Ерик Т Трекслер

1 Катедра по упражнения и спортни науки, Университет на Северна Каролина в Chapel Hill, 209 Fetzer Hall, CB # 8700, Chapel Hill, NC 27599-8700, САЩ

Аби Е Смит-Райън

1 Катедра по упражнения и спортни науки, Университет на Северна Каролина в Chapel Hill, 209 Fetzer Hall, CB # 8700, Chapel Hill, NC 27599-8700, САЩ

Layne E Norton

2 BioLayne LLC, Тампа, Флорида, САЩ

Резюме

Оптимизираният състав на тялото осигурява конкурентно предимство в различни спортове. Намаляването на теглото е често срещано сред спортистите, целящи да подобрят съотношението сила/маса, ефективността на локомотива или естетическия вид. Ограничаването на енергията е придружено от промени в циркулиращите хормони, митохондриална ефективност и енергийни разходи, които служат за минимизиране на енергийния дефицит, намаляване на загубата на тегло и насърчаване на възстановяването на теглото. Настоящата статия прави преглед на метаболитните адаптации, наблюдавани при намаляване на теглото, и предлага препоръки за успешно намаляване на теглото и дългосрочно поддържане на намалено тегло при спортисти.

Въведение

Ендокринната реакция на енергиен дефицит

Резултати от редица проучвания показват общ ендокринен отговор на хипокалорични диети, който насърчава повишения глад, намалява метаболизма и застрашава поддържането на чиста маса. Проучванията, включващи ограничаване на енергията или много ниска адипозия, съобщават за намаляване на лептина [1,10,28], инсулина [1,2], тестостерона [1,2,28] и хормоните на щитовидната жлеза [1,29]. Впоследствие се съобщава за повишаване на грелина [1,10] и кортизола [1,30,31] с енергийни ограничения. Освен това има доказателства, които предполагат, че неблагоприятните промени в нивата на циркулиращия хормон продължават, тъй като субектите се опитват да поддържат намалено телесно тегло, дори след прекратяване на активната загуба на тегло [32,33].

Загуба на тегло и скорост на метаболизма

Общият дневен разход на енергия на човек (TDEE) се състои от редица отделни компоненти (Фигура 1). Най-големият компонент, енергийният разход в покой (REE), се отнася до основния метаболизъм (BMR) [8]. Другият компонент, известен като енергиен разход без почивка (NREE), може допълнително да бъде разделен на термогенеза за упражняване (EAT), термогенеза за активност без упражнения (NEAT) и термичен ефект на храната (TEF) [8].

адаптация

Компоненти на общия дневен разход на енергия (TDEE). BMR = базална скорост на метаболизма; NEAT = термогенеза за активност без упражнения; TEF = термичен ефект на храната; EAT = термогенеза на упражненията; REE = енергиен разход в покой; NREE = енергиен разход без почивка. Адаптиран от Maclean et al., 2011.

Скоростта на метаболизма има динамичен характер и предишната литература показва, че ограничаването на енергията и загубата на тегло засягат множество компоненти на енергийните разходи. При загуба на тегло TDEE постоянно се намалява [38,39]. Загубата на тегло води до загуба на метаболитно активна тъкан и следователно намалява BMR [38,39]. Интересното е, че спадът в TDEE често надвишава величината, предсказана от загубата на телесна маса. Предишната литература се позовава на този прекомерен спад на TDEE като адаптивна термогенеза и предполага, че той действа за насърчаване на възстановяването на изходното телесно тегло [13-15]. Адаптивната термогенеза може да помогне частично да се обясни нарастващата трудност, възникнала при плато за отслабване въпреки ниския калориен прием и общата склонност към възстановяване на теглото след отслабване.

Термогенезата за упражнения също пада в отговор на загуба на тегло [40-42]. При дейност, която включва движение, е ясно, че намалената телесна маса ще намали енергията, необходима за извършване на дадено количество дейност. Интересното е, че когато се добави външно тегло, за да съответства на базовото тегло на субекта, разходът на енергия за завършване на дадено натоварване остава под базовото ниво [41]. Предполага се, че това повишаване на ефективността на скелетната мускулатура може да е свързано с постоянния хипотиреоидизъм и хиполептинемия, които съпътстват загубата на тегло, което води до по-нисък коефициент на дишане и по-голяма зависимост от липидния метаболизъм [43].

TEF обхваща енергията, изразходвана в процеса на поглъщане, абсорбиране, метаболизиране и съхраняване на хранителни вещества от храната [8]. Приблизително 10% от TDEE се приписва на TEF [44,45], като стойностите варират в зависимост от състава на макроелементите в диетата. Докато относителната величина на TEF не изглежда да се променя с ограничаване на енергията [46], такива диетични ограничения включват консумацията на по-малко общи калории и следователно намалява абсолютната величина на TEF [41,46]. NEAT или енергията, изразходвана по време на движение без упражнения, като трептене или нормални ежедневни дейности, също намалява с енергиен дефицит [47]. Има доказателства, които предполагат, че спонтанната физическа активност, компонент на NEAT, намалява при субекти с ограничена енергия и може да остане потисната за известно време, след като субектите се върнат към хранене ad libitum [29]. Постоянното потискане на NEAT може да допринесе за възстановяване на теглото в периода след диета.

За да се манипулира телесната маса на индивида, енергийният прием трябва да се коригира въз основа на енергийните разходи на индивида. В контекста на загуба на тегло или поддържане на намалено телесно тегло, този процес се усложнява от динамичния характер на енергийните разходи. В отговор на загуба на тегло се наблюдават намаления на TDEE, BMR, EAT, NEAT и TEF. Поради адаптивната термогенеза TDEE се понижава до степен, която надвишава величината, предвидена от загубите в телесната маса. Освен това изследванията показват, че адаптивната термогенеза и намалените енергийни разходи продължават да съществуват и след периода на активна загуба на тегло, дори при пациенти, които поддържат намалено телесно тегло повече от година [14,48]. Тези промени служат за минимизиране на енергийния дефицит, намаляване на по-нататъшната загуба на телесна маса и насърчаване на възстановяването на теглото при лица с намалено тегло.

Адаптации в митохондриалната ефективност

Трябва да се осъществи поредица от химични реакции за получаване на АТФ от съхранени и погълнати енергийни субстрати. В аеробния метаболизъм този процес включва движението на протони през вътрешната митохондриална мембрана. Когато протоните се транспортират чрез АТФ синтаза, се произвежда АТФ. Протоните могат също да изтекат през вътрешната мембрана чрез разединяване на протеини (UCP) [49]. При това „несвързано дишане“ се получава окисляване на енергиен субстрат и консумация на кислород, но процесът не дава АТФ. Изтичането на протони има значителен принос за енергийните разходи, което представлява приблизително 20-30% от BMR при плъхове [50-52].

В условието на ограничаване на калориите, изтичането на протон се намалява [16-19]. Разединяването на протеини-1 и UCP-3, първичните UCP на кафява мастна тъкан (BAT) и скелетните мускули [53], са от особен интерес поради потенциално значимите им роли в енергийните разходи и несвързаната термогенеза. Големият принос на скелетните мускули за енергийните разходи [54] насочи вниманието към литературни отчети за намаляване на експресията на UCP-3 в отговор на енергийните ограничения [55,56]. Намалената експресия на UCP-3 може потенциално да играе роля за намаляване на енергийните разходи и експресията на UCP-3 е в отрицателна корелация с индекса на телесна маса и положително корелирана с метаболитната скорост по време на сън [57]. Въпреки тези корелации са необходими повече изследвания за определяне на функцията и физиологичната значимост на UCP-3 [58], тъй като са докладвани противоречиви констатации относно UCP-3 и загуба на тегло [18].

Отделянето на протеин-1 изглежда играе ключова роля в несвързаната термогенна активност на НДНТ [59]. Доказано е, че енергийните ограничения намаляват активирането на НДНТ [60] и експресията на UCP-1 [61], което показва повишаване на метаболитната ефективност. Заедно с експресията на UCP-1, тиреоидният хормон и лептин влияят върху степента на несвързаното дишане при НДНТ. Тиреоидният хормон (TH) и лептинът са свързани с повишено активиране на НДНТ, докато глюкокортикоидите се противопоставят на BAT-активиращата функция на лептина [59]. Доказателствата сочат, че TH играе важна роля в модулирането на величината на изтичане на протони [53], с ниски нива на TH, свързани с намалено изтичане на протон [62]. Ендокринният отговор на енергийното ограничение, включително повишен кортизол и намален TH и лептин [1,10,28-31], би могъл потенциално да играе регулаторна роля при несвързаното дишане при НДНТ. Не е ясно дали намаляването на изтичането на протони и експресията на UCP продължава, докато теглото се върне към изходното ниво, но има доказателства, които предполагат постоянна адаптация [19,55,56], която отразява постоянното понижаване на регулацията на TH и лептин [32,33].

Практически приложения за отслабване при спортисти

Хипокалоричните диети предизвикват редица адаптации, които служат за предотвратяване на по-нататъшно отслабване и спестяване на енергия. Вероятно е размерът на тези адаптации да е пропорционален на размера на енергийния дефицит, така че се препоръчва да се използва възможно най-малкият дефицит, който води до значителна загуба на тегло. Това може да намали скоростта на отслабване, но да смекчи неблагоприятните адаптации, които предизвикват успешното намаляване на мастната маса. Намаляването на теглото трябва да се разглежда като поетапен процес в този контекст; тъй като загубата на тегло започва да се извисява, енергийният прием или разходите трябва да бъдат коригирани, за да „отворят“ отново енергийния дефицит. Големият калориен дефицит също може да предизвика по-големи загуби на LBM [66,67] и да компрометира спортните постижения и възстановяване [68,69], които са от решаващо значение за спортистите. Участието в структурирана тренировъчна програма за устойчивост [34] и достатъчният прием на протеини [35-37] също вероятно ще намалят загубите в LBM. Освен това диетите с високо съдържание на протеини (≥25% PRO) са свързани с повишена ситост и термогенеза, което ги прави по-добър вариант за калорично ограничен спортист [70].

Теоретичен модел на метаболитна адаптация и потенциални стратегии за смекчаване на адаптациите. A/A/T хормони = анаболни, анорексигенни и термогенни хормони; O/C хормони = орексигенни и катаболни хормони. Пунктираните линии представляват инхибиране.

В периода малко след прекратяване на ограничителната диета, телесната маса често се връща към стойностите преди диетата [29,74,75]. Тази телесна маса се получава предимно като мастна маса, във феномен, известен като затлъстяване след глад [29]. Докато много от метаболитните адаптации към загуба на тегло продължават, драстичното увеличаване на енергийния прием води до бързо натрупване на мастна маса. Обичайно е хората да „превишават“ базовото си ниво на телесни мазнини, а по-слабите индивиди (включително много спортисти) могат да бъдат по-податливи на превишаване, отколкото затлъстелите индивиди [74,75]. В такава ситуация индивидът може да увеличи телесните мазнини над изходните нива, но въпреки това да запази скоростта на метаболизма, която тепърва ще се възстанови напълно. Има доказателства, които предполагат, че адипоцитната хиперплазия може да се появи в началото на процеса на възстановяване на теглото [76] и че повтарящите се цикли на отслабване и възстановяване от спортисти в спортове с теглови класове са свързани с дългосрочно наддаване на тегло [77]. Ето защо спортистите, които агресивно диетират за състезателен сезон и бързо възвръщат теглото си, може да се окажат по-предизвикателни да постигнат оптимален състав на тялото през следващите сезони.

За да се избегне бързото натрупване на мазнини след прекратяване на диетата, „обратното хранене“ също стана популярно сред спортистите с физическа форма. Такъв процес включва бавно увеличаване на калорийния прием постепенно. На теория осигуряването на малък калориен излишък може да помогне за възстановяване на нивата на циркулиращия хормон и енергийния разход към стойностите преди диетата, като същевременно тясно съответства на енергийния прием към възстановяващата се скорост на метаболизма в опит да намали натрупването на мазнини. В идеалния случай такъв процес в крайна сметка би възстановил циркулиращите хормони и скоростта на метаболизма до изходните нива, като същевременно избягва бързото натрупване на мазнини. Докато анекдотичните доклади за успешна обратна диета са довели до увеличаване на нейната популярност, са необходими изследвания, за да се оцени нейната ефикасност.

Ограничения

Въпреки че има значително количество изследвания върху метаболитните адаптации към загуба на тегло, по-голямата част от изследванията са използвали животински модели или субекти, които са заседнали и с наднормено тегло/затлъстяване. Съответно настоящата статия е ограничена от необходимостта да се прилагат тези данни към атлетично население. Ако адаптациите, описани при затлъстели популации, служат за спестяване на енергия и отслабване на загубата на тегло като механизъм за оцеляване, може да се предположи, че адаптациите могат да бъдат допълнително увеличени в по-слаба, по-силно активна популация. Друго ограничение е липсата на изследвания за ефикасността на периодичното хранене или обратно хранене при продължително намаляване на теглото или за поддържане на намалено телесно тегло. Докато не са налични такива изследвания, тези анекдотични методи могат да бъдат оценени само от механистична и теоретична гледна точка.

Заключение

Загубата на тегло е често срещана практика в редица спортове. Независимо дали целта е по-високо съотношение сила/маса, подобрено естетично представяне или по-ефективно движение, оптимизирането на телесната композиция е изгодно за голямо разнообразие от спортисти. Тъй като тези спортисти създават енергиен дефицит и постигат по-ниски нива на телесни мазнини, усилията им за отслабване ще бъдат противодействани от редица метаболитни адаптации, които могат да продължат през цялото поддържане на теглото. Промените в енергийните разходи, митохондриалната ефективност и концентрациите на циркулиращия хормон действат съвместно, за да намалят по-нататъшната загуба на тегло и да насърчат възстановяването на изходната телесна маса. Състезателите трябва да се стремят да минимизират степента на тези адаптации, да запазят LBM и да осигурят адекватно ефективност и възстановяване на горивото по време на намаляване на теглото. За постигането на тези цели се препоръчва да се подхожда постепенно, постепенно, като се използват малки енергийни дефицити, за да се гарантира бавна скорост на загуба на тегло. Участието в структурирана тренировъчна програма за устойчивост и адекватен прием на протеини също са наложителни. Необходими са повече изследвания, за да се провери ефикасността на периодичното хранене и диетата в обратна посока в подкрепа на продължителното намаляване на теглото и отслабване на натрупването на мазнини след диетата.

Съкращения

ЛЕПЕШКА: Кафява мастна тъкан; BF%: Процент телесни мазнини; BMR: Основна скорост на метаболизма; EAT: Термогенеза за упражняване на активността; LBM: чиста телесна маса; NEAT: Термогенеза за активност без упражнения; NREE: Разход на енергия без почивка; REE: Разход на енергия за почивка; TDEE: Общ дневен разход на енергия; TEF: Термичен ефект на храната; TH: Хормон на щитовидната жлеза; Т3: трийодтиронин; UCP: Отделяне на протеин.

Конкуриращи се интереси

Авторите заявяват, че нямат конкуриращи се интереси.

Принос на авторите

ETT замисли темата за рецензията и изготви ръкописа. AES замисля, изготвя и преработва ръкописа. LEN помогна да се изготви и преработи ръкописът. Всички автори прочетоха и одобриха окончателния ръкопис.