Робърт М Единбург

1 Катедра за здраве, Университет на Бат, Бат, Великобритания

Аарон Хенгист

1 Катедра за здраве, Университет на Бат, Бат, Великобритания

Хари Смит

1 Катедра за здраве, Университет на Бат, Бат, Великобритания

Ребека Л Травърс

1 Катедра за здраве, Университет на Бат, Бат, Великобритания

Джеймс А Бетс

1 Катедра за здраве, Университет на Бат, Бат, Великобритания

Дилън Томпсън

1 Катедра за здраве, Университет на Бат, Бат, Великобритания

Жан-Филип Валхин

1 Катедра за здраве, Университет на Бат, Бат, Великобритания

Гарет Уолис

2 Училище за спорт, упражнения и рехабилитация, Университет в Бирмингам, Бирмингам, Великобритания

D Лий Хамилтън

3 Изследователска група по физиология, упражнения и хранене, Университет в Стърлинг, Стърлинг, Великобритания

4 Училище за упражнения и хранителни науки, Факултет по здравеопазване, Университет Дикин, Джелонг Уоърн Пондс, Австралия

Ема Джей Стивънсън

5 Изследователски център за човешко хранене, Институт по клетъчна медицина, Университет Нюкасъл, Нюкасъл на Тайн, Великобритания

Кевин Д. Типтън

3 Изследователска група по физиология, упражнения и хранене, Университет в Стърлинг, Стърлинг, Великобритания

Хавиер Т Гонсалес

1 Катедра за здраве, Университет на Бат, Бат, Великобритания

РЕЗЮМЕ

Заден план

В покой пропускането на закуска намалява дневния енергиен прием, но също така намалява енергийните разходи, като отслабва всеки ефект върху енергийния баланс. Ефектът от пропускането на закуска върху енергийния баланс при предписване на упражнения е неясен.

Цели

Целта на това проучване е да се оцени ефектът върху пропускането на 24-часов енергиен баланс в сравнение с консумацията на закуска преди тренировка.

Методи

Дванадесет здрави физически активни млади мъже (на възраст 23 ± 3 години, индекс на телесна маса 23,6 ± 2,0 kg/m 2) завършиха 3 проучвания в рандомизиран ред (разделени с> 1 седмица): закуска от овес и мляко (431 kcal; 65 g въглехидрати, 11 g мазнини, 19 g протеин), последвано от почивка (BR); закуска преди тренировка (BE; 60 минути колоездене при 50% върхова мощност); и гладуване през нощта преди тренировка (FE). 24-часовият енергиен прием се изчислява въз основа на храната, консумирана за закуска, последвана от обяд ad libitum, закуски и вечеря. Индиректната калориметрия с акселерометрия на сърдечната честота беше използвана за измерване на използването на субстрата и 24-часовия разход на енергия. [6,6-2 H2] инфузия на глюкоза се използва за изследване на тъканно специфично използване на въглехидрати.

Резултати

Въведение

Затлъстяването е ескалираща глобална епидемия и е следствие от хроничен положителен енергиен дисбаланс. В допълнение към намаляването на приема на калории, редовното упражнение е често предлагана стратегия за улесняване на отслабването или поддържането на теглото (1). Упражненията увеличават енергийните разходи и по този начин променят енергийния баланс, като по този начин потенциално благоприятстват условията за намаляване на телесната и мастната маса. Въпреки това, интервенциите за тренировки често отчитат по-малки от очакваните загуби на мазнини и телесна маса (2, 3). Този скромен отговор може да се обясни с компенсиране на поведението на енергийния баланс (или чрез активността, стимулираща енергийния прием, или намаляваща физическа активност извън предписаното упражнение, или комбинация от тези фактори), и това може да намали енергийния дефицит, създаден от енергията изразходвани чрез упражнение (4). Подобен пример за тази компенсация е, че пропускането на закуска в покой (т.е. намален енергиен прием) намалява сутрешната физическа активност без упражнения при слаби и затлъстели хора (5, 6).

Следователно основната цел на този експеримент беше да се изследва ролята на наличността на въглехидрати по време на тренировка върху нетния енергиен баланс в продължение на 24 часа. В допълнение, прилагането на методи за проследяване на глюкоза (за оценка на изхода и използването на чернодробната глюкоза), комбинирано с индиректна калориметрия, беше приложено, за да се отговори на второстепенна цел за изследване на специфичното за тъканите регулиране на енергийния баланс.

Методи

Етично одобрение

Тези резултати са събрани като част от по-широко проучване (17), но нито една от мерките за резултатите, докладвани тук, не е публикувана по-рано. Изследването е завършено в Университета на Бат (Великобритания) съгласно Декларацията от Хелзинки. Етично одобрение беше дадено от Националната здравна служба Югозападен комитет по етика на научните изследвания (15/SW/0006). Проучването е регистрирано на клиничен триал.гов като> NCT02258399. Преди участието беше получено писмено и информирано съгласие от всички участници.

Уча дизайн

Това проучване възприема рандомизиран дизайн на кръстосано прехвърляне (рандомизация, извършена от JTG с Research Randomizer версия 3.0, http://www.randomizer.org/). Предварителното тестване беше последвано от 3 опита (с разстояния 7–30 дни), които бяха закуска, последвана от почивка (BR), закуска, последвана от упражнения (BE), и гладуване през нощта, последвано от упражнения (FE), в произволен и уравновесен ред. Схема на протокол е показана на Фигура 1 . За всички опити участниците пристигнаха в лабораторията в 0800 ± 1 h след гладуване през нощта (12-14 h). В BR при пристигане в лабораторията се консумира закуска с каша, последвана от 3 часа почивка и 2-часов тест за орален глюкозен толеранс (OGTT). В BE закуската беше консумирана преди 2 часа почивка и 60 минути колоездене и OGTT. В FE закуската беше пропусната, но опитът иначе повтори BE. След OGTT на участниците беше осигурен обяд ad libitum (в рамките на лабораторията), както и претеглен от изследователя хранителен пакет за консумация през оставащото 24-часово проучване (безплатен живот). Ежедневните енергийни разходи се оценяват чрез индиректна калориметрия (за вътрешно-лабораторни компоненти) и сърдечен ритъм с акселерометрия (свободен живот след напускане на лабораторията). Всички опити са завършени при подобни лабораторни условия, както е описано по-рано (17).

упражнение

Схематично. Дванадесет здрави физически активни млади мъже завършиха 3 проучвания в произволно определен ред: закуска, последвана от почивка (BR), закуска, последвана от упражнения (BE), или гладуване през нощта, последвано от упражнения (FE). Ежедневният енергиен прием се определя въз основа на обяд, закуски и вечеря по желание. Индиректната калориметрия (в рамките на лабораторията) и акселерометрията на сърдечната честота (свободен живот) бяха използвани за оценка на използването на субстрата и дневните енергийни разходи. [6,6-2 H2] инфузия на глюкоза се използва за оценка на тъканно специфичното използване на въглехидрати.

Участници

Дванадесет здрави и физически активни мъже бяха наети от Бат и околностите между май и ноември 2015 г. Характеристиките на участниците са показани в маса 1 . Основните критерии за изключване на участниците са анамнеза за метаболитно заболяване или някакво състояние, което може да представлява ненужен личен риск за участника или да въведе пристрастия към проучването. Участниците също бяха помолени да потвърдят, че не приемат никакви лекарства, които може да са повлияли на някой от докладваните резултати.

МАСА 1

Характеристики на участника 1

Възраст, y23 ± 3
Телосложение, см179,8 ± 4,4
Телесна маса, кг76,3 ± 7,9
ИТМ, kg/m 2 23,6 ± 2,0
Маслена маса, кг 2 10,6 ± 3,7
Индекс на мастната маса, 2 kg/m 2 3,26 ± 1,12
Телесни мазнини, 2%14 ± 4
Обезмаслена маса, 2 кг65,5 ± 6,4
Скорост на метаболизма в покой, kcal/ден2091 ± 101
V̇O2 пик, 3 L/min4,00 ± 0,72
V̇O2 пик, 3 ml · kg · min -1 53 ± 10
Максимална изходна мощност, W317 ± 67
Максимален пулс, удари/мин189 ± 10

1 Стойностите са средни стойности ± SD; n = 12 здрави физически активни млади мъже. V̇O2 пик, пиково поглъщане на кислород.

2 Получено от DXA.

3 n = 11 поради технически затруднения с анализа „всеки дъх“ по време на предварителна сесия на изпитване.

Предварително изпитване

Статусът на всеки участник беше измерен с точност до 0,1 см със стадиометър (Seca Ltd) и телесната им маса беше записана с точност до 0,1 кг с електронни везни за претегляне (BC543 Monitor; Tanita). Завършено е DXA сканиране на цялото тяло за количествено определяне на мазнините и обезмаслената маса (Discovery; Hologic). Постепенно изпитване на упражнения за колоездене беше завършено на електронно спиран ергометър (Excalibur Sport; Lode BV), както беше описано по-горе, за количествено определяне на върхова мощност и пиково поглъщане на кислород (V̇O2 пик) (17).

Основни изпитания

Участниците се въздържаха от алкохолни и кофеинови напитки в продължение на 24 часа преди всички опити. Приемът на храна е спрял през 2000 г. вечерта преди изпитанията и след това участниците са гладували цяла нощ (≥12 часа), като са консумирали само вода (ad libitum) през този период. Окончателното ядене, консумирано от участниците вечерта преди всички опити (спанак и рикота канелони; Tesco), за да се гарантира, че приемът на енергия и макроелементи от участниците е стандартизирано [592 kcal енергия (2479 kJ); 51 g въглехидрати, 32 g мазнини, 25 g протеин]. Участниците също бяха помолени да се въздържат от тежка физическа активност в продължение на 24 часа преди изпитанията, но им беше позволено да поддържат иначе нормалното си поведение на физическа активност (повторено за следващи изпитания). За да се осигури тази стандартизация, участниците записаха дневник на дейностите и носеха монитор за физическа активност (Actiheart; Cambridge Neurotechnology). Нямаше разлики между опитите в разхода на енергия за физическа активност, както беше съобщено по-рано (17).

Тествайте ястията

Вземане на кръв и анализ

Пълна кръв се разпределя в епруветки, покрити с EDTA (BD), които се центрофугират (4 ° C и 3500 × g) в продължение на 10 минути (Heraeus Biofuge Primo R; Kendro Laboratory Products Plc), за да се получи плазма. Това се разпределя в аликвотни части от 0,5 ml и се замразява при -20 ° C, преди по-продължително съхранение при -80 ° C. Концентрациите на глюкоза в плазмата (CV в рамките на анализа, 3,2%; CV в рамките на изследването, 3,8%) бяха измерени на автоматизиран анализатор (Daytona; Randox Lab). Концентрациите на плазмен лептин и фибробластен растежен фактор 21 (FGF-21) бяха измервани с налични в търговската мрежа ELISA (Mercodia AB; интра-тест CV, 5.8%; CV за интрасай, 7.1% за лептин; BioVendor Research & Diagnostic Products). За анализ на кръвта пробите се анализират на партиди след приключване на събирането на пробите и за даден участник всички проби се пускат в една и съща плоча. Обогатяването на глюкозата в плазмата [2Н2] се определя чрез GC-MS, както е описано другаде (17) (GC, Agilent 6890 N; MS, Agilent 5973 N; Agilent Technologies). Нестационарният модел на Радзюк с 2 отделения е използван за оценка на плазмения глюкозен поток (19, 20).

Разход на енергия и използване на субстрата

Скоростта на изчезване на плазмената глюкоза (Rd) (A), усвояването на мускулния гликоген (B), усвояването на липидите в цялото тяло (C) и енергийните разходи (D) по време на тренировка на гладно в сравнение с компенсацията на енергийния прием на обяд (енергиен прием на обяд след пости упражнение минус обеден енергиен прием след почивка) нормализирано до метаболизма в покой (RMR). Данните са r. На Pearson. n = 12 здрави млади мъже.

Разход на енергия и използване на субстрата

Енергиен и субстратен баланс

Консумирането на закуска, но изпълнението на упражнения (BE) води до значително по-нисък вътрешно-лабораторен енергиен баланс в сравнение с почивката (BR), което се дължи главно на разликата в баланса на въглехидратите ( Фигура 4А). Пропускането на закуска преди тренировка (FE) доведе до значително по-нисък вътрешно-лабораторен енергиен баланс в сравнение с BE, главно чрез индуцирането на значително по-нисък баланс на мазнини, тъй като не се забелязва значителна разлика в баланса на въглехидратите между FE и BE (Фигура 4А). Същият модел между опитите все още е очевиден в продължение на 24 часа (Фигура 4В), където се наблюдава значително по-висок енергиен баланс в BR, отколкото в BE и в BE, отколкото в FE.

Вътре в лабораторията (A) и дневния енергиен баланс (B). Данните са средно ± нормализирани (n) 95% CI за n = 12 (9 за дневен енергиен баланс) здрави млади мъже. В панел A „a“ представлява разлика в баланса на CHO между почивката на закуска и упражнението за закуска с P Фигура 5 ). Ефект на взаимодействие време-проба е открит за плазмен лептин, но с пост-хок корекция не е имало значителна разлика във всеки момент и не е очевиден основен ефект от проучването за AUC на лептин (P = 0,21). Не е наблюдаван ефект на взаимодействие време × проба за FGF-21 и не е имало основен ефект за AUC на FGF-21 (P = 0,07).

Концентрации на плазмен лептин (A) и FGF-21 (B). Данните са средни стойности ± нормализирани (n) 95% CI за n = 12 здрави млади мъже. EX, упражнение; FGF-21, растежен фактор на фибробластите 21; OGTT, орален тест за глюкозен толеранс.

Дискусия

Това е първото проучване за оценка на ефекта от храненето преди тренировка в сравнение с гладуването върху всички компоненти на енергийния баланс в продължение на 24 часа, с включване както в лабораторния, така и в свободното време. Показахме, че пропускането на закуска преди тренировка (FE) не се компенсира напълно с енергиен прием след упражнения и изобщо не се компенсира с последващи енергийни разходи, създаващи по-отрицателен дневен енергиен баланс в сравнение с консумацията на закуска преди тренировка (BE ). Нашите резултати също показват, че използването на глюкоза в плазмата по време на FE демонстрира по-силна връзка с компенсацията на енергийния прием, отколкото използването на мускулен гликоген, усвояването на липидите в цялото тяло или енергийните разходи. Използването на глюкоза в плазмата беше и единственият източник на въглехидрати, който демонстрира положителна връзка с компенсацията на енергийния прием. Тъй като плазмената глюкоза по време на тренировка, когато гладува, се получава предимно от чернодробни източници, този резултат подкрепя потенциалната роля на чернодробните въглехидратни състояния в регулирането на енергийния баланс след упражненията. Тези данни предлагат нова представа за отговорите на храненето и упражненията, които са лесно приложими за обичайното ежедневие (29, 30).

Способността да се приложат изцяло тези констатации за енергийния прием към ежедневния живот обаче е непълна без оценка на енергийните разходи за свободен живот. Тук ние също така демонстрираме, че пропускането на закуска преди тренировка не се компенсира изцяло чрез неразтоварване на енергийни разходи, когато това се основава на обективни мерки за физическа активност в среда на свободен живот. По този начин осигурихме по-пълна картина на енергийния баланс след закуска в сравнение с гладуването преди тренировка. Всъщност мониторът за физическа активност, който използвахме, беше валидиран в лабораторни условия и условия за свободен живот (включително срещу вода с двойно етикетиране) (25, 31, 32). Като цяло нашите резултати показват следното: 1) дори с включването на компонент за свободно живеене, гладуването преди тренировка създава по-отрицателен дневен енергиен баланс в сравнение с консумацията на закуска преди тренировка; и 2) балансът на въглехидратите в цялото тяло може да допринесе за регулиране на енергийния баланс (поне в периода след тренировка).

В заключение, пропускането на закуска преди тренировка не се компенсира напълно от енергийния прием и изобщо не се компенсира от нетрениращи енергийни разходи след упражнения, създавайки по-отрицателен 24-часов енергиен баланс в сравнение с това, когато закуската се консумира преди тренировка. Ние също така показваме, че компенсацията на енергийния прием след упражнения е положително корелирана с използването на глюкоза в плазмата, когато се извършва упражнение по време на гладуване, подчертавайки възможната роля за състоянието на въглехидрати в черния дроб в регулирането на енергийния баланс. Тези резултати имат важно значение за регулирането на енергийния баланс след упражненията и предполагат, че за здрави млади мъже може да се постигне по-лесно краткосрочен енергиен дефицит, ако се пропусне закуската преди тренировка.

Благодарности

Отговорностите на авторите бяха следните - JTG, KDT, DLH, EJS, JAB и DT: проектираха изследването; RME, JTG AH, HAS, RLT и JPW: проведоха изследването; RME, JTG, AH, HS и GAW: анализира данните; RME и JTG: извърши статистическия анализ; RME и JTG: основно е написал статията; и всички автори: допринесоха за по-ранни версии на ръкописа и прочетоха и одобриха окончателната версия.

Бележки

Финансирането на тази работа е осигурено от Европейското дружество за клинично хранене и метаболизъм и фондовете за награди Rank. DT, JTG и JAB се финансират от MRC (MR/P002927/1) и BBSRC (BB/R018928/1).

Разкриване на авторите: никой от авторите не е съобщил за конфликт на интереси, свързан с изследването.

Използвани съкращения: BE, закуска преди тренировка; BR, закуска, последвана от почивка; FE, гладуване през нощта преди тренировка; FGF-21, растежен фактор на фибробластите 21; OGTT, орален тест за глюкозен толеранс.