L’effetto acuto delle modalità di esercizio e delle manipolazioni nutrizionali sul dispendio energetico a riposo post-esercizio e sul rapporto di scambio respiratorio nelle donne: uno studio randomizzato

Design sperimentale

Per verificare le ipotesi dello studio, è stato utilizzato un disegno randomizzato, crossover, fattoriale. Dopo i test preliminari della frequenza cardiaca a riposo, della composizione corporea e della forza, ogni partecipante ha completato sei sessioni di esercizio ordinate in modo casuale che consistevano in tre modalità di esercizio: AEE, HIIT e HIRT; e due interventi nutrizionali randomizzati acuti: CHO e PRO (Figura 1). I partecipanti hanno eseguito ogni modalità di esercizio due volte, con un intervento nutrizionale diverso ogni volta. I campioni salivari sono stati raccolti prima di ogni sessione di esercizio per determinare le concentrazioni di estradiolo e cortisolo e dopo ogni sessione di esercizio per determinare le concentrazioni di cortisolo. Le sessioni di esercizio sono state eseguite alla stessa ora del giorno, entro 2 ore, con almeno 48 ore tra ogni sessione, e l’ordine è stato assegnato in modo casuale utilizzando un software di assegnazione casuale (versione 1.0.0; Isfahan, Iran). I soggetti sono stati istruiti a rimanere ben idratati, ad essere 3 h postprandiale, ad astenersi dalla caffeina 5 h prima, e ad astenersi dall’esercizio faticoso 24 h prima di tutte le sessioni di esercizio.

Schema del protocollo sperimentale. REE, spesa energetica a riposo (kcal/giorno); RER, rapporto di scambio respiratorio; CHO, carboidrati; PRO, proteine; HRR, riserva di frequenza cardiaca; AEE, esercizio di resistenza aerobica; HIIT, corsa a intervalli ad alta intensità; HIRT, allenamento di resistenza ad alta intensità.

Partecipanti

Ventuno donne eumenorroiche, in età da college, attive nel tempo libero sono state arruolate per partecipare a questo studio; una partecipante si è ritirata a causa di un infortunio non collegato. Venti donne (n = 20) hanno completato lo studio (Tabella 1) e sono state incluse nelle analisi statistiche. Il protocollo dello studio è stato approvato dall’Institutional Review Board dell’Università, e tutte le procedure seguite erano in accordo con la Dichiarazione di Helsinki del 1975, come rivista nel 2008. Prima della partecipazione, tutti i partecipanti hanno fornito un consenso informato scritto e hanno completato un questionario sulla storia della salute. Per essere incluse in questo studio, le partecipanti dovevano essere donne di età compresa tra i 18 e i 35 anni ed essere attive a livello ricreativo, definito come accumulare da 1 a 5 ore alla settimana di esercizio aerobico e/o di resistenza, escludendo gli atleti competitivi. Le partecipanti sono state escluse se non erano in forma, se erano incinte, se avevano rischi per la salute cardiovascolare o neuromuscolare, se avevano lesioni o se avevano malattie cardiache, polmonari, renali o epatiche.

Misurazione della riserva di frequenza cardiaca e valutazione della composizione corporea

I partecipanti si sono presentati al laboratorio di fisiologia applicata dopo un digiuno di 8 ore, dove hanno riposato per 15 minuti. La frequenza cardiaca a riposo (RHR) è stata misurata utilizzando un cardiofrequenzimetro polare (Polar FT1, Polar USA, Port Washington, NY, USA), mentre la frequenza cardiaca massima prevista dall’età (MHR) è stata determinata. La frequenza cardiaca bersaglio dell’esercizio (THR) è stata calcolata utilizzando l’equazione di Karvonen. Durante ogni esercizio, la frequenza cardiaca (HR) è stata misurata utilizzando il suddetto monitor HR. Gli esercizi sono stati abbinati per il dispendio calorico (dati pilota non pubblicati), in contrapposizione al tempo, al fine di controllare la durata dell’esercizio.

Per i dati di base, la composizione del corpo intero è stata misurata utilizzando un Hologic Dual Energy X-ray Absorptiometer (DEXA, Hologic Discovery W, Bedford, MA, USA) utilizzando il software predefinito del dispositivo (software Apex versione 3.3). Il dispositivo utilizza l’acquisizione di un fascio a ventaglio rettilineo per fornire una valutazione a tre compartimenti della composizione corporea, compresa la massa grassa (FM), la massa magra (LM) e la percentuale di grasso corporeo (% grasso). Dopo aver rimosso tutti gli oggetti metallici, i soggetti si sono sdraiati supini al centro della piattaforma con le mani rivolte verso il basso vicino ai loro lati. I soggetti sono stati istruiti a rimanere fermi e a respirare normalmente per tutta la durata della scansione. Tutte le scansioni sono state eseguite dallo stesso tecnico certificato DEXA. Il dispositivo è stato calibrato secondo le raccomandazioni del produttore prima del test per garantire risultati validi. L’affidabilità del test-retest precedente nel nostro laboratorio era FM: ICC = 0,98, SEM = 0,85 kg; LM: ICC = 0,99, SEM = 1,07 kg; % grasso: ICC = 0,98, SEM = 1,0%.

Test di forza massimale

In uno stato post-assorbente standard, ogni partecipante ha eseguito un test di forza massima (RM) a una ripetizione di bench press e leg press, utilizzando pesi liberi e uno spotter, secondo le linee guida standard precedentemente utilizzate in questo laboratorio. Dopo un riscaldamento di 5 minuti e un leggero stretching, i partecipanti hanno familiarizzato con l’attrezzatura e il movimento dei movimenti. Ogni partecipante ha poi eseguito da otto a dieci ripetizioni al 50% del loro 1RM previsto. Dopo un periodo di riposo di 1 minuto, ogni partecipante ha eseguito da quattro a sei ripetizioni all’80% del loro 1RM previsto. Dopo un periodo di riposo di 1 minuto, il peso è stato aumentato ad un carico stimato di 1RM, che i partecipanti hanno sollevato una volta. Dopo ogni serie di successo di una ripetizione, il peso è stato aumentato fino a quando non si è verificato un tentativo fallito, entro quattro tentativi. Da due a tre minuti di riposo sono stati dati tra i tentativi 1RM.

Dopo i test 1RM, i partecipanti hanno eseguito un test di forza multiple-RM per quattro esercizi accessori: affondo stazionario alternato, overhead shoulder press, curl bicipiti e overhead triceps extension. Con i pesi liberi e uno spotter, i partecipanti hanno eseguito ogni esercizio con un peso che potevano sollevare per una serie di non meno di tre e non più di dieci ripetizioni. Il peso per ogni esercizio, impostato dagli assistenti di laboratorio, era basato sull’esperienza di allenamento della forza di ogni partecipante. Se il partecipante non era in grado di eseguire l’esercizio per tre ripetizioni o era in grado di eseguire più di dieci ripetizioni, il peso veniva diminuito o aumentato, rispettivamente, e il test veniva rifatto. Un riposo da 2 a 3 minuti è stato dato tra ogni esercizio.

Il RM multiplo ottenuto dalle prove di forza è stato utilizzato per stimare 1RM per gli esercizi accessori utilizzando la seguente equazione :

dove RepWt = quantità di peso sollevato (lbs) con ogni ripetizione e RTF = quantità di ripetizioni fino alla fatica.

Una volta determinato l’1RM del partecipante per tutti gli esercizi, l’80% – 85% è stato calcolato per il 6RM – 8RM utilizzato per le sessioni HIRT.

Valutazione dell’assunzione di energia

Tutti i partecipanti hanno completato un registro alimentare di 3 giorni per valutare la loro regolare assunzione di nutrienti. I partecipanti sono stati istruiti sulle porzioni di cibo e sono stati invitati a mangiare diete simili il giorno prima di ogni sessione di esercizio per facilitare profili di macronutrienti simili. L’assunzione di nutrienti è stata analizzata utilizzando un programma software di nutrizione (The Food Processor, versione 10.12.0, Esha Research, Salem, OR, USA). In media, i soggetti hanno ingerito 2.078,7 ± 679,9 kcal, 253,7 ± 97,6 g CHO (circa 48,8% CHO), 84,3 ± 29,9 g PRO (circa 16,2% PRO), e 80,9 ± 36,7 g di grassi (circa 35,0% di grassi) al giorno.

Raccolta e analisi della saliva

Al fine di rendere conto delle possibili differenze nell’utilizzo del substrato energetico tra le sessioni di esercizio, è stato misurato l’estradiolo. Le concentrazioni di estradiolo sono state determinate da un campione di saliva da 2,5 a 5,0 mL prima di ogni sessione di esercizio, utilizzando un test ELISA per l’estradiolo-β-17 salivare (estrogeni) (Salivary 17β-Estradiol Enzyme Immunoassay Kit, Salimetrics, LLC, State College, PA, USA). Per garantire la validità dei risultati della raccolta della saliva, ai partecipanti è stato chiesto di evitare di bere alcolici per 12 ore e di mangiare un pasto importante per 3 ore prima di dare campioni di saliva. Ai partecipanti è stato chiesto di sciacquare la bocca con acqua 10 minuti prima della raccolta della saliva, per rimuovere i residui di cibo. Per evitare la presenza di sangue nelle raccolte di saliva, ai partecipanti è stato chiesto di evitare di lavarsi i denti per 45 minuti e di ottenere lavori dentali per 48 ore prima di dare campioni di saliva. Tutti i campioni sono stati mantenuti a 4°C non più del necessario prima di congelarli a -20°C. Coefficiente di precisione intra-saggio di variazione (CV) per estrogeni era 8,7% a 18,6%; inter-saggio precisione CV era 3,9%. A causa del ruolo fisiologico dell’estradiolo-β-17 sull’utilizzo dei substrati energetici nelle donne, i livelli di estradiolo al basale sono stati utilizzati come covariati nelle analisi REE e RER.

Il cortisolo è stato misurato per tenere conto della risposta allo stress di ogni modalità di esercizio. Le concentrazioni di cortisolo sono state determinate da un campione di saliva da 2,5 a 5,0 mL prima e dopo ogni allenamento, utilizzando un test ELISA per il cortisolo salivare (Salivary Cortisol Enzyme Immunoassay Kit, Salimetrics, LLC, State College, PA, USA); è stato utilizzato il protocollo già citato per la raccolta e la conservazione. Una volta raccolti tutti i campioni, i sottocampioni più piccoli sono stati raggruppati tra i due integratori per produrre un campione pre e uno post esercizio per determinare l’effetto di ciascuna modalità sul cortisolo, indipendentemente dal trattamento. Il CV di precisione intra-test per il cortisolo era 12,0%-17,1%; il CV di precisione inter-test era 4,9%.

Intervento nutrizionale

Dopo aver fornito un campione di saliva e immediatamente prima di iniziare ogni sessione di esercizio, in un modo in doppio cieco, i partecipanti hanno ingerito per via orale 25 g di CHO (maltodestrina) o PRO (isolato di siero di latte; Elite Whey Protein Isolate, Dymatize Nutrition, Farmers Branch, TX, USA) mescolato con 6 once di acqua in una bottiglia opaca. L’ordine del trattamento è stato assegnato in modo casuale utilizzando un software di assegnazione casuale. In conformità con le linee guida CONSORT, i prodotti nutrizionali sono stati resi ciechi dall’azienda prima dell’arrivo in laboratorio. Tutti i partecipanti e i membri del team di ricerca erano ciechi al trattamento, fino a dopo le analisi statistiche.

Esercizio di resistenza aerobica (AEE)

Un allenamento AEE consisteva in un riscaldamento di 5 minuti auto-selezionato, seguito da una corsa di 30 minuti sul tapis roulant (Q65 Series 90, Quinton Instrument Co., Seattle, WA, USA) al 45%-55% HRR. L’RPE (scala Borg) è stato registrato e la frequenza cardiaca è stata misurata alla fine di ogni minuto; entrambi sono stati calcolati come media sul periodo di esercizio di 30 minuti.

High-intensity interval running (HIIT)

Un allenamento HIIT consisteva in un riscaldamento di 5 minuti autoselezionato, seguito da dieci giri di corsa sul tapis roulant di 60 secondi all’85% – 95% della frequenza cardiaca con un periodo di riposo passivo di 60 secondi. L’intero esercizio è durato circa 20 minuti. L’RPE è stato registrato e la frequenza cardiaca è stata misurata alla fine di ogni intervallo; una media dei dieci intervalli di esercizio di 60 secondi è stata utilizzata per l’analisi statistica.

Allenamento di resistenza ad alta intensità (HIRT)

I dati ottenuti dalla valutazione della forza sono stati utilizzati per determinare un carico di peso adeguato per la sessione HIRT. Gli esercizi sono stati eseguiti nel seguente ordine: leg press e bench press (York Barbell Co., York, PA, USA), affondi, shoulder press, curl bicipiti e estensione dei tricipiti utilizzando pesi liberi. I soggetti hanno eseguito un riscaldamento autoselezionato prima di iniziare. Un allenamento HIRT consisteva in tre serie da 6RM a 8RM seguite da 20-30 secondi di riposo per ogni esercizio. C’era un periodo di riposo di 2,5 minuti tra ogni esercizio. La durata media delle sessioni HIRT era di circa 25 minuti. L’HR è stato misurato alla fine di ogni serie, e l’RPE è stato registrato alla fine di ogni esercizio; la media dell’HR e dell’RPE di ognuno dei sei esercizi è stata utilizzata nelle analisi statistiche.

Misure metaboliche

REE e RER sono state analizzate utilizzando un carrello metabolico e un software interno (TrueOne 2400, ParvoMedics, Inc., Sandy, UT, USA). Le valutazioni indirette dell’assorbimento di ossigeno (VO2) e della produzione di anidride carbonica (VCO2) sono state misurate e utilizzate nelle seguenti equazioni per calcolare REE e RER, rispettivamente:

L’analisi dei gas è stata eseguita tramite un boccaglio e un tubo immediatamente prima di ogni sessione di esercizio, per 15 minuti, per ottenere misure a riposo (base). Subito dopo la conclusione delle sessioni di esercizio, i partecipanti sono stati seduti e ricollegati al carrello metabolico per 15 minuti per ottenere misure immediatamente successive all’esercizio (IP). I partecipanti sono stati poi scollegati dal carrello e sono rimasti tranquillamente seduti. Le misurazioni sono state effettuate nuovamente durante i minuti da 25 a 35 (30 min) e da 50 a 60 (60 min).

Analisi statistiche

È stata eseguita una ANOVA a misure ripetute a una via per determinare le differenze al basale nei livelli di estradiolo e cortisolo salivari. Un’analisi della covarianza (ANCOVA) modello lineare a effetti misti è stato utilizzato per confrontare i cambiamenti medi longitudinali in REE e RER. I modelli iniziali includevano effetti fissi per il trattamento nutrizionale (CHO vs. PRO), modalità di esercizio (AEE vs. HIIT vs. HIRT), tempo (basale vs. IP vs. 30 min vs. 60 min), interazioni a due e tre vie, così come il livello di estradiolo salivare basale. L’interazione a tre vie è stato testato prima; se non significativo, un modello ridotto è stato adattato senza l’interazione a tre vie. Contrasti multipli di grado di libertà sono stati poi utilizzati per testare eventuali prove di differenze tra interventi nutrizionali o modalità di esercizio nel tempo. Solo se questi contrasti complessivi erano significativi, sono stati completati i confronti a coppie. È stata eseguita un’ANCOVA sulla variazione del cortisolo, covariata per le differenze al basale. Un’ANOVA a misure ripetute è stata eseguita sulle differenze di HR e RPE nelle modalità. SPSS versione 20 (IBM; Armonk, NY, USA) è stato utilizzato per eseguire le analisi statistiche. Tutti i test sono stati condotti al livello di significatività del 5%.