Ostry wpływ modalności ćwiczeń i manipulacji żywieniowych na spoczynkowy wydatek energetyczny i wskaźnik wymiany oddechowej po ćwiczeniach u kobiet: badanie randomizowane

Projekt eksperymentalny

Do testowania hipotez badawczych zastosowano randomizowany, krzyżowy, czynnikowy projekt. Po wstępnych badaniach tętna spoczynkowego, składu ciała i siły, każdy z uczestników wykonał sześć losowo wybranych sesji treningowych składających się z trzech modalności ćwiczeń: AEE, HIIT, i HIRT; oraz dwie ostre randomizowane interwencje żywieniowe: CHO i PRO (Rycina 1). Uczestnicy wykonywali każdy tryb ćwiczeń dwukrotnie, za każdym razem stosując inną interwencję żywieniową. Próbki śliny pobierano przed każdą sesją ćwiczeń w celu określenia stężenia estradiolu i kortyzolu oraz po każdej sesji ćwiczeń w celu określenia stężenia kortyzolu. Sesje ćwiczeń wykonywano o tej samej porze dnia, w ciągu 2 h, z co najmniej 48-godzinną przerwą między każdą sesją, a kolejność przydzielano losowo przy użyciu oprogramowania do losowego przydziału (wersja 1.0.0; Isfahan, Iran). Badanych poinstruowano, aby pozostali dobrze nawodnieni, aby byli 3 h poposiłkowi, aby powstrzymali się od kofeiny 5 h wcześniej i aby powstrzymali się od forsownych ćwiczeń 24 h przed wszystkimi sesjami ćwiczeń.

Schemat protokołu eksperymentalnego. REE, spoczynkowy wydatek energetyczny (kcal/dzień); RER, wskaźnik wymiany oddechowej; CHO, węglowodany; PRO, białko; HRR, rezerwa tętna; AEE, aerobowe ćwiczenia wytrzymałościowe; HIIT, bieg interwałowy o wysokiej intensywności; HIRT, trening oporowy o wysokiej intensywności.

Uczestniczki

Do udziału w tym badaniu zapisano 21 eumenorycznych, aktywnych rekreacyjnie kobiet w wieku studenckim; jedna uczestniczka wycofała się z powodu niepowiązanego urazu. Dwadzieścia kobiet (n = 20) ukończyło badanie (tab. 1) i zostało włączonych do analiz statystycznych. Protokół badania został zatwierdzony przez uniwersytecką Institutional Review Board, a wszystkie procedury były zgodne z Deklaracją Helsińską z 1975 roku, zmienioną w 2008 roku. Przed przystąpieniem do badania wszyscy uczestnicy wyrazili pisemną świadomą zgodę i wypełnili kwestionariusz wywiadu zdrowotnego. Aby wziąć udział w badaniu, uczestniczki musiały być kobietami w wieku od 18 do 35 lat i być aktywne rekreacyjnie, zdefiniowane jako osoby uprawiające od 1 do 5 godzin tygodniowo ćwiczeń aerobowych i/lub oporowych, z wyłączeniem sportowców wyczynowych. Uczestniczki zostały wykluczone, jeśli nie były sprawne, były w ciąży, miały jakiekolwiek zagrożenia dla zdrowia sercowo-naczyniowego lub nerwowo-mięśniowego, doznały urazów lub miały jakiekolwiek choroby serca, płuc, nerek lub wątroby.

Pomiar rezerwy tętna i ocena składu ciała

Uczestnicy zgłosili się do Laboratorium Fizjologii Stosowanej po 8-h poście, gdzie odpoczywali przez 15 min. Tętno spoczynkowe (RHR) mierzono za pomocą pulsometru Polar (Polar FT1, Polar USA, Port Washington, NY, USA), podczas gdy przewidywane dla wieku tętno maksymalne (MHR) było określane. Docelowe tętno wysiłkowe (THR) obliczono przy użyciu równania Karvonena. Podczas każdego treningu mierzono częstość akcji serca (HR) za pomocą wspomnianego wcześniej monitora HR. Ćwiczenia zostały dopasowane pod względem wydatku kalorycznego (dane pilotażowe nie zostały opublikowane), w przeciwieństwie do czasu, w celu kontroli długości ćwiczeń.

Dla danych wyjściowych, skład całego ciała został zmierzony przy użyciu absorpcjometru promieniowania rentgenowskiego Hologic Dual Energy X-ray Absorptiometer (DEXA, Hologic Discovery W, Bedford, MA, USA) przy użyciu domyślnego oprogramowania urządzenia (oprogramowanie Apex wersja 3.3). Urządzenie wykorzystuje prostoliniową akwizycję wiązki wachlarzowej w celu uzyskania trójkompartmentowej oceny składu ciała, w tym masy tłuszczowej (FM), masy beztłuszczowej (LM) i procentu tkanki tłuszczowej (% tłuszczu). Po usunięciu wszystkich metalowych przedmiotów, badani kładli się na środku platformy z rękami skierowanymi w dół blisko boków. Badani zostali poinstruowani, aby pozostać nieruchomo i oddychać normalnie przez cały czas trwania skanowania. Wszystkie skany były wykonywane przez tego samego technika z certyfikatem DEXA. Urządzenie zostało skalibrowane zgodnie z zaleceniami producenta przed rozpoczęciem badania, aby zapewnić prawidłowe wyniki. Poprzednie wiarygodności test-retest w naszym laboratorium były FM: ICC = 0,98, SEM = 0,85 kg; LM: ICC = 0,99, SEM = 1,07 kg; % tłuszczu: ICC = 0,98, SEM = 1,0%.

Maksymalny test siły

W standardowym stanie poabsorpcyjnym, każdy uczestnik wykonał jednokrotne powtórzenie maksymalnego (RM) testu siły w wyciskaniu na ławce i wyciskaniu nogami, używając wolnych ciężarów i spottera, zgodnie ze standardowymi wytycznymi stosowanymi wcześniej w tym laboratorium. Po 5-minutowej rozgrzewce i lekkim rozciąganiu, uczestnicy zostali zapoznani ze sprzętem i ruchem. Następnie każdy uczestnik wykonał osiem do dziesięciu powtórzeń na 50% swojej przewidywanej wartości 1RM. Po 1-minutowym okresie odpoczynku, każdy uczestnik wykonał cztery do sześciu powtórzeń na 80% swojej przewidywanej wartości 1RM. Po 1-minutowym okresie odpoczynku, ciężar został zwiększony do szacowanego obciążenia 1RM, który uczestnicy podnieśli jeden raz. Po każdym udanym zestawie jednego powtórzenia, ciężar był zwiększany aż do nieudanej próby, w ciągu czterech prób. Dwie do trzech minut odpoczynku podawano pomiędzy próbami 1RM.

Po testach 1RM, uczestnicy wykonywali test siły multiple-RM dla czterech ćwiczeń akcesoryjnych: naprzemienne wypady stacjonarne, napowietrzna prasa na ramiona, loki bicepsów i napowietrzne rozciąganie tricepsów. Z wolnymi ciężarami i spotterem, uczestnicy wykonywali każde ćwiczenie z ciężarem, który mogli podnieść w jednej serii nie mniej niż trzy i nie więcej niż dziesięć powtórzeń. Ciężar dla każdego ćwiczenia, ustalony przez asystentów laboratoryjnych, był oparty na dotychczasowym doświadczeniu każdego uczestnika w treningu siłowym. Jeśli uczestnik nie był w stanie wykonać ćwiczenia przez trzy powtórzenia lub był w stanie wykonać więcej niż dziesięć powtórzeń, ciężar odpowiednio zmniejszano lub zwiększano, a test powtarzano ponownie. Pomiędzy każdym ćwiczeniem podawano 2- do 3-minutowy odpoczynek.

Krotność RM uzyskana z testów siły została użyta do oszacowania 1RM dla ćwiczeń akcesoryjnych przy użyciu następującego równania :

gdzie RepWt = ilość podnoszonego ciężaru (lbs) w każdym powtórzeniu i RTF = ilość powtórzeń do zmęczenia.

Po określeniu 1RM uczestnika dla wszystkich ćwiczeń, 80% do 85% zostało obliczone dla 6RM do 8RM używanych w sesjach HIRT.

Ocena spożycia energii

Wszyscy uczestnicy wypełnili podstawowy 3-dniowy rejestr żywności, aby ocenić ich regularne spożycie składników odżywczych. Uczestnicy zostali przeszkoleni w zakresie porcji żywności i zostali poproszeni o spożywanie podobnej diety dzień przed każdą sesją ćwiczeń, aby ułatwić uzyskanie podobnych profili makroskładników. Spożycie składników odżywczych analizowano za pomocą programu komputerowego (The Food Processor, wersja 10.12.0, Esha Research, Salem, OR, USA). Średnio, osoby badane spożywały 2,078.7 ± 679.9 kcal, 253.7 ± 97.6 g CHO (około 48.8% CHO), 84.3 ± 29.9 g PRO (około 16.2% PRO), i 80.9 ± 36.7 g tłuszczu (około 35.0% tłuszczu) dziennie.

Zbieranie i analiza śliny

W celu uwzględnienia możliwych różnic w wykorzystaniu substratów energetycznych pomiędzy sesjami ćwiczeń, zmierzono stężenie estradiolu. Stężenie estradiolu oznaczono w próbce śliny o objętości 2,5 do 5,0 ml przed każdym treningiem, stosując test ELISA na ślinowy estradiol-β-17 (estrogen) (Salivary 17β-Estradiol Enzyme Immunoassay Kit, Salimetrics, LLC, State College, PA, USA). Aby zapewnić prawidłowe wyniki pobierania śliny, uczestnicy zostali poproszeni o unikanie picia alkoholu przez 12 h i spożywania dużego posiłku przez 3 h przed pobraniem próbek śliny. Uczestnicy zostali poproszeni o przepłukanie ust wodą na 10 min przed pobraniem śliny, aby usunąć resztki jedzenia. Aby uniknąć obecności krwi w pobranej ślinie, uczestnicy zostali poproszeni o nie mycie zębów przez 45 min i nie wykonywanie zabiegów stomatologicznych przez 48 h przed pobraniem próbek śliny. Wszystkie próbki były przechowywane w temperaturze 4°C nie dłużej niż to konieczne przed zamrożeniem ich w temperaturze -20°C. Współczynnik zmienności (CV) dla estrogenów wynosił od 8,7% do 18,6%; CV dla precyzji między oznaczeniami wynosił 3,9%. Ze względu na fizjologiczną rolę estradiolu-β-17 na wykorzystanie substratów energetycznych u kobiet, wyjściowe poziomy estradiolu były używane jako zmienne w analizach REE i RER.

Kortyzol był mierzony w celu uwzględnienia odpowiedzi na stres z każdej modalności ćwiczeń. Stężenie kortyzolu oznaczono w próbce śliny o objętości 2,5 do 5,0 ml przed i po każdym treningu, przy użyciu testu ELISA Assay dla kortyzolu ślinowego (Salivary Cortisol Enzyme Immunoassay Kit, Salimetrics, LLC, State College, PA, USA); zastosowano wyżej wymieniony protokół zbierania i przechowywania. Gdy wszystkie próbki zostały zebrane, mniejsze podpróbki zostały połączone między dwoma suplementami w celu uzyskania jednej próbki przed i jednej próbki po wysiłku, aby określić wpływ każdej modalności na kortyzol, niezależnie od leczenia. Wewnątrzpróbkowa precyzja CV dla kortyzolu wynosiła 12,0% do 17,1%; międzypróbkowa precyzja CV wynosiła 4,9%.

Interwencja żywieniowa

Po dostarczeniu próbki śliny i bezpośrednio przed rozpoczęciem każdej sesji ćwiczeń, w podwójnie ślepej próbie, uczestnicy przyjmowali doustnie 25 g CHO (maltodekstryna) lub PRO (izolat serwatki; Elite Whey Protein Isolate, Dymatize Nutrition, Farmers Branch, TX, USA) zmieszane z 6 uncjami wody w nieprzezroczystej butelce. Kolejność leczenia była przydzielana losowo za pomocą oprogramowania do losowego przydziału. Zgodnie z wytycznymi CONSORT, produkty żywieniowe zostały zaślepione przez firmę przed dostarczeniem do laboratorium. Wszyscy uczestnicy i członkowie zespołu badawczego byli zaślepieni na leczenie, aż do zakończenia analiz statystycznych.

Ćwiczenia wytrzymałości tlenowej (AEE)

Walka AEE składała się z samodzielnie wybranej 5-minutowej rozgrzewki, po której następował 30-minutowy jogging na bieżni (Q65 Series 90, Quinton Instrument Co., Seattle, WA, USA) przy 45% do 55% HRR . Rejestrowano RPE (skala Borga) i mierzono HR na koniec każdej minuty; obie wartości uśredniono dla 30-minutowego okresu ćwiczeń.

Bieg interwałowy o wysokiej intensywności (HIIT)

Bieg HIIT składał się z samodzielnie wybranej 5-minutowej rozgrzewki, po której następowało dziesięć rund 60-sekundowego biegu na bieżni przy 85% do 95% HRR z 60-sekundowym okresem biernego odpoczynku. Cała sesja ćwiczeń trwała około 20 minut. Rejestrowano RPE i mierzono HR na końcu każdego interwału; a średnia z dziesięciu 60-s interwałów ćwiczeń została wykorzystana do analizy statystycznej.

Trening oporowy o wysokiej intensywności (HIRT)

Dane uzyskane z oceny siły zostały wykorzystane do określenia odpowiedniego obciążenia wagowego dla sesji HIRT. Ćwiczenia były wykonywane w następującej kolejności: wyciskanie nogami i wyciskanie na ławce (York Barbell Co., York, PA, USA), wypady, wyciskanie ramion, skręcanie bicepsów i wyciskanie tricepsów z użyciem wolnych ciężarów. Przed rozpoczęciem treningu uczestnicy wykonywali samodzielnie wybraną rozgrzewkę. Trening HIRT składał się z trzech zestawów od 6RM do 8RM, po których następował 20-30-sekundowy odpoczynek dla każdego ćwiczenia. Czas odpoczynku pomiędzy każdym ćwiczeniem wynosił 2,5 minuty. Średnia długość sesji HIRT wynosiła około 25 minut. HR mierzono na końcu każdego zestawu, a RPE rejestrowano na końcu każdego ćwiczenia; średnia HR i RPE z każdego z sześciu ćwiczeń została użyta w analizach statystycznych.

Pomiary metaboliczne

REE i RER analizowano przy użyciu wózka metabolicznego i wewnętrznego oprogramowania (TrueOne 2400, ParvoMedics, Inc., Sandy, UT, USA). Pośrednie oceny poboru tlenu (VO2) i produkcji dwutlenku węgla (VCO2) zostały zmierzone i użyte w następujących równaniach do obliczenia REE i RER , odpowiednio:

Analizę gazów przeprowadzono przez ustnik i wąż bezpośrednio przed każdą sesją ćwiczeń, przez 15 min, w celu uzyskania pomiarów spoczynkowych (podstawa). Natychmiast po zakończeniu sesji ćwiczeń, uczestnicy zostali usadzeni i ponownie podłączeni do wózka metabolicznego na 15 min, aby uzyskać pomiary bezpośrednio po (IP) ćwiczeniach. Następnie uczestnicy zostali odłączeni od wózka i pozostali w spokojnej pozycji siedzącej. Pomiary wykonano ponownie w minutach od 25 do 35 (30 min) i od 50 do 60 (60 min).

Analizy statystyczne

W celu określenia różnic wyjściowych w poziomach ślinowego estradiolu i kortyzolu przeprowadzono jednoczynnikową analizę wariancji (ANOVA). Analiza kowariancji (ANCOVA) model liniowy efektów mieszanych został użyty do porównania średnich zmian podłużnych w REE i RER. Początkowe modele zawierały stałe efekty dla leczenia żywieniowego (CHO vs. PRO), modalności ćwiczeń (AEE vs. HIIT vs. HIRT), czasu (linia bazowa vs. IP vs. 30 min vs. 60 min), dwukierunkowych i trójkierunkowych interakcji, jak również bazowego poziomu estradiolu w ślinie. W pierwszej kolejności testowano interakcję trójstronną; jeśli była ona nieistotna, dopasowywano model zredukowany, bez interakcji trójstronnej. Następnie zastosowano kontrasty o wielu stopniach swobody, aby sprawdzić wszelkie dowody na istnienie różnic pomiędzy interwencjami żywieniowymi lub metodami ćwiczeń w czasie. Tylko wtedy, gdy te ogólne kontrasty były znaczące, zakończono porównywanie parami. Przeprowadzono ANCOVA dla zmian w kortyzolu, z uwzględnieniem różnic wyjściowych. Dla różnic HR i RPE w modalnościach wykonano ANOVA z powtarzanymi miarami. Do analiz statystycznych użyto programu SPSS wersja 20 (IBM; Armonk, NY, USA). Wszystkie testy przeprowadzono na poziomie istotności 5%.