم و مسابقه زیاد” نام گرفت. در یک پژوهش پیشگام، هانسن و همکارانش (۲۰۰۵)، از یک طرح تحقیقاتی با دوره مداخله ۱۰ هفته ای، که در آن پای راست و چپ آزمودنی های یکسان (تمرین نکرده) مجموع کار یکسان اما با محتوی ذخایر گلیکوژن عضلانی متفاوت قبل از فعالیت ورزشی برای نصف تمرین ها را اجرا می کردند، مورد استفاده قرار دادند. همسو با فرضیه اصلی، گزارش کردند که پای درگیر جلسات تمرینی با گلیکوژن ناچیز، نسبت به پای درگیر با محتوی گلیکوژن عضلانی زیاد، افزایش بیشتری در نشانگرهای “سازگاری تمرین” (نظیر محتوی گلیکوژن عضلانی استراحتی، حداکثر فعالیت سیترات سنتاز و مدت زمان اجرای فعالیت تا رسیدن به واماندگی) داشته است (هانسن و همکارانش، ۲۰۰۵). نتایج این پژوهش جدید، اصطلاح ” تمرین کم و مسابقه زیاد” را به سرعت در میان جوامع ورزشی و علمی برای توصیف این رویکرد تمرینی نوین گسترش داد. با وجود این، مطالعه اولیه هانسن و همکارانش (۲۰۰۵) این سئوال که آیا ورزشکاران با سابقه تمرین استقامتی، همانند افراد بدون سابقه تمرین، اگر بخشی از برنامه خود را با تمرین “گلیکوژن کم” عوض کنند سود می برند، نتوانست پاسخ داده شود.  در یک مداخله تعقیبی، یئو و همکارانش (۲۰۰۸)، پارادایم (الگو واره) ” تمرین کم” را در طول ۳ هفته مداخله در آزمودنی های خوب تمرین کرده استقامتی مورد بررسی قرار داد: این پژوهشگران بر این فرض بودند که  ورزشکاران رقابتی که به حداکثر سازگاری های تمرین و یا بیشتر رسیده اند، تمرین کم اهمیتی ندارد. یئو و همکارانش (۲۰۰۸)، پروتکل تمرینی شامل ۹ جلسه تمرین اینتروال شدید در طول ۳ هفته به طوری که ذخایر گلیکوژنی تا ۵۰ درصد (بوسیله فعالیت ورزشی قبلی) پایین تر، یا کامل بود، اجرا کردند. نکته مهم اینکه در این جلسات، میزان کار (توان تولیدی، W)، مانند پزوهش هانسن و همکارانش (۲۰۰۵) “ثابت ” نشده بود؛ بلکه از ورزشکاران خواسته شد، تا جایی که می توانند سخت کار کنند و مجموع کار زیادی را تولید کنند. همانطور که انتظار می رفت، در آغاز کردن تمرین با گلیکوژن عضلانی ناچیز در مقایسه با شرایطی که گلیکوژن عضلانی عادی بود، حداکثر توان تولیدی داوطلبانه ورزشکاران به طور قابل توجهی کمتر (در میانگین، ۷ درصد) بود. با وجود این، به شکل جالب توجهی مشاهده شد، برخلاف “فشار تمرینی ” کمتر در ساختار عضلانی درگیر فعالیت ورزشی، غلظت استراحتی گلیکوژن عضلانی، حداکثر فعالیت سیترات سنتاز و بتا هیدروکسی آسیل_کوآنزیم آ_ دهیدروژناز و محتوی تام پروتئین زیر واحد چهار سیتوکروم اکسیداز  c (نسبت به مقادیر قبل از تمرین) در افرادی که جلسات تمرین اینتروال را با محتوی گلیکوژن کم شروع کرده بودند، بیشتر بود. بر خلاف اینکه انتظار می رفت افزایش سازگاری های تمرینی موجود، به افزایش عملکرد ورزشی ختم شود، در مقایسه با یافته های هانسن و همکارانش (۲۰۰۵)، نیز بین دو شرایط اتخاذ شده در یک تایم تریل دوچرخه سواری ورزشی به طور خاص، تفاوتی یافت نشد (یئو و همکارانش؛ ۲۰۰۸). در این مداخلات که جلسات تمرینی با گلیکوژن ناچیز شروع شده است، ساز و کارهای دقیقی که باعث افزایش پاسخ سازشی عضلات اسکلتی شده است،  بررسی نشده اند (هانسن و همکارانش، ۲۰۰۵؛ یئو و همکارانش، ۲۰۰۸). با وجود این، بر اساس کارهای قبلی، مسیرهای MAPK به عنوان ساز و کار پیام رسان احتمالی دخیل در تنظیم پاسخ های سازشی مواد مغذی / فعالیت ورزشی، مورد توجه قرار گرفته است. چان و همکارانش، (۲۰۰۴)، اولین بار نشان داد که تغییر میزان دسترسی به مواد مغذی موجود به طوری که محتوی گلیکوژن عضلانی را کاهش دهد، به افزایش فسفوریلاسیون p38 MAPK هسته ای عضلات اسکلتی انسان در پاسخ به فعالیت ورزشی شدت متوسط، منجر می شود. با وجود این، دیگران پس از یک وهله فعالیت دوچرخه سواری ورزشی که با محتوی گلیکوژن عضلانی ناچیز یا عادی شروع شدند، در وضعیت فسفوریله شدن این کیناز و یا یکی از اهداف پایین دستش (فعالسازی فاکتور رونویسی ۲)، تغییر ناچیزی را مشاهده کردند (یئو و همکارانش، ۲۰۱۰). مهم است بدانیم، هرگونه تغییر در کربوهیدرات موجود (برای مثال، محتوی گلیکوژن عضلانی کمتر) آثار متقابل و بارزی بر چربی در دسترس دارد. در واقع به نظر می رسد، کاملا پذیرفته شده است که  اگر تمرین در شرایطی اجرا شود که مقادیر FFAs در گردش بیشتر باشد، ظرفیت میتوکندریایی عضلات اسکلتی افزایش بیشتری می تواند داشته باشد. برای آزمودن این فرضیه، فیلمور و همکارانش، (۲۰۱۰) نشان دادند، ترکیبی از فعال کردن   AMPK در دراز مدت و چربی زیاد (رژیم غذایی کم کربوهیدرات و پر چرب) اثر فزاینده ای بر نشانگرهای میتوکندریایی عضلات اسکلتی مدل های حیوانی دارد. آن¬ها رت های ویستار نر را به مدت ۶ هفته در معرض یک رژیم غذایی پر چرب همراه با تزریق (AICAR) (یک فعال کننده AMPK قرار دادند. در مقایسه AICAR با خوردن غذای چرب به تنهایی، در معرض قرار گیری AICAR همراه با چربی در دسترس زیاد، اثر بیشتری بر بیومارکرهای ظرفیت اکسایشی (نظیر، چرخه اسید سیتریک و زنجیره انتقال الکترون) و همچنین تنظیم رونویسی داشت. به طور خاص، در ترکیب AICAR با چربی زیاد، اسیل کوآی بلند زنجیر دهیدروژناز، سیتوکروم c، پروتئین PGC-1a، همچنین سیترات سنتاز و بتا هیدروکسی آسیل کوآ دهیدروژناز همگی به اندازه بیشتری ، افزایش داشتند. در حالی که ساز و کارهای مسئول افزایش محتوی میتوکندریایی مشاهده شده با ترکیب فعال کردن AMPK در دراز مدت و FFAs در گردش به روشنی مشخص نشده است، فیلمور و همکارانش، (۲۰۱۰)، اثر تعاملی (همکاری) فعال کردن AMPK در درازمدت و مصرف چربی زیاد را بر فروانی پروتئین PGC-1a و افزایش PGC-1 mRNA در پاسخ به فعال کردن AMPK (بدون مصرف چربی زیاد) را مشاهده کردند. آن ها نتیجه گرفتند که افزایش بیشتر پروتئین PGC-1a تاثیر ادغام رویدادهای پس از رونویسی ناشی از خوردن چربی بالا و همچنین افزایش میزان رونویسی وابسته به AMPK در بیان پروتئین PGC-1a است. با وجود این، نکته قابل توجه وقتی است که افزایش دسترسی به FA پس از فعالیت ورزشی بوسیله مصرف اسیپیمکس، یک سرکوب کننده فارماکولوژیکی لیپولیز، از بین رفت، بازهم افزایش طبیعی در فراوانی mRNA ژن های سوخت و سازی (نظیر PDK4 وPGC-1a) ناشی از ورزش، همچنان ادامه یافت (تانستال و همکارانش، ۲۰۰۷). این اطلاعات به روشنی نشان می دهد، افزایش در غلظت های FFA در گردش مشاهده شده در مراحل اخر فعالیت ورزشی و بعد از آن حین ریکاوری به منظور تحریک بیان mRNA پروتئین های درگیر در تنظیم متابولیسم و سازگاری تمرینی  عضلات اسکلتی ضروری نمی باشد.

تکامل یک پارادایم: تمرین زیاد و خواب کم

پروتکل اولیه “تمرین کم” از سوی هانسن و همکارانش، (۲۰۰۵)، با بررسی های بعدی سایرین (هولستون و همکارانش، ۲۰۱۰؛ یئو و همکارانش، ۲۰۰۸)، یک پروتکل تمرینی ۲ جلسه در روز (۲ بار در روز) را استفاده کردند،که جلسه دوم فعالیت ورزشی با گلیکوژن ناچیز انجام می شود. همانطور که اشاره شد، نتیجه مستقیم این راهبرد که جلسه دوم تمرین با گلیکوژن کمتری در مقایسه با سطوح طبیعی گلیکوژن آغاز شود، کاهش قابل ملاحظه حداکثر شدت تمرین داوطلبانه جلسه دوم، است. چنین نتیجه ای بر خلاف غریزه و روال معمول آماده سازی ورزشکاران رقابتی است که تمرین های شدید جز اصلی برنامه تمرین زمانبندی شده آن ها است (هاولی و بورک، ۲۰۱۰). بعلاوه می توان گفت، تمرین دو بار در روز با انجام تمرین ها در نزدیکی هم؛ سازگاری های تمرینی را در مقایسه با تمرین یک بار در روز افزایش می دهد. در این زمینه، رویکردی نو را تنظیم شده است که از راه آن می توان همزمان با محدودسازی کربوهیدرات، شدت جلسه تمرین و در نتیجه ” فشار تمرین”به گونه ای که  برای کار عضلات  اختلال به وجود نیاید حفظ شود، و بدین وسیله افزایش بالقوه ای در مدت فعالیت رونویسی از ژن های متابولیکی و پروتئین های هدف آن ها رخ دهد (لن و همکارانش، ۲۰۱۵). این رویکرد را ” تمرین زیاد، خواب کم” نامیده اند. در این پروتکل، زمان دریافت مواد مغذی را به گونه ای دوره بندی کرده که ورزشکاران یک وهله تمرین خیلی شدید با کربوهیدرات زیاد را عصر یا شب انجام می دهند، سپس دریافت کربوهیدرات را محدود کرده و قبل از اجرای یک وهله فعالیت ورزشی طولانی مدت (۱۲۰ دقیقه) در حالت ناشتایی، تا صبح با کربوهیدرات ناچیز می خوابند. در الگوی کوتاه مدت (لن و همکارانش، ۲۰۱۵) مشاهده شد، زمانی که نمونه ها از خوردن شبانه منع شوند و با کربوهیدرات ناچیز بخوابند، AMPKThr172, p38MAPKThr180/Tyr182, و  p-ACCSer79، در مقایسه با وقتی که یک وعده غذایی پر کربوهیدرات قبل از شب خورده شود، تنظیم افزایشی بیشتری خواهد داشت. همچنین نشان داده شد، هنگامی که جلسه تمرینی طولانی مدت و پایدار دوم، پس از ” خوابیدن کم” شروع شود، بیان ژن های منتخب، و مقادیر پروتئین های پیام رسان فسفوریله شده که ممکن است در اکسایش و انتقال چربی نقش داشته باشند در مقایسه با هنگامی که یک وعده غذایی پس از ورزش (شب قبل) مصرف شود و دسترسی به گلیکوژن به صورت موضعی بازیابی شود، بالاتر است (لن و همکارانش ۲۰۱۵). به طور قایل توجهی، مداخلات درازمدت بعدی که رویکرد ” تمرین زیاد و خوابیدن کم” را بیشتر از ۱ تا۳ هفته استفاده کرده اند، فواید بارزی برای عملکرد ورزشی را پیشنهاد کرده اند (مارکوئت و همکارانش، ۲۰۱۶).

خلاصه و جهت گیری  پژوهش های آتی

به جز شرایط تمرینی سابق، برنامه های تمرین کوتاه مدت (۳ تا ۱۰ هفته) که در آن بخشی از جلسات تمرینی، با گلیکوژن عضلانی ناچیز _ و نیز کربوهیدرات برونزاد نا چیز_ شروع شده اند، تا زمانی که همه جلسات تمرینی با ذخایر گلیکوژنی زیاد یا معمولی انجام شده اند، سازگاری های تمرینی افزایش بیشتری داشته است (برای مثال،آن ها باعث فعالیت های حداکثری در آنزیم های منتخب درگیر در متابولیسم کربوهیدرات و یا چربی و بیوژنز میتوکندریایی شده اند). یکی از جنبه هایی که در پیشینه پژوهشی فعلی مشخص نشده است، مقادیر تخلیه گلیکوژنی مطلوب مورد نیاز برای تقویت تاثیر محرک های تمرینی برای حصول نتایج، شامل بیوژنز میتوکندریایی؛ یا طور دوره تمرینی مورد نیاز با گلیکوژن کم، برای ظهور تغییرات عملکردی وابسته به اجرا و یا تمرین است.  پاسخگویی به چنین سئوالاتی، به مجموعه ای مطالعات پیچیده نیازمند است که به شکل ساختار یافته ای “عیار” مقادیر گلیکوژن عضله و متعاقباً پاسخ (و عملکرد) سلولی به برنامه های تمرینی استاندارد شده را تعیین کند.  مسئله ای مهم در رابطه با بنیادهای علمی که تلاش دارند مکانیزم های بالقوه اساسی فایده گلیکوژن عضلانی ناچیز را برای سازگاری های تمرینی پاسخ دهند، این واقعیت است که محدودیت کربوهیدراتی اثرات متقابل و بارزی بر میزان چربی در دسترس نیز می گذارد. به منظور پاسخگویی به این مسئله نیاز است که روی نمونه های انسانی در حالی که آنها رژیم غذایی ایزوانرژتیک کم کربوهیدرات، با چربی یا پروتئین زیاد را حین اجرای فعالیت ورزشی تحت نظارت مصرف می کنند، پژوهش شود. چنین آزمایش هایی اخیراً در آزمایشگاه به اجرا درآمده است. اندازه گیری های تهاجمی سوخت و ساز (نظیر نشانگرهای تنفس میتوکندریایی عضلات اسکلتی) به منظور تعیین اینکه آیا این دسترسی زیاد به چربی و کم به کربوهیدرات، افزایش پاسخ های تمرینی را باعث می شود یا خیر؛ مورد نیاز است. با وجود این آشکار است که علاوه بر نقش آن ها [کربوهیدرات و چربی] به عنوان سوبستراهای انرژی، ذخایر سوختی درونزاد و همزمان تغییرات در هورمون ها و مواد حاصل از متابولیسم (متابولیت) در گردش می توانند برای تغییر (دستکاری) پاسخ های معمول به فعالیت انقباضی، تقویت سازگاری تمرینی و در نهایت هدایت برخی از تغییرات فنوتیپی مشاهده شده در فعالیت ورزشی دراز مدت، به عنوان واسطه های پیام رسان بالقوه عمل کنند.

منابع

1. Akimoto T, Pohnert SC, Li P, Zhang M, Gumbs C, Rosenberg PB, Williams RS, Yan Z (2005) Exercise stimulates Pgc-1alpha transcription in skeletal muscle through activation of the p38 MAPK pathway. J Biol Chem 280:19587–۱۹۵۹۳
2. Bartlett, J. D., Louhelainen, J., Iqbal, Z., Cochran, A. J., Gibala, M. J., Gregson, W., … & Morton, J. P. (2013). Reduced carbohydrate availability enhances exercise-induced p53 signaling in human skeletal muscle: implications for mitochondrial biogenesis. American Journal of Physiology-Regulatory, Integrative and Comparative Physiology, 304(6), R450-R458.
3. Bergström J, Hultman E (1966) Muscle glycogen synthesis after exercise: an enhancing factor localized to the muscle cells in man. Nature 210:309–۳۱۰
4. Bonadonna RC, Groop LC, Zych K, Shank KM, DeFronzo RA (1990) Dose-dependent effect of insulin on plasma free fatty acid turnover and oxidation in humans. Am J Physiol Endocrinol Metab 259:E736–E750
5. Brooks GA, Mercier J (1994) Balance of carbohydrate and lipid utilization during exercise: the “crossover” concept. J Appl Physiol 76:2253–۲۲۶۱
6. Camera, D. M., Hawley, J. A., & Coffey, V. G. (2015). Resistance exercise with low glycogen increases p53 phosphorylation and PGC-1α mRNA in skeletal muscle. European journal of applied physiology, 115(6), 1185-1194.
7. Chan MH, McGee SL, Watt MJ, Hargreaves M, Febbraio MA (2004) Altering dietary nutrient intake that reduces glycogen content leads to phosphorylation of nuclear p38 MAP kinase in human skeletal muscle: association with IL-6 gene transcription during contraction. FASEBJ 18:1785–۱۷۸۷
8. Coyle EF, Jeukendrup AE, Wagenmakers AJ, Saris WH (1997) Fatty acid oxidation is directly regulated by carbohydrate metabolism during exercise. Am J Physiol Endocrinol Metab 273:E268–E275
9. Creer, A., Gallagher, P., Slivka, D., Jemiolo, B., Fink, W., & Trappe, S. (2005). Influence of muscle glycogen availability on ERK1/2 and Akt signaling after resistance exercise in human skeletal muscle. Journal of applied physiology, 99(3), 950-956.
10. Egan B, Hawley JA, Zierath JR (2016) SnapShot: exercise metabolism. Cell Metab 24:342–۳۴۲.e1
11. Fillmore N, Jacobs DL, Mills DB, Winder WW, Hancock CR (2010) Chronic AMP-activated protein kinase activation and a high-fat diet have an additive effect on mitochondria in rat skeletal muscle. J Appl Physiol 109:511–۵۲۰
12. Galbo H, Holst JJ, Christensen NJ (1979) The effect of different diets and of insulin on the hormonal response to prolonged exercise. Acta Physiol Scand 107:19–۳۲
13. Goldstein MS (1961) Humoral nature of the hypoglycemic factor of muscular work. Diabetes 10:232–۲۳۴
14. Hansen AK, Fischer CP, Plomgaard P, Andersen JL, Saltin B, Pedersen BK (2005) Skeletal muscle adaptation: training twice every second day vs. training once daily. J Appl Physiol 98:93–۹۹
15. Hawley JA (2002) Adaptations of skeletal muscle to prolonged, intense endurance training. Clin Exp Pharmacol Physiol 29:218–۲۲۲
16. Hawley JA, Burke LM (2010) Carbohydrate availability and training adaptation: effects on cell metabolism. Exerc Sport Sci Rev 38:152–۱۶۰
17. Hawley JA, Hargreaves M, Joyner MJ, Zierath JR (2014) Integrative biology of exercise. Cell 159:738–۷۴۹
18. Hawley JA, Leckey JJ (2015) Carbohydrate dependence during prolonged, intense endurance exercise. Sports Med 45(Suppl 1):S5–۱۲
19. Hawley JA, Maughan RJ, Hargreaves M (2015) Exercise metabolism: historical perspective. Cell Metab 22:12–۱۷
20. Holloszy JO (1967) Biochemical adaptations in muscle. Effects of exercise on mitochondrial -oxygen uptake and respiratory enzyme activity in skeletal muscle. J Biol Chem 242:2278–۲۲۸۲
21. Holloszy JO, Kohrt WM, Hansen PA (1988) The regulation of carbohydrate and fat metabolism during and after exercise. Front Biosci 3:D1011–D1027
22. Hood DA, Tryon LD, Carter HN, Kim Y, Chen CC (2016) Unravelling the mechanisms regulating muscle mitochondrial biogenesis. Biochem J 473:2295–۲۳۱۴
23. Horowitz JF, Mora-Rodriguez R, Byerley LO, Coyle EF (1997) Lipolytic suppression following carbohydrate ingestion limits fat oxidation during exercise. Am J Physiol 273:E768–E775
24. Hulston CJ, Venables MC, Mann CH, Martin C, Philp A, Baar K, Jeukendrup AE (2010) Training with low muscle glycogen enhances fat metabolism in well-trained cyclists. Med Sci Sports Exerc 42:2046–۲۰۵۵
25. Jager S, Handschin C, St-Pierre J, Spiegelman BM (2007) AMP-activated protein kinase (AMPK) action in skeletal muscle via direct phosphorylation of PGC-1a. Proc Natl Acad Sci USA 104:12017–۱۲۰۲۲
26. Jørgensen SB, Richter EA, Wojtaszewski JFP (2006) Role of AMPK in skeletal muscle metabolic regulation and adaptation in relation to exercise. J Physiol 574:17–۳۱
27. Lane SC, Camera DM, Lassiter DG, Areta JL, Bird SR, Yeo WK, Jeacocke NA, Krook A, Zierath JR, Burke LM, Hawley JA (2015) Effects of sleeping with reduced carbohydrate availability on acute training responses. J Appl Physiol 119:643–۶۵۵
28. Lin J, Wu H, Tarr PT, Zhang CY, Wu Z, Boss O, Michael LF, Puigserver P, Isotani E, Olson EN, Lowell BB, Bassel-Duby R, Spiegelman BM (2002) Transcriptional co-activator PGC-1 alpha drives the formation of slow-twitch muscle fbres. Nature 418:797–۸۰۱
29. Marquet LA, Brisswalter J, Louis J, Tiollier E, Burke LM, Hawley JA, Hausswirth C (2016a) Enhanced endurance performance by periodization of carbohydrate intake: “sleep low” strategy. Med Sci Sports Exerc 48:663–۶۷۲
30. Marquet LA, Hausswirth C, Molle O, Hawley JA, Burke LM, Tiollier E, Brisswalter J (2016b) Periodization of carbohydrate intake: short-term effect on performance. Nutrients 8(12):E755
31. McBride A, Ghilagaber S, Nikolaev A, Hardie DG (2009) The glycogen-binding domain on the AMPK beta subunit allows the kinase to act as a glycogen sensor. Cell Metab 9:23–۳۴
32. McBride A, Hardie DG (2009) AMP-activated protein kinase – a sensor of glycogen as well as AMP and ATP? Acta Physiol (Oxf) 196:99–۱۱۳
33. McGee SL, Hargreaves M (2010) AMPK-mediated regulation of transcription in skeletal muscle. Clin Sci 118:507–۵۱۸
34. Pedersen BK, Steensberg A, Fischer C, Keller C, Keller P, Plomgaard P, Febbraio M, Saltin B (2003) Searching for the exercise factor: is IL-6 a candidate? J Muscle Res Cell Motil 24:113–۱۱۹
35. Perry CG, Hawley JA (2017) Molecular basis of exercise-induced skeletal muscle mitochondrial biogenesis: Historical advances, current knowledge, and future challenges. Cold Spring Harb Perspect Biol. pii: a029686
36. Perry CG, Lally J, Holloway GP, Heigenhauser GJ, Bonen A, Spriet LL (2010) Repeated transient mRNA bursts precede increases in transcriptional and mitochondrial proteins during training in human skeletal muscle. J Physiol 588:4795–۴۸۱۰
37. Philp, A., MacKenzie, M. G., Belew, M. Y., Towler, M. C., Corstorphine, A., Papalamprou, A., … & Baar, K. (2013). Glycogen content regulates peroxisome proliferator activated receptor-∂(PPAR-∂) activity in rat skeletal muscle. PLoS One, 8(10).
38. Pilegaard H, Keller C, Steensberg A, Helge JW, Pedersen BK, Saltin B, Neufer PD (2002) Influence of pre-exercise muscle glycogen content on exercise-induced transcriptional regulation of metabolic genes. J Physiol 541:261–۲۷۱
39. Psilander, N., Frank, P., Flockhart, M., & Sahlin, K. (2013). Exercise with low glycogen increases PGC-1α gene expression in human skeletal muscle. European journal of applied physiology, 113(4), 951-963.
40. Puigserver P, Rhee J, Lin J, Wu Z, Yoon JC, Zhang CY, Krauss S, Mootha VK, Lowell BB, Spiegelman BM (2001) Cytokine stimulation of energy expenditure through p38 MAP kinase activation of PPARgamma coactivator-1. Mol Cell 8:971–۹۸۲
41. Randle PJ (1986) Fuel selection in animals. Biochem Soc Trans 14:799–۸۰۶
42. Randle PJ, Newsholme EA, Garland PB (1964) Regulation of glucose uptake by muscle. 8. Effects of fatty acids, ketone bodies and pyruvate, and of alloxan-diabetes and starvation, on the uptake and metabolic fate of glucose in rat heart and diaphragm muscles. Biochem J 93:652–۶۶۵
43. Romijn JA, Coyle EF, Sidossis LS, Zhang XJ, Wolfe RR (1995) Relationship between fatty acid delivery and fatty acid oxidation during strenuous exercise. J Appl Physiol 79:1939–۱۹۴۵
44. Saleem A, Carter HN, Iqbal S, Hood DA (2011) Role of p53 within the regulatory network controlling muscle mitochondrial biogenesis. Exerc Sport Sci Rev 39:199–۲۰۵
45. Steinberg GR, Watt MJ, McGee SL, Chan S, Hargreaves M, Febbraio MA, Stapleton D, Kemp BE (2006) Reduced glycogen availability is associated with increased AMPKalpha2 activity, nuclear AMPKalpha2 protein abundance, and GLUT4 mRNA expression in contracting human skeletal muscle. Appl Physiol Nutr Metab 31:302–۳۱۲
46. Steinberg, G. R., Watt, M. J., McGee, S. L., Chan, S., Hargreaves, M., Febbraio, M. A., … & Kemp, B. E. (2006). Reduced glycogen availability is associated with increased AMPKα۲ activity, nuclear AMPKα۲ protein abundance, and GLUT4 mRNA expression in contracting human skeletal muscle. Applied physiology, nutrition, and metabolism, 31(3), 302-312.
47. Tunstall RJ, McAinch AJ, Hargreaves M, van Loon LJ, Cameron-Smith D (2007) Reduced plasma free fatty acid availability during exercise: effect on gene expression. Eur J Appl Physiol 99:485–۴۹۳
48. Wojtaszewski JF, MacDonald C, Nielsen JN, Hellsten Y, Hardie DG, Kemp BE, Kiens B, Richter EA (2003) Regulation of 5′AMP-activated protein kinase activity and substrate utilization in exercising human skeletal muscle. Am J Physiol Endocrinol Metab 284:E813–E822
49. Yeo, W. K., McGee, S. L., Carey, A. L., Paton, C. D., Garnham, A. P., Hargreaves, M., & Hawley, J. A. (2010). Acute signalling responses to intense endurance training commenced with low or normal muscle glycogen. Experimental physiology, 95(2), 351-358.