Фізіологічні, метаболічні та ефекти діяльності тривалої ходьби на пагорбі: вплив споживання енергії

Кафедра фізіології та біофізики Медичного факультету Університету Калгарі, Калгарі, Альберта, Канада T2N 4N1;

Університетський відділ анестезії лікарні Уінгтон, університетські лікарні Південного Манчестера, Манчестер M20 2LR;

Група ліпідних метаболізмів Оксфорда, лазарет Редкліффа, Оксфорд OX2 6HE; і

Науково-дослідний інститут спорту та фізичних вправ, Ліверпуль, Університет Джона Мура, Ліверпуль L3 2ET, Великобританія

Анотація

кілька видів тривалих фізичних вправ, таких як їзда на велосипеді, ходьба на гірці, альпінізм та військові маневри, викликають негативний баланс енергії через те, що споживання енергії нижче за витрати. Вплив голодування на метаболічні зміни та фізичну працездатність широко вивчався (17, 35, 27), і виявляється, що короткочасне голодування знижує фізичну працездатність та змінює метаболічну реакцію на фізичні вправи. Крім того, є все більше доказів того, що негативний енергетичний баланс може мати кілька несприятливих наслідків для здоров'я, наприклад, на імунну систему (11), а також на статеві гормони та мінералізацію кісток (9, 44).

Дослідження, проведені на військовослужбовцях, показали, незважаючи на постійний енергетичний дефіцит від 3 до 7 МДж/день, відсутність очевидних або повідомлених шкідливих наслідків для учасників (23, 31, 33). Під час цих досліджень показники ефективності не були отримані. Guezennec та ін. (28) досліджував фізичну працездатність та метаболічні зміни, викликані поєднанням тривалих фізичних вправ із трьома різними енергетичними споживаннями. Двадцять сім чоловіків-солдатів були випадковим чином розподілені до трьох груп, які отримували 7,6 МДж/день (низьке споживання), 13,4 МДж/день (середнє споживання) або 17,6 МДж/день (велике споживання). Солдати брали участь у 5-денному бойовому курсі важких і постійних фізичних навантажень (витрати енергії, за оцінками, перевищували 21 МДж/добу), при макс. O 2), та анаеробні показники вимірювались до і після бойового курсу. У той час як солдати, які споживали середню та високу енергію, зберігали свої виміряні показники, у тих, хто споживав низьку енергію, спостерігалося значне зниження V in o 2 max (8%) та анаеробної потужності (14%). Дані свідчать про те, що лише сильний дефіцит енергії призводить до незначного зниження продуктивності.

Ходьба на пагорбі - це заняття, яке, ймовірно, спричинить як великі витрати енергії, так і велику участь учасників відпочинку. Високі загальні витрати енергії зумовлені тривалим характером діяльності (1). Важливим та унікальним фактором є те, що ходьба на пагорбі - це рекреаційна діяльність, яка залучає широке коло учасників з різним віком та рівнем фізичної підготовки.

В недавньому дослідженні (1) після 12-кілометрової напруженої ходьби на пагорбі були помітні незмінні зміни часу реакції (когнітивної функції), стану настрою та сили зчеплення. Дані цього дослідження дозволяють припустити, що, незважаючи на серйозні фізіологічні навантаження, випробовувані демонстрували нормальний руховий контроль під час прогулянки. Крім того, в опитувальному дослідженні (3), заснованому на 100 пішоходах, було виявлено слабкий, але значущий взаємозв'язок між суб'єктами, які споживають низьку кількість енергії та демонструють підвищену частоту травм. Крім того, результати опитування вказували на нормальну відстань, яку подолали 18–26 км за 6–8 год. Така відстань та тривалість, ймовірно, спричинять великі енергетичні витрати та потенційно спричинять великий дефіцит енергії. Наслідки такого гострого дефіциту енергії для рекреаційних учасників залишаються незрозумілими і не досліджувались у цьому контексті.

Результати раніше згаданих досліджень (1, 3) дозволяють припустити, що велика кількість гірників може займатися діяльністю із відносно низьким споживанням енергії та згодом підтримуючи дефіцит високої енергії. Дивно, але вплив різного споживання енергії як такий не був встановлений на рекреаційних учасників.

Отже, метою цього дослідження було визначити вплив двох різних енергозаборів на деякі відповідні реакції, важливі для безпеки пішоходів, таких як потенційний тепловий стрес, порушення психомоторної діяльності та здатність підтримувати глікемію. Ми мали на меті продовжити наші попередні розслідування подій, що йдуть на схил, на більш тривалий період, ніж розглядалося в нашому початковому дослідженні (1). На основі попередніх досліджень ми постулювали, що через великі енергетичні витрати на такі випадки ходьби на пагорбі суб'єкти, які отримують низький рівень споживання енергії, можуть бути більш схильні до компромісів у роботі, ніж їхні колеги, які отримують споживання високої енергії. Крім того, як було видно з попередніх досліджень, проведених на дуже тривалих фізичних вправах у поєднанні з низькоенергетичним споживанням (10, 37, 28), було висунуто гіпотезу про те, що споживання низької енергії стимулює метаболізм таким чином, що концентрація глюкози в крові підтримується, опосередковуючись за рахунок посиленої мобілізації жиру.

Предмети

У цьому дослідженні брали участь шістнадцять чоловіків. Всім випробовуваним давали усні та письмові вказівки, що викладають експериментальну процедуру, та отримували письмову інформовану згоду. Дослідження було схвалено Комітетом з людської етики Ліверпульського університету Джона Мура. Фізичні характеристики випробовуваних наведені в таблиці 1. Більшість випробовуваних були активними та досвідченими пішоходами. Експерименти проводились протягом 3 тижнів у січні. Відсоток жиру в організмі оцінювали за товщиною шкірних складок над біцепсами, трицепсами, а також підлопатковими та надп'ятковими відділами (19). Максимальне поглинання кисню (V˙ o 2 пік) було встановлено за допомогою безперервного поступового тестування бігової доріжки до виснаження (6). Плато у відносинах поглинання кисню до роботи було досягнуто лише у двох суб’єктів; отже, найвища аеробна сила виражалася як V˙ o 2 пік, а не V 2 o 2 max. Всі предмети вивчались протягом січня, мінімум 2 дні між кожною умовою. Випробовувані заповнювали 2-денний щоденник дієти та фізичної активності, записаний перед кожним із двох випробувань, і їм пропонувалося дотримуватися однакового режиму харчування та активності перед кожним тестовим днем. Таким чином, варіації дієти та фізичних вправ до двох випробувань були мінімізовані.

Таблиця 1. Фізичні характеристики досліджуваних

Цінності базуються на 16 предметах. ІМТ, індекс маси тіла; V˙ o 2 пік, пікове споживання кисню.

Протокол та процедури

Випробовуваних просили поститись з 2000 року до пробудження, а потім споживати стандартизований сніданок 2,5 МДж (595 ккал). Протягом прогулянки на пагорбі випробовуваним потім давали дієту з високим або низьким енергоспоживанням у збалансованому дизайні. Дієти були розділені на три рівні кількості, і суб'єктам пропонувалося споживати одну кількість на 7 км, одну на 14 км і остаточну кількість на 21 км. Компоненти обох дієт були обрані з цілого ряду закусок, що включали комерційно доступні продукти, такі як печиво, шоколадні батончики, хлібопечки та бутерброди з сиром. В обох умовах суб'єкти отримували вказівки та контролювались тим самим дослідником споживати 400 мл води на годину. Загальне споживання енергії на дієті з високим споживанням енергії становило 12,7 МДж (3019 ккал), порівняно з 2,6 МДж (616 ккал) на дієті з низьким енергоспоживанням. Обидві дієти мали подібний розподіл макроелементів, як зазначено в таблиці 2. Споживання низької енергії базувалося на результатах попередніх досліджень (1, 3).

Таблиця 2. Загальний склад тестових страв

Обидві дієти мали однакові пропорції простих цукрів щодо загальних вуглеводів (СНО), і обидві мали подібні значення співвідношення насичених до ненасичених жирних кислот.

Вимірювання та аналіз

Температура, частота серцевих скорочень та умови навколишнього середовища.

Ректальну температуру, частоту серцевих скорочень та умови навколишнього середовища постійно контролювали та реєстрували, як описано раніше, за подібних умов тестування (1). Через технічні проблеми під час прогулянок, коли система реєстрації даних не працювала, дані ректальної температури базуються на 14 предметах.

Вимірювання продуктивності.

Вранці, перед прогулянкою, і відразу ж після завершення прогулянки на пагорбі, випробовувані пройшли цілий ряд психомоторних тестів та тестів працездатності, які включали Профіль станів настрою (1, 38), суб'єктивні рейтинги, час реакції на вибір та час на сприйняття час обробки), гнучкість, динамічний і статичний баланс, кінестетична диференціація зчеплення та випробування сили ноги (м’язової сили). Випробовувані були повністю ознайомлені з використанням обладнання, і кожен тест проводився тричі збалансовано. Надійність та відтворюваність тестів-повторних випробувань нещодавно були описані (43), і вони проводились у наступному порядку.

Тести часу реакції.

Тести часу реакції (закон Хіка) (час реакції 1-, 2-, 4- та 8 на вибір реакції пальця) оцінювали на портативному комп'ютері. Тест часу реакції одним пальцем і двома пальцями вважався завданням сприйняття, тоді як час реакції чотирма і восьми пальцями вважався завданням прийняття рішення (45).

Гнучкість.

Гнучкість вимірювали за допомогою звичайного тесту "сиди і сягни", дотримуючись рекомендацій Американського коледжу спортивної медицини (6). Учасники сидять і згинають тулуб вперед, повністю витягнувши коліна. Була зафіксована відстань, досягнута кінчиком середнього пальця до шкали масштабування.

Динамічний баланс (тандемна ходьба вперед і назад).

Випробовувані йшли по лінії довжиною 6 м. Випробовувані ставили одну ногу перед іншою, торкаючись п’ят і пальців взуття якомога швидше, не роблячи помилок і бічних дотиків. Зафіксовано найкращий результат (час у с) трьох випробувань.

Статичний баланс.

Піддослідні стояли на одній нозі з розплющеними очима та розслабленими боками. П’ята протилежної стопи була приставлена до медіальної сторони опорної ноги на рівні колінного суглоба, а стегно було повернуто назовні. Зафіксовано кількість перезапусків протягом 60-х років.

Кінестетична диференціація (стрибки у довжину з місця).

У цьому тесті використовувались відстані 50, 75 і 100 см, позначені лінією. Кожен стрибок починався з лінії, а випробовувані стрибали на відстані і приземлялися на точну позначку. Точність стрибків оцінювалась відповідно до каблука учасника, який повинен бути розміщений якомога ближче до лінії. Відстань реєстрували з визначеної лінії відстані.

Випробування на міцність зчеплення та ноги та стрибки (рухова функція).

Рухову функцію оцінювали за допомогою динамометра рукоятки (Taki, Narragansett, Японія). Крім того, м’язову силу оцінювали за допомогою динамометра ніг (Takei Scientific Instruments, Токіо, Японія). Виконання вертикального стрибка (сили та м’язової сили) оцінювали за здатністю виконати максимальний стрибок з електронної силової платформи, а також за максимальним стрибком, який суб’єкт міг здійснити з нерухомої лінії.

Забір та аналіз крові та сечі.

Рис. 1.Середня ректальна температура є результатом підгрупи суб'єктів, які завершили прогулянку на пагорбі в обох умовах споживання енергії, в стійку вологу та вітряну погоду. Значення є середніми ± SD; n = 10 предметів. Значна різниця між групами: *P

Відповіді продуктивності

У таблиці 3 наведені результати вимірюваних тестів продуктивності. Єдині статистичні відмінності між різними енергозаборами були очевидними в тестах часу реакції та балансу. Група з високим споживанням енергії показала покращений (P

Таблиця 3. Результати виконання до і безпосередньо після прогулянки

Значення - середнє значення ± SD для 16 суб’єктів. Суттєва зміна порівняно з попередніми значеннями:

F3-150 P F3-151 P F3-152 Різниця між групами, P

Рис.2.Зміни метаболітів крові до і відразу після завершення прогулянки. Значення є середніми ± SD; n= 16 предметів. A: триацилгліцерин (TAG). B: 3-гідроксибутират (3-OHB). C.: нестерифіковані жирні кислоти (NEFA). D: гліцерин. Е: глюкоза. Значна різниця між групами: *P θ P θθ P θθθ P

Рис.3.Зміни гормону росту плазми (A), кортизол (B) та інсулін (C.) до і відразу після завершення прогулянки. Значення є середніми ± SD; n= 16 предметів. Значна різниця між групами: *P θ P θθ P θθθ P

Рівні витрат енергії

Попередні дані, отримані під час подібних досліджень із використанням методу подвійної мітки води (2), протягом 10 днів ходьби на пагорбі показали, що прогулянки на пагорбах однакової інтенсивності викликають енергетичну потребу, яка, за оцінками, становить від 18,5 до 25,5 МДж/добу. Більше того, у початковому дослідженні (1) випробовувані подолали рівно 8 км прогулянки, використаної в цьому дослідженні, перш ніж спуститися на 5 км. Під час цього початкового дослідження були зафіксовані середні витрати енергії на прогулянку 14,5 МДж, зафіксовані шляхом постійного вимірювання дихального газообміну за допомогою непрямої калориметрії (1). Оскільки це дослідження продовжило прогулянку попереднього дослідження (1) ще на 8 км напруженої ходьби, розумно підрахувати, що витрати енергії перевищували 20 МДж за період прогулянки.

Вплив на продуктивність

Основним результатом цього дослідження було те, що у групи з високим споживанням енергії покращився час реакції одним і двома пальцями (показник завдання сприйняття), тоді як у групі з низьким споживанням змін не відбулося. Час реакції на вибір (4 і 8 пальця) не змінився в обох групах. Вплив різного споживання енергії на когнітивні показники вже був описаний стосовно прийому СНО під час тривалих фізичних навантажень. Попередні дослідження досліджували вплив харчування СНО-електролітів на когнітивні показники після тривалих фізичних навантажень, що тривають> 1 год, і результати були досить різноманітними. Наприклад, Рейлі та Льюїс (42) продемонстрували, що проковтування СНО покращує когнітивні показники у 120-хвилинній їзді на велосипеді при 60% від V˙ o 2 max, тоді як Ivy та ін (32) не змогли спостерігати будь-якого ефекту проковтування СНО на реакції часу реакції через 150 хв при 40% V˙ o 2 макс. В недавньому дослідженні Collardeau et al. (12) показали, що прийом СНО-електроліту під час 100-хвилинного циклу призвів до поліпшення часу реакції на вибір порівняно з групою плацебо. Час однієї реакції, показник завдання сприйняття, не змінився в обох умовах (12).

Реакції терморегуляції

Витрати на публікацію цієї статті були частково сплачені за рахунок оплати сторінок. Тому стаття має бути позначена цим «реклама”Відповідно до 18 U.S.C. Розділ 1734 виключно для зазначення цього факту.

Вперше опубліковано 27 листопада 2002 р .; 10.1152/japplphysiol.00683.2002