Е. Л. Мелансън

1 отдел по ендокринология, метаболизъм и диабет, Университет в Колорадо, медицински университет в Аншуц, Аврора, CO 80045

2 Отдел по гериатрична медицина, Медицински факултет, Университет на Колорадо, медицински университет в Аншуц, Аврора, CO 80045

Обобщение

Въведение

Компоненти на енергийните разходи

Традиционно общата дневна ЕЕ (TDEE) при хората се разглежда като сбор от енергия, отпусната за поддържане на базалния метаболизъм (BMR), термичния ефект на храната (TEF) и физическата активност EE (PAEE) (Фигура 1) . При хората, с изключение на екстремните нива на издръжливост, 12, 13 BMR съдържа най-голямата част от TDEE (

60–70%). BMR се измерва след период на почивка и гладуване (10–12 часа), с субекти будни, легнали и почиващи при термонеутралност, 14 и представлява основните енергийни нужди на органите на тялото (т.е. мозък, черва, бъбреци, сърце, черен дроб, мускули). 15 Когато тези условия не са изпълнени, се използва терминът разход на енергия в покой (REE) или метаболизъм в покой (RMR). TEF е ЕЕ, свързано с храносмилането, усвояването и усвояването на храната и представлява 6–12% от TDEE. 16 Заслужава да се отбележи, че разликите в TEF между слаби и затлъстели субекти, където са открити, са малки, 17 и има малко доказателства, че дефектите в TEF играят основна роля в развитието на затлъстяването. 18 В повечето проучвания на свободно живеещи хора, TEF не се измерва и се приема, че е статичен при 10% от TDEE. 8,11,15,20 PAEE могат да бъдат разделени на упражнение EE (т.е. ЕЕ, свързано с планирано, структурирано PA) и PAEE без упражнение. PAEE без упражнения има огромно разнообразие от съставни части като ЕЕ на професията, свободното време, разпределението на позата (седене, изправяне), амбулацията, говоренето и трептенето. 19.

ефектът

„Традиционен“ модел на общия дневен разход на енергия (TDEE) при хората. В този модел разходът на енергия без упражнения е свързан с енергията, изразходвана за физическа активност без упражнения.

Методологични съображения

Ефекти от програмираното упражнение върху физическо натоварване без упражнения и заседнало поведение

Краткосрочни проучвания (до 16 дни)

2.1 MJ · d −1) се извършваше през ден. 36 В по-скорошно проучване Alahmadi et al. определи ефекта от острите пристъпи на умерено-непрекъснато (60 минути ходене на 6 km · h -1 при 0% степен) и интервал с висока интензивност (60 минути, редуващи се 5 минути интервали на 6 km · h -1 на 0% и 10% степен) при ПА без упражнения (измерена с помощта на акселерометри) при 16 млади мъже с наднормено тегло и затлъстяване. 37 PA без физическо натоварване е измерено за 3 дни преди, в деня и 3 дни след изпитването за остро физическо натоварване. В сравнение с периода преди тренировка, PA без физическо натоварване остава същият в деня на упражненията както след умерено продължително, така и чрез интервално упражнение с висока интензивност. В периода след тренировка PA без тренировка остава стабилен през първите два дни, а след това има тенденция да се увеличава на третия ден след непрекъснати пристъпи на умерена интензивност (16%) и интервал с висока интензивност (25%). Причината (ите) за това забавено увеличение не са напълно ясни; въпреки това, това проучване не предоставя доказателства за намаляване на PA след остър пристъп на упражнения. По този начин резултатите от тези краткосрочни проучвания не предоставят убедителни доказателства за поведенческа или физиологична адаптация към упражненията. Тези проучвания обаче са ограничени от малките им размери и от методологичните подходи, използвани за оценка на TDEE и PAEE.

Дългосрочни проучвания (6 седмици до 16 месеца)

55–70% от VO2max за 16 месеца. Целта беше да се изразходват 1,6 kJ на сесия (8,4 MJ · седмично -1). На 16 месеца мъжете са средно 2,8 kJ на тренировъчна сесия, но TDEE се увеличава само с 1,6 kJ.d -1. Жените са средно 1,8 kJ на сесия, но TDEE се увеличава само с 0,9 kJ.d -1. Тези данни предполагат, че ЕЕ без упражнения намалява както при мъжете, така и при жените. Тъй като обаче тези проучвания измерват само TDEE, не може да се определи дали намаляването на EE без упражнения се дължи на промени в поведението, физиологията или и двете.

Проучвания при възрастни възрастни

Заседнало поведение

5%. 44 Това проучване също така предоставя доказателства, че физическото натоварване и заседналото поведение са отделни области на спектъра PAEE с различни атрибути и детерминанти. 45

Модели за разпределение на енергийните разходи

Разпределителни модели за балансиране на енергийните бюджети при животните. Вижте текста за описание. Прието от реф. 46: „Енергетика и поведение: несподелени нужди и нова посока“, K.J. Mathot and N.J. Dingemanse, Trends in Ecology and Evolution: 30 (40), 199–206, 2015, с разрешение от Elsevier Limited (Номер на лиценза: 3834971229174).

Тези модели на разпределение могат да служат като концептуална рамка за проектиране на изследвания върху хора. Използването на тези модели за установяване на априорни хипотези ще насочи правилния експериментален дизайн и избора на подходящи инструменти за измерване. Например, ако хипотезата, която трябва да бъде тествана, е, че определена интервенция от упражнения в целевата популация ще окаже неблагоприятно въздействие върху поведението на ПА без упражнения, тогава трябва да се използва обективна мярка за поведение без упражнения (и както е обсъдено по-горе, такова, което е в състояние за точно измерване на заседналото поведение).

Регулиран ли е общият разход на енергия при хората?

Адитивни и ограничени модели на общия дневен разход на енергия. Вижте текста за описание. Прието от референция 3: „Ограничени общи енергийни разходи и метаболитна адаптация към физическа активност при възрастни хора“, H. Pontzer et al., Current Biology: 26 (3), 410–417, 2016 г., с разрешение от Elsevier Limited (Номер на лиценза): 3837790768211).

Връзката между физическата активност (изразена като среднодневна физическа активност на ден от броя на акселерометъра в минута, CPM · d -1) и общия дневен енергиен разход (ADJ), коригиран за мастна маса, безмаслена маса, възраст, височина, пол, и място за изследване (N = 331 лица от 5 различни кохортни проучвания). Всеки парцел (медиана и квартили на TDEE) представлява децил на физическа активност. Прието от референция 3: „Ограничени общи енергийни разходи и метаболитна адаптация към физическа активност при възрастни хора“, H. Pontzer et al., Current Biology: 26 (3), 410–417, 2016 г., с разрешение от Elsevier Limited (Номер на лиценза): 3837790768211).

Ако TDEE е ограничен при хората, как тази хипотеза може да се съгласува с констатациите на Хънтър, 51 където общият енергиен бюджет при възрастните възрастни се е увеличил след 26-седмична програма за упражнения за съпротива? Едно от обясненията може да бъде, че тези индивиди са били под общия си таван на енергийния бюджет в началото. Всъщност TDEE на изходно ниво (

7,8 MJ · d -1) е значително по-ниска от тази, наблюдавана при по-млади, физически неактивни възрастни с подобен индекс на телесна маса (

9,9 MJ · d -1) 10. Това заключение се подкрепя от наблюдението на Pontzer и колегите му, че TDEE се е увеличил линейно с увеличаване на нивото на PA до критична точка и след това е плато на най-високите нива на PA (Фигура 4). 3 Въпреки това, както е описано от Pontzer et al., 3 механизмите и факторите, които определят този праг, остават неизвестни. Разбирането как TDEE и неговите компоненти се регулират при хората би могло да подобри стратегиите за обществено здраве, свързани със затлъстяването и метаболитните заболявания. 3

Алтернативен модел на общите дневни енергийни разходи

Въпреки че традиционният модел на TDEE (Фигура 1) е широко приет в проучванията на човешката физиология, въз основа на изследванията, описани в предишните раздели, може да е подходящо да се разгледа алтернативен модел (Фигура 5). В този модел един или повече от четирите „адаптивни“ компонента могат да бъдат намалени с високи нива на структурирано упражнение. Понастоящем не са известни процесите, които допринасят за „другия“ компонент, но могат да отразяват енергийните разходи, свързани с други телесни функции като соматичен ремонт, възпроизводство, имунна функция, енергийните разходи за движение и терморегулация. 2 Например, нововъзникващи доказателства сочат, че енергийните разходи, свързани с терморегулацията, дори при температури малко под термонеутралната зона са значителни. 57 Понастоящем обаче би било трудно точно да се определи количеството ЕЕ, свързано с този друг компонент, но включването на биомаркери (напр. Концентрации на полови стероидни хормони, възпалителни маркери) може да даде индикация дали тези физиологични функции са били повлияни от интервенцията. 2

Алтернативен модел на общите дневни енергийни разходи (TDEE) при хората. В този модел един или повече от четирите „адаптивни“ компонента могат да бъдат намалени с високи нива на структурирано упражнение. Процесите, които допринасят за „другия“ компонент, не са добре разбрани, но могат да обхващат физиологични процеси като репродуктивна функция, възпаление и терморегулация.

Заключения, неизпълнени въпроси и бъдещи насоки

Съвременните модели на общественото здраве и стратегии за превенция на затлъстяването предполагат, че увеличаването на дневната PA ще доведе до увеличаване на TDEE по адитивен начин. 2, 3, 49 Както е обобщено в този преглед, възникващите доказателства сочат, че приемането на редовно, структурирано упражнение води до компенсаторни промени в поведението и/или физиологията, които могат да отслабят очакваното увеличение на TDEE, особено при по-високи нива на PA. Въпреки това остават редица въпроси без отговор и приоритети за бъдещи изследвания:

Преди всичко биха били емпирични проучвания за тестване на ограничената хипотеза за ЕЕ. Тези проучвания ще изискват внимателни измервания на всички компоненти на TDEE с помощта на DLW и индиректна калориметрия, съчетани с обективни мерки на PA, за да се дешифрират промените във физиологията от промените в поведението, както и да се изберат биомаркери, свързани с репродуктивната, соматичната и имунологичната функция.

Ако TDEE е ограничено и регулирано, как се постига това? Хомеостатичните модели се характеризират с зададена точка, един или повече сензори и контролен център, който интегрира сигналите от сензора (ите) и генерира отговори, насочени към ефекторни органи (органи), за да поддържа регулираната променлива в рамките на физиологичните граници. 58 Преди ограниченият модел на ЕЕ да бъде напълно приет, ще бъде важно да се идентифицират тези компоненти на хомеостатичната система за контрол.

Ако TDEE е ограничен, какъв е таванът за TDEE в различните популации? Този таван променя ли се със загуба на тегло или с остаряване? Различен ли е таванът при слабите и затлъстелите индивиди? Стабилен ли е таванът или може да се промени с течение на времето?

Разграничават ли индивидуалните различия в тавана на TDEE отговорилите и неотговарящите на програма за упражнения, която има за цел да предизвика загуба на тегло? 26

Как елитните спортисти за издръжливост могат да разработят изключително високи енергийни бюджети, без да се накърнява здравето? 12 Колко дълго могат да се поддържат тези високоенергийни бюджети?

Какво е въздействието на различните видове, интензивност, продължителност, честота и обем упражнения върху разпределението на TDEE и неговите компоненти? Всъщност някои доказателства сочат, че въздействието върху компонентите на TDEE е най-голямо при по-висока интензивност на упражненията. 3

Има ли циркадни влияния, т.е. упражненията, изпълнявани сутрин и вечер, имат ли същия ефект върху TDEE?

Ясно е, че регулирането на човешката ЕЕ и управлението на общите енергийни бюджети са сложни и динамични процеси, които са слабо разбрани. Надяваме се, че обобщените в този преглед модели (Фигури 2, 46 3 3, 3 и 5) 5) ще осигурят нова, интегративна рамка, от която могат да бъдат изследвани ефектите от упражненията върху здравето и телесното тегло.

Благодарности

Авторът иска да признае Конг Чен и Херман Понцер за техните проницателни разговори по тази тема. Тази работа беше подкрепена с награда на NIH за д-р Мелансън (R01 DK 077088), както и подкрепа от Центъра за изследване на храненето и затлъстяването в Колорадо (P30 DK048520) и Института за клинични и транслационни науки в Колорадо (UL1 RR025780)

Източници на финансиране: Тази работа беше подкрепена с награда на NIH на д-р Мелансън (R01 DK 077088), както и подкрепа от Центъра за изследване на храненето и затлъстяването в Колорадо (P30 DK048520) и Института за клинични и транслационни науки в Колорадо (UL1 RR025780)

Бележки под линия

Изявление за конфликт на интереси: