การกำเนิดทางชีวภาพของไมโทคอนเดรียคือการปรับเมตาบอลิซึมที่สำคัญสำหรับการฝึกออกกำลังกายแบบแอโรบิก ซึ่งส่งผลให้ขนาด เนื้อหา จำนวน และกิจกรรมของไมโทคอนเดรียดีขึ้น หลักฐานล่าสุดแสดงให้เห็นว่าการควบคุมอาหารสามารถเพิ่มการปรับตัวของไมโทคอนเดรียต่อการฝึกออกกำลังกายแบบแอโรบิก ซึ่งอาจชะลอความเมื่อยล้าของกล้ามเนื้อโครงร่างและเพิ่มประสิทธิภาพการออกกำลังกาย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การศึกษาได้แสดงให้เห็นว่าการรวมการจำกัดคาร์โบไฮเดรตเข้ากับการออกกำลังกายแบบแอโรบิก จะเพิ่มพูนผลประโยชน์ของการออกกำลังกาย
ไมโตคอนเดรียมักถูกอธิบายว่าเป็น “โรงไฟฟ้า” ของเซลล์เนื่องจากความสามารถในการสร้างพลังงานเคมีในรูปของ ATP ผ่านปฏิกิริยาออกซิเดชั่นของกรดไขมัน วงจรกรดไตรคาร์บอกซิลิก และออกซิเดทีฟฟอสโฟรีเลชั่น การสร้าง ATP อย่างต่อเนื่องเป็นสิ่งจำเป็นในการรักษาการทำงาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการตอบสนองต่อความเครียดระดับเซลล์ เช่น การออกกำลังกาย การปรับตัวของไมโตคอนเดรียไปสู่การฝึกออกกำลังกายแบบแอโรบิคมีความสำคัญต่อการเปลี่ยนแปลงของกล้ามเนื้อโครงร่าง การสังเคราะห์ทางชีวภาพของไมโทคอนเดรียช่วยเพิ่มความสามารถในการออกซิเดชันของกล้ามเนื้อโครงร่าง ทำให้มีการสร้าง ATP มากขึ้น จึงช่วยชะลอเวลาของกล้ามเนื้อให้อ่อนล้าและปรับปรุงประสิทธิภาพการออกกำลังกายแบบแอโรบิก การเปลี่ยนแปลงฟีโนไทป์ที่น่าทึ่งนี้เรียกว่าการกำเนิดทางชีวภาพของไมโทคอนเดรีย ซึ่งส่งผลให้ขนาด เนื้อหา จำนวน และการทำงานของไมโทคอนเดรียเพิ่มขึ้นเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงสถานะพลังงาน กิจกรรมการหดตัว และความเครียดจากการเผาผลาญ
การรักษาระดับของคาร์โบไฮเดรตะอาจเพิ่มประสิทธิภาพการออกกำลังกายแบบแอโรบิกโดยยืดระยะเวลาความทนทานในการออกกำลังออกไป แต่อย่างไรก็ตาม หลักฐานล่าสุดบ่งชี้ว่าการลดการเก็บไกลโคเจนเป็นระยะโดยการจำกัดคาร์โบไฮเดรตในอาหารร่วมกับการออกกำลังกายแบบแอโรบิกระยะสั้น (3-10 สัปดาห์) ช่วยเพิ่มการสร้างไบโอไมโตคอนเดรียในระดับที่มากกว่าเมื่อออกกำลังกายแบบแอโรบิกในสถานะที่เติมไกลโคเจนไว้.
แม้ว่าการจำกัดคาร์โบไฮเดรตอาจเพิ่มการปรับตัวของไมโตคอนเดรียในการออกกำลังกาย แต่ก็อาจทำให้การซ่อมแซมและฟื้นฟูกล้ามเนื้อโครงร่างลดลงจากการออกกำลังกายแบบแอโรบิก ฮาวเวิร์ด และคณะ รายงานว่าการออกกำลังกายแบบแอโรบิกภายใต้สภาวะที่มีไกลโคเจนในกล้ามเนื้อจำกัดจะเพิ่มการสลายโปรตีนของกล้ามเนื้อโครงร่างและลดการสังเคราะห์โปรตีนของกล้ามเนื้อระหว่างการพักฟื้น เมื่อเทียบกับการตอบสนองเมื่อออกกำลังกายแบบแอโรบิคในสภาวะที่มีไกลโคเจน อย่างไรก็ตาม อาจเป็นไปได้ที่จะใช้การจำกัดคาร์โบไฮเดรตเพื่อเพิ่มการปรับตัวของไมโตคอนเดรียในการออกกำลังกาย แต่ชดเชยผลกระทบเชิงลบเหล่านั้นต่อการหมุนเวียนโปรตีนของกล้ามเนื้อด้วยการเสริมโปรตีนจากอาหาร หลักฐานล่าสุดแสดงให้เห็นว่าการบริโภคโปรตีนในอาหารในระหว่างหรือทันทีหลังการออกกำลังกายแบบแอโรบิคจะเพิ่มการสังเคราะห์โปรตีนของกล้ามเนื้อผสม ส่งผลให้มีความสมดุลของโปรตีนสุทธิในเชิงบวก นอกจากนี้ การเพิ่มระดับกรดอะมิโนนอกเซลล์ควบคุมการสังเคราะห์โปรตีนของไมโทคอนเดรีย ซึ่งบ่งชี้ว่าการเสริมโปรตีนด้วยการออกกำลังกายแบบแอโรบิกระหว่างการจำกัดคาร์โบไฮเดรตอาจไม่เพียงรักษาสมดุลของโปรตีนกล้ามเนื้อโครงร่าง แต่ยังอาจนำไปสู่การปรับตัวของไมโทคอนเดรียต่อการออกกำลังกายแบบแอโรบิก
ถึงแม้ว่าการเสริมโปรตีนอาจจะไม่เพิ่มการสร้างไบโอคอนเดรียของไมโตคอนเดรียโดยตรง แต่การบริโภคโปรตีนคุณภาพสูงระหว่างหรือหลังการออกกำลังกายแบบแอโรบิกจะช่วยส่งเสริมการฟื้นตัวของกล้ามเนื้อโครงร่าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อออกกำลังกายแบบแอโรบิกโดยมีการจำกัดคาร์โบไฮเดรตควบคู่กันไป โดยสรุป การสร้างไบโอไมโตคอนเดรียลคือการปรับการเผาผลาญที่สำคัญต่อการฝึกออกกำลังกายแบบแอโรบิก หลักฐานที่เกิดขึ้นใหม่บ่งชี้ว่าการตอบสนองแบบปรับตัวของไมโตคอนเดรียต่อการออกกำลังกายแบบแอโรบิกสามารถเพิ่มศักยภาพได้โดยการจำกัดระดับของคาร์โบไฮเดรต ผลเสริมของการจำกัดคาร์โบไฮเดรตกับการฝึกออกกำลังกายแบบแอโรบิกอาจกระตุ้นให้เกิดการปรับตัวในการออกกำลังกายแบบแอโรบิกมากขึ้น ซึ่งจะช่วยชะลอการเริ่มมีอาการอ่อนล้าของกล้ามเนื้อและปรับปรุงประสิทธิภาพแอโรบิก นอกจากนี้ การบริโภคโปรตีนเสริมในระหว่างหรือในช่วงพักฟื้นจากการออกกำลังกายแบบแอโรบิก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงที่มีการจำกัดคาร์โบไฮเดรต อาจช่วยในการรักษาความสมบูรณ์ของกล้ามเนื้อโครงร่างและสนับสนุนการสร้างไบโอไมโตคอนเดรีย
Optimizing Intramuscular Adaptations to Aerobic
Exercise: Effects of Carbohydrate Restriction and
Protein Supplementation on Mitochondrial
Biogenesis – Lee M. Margolis and Stefan M. Pasiakos