Влияние интенсивности физических упражнений на общий уровень PYY и GLP-1 у здоровых женщин: Пилотное исследование

Мы сравнили острую реакцию анорексигенных сигналов (общий PYY и GLP-1) в ответ на субмаксимальную и супрамаксимальную физическую нагрузку. Девять женщин прошли три тренировки: (1) непрерывную тренировку средней интенсивности (MICT; 30 минут; 65% VO2max); (2) спринтерскую интервальную тренировку (SIT; “тотальный” спринт на велосипеде продолжительностью 6 × 30 секунд с 4-минутным восстановлением); или (3) контроль (CTRL; нет упражнение). Показатели PYY и GLP-1 измерялись с помощью образцов крови, взятых до, сразу после и через 90 минут после тренировки. Ощущение голода оценивалось с помощью визуальной аналоговой шкалы во все моменты времени взятия крови. Для GLP-1 (p = 0,004) было установлено соотношение сеанса и времени выполнения, при котором показатели SIT и MICT (p < 0,015 и p < 0,001) были выше по сравнению с CTRL как сразу, так и через 90 минут после тренировки. Основной эффект для PYY был связан со временем, когда через 90 минут после тренировки оно уменьшалось по сравнению с до и сразу после тренировки. Через 90 минут после тренировки было проведено сравнение времени сеанса и чувства голода с более низкими оценками после сидения по сравнению с MICT (p = 0,027) и CTRL (p = 0,031). Эти результаты свидетельствуют о том, что, хотя уровень GLP-1 у женщин повышается после физической нагрузки, интенсивность физической нагрузки на него не влияет, хотя чувство голода было ниже через 90 минут после сидячей тренировки. Поскольку размер выборки невелик, необходимы дальнейшие исследования для подтверждения этих результатов.

1. Введение

Для разработки научно обоснованных рекомендаций по снижению веса важно понимать, как физические упражнения влияют на энергетический баланс (потребление энергии - расход энергии). Хотя увеличение энергетических затрат с помощью физических упражнений кажется жизнеспособной стратегией для создания энергетического дефицита, ее эффективность в последующем снижении веса при отсутствии диетических ограничений часто ниже желаемой, и хотя многие физические упражнения улучшают состав тела у мужчин, они менее эффективны у женщин. Это может быть результатом физических упражнений, вызывающих компенсаторное увеличение потребления энергии, предотвращающее дефицит энергии, необходимый для улучшения состава тела, поскольку женщины могут частично компенсировать (~30%) различные уровни расхода энергии, вызванные физическими упражнениями, за счет увеличения потребления энергии [4]. Протоколы физических упражнений, которые могут увеличить энергозатраты без увеличения потребления энергии, могут стать эффективным способом разработки и совершенствования рекомендаций по снижению веса.

Одним из таких упражнений может быть спринтерская интервальная тренировка (SIT), которая представляет собой интенсивную форму высокоинтенсивной интервальной тренировки (HIIT), включающую короткие 30-секундные “тотальные” усилия с последующим 4-минутным активным отдыхом и продемонстрировала сходную физиологическую адаптацию к традиционным упражнениям средней интенсивности. (50-75% VO2max) непрерывная тренировка (MICT), продолжающаяся гораздо дольше (30-60 минут). Несмотря на значительно меньший объем тренировок [8], SIT имеет много преимуществ для здоровья, включая потенциальное уменьшение жировых отложений. В то время как эти потери жировой массы могут быть объяснены длительным повышением метаболизма после физических нагрузок или увеличением утилизации жира, другие исследователи сомневаются в том, что эти механизмы могут полностью объяснить величину потери жира. Следовательно, необходимо изучить альтернативные механизмы, такие как потенциальное воздействие физических упражнений на гормоны, регулирующие аппетит, и последующее потребление энергии.

В настоящее время мало что известно об остром влиянии физических упражнений на гормоны, регулирующие аппетит, и, как следствие, о чувстве голода у женщин. Регулирование потребления энергии - это сложный процесс, который включает в себя начало приема пищи, его прекращение, частоту приема пищи и потребление питательных веществ, а также долгосрочное регулирование потребления энергии в зависимости от потребности организма в энергии [18]. Каждый из этих компонентов воспринимается и воздействует на организм в результате интеграции различных физиологических и психологических факторов, включая гормональную сигнализацию. Важные анорексигенные сигналы, пептид тирозин-тирозин (PYY) и глюкагоноподобный пептид-1 (GLP-1), в основном участвуют в потенциальном насыщающем эффекте физических упражнений. Изменение уровня этих гормонов стимулирует каскад событий, которые в конечном итоге заканчиваются на рецепторах нейромедиаторов в гипоталамусе, влияя на аппетит и последующее потребление энергии. Хотя в нескольких исследованиях было обнаружено повышение уровня GLP-1 и PYYY при проведении MICT у мужчин, лишь в немногих из них изучалась реакция этих гормонов на SIT. Было показано, что у женщин концентрации PYY и GLP-1 повышаются после MICT, хотя у высококвалифицированных женщин не было выявлено влияния интенсивности физических упражнений при субмаксимальной интенсивности. Однако до настоящего времени ни в одном исследовании не изучалась реакция анорексигенных сигналов на сверхмаксимальную нагрузку у женщин. Хотя физические упражнения являются эффективным методом увеличения энергетических затрат и часто рекомендуются для снижения веса, их эффективность в подавлении аппетита и снижении веса может варьироваться в зависимости от интенсивности упражнений.

Учитывая, что физические упражнения могут влиять на гормоны, регулирующие аппетит, посредством нескольких механизмов, многие из которых могут зависеть от интенсивности, необходимо сравнить гормональную реакцию на физические нагрузки различной интенсивности (субмаксимальную и супрамаксимальную) у женщин. Таким образом, целью настоящего исследования было сравнить общий уровень PYY, GLP-1 и реакцию на голод при выполнении традиционных аэробных упражнений средней интенсивности и сидячих упражнений у женщин. Мы предположили, что у самок будет повышенная реакция PYY и GLP-1 на сидение из-за более интенсивного стимула.

2. Материалы и методы

2.1. Участники

Тринадцать здоровых, активных женщин вызвались добровольно и дали письменное информированное согласие на участие. Четыре участницы отказались от участия в исследовании, в частности, две из-за нехватки времени, одна переехала в другой город и у одной возникли проблемы с получением двух проб крови. Таким образом, для анализа были доступны девять участниц. Представленные здесь данные являются частью более масштабного исследовательского проекта по оценке влияния интенсивности физических упражнений на гормоны, регулирующие аппетит. Данные по мужчинам были ранее опубликованы в журнале Appetite. Все участники вели активный образ жизни, что было классифицировано как выполнение упражнений средней интенсивности в течение как минимум 30 минут, по крайней мере, три раза в неделю. Ни один из участников не курил и в настоящее время не принимал предписанных лекарств (за исключением гормональных контрацептивов, включая комбинированные таблетки, таблетки, содержащие только прогестерон, и внутриматочную спираль), и все они прошли обследование на наличие в анамнезе диабета, расстройств пищевого поведения, злоупотребления наркотиками или алкоголем, ишемической болезни сердца, пищевой аллергии и приема лекарств (специально для тех, у кого в анамнезе были сахарный диабет, расстройства пищевого поведения, злоупотребление наркотиками или алкоголем, ишемическая болезнь сердца, пищевая аллергия и прием лекарств известно, что он влияет на аппетит, гипертонию или вызывает потерю веса). Чтобы контролировать фазу менструального цикла, все участницы, включая тех, кто принимал оральные контрацептивы, завершили все сеансы во время ранней фолликулярной фазы (1-10-й дни) менструального цикла, основываясь на том, что они сами сообщили о начале менструации. Всем участникам было рекомендовано воздерживаться от физической активности и употребления кофеина в течение 48 часов перед посещением лаборатории. Комитет по исследованиям на людях Летбриджского университета одобрил все экспериментальные процедуры в соответствии с этическими нормами Хельсинкской декларации 1964 года.

2.2. Ознакомительная сессия

Перед началом экспериментальных занятий каждый участник прошел ознакомительную сессию, в ходе которой его проверили на соответствие критериям исключения и ознакомили с протоколом исследования и оборудованием. Участники были ознакомлены с тренажерами, а также с типами усилий, требуемых при выполнении различных упражнений. Рост и вес измеряли с помощью механических весов beam (Health-o-meter Professional, Sunbeam Products, Inc., Иллинойс, США). Индекс массы тела (ИМТ) рассчитывали как отношение массы тела (кг) к росту в квадрате (м2). Плотность тела рассчитывали на основе показателей кожных складок, полученных с использованием формулы из семи точек [28] и уравнения Siri для определения процентного содержания жира в организме. Затем участники измерили максимальное потребление кислорода (VO2max) с непосредственным измерением газообмена с помощью онлайн-системы сбора газа при каждом вдохе (Quark CPET, Cosmed, Чикаго, Иллинойс, США). Тест проводился в соответствии с установленным протоколом до полного изнеможения на велоэргометре с механическим тормозом (модель 874-E, Monark Exercise, Стокгольм, Швеция). После 5-минутной разминки при 70 оборотах в минуту и нагрузке в 1 кг участники поддерживали темп в 70 оборотов в минуту, добавляя нагрузку в 0,5 кг каждые 2 минуты, пока не достигалась волевая усталость или 70 оборотов в минуту больше не могли поддерживаться. Частоту сердечных сокращений (ЧСС) измеряли на протяжении всего теста с помощью монитора Polar HR (FT7, Polar Electro Oy, Нью-Йорк, США), а показатели воспринимаемой физической нагрузки (RPE) оценивали одновременно с каждым увеличением сопротивления на протяжении всего теста. На протяжении всего теста применялось словесное поощрение. В конце теста VO2max (максимальное среднее значение за 30 секунд) определяли по наличию плато в показателях VO2 (<1,35 мл/кг −увеличение VO2 на 1 единицу) или по двум из следующих критериев: (1) значение коэффициента дыхательного обмена (RER) >1,15, (2) ЧСС в пределах ±10 ударов в минуту от прогнозируемого максимального ЧСС для возраста (220-возраст) и/или (3) видимое истощение субъекта. После определения VO2max 65% от этого значения было рассчитано как целевая интенсивность тренировки во время сеанса MICT.

2.3. Экспериментальные занятия

2.4. Протоколы тренировок

Оба упражнения выполнялись на велоэргометре (модель 874-E, Monark Exercise, Стокгольм, Швеция), и частота сердечных сокращений непрерывно регистрировалась с помощью ЧСС-монитора (как описано выше). Сеанс MICT состоял из 30-минутной непрерывной езды на велосипеде при 65% VO2max, где скорость работы определялась индивидуально с использованием метаболического уравнения Американского колледжа спортивной медицины для общего объема VO2 во время езды на велосипеде для ног, в частности, VO2 = (мощность работы (вт) (масса тела (кг)-1)) · 10,8 + 7. Газообмен измерялся в течение 1 минуты каждые 5 минут упражнения с помощью онлайн-системы сбора газов при вдохе (описанной выше), и соответственно изменялся темп выполнения упражнения. Протокол SIT был составлен из шести 30-секундных “тотальных” упражнений на 10% массы тела, разделенных 4-минутными периодами восстановления. Потребление кислорода во время SIT не измерялось, хотя мы измеряли его ранее. Перед каждым занятием давались инструкции начинать крутить педали как можно быстрее, преодолевая инерционное сопротивление эргометра, и соответствующая нагрузка применялась мгновенно (в течение 3 секунд). На протяжении всего занятия применялось словесное поощрение.

2.5. Обработка крови

Все образцы крови были взяты с помощью венепункции из локтевой вены, когда участники находились в сидячем положении. Образцы венозной крови отбирали в предварительно заполненные пробирки с ЭДТА объемом 6 мл (пробирки Becton Dickinson Vacutainer K2 EDTA [с лавандовым верхом], Нью-Йорк, США). Для предотвращения деградации гормонов был добавлен коктейль из ингибиторов протеазы (BioTool, Онтарио, Канада) в конечной 1-кратной концентрации. Образцы центрифугировали при 1780 об/мин в течение 10 мин при температуре 4°C, а надосадочные жидкости отбирали на аликвоты, хранили при температуре -80°C и анализировали по частям в конце исследования, чтобы уменьшить вариабельность результатов между анализами и внутри них. Концентрацию PYY в образцах плазмы определяли с помощью наборов для тотального иммуноферментного анализа Millipore human PYY (EMD Millipore PYY Total ELISA Kit, Millipore Corporation, Биллерика, Массачусетс, США), а концентрацию GLP-1 определяли с помощью наборов для тотального иммуноферментного анализа Millipore GLP-1 (EMD Millipore GLP-1 Total ELISA Kit, Millipore Corporation, Биллерика, Массачусетс, США) в соответствии с инструкциями производителя. Чувствительность анализов составила 1,4 пг·мл−1 для PYY и 1,5 пмоль·50 мкл−1 для GLP-1. Все образцы были проанализированы в двух экземплярах, и вариации внутри анализа составили 5,8 ± 1,9% и 4,5 ± 2,3% для GLP-1 и PYYY соответственно, а вариации между анализами составили 8,0 ± 4,8% и 7,3 ± 3,6% для GLP-1 и PYYY соответственно.

2.6. Статистический анализ

Все данные были проанализированы с использованием программного обеспечения Statistical Package for Social Sciences (SPSS) версии 22.0 для Windows (SPSS, Чикаго, Иллинойс). Концентрации гормонов (GLP-1 и PYYY) анализировались как абсолютное изменение концентрации по сравнению с исходным уровнем с использованием отдельных 3 × 3 повторных измерений ANOVA (сеанс × время). Для получения значимых основных эффектов была использована поправка Бонферрони для множественных парных сравнений. Что касается анорексигенных гормонов, то как абсолютные концентрации, так и относительные изменения по сравнению с исходным уровнем привели к аналогичным статистическим результатам; поэтому последующее представление данных будет сосредоточено на изменении концентрации гормонов по сравнению с исходным уровнем. Для выявления различий в восприятии чувства голода был проведен анализ ANOVA с повторением 3 × 3 измерений (сеанс × время) с использованием показателя перед тренировкой в качестве исходного. Эти субъективные данные также были нормализованы к исходным значениям и проанализированы как отклонение от исходного уровня. Для сравнения значений AUC обоих гормонов был использован односторонний дисперсионный анализ (ANOVA) с повторными измерениями. Величина эффекта была рассчитана с использованием коэффициента d Коэна для определения величины эффекта независимо от размера выборки. Малые величины эффекта оцениваются как d < 0,2, средние величины эффекта – как d = 0,2-0,8, а большие величины эффекта - как d > 0,8. Статистическая значимость была установлена на уровне p < 0,05. Все результаты представлены в виде среднего ± стандартного отклонения.

3. Результаты

3.1. Участники

Девять женщин завершили все экспериментальные занятия

3.2. Интенсивность тренировки

Во время сеанса MICT уровень VO2 достиг стабильного значения, составив ~65% от максимального значения VO2 (27,37 ± 3,0 мл·кг−1·мин−1). Достигнутая максимальная ЧСС была значительно выше во время приседания (171,6 ± 8,1 уд/мин) по сравнению с MICT (153,1 ± 15,2 уд/мин, p = 0,003); однако средняя ЧСС существенно не отличалась между тренировками (MICT = 137,3 ± 14,8 уд/мин; SIT = 135,5 ± 13,9 уд/мин, p = 0,774).

3.3. Реакция GLP-1 плазмы на физическую нагрузку

Циркулирующие концентрации общего GLP-1 во время всех трех экспериментальных сессий, представленные в виде изменений по сравнению с исходным уровнем, можно увидеть на рисунке 2. Во время сеанса наблюдалось значительное увеличение времени взаимодействия (p = 0,004), при котором MICT и SIT были увеличены по сравнению с CTRL (большие размеры эффекта) сразу (p < 0,001, d = -1,4; p = 0,002, d = -1,9) и через 90 минут после тренировки (p < 0,001, d = -1,2; p = 0,015, d = -1,0) соответственно.

3.4. Реакция плазмы крови на физическую нагрузку

Циркулирующие концентрации общего PYY во время всех трех экспериментальных сессий, представленные в виде изменений по сравнению с исходным уровнем, можно увидеть на рисунке 3. Основное влияние на PYY оказывало время (p = 0,007), когда через 90 минут после тренировки концентрация была ниже (от умеренной до значительной) по сравнению с показателями до тренировки (p = 0,016, d = -0,9) и сразу после тренировки (p = 0,013, d = -0,3). Не было выявлено существенного влияния на продолжительность сеанса (р = 0,249) и взаимодействия во время сеанса (р = 0,256).

3.5. Оценка чувства голода

Восприятие чувства голода во время всех трех экспериментальных сессий можно увидеть на рисунке 4. Было отмечено значительное увеличение времени сеанса (p = 0,025), при котором количество сидячих мест уменьшилось (умеренный эффект) по сравнению с CTRL и MICT через 90 минут после тренировки (p = 0,027, d = 0,06 и p = 0,031, d = 0,5 соответственно). Других значимых различий не было.

4. Обсуждение

Насколько нам известно, это первое исследование, в котором сравнивается общий уровень GLP-1 и PYYY в ответ на MICT и SIT у женщин, ведущих активный образ жизни. Наши результаты показывают, что общий уровень GLP-1 повышается в ответ на физические нагрузки по сравнению с CTRL, при этом между MICT и SIT разницы нет. Общая концентрация PYY была ниже через 90 минут после тренировки по сравнению с показателями до и сразу после тренировки, без каких-либо различий между сеансами. Кормление, по-видимому, не влияло на восприятие чувства голода (возможно, еда была слишком маленькой), хотя и MICT, и SIT приводили к более низким оценкам чувства голода по сравнению с CTRL после тренировки, когда только SIT still подавляли восприятие чувства голода через 90 минут после тренировки.

Исследования влияния физических упражнений на уровень GLP-1 не столь заметны, как исследования других гормонов, таких как PYY, лептин и грелин. Предыдущие исследования в целом демонстрируют, что MICT приводит к увеличению уровня GLP-1 как у мужчин, так и у женщин. Однако несколько исследований продемонстрировали отсутствие эффекта от физических упражнений, при этом не было эффекта от увеличения интенсивности во время субмаксимальных непрерывных упражнений и эффекта от сидения. Наши текущие результаты показывают, что физические нагрузки после приема пищи значительно увеличивают общую концентрацию GLP-1 после тренировки (немедленно и через 90 минут) без какой-либо разницы между MICT и SIT. Насколько нам известно, это первое исследование у женщин, в котором изучается реакция GLP-1 как на MICT, так и на SIT, и сообщается о значительном изменении уровня GLP-1 после SIT.

Предыдущие исследования в целом показали, что MICT и SIT увеличивают PYY после физической нагрузки у мужчин. На сегодняшний день было проведено ограниченное количество исследований на женщинах, поскольку только два из них были завершены, продемонстрировав увеличение, аналогичное увеличению у мужчин после MICT, хотя, насколько известно авторам, ни одно исследование не измеряло реакцию PYY на SIT у женщин. Мы не обнаружили влияния физических упражнений (MICT или SIT) на PYY у женщин, поскольку представленные результаты не показывают влияния занятий на общий PYY, а только влияние времени, когда PYY был ниже через 90 минут после тренировки по сравнению с до тренировки. Хотя наши результаты не согласуются с большинством предыдущих публикаций, есть несколько других сообщений об отсутствии влияния MICT или HIIT на PYY и могут быть связаны с тем, что наши упражнения выполнялись после приёма пищи, в то время как некоторые другие исследования проводились натощак. Некоторые люди выполняют физические упражнения после употребления энергетического напитка или батончика, поэтому мы считаем важным изучить физические упражнения после еды, а также натощак. Также возможно, что различия между исследованиями объясняются различной интенсивностью или продолжительностью физических нагрузок, в зависимости от механизма, посредством которого физические нагрузки могут влиять на концентрацию PYY.

Не имея четкого понимания механизмов, связанных с влиянием физических упражнений на регуляцию аппетита, мы недавно выделили несколько возможных вариантов. Потенциальное повышение активности симпатической нервной системы может влиять как на GLP-1, так и на PYY, поскольку катехоламины могут стимулировать высвобождение обоих гормонов из L-клеток кишечника. Другая возможность связана с индуцируемым сокращением цитокина интерлейкина-6 (IL-6), с интересными доказательствами его роли в повышении уровня GLP-1 у животных, хотя на сегодняшний день никаких исследований на людях не проводилось. Было показано, что повышенные концентрации IL-6 положительно коррелируют с потреблением энергии человеком, хотя еще предстоит определить, опосредовано ли это через GLP-1. Будущая работа должна быть сосредоточена на потенциальных механизмах, с помощью которых физические упражнения изменяют регуляцию аппетита, чтобы разобраться в сложных выводах, содержащихся в литературе.

Повышенные концентрации этих гормонов часто сопровождаются снижением ощущения голода. Здесь мы обнаружили, что как MICT, так и SIT снижают ощущение голода сразу после тренировки у женщин, что согласуется с повышением уровня GLP-1. Однако восприятие чувства голода отличается от GLP-1, поскольку более низкие оценки чувства голода сохранялись через 90 минут после тренировки только после SIT, в то время как GLP-1 все еще оставался одинаковым между MICT и SIT. Существует несколько возможных объяснений этой очевидной диссоциации; первое и самое простое из них заключается в том, что эти гормоны являются лишь одним из факторов, которые могут влиять на аппетит, и следует учитывать другие гормоны, такие как грелин. Во-вторых, измерение активных форм этих гормонов могло бы дать ответ, более соответствующий восприятию реакции на голод. В-третьих, можно было бы провести будущие исследования, чтобы выяснить, повышает ли СИТ уровень лептина, поскольку известно, что СИТ усиливает окисление жира после физических нагрузок. В-четвертых, возможно, нам следовало бы измерить циркулирующие нейропептиды, участвующие в регуляции аппетита, такие как пептид, связанный с агути (AgRP), и альфа-меланоцитарстимулирующий гормон.

Это исследование дает представление, особенно у женщин, о пептидах, регулирующих аппетит, о восприятии чувства голода и о том, как они могут варьироваться в зависимости от интенсивности физических нагрузок, которые часто назначаются для снижения веса. У исследования есть несколько ограничений. Во-первых, размер выборки невелик и включает только молодых, здоровых людей репродуктивного возраста. Необходимы дальнейшие исследования для подтверждения этих результатов и изучения этих эффектов среди неактивных женщин, страдающих ожирением, или женщин в постменопаузе. Кроме того, мы измерили общие концентрации как GLP-1, так и PYY, а не их биологически активную форму, что, возможно, ограничило наши выводы, хотя многие исследования показывают, что общие концентрации отражают изменения в других формах. Кроме того, измерение концентрации ацилированного грелина, возможно, дало дополнительную информацию, поскольку этот гормон может лучше реагировать на интенсивность физической нагрузки (Hazell et al., 2016; Schubert et al., 2014). Наконец, хотя участников инструктировали употреблять одни и те же продукты в течение 24 часов перед сеансом и воздерживаться от физических нагрузок и употребления алкоголя в часы, предшествующие сеансу, их соблюдение не гарантируется.

5. Заключение

Это первое исследование, в котором сравнивается реакция общего уровня GLP-1, PYY и ощущения голода у женщин на MICT и SIT. Основной вывод этого исследования заключается в том, что уровень GLP-1 повышался как после MICT, так и после SIT, хотя физические упражнения не оказывали влияния на PYY. Хотя аналогичное повышение уровня GLP-1 соответствует снижению чувства голода сразу после тренировки как после MICT, так и после SIT, только SIT было связано с длительным подавлением чувства голода через 90 минут после тренировки. В будущих исследованиях следует изучить потенциальные механизмы, связанные с изменениями уровня GLP-1 и чувства голода, вызванными физическими упражнениями. Кроме того, необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить, приводит ли острая реакция этих гормонов после физической нагрузки к изменению ЭИ, что может иметь значение для стратегий снижения веса.