Краткое описание исследования

Участники

Критерии для участия в эксперименте: 1) возраст 18 – 55 лет; 2) стабильная масса тела, как минимум, за три месяца до начала; 3) индекс массы тела (ИМТ) ≥25 кг/м2; 4) окружность талии >102 см; 5) 20 – 40% жира в теле.

Критерии для исключения из эксперимента: 1) ортопедические ограничения, не позволяющие длительно ходить или выполнять упражнения; 2) курение; 3) наличие любого хронического заболевания.

Один из 16 мужчин, соответствующих критериям, выбыл из эксперимента, остальных разделили случайным образом на две группы, одна из которых потребляла сахарозу (n=7), а другая – сывороточный белок (n=8). Средние характеристики участников групп приведены в таблице 1

Таблица 1. Физические характеристики, тренированность и потребление энергии (среднее ± СО) мужчин с ожирением в группах до начала эксперимента

Характеристика	Питание
Сахароза (n=7)	Сывороточный белок (n=8)
Возраст (лет)	38,7 ± 8,2	43,0 ± 8,0
Рост (см)	181,0 ± 5,5	180,0 ± 4,2
Масса тела (кг)	98,0 ± 12,0	100,1 ± 14,9
Индекс массы тела (кг/м2)	29,9 ± 3,1	30,9 ± 4,2
Сухая масса (кг)	63,1 ± 3,1	65,4 ± 6,0
Жировая масса (кг)	31,5 ± 9,1	31,4 ± 9,2
Жир тела (%)	31,6 ± 5,3	30,9 ± 4,1
Обмен веществ в покое (ккал/день)	1780 ± 272	1970 ± 348
VO2max (л/мин)	3,8 ± 0,3	3,9 ± 0,3
VO2max (мл/кг/мин)	38,8 ± 6,0	39,7 ± 5,5
VO2max (мл/кг сухой массы в минуту)	59,6 ± 6,4	60,2 ± 6,1
Ежедневное потребление энергии (ккал)	2256 ± 513	2086 ± 489
Потребление углеводов (г/день)	211,5 ± 59,4	212,3 ± 59,8
Потребление жиров (г/день)	92,0 ± 14,6	80,2 ± 21,7
Потребление белков (г/день)	99,8 ± 29,6	83,7 ± 18,0
Потребление алкоголя (г/день)	26,1 ± 17,4	25,7 ± 14,2
Физическая активность IPAQ* (ккал/день)	612 ± 315	601 ± 289
Систолическое давление крови (мм рт. ст.)	135 ± 7	132 ± 13
Диастолическое давление крови (мм рт. ст.)	88 ± 5	89 ± 9

*- IPAQ (International Physical Activity Questionnaire) – международный вопросник по физической активности.

Протокол

Эксперимент состоял из 5 фаз (рис 1).

1. Предварительная оценка.
2. Ходьба и вращение педалей руками с ограничением калорийности питания в течение 4 дней (ХОК).
3. Контрольное питание без упражнений.
4. 4 недели после окончания ХОК (фаза 2).
5. Спустя год после эксперимента (ХОК).

Рис 1. Схематическое изображение протокола эксперимента. RMR – обмен веществ в покое; IPAQ (International Physical Activity Questionnaire) – международный вопросник по физической активности; DXA – двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия.

Состав тела измеряли при помощи двухэнергетической абсорбциометрии и оценки биоимпеданса во всех фазах. Работоспособность (VO2max) на велоэргометре оценивали в фазах 1 – 4. Образцы крови для измерения липидного профиля (СЖК, триглицериды, холестерол, ЛПВП, ЛПНП), глюкозы, инсулина, лептина и кортизола брали в фазах 1 – 3.

После 12-часового ночного голодания началась 4-дневная 2 фаза эксперимента с 45 минут вращения педали эргометра одной рукой с 15% от максимальной интенсивности, вслед за этим испытуемые приступили к ходьбе 4,5 км/ч (35 км/день) при температуре 2,9 – 10,2 0С. В каждой из дней фазы 2 испытуемые потребляли (двойным слепым методом) сахарозу или сывороточный белок (0,8 г/кг массы тела, растворённые в 1,5 л минерализированной воды) 0,5 л утром, непосредственно перед вращением педалей, в середине дня и в 20.00 вечера. Кроме того, испытуемым разрешали пить adlibitum регидратационный раствор, не содержащий калорий.
В течение 3 фазы (3 дня) испытуемые получали стандартное питание, содержащее нормальное количество энергии (исходя из оценки питания за 7 дней перед экспериментом), и не превышали норму активности 10 000 шагов в день. Назначение фазы – восстановление содержания жидкости и стабилизация массы тела. После окончания фазы проводили консультации об изменении образа жизни для поддержания достигнутых изменений.

Спустя 4 недели и 1 год после окончания фазы 3 оценивали состав и гидратацию тела у испытуемых, перед каждым тестированием дополнительно оценивали обмен веществ в покое.

Результаты

Состав тела

Спустя 4 дня ОК и упражнений общая масса тела в обеих группах снизилась в среднем на 4,9 кг, снижение фиксировалось во всех последующих фазах и составило 3,9, 4,4 и 2,4 кг после 2, 4 и 5 фаз, соответственно.

Рис 2. Оценка изменений после фаз 2, 3, 4 и 5, соответственно: а) общая жировая масса в теле снизилась на 2,1, 2,8, 3,8 и 1,9 кг (здесь и ниже, согласно DXA), соответственно, параллельно изменениям процента жира; b) жир на туловище уменьшился на 1,6, 2,1, 2,8 и 1,1 кг, соответственно; c) жир на конечностях уменьшился на 0,5, 0,7, 1,1 и 0,8 кг, соответственно; d) концентрация лептина в сыворотке крови.

Сухая масса тела снизилась на 2,8, 1,0, 0,5 и 0,4 кг после фаз 2, 3, 4 и 5, соответственно.

Энергетические траты в фазе 2 составили 4873 ± 952 ккал/день, что соответствует величине изменений состава тела 5535 ± 2083 ккал/день (без коррекций по изменениям жидкости в теле).

Общая жидкость в теле (измеряли биоимпедансом) уменьшилась на 3,1 ± 1,3 л после фазы 2, при этом уменьшение внутриклеточной жидкости составили 1,8 ± 0,9 л, а внеклеточной 1,3 ± 0,5 л, соответственно. Спустя три дня в фазе 3 содержание жидкости в теле восстановилось.

Окружность талии

После фазы 2 окружность талии уменьшилась на 4,5 ± 2,8 см, после фазы 3 - на 5,6 ± 3,5 см. Наиболее значительные изменения произошли после фазы 4 – 7,0 ± 4,3 см. И вновь содержание питания в фазе 2 не повлияло на изменения.

Биохимические показатели и гормональные реакции

Упражнение и ограничение калорийности питания (фаза 2) привели к уменьшению концентрации глюкозы, инсулина и НОМА (произведение концентраций инсулина и глюкозы в плазме, разделённое на 22,5) на 15%, 49% и 57%, соответственно. Спустя три дня (фаза 3) концентрация инсулина и НОМА оставались пониженными на 32% и 37%, соответственно.

По сравнению с исходными значениями концентрация триглицеридов в плазме снизилась на 45% и 33% после фаз 2 и 3, соответственно. Содержание свободных жирных кислот повысилось после фазы 2 в 2,9 раза; уровни липопротеинов низкой плотности (ЛПНП) и общего холестерина понизились после фазы 3 на 16% и 17%, соответственно. Концентрация ЛПВП после фазы 2 возросла на 25% и после фазы 3 вернулась практически к исходным значениям. После фазы 4 сохранялось небольшое снижение общего холестерола (- 7%) и ЛПВП (- 6%) в сыворотке.

По сравнению с исходными значениями, концентрация кортизола в сыворотке увеличилась после фазы 2 на 16%, но вернулась к исходным значениям после фазы 3. Концентрация лептина в сыворотке после фаз 2, 3 и 4 понизилась на 64%, 50% и 33%, соответственно. Не выявлено существенных различий в биохимических показателях и гормональных реакциях между группами.

Обсуждение

В представленном исследовании общая масса жира в организме уменьшилась за 4 дня 9-часовых упражнений низкой интенсивности и ограничения потребления энергии (до ~ 10% от обычного уровня) на ~3 кг. Примечательно, что большая часть этого уменьшения произошла за счёт жировых депо туловища, при сопутствующем значительном уменьшении окружности талии. Более того, несмотря на то, что от испытуемых не требовали изменить образ жизни, они потеряли дополнительный килограмм жира за 4 недели четвёртой фазы – общее уменьшение массы жира составило 3,8 кг (из которых 2,8 кг приходится на туловище).

Результат эксперимента превзошёл несколько других исследований, где сочеталось низкокалорийное питание и тренировки продолжительностью от 4 недель до 1 года (Garrow & Summerbell, 1995; Shaw et al., 2009), а также наибольшее рандомизированное исследование реакции на 8-месячную тренировку с отягощениями, аэробную тренировку и сочетание аэробной и силовой тренировки (Willis et al., 2012). Кроме того, среднее уменьшение жира было значительней, чем достигнутое от приёма агониста рецепторов глюконоподоного пептида 1 на протяжении 20 недель (где сообщалось о средней потере 2,9 кг в 21 эксперименте с участием 6411 человек) (Vilsboll et al., 2012). Примечательно, что спустя год общая масса жира была меньше на 1,9 кг, чем до эксперимента, то есть испытуемые набрали только 50% жира, которого потеряли. Этот показатель лучше, чем заявленный повторный набор веса после специальной диеты в мета-анализах (Anderson et al., 2001; Kraschnewski et al., 2010).

В представленном исследовании уменьшение жира на туловище (можно считать висцеральный жир; Doyon et al., 2011) через 4 недели после воздействия составило 2,8 кг. Подобные результаты согласуются с отчётами о преимущественном снижении висцерального жира при умеренном снижении веса, достигнутом в результате питания с очень низкой калорийностью (Chaston & Dixon, 2008). Висцеральный жир концентрация липидов в крови и вызывает низкоуровневое воспаление, дисфункцию эндотелия и резистентность к инсулину, тем самым увеличивая риск сердечно-сосудистых заболеваний (Despres et al., 2001; Nieves et al., 2003; Pou et al., 2007; Takata et al., 2007; Cartier et al., 2008; Fair & Montgomery, 2009; Kerr et al., 2011). Это периферическое снижение жира на туловище способствует активации физической нагрузкой липолиза в этом регионе, а также повышению концентрации кортизола в сыворотке и сопутствующему снижению уровня инсулина после 4 дней упражнений и ОК (Gravholt et al., 2002; Drapeau et al., 2003; Djurhuus et al., 2004; McMurray & Hackney, 2005).
Улучшение показателей холестерола, ЛПВП и соотношения холестерол/ЛПВП в плазме, а также чувствительности к инсулину, систолического и диастолического кровяного давления отмечали даже после снижения массы тела на 5 – 10% (Ross et al., 2000; Brochu et al., 2003). В представленном исследовании также наблюдали снижение уровней общего холестерина, ЛПНП и триглицеридов в сыворотке непосредственно после 4-дневных упражнений + ОК. Тем не менее, спустя 3 дня с нормальным питанием без тренировок уровень ЛПВП вернулся к исходным значениям, даже вопреки дополнительному снижению жировой массы на 0,7 кг, указывающему на значительный общий ЭД у испытуемых.

Через 4 недели после воздействия, когда общая масса жира в организме была на 3,8 кг ниже исходного уровня, концентрация глюкозы, инсулина, триглицеридов, СЖК и ЛПВП вернулась к исходным значениям, тогда как уровень ЛПНП остался несколько понижен (6 – 7%). Эти данные указывают на то, что физическая активность и/или дефицит энергии, возможно, сильнее влияют на профиль липидов, чем изменения массы жира. Обнаруженное ухудшение липидного профиля сопровождалось повышением уровня лептина в сыворотке, что, по-видимому, отражает постепенное развитие резистентности к лептину.

Не подтвердились наши предположения о различии в величине и региональном распределении потери жира в группах, потреблявших глюкозу или сывороточный белок. В предыдущих исследованиях по питанию увеличение относительного количества белка в диете приводило к более значительному уменьшению жира и лучше сохраняло СМ (Farnsworth et al., 2003; Krieger et al., 2006). Два основных отличия между представленным исследованием и предыдущими – количество килокалорий, потребляемое за день, и величина дефицита энергии каждого из тренировочных дней.

Сывороточный белок богат аминокислотами с разветвлёнными боковыми цепями, которые способны стимулировать синтез и уменьшать распад белков у людей (Pennings et al., 2011; Phillips, 2011). Общее потребление сывороточного белка в исследовании (0,8 г/кг массы тела) значительно превысили количество, необходимое для максимальной стимуляции белкового синтеза (20 г) в мышцах при тренировке и в состоянии покоя (Tang et al., 2009; Breen et al., 2011; Yang et al., 2012). После внесения поправки на снижение веса за счёт внеклеточной жидкости испытуемые теряли примерно 380 г СМ в день во 2 фазе, хотя количество потребляемого белка было достаточным для предотвращения этих потерь. Тем не менее, наши данные показывают, что при таком значительном дефиците энергии сывороточный белок не оказывает существенного влияния на сохранение СМ, соответственно, группа, получавшая белок, потеряла аналогичное количество СМ с группой, получавшей только сахарозу. Остаётся уточнить, не сможет ли потребление большего количества или другого белка лучше сохранить СМ (Agus et al., 2000; Carbone et al., 2012). Мы не исключаем возможности, что приём белка окажет положительное влияние при более длительных вмешательствах или при меньшем энергетическом дефиците (Pasiakos et al., 2013).
Другие факторы могут предотвращать стимуляцию синтеза белка или уменьшение распада, ожидаемого при вашем белковом питании. Например, в связи со значительным падением энергопотребления по сравнению с расходом, отсутствием углеводов в питании и наличием значительного катаболического стресса, многие белки могут подвергаться окислению или кетогенезу для поддержания глюконеогенеза в печени (Cahill, 2006).

Ограничения

Представленная доказанная концепция не является альтернативным способом борьбы с ожирением. Несмотря на то, что большинство испытуемых перенесли эксперимент относительно хорошо, все жаловались на боли в мышцах и суставах, поэтому при более низкой мотивации люди не выдержат подобного вмешательства. Масса тела осталась существенно пониженной спустя год, что отражает изменения образа жизни, которые не оценивались в исследовании. Хотя анализ ЭБ основывался на изменении состава тела, который оценивали при помощи DXA, результаты относительно хорошо согласуются с дефицитом энергии при подсчёте ежедневных энергозатрат. Наконец, вопреки потреблению энергии в соответствии с энергозатратами в фазе III, испытуемые продолжали терять жир в этот период, что указывает на отрицательный ЭБ. Последний факт может быть вызван заниженным потреблением пищи при оценке в фазе I.

Подводя итог, мы показали, что клинически значимое снижение массы тела, преимущественно на туловище, может быть достигнуто у мужчин с ожирением за 4 дня продолжительных упражнений в сочетании со значительным ограничением энергопотребления. Эффект оказался таким же значительным и устойчивым, как и результаты полученные при других схемах, направленных на снижение массы тела. Наши результаты также показывают, что при очень большом дефиците энергии потребление белка согласно диетическим рекомендациям (0,8 г/кг массы тела в сутки) не предотвращает потерю белка организмом в большей степени, чем потребление энергетически аналогичного количества сахарозы.