Suplementacja solami fosforanowymi zalecana jest przede wszystkim sportowcom dyscyplin wytrzymałościowych, a zastosowanie odpowiedniego protokołu ładowania fosforanami może przynieść kilkuprocentową poprawę wydolności tlenowej.

Żywieniowe i suplementacyjne wspomaganie zdolności wysiłkowych jest praktyką szeroko rozpowszechnioną w praktyce sportowej i zagadnieniem stale podejmowanym w badaniach naukowych. Nieustannie poszukuje się środków ergogenicznych, które mogą przynieść korzyści w postaci zwiększenia wydolności fizycznej zawodników, a w konsekwencji, poprawy wyników sportowych. Jednym z legalnych środków ergogenicznych są sole fosforanowe, których skuteczność została dotychczas potwierdzona w części prac naukowych. Suplementacja solami fosforanowymi zalecana jest przede wszystkim sportowcom dyscyplin wytrzymałościowych, a zastosowanie odpowiedniego protokołu ładowania fosforanami może przynieść kilkuprocentową poprawę wydolności tlenowej.

Rola fosforu w organizmie człowieka

Fosfor jest makroelementem niezbędnym do prawidłowego funkcjonowania ustroju, pełni ważną rolę w reakcjach biochemicznych, zwłaszcza w procesach energetycznych. Odpowiada za prawidłową mineralizację kości i zębów, jest składnikiem kwasów nukleinowych, tkanki mózgowej i błon komórkowych. Fosfor buduje adenozyno-5′-trifosforan (ATP) – główny nośnik energii w komórkach, uczestniczy w procesie skurczu mięśni, utrzymaniu równowagi kwasowo-zasadowej oraz bierze udział w przewodzeniu bodźców nerwowych. W organizmie człowieka zmagazynowane jest około 11–14 g fosforu na kilogram beztłuszczowej masy ciała (FFM), z czego większość znajduje się w kościach (ok. 85%), pozostała część zgromadzona jest w tkankach miękkich, krwi i płynach ustrojowych. Większość fosforu występuje w organizmie w postaci fosforanów, jako fosforan wolny lub w formie soli mineralnych (Clarkson and Haymes 1995, Gropper i Smith 2012). Zalecane dzienne spożycie fosforu u dorosłych wynosi 700 mg/dzień, u sportowców zapotrzebowanie na fosfor może wzrosnąć do 800 – 1600 mg/dzień. Fosfor jest obecny w wielu produktach spożywczych, takich jak czerwone mięso, drób, ryby, jaja i przetwory mleczne, zboża, ziarna, orzechy czy rośliny  strączkowe, dlatego jego niedobory zdarzają się rzadko. U zdrowych osób mogą wystąpić w przypadku stosowania diety niskobiałkowej lub przyjmowania wysokich dawek wapnia. Niedobór fosforu może wystąpić również u młodocianych zawodników, w sportach gdzie konieczne jest utrzymanie niskiej masy ciała. Prawidłowe stężenie fosforanów we krwi u osób dorosłych wynosi: 2,5–4,5 mg/dl.

Sole fosforanowe i ich działanie ergogeniczne

Sole fosforanowe od wielu lat brane są pod uwagę jako legalny środek wspomagający możliwości wysiłkowe sportowców. Choć nie wszystkie badania potwierdzają ich skuteczność, istnieją dowody naukowe, które wskazują, że zastosowanie odpowiedniego protokołu podaży soli fosforanowych może wpłynąć na wzrost wydolności fizycznej i poprawę wyników sportowych. Wśród mechanizmów tłumaczących ergogeniczne działanie soli fosforanowych wymienia się wzrost stężenia 2,3-difosfoglicerynianu (2,3-DPG) w krwinkach czerwonych, co prowadzi do obniżenia powinowactwa hemoglobiny do tlenu i łatwiejszego oddawania tlenu w tkankach. Ponieważ uwalnianie tlenu w tkankach obwodowych jest jednym z kluczowych czynników wpływających na maksymalny pobór tlenu (VO_2max), wzrost poziomu 2,3-DPG we krwi może promować poprawę VO_2max u sportowców. Korzystne działanie suplementacji fosforanami tłumaczone jest także ich wpływem na poprawę możliwości buforowania jonów wodorowych i spowolnieniem spadku pH, co prowadzi do zwiększenia zdolności do wykonywania wysiłków o wysokiej intensywności. Kolejnym mechanizmem wyjaśniającym ergogeniczne właściwości soli fosforanowych jest ich wpływ na poprawę wydajności serca i odpowiedzi układu krążeniowego na wysiłek, wynikające ze zwiększenia kurczliwości mięśnia sercowego na skutek wzrostu stężenia ATP w komórkach serca (Buck i wsp. 2013) (Rycina 1).

Mechanizmy tłumaczące ergogeniczne działanie soli fosforanowych

Ładowanie fosforanami jest praktyką zakładającą krótkotrwałą podaż dużych dawek fosforanów (3–5 g/dobę) w postaci soli fosforanowych (najczęściej fosforanu sodu, który uważany jest za skuteczniejszy od fosforanu wapnia) (Buck i wsp., 2013). Takie ładowanie stosuje się w okresie 3–6 dni poprzedzających zawody, w celu uruchomienia korzystnych adaptacji w organizmie, które powinny skutkować wzrostem możliwości wysiłkowych. W jednym z pierwszych badań nad ładowaniem fosforanami, Cade i wsp. (1984) wykazali poprawę poziomu fosforanów we krwi, wzrost stężenia 2,3-DPG, a w konsekwencji poprawę VO_2max i zmniejszenie wzrostu poziomu mleczanu we krwi podczas wysiłku u wytrenowanych biegaczy po podaniu czterech gramów fosforanu sodu na dobę przez trzy dni. Korzyści te zostały potwierdzone w późniejszych badaniach. Na przykład Stewart i wsp. (1990) udowodnili, że po suplementacji fosforanami u kolarzy, oprócz wzrostu VO_2max, doszło również do wydłużenia czasu wysiłku do odmowy o 20%. Z kolei Kreider i wsp. (1990, 1992) zaobserwowali poprawę VO_2max i progu anaerobowego oraz wzrost frakcji wyrzutowej serca u sportowców wytrzymałościowych.

W pierwszej dekadzie dwudziestego pierwszego wieku w Polsce przeprowadzono badania z udziałem wysokowytrenowanych kolarzy, w których Czuba i wsp. (2008, 2009) wykazali, że ładowanie fosforanem trójsodowym przez sześć dni w dawce 50 mg/kg FFM prowadzi do 5% wzrostu VO_2max i poprawy progu wentylacyjnego, a także obniżenia spoczynkowej i wysiłkowej częstości skurczów serca (HR) oraz wzrostu tętna tlenowego. Powyższe adaptacje fizjologiczne i biochemiczne prowadziły do poprawy wyników sportowych. W efekcie suplementacji solami fosforanowymi zaobserwowano poprawę czasu biegu na dystansie pięciu mil o blisko 12 s (Kreider i wsp. 1990), poprawę średniej mocy i czasu ukończenia kolarskich prób czasowych na dystansie 40 km o 3,5 min (8%) (Kreider i wsp. 1992), oraz na dystansie 16 km o 40 s (3%) (Folland i wsp. 2008). Ponadto w kilku nowszych badaniach zanotowano poprawę w zakresie zdolności do powtarzanych sprintów i wysiłków o wysokiej intensywności u kolarzy i zawodników sportów zespołowych (Brewer i wsp. 2014, Buck i wsp. 2015, Kopec i wsp. 2016).

Poprawa możliwości wysiłkowych w warunkach hipoksji

Korzystając z możliwości nowoczesnego laboratorium hipoksji normobarycznej, które powstało w Instytucie Sportu – Państwowym Instytucie Badawczym w Warszawie, w latach 2020–2022, przeprowadziliśmy badania z udziałem kolarzy. Celem tych badań była analiza wpływu suplementacji solami fosforanowymi na wydolność tlenową w warunkach hipoksji*. Na świecie nie wykonano wcześniej badań podejmujących ten problem, wszystkie dotychczasowe prace naukowe dotyczyły warunków normoksji (normalnej dostępności tlenu). A temat był wart uwagi, ponieważ uzyskane wyniki mogły przełożyć się na zastosowanie praktyczne, po pierwsze u wyczynowych sportowców wyjeżdżających na zawody rozgrywane na umiarkowanych wysokościach, po drugie u turystów i osób podejmujących aktywność fizyczną na terenach górskich.

Dobrze znany jest fakt, że wraz ze wzrostem wysokości nad poziom morza dochodzi do obniżenia wydolności tlenowej organizmu. Dzieje się tak na skutek obniżenia ciśnienia parcjalnego tlenu, które skutkuje spadkiem saturacji krwi, a to wpływa na redukcję VO_2max. Przyjmuje się, że na wysokości 2000 m n.p.m. spadek VO_2max wynosi średnio około 8–10% w stosunku do wartości uzyskiwanych na nizinach. Należy w tym miejscu zaznaczyć, że wielkość spadku wydolności tlenowej na danej wysokości jest bardzo zróżnicowana międzyosobniczo. Część osób reaguje znacznie większym pogorszeniem VO_2max, a u części ten spadek jest niewielki. W przypadku sportowców, którzy trenują i startują na wysokości, warto poznać indywidualną reakcję każdego zawodnika, a taką możliwość daje w tej chwili laboratorium hipoksji Instytutu Sportu – PIB.

Wracając do fosforanów, założenie naszych badań było takie, że skoro ładowanie fosforanami może wpływać na wzrost poziomu 2,3-DPG, ułatwiać rozładowanie tlenu w tkankach i w ten sposób zwiększać wydolność tlenową, to adaptacje te powinny być szczególnie korzystne w warunkach hipoksji, gdy dostępność tlenu jest ograniczona. W celu weryfikacji tych założeń podawaliśmy kolarzom fosforan trójsodowy w dawce 50 mg/kg FFM przez sześć dni. Przed i po okresie suplementacji przeprowadziliśmy serie badań wydolnościowych w warunkach hipoksji (na symulowanej wysokości 2500 m n.p.m.) oraz badania krwi. W celu minimalizacji zmiennych zakłócających, badania przeprowadziliśmy w układzie krzyżowym, co oznacza, że każdy zawodnik był testowany zarówno po otrzymaniu soli fosforanowych, jak i placebo. Wyniki naszych badań opublikowaliśmy w międzynarodowym czasopiśmie naukowym Nutrients (Płoszczyca i wsp. 2021, 2022).

Badania nad skutecznością soli fosforanowych prowadzone w laboratorium hipoksji w Instytucie Sportu – PIB w Warszawie>>>

Otrzymane przez nas rezultaty wskazały, że:

1. Suplementacja fosforanem sodu sprzyja poprawie wydajności układu krążeniowo-oddechowego podczas ćwiczeń o niskiej i umiarkowanej intensywności (poniżej progu mleczanowego) w warunkach hipoksji, co przejawia się obniżeniem HR, wzrostem objętości wyrzutowej serca oraz poprawą tętna tlenowego przy danym obciążeniu pracą. Wyniki te sugerują, że zastosowanie soli fosforanowych może być szczególnie korzystne podczas długotrwałych wysiłków wykonywanych na umiarkowanej wysokości, na przykład podczas ultradystansowych wyścigów kolarskich, biegów górskich czy biegów narciarskich.
2. Sześciodniowa suplementacja fosforanem sodu nie wpłynęła na wzrost poziomu 2,3-DPG oraz obniżenie powinowactwa hemoglobiny do tlenu (jak pierwotnie zakładano), pomimo zwiększenia stężenia fosforanów nieorganicznych (Pi) we krwi kolarzy. Przypuszczamy, że wielkość zmian poziomu Pi we krwi na skutek krótkotrwałej doustnej podaży fosforanu sodu w dawce 50 mg/kg FFM była prawdopodobnie zbyt mała, aby uzyskać istotny wzrost stężenia 2,3-DPG we krwi o znaczącym wpływie fizjologicznym na organizm sportowców. Wynik ten sugeruje, że kluczowe dla ergogenicznego działania soli fosforanowych w hipoksji mogą być inne mechanizmy adaptacyjne, niż te związane z wpływem fosforanów na stężenie 2,3-DPG.
3. Istnieje duże zróżnicowanie międzyosobnicze w odpowiedzi na krótkotrwałą suplementację fosforanem sodu. U części sportowców można spodziewać się poprawy VO_2max oraz wzrostu obciążenia maksymalnego i obciążenia na progu mleczanowym w hipoksji w zakresie 3–5%. Co ciekawe, zaobserwowane zróżnicowanie nie jest tłumaczone przez wcześniej wskazywane w literaturze mechanizmy adaptacyjne, natomiast odzwierciedla się w zmniejszeniu odpowiedzi czynnika indukowanego hipoksją (HIF-1α) na wysiłek u osób odnoszących korzyści z suplementacji. Wynik ten otwiera drogę do dalszych poszukiwań naukowych w tym obszarze.
4. Istotnym obszarem naszych badań było sprawdzenie, czy krótkotrwałe zastosowanie soli fosforanowych jest bezpieczne dla zdrowia sportowców. Uzyskane wyniki potwierdziły, że zaproponowany protokół suplementacji nie zaburza równowagi wapniowo-fosforanowej organizmu i może być stosowany przez sportowców bez nadmiernego ryzyka wystąpienia negatywnych skutków zdrowotnych.

Co to oznacza dla praktyki sportowej? Sole fosforanowe nie będą cudownym środkiem poprawiającym wydolność u wszystkich sportowców. Jednak w sportach wytrzymałościowych, u bardziej podatnych zawodników, mogą wpłynąć na kilkuprocentową poprawę tlenowych możliwości wysiłkowych w warunkach hipoksji. Biorąc pod uwagę, że ładowanie fosforanami trwa tylko przez kilka dni, bezpośrednio przed startem w zawodach, jest to znaczna korzyść, która może mieć swój udział w osiągniętym przez zawodnika wyniku sportowym. Ponieważ krótkotrwała podaż soli fosforanowych nie powoduje hipokalcemii (obniżenia poziomu wapnia we krwi poniżej prawidłowego zakresu; <9 mg/dl), skuteczność suplementacji u poszczególnych zawodników można przetestować w okresie przygotowawczym lub przed zawodami kontrolnymi, bez nadmiernego ryzyka skutków ubocznych.

Praktyczne wskazówki stosowania soli fosforanowych

Protokoły ładowania fosforanami w celu osiągnięcia efektów ergogenicznych zakładają, że dawka dobowa powinna wynosić 3–5g. Dawkę tę najczęściej dzieli się na 3–4 równe porcje przyjmowane w ciągu doby. Najbardziej korzystne jest dostosowanie dawki fosforanów do masy i składu ciała zawodnika. Za skuteczne uważa się dawki 50 mg/kg beztłuszczowej masy ciała na dobę. Nie należy przedłużać suplementacji solami fosforanowymi ponad zalecany, kilkudniowy okres suplementacji. Długotrwałe (kilkutygodniowe) ładowanie fosforanami jest niekorzystne dla zdrowia ponieważ powoduje obniżenie poziomu wapnia we krwi (Czuba i wsp. 2009). Niekorzystne jest również przyjmowanie dawek większych niż 6 g/dobę ze względu na obniżenie stężenia fosforanów we krwi spowodowane regulacją ich poziomu przez parathormon (Buck i wsp. 2013).

Suplementację solami fosforanowymi stosuje się w okresie startowym, w tygodniu bezpośrednio poprzedzającym zawody. Zaleca się aby ładowanie fosforanami stosować maksymalnie 2–3 razy w sezonie, przed najważniejszymi startami. Osiągnięte w wyniku suplementacji efekty powinny utrzymać się przez ok. 7–10 dni od jej zakończenia. Należy mieć na uwadze, że u części osób sole fosforanowe mogą powodować dolegliwości żołądkowo-jelitowe. Można je złagodzić poprzez spożywanie fosforanów wraz z 200–300 ml płynu (wody lub napoju izotonicznego) (Kreider i wsp. 1992, Brewer i wsp. 2013). Jak w przypadku każdej nowej interwencji dietetycznej lub treningowej, także tutaj obowiązuje zasada przetestowania reakcji organizmu zawodnika na ładowanie fosforanami, zanim zastosuje się ich suplementację przed głównym startem. Ładowania fosforanami nie powinny stosować osoby z chorobami nerek. W tabeli 1 podsumowano rekomendacje naukowe dotyczące protokołu suplementacji solami fosforanowymi.

Zalecenia dotyczące ładowania fosforanami w celu poprawy możliwości wysiłkowych sportowców

DAWKA	3 – 5 g/dobę najkorzystniej dostosować dawkę do beztłuszczowej masy ciała zawodnika (FFM) – w takim przypadku, dawka fosforanów powinna wynosić 50 mg/kg FFM na dobę dawkę dzienną należy podawać podzieloną na kilka porcji (3 – 4)
CZAS SUPLEMENTACJI	3 – 6 dni nie należy przedłużać okresu ładowania fosforanami, ponieważ kilkutygodniowa suplementacja powoduje obniżenie poziomu wapnia we krwi
OKRES STOSOWANIA	w okresie startowym, w tygodniu bezpośrednio poprzedzającym zawody sole fosforanowe stosuje się maksymalnie 2-3 razy w sezonie, przed najważniejszymi startami
CZAS UTRZYMANIA EFEKTÓW	osiągnięte korzyści powinny utrzymywać się przez około 7 – 10 dni od zakończenia fazy suplementacji
SKUTKI UBOCZNE	u nielicznych osób po ładowaniu fosforanami mogą pojawić się dolegliwości żołądkowo-jelitowe zanim zastosuje się suplementację przed głównym startem należy wcześniej przetestować reakcję zawodnika na ładowanie fosforanami
POSTAĆ SUPLEMENTU	fosforan sodu, fosforan wapnia za bardziej skuteczny uważany jest fosforan sodu

* Projekt badawczy został sfinansowany ze środków Narodowego Centrum Nauki (2019/33/N/NZ7/00376).

Kamila Płoszczyca

Zakład Kinezjologii; Instytut Sportu – Państwowy Instytut Badawczy, ul. Trylogii 2/16, 01–982 Warszawa

Piśmiennictwo:

Brewer, C.P.; Dawson, B.; Wallman, K.E.; Guelfi, K.J. Effect of repeated sodium phosphate loading on cycling time‐trial performance and VO_2peak. Int. J. Sport Nutr. Exerc. Metab. 2013, 23, 187–194.

Brewer, C.P.; Dawson, B.; Wallman, K.E.; Guelfi, K.J. Effect of sodium phosphate supplementation on repeated high‐intensity cycling efforts. J. Sports Sci. 2014, 33, 1109–1116.

Buck, C.L.; Henry, T.; Guelfi, K.; Dawson, B.; Mc Naughton, L.R.; Wallman, K. Effects of sodium phosphate and beetroot juice supplementation on repeated‐sprint ability in females. Eur. J. Appl. Physiol. 2015, 115, 2205–2213.

Buck, C.L.; Wallman, K.E.; Dawson, B.; Guelfi, K.J. Sodium phosphate as an ergogenic aid. Sports Med. 2013, 43, 425–435.

Cade, R.; Conte, M.; Zauner, C.; Mars, D.; Peterson, J.; Lunne, D.; Hommen, N.; Packer, D. Effects of phosphate loading on 2,3-diphosphoglycerate and maximal oxygen uptake. Med. Sci. Sports Exerc. 1984, 16, 263–268.

Clarkson, P.M.; Haymes, E.M. Exercise and mineral status of athletes. Med. Sci. Sports Exerc. 1995, 27(6), 831-843

Czuba, M.; Zajac, A.; Poprzęcki, S.; Cholewa, J. The influence of sodium phosphate supplementation on VO_2max, Serum 2,3‐diphosphoglycerate level and heart rate in off‐road cyclists. J. Hum. Kinet. 2008, 19, 149–164.

Czuba, M.; Zajac, A.; Poprzęcki, S.; Cholewa, J.; Woska, S. Effects of sodium phosphate loading on aerobic power and capacity in off road cyclists. J. Sports Sci. Med. 2009, 8, 591–599.

Folland, J.P.; Stern, R.; Brickley, G. Sodium phosphate loading improves laboratory cycling time‐trial performance in trained cyclists. J. Sci. Med. Sport 2008, 11, 464–468.

Gropper, S.S., Smith, J.L. (2012). Advanced nutrition and human metabolism. Cengage Learning.

Kopec, B.J.; Dawson, B.T.; Buck, C.; Wallman, K.E. Effects of sodium phosphate and caffeine ingestion on repeated‐sprint ability in male athletes. J. Sci. Med. Sport 2016, 19, 272–276.

Kreider, R.; Miller, G.W.; Schenck, D.; Cortes, C.W.; Miriel, V.; Somma, C.T.; Rowland, P.; Turner, C.; Hill, D. Effects of phosphate loading on metabolic and myocardial responses to maximal and endurance exercise. Int. J. Sport Nutr. 1992, 2, 20–47.

Kreider, R.; Miller, G.W.; Williams, M.H.; Somma, C.T.; Nasser, T.A. Effects of phosphate loading on oxygen uptake, ventilator anaerobic threshold, and run performance. Med. Sci. Sports Exerc. 1990, 22, 250–256.

Płoszczyca, K.; Chalimoniuk, M.; Przybylska, I.; Czuba, M. Effects of Short-Term Phosphate Loading on Aerobic Capacity under Acute Hypoxia in Cyclists: A Randomized, Placebo-Controlled, Crossover Study. Nutrients 2022, 14, 236.

Płoszczyca, K.; Gajda, R.; Czuba, M. The Effects of Sodium Phosphate Supplementation on the Cardiorespiratory System and Gross Efficiency during Exercise under Hypoxia in Male Cyclists: A Randomized, Placebo-Controlled, Cross-Over Study. Nutrients 2021, 13, 3556.

Stewart, I.; McNaughton, L.; Davies, P.; Tristram, S. Phosphate loading and the effects on VO_2max in trained cyclists. Res. Q. Exerc. Sport 1990, 61, 80–84.