Марк Т. Гамильтон © J Physiol 596.8 (2018) pp 1331–1340
Роль продолжительности сокращения скелетных мышц в течение всего дня: сокращение времени сидячего образа жизни и стимулирование повседневной физической активности у всех людей
Марк Т. Гамильтон © J Physiol 596.8 (2018) pp 1331–1340
Техасский исследовательский центр лишнего веса, здоровья и работоспособности человека, UH-Central, Хьюстон, Техас, США
Аннотация Общей целью многих исследователей было выяснить, каким образом можно улучшить здоровье и предотвратить болезни, заменив ежедневное продолжительное сидение физической активностью для всех категорий граждан, независимо от возраста и текущего состояния здоровья. Это подразумевает сопоставление того, как различные виды мышечных усилий регулируют физиологические реакции, влияющие на процессы, связанные со здоровьем. Это также требует внимания к практическим исследованиям поведения людей с крайне слабой физической формой и малоподвижным образом жизни. Обоснованный научный принцип заключается в том, что организм постоянно испытывает изменения в метаболизме скелетных мышц, вызванные их сокращением. С этим связана высокая скорость влияния на показатели здоровья мышечной активности, характер которого зависит непосредственно от количества мышечной активности в течение дня. Однако традиционные режимы и интенсивность физических упражнений далеко не заменяют собой большую часть обездвиженного сидячего образа жизни в современном мире, поскольку как частота, так и продолжительность этих упражнений в неделю на порядок меньше, чем активность людей, ведущих малоподвижный образ жизни. Это может объяснить, почему сидячий образ жизни вызывает отчетливые негативные метаболические и сердечно-сосудистые реакции в результате пролонгированной физиологии обездвиженности, которая недостаточно предотвращается небольшими дозами физических нагрузок. По этим причинам мы предполагаем, что поддержание высокого уровня метаболизма в течение большей части дня с помощью умеренных, безопасных и регулярных видов мышечной активности будет оптимальным способом формирования здорового активного образа жизни на протяжении всей жизни.
(Получено 23 декабря 2016 г.; принято после пересмотра 7 июня 2017 г.; впервые опубликовано онлайн 28 июня 2017 г.) Автор-корреспондент М. Гамильтон: Техасский центр исследований лишнего веса, здоровья и работоспособности человека, UH-Central, Хьюстон, Техас, 77004, США.
Марк Гамильтон — профессор, физиолог, исследователь процессов, объясняющих, как отсутствие физической активности может вызывать заболевания (физиология обездвиженности и иммерсии), и как оптимизировать воздействие сокращения скелетных мышц на здоровье у всех типов людей, но особенно у людей, которые не могут заниматься спортом или имеют ранее существовавшие заболевания. Он является исполнительным директором центра научных исследований, недавно созданного в Хьюстоне, штат Техас, который сосредоточил своё внимание на разработке решения для формирования и поддержания здорового активного образа жизни на протяжении всей жизни и борьбы с метаболическими и сердечно-сосудистыми нарушениями.
Инфографика-иллюстрация к публикации Причинно-следственные связи влияют на то, что именно определяется как здоровый активный образ жизни. Начиная с верхнего левого угла, малоподвижный образ жизни приводит к редкой сократительной активности скелетных мышц. Последующая пагубная цепочка событий приводит к заболеваниям, ускорению старения и, в конечном счете, ещё больше усугубляет положение, приводящее к ещё менее подвижному образу жизни. В отличие от малоподвижного образа жизни, в правой части иллюстрации показана цепочка событий, связанных с высоким уровнем активности, приводящая к здоровью и полноценной жизни.
Сокращения ТГВ (DVT) — тромбоз глубоких вен; LIPA — физическая активность низкой интенсивности; ЛПЛ (LPL) — липопротеинлипаза; LPP1 — липидфосфатаза 1; MVPA — физическая активность от умеренной до интенсивной; ИМТ (BMI) — Индекс массы тела; MET — метаболический эквивалент.
Введение
Цель данной публикации — представить исторический контекст и обновить парадигму, возникшую в последние годы, которая продолжает формировать наше представление об уникальной роли мышечной активности в течение всего дня в оптимизации физиологических процессов человека и профилактике заболеваний (Hamilton et al. 2004, 2007, 2014). Предполагаемый формат состоит в том, чтобы использовать язык, способный объяснить концепцию для широкой аудитории, и выдвинуть новые идеи через постановку провокационных вопросов, способствующих тщательной дискуссии и стимулирующих дальнейшие научные усилия. В статье предпринята попытка сохранить концептуально насыщенный контент и представить его как полезную парадигму, а не как простое описание результатов исследований, поскольку на этот счет уже есть многочисленные обзоры (Thorp et al. 2011; Edwardson et al. 2012; Saunders et al. 2012; Wilmot et al. 2012; Hamilton et al. 2014). При этом данная статья не могла быть не дополнена множеством превосходных ссылок на исследования коллег в этой области. Моя цель здесь, а также цель моей собственной лаборатории — возглавить поиск подхода, позволяющего заменить как можно больше часов и периодов нездорового сидячего образа жизни наилучшим типом мышечной активности, специально направленным на то, чтобы быть безопасным, осуществимым и физиологически эффективным способом оптимизации здоровья всех людей, независимо от возраста и препятствий, ограничивающих подвижность. В этой статье будут изложены семь руководящих принципов, которые призваны помочь указать нам путь.
Важно иметь в виду, что необходимо базовое, но четкое знание физиологии мышц, что обеспечит понимание того какие изменения происходят при сравнении влияния различных видов деятельности и лежащих в их основе молекулярные факторы. Задействуемые мышечные волокна должны каким-то образом подпитываться, а изменения сократительной активности протекают крайне динамично. Величина изменений в энергетике и биохимии мышечного волокна, переходящего из неактивного состояния в возбуждённое (или наоборот), является такой же большой разницей, какую можно наблюдать в биологии. Клеточные сигналы, на характер которых влияет сократительная активность мышц, стимулируют многочисленные метаболические и сердечно-сосудистые реакции в организме. Например, в экспериментах при ограничении активности крыс в течение дня, когда они снова начинали двигаться, происходили изменения в активности десятков генов, регулирующих различные процессы (Bey et al. 2003). И в течение этого времени специфические биохимические процессы, определяющие судьбу жира и холестерина, менялись сильнее, чем любые другие известные процессы (Bey & Hamilton, 2003), и, вероятно, также бесчисленное множество других биологических процессов, которые все еще нуждаются в тщательном изучении. Возможно также будет много адаптационных преимуществ, специфичных для молекулярных реакций, которые выходят за рамки небольших промежутков активности за счет поддержания высоких уровней подвижности в течение дня. Эта фундаментальная основа также влияет на прагматические вопросы, необходимые для понимания взаимосвязи «доза-эффект» и распорядка дня для оптимизации физической культуры человека в целях укрепления его здоровья. Эта развивающаяся область, связанная с сокращением сидячего образа жизни, в значительной степени основана на предположениях о том, что высокая частота и продолжительность активности могут привести к значительному улучшению состояния здоровья, даже несмотря на то, что данная категория деятельности не является интенсивной. Это было бы особенно результативно, если бы можно было выполнять эффективную мышечную активность с минимальными усилиями, продолжительностью и частотой более универсальным способом, чем традиционные модели выполнения физических нагрузок.
В рамках данной публикации у нас нет возможности подробно обсуждать лежащие в основе физиологических процессов молекулярные механизмы или растущий список болезней, возникающих в результате недостаточной сократительной активности скелетных мышц. Однако на сегодняшний день существует множество публикаций, объясняющих роль физической активности при сотнях заболеваний. Ранние исследования обездвиженности, безусловно, предполагают быстрое ухудшение состояния сердечно-сосудистой системы, мышечную атрофию и другие аспекты снижения работоспособности человека. Из всего массива фактических данных, начиная с контролируемых исследований на грызунах, сосредоточенных на том, каким образом физиологическое воздействие обездвиженности влияет на белки, регулирующие метаболизм и заканчивая эпидемиологическими наблюдениями за обычным малоподвижным образом жизни человека, таким как просмотр телевизора, можно совершенно определенно заключить, что хорошее здоровье требует высокой частоты и продолжительности ежедневной мышечной активности. Важно иметь в виду, что это молодая отрасль, и список болезней и состояний, на которые негативно влияет пролонгированная гиподинамия, всё ещё растёт. Этот список включает в себя ожирение, факторы риска метаболического синдрома, диабет, ожирение печени, сердечно-сосудистые заболевания, болезни периферических артерий, тромбоз глубоких вен, некоторые виды рака, воспаление, мышечную атрофию, депрессию и многочисленные когнитивные изменения. Некоторые из наших наиболее распространенных и дорогостоящих проблем здравоохранения имеют общие первопричины, связанные с недостаточной продолжительностью сократительной активности скелетных мышц, и, таким образом, их потенциально можно предотвратить путем качественного перехода от повседневной жизни с неактивным мышечным метаболизмом к большей зависимости и привычке к активному.
Ключевая физиологическая предпосылка
В результате сигналов, связанных с сократительной активностью скелетных мышц и обменом веществ, организм постоянно ощущает свою внутреннюю среду каждую минуту и так или иначе реагирует на то, ведем ли мы сидячий образ жизни или подвижный. Некоторые из наиболее мощных механизмов, регулирующих белки восприимчивости к заболеваниям (например, белки метаболизма липопротеинов и функции митохондрий), регулируются при обездвиженности (обычно в положении сидя), поскольку организм нуждается в частой мышечной активности в течение дня. В нашем обществе многие люди живут без преимуществ достаточного мышечного метаболизма в течение большей части дня бодрствования, о чем свидетельствуют носимые устройства, фиксирующие время сидячего образа жизни (Spittaels et al. 2012; Loprinzi, 2013; Schuna et al. 2013; Hamilton et al. 2014). Таким образом, конечной целью является разработка решения, предполагающего длительную мышечную сократительную активность, распределённую в течение всего дня.
Фундаментальной концепцией физиологии мышц является принцип специфичности, который гласит, что молекулярные стимулы и физиологические преимущества, вызываемые мышечной активностью зависят от дозы и типа активности. Поэтому крайне важно понимать взаимосвязь «доза-эффект» между различными дозами и типами мышечной активности человека, а также реакцией организма и последствиями для здоровья. В этом заключается один из движущих факторов развития области физиологии обездвиженности. Более десяти лет назад мы начали вводить молекулярные противопоставления между «физиологией бездействия» и «физиологией упражнений» (Hamilton et al. 2004) и вводить множество выражений, таких как «слишком много сидеть — это не то же самое, что слишком мало заниматься физическими упражнениями, будь то поведенчески или физиологически». Крайне важна конкретная рекомендация, основанная на правильной физиологии мышц, и она должна быть безопасным и эффективным решением для всех типов людей.
Уникальной целью физиологии обездвиженности является улучшение показателей здоровья путем значительного повышения уровня физической активности у всех людей, даже у тех, кто не может или не хочет выполнять классические рекомендации по умеренной и интенсивной физической активности (MVPA). Если эта цель будет достигнута, последствия могут быть далеко идущими. разработка эффективного решения должна частично основываться на новых представлениях о физиологии того, каким образом мышечная активность влияет на риски, вызванные длительным сидением. Это было чрезвычайно сложно, поскольку малоподвижный образ жизни стал важной частью жизни современного общества.
Святой грааль здорового активного образа жизни станет результатом прорывного открытия того, как безопасно заменить большую часть сидячего образа жизни физической активностью для всех, независимо от возраста и текущего состояния здоровья.
В этой статье я привожу семь принципов, позволяющих выйти за рамки ассоциативных исследований или фундаментальных физиологических изысканий и перейти к интеграции поведения человека с простыми для понимания физиологическими механизмами, чтобы лучше понять столь необходимый научный подход, обеспечивающий безопасный и эффективный активный образ жизни.
Семь руководящих принципов в поисках решения проблем, вызванных сидячим образом жизни
Эти концепции являются частью моей парадигмы и содействуют разработке исследовательских гипотез и поиску эффективного решения. Первые четыре принципа были официально опубликованы в 2007-м году (Hamilton etal. 2007), но частично описаны ещё до этого (Hamilton etal. 2004). Принципы №5-7 изложены впервые в краткой форме чтобы показать направления дальнейших исследований.
Принцип 1: сидячий образ жизни крайне опасен для здоровья человека во многих отношениях
Впервые это было предложено в качестве рабочей гипотезы, призванной стимулировать проведение дополнительных исследований для проверки того, может ли большое количество времени, проведённого сидя быть связано со значительными рисками для здоровья (Hamilton et al. 2004, 2007). В то время основное внимание в исследованиях уделялось дополнению обычного образа жизни физическими упражнениями. Однако мы обнаружили значительно превосходящие наши ожидания молекулярные реакции при исследованиях животных во время периодов обездвиженности, которые не были очевидны во время физической нагрузки. Уровень подверженности риску сидячего образа жизни высок, поскольку люди всех возрастов и социальных групп сидят или не двигаются большую часть дня (Craft etal. 2012; Levine, 2015; Spittaels et al. 2012; Loprinzi, 2013; Schuna et al. 2013). В той мере, в какой этот принцип верен, и благодаря масштабам эффекта, большинство людей серьезно нуждаются в изменении образа жизни. Больше, чем это считалось ранее. Одна из областей, где эта гипотеза была проверена в наибольшей степени, касается удвоения риска развития диабета 2-го типа и факторов риска метаболического синдрома, связанных с малоподвижным образом жизни, даже с поправкой на ИМТ (индекс массы тела) и MVPA (Edwardson et al. 2012; Wilmot et al. 2012; Hamilton et al. 2014). Эта проблема усугубляется тем фактом, что две трети всего населения уже имеют избыточный вес или страдают ожирением, а также растет число пожилых людей, ведущих малоподвижный образ жизни, с уже существующими хроническими заболеваниями. Однако одним из следствий всех этих негативных новостей, которое мы попытались подчеркнуть, является обратная сторона интерпретации одних и тех же данных; как только будет найдено эффективное поведенческое решение, это станет подлинным прорывом, способным оказать огромное положительное влияние. Мы и другие наши коллекги также пытались последовательно объяснить в научных статьях (Bey et al. 2003; Hamilton et al. 2004, 2007; Healy et al. 2007; Zderic & Hamilton, 2012; Hamilton etal. 2014), лекциях и в средствах массовой информации, что поскольку сидячий образ жизни на удивление опасен для здоровья, логически это также должно означать, что некоторые типы продолжительной и частой мышечной активности, способной заменить сидение, также должны быть на удивление полезны для укрепления здоровья.
Принцип 2: сидячий образ жизни отличается от времени, проведённого в соответствии с традиционными рекомендациями MVPA (активности от умеренной до высокой)
Мы обнаружили, что широкая аудитория лучше всего понимает это, когда использует следующую фразу: «слишком много сидения» (фактически, отсутствие активности мышц) — это не то же самое, что слишком мало физических упражнений. Физические упражнения в данном случае — это узко определенный вид физической активности, заложенный в действующие рекомендации по физической активности. Используя более технический язык, этот принцип выдвигает гипотезу о том, что время, которое люди проводят сидя и их активность в свободное время, основанная на MVPA, — это различные и совершенно несравнимые типы поведения, с четкими детерминантами и независимыми эффектами на состояние организма. Эта концепция больше всего изучалась исследователями за последнее десятилетие, поскольку она была выдвинута в качестве гипотезы, подходящей для эпидемиологических исследований.
30 минут — это 1/48 дня. Широко распространена рекомендация добавления еще 30-ти минут физической активности 5 дней в неделю в форме MVPA с перерывами не менее 10 минут. На поведенческом уровне обсервационные исследования (Burton et al. 2012; Craft et al. 2012; Finni et al. 2014; Kozey-Keadle et al. 2014) с использованием различных методов измерений показали, что даже у людей, которые занимаются спортом более двух раз в неделю по 150 минут—1, время сидения и общая ежедневная активность без физических упражнений не отличались от тех, кто занимался редко. Учитывая, что 30 минут — это всего лишь 1/48 часть дня, а люди часто сидят более 70 часов в неделю—1, этот вывод о том, что количество MVPA едва ли влияет на огромное количество сидячего времени, не должен вызывать удивления. Конечно, большое количество сидения вытесняет столь же большое количество физической активности без физических упражнений и связанную с этим сократительную активность мышц и потребность в энергии для движения человека в течение дня. Даже человек, который пробегает 20 с лишним миль за ~ 200 минут в неделю—1 , вероятно, также будет уделять ~ в 15 раз больше времени другой физической активности, если не бегать трусцой (Craft et al. 2012).
Физическая активность определяется НИЗ (Национальным Институтом Здравоохранения США) и ВОЗ, а также классическими цитатами (Caspersen et al. 1985) как любое движение тела, вызванное сокращением скелетных мышц, которое увеличивает расход энергии выше базового уровня в состоянии покоя.
Джеймс Левин, «Двигайся немного, теряй много», 2009 г.
Это определение настолько чёткое и широко используемое, что оно не нуждается в модификации. Тем не менее, простой момент, который, по-видимому, упускается многими и вызывает концептуальные проблемы, связанные с принципом №2, заключается в том, что физическая активность существует в непрерывном режиме и наиболее распространенным типом физической активности является физическая активность низкой интенсивности (LIPA). Таким образом, логически, бездеятельность (обездвиженность) — это отсутствие активности, а не просто отсутствие одного вида деятельности, который является менее частым и более интенсивным (MVPA). Общественному и научному прогрессу было бы полезно избежать путаницы и псевдодебатов не только путем правильного определения обездвиженного сидячего образа жизни в соответствии с латинским корнем (sedere означает сидеть), как мы явно впервые отметили десять лет назад (Hamilton et al. 2007), но и путем более близкого следования исторически принятому определению физической активности. Чтобы понять суть большого количества эпидемиологических и поведенческих исследований, связанных с принципом №2, будет полезно оценить влияние общего времени и частоты значимой мышечной активности в течение всего дня.
Принцип 3: принцип специфичности — молекулярные стимулы и физиологические преимущества, вызываемые мышечной активностью, зависят от продолжительности и типа активности
Это, пожалуй, самая фундаментальная концепция, необходимая для понимания того, как наилучшим образом выполнять мышечную активность для получения желаемых реакций. Связав принцип специфичности с хорошим пониманием физиологии, можно понять непосредственную пользу от мышечных движений в течение дня, а также адаптивные реакции, накапливающиеся с течением времени. Этот принцип имеет решающее значение для разработки высококачественных исследований по определению зависимости «доза-эффект». Спортивная подготовка к различным видам спорта всегда основывалась на знании того, что люди должны тренироваться специально для того, чтобы подготовить свой организм к участию в соревнованиях.
Только в 2004-м году у нас появилась необходимость объяснить эту концепцию в рамках новой парадигмы. Однако уже к тому времени мы начали понимать, что для некоторых ключевых клеточных и молекулярных факторов, важных для риска развития заболеваний (Hamilton et al. 1998; Bey et al. 2001, 2003; Bey & Hamilton, 2003), было необходимо различать физиологические реакции на бездействие (сидение) и «классические» физические нагрузки. И мы, вероятно, все ещё находимся на ранней стадии понимания того, насколько удивительно необходима высокая частота и высокая продолжительность мышечной активности в течение дня, чтобы способствовать оптимальной регуляции различных категорий генов и белков, начиная от регуляции липидов липопротеинлипазой и заканчивая генами, участвующими в регуляции воспалительных процессов, уровня глюкозы, гемостаза и т.д. В последнее десятилетие исследования с использованием инклинометров показали, что в среднем человек садится чуть более 50 раз в день (Craft etal. 2012), в то время как данные акселерометрии показывают, что наиболее естественной формой ходьбы без физических упражнений являются короткие периоды на небольшой скорости (Schuna et al. 2013). К 2007-му году (Hamilton et al. 2007) и 2014 году (Hamilton et al. 2014) мы начали описывать логические последствия того, что не имеет смысла ожидать от увеличения мышечной активности в стиле MVPA (от двух до четырех занятий в неделю) все те же быстрые и адаптационные эффекты, получаемые от сотен периодов мышечной активности, регулярно распределяемых в течение каждого дня.
Интересно также, что самые последние государственные рекомендации по физической активности, действующие в настоящее время в США, устранили требование о какой-либо определенной частоте занятий. Теоретически, кто-то может заниматься активной деятельностью в течение всего 75 минут в выходные и при этом соответствовать категории достаточно физически активных. Фактически, руководящие принципы всегда поощряли не прерывать упражнение и прямо требовали, чтобы MVPA выполнялась продолжительностью более 10 минут для подсчета. Я предполагаю, что по мере развития этой области различие между двумя наборами рекомендаций по малоподвижному образу жизни и MVPA будет продолжать увеличиваться. Учитывая принцип специфичности, этот растущий контраст, вероятно, является разумным и полезным для людей, придерживающихся обоих принципов, потому что они могут извлечь пользу из качественно отличных наборов клеточных процессов, способствующих хорошему здоровью.
Тромбоз глубоких вен (ТГВ) является примером понимания того, что такой подход к частым мышечным движениям в течение всего дня может быть наиболее эффективным и прямым способом предотвращения потенциально летального исхода (Zderic & Hamilton, 2012; Howard et al. 2013). Неактивность мышц ног и низкая скорость мышечного кровотока, в том числе при длительном сидении, являются причиной ТГВ в венах, расположенных глубоко в мышцах ног. Если взять еще один конкретный клеточный пример, то экспрессия многофункционального гена, LPP1 (липидфосфатазы 1, которая имеет подтверждённую эффективность в противодействии раку, воспалению и нарушениям гемостаза), в скелетных мышцах человека и грызунов быстро снижается на значительную величину в течение уже первого дня бездействия (Zderic & Hamilton, 2012). И эти ранние предварительные исследования предоставили доказательства в поддержку гипотезы о том, что экспрессия LPP1 будет оставаться низкой в течение примерно 2 недель длительного сидения, независимо от того, выполняется ли 1 час интенсивных упражнений в день. Таким образом, специфические сигналы, наносящие вред организму, вызванные длительным сидением, идеально нейтрализуются интенсивной активностью, распределённой в течение всего дня.
Одно из наивных заблуждений общественности, которому легко противостоять, заключается в том, что отказ от сидячего образа жизни — это всего лишь ступенька к «настоящим упражнениям» только для людей, которые не могут выполнять интенсивные MVPA. Прежде всего, замещение большей части сидячего времени в течение дня бодрствования увеличило бы общее время мышечной активности до очень высокого уровня. Во-вторых, если бы не сидячая активность, даже если она бы приблизилась к 2-кратному уровню метаболизма в состоянии покоя (2 METS (метаболический эквивалент), совокупный расход энергии намного превысил бы предписанные уровни в 8 ккал / кг—1 неделя—1 , на которые явно нацелены рекомендации MVPA. При 2 METs (~ 2 ккал кг —1 ч—1) и времени сидения, составляющем ~ 70 ч в неделю—1 у здоровых взрослых, существует большой потенциал для повышения общей кумулятивной потребности в энергии, если бы для населения, ведущего малоподвижный образ жизни, были разработаны средства для радикального сокращения времени обездвиженности и сидения.
Количественное резюме второго и третьего принципов для широкой аудитории можно было бы проиллюстрировать следующим образом. Из приведенного выше напрашивается очевидный вывод, что рекомендация делать упражнения 3 раза в неделю для увеличения мышечной активности на 3 часа далеки от идеального решения проблем, вызванных типичным малоподвижным образом жизни, который обычно ассоциируется с сидением ~ 350 раз в неделю для увеличения мышечной активности на ~ 70 часов. Эти пропорции проиллюстрированы на рис. 1. Полные исходные результаты приведены на рис. 2 и 3 в Craft etal. (2012) и рис. 4B в (Гамильтон и др.. 2014).
А как насчет интенсивности физической активности? Во-первых, в идеале, если это возможно, людей следует поощрять к выполнению MVPA как небольшой продолжительности, так и низкой частоты (точно так же, как это делается в текущих рекомендациях в течение многих лет), а также к высокой продолжительности физической активности с меньшими усилиями, часто распределяемой в течение всего дня. Оптимальная интенсивность и режим для занятий высокой продолжительностью частично зависят от утомления, осуществимости, безопасности и физиологической эффективности. Очевидно, что этот вопрос является одной из наиболее отчетливых причин, по которым данная парадигма сильно отличается от классических исследований, сосредоточенных лишь на небольших объемах MVPA.
Во-вторых, существует множество способов определения интенсивности. Основаны ли они на абсолютном поминутном потреблении кислорода, относительном метаболическом усилии индивидуума, количестве движений, зафиксированном акселерометром, или непосредственно на том, какая физическая активность определяется уровнем ЭМГ работающей мышцы. И поскольку большинство исследователей полагаются на косвенные инструменты, у общественности, безусловно, возникают проблемы с рекомендациями, основанными на интенсивности. В некотором смысле, давно установленный порог 3 MET для границы между легкой и умеренной интенсивностью сослужил науке хорошую службу. В настоящее время растет число исследователей, также использующих порог в 1,5 МЕТ для малоподвижного образа жизни и легкой нагрузки. Зависимость дозы от результатов, связанных со здоровьем, и видов активности, варьирующаяся от полного бездействия (< 1 МЕТ у большинства взрослых) до диапазона ~ 1,5-2,0 МЕТ, не получила достаточного количества исследований и отчаянно требует дополнительных уточнений. Тип базовой вертикальной активности, например, когда человек работает стоя за письменным столом, обычно составляет менее 1,5 МЕТ и может принести даже незначительную кардиометаболическую пользу.
В-третьих, взаимодействие между интенсивностью, частотой и продолжительностью сильно взаимосвязано. Стандартом в физиологии упражнений является сопоставление либо продолжительности, либо общего объема калорий при сравнении интенсивности. Это разумно, но нужно вдумчиво обдумать, что в реальном мире количество времени, затрачиваемого на умеренную активность, значительно меньше, чем на мышечную активность более низкой интенсивности. Итак, что означает сравнение 2 МЕТ против 5 МЕТ, когда ежедневная продолжительность, достигаемая при 2 МЕТ, более чем в 10 раз превышает более высокую интенсивность? Принцип специфичности (принцип 3) утверждает, что это настолько разные стимулы для физиологических систем организма, что каждый из них может приносить пользу различными молекулярными путями. Например, происходит быстрое и преходящее повышение скорости метаболизма и кровотока, которые стимулируют окисление жиров и углеводов в моменты сокращения мышц (принцип 5). Следовательно, теоретически возможно, используя этот пример, что эта «немедленная польза» проявляется в 10 раз чаще при меньшей интенсивности, потому что мышечная активность происходит в 10 раз чаще. Но более высокая интенсивность может также стимулировать некоторые другие процессы. Таким образом, уникальные преимущества обоих концов диапазона интенсивности активности будут дополнять друг друга для составления более полного портфеля здравоохранительных услуг для вашего организма. Нам нужно избегать нелепых утверждений о том, что один фактор здорового образа жизни (физическая активность) может заменить другой фактор (здоровое питание или курение), когда на самом деле различные категории поведения не могут заменить друг друга.
Рисунок 1. Общая продолжительность ежедневного сидения
А, количественные данные ежедневного времени, проводимого сидя типичным человеком, ведущим сидячий образ жизни, измеренные с помощью устройства, которое фиксирует время нахождения в вертикальном положении по сравнению со временем сидения, а также время, затрачиваемое на передвижение с различной интенсивностью. Исходя из этого, совокупное ежедневное время, проведенное в сидячем положении, составило примерно 11,5 ч, что было вызвано десятками периодов сидения. B, относительный объем времени, затрачиваемый на каждый промежуток сидения, количество ежедневных периодов сидения у человека, ведущего сидячий образ жизни, и относительно небольшое влияние, которое рекомендуемая доза MVPA оказывает на любой из параметров сидячего образа жизни (количество периодов или общее время сидячего образа жизни). Объём квадрата соответствует общему времени бодрствования человека. Круглые шарики представляют собой отдельные занятия в положении сидя, которые занимают примерно 68% всего дня бодрствования. Поскольку эти периоды сидения распределены на весь день и часто не имеют последовательной закономерности из-за различий в образе жизни разных людей, периоды сидения на этом графике изображены без определённого порядка. Вместо этого иллюстрация подчеркивает, как сидячий образ жизни заполняет день бодрствования. Основной темой при интерпретации этих данных является осознание того, что количество времени сидения распределено в течение всего дня с различной продолжительностью периодов и различными схемами, что создает огромную проблему в сокращении времени сидячего образа жизни и требует целенаправленных усилий по решению этой проблемы. И из-за специфической необходимости исключить как можно больше периодов сидения и как можно больше времени, проведенного в сидячем положении, инновационные поведенческие стратегии приведут к результатам, качественно отличающимся от давних рекомендаций MVPA.
Принцип 4: у людей, не занимающихся спортом, дальнейшее увеличение показателей заболеваемости и смертности не может быть вызвано дополнительным дефицитом физических нагрузок. Следует без промедления запустить в обществе дискуссию о преимуществах замены продолжительного и частого сидения жизни лёгкой, безопасной и практически достижимой физической активностью.
Форма кривой «доза-эффект» между физической формой/активностью и смертностью уже давно наводит на мысль, что основные преимущества для общественного здравоохранения заключаются в том, чтобы заставить наиболее неактивных людей больше двигаться, а не рекомендовать обычным людям заниматься физическими упражнениями (Hamilton et al. 2004). И если не развивать способы эффективного замещения сидячего образа жизни большим количеством мышечной активности, траектория роста числа людей, ведущих малоподвижный образ жизни, с множественными хроническими заболеваниями будет продолжать развиваться в неправильном направлении. Технический прогресс и другие причины, потворствующие малоподвижному образу жизни вынуждают всё большее число людей всё больше времени проводить сидя. Общество, возможно, еще не достигло пика понимания всего спектра проблем со здоровьем, вызванных воздействием сидячего образа жизни на предотвратимые состояния (такие как диабет 2 типа, сердечно-сосудистые заболевания, ожирение, метаболический синдром, ТГВ, жировая болезнь печени, деменция и некоторые виды рака). Диабет 2 типа уже находится на неустойчивой траектории вверх и большой проблемой нашей системы здравоохранения. Первопричиной во многом является выбранный нами малоподвижный образ жизни. Семь научных исследований (обзор и обсуждение см. в Hamilton et al. (2014)) показывают, что длительный просмотр телевизора более чем два раза повышает риск развития диабета (даже с учетом MVPA и BMI).
Таким образом, этот принцип был выдвинут из-за серьезной озабоченности возможным ростом числа людей, не подозревающих о коварных последствиях малоподвижного образа жизни. Один из наиболее частых вопросов защитников общественного здравоохранения звучал так: если ежедневный сидячий образ жизни был всегда таким опасным для здоровья, почему мы узнаем об этом только сейчас? Фундаментальной целью эффективных исследований в области общественного здравоохранения является выявление ранее непризнанных, но распространенных причин заболеваний. Я часто показывал заключительные слайды в своих выступлениях для широкой аудитории, чтобы подчеркнуть это, используя аналогию с курением и табаком. Дело в том, что слишком долго не возникало серьезной озабоченности по этому поводу у многих людей, не знающих об опасности для здоровья, вызванной курением. Я показываю картинку, ставшей уже знакомой прямоугольную предупреждающую надпись, которая вынужденно используется в рекламе с надписью: «Внимание: курение может быть опасно для вашего здоровья». Затем я показываю другую картинку со словом «сидение», заменяющим слово «курение». В одной ранней печатной рекламе даже изображен молодой Рональд Рейган с большой стопкой упакованных в подарочные коробки картонок, в которых говорится: «Я посылаю Chesterfields всем своим друзьям. Это самое веселое Рождество, которое может быть у любого курильщика». Как и в случае с курением, я серьезно сомневаюсь, что будут финансироваться долгосрочные рандомизированные контролируемые исследования, направленные на стимулирование изучения длительного влияния сидячего образа жизни. Но результаты краткосрочных исследований уже ясны: каждый обездвиженный день отражается проблемами со здоровьем. (Bey et al. 2003; Bey & Hamilton, 2003; Stevens et al. 2011; Dunstan et al. 2012; Saunders et al. 2012; Zderic & Hamilton, 2012; Duvivier et al. 2013; Howard et al. 2013; Duvivier et al. 2017).
Принцип 5: быстрый характер реакций на отсутствие физической активности в значительной степени обусловлен прямым воздействием, вызываемым мышечной сократительной активностью в течение дня
Ничто иное не приближается к тому, чтобы оказывать такое большее мгновенное влияние на изменение скорости метаболизма как отсутствие сократительной активности. Скелетные мышцы подвергаются большим колебаниям скорости метаболизма от момента к моменту, чем любой другой тип ткани в организме. Как указывалось выше, скорость метаболизма мышечного волокна в состоянии покоя довольно низкая, но может возрасти в 50-100 раз сразу после активации. Как только мышца начинает сокращаться, потребность в АТФ (клеточной энергетической валюте) немедленно и значительным образом возрастает. Кровоток и другие вспомогательные процессы также преображаются при начале и прекращении сократительной активности, чтобы поддержать потребность в энергии работающие волокна. Эти факторы помогают объяснить, почему после экспериментального снижения нормальной сократительной активности моя лаборатория обнаружила быстрые и значительные изменения активности липопротеинлипазы (LPL) в сочетании с более медленным выделением триглицеридов крови локально в окислительных мышцах и значительным снижением уровня холестерина липопротеидов высокой плотности (ЛПВП) (Bey et al. 2003). Вероятно, это лишь предвестие многих других реакций, в которых LPL может играть роль в объяснении фенотипов, вызванных сидением или высокой сократительной активностью при низких усилиях, поскольку низкий LPL связан с несколькими фенотипами, важными для риска заболевания. Экспериментально сниженная активность ЛПНП в окислительных мышечных волокнах, вызванная острой недостаточностью сократительной деятельности, была связана с локальным замедлением удаления жира из крови окислительными мышцами и снижением концентрации ЛПВП в плазме крови крыс (Bey et al. 2003). И мы также обнаружили, что уровень ЛПНП в скелетных мышцах человека сильно коррелировал с уровнем триглицеридов (r = —0.98) and HDL size (r == +0,90 с) и несколькими другими параметрами липопротеинов (Harrison et al.,,,, 2012). Интересно, что интенсивные велосипедные упражнения до переутомления не повышали LPL скелетных мышц (Harrison et al. 2012). Снижение уровня LPL в скелетных мышцах инсулинорезистентных людей с риском развития диабета было вязано со снижением передачи сигналов для митохондриального биогенеза (Morino et al. 2012). Наконец, активность LPL в плазме крови человека вызывает мощный сигнальный ответ, вызывающий противовоспалительные реакции (Ziouzenkova et al. 2003). Взятые вместе, изменения сократительной активности медленных окислительных процессов мышц (камбаловидной мышцы) опосредуется активностью LPL в течение обычного дня. Напротив, интенсивный бег не увеличивал ни мРНК LPL, ни активность LPL в камбаловидной мышце крысы. Однако, когда крысы медленно двигались в течение нескольких часов, наблюдалось значительное увеличение активности LPL в камбаловидной кости, полностью обращая вспять снижение, вызванное длительным отсутствием сократительной активности (Bey et al. 2003). Важной гипотезой является то, что эта реакция на LPL опосредует множество новых реакций, связанных со здоровьем, благодаря плейотропному воздействию LPL на метаболизм липопротеинов, функцию митохондрий и противовоспалительную защиту.
Окислительный метаболизм — это процесс, при котором кислород используется для сжигания метаболитов, таких как глюкоза или жиры. Он варьируется в зависимости от энергетических потребностей мышц во время их работы.
Даже в состоянии покоя, когда мышечный метаболизм не является оптимальным, большая часть (~80%) инсулинозависимого использования глюкозы после еды определяется мышечным метаболизмом. Способность мышц оптимально усваивать глюкозу (и жир) занимает центральное место во многих аспектах профилактики заболеваний. Теоретически, существенное повышение скорости метаболизма в мышцах в течение многих часов в течение каждого дня (что лучше всего достигается при противопоказаннойктильной активности), включая, но не ограничиваясь этим, после приема пищи, могло бы оптимизировать роль мышц в укреплении здоровья. Первое исследование, документирующее значительные эффекты на чувствительность к инсулину, вызванные поддержанием сократительной активности низкой интенсивности большую часть дня вместо длительного сидения, показало два других удивительных результата (Stevens et al. 2011). Учитывая, что использовалась модель с одним днем, течение времени было слишком быстрым, чтобы его можно было объяснить конституцией тела, что дает надежду людям, ищущим немедленного улучшения чувствительности к инсулину без необходимости снижения веса. Во-вторых, были очевидны физиологические эффекты острой гиподинамии, несмотря на то, что большинство добровольцев были относительно здоровыми и регулярно занимались физическими упражнениями (Stevens et al. 2011), что предоставляет экспериментальные причинно-следственные доказательства, подтверждающие гипотезу второго принципа. С тех пор были проведены другие экспериментальные исследования гиподинамии по сравнению со регулярной активностью, распределенной в течение дня у различных типов людей (Dunstan et al. 2012; Saunders et al. 2012; Duvivier etal. 2013,2017; Howard etal. 2013), подтверждающие второй и пятый принципы. Что касается улучшения метаболизма глюкозы во время периодической ходьбы в постпрандиальный период, Dunstan et al. (2012) обнаружил, что быстрая ходьба (умеренный темп, который был настолько быстрым, насколько могли ходить люди с избыточным весом и ожирением) не была лучше, чем более медленная ходьба, когда она совпадала по времени (и, следовательно, при более высокой интенсивности сжигалось больше калорий). Одна группа обнаружила как у здоровых людей контрольной группы (Duvivier et al. 2013), так и у людей с сахарным диабетом (Duvivier et al. 2017), что большая продолжительность занятий низкой интенсивности в течение всего дня превосходила однократный интенсивный цикл упражнений в конце. Однако следует подчеркнуть, что, насколько нам известно, ни в одном из опубликованных исследований с доказательством данного принципа еще не был задокументирован безопасный и устойчивый к переутомлению поведенческий подход, способный исключить большую продолжительность сидячего времени в течение дня, необходимый для того, чтобы заявить о победе в вероятном решении проблемы общественного здравоохранения (принцип №7).
Мощные и быстрые моментальные реакции на мышечную активность приводят к одному основополагающему выводу по мере развития науки: органы общественного здравоохранения должны в конечном итоге дать людям глубокое представление о «метаболической осведомленности» и концепции, согласно которой «тело постоянно ощущает движение и реагирует на именно на него, а не на бездействие», в сочетании со стратегиями поведения, способствующими в полной мере использовать любую возможность больше двигаться. И это, вероятно, будет хорошей новостью для всех людей, потому что фактические данные указывают на то, что непосредственная польза от движения не зависит от других, более трудноразрешимых долгосрочных задач, таких как потеря веса и кардиореспираторная тренированность.
Принцип 6: роль локальной сократительной активности и мышечной специфичности
Одна из наиболее полезных концепций в физиологии мышц заключается в том, что при стимуляции двигательного нейрона мышечные волокна реагируют по принципу «всё или ничего». Из-за этого сила, вырабатываемая крупными мышцами ноги, несущими тяжесть тела, определяется главным образом привлечением большего количества двигательных единиц, а не определенной интенсивностью отдельных волокон. Эта фундаментальная физиология, касающаяся того, как работает организм при движении, помогает нам понять, почему «легкая» физическая активность может вызвать мощные изменения в передаче клеточных сигналов, обмене веществ и значительных результатах для здоровья. На уровне волокон, способствующих малым нагрузкам, таким как передвижение в помещениях, увеличение потребности в энергии и притока питания к работающим мышечным клеткам далеко не является «легким» стимулом.
Фенотипическое разнообразие между различными типами волокон означает, что не все мышцы созданы равными и не все одинаково реагируют на физическую нагрузку. Существует гетерогенность метаболических белков, устойчивости к усталости и порога активации при градуированной интенсивности сокращений. В каждом из наших исследований на крысах локальная сократительная активность в медленно сокращающихся окислительных мышечных волокнах, по-видимому, наиболее важна для объяснения причины поддержания высокой продолжительности ежедневной физической активности низкой интенсивности у молодых взрослых (Hamilton et al. 1998; Bey et al. 2003; Hamilton et al. 2014) и при старении (Bey et al. 2001). Неизвестно, справедливо ли это для других видов, поскольку неоднородность между областями мышц (темно-красная окислительная по сравнению с поверхностно-белой гликолитической) более очевидна у крыс, чем у людей. Тем не менее, мы предполагаем, что метаболические реакции в относительно устойчивых к усталости медленно сокращающихся окислительных скелетных мышцах играют доминирующую роль в борьбе с заболеваниями, связанными со слишком долгим сидением.
Принцип 7: нам не нужна очередная заплатка. Нам нужен революционный прорыв! В целом для настоящего решения проблемы малоподвижного образа жизни в области общественного здравоохранения необходимо решение, которое является действенным и безопасным для большинства людей
Серьёзные сдвиги вперед вполне могут произойти, но чтобы добраться туда и увидеть эти прорывы такими, какие они должны быть, нам нужно знать, к каким целям мы стремимся. Мы надеемся, что данные семь принципов и концепций, изложенных в этой статье, укажут путь к этому. Я вижу следующие три вещи, которые эксперты должны быть готовы рассмотреть для совершения будущих открытий, необходимых для научного поиска решений. А также для того, чтобы заручиться поддержкой общественности в принятии серьезных изменений в поведении людей по результату.
Во-первых, мы не можем упрощать процесс, ставя перед собой незначительные цели или тратя ограниченные ресурсы на описательные догадки о том, что именно нужно изучать, без фундаментального понимания того, как работает организм, исходя из примитивных предположений. Некоторым людям по какой-то причине кажется, что целью исследования было узнать, насколько мало движений люди смогут делать и при этом получить пользу (например, короткие перерывы каждый час). Однако для человека, у которого недавно было диагностировано опасное для жизни заболевание или находящийся в шаге от потери зрения или ноги из-за осложнений диабета, более важным вопросом, вероятно, должно быть не то, насколько мало он может сделать, чтобы помочь себе в сложившейся ситуации, а то, как много можно сделать для максимального улучшения своего здоровья.
Во-вторых, нам необходимо избегать путаницы в сообщениях органов общественного здравоохранения, вызванной слишком частыми дискуссиями по поводу рекомендаций по питанию. Мы должны работать сообща и использовать решения, которые повышают активность в течение значительной части дня и являются безопасными и практичными для всего населения, включая пожилых людей, страдающих ожирением и людей с хроническими заболеваниями. Задача нашего времени заключается в том, как сделать так, чтобы все люди без исключения стали намного более активными. Это особенно важно и сложно для людей, на долю которых приходится большая часть расходов на здравоохранение, ведь больше всего нуждаются в решении, основанном на активной деятельности и движении.
В-третьих, эксперты и спонсоры не должны быть скептически настроенными только потому, что в прошлом было много неудач в области общественного здравоохранения. История полна примеров сейсмических сдвигов общественного здравоохранения в правильном направлении именно тогда, когда мрак и обреченность казались всепоглощающими. В систематическом обзоре существующих решений по сокращению времени сидячего образа жизни сообщалось о 51-м исследовании (Martin et al. 2015), но при этом метаанализ показал среднее уменьшение лишь на 22 минуты в день.—1
Здоровьеразвивающие технологии В.Ф. Базарного и решения доктора Джеймса Левина при этом позволяют увеличить активность человека (в т.ч ребёнка в учебном процессе) на порядок без отрыва от полезной деятельности (учёбы или работы).
Также в помощь при поиске решения предлагаем ознакомиться с нашей публикацией о базовых типах физической активности.
— прим. КО.
Люди непреднамеренно создали коварную проблему метаболической пассивности, которая заставила нас жить с застопорившимся обменом веществ в течение последних нескольких десятилетий. По иронии судьбы, сидячий образ жизни — это тип инертности, который определяется как «тело находящееся в покое стремится оставаться в покое». Вполне вероятно, что крупные научные прорывы придадут импульс решению проблемы. И с этим импульсом наши тела будут приведены в движение и будут оставаться активными в течение всего времени бодрствования и полноценной жизни.
Финансирование
Эта работа поддержана научным грантом Американской диабетической ассоциации, 1-15-TS-14.
Благодарности
Я хотел бы поблагодарить Дебору Гамильтон и Теодора Здерика за то, что они поделились своими мнениями, приведшими к разработке новых научных концепций, определяющими направление данной области исследований.
Перевод и иллюстрации
Сидоров Е.Е., Центр здорового образования им. В.Ф. Базарного и проект «Культура Образования«. Больше материалов по проблеме сидения и обездвиженности современного человека вы сможете найти на наших сайтах.
Новое исследование: Влияние сидения на смертность и сердечно-сосудистые заболевания
Новое исследование: Влияние сидения на смертность и сердечно-сосудистые заболевания
Формирование человека
Человек формируется непрерывно в течении всей своей жизни на основе генома под управляющим воздействием окружающей среды: культуры и природы. Интенсивность данного процесса максимальна с периода зачатия до биологического совершеннолетия 12-13 лет когда возможна своевременная активация всего генетического потенциала. Также изменчивость варьируется внутри самого организма, достигая…