CC BY
19
ПРОФИЛАКТИЧЕСКАЯ МЕДИЦИНА
УДК 612.39:613.65
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО ПИТАНИЯ СПМ-17
Валентина Владимировна ГХльтяЕВА, Маргарита Ивановна ЗИнчЕнко, Дмитрий Юрьевич урЮМцЕВ
НИИ физиологии и фундаментальной медицины 630117, г. Новосибирск, ул. Тимакова, 4
Во избежание энергодефицита в экстремальных условиях физических нагрузок при походных ограничениях переносимого груза следует учитывать энергоэффективность используемых продуктов питания. Цель исследования - оценить энергоэффективность специализированного питания СПМ-17, предназначенного для экстремальных условий, и ее зависимость от пола. Материал и методы. 18 практически здоровых добровольцев от 20 до 59 лет (7 мужчин, 11 женщин) обследованы в течение 4 часов после приема СПМ-17 методом непрямой калориметрии. результаты. Энергоэффективность СПМ-17 составила в среднем 95,6 %, не различаясь у мужчин и женщин.
ключевые слова: пищевой термогенез, непрямая калориметрия, специализированное питание, СПМ-17, энергоэффективность пищевого продукта.
Пищевой термогенез, или специфическое динамическое действие пищи (ПТ), определяется как увеличение интенсивности энергообмена после приема пищи. Оно обусловлено повышением энерготрат, необходимых для переваривания, всасывания и резервирования в организме питательных веществ [6]. Уровень ПТ учитывается при расчете суточных энергозатрат и физиологической потребности в энергии. Известно, что в среднем ПТ составляет около 10 % общих, или суточных, энергозатрат (total energy expenditure) [12, 24]. Коэффициент ПТ (КПТ) пищевого продукта, или индивидуального рациона питания, определяется как уровень ПТ, отнесенный к потребленной пищевой энергии, выраженный в процентах [16]. КПТ жиров и углеводов составляет около 4 %, что почти в 10 раз меньше, чем КПТ белков. Для различных пищевых продуктов КПТ может варьировать от 4 до 32 %, что зависит прежде всего от содержания белка. Определенное значение имеют количество съеденной пищи, конституциональный тип, возраст, инсулинорези-стентность, наличие лишнего веса и ряд других факторов, влияние которых на процесс ПТ часто изучается в рамках проблемы метаболического синдрома и ожирения [8, 11, 12, 23].
Энергетический баланс, как «равновесное соотношение между поступающей с пищей энерги-
ей и ее затратами» [4], нетрудно поддерживать в повседневной жизни, сохраняя сбалансированное питание в известной рекомендуемой пропорции белков, жиров и углеводов 1:1:4. Однако при длительных (более 4 ч) интенсивных физических нагрузках, особенно в экстремальных условиях высокогорной гипоксии, у человека практически всегда развивается энергетический дефицит [25], что ассоциировано со снижением аппетита [3, 27], нарушением процессов пищеварения [10] и адаптивным гипометаболизмом [1]. Речь идет о нагрузках, соответствующих горному марафону с элементами ориентирования продолжительностью от 1 до 5 дней, предполагающему самообеспечение провизией и необходимой для ночевки экипировкой. Энергозатраты на физическую нагрузку на таких маршрутах составляют от 3000 до 10000 [27], а по некоторым наблюдениям до 18000 ккал [20]. Подобные нагрузки на уровне «ультравыносливости» всегда сопровождаются энергодефицитом, поэтому в рационе питания на первый план выступает энергетическая ценность в сочетании с высокой усваиваемостью.
Большинство исследователей сходятся во мнении, что основным источником питания в таких условиях должны быть углеводы (60-70 %), жиры (20-25 %), белки (5-10 %) с минимальным содержанием клетчатки (0-2 %) и энергетической
Гультяева В.В. - к.б.н., старший научный сотрудник лаборатории функциональных резервов организма, e-mail: gultyaevavv@physiol.ru
Зинченко М.И. - к.м.н., научный сотрудник лаборатории функциональных резервов организма, e-mail: miz@physiol.ru
Урюмцев Д.Ю. - к.м.н., научный сотрудник лаборатории функциональных резервов организма, e-mail: piud@physiol.ru
плотностью не менее 500 ккал на 100 г продукта [3, 27]. Основные рекомендации, как правило, ограничиваются углеводами, поступление которых должно быть в пределах 5-7 г/кг массы тела в день [17]. Считается, что запасы эндогенного жира, в отличие от ограниченных запасов глюкозы и гликогена, «практически неисчерпаемы», поэтому строгих рекомендаций по липидам не предусмотрено [3]. Увеличение содержания протеинов или аминокислот при таких нагрузках не имеет принципиального значения, так как не влияет на восстановление гликогена в мышцах [14]. Белковый компонент становится обязательным начиная с 5 суток с рекомендованным поступлением в пределах 1,4-1,7 г/кг массы тела в день [20]. Очевидно, к этому времени у атлетов наряду с энергетическим дисбалансом возникает опасность «структурного истощения».
За рубежом в качестве специализированного питания предлагаются углеводные гели, напитки и «спортивные батончики» [3]. Отечественная продукция представлена так называемыми «аварийными», «экстренными» рационами, или «рационами выживания». Это брикетированные, не требующие варки продукты, весом до 500 г с длительным сроком хранения (Приказ Министра обороны № 888 от 21.06.2011). Хотя в этих рационах большое содержание углеводов и, в некоторых случаях, жиров, они «стремятся» сохранить белковое содержание несмотря на большой КПТ. При этом невысокие вкусовые свойства не способствуют аппетиту, а повышенное содержание клетчатки снижает скорость всасывания пищевого содержимого [15]. При длительных интенсивных физических нагрузках подобные свойства являются дополнительными факторами развития энергетического дефицита.
В рамках оценки энергетической эффективности специализированных видов питания, предназначенных для быстрого восполнения калорий с минимальными затратами на процесс пищеварения, можно использовать противоположную КПТ величину - энергоэффективность пищевого продукта. Это условно «полезная», или «доступная», часть пищевых калорий за вычетом КПТ, выраженная в процентах: 100 % - КПТ %.
К особым типам рационов относится специализированное питание СПМ-17, предназначенное для использования при физических нагрузках в экстремальных условиях с высокой вероятностью развития энергетического дефицита. Кроме легко усваиваемых ингредиентов, в состав СПМ-17 входят адаптогены (олигонуклеотиды, экстракт левзеи, экстракт ганглиев кальмаров), а также витаминный комплекс брусники и клюквы. Продукт используется с 2009 г. при высокогорных
восхождениях, в том числе на Эверест [5]. По литературным данным, близкие по составу продукты имеют относительно высокую энергоэффективность, вызывая увеличение ПТ в среднем не более чем на 6-7 % [19, 21]. Вместе с этим содержание в СПМ-17 адаптогенов не позволяет исключить повышение термогенеза, снижающего энергоэффективность продукта. Другим важным фактором может оказаться пол и состав тела, которые также влияют на уровень ПТ [11, 22]. В связи с этим целью настоящей работы было исследовать энергоэффективность специализированного питания СПМ-17 в зависимости от пола.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
В исследовании приняли участие 18 условно здоровых добровольцев в возрасте от 20 до 59 лет (7 мужчин, 11 женщин), у которых при скрининговом обследовании офисные показатели артериального давления (АД) находились в пределах до 139/89 мм рт. ст. Критериями исключения служили сахарный диабет, аллергия на компоненты СПМ-17, клинические и/или физи-кальные признаки любого острого инфекционного заболевания, любая форма гепатита, СПИД, беременность, прием медикаментозных препаратов. Испытуемые не должны были употреблять алкоголь в течение суток до момента исследования, принимать тонизирующие препараты в день исследования (элеутерококк, лимонник, родиола розовая, кофе, чай и т. д.) и курить в день исследования. Исследование проведено без риска для здоровья обследуемых, в соответствии с Хельсинкской декларацией. Все обследованные подписывали письменное информированное согласие на участие в исследовании.
Добровольцы приходили на исследование к 9 ч утра. После подписания информированного согласия измеряли антропометрические показатели (рост, вес, состав тела), АД, частоту сердечных сокращений (ЧСС), насыщение гемоглобина крови кислородом ^р02). Затем проводили опрос, связанный с критериями исключения. Между 9:30 и 10 ч измеряли исходный уровень энерготрат. После этого испытуемые в течение 10-20 мин потребляли питание СПМ-17 в количестве от 6 до 11 брикетов по 20 г, что соответствовало 600-1100 «пищевых» ккал. Через 30 мин после потребления первого брикета СПМ-17 и затем каждые 30 мин в течение 4 ч повторно измеряли энерготраты методом непрямой калориметрии. В перерыве между измерениями испытуемые отдыхали сидя.
Брикеты СПМ-17 представляют собой герметично упакованные батончики массой 20 г и
энергетической ценностью 100 ккал каждый. Специализированное питание разработано и производится ЗАО «Сибирский центр фармакологии и биотехнологии» (г. Новосибирск) для обеспечения пищевой энергией при интенсивных физических нагрузках в сочетании с экстремальными условиями (гипоксия, пониженные или повышенные температуры воздуха) с целью предупреждения или уменьшения энергетического дисбаланса. Содержание белков, жиров и углеводов составляет 4, 27 и 57 % соответственно, при этом 2 % веса приходится на клетчатку и 10 % - на воду. СПМ-17 содержит также экстракт левзеи - 0,01 %, ДНК лососевых рыб - 0,1 %, экстракт ганглиев кальмаров - 0,1 %. Учитывая зависимость исходного уровня энергообмена и ПТ от тощей массы тела (ТМТ), объем потребляемого питания рассчитывали индивидуально, из расчета 15 ккал/кг ТМТ.
Антропометрию, включая измерение состава тела методом биоэлектрического импеданса, проводили с помощью системы InBody 370 (Южная Корея). Индекс массы тела рассчитывали как соотношение масса тела/рост2 (кг/м2). Измерение систолического и диастолического АД (САД и ДАД) проводили ртутным сфигмоманометром Bremed (Италия), SpO2 и ЧСС - с использованием пульсоксиметра N-200 (Nellcor, США).
Интенсивность энергетического обмена определяли методом непрямой калориметрии с учетом дыхательного коэффициента. Исследование базового уровня энергообмена проводили натощак, после 15-минутного отдыха, в положении полулежа в комфортном кресле с откинутой спинкой. Основными регистрируемыми переменными в исследовании были потребление кислорода и выделение углекислого газа, оцениваемые за каждый дыхательный цикл при дыхании через маску на спирометаболическом комплексе Ultima PFX (Medical Graphics Corporation, США). Первые 5-10 мин дыхания после надевания маски до наступления устойчивого состояния отводили на адаптацию и не записывали, затем регистрацию легочного газообмена продолжали в течение 5 мин.
ПТ рассчитывали как разность между пост-прандиальным обменом и обменом покоя натощак за 4 часа. Поскольку у 10 испытуемых из 18 исходное значение превышало одну из двух последних точек измерения, расчет ПТ проводили путем вычитания из постпрандиальных значений минимального значения энергообмена. Последнее выбиралось из исходного значения или последних двух измерений энергообмена. Феномен завышенного первого измерения, вероятно, обусловлен индивидуальной реакцией, которая
характерна для первого визита в лабораторию, несмотря на соблюдение известного регламента измерений энерготрат [13]. К моменту начала «отдыха» перед измерением базового уровня энерготрат натощак испытуемые не менее 30 минут находились в лаборатории в положении сидя. Коэффициент ПТ рассчитывали как отношение ПТ (ккал) к потребленному СПМ-17 (ккал), умноженное на 100 %.
В качестве статистического метода обработки результатов использовали дисперсионный анализ повторных наблюдений (rANOVA) с последующим LSD-post-hoc тестом для уточнения разности между повторными измерениями и и-тест Манна-Уитни для сравнения данных в экспериментальных подгруппах. В связи с пилотным характером исследования уровень значимости был принят равным 0,10 (р < 0,10). Результаты в таблицах представлены в виде медианы (Ме) и нижних и верхних квартилей ^^ Qз).
результаты и их обсуждение
Абсолютные величины показателей легочного газообмена, энерготрат и минутного объема дыхания у мужчин были выше, чем у женщин (табл. 1). При этом дыхательный коэффициент и удельные значения показателей газообмена (в расчете на килограмм ТМТ) у мужчин и женщин не различались. Это согласуется с ранее полученными данными [12, 22], показывающими, что базовый уровень энерготрат в покое прямо пропорционален ТМТ. ПТ в ответ на СПМ-17 в среднем по всей группе достиг максимума через 60 мин после приема первого брикета (рисунок). Уже через 30 мин повышение энерготрат было достоверным (р = 0,000), через 3 ч - различия с исходным уровнем еще статистически значимы (р = 0,002), через 3,5 часа достоверных различий с исходным значением скорости энергообмена уже не было. Динамика ПТ у мужчин и женщин не различалась ^ (8,128) = 1,34, р = 0,23). В ответ на потребление СПМ-17 ПТ был достоверно выше у мужчин (табл. 2). Однако КПТ (ПТ, выраженный в процентах от количества калорий потребленной пищи) у мужчин и женщин не различался, несмотря на то, что мужчины принимали большее количество брикетов. В среднем по всей группе обследованных КПТ составил 4,4 %. Это меньше, чем для других продуктов питания с изученным КПТ, близких по соотношению жиров и углеводов, но с несколько большим количеством белка [19, 21]. Таким образом, энергоэффективность СПМ-17 составляет 95,6 % (100 - 4,4).
Полученные результаты согласуются с опубликованными исследованиями по ПТ. Известно,
Таблица 1
Характеристика обследованных
Показатель Женщины (п = 11) Мужчины (п = 7) Р
Антропометрия:
возраст, лет 43 (22; 46) 31 (23; 48) > 0,05
рост, см 166,5 (162; 171) 180 (176,5; 187,0) 0,001
масса тела, кг 64,8 (60,5; 82,7) 82,5 (70,3; 92,7) > 0,05
ТМТ, кг 45,3 (42,4; 52,3) 62,9 (58,4; 69,9) 0,001
индекс массы тела, кг/м2 23,9 (22,9; 28,3) 25,0 (22,2; 26,9) > 0,05
масса мышц, кг 24,6 (22,9; 29,0) 35,9 (33,1; 40,1) 0,001
масса жира, кг 21,0 (18,0; 29,5) 16,6 (11,9; 22,8) > 0,05
содержание жира, % 31,4 (28,6; 36,8) 21,4 (15,0; 24,5) 0,008
САД, мм рт. ст. 115 (108; 121) 120 (118; 129) > 0,05
ДАД, мм рт. ст. 71 (66; 73) 75 (69; 79) > 0,05
ЧСС, уд/мин 71 (64; 79) 67 (64; 70) > 0,05
Исходный энергообмен:
выделение С02, мл/мин 167 (146; 169) 186 (179; 234) 0,001
потребление кислорода, мл/мин 189 (166; 194) 233 (207; 238) 0,002
энерготраты, ккал/ч 55,9 (49,0; 57,2) 68,6 (60,8; 71,3) 0,001
МОД, л/мин 6 (5,4; 6,3) 7 (6,3; 8,8) 0,021
выделение С02, мл/(мин х кг ТМТ) 3,36 (3,03; 3,68) 3,16 (2,79; 3,41) > 0,05
потребление кислорода, мл/(мин х кг ТМТ) 3,83 (3,51; 4,39) 3,62 (3,54; 3,7) > 0,05
энерготраты, ккал/(ч х кг ТМТ) 1,13 (0,02; 1,30) 1,08 (1,04; 1,09) > 0,05
дыхательный коэффициент 0,88 (0,86; 0,88) 0,87 (0,78; 0,94) > 0,05
что постпрандиальный обмен может увеличиваться на 20-40 % при белковой пищевой нагрузке, на 5-18 % - при углеводной и на 0-12 % -при жировой [2, 6, 7]. Очевидно, что термический эффект смешанной пищи отличается от постпрандиального эффекта раздельного тестового питания и зависит от процентного содержания его компонентов: чем больше протеинов, тем сильнее термогенное действие. Увеличение содержания жира, наоборот, снижает термоген-
в- 801
I 75-
& 65-н
о
¡3 60-
о о
I* 55-О
50
Исходно 12 3 4
Время, ч
Рис. Скорость энерготрат натощак (исходно) и в течение 4 ч после потребления СПМ-17 (среднее арифметическое ± 95%-й доверительный интервал)
ный эффект [24]. Однако необходимо отметить, что результаты исследований противоречивы. Например, в работе К^. Westerterp et а1. в исследованиях со смешанной пищей, в которой соотношение углеводов, жиров и белков было 6:3:1, КПТ составил 14,6 % [26]. В исследовании L. Рга^ащиетт et а1. [18] при том же соотношении 6:3:1 КПТ был 8,3 %. Наиболее вероятная причина столь значительных расхождений заключается в различии пищевых ингредиентов. Кроме того, ряд исследований показал, что при длительных интенсивных нагрузках попытка увеличения содержания жиров за счет уменьшения содержания углеводов для предупреждения или снижения энергодефицита не эффективна [17].
В нашей стране подбор состава специализированных продуктов ориентирован по большей части на количество пищевых калорий (энергетический компонент) и протеинов (структурный компонент) для обеспечения «полноценным и сбалансированным» питанием. Вместе с этим в экстремальных условиях интенсивных физических нагрузок, как показали многочисленные исследования, на первый план должен выступать энергетический компонент в ущерб структурному [9, 14, 27]. Для уменьшения степени выраженности энергетического дисбаланса (точнее,
Таблица 2
Пищевой термогенез и коэффициент ПТ специализированного питания СПМ-17
Показатель Женщины (n = 11) Мужчины (n = 7) Р
Масса потребленного продукта, г 140 (120; 160) 200 (180; 200) 0,001
Количество «пищевых» ккал 700 (600; 800) 1000 (900; 1000) 0,001
ПТ, ккал 28,48 (20,1; 37,54) 40,9 (37,19; 50,44) 0,070
КПТ, % 4,02 (3,12; 6,16) 4,91 (3,38; 5,26) > 0,05
энергодефицита) могут оказаться полезными продукты с высоким содержанием углеводов и жиров с низким КПТ и максимальной энергетической эффективностью.
заключение
По составу пищевой продукт СПМ-17 соответствует требованиям, предъявляемым к энергонасыщенным специализированным продуктам питания, предназначенным для использования при длительных интенсивных нагрузках многодневного горного марафона. Полученные результаты позволяют заключить, что СПМ-17, в состав которого входит набор адаптогенов, тем не менее имеет низкий коэффициент пищевого термогене-за и, соответственно, высокую энергоэффективность, превышающую 95 % от пищевых калорий.
список литературы
1. Гришин О.В. Адаптивный гипометаболизм у человека // Вестн. РАМН. 2011. (8). 33-41.
2. Егоренкова Н.П. Влияние химического состава готовых блюд на пищевой термогенез // Мед. акад. журн. 2016. (16). 210-211.
3. Колеман Э. Питание для выносливости. Мурманск: Тулома, 2005. 192 с.
4. Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации. Методические рекомендации. М., 2009. 39 с.
5. Соколов Г.А. Новый вариант восхождения на Эверест по восточной стене. Режим доступа: http:// russianclimb.com/russian/gleb_everest_2013.html, свободный.
6. Уголев А.М. Теория адекватного питания и трофология. Л.: Наука, 1991. 272 с.
7. Acheson K.J. Influence of autonomic nervous system on nutrient-induced thermogenesis in humans // Nutrition. 1993. (4). 373-380.
8. Armellini F., Zamboni M., Mino A. et al. Postabsorptive resting metabolic rate and thermic effect of food in relation to body composition and adipose tissue distribution // Metabolism. 2000. (1). 6-10.
9. Burke L.M., Millet G., Tarnopolsky M.A. International Association of Athletics Federations. Nutrition for distance events // J. Sports Sci. 2007. (25, Suppl. 1). S29-S38.
10. Costa R.J., Snipe R., Camoes-Costa V et al. The impact of gastrointestinal symptoms and dermatological injuries on nutritional intake and hydration status during ultramarathon events // Sports Med. 2016. (1). 16.
11. de Jonge L., Bray G.A. The thermic effect of food and obesity: a critical review // Obes. Res. 1997. (6) 622-631.
12. Du S., Rajjo T., Santosa S. et al. The thermic effect of food is reduced in older adults // Horm. Metab. Res. 2014. (5). 365-369.
13. Haugen H.A., Chan L.N., Li F. Indirect calorimetry: a practical guide for clinicians // Nutr. Clin. Pract. 2007. (4). 377-388.
14. Jentjens R.L., van Loon L.J.C., Mann C.H. et al. Addition of protein and amino acids to carbohydrates does not enhance postexercise muscle glycogen synthesis // J. Appl. Physiol. 2001. 91. 839-846
15. Laursen P.B., Rhodes E.C. Factors affecting performance in an ultraendurance triathlon // Sports Med. 2001. (3). 195-209.
16. McCue M.D. Specific dynamic action: A century of investigation // Comp. Biochem. Physiol. A. Mol. Integr. Physiol. 2006. 144. 381-394.
17. Peters E.M. Nutritional aspects in ultraendurance exercise // Curr. Opin. Clin. Nutr. Metab. Care. 2003. 6. 427-434.
18. Prat-Larquemin L., Oppert J.M., Bellisle F. et al. Sweet taste of aspartame and sucrose: effects on diet-induced thermogenesis // Appetite. 2000. (3). 245-251.
19. Raben A., Agerholm-Larsen L., Flint A. et al. Meals with similar energy densities but rich in protein, fat, carbohydrate, or alcohol have different effects on energy expenditure and substrate metabolism but not on appetite and energy intake // Am. J. Clin. Nutr. 2003. 77. 91-100.
20. Ranchordas M.K. Nutrition for adventure racing // Sports Med. 2012. (11). 915-927.
21. Sekhar R.V., Shetty P.S., Kurpad A.V. Diet induced thermogenesis with oral & intravenous feeding in chronically undernourished human subjects // Indian J. Med. Res. 1998. 108. 265-271.
22. Speakman J.R., Selman C. Physical activity and resting metabolic rate // Proc. Nutr. Soc. 2003. (3). 621-634.
23. Walhin J.P., Dixon N.C., Betts J.A. et al. The impact of exercise intensity on whole body and adipose tissue metabolism during energy restriction in sedentary overweight men and postmenopausal women // Physiol. Rep. 2016. (24). e13026.
24. Westerterp K.R. Diet induced thermogenesis // Nutr. Metab. (Lond). 2004. 1. (1). PMCID PMC524030.
25. Westerterp K.R., Meijer E.P., Rubbens M. et al. Operation Everest III: energy and water balance // Pflugers. Arch. 2000. (4). 483-488.
26. Westerterp K.R., Wilson S.A., Rolland V. Diet induced thermogenesis measured over 24h in a respiration chamber: effect of diet composition // Int. J. Obes. Relat. Metab. Disord. 1999. (3). 287-292.
27. Williamson E. Nutritional implications for ultra-endurance walking and running events // Extrem. Physiol. Med. 2016. (5). 13.
ENERGY EFFiciENcY oF specialized NuTRITTON spM-17
Valentina Vladimirovna GULTYAEVA, Margarita Ivanovna ZINCHENKO, Dmitriy Yuryevich URYUMTSEV
Scientific Research Institute of Physiology and Basic Medicine 630117, Novosibirsk, Timakov str., 4
To avoid energy deficit in extreme conditions of physical exercises in expeditionary restrictions of the transported load, it is necessary to take into account the energy efficiency of the nutrition used. The purpose of this study was to evaluate energy efficiency of the specialized nutrition SPM-17, intended for extreme conditions, considering sex. Material and methods. 18 practically healthy volunteers aged 20 to 59 years (7 men, 11 women) were examined within 4 hours after taking SPM-17 by indirect calorimetiy. Results. SPM-17 energy efficiency averaged 95.6 %, did not differ between men and women.
Key words: diet-induced thermogenesis, indirect calorimetry, specialized nutrition, SPM-17, nutritional energy efficiency.
Gultyaeva V.V. - candidate of biological sciences, senior researcher laboratory offunctional reserves, e-mail: gultyaevavv@physiol.ru
Zinchenko M.I. - candidate of medical sciences, researcher laboratory of functional reserves, e-mail: miz@physiol.ru
Uryumtsev D.Yu. - candidate of medical sciences, researcher laboratory offunctional reserves, e-mail: piud@physiol.ru
