Nhiều người chạy bộ thường có thói quen nạp liên tục các gói gel năng lượng để duy trì sức bền trên đường đua dài. Tuy nhiên, không ít chân chạy gặp phải tình trạng quặn thắt bụng, sôi bụng, đầy hơi hoặc tiêu chảy cấp tốc sau khi sử dụng gel chứa nhiều đường đơn fructose. Vấn đề đặt ra là liệu việc nạp quá nhiều fructose có thực sự làm quá tải hệ thống vận chuyển của ruột non hay không.
Câu trả lời trực tiếp là có. Khi nạp lượng fructose vượt quá ngưỡng hấp thu tự nhiên của niêm mạc ruột non, chất vận chuyển chính của loại đường này là GLUT5 sẽ bị quá tải, khiến đường dư thừa không kịp thẩm thấu vào máu và di chuyển xuống đại tràng gây rối loạn tiêu hóa [1], [2].
Cơ chế hấp thu fructose và giới hạn của GLUT5
Fructose là một loại đường đơn dạng hexose được sử dụng ngày càng phổ biến trong các sản phẩm dinh dưỡng thể thao [1]. Ở niêm mạc ruột non của người, chất vận chuyển chính chịu trách nhiệm đưa fructose từ lòng ruột vào tế bào biểu mô là chất vận chuyển khuếch tán thuận lợi mang tên GLUT5 [1], [3]. Không giống như cơ chế đồng vận chuyển chủ động của một số loại đường khác, GLUT5 hoạt động phụ thuộc vào chênh lệch nồng độ và khả năng vận chuyển khuếch tán có giới hạn [1].
Trong chế độ ăn bình thường với một lượng nhỏ, hầu hết fructose được hấp thu hoàn toàn ở người khỏe mạnh [2]. Tuy nhiên, ruột non vốn có sức chứa và năng lực hấp thu fructose hạn chế theo liều lượng [1]. Khi fructose được nạp vào ở dạng tự do và vượt quá khả năng tiếp nhận của GLUT5, hiện tượng kém hấp thu sẽ xảy ra ngay cả ở những cá nhân có thể trạng hoàn toàn bình thường [1], [2].
Bên cạnh GLUT5, chất vận chuyển GLUT2 cũng được cho là tham gia vào quá trình vận chuyển đường ở màng tế bào biểu mô ruột non [1], [4]. Dù vậy, vai trò chính xác và sự phân bố của GLUT2 tại bờ bàn chải ruột non ở người vẫn đang tiếp tục được nghiên cứu làm rõ [1]. Hiện tượng chuột bị loại bỏ gen GLUT5 (GLUT5 knockout) biểu hiện đầy đủ các dấu hiệu kém hấp thu fructose nghiêm trọng đã khẳng định vai trò then chốt không thể thay thế của GLUT5 trong việc đưa loại đường này vào máu [1], [3].
Tại sao đường dư thừa gây đầy hơi và tiêu chảy?
Khi lượng fructose nạp vào qua các gói gel vượt quá khả năng xử lý của GLUT5, phần đường không được hấp thu hết sẽ tiếp tục di chuyển xuống đại tràng [5]. Sự hiện diện của lượng lớn phân tử đường tự do này trong lòng ruột tạo nên áp lực thẩm thấu cục bộ rất cao, kéo một lượng nước lớn từ cơ thể vào trong lòng ruột, gây ra hiện tượng tiêu chảy thẩm thấu [5].
Đồng thời, khi đường fructose dư thừa đi vào đại tràng, chúng trở thành nguồn thức ăn dồi dào cho hệ vi sinh vật đường ruột bản địa [5]. Vi khuẩn đại tràng lập tức lên men lượng đường này, tạo ra các sản phẩm phụ bao gồm khí hydro, carbon dioxide, methane cùng các axit béo chuỗi ngắn [5]. Sự tích tụ nhanh chóng của các chất khí này làm căng trướng đại tràng, kích thích thần kinh ruột và dẫn đến các cơn đau quặn bụng, đầy hơi, khó tiêu và thôi thúc đi vệ sinh khẩn cấp [1], [5].
Tình trạng kém hấp thu fructose còn kéo theo những hệ lụy chuyển hóa khác trong đường tiêu hóa [2]. Sự rối loạn hấp thu đường có mối liên hệ với việc giảm nồng độ kẽm trong huyết thanh ở những người kém hấp thu fructose, trong đó đường tiêu hóa là cơ quan chịu ảnh hưởng đáng chú ý [2]. Đồng thời, các số liệu cũng ghi nhận xu hướng nồng độ sắt và ferritin trong huyết tương thấp hơn ở nhóm đối tượng này [2].
Bằng chứng nghiên cứu khoa học về quá tải fructose
Một phân tích tổng hợp công bố năm 2011 trên các nghiên cứu ở người trưởng thành khỏe mạnh cho thấy mối tương quan thuận rất chặt chẽ giữa liều lượng fructose nạp vào và tỷ lệ kém hấp thu (với hệ số tương quan r = 0,86; P < 0,001) [1]. Kết quả này chứng minh rằng hiện tượng quá tải không phải là bệnh lý hiếm gặp, mà là giới hạn sinh lý phụ thuộc hoàn toàn vào liều lượng nạp [1].
Ước tính có khoảng 34% đến ít nhất một phần ba dân số trưởng thành khỏe mạnh bình thường mắc phải tình trạng kém hấp thu fructose khi tiêu thụ loại đường này ở dạng đơn lẻ vượt quá tỷ lệ glucose [2], [3]. Tỷ lệ này thậm chí còn cao hơn rất nhiều ở trẻ sơ sinh (lên đến 90%) và trẻ nhỏ (lên đến 67%) khi nạp lượng đường cao, do biểu hiện và hoạt động của GLUT5 ở giai đoạn đầu đời thường thấp hơn nhiều so với người lớn [3], [4].
Nhiều giả thuyết ban đầu cho rằng kém hấp thu fructose bắt nguồn từ đột biến gen cấu trúc hoặc suy giảm biểu hiện của GLUT5 [2], [6]. Tuy nhiên, nghiên cứu năm 1996 tiến hành giải trình tự toàn bộ 12 exon của gen GLUT5 trên 8 trẻ em bị kém hấp thu fructose đơn độc, 1 bệnh nhân kém hấp thu toàn thể, 15 cha mẹ và 6 người đối chứng khỏe mạnh đã không tìm thấy bất kỳ đột biến nào trong vùng mã hóa protein của gen này [6].
Tiếp tục làm rõ vấn đề này, một nghiên cứu năm 2014 đánh giá nồng độ mRNA và protein của GLUT5 lẫn GLUT2 thông qua sinh thiết ruột non ở 11 người trưởng thành mắc rối loạn tiêu hóa chức năng kèm không dung nạp fructose và 15 người đối chứng [7]. Kết quả cho thấy mức biểu hiện trung vị của GLUT5 mRNA chuẩn hóa theo beta-actin là 0,18 ở nhóm bệnh và 0,17 ở nhóm chứng (p > 0,05) [7]. Nồng độ protein GLUT5 chuẩn hóa theo alpha-tubulin ở cả hai nhóm đều đạt mức trung vị là 0,95 (p > 0,05) [7].
Gần đây hơn, một nghiên cứu năm 2021 được thực hiện trên quy mô lớn gồm 223 bệnh nhân được chẩn đoán kém hấp thu fructose bằng nghiệm pháp thở hydro, so sánh với 42 người khỏe mạnh và 29 bệnh nhân celiac [8]. Mẫu sinh thiết tá tràng được phân tích hóa mô miễn dịch để tìm kiếm sự phân bố vi thể của GLUT5 [8]. Kết quả cho thấy kiểu biểu hiện mô học của GLUT5 không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa 183 bệnh nhân đáp ứng với chế độ ăn kiêng fructose và 42 người khỏe mạnh, đồng thời không tương quan với lượng khí hydro sinh ra qua hơi thở [8]. Ngược lại, biểu hiện GLUT5 chỉ sụt giảm rõ rệt ở 29 bệnh nhân mắc bệnh celiac (p = 0,009) [8].
Điều này củng cố kết luận rằng tình trạng quá tải và đau bụng sau khi nạp fructose ở người lớn không xuất phát từ việc thiếu hụt số lượng thụ thể hay đột biến gen GLUT5 [7], [6], [8]. Thay vào đó, vấn đề nằm ở giới hạn năng lực vận chuyển tức thời, khả năng điều động protein GLUT5 vào màng bờ bàn chải của tế bào ruột non, hoặc sự bất tương xứng giữa lượng đường tiêu thụ với tốc độ vận chuyển tối đa của cơ thể [2], [4].
Hiểu lầm thường gặp khi dùng năng lượng thể thao
Một hiểu lầm rất phổ biến là cho rằng cơ thể có thể hấp thu không giới hạn các loại đường đơn nếu vận động viên đang chạy ở cường độ cao. Trên thực tế, ngay cả cơ thể người trưởng thành hoàn toàn khỏe mạnh cũng sẽ lập tức biểu hiện kém hấp thu khi nạp fructose đơn lẻ vượt mức giới hạn vận chuyển của GLUT5 [1], [2].
Một hiểu lầm khác là quy kết mọi triệu chứng tiêu chảy và đau bụng cho tình trạng "dị ứng đường" hoặc khiếm khuyết gen GLUT5 bẩm sinh. Bằng chứng khoa học xác nhận gen GLUT5 không bị đột biến ở các trường hợp kém hấp thu fructose đơn thuần [6]. Sự quá tải xảy ra chủ yếu do lượng đường đưa vào quá nhiều và quá nhanh trong một lần sử dụng, vượt qua tốc độ khuếch tán của thụ thể [1].
Nhiều chân chạy cũng lầm tưởng rằng các loại đường có cồn hoặc chất làm ngọt nhân tạo đi kèm trong gel năng lượng là vô hại đối với ruột. Trên thực tế, chất làm ngọt sorbitol hầu như chỉ được hấp thu rất ít qua cơ chế khuếch tán thụ động, đồng thời sorbitol còn có khả năng ức chế trực tiếp hoạt động của chất vận chuyển GLUT5, khiến tình trạng kém hấp thu fructose và tiêu chảy thẩm thấu trở nên nghiêm trọng hơn rất nhiều [2].
Tương tác giữa Glucose và Fructose: Chìa khóa giải tỏa áp lực
Một phát hiện sinh lý học đặc biệt quan trọng là sự xuất hiện của đường glucose có thể hỗ trợ đáng kể quá trình hấp thu fructose [1], [5]. Các đối tượng tham gia thử nghiệm có hiện tượng kém hấp thu fructose thường tăng nồng độ hydro trong khí thở và xuất hiện triệu chứng đau quặn bụng khi chỉ uống fructose đơn lẻ, nhưng lại hoàn toàn không ghi nhận triệu chứng nào khi fructose được dung nạp cùng lúc với glucose [5].
Cơ chế chính xác giải thích việc nạp glucose giúp giảm tải hiện tượng kém hấp thu fructose vẫn đang tiếp tục được nghiên cứu sâu hơn [5]. Các giả thuyết hiện nay cho rằng hiện tượng này có thể liên quan đến lực kéo dung môi (solvent drag), cơ chế khuếch tán thụ động, hoặc sự hỗ trợ kích hoạt của chất vận chuyển GLUT2 tại bờ bàn chải ruột [1]. Bên cạnh đó, việc có mặt của cả hai loại đường cũng kích thích điều hòa tăng nhanh lượng mRNA của GLUT5 và GLUT2 trong biểu mô ruột [1]. Nhờ sự kết hợp này, ruột non có thể hấp thu song song cả hai nguồn đường mà không làm dồn ứ fructose gây áp lực lên đại tràng [1], [5].
Những đối tượng cần đặc biệt cẩn trọng
Những người đã được chẩn đoán mắc các hội chứng rối loạn tiêu hóa chức năng cần đặc biệt chú ý đến thành phần đường khi chọn gel chạy bộ, vì triệu chứng khó chịu sau nạp fructose rất dễ bùng phát ở nhóm này [7].
Vận động viên có tiền sử nhạy cảm đường ruột hoặc từng được xác định kém hấp thu fructose thông qua nghiệm pháp thở khí hydro không nên sử dụng các sản phẩm năng lượng chứa thành phần fructose vượt trội so với glucose [1], [5].
Người có các tổn thương niêm mạc ruột thứ phát, chẳng hạn như bệnh celiac, cũng thuộc nhóm có nguy cơ cao do biểu hiện của GLUT5 tại biểu mô ruột của họ bị suy giảm rõ rệt so với người bình thường [8].
Ngoài ra, những người đang gặp vấn đề thiếu hụt khoáng chất hoặc có nồng độ kẽm huyết thanh thấp cũng cần lưu ý theo dõi chế độ dinh dưỡng khi tiêu thụ nhiều fructose, do kém hấp thu fructose có liên quan đến việc làm suy giảm hấp thu kẽm tại ruột [2]. Khi có các bệnh lý đường tiêu hóa mạn tính hoặc dấu hiệu suy nhược, người dùng cần tham khảo ý kiến bác sĩ chuyên khoa hoặc chuyên gia dinh dưỡng thể thao trước khi thay đổi chiến lược bổ sung carbohydrate.
Hướng dẫn áp dụng an toàn trên đường chạy
Để phòng ngừa tình trạng quá tải GLUT5 và tránh sự cố đau bụng trên đường chạy dài, việc kiểm tra bảng thành phần của gói gel năng lượng là bước bắt buộc. Vận động viên nên ưu tiên các sản phẩm kết hợp cả hai loại đường theo tỷ lệ cân bằng giữa maltodextrin/glucose và fructose, thay vì sử dụng gel chỉ chứa toàn bộ fructose dạng đơn lẻ [1], [5]. Sự hiện diện đồng thời của glucose sẽ giúp fructose được hấp thu trọn vẹn hơn và không gây đầy hơi [5].
Tuyệt đối tránh sử dụng các gói gel hoặc thanh năng lượng có chứa thành phần sorbitol, vì chất này sẽ ức chế cạnh tranh với GLUT5 và làm bùng phát các triệu chứng tiêu chảy thẩm thấu [2]. Vận động viên cũng nên hạn chế ăn các loại trái cây giàu fructose tự do trước giờ thi đấu như táo hoặc lê để giảm tải cho đường ruột [5].
Chiến lược nạp năng lượng phải được chia nhỏ theo thời gian, tránh việc nuốt dồn dập 2 đến 3 gói gel trong một cự ly ngắn khiến nồng độ đường trong lòng ruột non tăng vọt đột ngột [1]. Việc uống kèm một lượng nước lọc vừa đủ sau mỗi lần nạp gel sẽ giúp pha loãng áp lực thẩm thấu trong lòng ruột, hỗ trợ quá trình tiêu hóa diễn ra suôn sẻ hơn. Đồng thời, toàn bộ chiến lược dinh dưỡng này cần được thử nghiệm kỹ lưỡng trong các buổi chạy dài tập luyện trước khi áp dụng vào ngày thi đấu chính thức.
Tóm lại, hiện tượng đau bụng và tiêu chảy khi nạp nhiều gel năng lượng fructose trong lúc chạy bộ là hệ quả sinh lý từ việc quá tải chất vận chuyển GLUT5 tại ruột non [1], [2]. Lượng fructose dư thừa không thể hấp thu sẽ gây tiêu chảy thẩm thấu và bị vi khuẩn đại tràng lên men tạo khí [5]. Việc lựa chọn sản phẩm kết hợp đồng thời giữa glucose và fructose, tránh dùng chất làm ngọt sorbitol và chia nhỏ lượng nạp là giải pháp khoa học giúp duy trì năng lượng bền bỉ mà vẫn bảo vệ an toàn cho hệ tiêu hóa [2], [5].
