Сравнительная оценка величины основного обмена спортсменов с различным уровнем физической активности на основе прогностических уравнений

Раджабкадиев Раджаб Магомедович; Выборная Ксения Валерьевна; Соколов Александр Игоревич; Никитюк Дмитрий Борисович

Резюме

Использование лабораторных методов оценки энерготрат спортсменов требует наличия соответствующего оборудования и обученного персонала, что весьма затруднительно в условиях повседневной спортивной деятельности. В связи с этим использование прогностических уравнений, которые наиболее точно отражают энерготраты, имеет первостепенное значение для разработки рекомендаций по питанию и восстановлению спортсменов.

Цель исследования - сравнительная оценка величины основного обмена (ВОО) высококвалифицированных спортсменов, полученная с применением наиболее часто используемых в спортивной практике прогностических уравнений.

Материал и методы. Проанализированы результаты обследования в предсоревновательный период спортивной подготовки 180 спортсменов высокого класса, членов сборных команд РФ по 4 неигровым видам спорта (пулевая стрельба, биатлон, бобслей, сноуборд) обоего пола (107 мужчин и 73 женщины в возрасте от 18 до 30 лет), проведенного утром, натощак, по истечении 10-12 ч после тренировки. ВОО оценивали с помощью биоимпедансного анализатора InBody 720 (уравнение Кэтча-МакАрдла) и прогностических уравнений Миффлина-Сант Жеора, Каннингема, Де Лоренцо и Харриса-Бенедикта. Тощую массу тела (ТМТ) определяли с использованием биоимпедансного анализатора и расчетных уравнений Бура, Хьюма и Джеймса.

Результаты. При оценке ВОО у спортсменов самые низкие значения были получены при использовании уравнения Кэтча-МакАрдла, применяемого в анализаторе InBody 720. Самые высокие показатели ВОО в мужских группах были получены при расчете с помощью уравнения Де Лоренцо, они на 3,9-15,5% превысили расчетные показатели, полученные с помощью уравнений Харриса-Бенедикта, Миффлина-Сант Жеора и Кэтча-МакАрдла (р<0,05). В женских группах самые высокие показатели ВОО были получены при использовании уравнения Миффлина-Сант Жеора; они превышали рассчитанные согласно уравнениям Кэтча-МакАрдла, Каннингема и Харриса-Бенедикта данные на 13,8-30,8% (р<0,05). Уравнение Каннингема, с помощью которого рассчитывается ВОО исходя из ТМТ, показало достоверно большие значения по сравнению с формулой Кэтча-МакАрдла; различия составили около 180 ккал для мужских групп и около 160 ккал для женских (р<0,05). В группах мужчин-спортсменов наименьшие значения ТМТ были получены при использовании формулы Хьюма. Эти значения были статистически значимо ниже (р<0,05), чем результаты определения ТМТ по формулам Бура и Джеймса (на 5,4-8,3%), а также при оценке ТМТ с помощью анализатора InBody 720 (на 7,1-7,7%). В женских спортивных группах наименьшие значения ТМТ были получены аппаратным методом, тогда как расчет по формулам показал большие значения, максимальные - по формуле Бура, однако различия не достигали уровня статистической значимости.

Заключение. При оценке ВОО у спортсменов различных специализаций c использованием уравнений прогноза результаты могут различаться на 3,9-15,5% в мужских группах и на 13,8-30,8% в женских группах. В связи с тем, что ВОО является отправной точкой расчета потребностей спортсмена в пищевых веществах и энергии, рекомендуется использовать уравнения, учитывающие компонентный состав тела, а именно содержание ТМТ, или биоимпедансный анализатор. При отсутствии анализатора состава тела ТМТ также можно рассчитать с помощью прогностических уравнений, однако следует учитывать существующие различия между измеренными и расчетными значениями этого показателя.

Ключевые слова: спортсмены; калориметрия; скорость метаболизма; энерготраты; обмен покоя; величина основного обмена; тощая масса тела; прогностические уравнения

В условиях регулярных физических нагрузок, которые испытывают спортсмены на протяжении многих лет, оптимальный баланс между потреблением и расходом энергии имеет первостепенное значение для сохранения здоровья спортсмена и повышения его работоспособности. Суточные энерготраты (ЭТ_сут) организма складываются из 3 основных компонентов: величины основного обмена (ВОО), энергетических затрат, связанных с физической активностью (ЭТФА), и специфического динамического действия пищи (пищевого термогенеза) [1, 2]. ВОО представляет собой минимальное количество энергии, необходимое организму в состоянии покоя для поддержания основных жизненно важных функций, таких как дыхание, циркуляция крови, обмен веществ, деятельность нервной системы, температурный баланс и т.д. Правильное измерение ВОО должно проводиться сразу после пробуждения, натощак в условиях температурного (22-25 °C) и психологического комфорта, без посторонних раздражителей. В условиях научного исследования провести такое измерение представляется затруднительным, поэтому некоторые исследователи прибегают к оценке энерготрат покоя (ЭТП) [2]. Определяют ЭТП преимущественно в максимально комфортных и приближенных к измерению ВОО условиях, с той основной разницей, что измерение проводится после стандартного завтрака, не натощак и после того, как обследуемый прибыл на место обследования. ЭТП меньше чем на 10% превышают показатели ВОО, главным образом за счет энергии, затрачиваемой организмом на пищевой термогенез [2].

У лиц с малоподвижным образом жизни ВОО варьирует от 60 до 75% ЭТ_сут, тогда как у спортсменов и физически активных лиц составляет до 50% [3, 4]. При этом у спортсменов ЭТФА могут варьировать в пределах 25-75% ЭТ_сут в зависимости от коэффициента физической активности [2].

Определение ВОО - необходимое условие при оценке потребности организма в макро- и микронутриентах, составлении рационов питания и планировании оптимальной нутритивной поддержки спортсменов на различных этапах тренировочного процесса. Существует несколько методов измерения ВОО [5]. Эталонным методом является непрямая калориметрия [6], однако ее применение требует специального оборудования, обученного персонала для проведения измерений, помещения с комфортными условиями, существенных финансовых и временных затрат и т.д. [4, 7, 8]. В связи с этим альтернативными методами оценки ВОО считают расчетный метод (с помощью уравнений) и аппаратный метод биоимпедансометрии.

В программном обеспечении биоимпедансных анализаторов состава тела (БИ-анализаторов) есть функция определения уровня основного обмена, на основании которого рассчитывается удельная ВОО и рекомендуемый суточный уровень энергопотребления с учетом уровня физической нагрузки. В различных биоимпедансных анализаторах используются различные формулы; например, в анализаторе АВС-01 "Медасс" (ООО НТЦ "МЕДАСС", РФ) используется формула Ю.В. Хрущевой и соавт., оценивающая ВОО по активной клеточной массе [9], а в анализаторах InBody (InBody, Южная Корея) используется формула Кэтча-МакАрдла, оценивающая ВОО по тощей массе тела (ТМТ) [10]. При отсутствии возможности провести аппаратное измерение ВОО как методом непрямой калориметрии, так и методом биоимпедансометрии (на основе встроенных уравнений) рекомендуется рассчитывать ВОО с помощью уравнений прогноза, которые широко распространены как в клинической, так и в спортивной практике. Следует отметить, что в уравнениях для оценки ВОО используется различное количество предикторов. Некоторые уравнения ограничиваются только массой (МТ) и длиной тела (ДТ) или МТ, ДТ и возрастом, тогда как другие уравнения основаны на величине ТМТ.

Оценка тощей (безжировой) массы тела также может быть проведена несколькими методами, эталонным является метод рентгеновской денситометрии. В связи с тем, что этот метод дорогостоящий, а из-за рентгеновского облучения его можно использовать не чаще 1 раза в 6 мес, в спортивной медицине и спортивной морфологии принято использовать биоимпедансный и антропометрический методы. Биоимпедансный анализ является быстрым и неинвазивным методом оценки состава тела спортсменов. С помощью него можно определить количество жировой массы тела (ЖМТ) и ТМТ, активной клеточной и скелетно-мышечной массы, а также количество общей, вне- и внутриклеточной воды организма, измерив при этом только ДТ и МТ. Антропометрический метод заключается в расчете ЖМТ и ТМТ по формулам с использованием различного количества параметров, измеренных методом антропометрии. Существуют как минимум 2 группы формул для расчета ТМТ, в которых используют результаты антропометрических измерений. Первая группа - формулы для расчета ЖМТ с последующим вычислением ТМТ из МТ. В них используются результаты измерения величин кожно-жировых складок методом калиперометрии. Вторая группа - формулы для расчета собственно ТМТ. В них используются результаты измерения МТ и ДТ, что в условиях отсутствия калипера и биоимпедансного анализатора является легкодоступным и простым методом оценки ТМТ. Если возможность провести спортсменам биоимпедансный анализ и оценить компонентный состав тела отсутствует, то, применив одно из нижеуказанных уравнений (табл. 1), основанных на измерении МТ и ДТ, можно рассчитать количество ТМТ для последующей оценки ВОО.

Цель данного исследования - сравнительная оценка ВОО высококвалифицированных спортсменов, полученная с применением наиболее часто используемых в спортивной практике прогностических уравнений.

Материал и методы

Проанализированы результаты обследования в предсоревновательный период спортивной подготовки 180 спортсменов высокого класса, членов сборных команд РФ по 4 неигровым видам спорта (пулевая стрельба, биатлон, бобслей, сноуборд) обоего пола (107 мужчин и 73 женщины в возрасте от 18 до 30 лет), проведенного утром, натощак, по истечении 10-12 ч после тренировки. Характеристика спортсменов, их антропометрические показатели и компонентный состав тела, оцененный с помощью программного обеспечения Looking’Body на биоимпедансном анализаторе InBody 720 (Южная Корея), представлены в работе [14].

ТМТ спортсменов оценивали с использованием расчетных формул, рекомендуемых к использованию во взрослой популяции (см. табл. 1). Для расчета ВОО были использованы уравнения прогноза, представленные в табл. 2.

Статистическую обработку данных проводили с помощью программ IBM SPSS Statistics v. 23.0 (IBM, США) и Microsoft Excel (2003). Тест на нормальность проводили с использованием критерия Смирнова-Колмогорова для общей объединенной выборки в рамках трехфакторного дисперсионного анализа, после которого проводили множественное сравнение средних с использованием критерия Тьюки. Результаты представлены в виде средних величин и стандартного отклонения (M±σ). Уровень значимости различий считали достоверным при р<0,05.

Результаты и обсуждение

Результаты расчета ВОО у спортсменов, занятых в разных видах спорта, по прогностическим уравнениям представлены в табл. 3.

Самые низкие значения ВОО как мужчин, так и женщин были получены с помощью уравнения Кэтча-МакАрдла, используемого в биоимпедансном анализаторе InBody 720. У всех обследованных спортсменов показатели ВОО, рассчитанные с использованием уравнения Каннингема, в среднем на 180 ккал у мужчин и 160 ккал у женщин превысили аналогичные показатели, полученные с помощью уравнения Кэтча-МакАрдла (р<0,05). Самые высокие показатели ВОО в группах мужчин были получены с помощью уравнения Де Лоренцо; они на 3,9-15,5% превысили расчетные показатели, полученные с помощью уравнений Харриса-Бенедикта, Миффлина-Сант Жеора и Кэтча-МакАрдла (р<0,05). В женских группах самые высокие показатели ВОО были получены при использовании уравнения Миффлина-Сант Жеора; они превысили расчетные показатели, полученные с помощью уравнений Кэтча-МакАрдла, Каннингема и Харриса-Бенедикта, на 13,8-30,8% (р<0,05).

Наблюдаемые различия в значениях ВОО спортсменов при использовании прогностических уравнений связаны с тем, что каждое из них было разработано и верифицировано на определенной когорте обследуемых с использованием различных антропометрических параметров и показателей компонентного состава тела [6]. К примеру, предложенное Де Лоренцо [17] уравнение для расчета ВОО было разработано с учетом показателей МТ и ДТ 51 спортсмена мужского пола, специализирующихся в водном поло (n=22), дзюдо (n=12), каратэ (n=17) и тренирующихся не менее 3 ч в день. В уравнениях Миффлина-Сант Жеора и Харриса-Бенедикта предиктором ВОО, помимо показателей МТ и ДТ, также выступил пол обследуемых [15, 16]. Важно отметить, что Миффлин и Сант Жеор при разработке уравнения использовали данные общей популяции, среди которых находились лица, выходящие за пределы нормальных значений индекса массы тела, в том числе страдающие ожирением. Например, средний индекс массы тела мужчин, принявших участие в исследовании, составил 27,5±4,1 кг/м², женщин - 26,2±4,9 кг/м², максимальное значение - 42 кг/м² [7].

Уравнение Харриса-Бенедикта, которому более 120 лет, было получено при обследовании 239 условно здоровых участников (136 мужчин, 103 женщины) преимущественно с нормальной массой тела. В качестве предиктора скорости метаболизма были рассмотрены показатели ДТ, МТ и возраста обследуемых [20]. Однако использование данного уравнения при оценке ВОО спортсменов высокого класса, специализирующихся в различных спортивных дисциплинах, все больше подвергается сомнению. К примеру, было показано, что уравнение Харриса-Бенедикта значительно занижает показатели скорости метаболизма у высококвалифицированных спортсменов олимпийских видов спорта и у атлетов ультрамарафонских дистанций [8, 21].

Несмотря на то что вышеописанные уравнения широко используются в спортивной практике, их применение в когортах спортсменов высокого класса должно быть осторожным, поскольку между рассчитанными и измеренными показателями ВОО наблюдаются существенные различия [4, 6].

В настоящее время продолжается поиск наиболее информативных предикторов ВОО, используемых при разработке прогностических уравнений. К примеру, было предложено использовать фазовый угол как возможный предиктор скорости метаболизма [22].

Результаты оценки количества тощей массы тела. Важно отметить, что ВОО в значительной степени определяется ТМТ. Профессиональные спортсмены и лица, ведущие активный образ жизни, характеризуются более выраженной ТМТ, и поэтому уравнения, учитывающие этот компонент состава тела, по мнению ряда исследователей, являются более предпочтительными при оценке скорости метаболизма спортсменов [8, 23]. Например, при сравнении расчетных (при помощи прогностических уравнений) и измеренных (методом непрямой калориметрии) показателей ВОО спортсменов высокого уровня обоих полов более надежные результаты наблюдались при использовании уравнения Каннингема [7, 8].

Результаты, полученные нами с применением уравнения Каннингема, в котором предиктором ВОО служит ТМТ, были практически идентичны результатам, полученным с использованием уравнения Харриса-Бенедикта (см. табл. 3). Это согласуется с позицией Американской академии питания и диетологии, Академии врачей-диетологов Канады и Американского колледжа спортивной медицины, которая гласит, что уравнения Каннингема и Харриса-Бенедикта могут быть рекомендованы для оценки скорости метаболизма у спортсменов [24].

Еще одним уравнением, которое широко применяется при работе со спортсменами и лицами, ведущими активный образ жизни, является уравнение Кэтча-МакАрдла. Несмотря на то что уравнения, учитывающие ТМТ, считаются более точными для спортсменов и лиц с низким процентом жира в организме, в нашей работе показатели ВОО, рассчитанные с применением уравнения Каннингема на 10,6-12,6% (р<0,05) превысили показатели, полученные с использованием уравнения Кэтча-МакАрдла (см. табл. 3).

В табл. 4 представлены показатели ТМТ обследованных спортсменов, полученные при биоимпедансном анализе состава тела и рассчитанные при помощи прогностических уравнений.

Практически все используемые формулы показали схожий результат. Статистически значимые различия наблюдались лишь при использовании для мужчин формулы Хьюма, при расчете по которой результат определения ТМТ был ниже, чем при использовании 2 других уравнений (на 5,4-8,3%), а также при определении ТМТ с помощью биоимпедансного анализатора InBody 720 (на 7,1-7,7%). В женских спортивных группах наименьшие значения ТМТ были получены аппаратным методом (InBody 720), тогда как расчет по формулам показал большие значения, особенно при использовании формулы Бура, однако различия не достигали уровня статистической значимости.

Заключение

У спортсменов высокого класса имеются особые пластические и энергетические потребности, необходимые для обеспечения интенсивных тренировок, полноценного восстановления и поддержания адекватного состава тела. Дисбаланс между потреблением и расходом энергии может привести к потере МТ, повышенному риску повреждения мышц, переутомлению и даже относительному дефициту энергии в спорте. Следовательно, оценка скорости метаболизма при помощи прогностических уравнений является необходимым условием для разработки рационов питания спортсменов при отсутствии возможности измерить ВОО методом непрямой калориметрии.

Считается, что уравнения, учитывающие ТМТ как основной предиктор ВОО, предпочтительны при оценке скорости метаболизма спортсменов. Поскольку измерение состава тела не всегда возможно, рекомендуется использовать уравнения для расчета ТМТ с последующей оценкой ВОО и суточных энерготрат. Вместе с тем разработка и применение новых прогностических уравнений, специфичных для спортсменов и видов спорта, все больше становятся предметом научных исследований.

Литература

1. Людинина А.Ю., Бушманова Е.А., Есева Т.В., Бойко Е.Р. Соответствие энергопотребления энерготратам у лыжников-гонщиков в общеподготовительный период // Вопросы питания. 2022. Т 91, № 1. С. 109-116. DOI: https://doi.org/10.33029/0042-8833-2022-91-1-109-116

2. Бушманова Е.А., Людинина А.Ю. Современные подходы к оценке энерготрат и энергопотребления у спортсменов // Вопросы питания. 2023. Т. 92, № 5. С. 16-27. DOI: https://doi.org/10.33029/0042-8833-2023-92-5-16-27

3. Maury-Sintjago E., Rodríguez-Fernández A., Ruíz-De la Fuente M. Predictive equations overestimate resting metabolic rate in young Chilean women with excess body fat // Metabolites. 2023. Vol. 13, N 2. P. 188. DOI: https://doi.org/10.3390/metabo13020188

4. Frings-Meuthen P., Henkel S., Boschmann M., Chilibeck PD., Alvero Cruz J.R., Hoffmann F. et al. Resting energy expenditure of master athletes: accuracy of predictive equations and primary determinants // Front. Physiol. 2021. Vol. 12. Article ID 641455. DOI: https://doi.org/10.3389/fphys.2021.641455

5. Окороков П.Л. Роль непрямой респираторной калориметрии в оценке основного обмена у детей с ожирением // Проблемы эндокринологии. 2018. T. 64, № 2. С. 130-136. DOI: https://doi.org/10.14341/probl8754

6. Balci A., Badem E.A., Yılmaz A.E., Devrim-Lanpir A., Akınoğlu B., Kocahan T. et al. Current predictive resting metabolic rate equations are not sufficient to determine proper resting energy expenditure in Olympic young adult national team athletes // Front. Physiol. 2021. Vol. 12. Article ID 625370. DOI: https://doi.org/10.3389/fphys.2021.625370

7. Ten Haaf T., Weijs PJ. Resting energy expenditure prediction in recreational athletes of 18-35 years: confirmation of Cunningham equation and an improved weight-based alternative // PLoS One. 2014. Vol. 9, N 10. Article ID e108460. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0108460

8. Freire R., Pereira G.R., Alcantara J.M. A., Santos R., Hausen M., Itaborahy A. New predictive resting metabolic rate equations for high-level athletes: a cross-validation study // Med. Sci. Sports Exerc. 2022. Vol. 54, N 8. P. 1335-1345. DOI: https://doi.org/10.1249/MSS.0000000000002926

9. Руднев С.Г., Соболева Н.П., Стерликов С.А., Николаев Д.В., Старунова О.А., Черных С.П., и др. Биоимпедансное исследование состава тела населения России. Москва : РИО ЦНИИОИЗ, 2014. 493 с. ISBN: 5‐94116‐018‐6.

10. Бурляева Е.А., Прунцева Т.А., Семенов M.M., Стаханова А.А., Короткова Т.Н., Елизарова Е.В. Компонентный состав тела и величина основного обмена у пациентов с избыточной массой тела и ожирением // Вопросы питания. 2022. Т. 91, № 5. С. 78-86. DOI: https://doi.org/10.33029/0042-8833-2022-91-5-78-86

11. Boer P. Estimated lean body mass as an index for normalization of body fluid volumes in humans // Am. J. Physiol. 1984. Vol. 247, N 4. P. 632-636. DOI: https://doi.org/10.1152/ajprenal.1984.247.4.F632

12. Hume R. Prediction of lean body mass from height and weight // J. Clin. Pathol. 1966. Vol. 19, N 4. P. 389-391. DOI: https://doi.org/10.1136/jcp.19.4.389 PMID: 5929341; PMCID: PMC473290.

13. James W.P.T. Research on obesity // Nutr. Bull. 1977. Vol. 4, N 3. Р. 187-190. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1467-3010.1977.tb00966.x

14. Раджабкадиев Р.М., Выборная К.В., Мартинчик А.Н., Тимонин А.Н., Барышев М.А., Никитюк Д.Б. Антропометрические параметры и компонентный состав тела спортсменов неигровых видов спорта // Спортивная медицина: наука и практика. 2019. Т. 9, № 2. С. 46-54. DOI: https://doi.org/10.17238/ISSN2223-2524.2019.2.46

15. Harris J.A., Benedict F.G. A biometric study of human basal metabolism // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 1918. Vol. 4, N 12. P. 370-373. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.4.12.370

16. Mifflin M.D., St Jeor S.T., Hill L.A., Scott B.J., Daugherty S.A., Koh Y.O. A new predictive equation for resting energy expenditure in healthy individuals // Am. J. Clin. Nutr. 1990. Vol. 51. P. 241-247. DOI: https://doi.org/10.1093/ajcn/51.2.241

17. De Lorenzo A., Bertini I., Candeloro N., Piccinelli R., Innocente I., Brancati A. A new predictive equation to calculate resting metabolic rate in athletes // J. Sports Med. Phys. Fitness. 1999. Vol. 39, N 3. P. 213-219. PMID: 10573663.

18. McArdle W.D., Katch F.I., Katch V.L. Exercise physiology // Med. Sci. Sports Exerc. 1991. Vol. 23, N 12. P. 1403.

19. Cunningham J.J. A reanalysis of the factors influencing basal metabolic rate in normal adults // Am. J. Clin. Nutr. 1980. Vol. 33, N 11. P. 2372-2374. DOI: https://doi.org/10.1093/ajcn/33.11.2372 PMID: 7435418.

20. Martinho D.V., Naughton R.J., Faria A., Rebelo A., Sarmento H. Predicting resting energy expenditure among athletes: a systematic review // Biol. Sport. 2023. Vol. 40, N 3. P. 787-804. DOI: https://doi.org/10.5114/biolsport.2023.119986

21. Devrim-Lanpir A., Kocahan T., Deliceoğlu G., Tortu E., Bilgic P. Is there any predictive equation to determine resting metabolic rate in ultra-endurance athletes? // Prog. Nutr. 2019. Vol. 21, N 1. P. 25-33. DOI: https://doi.org/10.23751/pn.v21i1.8052

22. 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, N 1. Р. 68. DOI: https://doi.org/10.1186/s12970-021-00465-x

23. Hopkins M., Blundell J.E. The importance of fat-free mass and constituent tissue-organs in the control of human appetite // Curr. Opin. Clin. Nutr. Metab. Care. 2023. Vol. 26, N 5. Р. 417-422. DOI: https://doi.org/10.1097/MCO.0000000000000965

24. Thomas D.T., Erdman K.A., Burke L.M. Position of the Academy of Nutrition and Dietetics, Dietitians of Canada, and the American College of Sports Medicine: nutrition and athletic performance // J. Acad. Nutr. Diet. 2016. Vol. 116, N 3. P. 501-528. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jand.2015.12.006

Материалы данного сайта распространяются на условиях лицензии CC BY-NC-ND 4.0 (Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International)

© ООО Издательская группа «ГЭОТАР-Медиа». Использование текстового и иллюстративного материала данного издания для обучения любых систем искусственного интеллекта, включая машинное обучение и нейросети, запрещено без письменного разрешения правообладателя.