Жировий баланс у осіб із ожирінням: роль запасів глікогену

1 Кафедра біології людини Маастрихтського університету, 6200 докторів наук, Маастрихт, Нідерланди

Анотація

Предмети

Характеристики 10 добровольців (4 чоловіки, 6 жінок), які брали участь у цьому дослідженні, наведені в таблиці 1. Усі випробувані були здоровими, не підготовленими (не займалися жодним видом спорту, не мали історії тренувань) та страждали ожирінням. Жодних гендерних відмінностей у вимірюваних параметрах, що цікавили, не спостерігалося, і тому дані чоловіків та жінок об'єднані. Звичайне споживання енергії у випробовуваних становило 9,5 ± 0,6 МДж/добу, при цьому 30,3 ± 1,9, 51,4 ± 2,2, 15,2 ± 0,8 та 3,1 ± 1,1% енергії отримували відповідно жири, вуглеводи, білки та алкоголь. Дослідження було схвалено Етичним комітетом Маастрихтського університету, і випробовувані дали письмову інформовану згоду.

Таблиця 1. Характеристика предмета

Значення є середніми ± SE. ІМТ, індекс маси тіла;Wмакс., максимальна вихідна потужність; FFM, нежирна маса.

* P † P 60 об/хв. Випробовувані починали їздити на велосипеді при 75 Вт протягом 5 хв. Після цього навантаження збільшували на 50 Вт кожні 2,5 хв. Коли суб'єкти наближалися до виснаження, як свідчать частота серцевих скорочень та суб'єктивний бал, приріст зменшувався до 25 Вт. На практиці це означало, що останні один-три кроки навантаження становили 25 Вт. Серцевий ритм реєстрували постійно, використовуючи тестер Polar Sport (Кемпеле, Фінляндія). У кожної людини,Wmax було розраховано з

Вправа на зниження глікогену.

Під час експериментів Ex, випробовувані прийшли в лабораторію о 1500, після голодування протягом 2 год, щоб виконати тест на зниження глікогену. Це неодноразово було показано в нашій лабораторії Куйперсом та ін. (13) та Wagenmakers et al. (25) що запаси глікогену в м’язах значно зменшуються як у чоловіків, так і у жінок після цього тесту на вправи. Після розминки на 50% відWмакс. протягом 5 хв., суб’єкти їздили на велосипеді протягом 2 хв. при 80%Wmax, а потім 2 хв при 50% відWмакс. Це повторювалось до тих пір, поки випробовувані більше не могли виконувати вправу високої інтенсивності. Тоді максимальна інтенсивність була знижена до 70% Wмакс. Тест закінчували після виснаження, тобто коли випробовувані більше не могли підтримувати швидкість обертання педалей> 60 об/хв. Випробовуваним дозволялося споживати воду під час фізичних вправ. Під час вправи частоту серцевих скорочень постійно вимірювали за допомогою Polar Sport Tester. Енергія, витрачена під час тренування, була розрахована з урахуванням механічної ефективності 20% (9).

Дієти

Перед експериментом випробовувані заповнили 3-денний запис споживання їжі, щоб оцінити звичний склад дієти. Споживання енергії, що піддається метаболізму, і склад макроелементів дієти розраховували за допомогою таблиці голландського складу їжі (23). У цій таблиці енергія, що піддається метаболізму, розраховується шляхом множення кількості білка, жиру та вуглеводів на фактори Атвотера (16,74, 37,66 та 16,74 кДж/г для вуглеводів, жиру та білка відповідно) (14). Кількість білка, жиру та вуглеводів помножували на 0,909, 0,948 та 0,953 відповідно, щоб скоригувати засвоюваність макроелементів. Всі експериментальні дієти споживали як сніданок, обід, вечерю та дві або більше закуски на день. Склад експериментальних дієт наведено в таблиці 2. Усі закуски мали той самий склад макроелементів, що і експериментальна дієта. Харчовий коефіцієнт (FQ) визначався як відношення виробленого СО2 (V˙ co 2) до споживаного O2 (V˙ o 2) під час окислення репрезентативної проби спожитої дієти (8).

Таблиця 2. Склад експериментальних дієт

РФ-дієта, дієта зі зниженим вмістом жиру; ВЧ дієта, дієта з високим вмістом жиру; FQ, харчовий коефіцієнт.

Увімкнено дні 1 і2 і перша частинадень 3, ВЧ-дієта була передбачена для вживання вдома. Випробовуваним давали фіксовану кількість їжі (на основі даних про споживання їжі) та вільний доступ до закусок. Увечері в день 3, випробовувані споживали вечерю та вечірні закуски (RF або HF) у дихальній камері. У радіочастотних та високочастотних процедурах споживання енергії на вечерю та вечірню закуску було встановлено на рівні 35 та 10% від розрахункових добових витрат енергії відповідно [1,7 ⋅ BMR на основі рівнянь Харріса та Бенедикта; для жінок BMR = 2,74 + 0,774 ⋅ H + 0,040 ⋅ BM - 0,020 ⋅ A, а для чоловіків BMR = 0,28 + 2,093 ⋅ H + 0,058 ⋅ BM - 0,028 ⋅ A, де BMR - базальна швидкість метаболізму (у МДж/добу),H - зріст (у м), BM - маса тіла (у кг), A - вік (у році)] (10). У процедурах RF + Ex та HF + Ex вечірня закуска мала вміст енергії, рівний енергії, витраченій під час перевірки фізичних вправ. Увімкнено день 4, обстежуваним давали кількість енергії, що дорівнює 1,55 рази швидкості метаболізму уві сні (SMR), як вимірювали протягом попередньої ночі. У попередньому дослідженні (16) було показано, що при порівнянному протоколі активності, що використовується в камері, був досягнутий індекс фізичної активності 1,58.

Процедури

Склад тіла.

Суб'єкти зважувались в камері дихання вранці дні 4 і5 без одягу, після порожнечі та перед їжею та питтям. Вимірювання проводили на цифрових вагах (модель Seca Delta 707) з точністю до 0,1 кг.

Щільність всього тіла визначали підводним зважуванням вранці з випробовуваними на голодуванні. Вагу тіла вимірювали на цифрових вагах з точністю до 0,01 кг (тип Sauter E1200). Об'єм легенів вимірювали одночасно за допомогою методики розведення гелію за допомогою спірометра (Volugraph 2000, Mijnhardt, Нідерланди). Відсоток жиру в тілі розраховували за рівняннями Siri (22). Маса без жиру (FFM, в кг) розраховували шляхом віднімання маси жиру від загальної маси тіла.

Непряма калориметрія та фізичні навантаження.

V˙ o 2 та V˙ co 2 вимірювались у непрямому калориметрі у всій кімнаті (19). Камера для дихання - це 14 м 3 кімната, обладнана ліжком, стільцем, телевізором, радіо, телефоном, домофоном, мийкою та туалетом. Приміщення провітрюється свіжим повітрям зі швидкістю 70–80 л/хв. Швидкість вентиляції вимірюється за допомогою сухого газового лічильника (тип Шлюмбергера G6). Концентрації О2 та СО2 вимірюють за допомогою парамагнітного аналізатора О2 (тип Хартмана та Брауна Magnos G6) та інфрачервоного аналізатора СО2 (типу Хартмана та Брауна Урас 3G). Вхідне повітря аналізується кожні 15 хв, а повітря, що виходить, кожні 5 хв. Зразок газу для вимірювання відбирається комп’ютером, який також зберігає та обробляє дані. Витрати енергії розраховуються зV˙ o 2 і V˙ co 2 за методом Вейра (26).

У дихальній камері випробовувані дотримувались протоколу занять, що складався з фіксованого часу на сніданок, обід і вечерю, сидячих занять та вправ із кроком. Крокову вправу виконували протягом 30 хв з інтервалом у 5 хв вправи, чергуючи з 5 хв відпочинку, зі швидкістю 60 кроків/хв та висотою лави 33 см, і повторювали три рази на день. Таким чином, випробовувані здійснювали вправи протягом 45 хв/день із відносно низькою та середньою інтенсивністю. У денний час під час перебування в дихальній камері не дозволялося спати або додаткові вправи. Усі фізичні навантаження випробовуваних контролювали за допомогою радіолокаційної системи, заснованої на доплерівському принципі.

Виведення азоту з сечею.

Під час перебування в дихальній камері сечу збирали двома порціями, перша - від 2000 до 0800, а друга - протягом наступних 24-годинних інтервалів. Випробовуваних просили випорожнити сечовий міхур о 08:00. Вироблена сеча була включена до зразка сечі попередньої партії. Зразки збирали у контейнери з 10 мл H2SO4 для запобігання втрати азоту випаровуванням; вимірювали об’єм та концентрацію азоту, останній за допомогою аналізатора азоту (тип Carlo-Erba CN-O-Rapid).

Двадцятичотиригодинні витрати енергії та окислення субстрату.

Випробовувані перебували в камері дихання 36 годин. Дані з 2000 рокудень 3 до 0800 далі день 4 представлені для вивчення короткочасних наслідків лікування. Для розрахунку залишків, 24-годинні витрати енергії (24-годинний ЕЕ) та 24-годинний коефіцієнт дихання (24-годинний RQ) були виміряні з 0800, день 4 до 0800 далі день 5. SMR визначався як найнижчий середній витрата енергії, виміряний протягом 3 наступних годин між 2400 і 0800, з мінімальним рівнем активності, зазначеним радіолокаційною системою.

Окислення вуглеводів, жирів та білків розраховували, використовуючи V˙ o 2, V˙ co 2 та втрати азоту в сечі за рівняннями Брауера (5)

Аналіз крові.

У всіх чотирьох випадках зразки крові брали вранцідні 4 і5 після нічного голодування. Для забору крові на день 4, не порушуючи вимірювання дихальної камери, випробовувані пропускають руку через повітряний замок з гумовою втулкою, щоб вона облягала плече, розташоване під вікном для зорового контакту. Одного разу вранці року була взята проба крові день 3. Венозну кров (10 мл) відбирали в пробірки, що містять ЕДТА, для запобігання згортанню і негайно центрифугували при 3000 об/хв (100g) протягом 10 хв. Плазму заморожували у рідкому азоті та зберігали при -80 ° C до подальшого аналізу. Субстрати плазми визначали за допомогою гексокіназного методу (LaRoche, Базель, Швейцарія) для глюкози, тестового набору Wako NEFA C (Wako Chemicals, Neuss, Німеччина) для вільних жирних кислот (FFA), методу гліцерол-кінази-ліпази (Boehringer Mannheim) для гліцерину та триацилгліцеринів, а також ультрачутливий набір RIA людського інсуліну (Linco Research, St. Charles, MO).

Статистичний аналіз

Всі дані представлені як середні значення ± SE. Рівність RQ, FQ, споживання енергії, витрат енергії, споживання субстрату та окислення субстрату визначали шляхом обчислення 95% довірчих інтервалів для відмінностей. Односторонній ANOVA із повторними заходами використовувався для виявлення відмінностей у будь-яких змінних між лікуваннями. Коли були знайдені суттєві відмінності, для визначення точного місця різниці використовували спеціальний тест Шеффе. Відмінності в будь-яких змінних між дні 4 і5 були перевірені за допомогою парнихт-тест.

Час до виснаження під час перевірки фізичними вправами суттєво не відрізнявся між процедурами RF + Ex та HF + Ex: 61 ± 3 та 67 ± 6 хв відповідно. Крім того, не виявлено різниці в енергії, витраченої під час фізичних вправ: 2,5 ± 0,2 та 2,8 ± 0,3 МДж для RF + Ex та HF + Ex відповідно.

Вага тіла, виміряна в дихальній камері, суттєво не відрізнялася між будь-якими процедурами (Таблиця 3).

Таблиця 3. Швидкість метаболізму уві сні, індекс фізичної активності та маса тіла, виміряні в дихальній камері

Значення є середніми ± SE. СМР, швидкість метаболізму у сні; PAI, індекс фізичної активності, тобто 24-годинний витрата енергії/24-годинний SMR.

F3-150 P F3-151 P

Таблиця 4. Споживання енергії, витрата енергії та енергетичний баланс, виміряні в дихальній камері на чотирьох різних обробках

Значення - це середні значення ± SE (у МДж/добу), виміряні в камері дихання з 0800 до 0800.

Перші 12-годинні вимірювання

Увечері після перевірки фізичних вправ випробовуваним давали кількість енергії, як ВЧ або радіочастотна дієта, щоб компенсувати енергію, витрачену під час вправи. Звичайно, позитивний енергетичний баланс був виміряний протягом перших 12 годин у камері. Однак цей позитивний енергетичний баланс суттєво не відрізнявся між обробками RF + Ex та HF + Ex (2,10 ± 0,26 проти 2,46 ± 0,35 МДж). RQ протягом перших 12 год у дихальній камері становив 0,890 ± 0,009, 0,862 ± 0,014, 0,848 ± 0,006 та 0,807 ± 0,01 для лікування RF, RF + Ex, HF та HF + Ex, відповідно, і суттєво відрізнявся між лікування (P

Рис. 1.Двадцяти чотиригодинні дихальні (RQ) та харчові коефіцієнти (FQ), виміряні в дихальній камері для день 4(означає ± SE). СН, дієта з високим вмістом жиру; РФ, дієта зі зниженим вмістом жиру; Наприклад, вправа на зниження глікогену.

Двадцятичотиригодинне окислення білка не суттєво відрізнялося між лікуваннями (табл. 5). У всіх процедурах баланс білка протягом 24 годин суттєво відрізнявся від нуля (рис. 2, P

Таблиця 5. Споживання та окислення вуглеводів, жирів та білків, виміряні в дихальній камері на чотирьох різних обробках

Значення - середні значення ± SE (у г/добу), виміряні в камері дихання з 0800 до 0800.

F5-150 P F5-151 P

Рис.2.Двадцятичотиригодинний баланс енергії та субстрату для день 4 як виміряно в дихальній камері (означає ± SE).

Двадцятичотиригодинне окислення вуглеводів суттєво відрізнялося між обробками ВЧ і ВЧ або ВЧ + Ex, а також між обробками RF + Ex і HF або HF + Ex (P

Таблиця 6. Індекси крові, виміряні на 4 та 5 день при обробці RF, RF + EX, HF та HF + EX

Значення є середніми ± SE.

F6-150 P F6-151 P F6-152 P 2 = 0,51,P

Рис.3.Зв'язок між 24-годинним енергетичним балансом та 24-годинним балансом жиру у людей, що страждають ожирінням (дане дослідження) та худими (з посилання 20).

Наші результати, схоже, контрастують із дослідженнями, що свідчать про порушення поглинання або окислення FFA м’язом у осіб із ожирінням (3, 6). Однак важко порівняти ці дослідження з цим дослідженням, оскільки ми використовували цілодобовий підхід. Хоча ми не виявили, що попередні вправи на зниження глікогену, погіршували здатність збільшувати окислення жиру на ВЧ-дієті при порівнянні ожиріння з худими суб’єктами, це не виключає можливості того, що може бути порушене засвоєння та/або окислення FFA на рівні м’яза за певних (стимульованих) обставин. Однак подальші дослідження повинні виявити вплив порушених швидкостей поглинання жирних кислот у м’язах на 24-годинне окислення жиру.

Коли ми об'єднуємо дані, отримані у пацієнтів із ожирінням та худими, ми виявляємо негативну кореляцію між вуглеводним балансом, виявленим протягом перших 12 годин у дихальній камері, та наступних 24-годинного окислення жиру під час обробки RF + Ex та HF + Ex (Рис.4;р 2 = 0,29,P = 0,005). Баланс вуглеводів розраховували як виміряний баланс вуглеводів (2000–0800) мінус передбачуване окислення вуглеводів під час тренування. Для оцінки останнього передбачалося, що 80% енергії, витраченої під час тренування, забезпечується вуглеводами (RQ ∼0,94), що є розумним значенням для такого роду надзвичайно інтенсивних вправ. Коли передбачалося, що окиснення вуглеводів забезпечує 90% енергії, витраченої під час тренування, кореляція не змінилася. Отже, ці дані показують важливу роль запасів глікогену у визначенні швидкості окислення жиру.

Рис.4.Зв'язок між вуглеводним балансом, виміряним у дихальній камері від 2000 до 0800, та 24-годинним окисленням жиру для людей із ожирінням (в даному дослідженні) та худих суб'єктів (з посилання 20) при обробці RF + Ex та HF + Ex.

На закінчення, це дослідження показує, що люди з ожирінням здатні швидко регулювати окислення жиру до споживання жиру на високотемпературній дієті, коли запаси глікогену знижуються внаслідок виснажливих фізичних вправ. Ці результати можуть свідчити про те, що нижчий рівень регулярних фізичних навантажень є фактором, що схильний до ожиріння.

ЛІТЕРАТУРА

ПРИМІТКИ АВТОРА

Адреса для запитів на передрук: П. Шраувен, кафедра біології людини, Маастрихтський університет, поштова скринька 616, 6200 доктор медицини, Маастрихт, Нідерланди.