1 Лаборатория за човешка ефективност, Катедра по кинезиология и здравно образование, Тексаски университет в Остин, Остин, Тексас 78712

1 Лаборатория за човешка ефективност, Катедра по кинезиология и здравно образование, Тексаски университет в Остин, Остин, Тексас 78712

1 Лаборатория за човешка ефективност, Катедра по кинезиология и здравно образование, Тексаски университет в Остин, Остин, Тексас 78712

1 Лаборатория за човешка ефективност, Катедра по кинезиология и здравно образование, Тексаски университет в Остин, Остин, Тексас 78712

1 Лаборатория за човешка ефективност, Катедра по кинезиология и здравно образование, Тексаски университет в Остин, Остин, Тексас 78712

Резюме

Добре установено е, че активните хора, които се хранят с диета с ниско съдържание на въглехидрати, са намалили значително запасите от гликоген в мускулите и черния дроб и съответно показват нарушено окисление на въглехидратите по време на тренировка и намалена способност за интензивни упражнения за продължителни периоди (17). Това е така, защото хранителните мазнини и в по-малка степен хранителните протеини имат ограничена глюконеогенна способност и по този начин не са в състояние да поддържат запасите от гликоген (31). Това класическо разбиране доведе до разработването на диети за активни хора, които съдържат предписани количества въглехидрати, необходими за оптимално попълване на запасите от гликоген и по този начин поддържане на окисляването на въглехидратите и способността за интензивни упражнения (4).

Обикновено се смята, че окисляването на мазнини по време на тренировка не се влияе от съхранението на триглицериди в тялото в която и да е тъкан, тъй като дори слабите индивиди имат много по-голямо количество енергия, съхранявано като триглицериди, предимно в мастната тъкан, в сравнение с това, което може да се изразходва при дори продължително упражнение . Доколкото ни е известно, не е имало систематични проучвания на минималния прием на мазнини с храната, необходим за поддържане на окисляването на мазнините по време на тренировка и за поддържане на концентрацията на IMTG или дори дали има минимална нужда. Тези данни може да са важни и в светлината на противоречието относно степента, до която хората, които са стабилни в теглото си, могат да активират липогенезата от хранителните въглехидрати (2, 15, 16, 26). Въпреки че е добре известно, че хората с положителен калориен баланс в продължение на няколко дни показват подчертана липогенеза от диетични въглехидрати (1), е доказано, че хората с стабилно тегло, които са в калориен баланс, показват пренебрежимо малка липогенеза от диетични въглехидрати и протеини (16, 26 ). Тези наблюдения подкрепят концепцията, че оборотите (т.е. съхранението и окисляването) на триглицеридите и гликогена в организма обикновено са независими един от друг при хора с стабилно тегло (11).

В настоящото разследване са използвани тренирани на издръжливост спортисти, които тренират интензивно в продължение на 2 часа на ден и които по този начин обикновено окисляват много голямо количество триглицериди на ден. Метаболизмът е изследван по време на тренировка на гладно след едноседмичен период на евкалорична диета, през което време тези спортисти намаляват нормалния си прием на мазнини в храната (32% от калориите) до нива от 22 и 2% от калориите от мазнини. Основната цел на това проучване беше да се определи до каква степен диетата с много ниско съдържание на мазнини (2% от калориите от мазнини) намалява окисляването на мазнините по време на тренировка и възможния механизъм на този ефект. Ние предположихме, че диетата с много ниско съдържание на мазнини ще намали ресинтезата на запасите от IMTG, важен източник на окисляване на мазнините по време на тренировка (9, 27) и впоследствие ще намали липолизата на цялото тяло по време на тренировка. Посредством такъв нисък хранителен прием на мазнини в комбинация с високи калорични разходи, това проучване също така предоставя възможност за изследване на хора по време на продължителен отрицателен баланс на мазнините, ако действителното ежедневно окисление на мазнини надвишава диетичния прием. Вторичната цел беше да се определи дали диетата с ниско съдържание на мазнини и високо съдържание на въглехидрати предизвиква признаци на липогенеза при хора, стабилни в теглото, които са физически много активни.

Субекти.

Седем обучени на издръжливост мъже колоездачи участваха в този експеримент. Пиковата им консумация на кислород (V˙ o 2 пик) телесно тегло, процент телесни мазнини и възраст са съответно 4,69 ± 0,24 l/min, 71,9 ± 4,1 kg, 13 ± 4% и 25 ± 2 години. Субектите са били информирани за възможните рискове и всеки е подписал формуляр за съгласие, одобрен от Бюрото за вътрешен преглед на Тексаския университет в Остин.

Предварително изпитване.

Пикът V˙ o 2 се определя, докато субектите циклират на ергометър (Excalibur Sport, Lode, Гронинген, Холандия) с помощта на инкрементален протокол с продължителност 7–10 минути. Освен това бяха идентифицирани интензивността на упражненията и сърдечната честота спрямо прага на лактата в кръвта (LT, 1 mM увеличение над изходните стойности).

Таблица 1. Състав на диетите и телесното тегло

Стойностите са средни стойности ± SE; n = 7. 32% МАСТЕНИ, 22% МАСТНИ и 2% МАСТНИ, диети с 32, 22 или 2% енергия от мазнини, съответно.

* И трите диети са проектирани така, че да се различават една от друга в относителните (%) и абсолютните (g/ден) количества мазнини и въглехидрати.

Обучение за упражнения.

По време на ден 1 от всеки диетичен период субектите не са спортували; те се приспособиха към диетата и направиха окончателен избор на храна, като консумираха количество ad libitum от предвидената диета. На дни 2–6, субектите циклираха в продължение на 2 часа сутрин след еднодневно гладуване при изходна мощност, предизвикваща 10% под LT. След 30 минути упражнения субектите получават 6% разтвор на въглехидрати и електролити за пиене. Колоезденето беше наблюдавано в лабораторията на дни 2, 4, и 6, докато колоезденето обикновено се извършва на открито дни 3 и 5, с интензивност, проверена чрез мониторинг на сърдечната честота. На ден 7, метаболизмът е изследван, както е описано по-долу, по време на 1-ви час от 2-часово пристъпване на упражнения.

Експериментална процедура.

Субектите са пристигнали в лабораторията сутрин и упражненията са започнали 10 часа след стандартното въглехидратно хранене, описано по-горе. След пристигането тефлонови катетри бяха въведени в антекубитална вена във всяко рамо, съответно за инфузия и вземане на кръв. Нагряваща подложка беше прикрепена към предмишницата за вземане на проби, за да се получи артериализирана кръв. След 60 минути инфузия на изотоп в покой (вж Изотопна инфузия), субектите въртяха педал на велоергометър в продължение на 60 минути при 67% V 2 o 2 пик, което съответстваше на интензитет 10% от скоростта на работа под LT. Приблизително 40 минути преди започване на упражнението е получена биопсия на мускула vastus lateralis за определяне на мускулния гликоген (6) и концентрацията на мускулни триглицериди (12).

Изотопна инфузия.

При катетеризация се взема проба от кръв (6 ml) за определяне на фоновото изотопно обогатяване. След това, грундирана инфузия с постоянна скорост на [1,1,2,3,3-2 H5] глицерол (прайм = 3,7 μmol/kg; константа = 0,25 μmol · kg -1 - min -1); Isotec, Miamisburg, OH ) и [6,6-2 Н2] глюкоза (0.39 μmol · kg -1 -1 min-1; прайм = 33 μmol/kg) започва с използване на калибрирани помпи за спринцовки (Harvard Appair, South Natick, MA). В допълнение се влива [1- 13 ° С] палмитат (Cambridge Isotope Lab, Andover, MA), свързан с 5% човешки албумин (0,04 μmol · kg −1 · min −1; без проба). Тези стабилни изотопни вливания се доставят по време на 60 минути почивка за постигане на изотопно равновесие и се поддържат с постоянната си скорост през цялото упражнение.

Вземане на кръв и анализ.

Приготвяне на проба за обогатяване на изотопи.

Плазмени проби (300 μl) се добавят към 3 ml хлороформ-метанол (3: 1). След това всяка епруветка се разклаща енергично и се центрофугира при 3000 об/мин в продължение на 10 минути при 4 ° С. Супернатантът се поставя в чисти епруветки и се добавят 3 ml метанол и 1 ml дестилирана вода (рН 2) за липидна екстракция. След това епруветките се центрофугират отново при 3000 об/мин за 10 минути при 4 ° С. Най-горният (воден) слой беше отстранен, поставен в отделни епруветки и изсушен под азот до допълнителен анализ за обогатяване на глюкоза и глицерол 2Н. Долната част също се изсушава и съхранява при стайна температура до анализ на обогатяването с [13 ° С] палмитат.

Производните на HFBA на глицерол и глюкоза се приготвят чрез добавяне на 200 μl хептафлуоро-маслена киселина (Supelco) -етанол (1: 3) към епруветките и инкубиране на епруветките при 70 ° С за 10 минути. След това пробите бяха изсушени под азот и 100 μl етилацетат бяха добавени преди инжектиране (1 μl) в GC-MS за измерване на обогатяването с глицерол. След това пробите се изсушават отново под азот и се добавят 150 μl HFBA-етилацетат (1: 3), след което 1 μl се инжектира в GC-MS за анализ на обогатяване на глюкоза.

Липидните екстракти се дериватизират чрез добавяне на 250 μl йодометанов разтвор (500 μl йодометан в 10 ml дихлорометан) и 250 μl 0,2 М тетрабутиламониев хидроген сулфат. След разклащане в продължение на 10 минути и обработка с ултразвук в продължение на 30 минути, във всяка епруветка се добавят 3 ml хексан. След това епруветките бяха завихрени и центрофугирани при 3000 об/мин за 10 минути при 4 ° С. Супернатантата се прекарва през силикагелна твърдофазна екстракционна колона (2 g; Supelco) и елуентът се суши под азот и се разтваря с 50 μl хептан. Един микролитър се инжектира в GC. Стабилното обогатяване на изотопа беше измерено чрез електронно въздействие GC-MS чрез селективно проследяване на съотношението маса-заряд на (м/z) молекулни йони 270 и 271 за палмитат, 253 и 257 за глицерол и 519 и 521 за глюкоза.

Измервания на обмен на газ.

В покой и периодично по време на тренировка (20–30 и 50–60 минути) субектите се вдишват през двупосочна клапа на Даниелс, докато обемът на вдъхновения въздух се измерва с измервател на сух газ на Parkinson-Cowan CD4 (Rayfield Equipment, Waitsfield, VT). Газовете с изтекъл срок на годност се вземат непрекъснато от смесителна камера и се анализират за кислород (Приложна електрохимия, SA3, Ametek, Питсбърг, Пенсилвания) и въглероден диоксид (Beckman LB2; Schiller Park, IL). Тези инструменти са свързани с компютър за изчисляване на V˙ o 2 и V˙ co 2.

Изчисления.

Кинетиката на плазмения глицерол, глюкоза и палмитат се изчислява, като се използват уравнения за нестационарно състояние на един пул на Steele (29), модифицирани за използване със стабилни изотопи

Ra FFA се изчислява чрез разделяне на Ra палмитат с фракционния принос на палмитат към общата концентрация на FFA, както се определя чрез газова хроматография (GC-FID; Varian 3400). Прилагат се формули за непротеинов коефициент на дишане за изчисляване на окисляването на мастните киселини и въглехидратите (22). И накрая, Raglycerol се умножава по 3, за да се отчетат трите мастни киселини, освободени от пълната хидролиза на триглицеридна молекула. Неплазменото окисление на мастните киселини (FA) се изчислява като разлика между общото окисление на FA и скоростта на изчезване (Rd) FFA, което предполага, че всички Rd FFA са окислени, докато предишните преки мерки съобщават, че 88% от Rd трябва да се окисли в гладно състояние (7). Освен това се приема, че неплазменото FA окисляване се получава предимно от IMTG (7, 9, 27), въпреки че количественото значение на плазмения триглицерид не е ясно.

Статистически анализ.

Тъй като 32% FAT винаги бяха представени първо и след това 22% FAT и 2% FAT бяха впоследствие рандомизирани, това проучване беше предназначено за планирани сравнения с използване на средни контрасти на 2% FAT спрямо 22% FAT. Леченията чрез взаимодействия във времето бяха идентифицирани чрез дисперсионен анализ с повтарящи се мерки в цялостен дизайн на субектите (SuperAnova; Abacus, Berkeley, CA). Статистическата значимост беше определена като P

променя

Фиг. 1.Количеството енергия, изразено в (kcal/kg сухо тегло), съхранявано в мускула като сума от гликоген и интрамускулен триглицерид (Tg). СНО, въглехидрати. * Показва, че диетата, съдържаща 32% енергия от мазнини (32% FAT) е значително по-ниска от диетата, съдържаща 2 или 22% енергия от мазнини (2% FAT или 22% FAT), P

Плазмен субстрат и концентрация на инсулин.

Фигура 2 показва, че плазмените концентрации на глюкоза и FFA са сходни в покой и по време на 60 минути упражнения с 2% FAT и 22% FAT. Плазменият инсулин Preexercise също е подобен в покой (4.6–5.6 μU/ml) и по време на тренировка (2–4 μU/ml) с 2% FAT и 22% FAT; плазменият лактат също е подобен. Концентрацията на глицерол в плазмата през периода на упражнение 30–60 минути е намалена (P

Фиг. 2.Концентрация на глицерол в плазмата (A), концентрация на свободна мастна киселина в плазмата (FFA) (Б.) и плазмена концентрация на глюкоза (° С) в покой и по време на 60 минути упражнения след 1 седмица 2% FAT или 22% FAT. * 2% FAT е значително по-ниско от 22% FAT; P

Окисляване на субстрата по време на тренировка.

Не е имало взаимодействия по време на лечението, поради което стойностите за 60 минути упражнения се отчитат като средство за стойностите от 20 до 30 и от 50 до 60 минути. Най-поразителният ефект на 2% FAT в сравнение с 22% FAT е, че по време на тренировка той намалява външния вид на глицерол в цялото тяло с 19% (P

Таблица 3. Кинетика на субстрата и окисление по време на 1 час упражнение с 32% FAT, 22% FAT и 2% FAT

Стойностите са средни стойности ± SE от 20–30 и 50–60 min стойности, изразени като μm · kg −1 · min −1. Ra, скорост на поява; Rd, степен на изчезване; FFA, свободни мастни киселини.

F3-150 2% FAT значително се различава от 22% FAT; P F3-151 Статистика, сравняваща 32% FAT контролна диета с останалите диети не се извършва, тъй като тя е приложена първа и не е рандомизирана.

Кинетиката на плазмената глюкоза не се различава в покой или по време на тренировка; все пак общото окисление на въглехидратите е 17% по-високо (P

Таблица 2. Концентрация на мускулния субстрат за упражнения с различните диети