Рафт за книги на NCBI. Услуга на Националната медицинска библиотека, Национални здравни институти.

метаболизма

Институт по медицина (САЩ) Комисия по военни изследвания на храненето; Marriott BM, редактор. Хранителни нужди в гореща среда: Приложения за военен персонал в полеви операции. Вашингтон (DC): National Academies Press (САЩ); 1993 г.

Хранителни нужди в гореща среда: Приложения за военен персонал в полеви операции.

Въведение

През последното десетилетие нараства интересът към идеята, че хората, ангажирани с усилени физически упражнения, може да имат повишена нужда от няколко от основните минерали. Тази идея доведе до широко разпространеното схващане, че минералните добавки могат да бъдат изгодни за тази субпопулация. Концепцията се основава на две основни схващания: (а) че хората, ангажирани с усилени физически упражнения, имат по-високи изисквания за някои минерали в сравнение със заседнали индивиди поради увеличените нива на загуба на урина и пот от избрани минерали и (б) че усещането за неадекватен прием на някои минерали води до понижаване на издръжливостта и в крайна сметка може да доведе до развитието на някои болестни състояния. Въпреки че значителен брой спортисти, треньори и професионалисти в областта на спортната медицина вярват в оздравителните ефекти на минералните добавки, има забележително малко данни, подкрепящи положителния ефект на хранителните добавки с минерали върху спортните постижения. Както е обсъдено по-долу обаче, усилените упражнения влияят върху метаболизма на няколко минерала и количеството минерали, загубени чрез потта (поради силна топлина или упражнения), може да бъде значително.

Тази глава разглежда настоящото разбиране за ефектите от упражненията върху минералния метаболизъм и потенциалните последици от тези ефекти. Предполага се, че метаболизмът на най-малко осем минерала - мед, хром, йод, желязо, магнезий, калий, натрий и цинк се влияе от упражненията. Поради ограниченията в пространството, тази глава ще се съсредоточи върху четири елемента - желязо, магнезий, цинк и мед - за да илюстрира концепции, свързани с промени, предизвикани от упражнения и топлина в метаболизма на минералите и храненето. Преди това обсъждане обаче ще бъдат направени няколко коментара относно йода, селена и хрома. Читателят е насочен към глави 12 и 13 за информация относно упражненията и предизвиканите от топлината промени в метаболизма на натрий и калий.

Ефекти от упражненията и топлината върху метаболизма на йод, хром и селен

Consolazio (1966) съобщава, че значително количество йод може да бъде загубено чрез потта. В това проучване 12 възрастни мъже се поддържат при температура от 38,5 ° C през деня и 33,1 ° C през нощта. През 24-часовия период мъжете тренираха с умерена скорост на велоергометър в продължение на 1 час. Средната обща загуба на пот при мъжете за 24-часовия период е 5576 g, което води до средна загуба от 146 µg йод. Като се има предвид, че препоръчаната от САЩ през 1989 г. хранителна добавка (RDA) (NRC, 1989) за йод за възрастни мъже и жени е 150 µg на ден, а наблюдението, че типичният прием на йод без йодирана сол варира от 250 до 170 µg на ден за мъжете и жени, съответно (Pennington et al., 1989), е очевидно, че свързаната с пот загуба на йод може да бъде значителна. Горните констатации показват, че е изключително важно йодираната сол (която осигурява >70 µg йод на g сол) трябва да се консумират, когато човек е в изключително гореща зона и/или е ангажиран с усилена дейност. Необходими са изследвания, изследващи влиянието на комбинираното излагане на топлина и упражнения за издръжливост върху йодния метаболизъм.

Както при йода, има ограничена литература за влиянието на упражненията и топлината върху метаболизма на селен, въпреки че се предполага, че спортистите могат да се възползват от добавките на селен поради ролята му в синтеза на глутатион пероксидаза. Singh et al. (1991) съобщават, че плазмените концентрации на селен намаляват при мъжете, изложени на 5-дневна строга тренировъчна програма, проведена от американския флот, въпреки увеличения прием на селен по време на програмата. Сингх и колеги предполагат, че намаляването на плазмения селен може да е отражение на изместване на селена от плазмения басейн към тъкани, изискващи повишена антиоксидантна защита. Тази хипотеза би била в съответствие с наблюдението, че упражненията могат да доведат до повишени нива на пероксидация на липидни тъкани в тъканите (Davies et al., 1982). Въпреки че горните наблюдения предполагат, че метаболизмът на селен може да бъде повлиян от упражненията, към днешна дата няма убедителни доказателства, че добавянето на селен е необходимо за лица, занимаващи се с дейности за издръжливост (Lane, 1989; Lang et al., 1987).

Consolazio и сътр. (1964) съобщават за средна загуба от 340 µg селен в пот за 8-часов период при мъже, поддържани при температура от 37,8 ° C. Въпреки това, като се има предвид наблюдението, че типичният прием на селен е само от порядъка на 100 µg на ден (Pennington et al., 1984), отчетената от Consolazio загуба изглежда прекомерна и може да отразява техническите трудности, свързани с измерването на този елемент. С изключение на данните от Consolazio, няма текущи доклади, които да показват, че нуждите от селен са по-високи в горещи среди в сравнение с умерените региони.

Дефицитът на хром сам по себе си не е приет като здравословен проблем при спортистите с издръжливост. Изглежда обаче разумно, като се имат предвид горните констатации, да се следи състоянието на хром на лица, ангажирани с усилена дейност за продължителни периоди от време, особено ако дейността се извършва в гореща среда, където загубите на хром в потта биха могли да бъдат предвидени да бъдат високи. Необходими са изследвания на функционалните последици от индуцираните от активността промени в метаболизма на хрома.

Ефекти от упражненията и топлината върху метаболизма на желязото

Добре известно е, че желязодефицитната анемия може да бъде свързана с намалено представяне при максимални и субмаксимални физически упражнения (Andersen and Barkve, 1970; Edgerton et al., 1981; Gardner et al., 1977; McDonald and Keen, 1988 и справки цитиран там). Съществуват обаче значителни противоречия относно степента, до която упражненията допринасят за развитието на дефицит на желязо. Въпреки че има общоприето схващане, че атлетите като група са склонни да имат висока честота на анемия в сравнение със заседналите популации, хематологичните изследвания на елитни спортисти обикновено не подкрепят тази идея (Brotherhood et al., 1975; de Wijn et al., 1971; Stewart et al., 1972). По този начин явната анемия с дефицит на желязо не изглежда често усложнение на хроничните интензивни упражнения.

Предполага се, че високите нива на физическа активност причиняват „спортна анемия“ (обикновено се определя като спад в концентрацията на хемоглобина, хематокрита и броя на червените кръвни клетки; Balaban et al., 1989; Yoshimura, 1970). Феноменът на спортната анемия е свързан с повишено разрушаване на еритроцитите, потиснато усвояване на желязо, повишена загуба на пот от желязо и стомашно-чревна кръвозагуба (Dressendorfer et al., 1991; Ehn et al., 1980; Frederickson et al., 1983; Paulev et al., 1983; Puhl et al., 1981; Stewart et al., 1984). Въпреки че повечето изследователи се съгласяват, че спортната анемия е често срещана при спортисти, които инициират строги тренировъчни програми, тази "анемия" обикновено има преходен характер, като хематологичните стойности често се връщат към предварителните стойности в рамките на 3 седмици, въпреки продължаващото обучение (Frederickson et al., 1983). Въз основа на тези констатации някои предполагат, че спортната анемия може отчасти да е следствие от разширяване на плазмения обем и функционално разреждане на броя на червените кръвни клетки, тъй като обемът на кръвта може да се увеличи с 20% по време на тренировка (Brotherhood et al., 1975; Hegenauer et al., 1983).

През последните години се проявява интерес към идеята, че тренировъчните тренировки могат да доведат до намаляване на запасите от желязо в тъканите. Ehn at al. (1980) съобщават за ниски запаси от желязо в костния мозък и доказателства за повишена абсорбция на желязо при елитни бегачи на дистанция, които се характеризират с нормални нива на хемоглобин и серумно желязо. Многобройни изследователи съобщават, че ниските серумни концентрации на феритин са последица от продължителни, тежки физически упражнения (главно когато субектът се занимава с тежести) (Magazanik et al., 1988; Nickerson et al., 1985; Parr et al ., 1984; Roberts and Smith, 1990; Snyder et al., 1989). Въпреки че има значителен дебат за степента, до която добавките с желязо могат да предотвратят индуцираното от упражнения намаляване на запасите от тъканно желязо, Snyder et al. (1989) и Nickerson et al. (1985) съобщават, че осигуряването на високо бионалично желязо (хем желязо в месото) или добавки с желязо (105 mg на ден) може да забави развитието на ниски серумни концентрации на феритин.

Като се има предвид наблюдението, че атлетите за издръжливост обикновено не се характеризират с по-висока от нормалната честота на желязодефицитна анемия (вж. По-горе), много изследователи поставят под въпрос значението на откриването на ниски серумни концентрации на феритин при тези индивиди. Важно е обаче да се отбележи, че появата на ниски запаси от желязо при тези индивиди може да създаде проблем по отношение на възстановяването от наранявания, които водят до големи увреждания на тъканите или загуба на кръв. Трябва да се отбележи, че наскоро се наблюдава пределен дефицит на желязо, водещ до нарушена терморегулация (Beard et al., 1990); по този начин, предизвиканите от упражнения промени в състоянието на желязото могат да представляват особен риск за хората, изложени на екстремни температури.

Както беше обсъдено по-горе, смята се, че повишената скорост на загуба на пот от желязо допринася за изчерпването на запасите от желязо с хронична физическа издръжливост. Въпреки че загубата на желязо чрез пот обикновено не се счита за основно обяснение за изчерпването на желязото, концентрациите на желязо в пот могат да варират от 0,1 до 0,3 mg на литър за мъже и до 0,4 mg на литър за жени (Aruoma et al., 1988; Brune et al., 1986; Lamanca et al., 1988; Paulev et al., 1983). Като се имат предвид тези концентрации, потта може да бъде значителен път на загуба на желязо, особено когато скоростта на пот надвишава 5 литра на ден. Потенциалното взаимодействие между продължително излагане на високи температури и енергична активност по отношение на състоянието на желязото и способността на индивида да терморегулира и да се възстанови от нараняване е област, която се нуждае от допълнително изясняване.

В обобщение, хранителните добавки с желязо в някои случаи могат да бъдат оправдани, за да се осигури добро здраве на индивида. Трябва обаче да се внимава при пропагандирането на прекомерно добавяне на желязо, като се имат предвид потенциалните негативни странични ефекти, които могат да бъдат свързани с употребата му, включително възможен стомашно-чревен дискомфорт и взаимодействия с други метали, които имат подобни физиохимични свойства. Например, предполага се, че високите нива на допълнително желязо могат да инхибират абсорбцията на цинк (Keen and Hackman, 1986; Solomons, 1986). Като се има предвид, че продължителното излагане на режим на интензивно физическо натоварване и/или излагане на условия, водещи до високи нива на загуба на пот, е свързано с изразени промени в метаболизма на цинка (вж. По-долу), потенциалните отрицателни ефекти от излишното добавяне на желязо са ясни.

Ефекти от упражненията и топлината върху метаболизма на цинка

Това откритие показва, че има краткосрочни ефекти от упражненията върху метаболизма на цинка; обаче непосредствените физиологични последици от тези ефекти не са известни. Dressendorfer и Sockolov (1980) предполагат, че високото ниво на постоянни упражнения може да има дълготрайни ефекти върху метаболизма на цинка. Това предположение се основава на наблюдението, че значителен брой бегачи на издръжливост се характеризират с ниски серумни концентрации на цинк, дори когато са тествани преди тренировка. Оттогава тази хипоценцемия при бегачите на издръжливост е докладвана от други лаборатории (Couzy et al., 1990; Deuster et al., 1986; Dressendorfer et al., 1982; Hackman and Keen, 1986; Haralambie, 1981).

Като се има предвид честото наблюдение на хипоцинемия, предизвикана от упражнения, и потенциално високите количества на елемента, които могат да бъдат загубени чрез пот, може да се наложи добавяне на цинк в ситуации, при които се очаква продължително излагане на упражнения и топлина. Въпреки това, както се обсъжда за желязото, трябва да се внимава, когато се застъпва за добавки с цинк, тъй като този елемент при високи нива може да попречи на абсорбцията на мед поради сходните физиохимични свойства на цинка и медта (Keen and Hackman, 1986). Хроничната (повече от 6 седмици) консумация на цинкови добавки над 50 mg на ден е свързана с индуцирането на дефицит на мед при хората (Fischer et al., 1984; Fosmire, 1990; Prasad et al., 1978; Samman and Робъртс, 1988). Не се съобщава, че по-ниските нива на добавки с цинк водят до недостиг на мед.

Влияние на упражненията и топлината върху метаболизма на магнезия

Предвид горните доклади е ясно, че продължителното усилено натоварване може да доведе до намаляване на плазмените концентрации на магнезий. Тези намаления могат да се отдадат отчасти на повишена скорост на загуба на магнезий чрез пот, която може да бъде значително усилена в гореща среда. Като се има предвид признанието, че пределният дефицит на магнезий може да представлява значителен риск за здравето на индивида, са необходими проучвания, които да определят функционалните последици от индуцираното от упражненията и топлината намаление на плазмените концентрации на магнезий.

Ефекти от упражненията и топлината върху метаболизма на медта

Няколко изследователи съобщават за остри, тежки физически упражнения, които водят до значително увеличение на плазмените концентрации на мед, което се дължи на повишаване на плазмените концентрации на церулоплазмин (Haralambie, 1975; Ohno et al., 1984; Olha et al., 1982 ). Повишаването на концентрациите на церулоплазмин е в съответствие с индуцирането на реакция на остра фаза, както е обсъдено по-горе. Ефектите от интензивното упражнение върху повишаването на плазмените нива на мед могат да продължат за продължителни периоди от време. Dressendorfer et al. (1982) съобщават, че мъжете, участващи в 20-дневно състезание на 500 км, се характеризират с плазмени нива на мед, които се увеличават постоянно през първата седмица, след което остават доста постоянни. Това повишено извеждане на мед в плазмата в резултат на упражнения може да има дълготрайни ефекти, както се предполага от наблюдението, че плазмените нива на мед в покой са по-високи при спортисти, отколкото при нетренирани индивиди (Haralambie, 1975; Lukaski et al., 1983; Olha et al., 1982).

За разлика от съобщенията за повишени плазмени концентрации на мед, Anderson et al. (1984) съобщават, че плазмените концентрации на мед са сходни при мъжете преди и след завършване на пробег от 6 мили; Лукаски и др. (1990) съобщават за липса на влияние на тренировките върху плазмените концентрации на мед при елитни плувци и Singh et al. (1991) не наблюдават промяна в плазмените концентрации на мед при мъже, ангажирани с интензивна физическа активност за 5-дневен период. Resina et al. (1990) съобщават, че плазмените концентрации на мед са по-ниски при бегачите на дълги разстояния, отколкото при заседналите контроли, а Dowdy and Burt (1980) съобщават, че плазмените концентрации на мед и церулоплазминовата активност намаляват при състезателните плувци за период от 6 месеца. Uhari et al. (1983) съобщават, че плазмените концентрации на мед намаляват при мъже и жени след излагане на горещи температури в сауна баня.

Причините за горепосочените разлики в докладваните ефекти от упражненията върху плазмените концентрации на мед са различни, включително разликите в състоянието на медта на пациентите; вид, интензивност и продължителност на упражнението; физическо състояние на индивида; и степен на травма, предизвикана от физическо натоварване. Предполага се, че повишаването на плазмената мед се появява главно, когато има увреждане на тъканите, което предизвиква реакция на остра фаза. Обърнете внимание обаче, че в изследването на Singh et al. (1991), въпреки доказателствата за значително увреждане на тъканите (вж. Раздела с цинк по-горе), плазмените концентрации на мед не са били повишени.

Необходими са допълнителни проучвания, които определят механизмите, залегнали в основата на повишените концентрации на мед в плазмата.

Заключения

Продължителните интензивни упражнения могат да доведат до значителни промени в метаболизма на хром, мед, желязо, магнезий и цинк. Доказателствата за тези промени могат да продължат няколко дни след прекратяване на упражнението. Някои от наблюдаваните промени в плазмените концентрации на минерали могат да се отдадат отчасти на реакция на остра фаза, която се появява в резултат на тъканна травма или стрес. Намаляването на плазмените концентрации на минерали може отчасти да отразява и увеличената загуба на тези минерали от тялото чрез урина и пот. Повишената скорост на загуба на минерали, която се появява в потта при упражнения, се усилва от едновременното излагане на горещи температури.

Предвид горните наблюдения се появяват следните въпроси: Дали свързаните с издръжливостта промени в минералния метаболизъм водят до някои или всички от следните:

Спешно е необходима допълнителна работа върху влиянието на продължителното излагане на тежки физически упражнения и топлина. Влиянието на диетата върху горните промени в метаболизма на минералите или дали диетичните манипулации могат да смекчат някои от негативните последици от тези промени е област на изследване, която трябва да бъде разширена.

Препратки

Дискусия

Д-Р НЕШЕЙМ: Благодаря ви. Ще имаме няколко въпроса, преди да починем за обяд.

УЧАСТНИК: Бихте ли разказали повече за усвояването на магнезий от лимфоцитите? Мимоходом споменахте, че може да има увеличение на усвояването от лимфоцитите?

Д-Р KEEN: Да, това е предложено от Franz (Franz et al., 1985). И аргументът е, че въпреки че няма твърди данни, които да го подкрепят, че за липолиза ще имате увеличение на усвояването на магнезий в лимфоцитите.

Въпреки че настоящите данни за тази идея не са много силни, в литературата това трябва да се разглежда като възможност.

Индуцираното от упражнения поемане на магнезий от еритроцити също се аргументира въз основа на идеята, че е необходимо за синтеза на 2,3-дифосфоглицерат (Lukaski et al., 1983).

Ние обаче направихме проучване (Lowney et al., 1990), където разгледахме влиянието на дефицита на магнезий върху производството на еритроцити 2, 3-дифосфоглицерат и не оказа влияние върху нивата на 2,3-дифосфоглицерат.

УЧАСТНИК: Какво ще кажете за проучване за издръжливост с дефицит на магнезий при животното. Защо това не продължи да продължава надолу, тъй като имате по-тежък дефицит. Ето едно плато всъщност.

Д-Р KEEN: Да, това е плато. За съжаление не можете да получите животни много по-дефицитни и да получите значими данни. Бяхме любопитни дали можем да получим отговор на дозата, като използваме диети, хранени с животни, съдържащи по-малко от 50 µg магнезий на грам, но след като се появят изразени признаци на дефицит на магнезий, беше трудно да накараме мъжете да тичат.

Д-Р НЕШЕЙМ: Благодаря ти, Карл. Това беше много интересно и предизвикателно и наистина отчита част от работата, която трябва да се свърши.

Бележки под линия

Карл Л. Кийн, отдели по хранене и вътрешни болести, Калифорнийски университет, Дейвис, Калифорния 95616–8669