Co spowalnia metabolizm i jak go przyspieszyć?

Genetyka jest niesprawiedliwa, ale nie można uzasadniać nią braku efektów w budowaniu masy mięśniowej czy redukcji tkanki tłuszczowej. Nader często powodem porażki nie są wcale „kiepskie predyspozycje”, a niewłaściwa dieta (np. dostarczająca za mało energii – w wypadku budowania masy - lub dostarczająca za dużo energii – w przypadku redukcji tkanki tłuszczowej). Organizm czerpie energię z różnych źródeł, co ma wiele zalet, ale też równie poważne wady.

Przykładowo, nie da się czerpać energii tylko z tłuszczów, co utrudnia pozbywanie się „boczków” i „brzucha”. Organizm równolegle czerpie z zasobów węglowodanów (glukoza we krwi, glikogen wątrobowy, mięśniowy), tłuszczów (podskórne, trzewne – ulokowane w tułowiu, wewnątrzmięśniowe itd.), fosfokreatyny (wytwarzanie ATP przez kilka sekund pracy).

Wg J. Guzka w „Patofizjologii człowieka w zarysie”,

na całkowity wydatek energetyczny (total energy expenditure, TEE) składają się:

• BMR (ang. Basal metabolic rate), czyli podstawowa przemiana materii; spotyka się tu również nazwy w rodzaju: podstawowy metabolizm spoczynkowy, spoczynkowy wydatek energetyczny – REE = ang. resting energy expenditure; zależy od beztłuszczowej masy mięśniowej, m.in. związana z wydatkowaniem energii na utrzymanie temperatury ciała; niektórzy stosują termin podstawowa przemiana materii, PPM. Podstawowa przemiana materii (ang. basal metabolic rate czyli BMR; polski skrót PPM) – ten parametr mówi nam, ile energii potrzeba na podtrzymanie podstawowych procesów życiowych: pracy serca, utrzymania temperatury, krążenia krwi, pracy mózgu, oddychania, procesów wewnątrzkomórkowych itd. PPM zależy w największej mierze od ilości mięśni w ciele, profilu hormonalnego (ilości testosteronu, DHT, kortyzolu, hormonu wzrostu, IGF-1, hormonów tarczycy: T4,T3; estrogenów), wieku, zdrowia, płci, sposobu odżywiania (diety),
• termogeneza wywołana przyjmowanym pokarmem (ang. diet induced energy expenditure, DEE) lub diet-induced thermogenesis (DIT); termiczny efekt pożywienia (ang. thermal effect of foods; TEF) lub nazywa się to też „specific dynamic action” (SDA),
• wydatek energetyczny wynikający z aktywności fizycznej (ang. activity induced energy expenditure, AEE); inni nazywają to pojęcie active metabolic rate (AMR); aktywnym wskaźnikiem metabolicznym. O ile BMR dotyczy spoczynku, to AMR dotyczy wszelkiego rodzaju wysiłku.

Uwaga: niektórzy autorzy dodatkowo rozbijają wydatek energetyczny na ten związany z aktywnością fizyczną (treningiem aerobowym, siłowym, interwałowym itd.) oraz ten występujący obok regularnego treningu (sprzątanie, chodzenie, gotowanie, jazda na rowerze do pracy itd.).

Jak BMR ma się do budowania masy czy redukcji tkanki tłuszczowej?

O ile 90 kg mężczyzna mający 175 kg wzrostu potrzebuje dziennie ~ 2000 kcal na podtrzymanie funkcji życiowych, to nawet przy niewielkiej aktywności fizycznej musi zjadać równowartość 2300-2500 kcal dziennie, aby zwiększać wagę ciała (i obwody mięśni). W uproszczeniu: mniej więcej BMR leży w granicach 20-25 kcal na każdy kilogram masy ciała. Jeśli chodzi o optymalną ilość białka, to próg zapewne leży w granicach 1.8 – 2.5 g protein na kg masy ciała, czyli 90 kg zawodnik dostarcza dziennie 162-225 g pełnowartościowych protein.

Jeśli ten sam człowiek (ważący 90 kg) stwierdzi, iż ma za dużo tkanki tłuszczowej, np. 18%, czyli 16.2 kg tłuszczu, a chciałby mieć 12%, czyli 10.8 kg tłuszczu, to zastosuje się taką samą dietę bogatą w proteiny i w zależności od przyjętej diety stworzy się deficyt z węglowodanów i/lub tłuszczy. Można przyjąć, iż jeśli mężczyzna na podtrzymanie funkcji życiowych potrzebuje 2000 kcal dziennie, to z pewnością nieodpowiednia będzie dieta 1200 kcal, gdyż spowoduje wyniszczenie mięśni. Zacząłbym redukcję u takiej osoby od minimalnego zmniejszenia podaży kalorycznej, przy nieco zwiększonym wydatku energetycznym wynikającym z aktywności fizycznej (trening aerobowy, siłowy, interwałowy itd.).

Czy da się przyspieszyć metabolizm białkiem?

DIT / SDA lub TEF, czyli termogeneza wywołana przyjmowanym pokarmem, odnosi się do przyspieszenia metabolizmu spowodowanego żywnością. Jest to koszt jej „rozłożenia”, syntezy enzymów, perystaltyka, pobieranie / przyswajanie składników odżywczych, metabolizm wtórny (synteza mocznika) i typowo odpowiada za 10% wydatku energetycznego u ludzi.

W badaniu z 2014 roku [ 2 ] sprawdzono, jak:

• proteina serwatkowa (WP),
• białko kazeinowe (CP),
• węglowodany (CHO),
• placebo (PLA),
• spożywane 30 minut przed snem, wpłyną na wydatek energii w ciągu dnia (organizm spala ją w trakcie bezczynności – REE).

W badaniu wzięło udział 11 aktywnych mężczyzn (średni wiek 23.6, procent tkanki tłuszczowej 16.3).

Podawano im:

• 30 g proteiny serwatkowej,
• 30 g białka kazeinowego,
• 33 g węglowodanów,
• lub placebo.

Każdą próbę oddzielało 48-72 godziny. Następnego ranka (między 5:00 a 8:00 rano) mierzono REE, przez 60 minut. Między badanymi nie było różnic w apetycie, ale REE mocno wzrósł w grupie proteiny serwatkowej (8151 kJ/d) oraz kazeiny (8126 kJ/d), mniej w przypadku podawania węglowodanów (7988 kJ/d). Dla porównania, placebo dało tylko 7716 kJ/d. Jak widać białko serwatkowe i węglowodany spożywane na noc przyspieszają metabolizm. WPC aż o 5,4% (wynik godny efedryny, w jednym z badań ten beta-mimetyk wpłynął na metabolizm aż o 3,6%).

Metabolizm spoczynkowy po:

• białko serwatkowe: 1948,1 kcal
• białko kazeinowe: 1942,2 kcal
• węglowodany: 1909,2 kcal
• placebo: 1844,2 kcal

A więc:

• białko serwatkowe przyspieszyło metabolizm spoczynkowy o 5,6%,
• białko kazeinowe przyspieszyło metabolizm spoczynkowy o 5,3 %,
• węglowodany przyspieszyły metabolizm spoczynkowy o 3,5%.

Spadek metabolizmu w trakcie redukcji

Warto pamiętać, iż redukcja zawsze pociąga za sobą spadek wydatku energetycznego (pośrednio przez spadek ilości mięśni, a także przez ograniczenie TEF).

Można przyjąć iż:

• redukcja wagi ciała o 5.1 ± 4.4% pociąga za sobą spadek spoczynkowego wydatku energetycznego o 9.4 ± 9.9% (w ciągu 12 tygodni),
• redukcja wagi ciała o 8.1 ± 3.8 przy użyciu sibutraminy pociąga za sobą spadek spoczynkowego wydatku energetycznego o 5.3 ± 12.0% (w ciągu 12 tygodni).

REE (ang. resting energy expenditure) to energia, jaką organizm spala w trakcie bezczynności. Czy spadek REE o 9.4% ma jakieś znaczenie? Niestety tak, gdyż spoczynkowa przemiana materii stanowi około 60–70% dobowego wydatku (dla mało aktywnych osób). Co prawda 9.4% w przypadku wydatkowania 1500 kcal dziennie to tylko 141 kcal. Jednak w skali miesiąca to już 4230 kcal, czyli ~600 g tkanki tłuszczowej, a w skali roku 7.2 kg tłuszczu! Ponadto sibutraminę wycofano w 2010 r. ze względu na nasilone skutki uboczne (ryzyko, np. udaru).

Wpływ leków na metabolizm

Przykładowo, u zdrowych osób salbutamol jest w stanie zwiększyć REE nawet o 11,4 % (5 mg, wziewnie), ta sama dawka o U osób starszych tylko o 5.7%, z kolei u chorych na COPD (ang. Chronic obstructive pulmonary disease; przewlekła obturacyjna choroba płuc) tylko o 4.2%. [3] Efedryna jest w stanie zwiększyć REE o 3.6% (150 mg dziennie) [4]. Spotyka się również doniesienia o wzroście REE po efedrynie o 6.6% (30 mg) lub nawet 10% (10 mg).

Wpływ treningu na metabolizm

Można też manipulować spoczynkowym wydatkiem energetycznym poprzez trening siłowy, aerobowy lub interwałowy. W badaniu Gary R. Hunter i wsp. [5] trening aerobowy, trwający nawet 40 minut, okazał się nieskuteczny w kontekście przyspieszania metabolizmu, gdyż podniósł REE po 19 godzinach tylko o 4%, co odpowiada 50 kcal (porównania REE w grupie, która nic nie robiła i w grupie aerobowej). REE był liczony dla doby. Rozbudowując masę mięśniową silnie wpływasz zarówno na spalanie kalorii przy braku aktywności (w ciągu dnia), jak i wydatek energetyczny wynikający z aktywności fizycznej (podczas treningu).

Im mniej masz mięśni – tym wolniej będziesz pozbywać się tłuszczu

W badaniach naukowych 24-godzinne utlenianie tłuszczów wynosiło: [8,9]

• 68 ± 13 g dziennie, gdy tego dnia wykonano trening siłowy (konkretnie obwodowy, 4 serie po 10 powtórzeń, z obciążeniem 70% maksymalnego),
• 80 ± 17 g dziennie, w dzień wolny od treningu,
• 86.5 g tłuszczy w dzień wolny od treningu,
• 87 g tłuszczy w dzień, w którym wykonano 49 ± 2 minuty treningu na rowerku, z intensywnością 70% VO2 MAX (czyli 82% tętna maksymalnego) i „spalono” w ten sposób 546 ± 16 kcal, [9]
• 91 g tłuszczy w dzień, w którym wykonano 70 minut treningu siłowego (obwodowego, zawierającego 10 ćwiczeń, z intensywnością 70% ciężaru maksymalnego) i „spalono” w ten sposób 448 ± 21 kcal. [9]

A powszechnie uważa się i głosi, że “aeroby napędzają metabolizm”, a „trening siłowy spala tony tłuszczu”. Przykro mi, ale gdyby to była prawda, większość mężczyzn nie nosiłaby 16-20% tkanki tłuszczowej, ale 6-10%. W rzeczywistości modelowy 90 kg mężczyzna nosi na sobie ok. 14.4- 18 kg tłustego balastu. Dlaczego?

Ponadto chciałbym zauważyć, iż o ile trening aerobowy czy siłowy mają znikomy wpływ na dzienny bilans utleniania tłuszczy, to już wpływ na węglowodany jest gigantyczny!

Oto zbiorcze dane dotyczące utleniania węglowodanów w ciągu 24 h:

• dzień bez treningu: 249.3 g,
• dzień aerobów (49 ± 2 minuty treningu na rowerku, 82% tętna maksymalnego): 370.2 g węglowodanów,
• dzień treningu oporowego; 70 minut treningu siłowego (obwodowego, zawierającego 10 ćwiczeń, z intensywnością 70% ciężaru maksymalnego): 349.4 g węglowodanów.

Oto zbiorcze dane dotyczące utleniania tłuszczy w ciągu 24 h:

• dzień bez treningu: 86.5 g,
• dzień aerobów (49 ± 2 minuty treningu na rowerku, 82% tętna maksymalnego): 87.0 g tłuszczy,
• dzień treningu oporowego; 70 minut treningu siłowego (obwodowego, zawierającego 10 ćwiczeń, z intensywnością 70% ciężaru maksymalnego): 91 g tłuszczy.

Oto zbiorcze dane dotyczące utleniania protein w ciągu 24 h:

• dzień bez treningu: 85.1 g,
• dzień aerobów (49 ± 2 minuty treningu na rowerku, 82% tętna maksymalnego): 88.9 g,
• dzień treningu oporowego; 70 minut treningu siłowego (obwodowego, zawierającego 10 ćwiczeń, z intensywnością 70% ciężaru maksymalnego): 86.6 g.

Nieco lepiej przedstawia się sytuacja dla wysokiej intensywności treningu interwałowego (dlaczego napisałem „wysokiej intensywności”? Bo istnieją setki rodzajów interwałów niskiej intensywności).

W eksperymencie z 2012 roku [10] wzięło udział 17 wytrenowanych, młodych ludzi.

Zastosowano dwa rodzaje treningu:

• Tradycyjny trening siłowy, czyli 8 ćwiczeń po 4 serie wykonywane do załamania, intensywność rzędu 75% ciężaru maksymalnego, 1-2-minutowa przerwa między seriami (1-minutowa jednostawowe, 2 minuty dla wielostawowych), ogólna objętość sesji: 32 serie, przeciętnie mężczyźni byli w stanie wykonać od 8 do 12 powtórzeń każdego boju. Ćwiczenia: wyciskanie sztangi leżąc, maszyna do ćwiczenia grzbietu (najszersze), wyciskanie żołnierskie, uginania ramion (biceps), prostowanie ramion (triceps), wyciskanie nogami (suwnica), uginanie nóg leżąc (tył uda), „brzuszki”,
• HIIRT (High-Intensity Interval Resistance Training) zawierał 6 powtórzeń, 20 sekund przerwy, 2/3 powtórzenia, 20 sekund przerwy, 2/3 powtórzenia i długa przerwa trwająca 2 minuty 30 sekund. Ogółem badani wykonali po 3 wydłużone serie nieco przypominające metodę cluster (wyciskanie nogami, wyciskanie sztangi leżąc oraz ściąganie drążka wyciągu do klatki); intensywność: 85% ciężaru maksymalnego.

W eksperymencie chodziło o ustalenie, jak każdy z rodzajów pracy wpływa na wydatek energii w ciągu dnia (organizm spala ją w trakcie bezczynności – REE ang. resting energy expenditure). Zmierzono REE przed i 22 godziny po zakończeniu treningu.

Wyniki:

• tradycyjny trening trwał 62 minuty, przerzucono 7835 kg, poziom kwasu mlekowego we krwi wzrósł do 5,1 mmol/L po treningu. Po 22 godzinach w grupie odnotowano 5% wzrost spalania kalorii w spoczynku, z poziomu 1901 do 1999 / dzień,
• w grupie treningu interwałowego, wysokiej intensywności w ciągu 32 minut pracy badani „podnieśli” 3872 kg, a poziom kwasu mlekowego mierzony po treningu wzrósł do 10,5 mmol/L. Po 22 godzinach w grupie odnotowano 24% wzrost spalania kalorii, z poziomu 1909 do poziomu 2362 / dzień!

Komentarz i podsumowanie: klasyczny trening siłowy ma nikły wpływ na metabolizm. Zresztą, jak widać w cytowanych badaniach, wskutek treningu aerobowego czy siłowego nasilone może być tylko utlenianie węglowodanów, a nie tłuszczy, więc taka zmiana i „przyspieszenie metabolizmu” wskutek wykonania, np. super intensywnych interwałów, ma znikome znaczenie dla redukcji tkanki tłuszczowej.

Jedzenie przetworzone i nieprzetworzone a metabolizm

Na koniec perełka – badanie, którego chyba nikt nie dostrzegł (lub dostrzegł i zignorował). DIT / SDA lub TEF, czyli termogeneza wywołana przyjmowanym pokarmem, różni się w zależności od zawartości makroskładników odżywczych w spożywanej żywności. Metabolizm węglowodanów jest bardziej kosztowny energetycznie, niż tłuszczów, a metabolizm białek jest najbardziej wymagający energetycznie ze wszystkich.

Dlatego w badaniach Horton TJ i wsp. [6] wykazano, iż przy bardzo dużej nadwyżce energetycznej węglowodany są choć w pewnej części utleniane, a całkowity wydatek energetyczny się zwiększa. Z kolei tłuszcze prawie bez zmian i strat są odkładane! 9 szczupłych i 7 otyłych mężczyzn otrzymywało 50% więcej energii, niż potrzebowali, w postaci węglowodanów lub tłuszczów.

Wyniki:

• przekarmianie węglowodanami prowadziło do stopniowego wzrostu utleniania węglowodanów i wzrostu całkowitego wydatku energetycznego, w efekcie „odłożyło się” 75-85% nadwyżki energetycznej,
• nadmierne spożycie tłuszczu miało minimalny wpływ na utlenianie tłuszczu i całkowite zużycie energii, prowadząc do przechowywania 90-95% nadwyżki energii.

Ogólnie rzecz biorąc, DIT będzie wyższy, a przyswajalna energia netto niższa, gdy posiłek zawiera bardziej złożone substraty wymagające większej syntezy enzymów i bardziej złożonego metabolizmu wtórnego w wątrobie. W porównaniu do mało przetworzonej żywności, pokarmy wysokoprzetworzone charakteryzują się niższą gęstością składników odżywczych (tj. niższą zawartością i różnorodnością składników odżywczych na kalorię), mniejszą ilością błonnika pokarmowego i nadmiarem cukrów prostych (glukozy, fruktozy) lub dwucukrów (lub ich odpowiedników, np. sacharozy, syropu glukozowo-fruktozowego), co czyni je strukturalnie i chemicznie prostszymi, niż żywność mało przetwarzana, a więc są przewidywalnie łatwiejsze do strawienia.

Badani ukończyli dwie próby, w których zjedzono dwa rodzaje posiłków, różniące się stopniem przetworzenia. Oba składały się z chleba i kanapek z serem. Posiłek pełnoziarnisty (WF) składał się z chleba wieloziarnistego (który zawierał całe nasiona słonecznika i inne ziarna pełnoziarniste) i sera cheddar, podczas gdy posiłek PF składał się z białego chleba i produktu z sera przetworzonego.

Posiłki WF i PF dostarczały tyle samo energii:

• 600 kcal porcji (2 520 kJ, 1½ kanapki)
• 800 kcal porcji (3 360 kJ, 2 kanapki).

Każdy badany został poproszony o wybranie preferowanego rozmiaru porcji i spożycie tej wielkości porcji dla każdego posiłku. Wartość energetyczna pochodziła z etykiet żywności. 7 kobiet zdecydowało się zjeść porcję 600 kcal, podczas gdy 5 panów i pozostałe 5 kobiet zdecydowało się zjeść porcję 800 kcal. Niezależnie od wielkości porcji, każdy posiłek zawierał taką samą ilość energii, zarówno z chleba, jak i sera (60% chleba, 40% sera).

Posiłek WF (mało przetworzony) dostarczył:

• 20% białka,
• 40% węglowodanów,
• 39% tłuszczu.

Posiłek PF (wysoko przetworzony) dostarczył:

• 15% białka,
• 50% węglowodanów,
• 33% tłuszczu.

Posiłek WF zawierał około 3 razy więcej błonnika pokarmowego, niż posiłek PF.

Ilustracja: wpływ różnego rodzaju posiłków na wydatek energetyczny. Białe kwadraty = żywność nieprzetworzona; czarne trójkąty = wysoko przetworzony posiłek.

Wyniki:

• wysoko przetworzony posiłek wymagał zużycia 306.9 kJ energii (73.3 kcal),
• nisko przetworzony posiłek wymagał zużycia 576.3 kJ energii (137,7 kcal),
• a więc nisko przetworzony posiłek (zdrowszy) wymagał ~87% więcej energii,
• termiczny efekt pożywienia trwał ~5 h (4.8 h), w przypadku posiłku wysoko przetworzonego oraz ~6 h (5.8 h), w przypadku posiłku niskoprzetworzonego,
• maksymalne zużycie energii następowało po 1.8 h (posiłek przetworzony) oraz po 1.9 h (posiłek niskoprzetworzony).

Podsumowanie

Na metabolizm można wpływać beta-mimetykami (np. salbutamol, formoterol, terbutalina), środkami działającymi pośrednio (efedryna), białkiem serwatkowym, a także podając mało przetworzoną żywność (np. chleb pełnoziarnisty, owsianka, surowe owoce, warzywa, wołowina, indyk, kurczak, migdały, orzechy itd.).

Z badań wynika, iż zarówno trening siłowy, aerobowy, jak i interwałowy mogą być skuteczne dla podbijania wydatku energetycznego podczas bezczynności. Wiele zależy jednak od intensywności wysiłku, przerw między seriami, tętna, stężenia mleczanów itd.

Referencje:

“Increased Resting Energy Expenditure after 40 Minutes of Aerobic But Not Resistance Exercise”http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1038/oby.2006.236/full#f

Madzima TA1, Panton LB1, Fretti SK1, Kinsey AW1, Ormsbee MJ1. Br J Nutr. 2014 Jan 14;111(1):71-7. doi: 10.1017/S000711451300192X. Epub 2013 Jun 17. “Night-time consumption of protein or carbohydrate results in increased morning resting energy expenditure in active college-aged men.” http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23768612

Creutzberg EC1, Schols AM, Bothmer-Quaedvlieg FC, Wesseling G, Wouters EF. “Acute effects of nebulized salbutamol on resting energy expenditure in patients with chronic obstructive pulmonary disease and in healthy subjects.”

John R. SHANNON, Keith GOTTESDIENER, Jens JORDAN, Kong CHEN, Stacey FLATTERY, Patrick J. LARSON, Mari Rios CANDELORE, Barry GERTZ, David ROBERTSON and Ming SUN “Acute effect of ephedrine on 24-h energy balance” Autonomic Dysfunction Center, AA3228 MCN, Vanderbilt University, Nashville, TN 37232ñ2195 , U.S.A.

Lammert O1, Grunnet N, Faber P, Bjørnsbo KS, Dich J, Larsen LO, Neese RA, Hellerstein MK, Quistorff B. „Effects of isoenergetic overfeeding of either carbohydrate or fat in young men”

Horton TJ1, Drougas H, Brachey A, Reed GW, Peters JC, Hill JO. Fat and carbohydrate overfeeding in humans: different effects on energy storage. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/7598063

Sadie B. Barr and Jonathan C. Wright “Postprandial energy expenditure in whole-food and processed-food meals: implications for daily energy expenditure” https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2897733/

Edward L Melanson, Ph.D.,1,2 Paul S. MacLean, Ph.D.,1,2 and James O. Hill, Ph.D “Exercise improves fat metabolism in muscle but does not increase 24-h fat oxidation” https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2885974/

Melanson EL1, Sharp TA, Seagle HM, Donahoo WT, Grunwald GK, Peters JC, Hamilton JT, Hill JO. “Resistance and aerobic exercise have similar effects on 24-h nutrient oxidation.”

Antonio Paoli, Tatiana Moro, Giuseppe Marcolin, Marco Neri, Antonino Bianco, Antonio Palma, Keith Grimaldi “High-Intensity Interval Resistance Training (HIRT) influences resting energy expenditure and respiratory ratio in non-dieting individuals”http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3551736/