Der akute Effekt von Trainingsmodalitäten und Ernährungsmanipulationen auf den Ruheenergieverbrauch und das Verhältnis der Atemwege bei Frauen nach dem Training: eine randomisierte Studie

Experimentelles Design

Um die Studienhypothesen zu testen, wurde ein randomisiertes, faktorielles Crossover-Design verwendet. Nach einer Voruntersuchung der Ruheherzfrequenz, der Körperzusammensetzung und der Kraft, absolvierte jeder Teilnehmer sechs zufällig angeordnete Trainingseinheiten, die aus drei Trainingsmodalitäten bestanden: AEE, HIIT und HIRT; und zwei akute randomisierte Ernährungsinterventionen: CHO und PRO (Abbildung 1). Die Teilnehmer führten jeden Trainingsmodus zweimal durch, wobei sie jedes Mal eine andere Ernährungsintervention erhielten. Vor jeder Trainingseinheit wurden Speichelproben entnommen, um die Östradiol- und Cortisolkonzentrationen zu bestimmen, und nach jeder Trainingseinheit, um die Cortisolkonzentrationen zu bestimmen. Die Übungssitzungen wurden zur gleichen Tageszeit, innerhalb von 2 Stunden und mit einem Abstand von mindestens 48 Stunden zwischen den einzelnen Sitzungen durchgeführt, und die Reihenfolge wurde nach dem Zufallsprinzip mit Hilfe einer Software (Version 1.0.0; Isfahan, Iran) festgelegt. Die Probanden wurden angewiesen, gut hydriert zu bleiben, 3 Stunden postprandial zu sein, 5 Stunden vorher kein Koffein zu sich zu nehmen und 24 Stunden vor allen Trainingseinheiten auf anstrengende Übungen zu verzichten.

Schema des Versuchsprotokolls. REE, Ruheenergieverbrauch (kcal/Tag); RER, respiratorisches Austauschverhältnis; CHO, Kohlenhydrate; PRO, Protein; HRR, Herzfrequenzreserve; AEE, aerobes Ausdauertraining; HIIT, hochintensiver Intervalllauf; HIRT, hochintensives Widerstandstraining.

Teilnehmerinnen

Einundzwanzig eumenorrhöische Frauen im College-Alter, die in ihrer Freizeit aktiv waren, wurden für die Teilnahme an dieser Studie angemeldet; eine Teilnehmerin zog sich aufgrund einer nicht damit zusammenhängenden Verletzung zurück. Zwanzig Frauen (n = 20) schlossen die Studie ab (Tabelle 1) und wurden in die statistischen Analysen einbezogen. Das Studienprotokoll wurde vom Institutional Review Board der Universität genehmigt, und alle durchgeführten Verfahren entsprachen der Deklaration von Helsinki aus dem Jahr 1975 in der 2008 überarbeiteten Fassung. Vor der Teilnahme gaben alle Teilnehmer eine schriftliche Einverständniserklärung ab und füllten einen Fragebogen zur Gesundheitsgeschichte aus. Um an der Studie teilnehmen zu können, mussten die Teilnehmerinnen Frauen im Alter zwischen 18 und 35 Jahren sein und in ihrer Freizeit aktiv sein, d. h. 1 bis 5 Stunden pro Woche Aerobic- und/oder Widerstandstraining absolvieren, ausgenommen Leistungssportler. Die Teilnehmerinnen wurden ausgeschlossen, wenn sie untauglich oder schwanger waren, ein kardiovaskuläres oder neuromuskuläres Gesundheitsrisiko hatten, an Verletzungen litten oder eine Herz-, Lungen-, Nieren- oder Lebererkrankung aufwiesen.

Messung der Herzfrequenzreserve und Bewertung der Körperzusammensetzung

Die Teilnehmer meldeten sich nach einem 8-stündigen Fasten im Labor für angewandte Physiologie, wo sie 15 Minuten lang ruhten. Die Ruheherzfrequenz (RHR) wurde mit einem Polar-Herzfrequenzmessgerät (Polar FT1, Polar USA, Port Washington, NY, USA) gemessen, während die altersbedingte maximale Herzfrequenz (MHR) bestimmt wurde. Die Zielherzfrequenz (THR) wurde anhand der Karvonen-Gleichung berechnet. Während jeder Übung wurde die Herzfrequenz (HR) mit dem oben erwähnten Herzfrequenzmessgerät gemessen. Die Übungen wurden nach dem Kalorienverbrauch (Pilotdaten nicht veröffentlicht) und nicht nach der Zeit abgestimmt, um die Übungsdauer zu kontrollieren.

Für die Ausgangsdaten wurde die Ganzkörperzusammensetzung mit einem Hologic Dual Energy X-ray Absorptiometer (DEXA, Hologic Discovery W, Bedford, MA, USA) unter Verwendung der Standardsoftware des Geräts (Apex Software Version 3.3) gemessen. Das Gerät verwendet eine geradlinige Fächerstrahlerfassung, um eine Bewertung der Körperzusammensetzung in drei Kompartimenten zu ermöglichen, einschließlich Fettmasse (FM), Magermasse (LM) und prozentualem Körperfett (% Fett). Nachdem alle Metallgegenstände entfernt worden waren, legten sich die Probanden in Rückenlage in die Mitte der Plattform und hielten die Hände seitlich nach unten. Die Probanden wurden angewiesen, während des gesamten Scans ruhig zu liegen und normal zu atmen. Alle Scans wurden von demselben DEXA-zertifizierten Techniker durchgeführt. Das Gerät wurde vor dem Test gemäß den Empfehlungen des Herstellers kalibriert, um valide Ergebnisse zu gewährleisten. Frühere Test-Retest-Zuverlässigkeiten in unserem Labor waren FM: ICC = 0,98, SEM = 0,85 kg; LM: ICC = 0,99, SEM = 1,07 kg; % Fett: ICC = 0,98, SEM = 1,0%.

Maximalkrafttest

In einem standardmäßigen Zustand nach der Absorption führte jeder Teilnehmer einen Krafttest mit einer Wiederholung (RM) beim Bankdrücken und Beinpressen durch, wobei er freie Gewichte und einen Spotter benutzte, entsprechend den zuvor in diesem Labor verwendeten Standardrichtlinien. Nach einer 5-minütigen Aufwärmphase und leichtem Dehnen wurden die Teilnehmer mit den Geräten und den Bewegungsabläufen vertraut gemacht. Jeder Teilnehmer führte dann acht bis zehn Wiederholungen bei 50 % seines vorhergesagten 1RM durch. Nach einer einminütigen Ruhepause führte jeder Teilnehmer vier bis sechs Wiederholungen bei 80 % seines vorhergesagten 1RM aus. Nach einer einminütigen Ruhepause wurde das Gewicht auf die geschätzte 1RM-Last erhöht, die die Teilnehmer einmal anhoben. Nach jedem erfolgreichen Satz mit einer Wiederholung wurde das Gewicht erhöht, bis innerhalb von vier Versuchen ein Fehlversuch auftrat. Zwischen den 1RM-Versuchen wurden zwei bis drei Minuten Pause eingelegt.

Nach den 1RM-Tests führten die Teilnehmer einen Multiple-RM-Krafttest für vier Zusatzübungen durch: alternierende stationäre Ausfallschritte, Schulterdrücken über Kopf, Bizepscurls und Trizepsstrecker über Kopf. Mit freien Gewichten und einem Spotter führten die Teilnehmer jede Übung mit einem Gewicht aus, das sie für einen Satz mit mindestens drei und höchstens zehn Wiederholungen heben konnten. Das Gewicht für jede Übung wurde von den Laborassistenten auf der Grundlage der bisherigen Erfahrung der Teilnehmer im Krafttraining festgelegt. Wenn der Teilnehmer nicht in der Lage war, die Übung mit drei Wiederholungen auszuführen, oder mehr als zehn Wiederholungen schaffte, wurde das Gewicht verringert bzw. erhöht, und der Test wurde wiederholt. Zwischen jeder Übung wurde eine 2- bis 3-minütige Pause eingelegt.

Die aus den Krafttests gewonnene multiple RM wurde zur Schätzung der 1RM für die Zusatzübungen unter Verwendung der folgenden Gleichung verwendet:

wobei RepWt = Menge des bei jeder Wiederholung gehobenen Gewichts (lbs) und RTF = Anzahl der Wiederholungen bis zur Ermüdung.

Nachdem das 1RM des Teilnehmers für alle Übungen bestimmt wurde, wurden 80 % bis 85 % für das 6RM bis 8RM für die HIRT-Sitzungen berechnet.

Bewertung der Energiezufuhr

Alle Teilnehmer füllten ein 3-Tage-Ernährungsprotokoll aus, um ihre regelmäßige Nährstoffzufuhr zu bewerten. Die Teilnehmer wurden über Lebensmittelportionen aufgeklärt und gebeten, sich am Tag vor jeder Trainingseinheit ähnlich zu ernähren, um ähnliche Makronährstoffprofile zu ermöglichen. Die Nahrungsaufnahme wurde mithilfe eines Ernährungssoftwareprogramms (The Food Processor, Version 10.12.0, Esha Research, Salem, OR, USA) analysiert. Im Durchschnitt nahmen die Probanden 2.078,7 ± 679,9 kcal, 253,7 ± 97,6 g CHO (ca. 48,8 % CHO), 84,3 ± 29,9 g PRO (ca. 16,2 % PRO) und 80,9 ± 36,7 g Fett (ca. 35,0 % Fett) pro Tag zu sich.

Speichelsammlung und -analyse

Um mögliche Unterschiede in der Nutzung des Energiesubstrats zwischen den Trainingseinheiten zu berücksichtigen, wurde Estradiol gemessen. Die Östradiolkonzentrationen wurden durch eine 2,5 bis 5,0 ml große Speichelprobe vor jeder Trainingseinheit bestimmt, wobei ein ELISA-Test für Speichel-β-17-Östradiol (Östrogen) verwendet wurde (Salivary 17β-Estradiol Enzyme Immunoassay Kit, Salimetrics, LLC, State College, PA, USA). Um valide Speichelprobenergebnisse zu gewährleisten, wurden die Teilnehmer gebeten, 12 Stunden lang keinen Alkohol zu trinken und 3 Stunden lang vor der Abgabe der Speichelproben keine größere Mahlzeit zu sich zu nehmen. Die Teilnehmer wurden gebeten, ihren Mund 10 Minuten vor der Speichelentnahme mit Wasser auszuspülen, um Speisereste zu entfernen. Um Blut im Speichel zu vermeiden, wurden die Teilnehmer gebeten, 45 Minuten lang nicht die Zähne zu putzen und 48 Stunden lang keine zahnärztlichen Behandlungen vorzunehmen, bevor sie Speichelproben abgaben. Alle Proben wurden nicht länger als nötig bei 4 °C aufbewahrt, bevor sie bei -20 °C eingefroren wurden. Der Variationskoeffizient (CV) der Intra-Assay-Präzision für Östrogen betrug 8,7 % bis 18,6 %; der CV der Inter-Assay-Präzision betrug 3,9 %. Aufgrund der physiologischen Rolle von Östradiol-β-17 bei der Nutzung von Energiesubstraten bei Frauen wurden die Östradiol-Basisspiegel als Kovariate in den REE- und RER-Analysen verwendet.

Cortisol wurde gemessen, um die Stressreaktion bei jeder Trainingsart zu berücksichtigen. Die Cortisolkonzentrationen wurden durch eine 2,5 bis 5,0 ml große Speichelprobe vor und nach jedem Training mit einem ELISA-Test für Speichelcortisol (Salivary Cortisol Enzyme Immunoassay Kit, Salimetrics, LLC, State College, PA, USA) bestimmt; es wurde das oben genannte Protokoll für die Sammlung und Lagerung verwendet. Sobald alle Proben entnommen waren, wurden kleinere Teilproben zwischen den beiden Präparaten gepoolt, um eine Probe vor und eine Probe nach dem Training zu erhalten, um die Wirkung der einzelnen Modalitäten auf das Cortisol unabhängig von der Behandlung zu bestimmen. Der Intra-Assay-Präzisions-CV für Cortisol betrug 12,0 % bis 17,1 %; der Inter-Assay-Präzisions-CV betrug 4,9 %.

Ernährungsintervention

Nach Abgabe einer Speichelprobe und unmittelbar vor Beginn jeder Trainingseinheit nahmen die Teilnehmer doppelblind 25 g CHO (Maltodextrin) oder PRO (Molkenproteinisolat; Elite Whey Protein Isolate, Dymatize Nutrition, Farmers Branch, TX, USA) gemischt mit 6 oz Wasser in einer undurchsichtigen Flasche oral ein. Die Reihenfolge der Behandlung wurde nach dem Zufallsprinzip mithilfe einer Software zugewiesen. In Übereinstimmung mit den CONSORT-Richtlinien wurden die Nahrungsergänzungsmittel von der Firma vor der Ankunft im Labor verblindet. Alle Teilnehmer und Mitglieder des Forschungsteams waren bis nach den statistischen Analysen für die Behandlung verblindet.

Aerobes Ausdauertraining (AEE)

Ein AEE-Training bestand aus einem selbst gewählten 5-minütigen Aufwärmtraining, gefolgt von einem 30-minütigen Jogging auf dem Laufband (Q65 Series 90, Quinton Instrument Co., Seattle, WA, USA) bei 45 % bis 55 % HRR. Der RPE-Wert (Borg-Skala) wurde aufgezeichnet, und die Herzfrequenz wurde am Ende jeder Minute gemessen; beides wurde über die 30-minütige Trainingszeit gemittelt.

Hochintensives Intervalllaufen (HIIT)

Ein HIIT-Wettkampf bestand aus einem selbst gewählten 5-minütigen Aufwärmen, gefolgt von zehn Runden eines 60-s-Laufbandlaufs bei 85 % bis 95 % HRR mit einer 60-s-Passivpause. Die gesamte Trainingseinheit dauerte etwa 20 Minuten. Der RPE-Wert wurde aufgezeichnet und die Herzfrequenz am Ende jedes Intervalls gemessen. Für die statistische Analyse wurde der Durchschnitt der zehn 60-Sekunden-Intervalle herangezogen.

Hochintensives Widerstandstraining (HIRT)

Die aus der Kraftmessung gewonnenen Daten wurden verwendet, um eine angemessene Gewichtsbelastung für die HIRT-Sitzung zu bestimmen. Die Übungen wurden in folgender Reihenfolge durchgeführt: Beinpresse und Bankdrücken (York Barbell Co., York, PA, USA), Ausfallschritte, Schulterdrücken, Bizepscurl und Trizepsstrecker mit freien Gewichten. Vor dem Start führten die Probanden ein selbstgewähltes Aufwärmprogramm durch. Ein HIRT-Wettkampf bestand aus drei Sätzen von 6 bis 8 MRM, gefolgt von einer 20- bis 30-s dauernden Pause für jede Übung. Zwischen den einzelnen Übungen wurde eine Ruhepause von 2,5 Minuten eingelegt. Die durchschnittliche Dauer der HIRT-Sitzungen betrug etwa 25 Minuten. Die Herzfrequenz wurde am Ende jedes Satzes gemessen, und der RPE-Wert wurde am Ende jeder Übung aufgezeichnet; der Durchschnitt der Herzfrequenz und des RPE-Wertes jeder der sechs Übungen wurde für die statistischen Analysen verwendet.

Metabolische Messungen

REE und RER wurden mit einem metabolischen Wagen und interner Software (TrueOne 2400, ParvoMedics, Inc., Sandy, UT, USA) analysiert. Indirekte Bewertungen der Sauerstoffaufnahme (VO2) und der Kohlendioxidproduktion (VCO2) wurden gemessen und in den folgenden Gleichungen zur Berechnung von REE bzw. RER verwendet:

Die Gasanalyse wurde über ein Mundstück und einen Schlauch unmittelbar vor jeder Trainingseinheit durchgeführt, für 15 Minuten durchgeführt, um die Ruhewerte zu ermitteln (Basis). Unmittelbar nach Beendigung der Trainingseinheiten setzten sich die Teilnehmer und wurden für 15 Minuten wieder an den Stoffwechselwagen angeschlossen, um Messungen unmittelbar nach dem Training (IP) zu erhalten. Die Teilnehmer wurden dann vom Wagen getrennt und blieben ruhig sitzen. Die Messungen wurden erneut in den Minuten 25 bis 35 (30 Minuten) und 50 bis 60 (60 Minuten) durchgeführt.

Statistische Analysen

Eine einseitige ANOVA mit wiederholten Messungen wurde durchgeführt, um die Ausgangsunterschiede bei den Östradiol- und Cortisolspiegeln im Speichel zu bestimmen. Ein lineares Modell mit gemischten Effekten (ANCOVA) wurde verwendet, um die mittleren longitudinalen Veränderungen von REE und RER zu vergleichen. Die anfänglichen Modelle enthielten feste Effekte für die Ernährungsbehandlung (CHO vs. PRO), die Trainingsmodalität (AEE vs. HIIT vs. HIRT), die Zeit (Ausgangswert vs. IP vs. 30 min vs. 60 min), zwei- und dreifache Wechselwirkungen sowie den Ausgangswert des Speichelöstradiolspiegels. Die dreifache Interaktion wurde zuerst getestet; falls sie nicht signifikant war, wurde ein reduziertes Modell ohne die dreifache Interaktion angepasst. Anschließend wurden Kontraste mit mehreren Freiheitsgraden verwendet, um zu prüfen, ob es Anzeichen für Unterschiede zwischen den Ernährungsinterventionen oder den Trainingsmodalitäten im Zeitverlauf gibt. Nur wenn diese Gesamtkontraste signifikant waren, wurden paarweise Vergleiche durchgeführt. Für die Veränderung des Cortisolspiegels wurde eine ANCOVA durchgeführt, bei der die Unterschiede zwischen den Ausgangswerten kovariiert wurden. Eine ANOVA mit wiederholten Messungen wurde für die HR- und RPE-Unterschiede zwischen den Modalitäten durchgeführt. Zur Durchführung der statistischen Analysen wurde SPSS Version 20 (IBM; Armonk, NY, USA) verwendet. Alle Tests wurden mit einem Signifikanzniveau von 5 % durchgeführt.