CC BY
13
УДК [612.512+577.121]:796.92 DOI: 10.37482/2687-1491-Z136
ВЛИЯНИЕ ПИЩЕВОГО ТЕРМОГЕНЕЗА НИЗКОКАЛОРИЙНОЙ УГЛЕВОДНОЙ
НАГРУЗКИ НА ЭНЕРГОТРАТЫ ПОКОЯ
Е.А. Бушманова* ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1896-2879 Т.П. Логинова* ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7003-6664 А.Ю. Людинина** ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4849-4735
*Институт физиологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук,
ФИЦ Коми НЦ УрО РАН (Республика Коми, г. Сыктывкар) **Сыктывкарский государственный университет имени Питирима Сорокина
(Республика Коми, г. Сыктывкар)
Основной обмен отличается от энерготрат покоя менее чем на 10 % в силу измерений последнего в сходных условиях, но после низкокалорийной пищевой нагрузки. В настоящее время оба термина используются взаимозаменяемо, предпочтение отдается энерготратам покоя. Однако велоэргометрический тест «до отказа», часто применяемый в оценке физической работоспособности спортсменов высокой квалификации, не должен проводиться после 12-часового голодания. В связи с этим перед тестированием участники потребляют стандартизированный низкокалорийный углеводный завтрак, что, по предположению авторов статьи, не искажает получаемые значения энерготрат покоя. Поэтому целью исследования было определить влияние стандартизированной углеводной нагрузки на энерготраты покоя и состав тела. Материалы и методы. У здоровых юношей (n = 10) проведены: антропометрия и анализ состава тела с помощью системы ACCUNIQ BC380; измерение энерготрат покоя методом непрямой калориметрии; расчет термогенеза тестового (низкокалорийного углеводного) завтрака как разницы между энерготратами покоя натощак и постпрандиальным обменом. Результаты. Исследование показало, что пищевая нагрузка (250-300 ккал) с высоким содержанием углеводов (91 %) не оказывает значимого влияния на энерготраты покоя. Пищевой термогенез тестового завтрака составил 36,0±5,7 ккал, что увеличило энерготраты покоя (1887,2±111,7 ккал) на 2 % по сравнению с исходным уровнем основного метаболизма (1851,2±106,0 ккал). У обследованных юношей энерготраты покоя варьировали в зависимости от количества общей воды в организме (р = 0,038), жировой массы (р = 0,021), а также от энергетических субстратов (углеводов), полученных с пищей (р = 0,046). Таким образом, в исследованиях людей, в т. ч. спортсменов, допустимо проводить измерение энерготрат покоя после углеводного завтрака, калорийность которого не превышает 300 ккал.
Ключевые слова: энерготраты покоя, пищевой термогенез, основной обмен, углеводный завтрак, непрямая калориметрия, состав тела, биоимпендансный анализ.
Ответственный за переписку: Бушманова Екатерина Андреевна, адрес: 167982, Республика Коми, г. Сыктывкар, ул. Первомайская, д. 50; e-mail: katerinabushmanova@mail.ru
Для цитирования: Бушманова Е.А., Логинова Т.П., Людинина А.Ю. Влияние пищевого термогенеза низкокалорийной углеводной нагрузки на энерготраты покоя // Журн. мед.-биол. исследований. 2023. Т. 11, № 2. С. 153-161. DOI: 10.37482/2687-1491-Z136
Общий суточный расход энергии человека складывается из двух основных компонентов: энерготрат покоя (ЭТП), составляющих около 60-70 %, и энерготрат вне покоя, которые включают термический эффект пищи (до 10 %) и энерготраты физической активности (15-20 %) [1-4].
Как известно, основной обмен (ОО) является самым большим компонентом суточных энерготрат и представляет минимальное количество энергии, необходимое для поддержания основных физиологических функций организма в состоянии покоя. Значение ОО отличается от ЭТП менее чем на 10 % в силу измерения последнего в сходных условиях, но после низкокалорийной пищевой нагрузки. В литературе термины используются взаимозаменяемо, однако предпочтение отдается ЭТП [2, 4-6].
Пищевой термогенез (ПТ) наряду с такими параметрами, как ЭТП и энерготраты физической активности, является важной частью суточных энерготрат. При этом если ЭТП отражают интенсивность энергетического обмена в целом, то ПТ - физиологические и метаболические особенности усвоения макронутриентов [2, 7]. Интенсивность и продолжительность ПТ определяются количеством и химическим составом потребленной пищи. Так, ПТ увеличивает ЭТП в среднем на 5-10 % для углеводов, 0-5 % для жиров и 20-30 % для белков [2, 8]. Учитывая это, ПТ, как и ОО, можно рассматривать в
качестве индивидуального показателя энергетического обмена, а особенности термо-генеза основных макронутриентов целесообразно использовать как дополнительный критерий оценки метаболического или энергетического статуса [1].
На сегодняшний день «золотым стандартом» определения расхода энергии является метод непрямой калориметрии [5, 9, 10], применяемый для оценки ОО с соблюдением стандартизированных условий, главное из которых - измерение натощак [2, 4]. Однако велоэргометрический тест «до отказа», часто используемый в оценке физической работоспособности спортсменов высокой квалификации, не должен проводиться после 12-часового голодания. Поэтому такое тестирование сопровождается стандартизированным низкокалорийным углеводным завтраком, что, по нашим предположениям, не искажает получаемые значения ЭТП. В дополнение к этому измерение ЭТП проводится в сочетании с биоимпедансометрией, что предоставляет дополнительные информативные показатели физической работоспособности [11]. В связи с этим целью исследования было определение влияния стандартизированной углеводной нагрузки на ЭТП и состав тела.
Материалы и методы. В исследовании приняли участие 10 здоровых юношей (средний возраст - 19,9±1,6 лет, рост - 177,9±7,5 см), студентов-медиков. Антропометрическая характеристика выборки представлена в табл. 1.
Показатель До тестового завтрака После тестового завтрака
Масса тела, кг 73,5±17,8 73,7±17,8*
Индекс массы тела, кг/м2 23,0±4,2 23,1±4,2
Жировая масса, % 17,6±6,9 18,4±7,1
Примечание: * - установлены статистически значимые отличия по критерию Уилкоксона (р < 0,05).
Таблица 1
АНТРОПОМЕТРИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБСЛЕДУЕМЫХ ЮНОШЕЙ ДО И ПОСЛЕ ПИЩЕВОЙ НАГРУЗКИ (стандартизированный углеводный завтрак), M±SD
ANTHROPOMETRIC CHARACTERISTICS OF THE SUBJECTS BEFORE AND AFTER A FOOD INTAKE (standardized high-carbohydrate breakfast), M ± SD
Критериями допуска к исследованию являлись возраст (от 18 до 33 лет), отсутствие вредных привычек, острых и хронических заболеваний, признаков ОРВИ. Протокол исследования рассмотрен и одобрен локальным комитетом по биоэтике Института физиологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН, обследуемые дали информированное согласие на участие. Все процедуры проводились в соответствии с этическими стандартами Хельсинкской декларации 1964 года (в редакции 2013 года).
Антропометрию, включая измерение состава тела методом биоэлектрического импеданса, осуществляли с помощью системы ACCUNIQ BC380 (Южная Корея). Исследование проводили утром, натощак и после стандартизированной пищевой нагрузки, в положении стоя на платформе анализатора, при этом использовали встроенный ультразвуковой антропометр, электроды для рук и голеностопных суставов.
ЭТП исследовали методом непрямой калориметрии с помощью эргоспирометриче-ской системы Oxycon Pro (Германия) с регистрацией концентраций потребляемого О2, выдыхаемого СО2, дыхательного коэффициента (ДК), а также с определением скорости окисления метаболических субстратов (углеводов, жиров и белков) с помощью индивидуальной лицевой маски.
Участникам накануне исследования было рекомендовано ограничить тяжелые физические нагрузки и поздний ужин, а также воздержаться от кофеина. Исследование проводили утром, после 8-часового сна, в состоянии полного физического покоя и при отсутствии каких-либо внешних раздражителей, в полутемной тихой комнате при комфортной температуре (23 °С). Обследуемого помещали на кушетку, предварительно закрепив на его лице маску. Затем участнику давали время для адаптации (10-20 мин), чтобы успокоиться и освоиться. После нормализации ДК (0,80-0,86) выполняли измерение в течение 5-10 мин.
После проведенного натощак измерения ЭТП испытуемым предлагали стандартизированный углеводный завтрак (банан - 1 шт., галеты - 3-5 шт., черный чай без сахара -200 мл), калорийность которого составляла 250-300 ккал на порцию. Химический состав завтрака (% от калорийности): белки - 8, жиры - 1, углеводы - 91. Завтрак длился около 10 мин. По истечении 90 мин после стандартизированного углеводного завтрака проводили повторное измерение ЭТП. Тер-могенез тестового завтрака рассчитывали как разницу между ЭТП натощак и постпранди-альным обменом.
Данное исследование было разделено на два дня. В день обследовали по 5 человек, и временной промежуток между одним и тем же испытуемым (голодным и сытым) методически составил 90 мин, что соответствует второму гипергликемическому пику на инсу-линовой кривой после еды. Также учитывали, что некоторым участникам требовалось больше времени для адаптации и нормализации ДК. В дни обследования время ожидания момента велоэргометрического тестирования после низкокалорийного углеводного завтрака совпадало с временным отрезком в 90 мин.
Данные обрабатывали в программе Statistica (версия 12.6, StatSoft Inc, 2015). Результаты представляли в виде среднего значения и стандартного отклонения (M±SD). Нормальность распределения проверяли критерием Шапиро-Уилка. Значимость различий между показателями оценивали с помощью непараметрического критерия Уил-коксона. Корреляционный анализ проводили по Спирмену. Различия считали статистически значимыми прир < 0,05.
Результаты. В данной статье мы изучали влияние ПТ на значения ЭТП. ПТ стандартизированного углеводного завтрака составил 36,0±5,7 ккал, т. е. 13 % от его калорийности. У 70 % обследуемых наблюдалось увеличение ЭТП вследствие ПТ, тем не менее
значимые отличия были обнаружены только между некоторыми показателями состава тела (табл. 2).
от ПТ показал незначительное уменьшение количества белков (р = 0,042) и, напротив, увеличение содержания общей воды (р = 0,038),
Таблица 2
ЗАВИСИМОСТЬ ЭНЕРГООБМЕНА И СОСТАВА ТЕЛА ОБСЛЕДУЕМЫХ ЮНОШЕЙ ОТ ПИЩЕВОГО ТЕРМОГЕНЕЗА СТАНДАРТИЗИРОВАННОГО УГЛЕВОДНОГО ЗАВТРАКА, M±SD DEPENDENCE OF RESTING ENERGY EXPENDITURE AND BODY COMPOSITION OF THE SUBJECTS ON THE THERMIC EFFECT OF A STANDARDIZED HIGH-CARBOHYDRATE BREAKFAST, M± SD
Показатель До тестового завтрака После тестового завтрака
ЭТП, ккал 1851,2±106,0 1887,2±111,7
Общая вода, л 43,4±7,2 43,7±7,4*
Белки, кг 11,8±2,1 11,7±2,0*
Жировая масса тела, кг 13,8±9,2 14,4±9,6*
Безжировая масса тела, кг 58,6±10,3 59,3±10,0
Примечание: * — установлены статистически значимые отличия по критерию Уилкоксона (р < 0,05).
ЭТП у юношей после тестового завтрака (1887,2±111,7 ккал) незначительно увеличились (р = 0,332) по сравнению с исходным уровнем (1851,2±106,0 ккал). Сравнительный анализ показателей состава тела в зависимости
□ До завтрака
Углеводы
а также жировой массы (р = 0,021) после приема стандартизированного углеводного завтрака.
Была оценена скорость окисления основных энергетических субстратов (см. рисунок)
□ После завтрака
*
Т-1-1-1-г
Жиры
Белки
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 Скорость окисления, г/мин
Скорость окисления энергетических субстратов в организме обследуемых юношей до и после стандартизированного углеводного завтрака (* - установлены статистически значимые отличия по критерию Уилкоксона (р < 0,05))
Energy substrate oxidation rate in the subjects before and after a standardized high-carbohydrate breakfast (* - statistically significant differences were established according to the Wilcoxon signed-rank test (р < 0.05))
до и после тестового завтрака (через 90 мин после приема пищи): скорость окисления жиров не изменилась (р = 0,493), белков - незначительно уменьшилась (р = 0,227), а углеводов - увеличилась в 4 раза (р = 0,046).
Обсуждение. При проведении однодневного теста «до отказа» на велоэргометрической системе мы придерживаемся отработанного протокола, который не предусматривает перерыв между исследованием ОО и энерготрат физической нагрузки (измерения происходят последовательно). Поэтому перед тестированием на велоэргометре каждый обследуемый принимает стандартизированный углеводный завтрак (250-300 ккал). В связи с этим возникло предположение, что ПТ низкокалорийной углеводной нагрузки вносит минимальный вклад в ЭТП. В нашем исследовании ЭТП незначительно увеличились после тестового завтрака, тем не менее статистически значимых отличий не было обнаружено (р = 0,332), что может быть связано как с малой выборкой обследуемых, так и с низким количеством углеводов в составе тестового завтрака.
Установлено, что независимо от состава пищи повышенное энергопотребление (ЭП) приводит к увеличению энергообмена [12]. После приема пищи интенсивность обмена веществ и энерготраты организма возрастают по сравнению с уровнем ОО в строгой зависимости от химического состава потребляемой пищи [2, 8]. Ранее было показано [13], что пищевая нагрузка, содержащая от 200 до 1000 ккал, приводит к повышению ЭТП примерно на 10 % по сравнению с ОО в результате ПТ через 1 ч после приема пищи. В другом исследовании сравнение ЭП разной калорийности (450, 1000 и 1500 ккал) показало увеличение ЭТП на 9, 21 и 33,5 % от исходного уровня соответственно [12].
Аналогичные работы сравнивали низкокалорийное ЭТП с высоким содержанием жиров (195 ккал) и высококалорийное ЭП с низким содержанием жиров (700 ккал), в результате обнаружены более высокие значения ПТ при высококалорийном ЭП [14, 15]. При сравнении
ЭП с одинаковой калорийностью, но высокой долей углеводов и жиров было выявлено, что ПТ на 96 % выше для высокоуглеводного [16] и на 16 % больше для высокожирового [17] ЭП по сравнению с исходным уровнем. Схожее исследование, проведенное среди здоровых молодых мужчин, также показало, что ПТ на 32 % выше при ЭП с высоким содержанием углеводов по сравнению с высокожировым ЭП [18]. Таким образом, углеводный компонент питания вносит более существенный вклад в ПТ по сравнению с жировым.
При этом независимо от возраста и состава тела во время аэробных нагрузок умеренной интенсивности эффекты приема белковой пищи минимальны или полностью сводятся на нет [13], что позволяет обследовать спортсменов в ненатощаковом состоянии, при условии потребления перед обследованием углеводной пищи, ПТ которой варьирует от 5 до 10 %.
Одним из важных предикторов ЭТП является состав тела, оцениваемый путем биоимпе-дансного анализа [19], поэтому нами проведен сравнительный анализ показателей состава тела до и после тестового завтрака (табл. 2).
Базальный метаболизм - конституциональный признак, который отражает интенсивность энергетического обмена. Среди наиболее значимых детерминант базального обмена выделяют такие параметры организма, как масса тела, рост, возраст и пол, охватывающие около 70 % вариабельности энерготрат. У спортсменов или физически активных людей ЭТП варьируют в зависимости от состава тела, особенно от безжировой массы [4, 13]. В подтверждение этого нами была обнаружена корреляция между ЭТП и безжировой массой тела (г = 0,9; p < 0,000), количеством общей воды в организме (г = 0,9; p < 0,000) и жировой массой (г = = 0,7; р = 0,013) после тестового завтрака. В то же время до пищевой нагрузки между этими показателями не было установлено корреляционных связей.
Величина ПТ зависит от химического состава пищи [20], при этом термическая реакция белков является максимальной [20], углеводы
обладают меньшим ПТ, а у жиров он самый низкий [21]. На ПТ белков влияет их аминокислотный состав, жирные кислоты способны вносить разный вклад в термогенез жиров [21]. Также интенсивность термической реакции суммарных углеводов пищи зависит от их состава. При измерении ЭТП в натощаковом состоянии в энергообмен в основном включены жиры (р = 0,006), а после пищевой нагрузки, содержащей 91 % углеводов, 8 % белков и 1 % жиров от калорийности стандартизированного завтрака, происходит сдвиг в сторону окисления углеводов (см. рисунок). При этом известно, что пиковое значение ПТ приходится на временную точку 60 мин после приема пищи [13].
Результаты настоящего исследования показали, что пищевая нагрузка с высоким содержанием углеводов (91 %) оказывает минимальное влияние на ЭТП и потому допустима в обследовании спортсменов. ПТ тестового
завтрака составил 36,0±5,7 ккал, что увеличило ЭТП на 2 % по сравнению с исходным уровнем основного метаболизма. Установлено, что ЭТП у здоровых юношей варьируют в зависимости от количества общей воды в организме (р = 0,038), жировой массы (р = 0,021), а также от вида энергетических субстратов, полученных с пищей. Данное исследование подтверждает, что ЭТП, измеренные после низкокалорийной (до 300 ккал) пищевой нагрузки с высоким содержанием углеводов, не отличаются от ОО, поэтому стандартизированный углеводный завтрак будет использоваться нами в дальнейших исследованиях энерготрат.
Финансирование. Исследование проведено за счет средств субсидии на выполнение государственного задания № ГР1021051201877-3-3.1.8 (2022-2026 годы).
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Список литературы
1. Westerterp K.R. Physical Activity and Physical Activity Induced Energy Expenditure in Humans: Measurement, Determinants, and Effects // Front. Physiol. 2013. Vol. 4. Art. № 90. DOI: 10.3389/fphys.2013.00090
2. Redondo R.B. Resting Energy Expenditure: Assessment Methods and Applications // Nutr. Hosp. 2015. Vol. 31, suppl. 3. Р. 245-254. DOI: 10.3305/nh.2015.31.sup3.8772
3. MacLean P.S., Bergouignan A., Cornier M.-A., Jackman M.R. Biology's Response to Dieting: The Impetus for Weight Regain // Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2011. Vol. 301, № 1. Р. R581-R600. DOI: 10.1152/ ajpregu.00755.2010
4. Levine J.A. Measurement of Energy Expenditure // Public Health Nutr. 2005. Vol. 8, № 7А. Р. 1123-1132. DOI: 10.1079/phn2005800
5. MacKenzie-Shalders K., Kelly J.T., So D., Coffey V.G., Byrne N.M. The Effect of Exercise Interventions on Resting Metabolic Rate: A Systematic Review and Meta-Analysis // J. Sports Sci. 2020. Vol. 38, № 14. Р. 1635-1649. DOI: 10.1080/02640414.2020.1754716
6. Wasserfurth P., Palmowski J., Hahn A., Krüger K. Reasons for and Consequences of Low Energy Availability in Female and Male Athletes: Social Environment, Adaptations, and Prevention // Sports Med. Open. 2020. Vol. 6, № 1. Art. № 44. DOI: 10.1186/s40798-020-00275-6
7. Егоренкова Н.П. Влияние химического состава готовых блюд на пищевой термогенез // Мед. акад. журн. 2016. Т. 16, № 4. С. 210-211.
8. Morris A.L., Mohiuddin S.S. Biochemistry, Nutrients // StatPearls. Treasure Island: StatPearls Publishing, 2022.
9. Purcell S.A., Johnson-Stoklossa C., Braga Tibaes J.R., Frankish A., Elliott S.A., Padwal R., Prado C.M. Accuracy and Reliability of a Portable Indirect Calorimeter Compared to Whole-Body Indirect Calorimetry for Measuring Resting Energy Expenditure // Clin. Nutr. ESPEN. 2020. Vol. 39. Р. 67-73. DOI: 10.1016/j.clnesp.2020.07.017
10. Jagim A.R., Camic C.L., Kisiolek J., Luedke J., Erickson J., Jones M.T., Oliver J.M. Accuracy of Resting Metabolic Rate Prediction Equations in Athletes // J. Strength Cond. Res. 2018. Vol. 32, № 7. P. 1875-1881. DOI: 10.1519/JSC.0000000000002111
11. Vargas M., Lancheros L., Barrera M.P. Energy Expenditure in Repose Related to Body Composition in Adults // Rev. Fac. Med. 2011. Vol. 59, suppl. 1. P. 43-58.
12. Calcagno M., Kahleova H., Alwarith J., Burgess N.N., Flores R.A., Busta M.L., Barnard N.D. The Thermic Effect of Food: A Review // J. Am. Coll. Nutr. 2019. Vol. 38, № 6. P. 547-551. DOI: 10.1080/07315724.2018.1552544
13. Binns A., Gray M., Di Brezzo R. Thermic Effect of Food, Exercise, and Total Energy Expenditure in Active Females // J. Sci. Med. Sport. 2015. Vol. 18, № 2. P. 204-208. DOI: 10.1016/jjsams.2014.01.008
14. Martin A., Normand S., Sothier M., Peyrat J., Louche-Pelissier C., Laville M. Is Advice for Breakfast Consumption Justified? Results from a Short-Term Dietary and Metabolic Experiment in Young Healthy Men // Br. J. Nutr. 2000. Vol. 84, № 3. P. 337-344. DOI: 10.1017/s0007114500001616
15. Quatela A., Callister R., Patterson A., MacDonald-Wicks L. The Energy Content and Composition of Meals Consumed After an Overnight Fast and Their Effects on Diet Induced Thermogenesis: A Systematic Review, Meta-Analyses and Meta-Regressions // Nutrients. 2016. Vol. 8, № 11. Art. № 670. DOI: 10.3390/nu8110670
16. Bowden V.L., McMurray R.G. Effects of Training Status on the Metabolic Responses to High Carbohydrate and High Fat Meals // Int. J. Sport Nutr. Exerc. Metab. 2000. Vol. 10, № 1. P. 16-27. DOI: 10.1123/ijsnem.10.1.16
17. Thyfault J.P., Richmond S.R., Carper M.J., Potteiger J.A., Hulver M.W. Postprandial Metabolism in Resistance-Trained versus Sedentary Males // Med. Sci. Sports Exerc. 2004. Vol. 36, № 4. P. 709-716. DOI: 10.1249/01. MSS.0000121946.98885.F5
18. Nagai N., Sakane N., Moritani T. Metabolic Responses to High-Fat or Low-Fat Meals and Association with Sympathetic Nervous System Activity in Healthy Young Men // J. Nutr. Sci. Vitaminol. (Tokyo). 2005. Vol. 51, № 5. P. 355-360. DOI: 10.3177/jnsv.51.355
19. Marra M., Di Vincenzo O., Cioffi I., Sammarco R., Morlino D., Scalfi L. Resting Energy Expenditure in Elite Athletes: Development of New Predictive Equations Based on Anthropometric Variables and Bioelectrical Impedance Analysis Derived Phase Angle // J. Int. Soc. Sports Nutr. 2021. Vol. 18, № 1. Art. № 68. DOI: 10.1186/s12970-021-00465-x
20. Westerterp-Plantenga M.S., Nieuwenhuizen A., Tomé D., Soenen S., Westerterp K.R. Dietary Protein, Weight Loss, and Weight Maintenance // Annu. Rev. Nutr. 2009. Vol. 29. P. 21-41. DOI: 10.1146/annurev-nutr-080508-141056
21. Ruddick-Collins L.C., Flanagan A., Johnston J.D., Morgan P.J., Johnstone A.M. Circadian Rhythms in Resting Metabolic Rate Account for Apparent Daily Rhythms in the Thermic Effect of Food // J. Clin. Endocrinol. Metab. 2022. Vol. 107, № 2. P. e708-e715. DOI: 10.1210/clinem/dgab654
References
1. Westerterp K.R. Physical Activity and Physical Activity Induced Energy Expenditure in Humans: Measurement, Determinants, and Effects. Front. Physiol., 2013, vol. 4. Art. no. 90. DOI: 10.3389/fphys.2013.00090
2. Redondo R.B. Resting Energy Expenditure: Assessment Methods and Applications. Nutr. Hosp., 2015, vol. 31, suppl. 3, pp. 245-254. DOI: 10.3305/nh.2015.31.sup3.8772
3. MacLean P.S., Bergouignan A., Cornier M.-A., Jackman M.R. Biology's Response to Dieting: The Impetus for Weight Regain. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol., 2011, vol. 301, no. 3, pp. R581-R600. DOI: 10.1152/ ajpregu.00755.2010
4. Levine J.A. Measurement of Energy Expenditure. Public Health Nutr., 2005, vol. 8, no. 7A, pp. 1123-1132. DOI: 10.1079/phn2005800
5. MacKenzie-Shalders K., Kelly J.T., So D., Coffey V.G., Byrne N.M. The Effect of Exercise Interventions on Resting Metabolic Rate: A Systematic Review and Meta-Analysis. J. Sports Sci., 2020, vol. 38, no. 14, pp. 1635-1649. DOI: 10.1080/02640414.2020.1754716
6. Wasserfurth P., Palmowski J., Hahn A., Krüger K. Reasons for and Consequences of Low Energy Availability in Female and Male Athletes: Social Environment, Adaptations, and Prevention. Sports Med. Open, 2020, vol. 6, no. 1. Art. no. 44. DOI: 10.1186/s40798-020-00275-6
7. Egorenkova N.P. Vliyanie khimicheskogo sostava gotovykh blyud na pishchevoy termogenez [Influence of the Chemical Composition of Ready Meals on Diet-Induced Thermogenesis]. Meditsinskiy akademicheskiy zhurnal, 2016, vol. 16, no. 4, pp. 210-211.
8. Morris A.L., Mohiuddin S.S. Biochemistry, Nutrients. StatPearls. Treasure Island, 2022.
9. Purcell S.A., Johnson-Stoklossa C., Braga Tibaes J.R., Frankish A., Elliott S.A., Padwal R., Prado C.M. Accuracy and Reliability of a Portable Indirect Calorimeter Compared to Whole-Body Indirect Calorimetry for Measuring Resting Energy Expenditure. Clin. Nutr. ESPEN, 2020, vol. 39, pp. 67-73. DOI: 10.1016/j.clnesp.2020.07.017
10. Jagim A.R., Camic C.L., Kisiolek J., Luedke J., Erickson J., Jones M.T., Oliver J.M. Accuracy of Resting Metabolic Rate Prediction Equations in Athletes. J. Strength Cond. Res., 2018, vol. 32, no. 7, pp. 1875-1881. DOI: 10.1519/JSC.0000000000002111
11. Vargas M., Lancheros L., Barrera M.P. Energy Expenditure in Repose Related to Body Composition in Adults. Rev. Fac. Med., 2011, vol. 59, suppl. 1, pp. 43-58.
12. Calcagno M., Kahleova H., Alwarith J., Burgess N.N., Flores R.A., Busta M.L., Barnard N.D. The Thermic Effect of Food: A Review. J. Am. Coll. Nutr., 2019, vol. 38, no. 6, pp. 547-551. DOI: 10.1080/07315724.2018.1552544
13. Binns A., Gray M., Di Brezzo R. Thermic Effect of Food, Exercise, and Total Energy Expenditure in Active Females. J. Sci. Med. Sport, 2015, vol. 18, no. 2, pp. 204-208. DOI: 10.1016/j.jsams.2014.01.008
14. Martin A., Normand S., Sothier M., Peyrat J., Louche-Pelissier C., Laville M. Is Advice for Breakfast Consumption Justified? Results from a Short-Term Dietary and Metabolic Experiment in Young Healthy Men. Br. J. Nutr., 2000, vol. 84, no. 3, pp. 337-344. DOI: 10.1017/s0007114500001616
15. Quatela A., Callister R., Patterson A., MacDonald-Wicks L. The Energy Content and Composition of Meals Consumed After an Overnight Fast and Their Effects on Diet Induced Thermogenesis: A Systematic Review, Meta-Analyses and Meta-Regressions. Nutrients, 2016, vol. 8, no. 11. Art. no. 670. DOI: 10.3390/nu8110670
16. Bowden V.L., McMurray R.G. Effects of Training Status on the Metabolic Responses to High Carbohydrate and High Fat Meals. Int. J. Sport Nutr. Exerc. Metab, 2000, vol. 10, no. 1, pp. 16-27. DOI: 10.1123/ijsnem.10.1.16
17. Thyfault J.P., Richmond S.R., Carper M.J., Potteiger J.A., Hulver M.W. Postprandial Metabolism in Resistance-Trained versus Sedentary Males. Med. Sci. Sports Exerc., 2004, vol. 36, no. 4, pp. 709-716. DOI: 10.1249/01. MSS.0000121946.98885.F5
18. Nagai N., Sakane N., Moritani T. Metabolic Responses to High-Fat or Low-Fat Meals and Association with Sympathetic Nervous System Activity in Healthy Young Men. J. Nutr. Sci. Vitaminol. (Tokyo), 2005, vol. 51, no. 5, pp. 355-360. DOI: 10.3177/jnsv.51.355
19. Marra M., Di Vincenzo O., Cioffi I., Sammarco R., Morlino D., Scalfi L. Resting Energy Expenditure in Elite Athletes: Development of New Predictive Equations Based on Anthropometric Variables and Bioelectrical Impedance Analysis Derived Phase Angle. J. Int. Soc. Sports Nutr., 2021, vol. 18, no. 1. Art. no. 68. DOI: 10.1186/s12970-021-00465-x
20. Westerterp-Plantenga M.S., Nieuwenhuizen A., Tomé D., Soenen S., Westerterp K.R. Dietary Protein, Weight Loss, and Weight Maintenance. Annu. Rev. Nutr., 2009, vol. 29, pp. 21-41. DOI: 10.1146/annurev-nutr-080508-141056
21. Ruddick-Collins L.C., Flanagan A., Johnston J.D., Morgan P. J., Johnstone A.M. Circadian Rhythms in Resting Metabolic Rate Account for Apparent Daily Rhythms in the Thermic Effect of Food. J. Clin. Endocrinol. Metab., 2022, vol. 107, no. 2, pp. e708-e715. DOI: 10.1210/clinem/dgab654
DOI: 10.37482/2687-1491-Z136
Ekaterina A. Bushmanova* ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1896-2879 Tat'yanaP. Loginova* ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7003-6664 Aleksandra Yu. Lyudinina** ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4849-4735
*Institute of Physiology of Komi Science Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences
(Syktyvkar, Komi Republic, Russian Federation) **Pitirim Sorokin Syktyvkar State University (Syktyvkar, Komi Republic, Russian Federation)
THERMIC EFFECT OF LOW-CALORIE CARBOHYDRATE INTAKE ON RESTING ENERGY EXPENDITURE
Basal metabolic rate (BMR) differs from resting energy expenditure (REE) by less than 10 %, the latter being measured under similar conditions, but after a low-calorie meal. Presently, the two terms are used interchangeably, although resting energy expenditure is the preferred one. However, the cycling
to exhaustion test commonly used in assessing the physical performance of elite athletes should not follow a 12-hour fasting. Consequently, the subjects are given a standardized low-calorie high-carbohydrate breakfast before the test, which, according to the authors, does not distort the obtained REE values. Therefore, the aim of this study was to determine the thermic effect of a standardized high-carbohydrate meal on resting energy expenditure and body composition. Materials and methods. The anthropometry and body composition were analysed in healthy young men (n = 10) using the ACCUNIQ BC380 system; REE was assessed using indirect calorimetry; the thermic effect of a low-calorie high-carbohydrate breakfast was calculated as a difference between fasting REE and postprandial metabolism. Results. The research showed that a high-carbohydrate (91 %) food intake (250-300 kcal) produces no significant effect on REE. The meal's thermic effect was 36.0 ± 5.7 kcal, which increased REE (1887.2 ± 111.7 kcal) by 2 % compared to baseline BMR (1851.2 ± 106.0 kcal). In the subjects, REE varied depending on the total amount of water in the body (p = 0.038), fat mass (p = 0.021), and energy substrate (carbohydrate) intake (р = 0.046). Thus, in people, including athletes, it is acceptable to measure REE after a high-carbohydrate breakfast that does not exceed 300 kcal.
Keywords: resting energy expenditure, thermic effect of food, basal metabolism, high-carbohydrate breakfast, indirect calorimetry, body composition, bioimpedance analysis.
Received 20 September 2022 Поступила 20.09.2022
Accepted 14 December 2022 Принята 14.12.2022
Published 18 April 2023 Опубликована 18.04.2023
Corresponding author: Ekaterina Bushmanova, address: ul. Pervomayskaya 50, Syktyvkar, 167982, Respublika Komi, Russian Federation; e-mail: katerinabushmanova@mail.ru
For citation: Bushmanova E.A., Loginova T.P., Lyudinina A.Yu. Thermic Effect of Low-Calorie Carbohydrate Intake on Resting Energy Expenditure. Journal of Medical and Biological Research, 2023, vol. 11, no. 2, pp. 153-161. DOI: 10.37482/2687-1491-Z136
