Termický vliv jídla: porovnání doplňků stravy maltodextrinu a bílkovinného nápoje

Energetický výdej člověka lze zjednodušeně rozdělit do 3 základních komponent: basální energetický výdej, energetický výdej při pohybové aktivitě a termický vliv stravy. Termický vliv stravy (TEM) reprezentuje navýšení energetického výdeje nad klidové (basální) hodnoty související s trávením, vstřebáváním, skladováním a úvodními kroky metabolismu živin. Energie spojená s asimilací živin u smíšené stravy při vyrovnané energetické bilanci představuje 5–15 % z celkového denního energetického výdeje (Westerterp, 2004). Zvýšení energetického výdeje je úměrné energetické densitě a složení stravy. Bílkoviny stimulují termogenezi výrazněji než sacharidy, nebo tuk (Stipanuk, 2006). Acheson a kol. (2011) uvádí, že vliv na energetický metabolismus u mladých můžů s normální hmotností má také původ bílkovin a různé druhy bílkovin. Podobně také Blaak a Saris (1996) zjistili odlišnou odezvu v postprandiální termogenezi po příjmu různých typů sacharidů.

V současné době patří sportovní nápoje a náhražky potravin ve formě prášků rozpustných ve vodě ke standardní formě suplementace u sportujících jedinců. Neméně významnou roli hrají náhražky stravy u osob redukujících hmotnost (Scott a Devore, 2004). Jsou využívány rozdílné zdroje bílkovin i sacharidů. Byla popsána rozdílná odezva metabolismu a termický vliv po příjmu sacharózy a maltodextrinu (Prat-Larquemin a kol., 2000).

Vztah mezi bílkovinami a maltodextrinem a jejich vzájemná komparace dosud studována nebyla. Rovněž interindividuální charakteristiky jako jsou tělesná zdatnost a složení těla a jejich vliv na TEM zůstávají neobjasněny. Doposud bylo identifikováno množství aspektů, které determinují TEM. Mezi nejvýznamnější aspekty patří energetická hodnota a složení testovacího jídla (TM). Rozdíly ve zvolené metodice měření TEM přispívají k rozdílným výsledkům napříč studiemi. Doposud nebylo věnováno mnoho pozornosti sjednocení a standardizaci experimentálních protokolů. Současně je k dispozici omezené množství poznatků, popřípadě nedostatečně silně vědecky ověřené poznatky u témat nepřímo souvisejících s TEM: role specifických nutrientů (a jejich rozličných potravinových zdrojů), role tělesné zdatnosti, senzorické vlastnosti potravy, zpracování potravin, cirkadiánní rytmus člověka atd., frekvence konzumace potravin, atd. V současné literatuře ale existuje řada souhrnných sdělení zaměřených na problematiku metodologie a klíčových aspektů měření TEM (Compher, Frankenfield, Keim, & Roth-Yousey, 2006; Reed & Hill, 1996; Westerterp, 2004)

Cílem studie je zjistit rozdíly v postprandiální odpovědi mezi dvěma nápoji o různém složení: s převahou bílkovin a s převahou sacharidů (maltodextrinu). Podle aktuálního stavu poznatků předpokládáme, že termický vliv po příjmu bílkovin bude signifikantně vyšší ve srovnání s termickým vlivem po příjmu maltodextrinu.

Metodika

Výzkumný soubor

Výzkumný soubor tvořilo 17 studentů (muži) z Fakulty sportovních studií (věk, 26 ± 3,7; BMI 25,5 ± 3,1). Účastníci studie byli nekuřáci, neužívali žádnou medikaci, která by mohla výsledek ovlivnit, a měli stabilní tělesnou hmotnost v posledních šesti měsících. U jedinců nebyla kontrolována pravidelná pohybová aktivita. V tabulce 1 je bližší charakteristika výzkumného vzorku. Data jsou uvedena jako průměr se směrodatnou odchylkou (x ± SD).

Tabulka 1 Charakteristika výzkumného vzorku (x ± SD)

Charakteristiky	Soubor (n=17)
Věk (roky)	24,6 ± 2,7
Index tělesné hmotnosti (kg/m2)	25,5 ± 3,1
Podíl tukové hmoty (%)	13,5 ± 5,8
Beztuková hmota (FFM) (kg)	71,6 ± 7,2
Klidový metabolismus (RMR)1 (kcal/day)	2339,5 ± 302,2

Poznámka: ¹ klidový metabolismus (RMR) – uvedená hodnota představuje průměrnou hodnotu ze dvou výzkumných měření (PRO, MALT).

Laboratorní protokol

Výzkum probíhal na Fakultě sportovních studií. Všichni zúčastnění absolvovali dvě návštěvy (laboratorní měření) s odstupem min. 1 týden. Do laboratoře dorazili městskou dopravou, popřípadě autem. Všichni byli instruování k dodržení režimu 24 hod před měřením (bez náročné pohybové aktivity, bez konzumace alkoholu a kofeinových nápojů, poslední jídlo 12 hod před měřením). Pro úplnost si jedinci 3 dny před měřením zaznamenávali jídelníček pro následnou kontrolu a zpřesnění naměřených údajů. Energetický výdej byl stanoven standardní metodou nepřímé kalorimetrie s využitím komplexní kardiopulmonární metabolické jednotky Cortex MetaLyzer 3B. Tělesné složení bylo hodnoceno bioelektrickou impedanční analýzou s využitím přístroje InBody 230. Složení těla bylo měřeno před zahájením laboratorního měření.

Měření probíhala dopoledne, se zahájením v 7:00 hod. Podmínky měření byly u obou testovacích jídel identické. Po 15 min v klidovém režimu bylo zahájeno zaznamenávání klidového energetického výdeje. Záznam byl ukončen po dosažení setrvalého stavu. Setrvalý stav byl definován podle spotřeby a produkce dýchacích plynů a vzájemného respiračního poměru (RER) následovně: V’CO₂ ≤ 10 %, V’O₂ ≤ 10 %, RER ≤ 5 % (Reeves et al., 2004). Uvedené hodnoty musel jedinec splňovat po dobu min. 5 min. Pokud se tak nestalo, měření klidového energetického výdeje bylo ukončeno po 15 minutách a hodnoty setrvalého stavu vyhledány manuálně.

Po stanovení REE byl podán testovací pokrm s energetickou densitou vymezenou podle beztukové složky tělesné hmotnosti (7 kcal/kg/beztukové hmoty). Čas vymezený na konzumaci nápoje byl stanoven na 10 min.

Tabulka 2 prezentuje vlastnosti zvolených testovacích pokrmů. Testovací pokrmy byly k výzkumu poskytnuty společností Inkospor. Obě práškové směsi patří mezi komerčně distribuované, prodávané a široce využívané doplňky stravy určené pro sportovce (příloha 2, příloha 3).

Tabulka 2 Charakteristika testovacích pokrmů (ve 100 g / sypké směsi)

Poznámka:

¹ PRO = hyper-bílkovinný nápoj; MALT = hyper-sacharidový

² Průměrná charakteristika podaných testovacích pokrmů subjektům během výzkumných měření.

Vlastní měření postprandiální odpovědi probíhalo během šesti půlhodinových bloků.

V průběhu těchto časových úseků byl stejnou metodou nepřímé kalorimetrie zaznamenáván klidový metabolismus v období po příjmu testovacího pokrmu. Pouze závěrečných 10 min z každého půlhodinového bloku bylo monitorováno a data zaznamenávána a vyhodnocována. Během měření leželi jedinci v klidu, nehybně a bez slovní komunikace na lůžku (ilustrační obrázek v příloze 1). Po zbytek času byli v klidu, mohli komunikovat, číst si, poslouchat hudbu a neměli na sobě masku. Měření probíhala za shodných teplotních podmínek.

Obr. 2 Laboratorní protokol – časový průběh

Nebyl hodnocen odpad dusíku. Energetický výdej a respirační kvocient byli kalkulovány ze spotřeby O₂ a produkce CO₂ podle zjednodušené Weirovy formule:

Energetický výdej = VO₂ × 3,9 + VCO₂×1,1 (Weir, 1949).

Kardiopulmonální metabolická jednotka Cortex MetaLyzer 3B monitorovala ventilaci dech po dech (průměrný počet analyzovaných nádechů byl 11). Jedinci měli masku individuální velikosti (47, nebo 49 ml). Data byla zaznamenávána softwarem MetaSoft.

Časový průběh laboratorního protokolu ilustruje obr. 2.

Statistika

Hodnoty jsou prezentovány jako průměr a směrodatná odchylka (x ± SD). Statisticky významné změny v postprandiálním období po příjmu testovacího pokrmu byly zjišťovány neparametrickou statistikou. Metabolická odpověď a srovnání testovacích pokrmů bylo vyjádřeno průměrnou hodnotou a použit Wilcoxonův párový test. Hladina významnosti byla stanovena pro hodnoty p≤0,05. Variační rozpětí (CV) klidového metabolismu bylo měřeno jako:

,

kde s je standardní odchylka vzorku a x je průměrná hodnota vzorku.

Výsledky

U obou testovacích jídel došlo k okamžitému a trvajícímu zvýšení energetického výdeje nad REE. Hodnota termického vlivu bílkovinného (PRO) a sacharidového (MALT) nápoje v průběhu hodnocené periody se signifikantně lišila 64,69 ± 26,21 a 34,85 ± 17,7 kcal/180 min (p < 0,01). Relativní rozdíl vztažený k množství beztukové hmoty se rovněž signifikantně lišil u PRO a MALT 1,3 ± 1,11 a 0,48 ± 0,23 kcal/kgFFM/180 min) (p < 0,01).

Zvýšený energetický výdej byl pozorován i po uplynutí 3 hodin. Zjištěný TEM u PRO byl vyšší (12,9 ± 2,23 %) ve srovnání s MALT (6,95 ± 3,54 %) (p < 0,01). (tab. 3)

Tabulka 3 Výsledné hodnoty termického vlivu stravy u testovacích pokrmů

Proměnná	PRO	MALT	p
Δ TEM (kcal/min)	0,36 ± 0,15	0,19 ± 0,10	0,003
Δ TEMadj (kcal.kg FFM-1.180min-1)	1,30 ± 1,11	0,48 ± 0,23	0,001
Σ TEM (kcal/180 min)	64,69 ± 26,21	34,85 ± 17,7	0,003
TEM (%)	12,9 ± 2,23	6,95 ± 3,54	0,003

Poznámka: získané hodnoty v tabulce jsou vyjádřeny jako průměr a směrodatná odchylka (x ± SD); použité zkratky: TEM = termický vliv jídla; D TEM = (x30–180 min) – RMR; TEM total = ([x30–180 min] – RMR) ] x 180 min; TEM (%) =Σ TEM /přijatá energie (převzato z Poehlman a kol., 1988).

Diskuse

Dosud nebyla publikována žádná práce srovnávající efekt maltodextrinu a bílkovin na postprandiální termogenezi. V příbuzné studii Scott a Devore (2005) zjistili, že vysoce proteinový rozpustný nápoj vyvolá signifikantně vyšší termickou odpověď v období 3 hod. po přijetí ve srovnání s vysoce sacharidovým rozpustným nápojem. Obecně platné a publikované hodnoty termického vlivu stravy jsou odlišné pro bílkoviny (20–30 %), tuky (0–3 %) a sacharidy (5–10 %) (Westerterp, 2004). Naše výsledky potvrdily dominantní roli bílkovin. Zjištěný termický vliv vysoce bílkovinného nápoje dosáhl téměř 13 %, vs. 7 % u vysoce sacharidového nápoje. Vliv maltodextrinu nebyl doposud dobře popsán. Navíc jsme nenašli práci věnovanou vlivu maltodextrinu na klidový metabolismus.

Compher a kol. (2006) ve své obsáhlé review zaměřené na hodnocení klidového metabolismu uvádí, že většina studií termického vlivu stravy se provádí po dobu 6 hodin po přijetí testovacího pokrmu. Kratší doba měření zcela nepokryje kompletní asimilaci živin. My jsme na základě obdobných studií zaměřených na dobu trvání termického vlivu stanovili 180min dobu měření. Rovněž jsme vzali ohled na nižší energetickou hodnotu testovacích pokrmů (501 ± 51 kcal).

Zvolená energetická hodnota testovacích pokrmů korespondovala s podobnými studiemi termického vlivu (Denzer a Young, 2003; Poehlman a kol., 1988).

Velikost podaného testovacího pokrmu a jeho složení se u studovaných výzkumů přesto velmi liší. Na základě analýzy 28 studií TEM zahrnujících 50 samostatných experimentálních testů jsme zjistili, že podávány jsou typicky izokalorické, tekuté pokrmy s energetickou hodnotou 574 ± 247 kcal. Délka měření v postprandiálním období byla pozorována nejčastěji mezi 180 – 300 minutami (261,6 ± 97,5 min) (nepublikovaná data autora, Measuring the thermic effect of a meal, 2012).

Přesto zůstal energetický výdej po uplynutí tří hodin nad úrovní klidového energetického výdeje u obou testovacích pokrmů. To znamená, že termický vliv stravy přetrvával i po tomto úseku. Obrázek 3 ukazuje křivku postprandiálního energetického výdeje u testovacích pokrmů a zdůrazňuje klesající trend u obou pokrmů. Přesto se ukazuje, že i po skončení měření jsou hodnoty energetického výdeje významně zvýšené zejména po podání PRO nápoje. Můžeme odhadnout, že přibližně 90 % z celkového termického vlivu vysoce bílkovinného pokrmu bylo zachyceno za 3 hod. Tento trend jsme předpokládali. Prodloužením délky měření by bylo možné dosáhnout kvalitnějších výsledků.

Obr. 3 Délka měření termického vlivu stravy

Neúplnou asimilací živin můžeme vysvětlit nižší změřený termický vliv vysoce bílkovinného jídla (12,9 %), proti obecně platným hodnotám (20-30 %) (Westerterp, 2004). Snažili jsme se také eliminovat další z faktorů negativně ovlivňujících výsledek (neklid jedinců na lůžku, zbytečné pohyby atd.) (Poehlman a kol., 1988).

Poživatelnost a chutnost nápoje mohou být další z faktorů determinujících výsledek. Většina jedinců dobře tolerovala bílkovinný nápoj, na rozdíl od maltodextrinu. Maltodextrin (oligosacharid s nesladkou chutí) podle LeBlanca a Labrie (1997) může mít nižší termický efekt, než obdobné množství sacharidů se sladkou chutí. Podobné závěry uvádí Wallis a kol. (2005), který podával maltodextrin během zátěže a sledoval energetickou odezvu.

Chyby spojené s metodou nepřímé kalorimetrie a měřením postprandiálního energetického výdeje mohou být v některých případech vysvětleny technickou závadou vedení inspirovaného vzduchu do analyzátoru, nesprávnou kalibrací přístroje, kolísajícími hladinami frakce O₂ v inspirovaném vzduchu, nebo acido-bazickou nerovnováhou organismu. Snažili jsme se vyvarovat všech možných negativních jevů s vlivem na klidový energetický výdej. Průměrná intra-individuální variabilita klidového metabolismu byla 6,7 %. Průměrná inter-individuální variabilita klidového metabolismu byla vyšší a dosáhla 12,9 %. Změřená inter- a intraindividuální variabilita spadá do obecně akceptovaných limitů pospaných Baderem a kol. (2005). Oba výsledky tedy svědčí o vyšší reliabilitě změřených dat a přesnosti měření.

Zjistili jsme, že navýšení energetického výdeje nad klidové hodnoty je po příjmu maltodextrinu v konsensu s hodnotami popisovanými odbornou literaturou u ostatních sacharidů. Energetický výdej po příjmu směsi bílkovin je přibližně dvojnásobně vyšší ve srovnání s testovacím pokrmem obsahujícím maltodextrin (obr. 4).

Obr. 4 Srovnání termického vlivu stravy testovacích pokrmů

Shrnutí

Složení stravy hraje zásadní roli v metabolických procesech. Výsledky studie naznačily, že navýšení energetického výdeje nad klidové hodnoty je po příjmu bílkovin a maltodextrinu srovnatelné. Rovněž se ukázalo, že délka měření hraje významnou roli v metodice nepřímé kalorimetrie. Zjištěné rozdíly v termickém vlivu testovacích pokrmů mohou hrát roli při dlouhodobém hodnocení energetického výdeje konzumentů doplňků stravy. Naše výsledky charakterizují odezvu příjmu maltodextrinu ve srovnání s příjmem bílkovin v klidu.

Přílohy

Příloha 1 Průběh měření nepřímou kalorimetrií,

Příloha 2 Sacharidový testovací pokrm –MALT,

Příloha 3 Bílkovinný testovací pokrm –PRO,

Příloha 4 Logo dodavatele testovacích pokrmů,

Příloha 5 Oficiální logo mezinárodní konference Sportovní výživy pořádané v Newcastlu.

Příloha 1 Průběh měření nepřímou kalorimetrií

Příloha 2 Sacharidový testovací pokrm – MALT

Příloha 3 Bílkovinný testovací pokrm – PRO

Příloha 4 Logo dodavatele testovacích pokrmů

Příloha 5 Oficiální logo mezinárodní konference Sportovní výživy pořádané v Newcastlu.