Fizikai aktivitás és elhízás: Biomechanikai és fiziológiai kulcsfogalmak

Julie Nantel

1 Neurológiai és Neurológiai Tanszék, Stanford University, Stanford, CA 94305, USA

Marie-Eve Mathieu

2 CHU Sainte-Justine Kutatóközpont, Montreal, QC, Kanada H3T 1C5

François herceg

3 Marie-Enfant rehabilitációs központ, Montreal, QC, Kanada H3T 1C5

4 Kineziológiai Tanszék, Montreali Egyetem, Montreal, QC, Kanada H3C 3J7

Absztrakt

A túlsúly (OW) és az elhízás (OB) gyakran alacsony fizikai aktivitással jár. A testmozgás ajánlott a túlsúly csökkentésére, a testtömeg visszaszerzésének megakadályozására, valamint az anyagcsere- és ortopédiai állapotok kialakulásának későbbi kockázatainak csökkentésére. Figyelembe kell azonban venni az OW és az OB motoros funkciókra és mindennapi életmódra gyakorolt hatását. Az OW és az OB összefüggenek a mozgásszervi szerkezet változásával, a csökkent mobilitással, a járási mintázat módosításával, valamint az adott tevékenység abszolút és relatív energiafogyasztásának változásával. Míg a boka, a térd és a csípőnél a járási mintázat változásáról számoltak be, a térd szintjén végzett módosítások jelenthetik a legnagyobb kihívást az ízületi integritás szempontjából. Az irodalom ezen áttekintése ötvözi a fogalmakat, és célja, hogy betekintést nyújtson a fizikai aktivitás előírásába e populáció számára. A témák között szerepel az OW és az OB hatása az izom-csontrendszerrel és a napi fizikai aktivitással összefüggő biomechanikai és fiziológiai válaszokra. Különös figyelmet fordítanak az OW és az OB hatására a fiatalokban a testtartás (álló) és a különböző mozgásszervi (gyalogos, futó és kerékpáros) tevékenységek során.

1. Bemutatkozás

Az inaktivitás, mint az OB lehetséges oka és/vagy eredménye, a növekvő elhízási arányok miatt nagy érdeklődésre tart számot. Világszerte több mint 400 millió felnőttről számoltak be OB-nek 2005-ben, és 2015-re várhatóan több mint 700 millió egyénnél lesz ilyen állapot [5]. Kanadában az OB a felnőttek 14% -áról 23% -ára nőtt az elmúlt 25 évben [1], a gyermekeké pedig 3% -ról 8% -ra [3]. Ilyen magas OB egyedek esetén elengedhetetlen megérteni ezeknek az egyéneknek az aktivitási szintjét annak érdekében, hogy adaptált beavatkozásokat tervezzenek és kínáljanak a fizikai aktivitás várható csökkenésének ellensúlyozására. A jótékony hatások a súlygyarapodás előrehaladásának lassítása, sőt leállítása az OB súlyosabb osztályú egyéneknél, vagy az OB egyed túlsúlyos (OW) vagy normál testsúlyú (NW) tartományba kerülése. Hasonlóképpen, az OB-egyének részesülhetnek az aktív életmód kardiometabolikus előnyeiből a cukorbetegség, a magas vérnyomás és más szív- és érrendszeri betegségek [1] magasabb kockázatának csökkentése, valamint a mozgásszervi megbetegedések, például a térd és a csípő osteoarthritisének (OA) kockázatának csökkentése érdekében. [6, 7].

A cikk általános célja az OW és az OB motoros tevékenységekre gyakorolt hatásának jobb megértése, különös tekintettel a gyermekekre. Pontosabban, a 2. szakasz általános információkat kíván bemutatni azokról a strukturális és izom sajátosságokról, amelyeket figyelembe kell venni az OW és OB egyének esetében. Ezután a testtömeg-túlsúly három fő napi életvitelre gyakorolt hatását a 3., 4. és 5. szakasz mutatja be az álló, a gyalogos és a kerékpározással kapcsolatban. Az egyes tevékenységekhez biomechanikai és fiziológiai fogalmak kerülnek bemutatásra. Ez a struktúra megkönnyíti az ilyen tevékenységeket végző OW és OB egyének helyzetének szélesebb körű megértését, és támogathatja az adaptált beavatkozások kidolgozását. Az utolsó szakasz azokat a fogalmakat emeli ki, amelyek figyelmet érdemelnek a programfejlesztés és a kutatási területek szempontjából, és amelyek a közeljövőben megfontolandóak.

2. Elhízás és mozgásszervi betegségek

2.1. Strukturális sajátosságok

A túlsúly és az elhízás felnőtteknél a mozgásszervi rendszer megváltozásához vezet, ami az OB egyén számára nagyobb kockázatot jelenthet a mozgásszervi fájdalom szempontjából [6–9]. OB (BMI 38,8 ± 6,0 kg × m −2) és ÉNy felnőttek (BMI 24,3 ± 3,0 kg × m −2) összehasonlítása Hills és mtsai. [8] beszámolt arról, hogy az OB egyedeknek nagyobb volt a talpi nyomása, különösen a hosszanti ív alatt és a metatarsalis fejeken mind állva, mind sétálva. Más tanulmányok szoros kapcsolatot találtak a BMI és a térd OA között [10–13]. Messier és munkatársai egy nagy, egyszeresen vak, randomizált kontroll klinikai vizsgálatban. [6] kimutatta, hogy az étrend és a testmozgás kombinációjából eredő, körülbelül 5% -os súlycsökkenés javította a funkciót és a mobilitást, valamint csökkentette a fájdalmat OA-ban szenvedő OW és OB felnőtteknél. Mind a mozgásszervi fájdalom, mind az OA azonban az elhízás közép-hosszú távú következményei, és szinte kizárólag felnőtteket érintenek.

Gyermekeken és serdülőkön végzett vizsgálatok azt is kimutatták, hogy az OW mind a lábszerkezetre [14, 15], mind a talpi nyomáseloszlásra [16] hatással van, ami oda vezethet, hogy az OW és OB gyermekek nagyobb valószínűséggel tapasztalják meg a lábak kényelmetlen érzését a súlyterhelés során [16]. ]. Egy tanulmányban Mickle és mtsai. [14] összehasonlította a lábnyomokból származó lábjellemzőket és az alacsonyabb talpi ívmagasságot az OB gyermekeknél (4,3 ± 0,9 év; BMI, 18,6 ± 1,2 kg × m −2) összehasonlítva az ÉNy-i gyermekekkel (4,3 ± 0,7 év; BMI, 15,7 ± 0,7 kg × m −2). A szerzők azt javasolták, hogy ez a különbség a láb strukturális módosításainak tudható be, a túlsúlyos testsúly miatt, és ez valószínűleg funkcionális szövődményeket okoz felnőttkorban. A lábszerkezet közvetlenebb mérésével, például a röntgenfelvétellel való összefüggés megerősíthette ennek a vizsgálatnak az eredményeit.

Kimutatták, hogy az OB egyedek módosítják az erő összehangolását és következésképpen az erők eloszlását a térdnél a terhelés alatt. Ez számos kutatót arra késztetett, hogy az erőeloszlásban bekövetkezett változásokat összekapcsolják, különösen a varus malignációval (a teherhordó tengely befelé tolódik, ami nagyobb stresszt és erőt okoz a térd medialis részén), az OA kialakulásához elhízott felnőtteknél. [17–23]. Felülvizsgálatban Wearing et al. [24] kiemelte, hogy még mindig nem világos, hogy a varus malignáció a térd OA következménye vagy oka volt-e. A gyermekkori OB-populációban a térdről számoltak be, hogy a fájdalom gyakori helye [25], míg Gushue és mtsai. [26] beszámolt arról, hogy az OB gyermekek térdterhelése kóros a járás során, és arra a következtetésre jutottak, hogy hosszú távon a járásmintázat ezen módosulása növelheti a térd OA kialakulásának kockázatát. Hiányzik a longitudinális vizsgálat az OB pontos szerepének meghatározására gyermekkorban és az OA kialakulásában. Az alsó végtagok rossz rendellenessége azonban összefüggésbe hozható a mozgásszervi kellemetlenségek növekedésével járás közben OW gyermekeknél [24, 25].

2.2. Izmok, fizikai funkciók és energiaköltségek

3. A felesleges testsúly hatása az álló helyzetre

3.1. Biomechanikai profil

Ezek a tanulmányok összességében azt sugallják, hogy az OB gyermekek hátrányos helyzetbe kerülhetnek, ha egy közepes és hosszú ideig állni hagyják őket, és hogy a vizuális konfliktusok és a lábak elhelyezkedése őket jobban befolyásolja, mint az ÉNy-i gyermekeket. Nantel és mtsai. [38] azt javasolta, hogy ez a csendes helyzetben tapasztalható instabilitás dinamikus körülmények között súlyosbodhasson, és növelheti az OB gyermekek elesésének kockázatát. Egy másik terjedelemben McGraw és mtsai. [37] arra a következtetésre jutott, hogy ezek a különbségek hatással lehetnek az OB gyermekek bizalmára a fizikai tevékenységekben való részvétel terén. Azonban ezekben a vizsgálatokban alkalmazott kis minta nagysága megnehezíti a következtetés kiterjesztését a gyermekek OW és általában az OB populációra.

3.2. Élettani jellemzők

4. A felesleges testsúly hatása a gyaloglásra

4.1. Biomechanikai profil

A lehetséges hosszú távú korlátozások mellett Hills et al. [48] arra a következtetésre jutott, hogy az OB gyermekek járásmintájának adaptációi felhasználhatók a nagy testtömeg okozta dinamikus instabilitás csökkentésére. Továbbá azt javasolták, hogy az OB gyermekek nehézségei a különféle gyalogolási sebességhez való alkalmazkodásban hátrányt jelenthetnek, ha olyan fizikai tevékenységekben vesznek részt, amelyek gyakori sebességváltozással járnak. A tér-időbeli és kinetikai szempontokat egy önállóan választott ütemű gyalogos feladat során vizsgálva Nantel et al. [50] kimutatta, hogy az OB gyermekek mechanikailag kevésbé hatékonyak, mint az ÉNy-i gyerekek. A testtartás fázisában, annak ellenére, hogy a csípőhajlító izmok nagy mértékben elnyelik a mechanikai energiát, az OB gyermekek kevésbé hatékonyak voltak, mint az északnyugati gyerekek, amikor a csípőhajlító izmok mechanikai energiáját átültették a testtartás fázisából a lengési fázisba. Eredményeik azt mutatták, hogy az ÉNy-i gyerekekhez képest az OB-gyerekek több mechanikai energiát használtak fel, ha azonos sebességgel jártak.

4.2. Élettani jellemzők

Ezzel a nagyobb energiaköltséggel nagyobb járási sebességnél, részben a túlsúly és az alacsonyabb mechanikai hatékonyság miatt, nem lehet meglepetés, hogy az OB fiatalok abszolút aerob teljesítménye alacsonyabb. Mastrangelo és mtsai. [53] az OB gyermekek futásteljesítményét 1,6 km-es séta-futás teszt segítségével vizsgálta, és megállapította, hogy az OB-gyerekek futási teljesítménye alacsonyabb. Jelentős különbségeket figyeltek meg a testtömeg állapotában, amikor a perc oxigénfogyasztás milliliterenként testtömeg-kilogrammonként (48,3 NW fiúknál 41,3 OB fiúknál és 46,0 NW lányoknál szemben 42,1 OB lányoknál) vagy a távolság (10 perc, 34 mp északnyugati fiúkban szemben 13 perc, 8 mp OB fiúkban és 13 perc, 15 mp északnyugati lányokban szemben 14 perc, 44 mp OB lányokban) alkotta a teljesítménymutatókat.

5. A felesleges testsúly hatása a kerékpározásra

Míg a gyaloglás és a futás jó fizikai aktivitás a fogyáshoz, a testtömeg támogatását jelenti minden lépésnél. Ha az egyénnek túlsúlya van, az ilyen mozgásszervi tevékenységek bizonyára nagyon nehézek, és különböző mozgásszervi kellemetlenségekkel és/vagy fájdalommal járhatnak. Alternatív megoldás lehet a nem súlyú mozgásszervi tevékenységek keresése, például a kerékpározás. Tudomásunk szerint azonban az OB-ben való kerékpározást vizsgáló legtöbb tanulmány fiziológiai megközelítést alkalmazott.

Maximális erőfeszítés esetén hasonló [63] vagy magasabb [39] maximális oxigénfogyasztás (L × min -1) érhető el OB egyéneknél. Ennek ellenére az OB nők kevesebb energiát termelnek, átlagosan 18 W-tal, mint az ÉNy-i nők, részben az alacsonyabb mechanikai hatékonyságnak köszönhetően [66]. A maximális oxigénfogyasztás azonban alacsonyabb OB egyedekben, ha a testtömeg-kilogrammra vonatkoztatva fejezzük ki, amint azt a szubmaximális intenzitások mutatják, míg az FFM kilogrammonként nem észlelhető különbség [39]. Ezért az FFM egységenkénti hasonló oxigénfogyasztása azt sugallja, hogy egy ergocikluson a maximális izomkapacitás megegyezik a testsúly állapotától függetlenül. Érdekes módon a maximális teszt leállításának okai a testsúly állapota szerint különböznek. A mozgásszervi fájdalomról sokkal gyakrabban számoltak be OB-ben, mint ÉNy-i nőknél (19 versus 4%, ill.), Ami egy ergocikluson végzett maximális teszt leállításának oka volt [66]. Az OB nők arról is beszámolnak, hogy a lábfáradtság miatt ritkábban fejezik be a tesztet (16 szemben 38%). Ezek az eredmények együttesen azt jelzik, hogy a mozgásszervi fájdalom fontos tényező, amely korlátozza a maximális erőfeszítés végrehajtását.

6. A testmozgás programjának fejlesztési szempontjai és a kutatási perspektívák

Azok a tevékenységek, amelyekben a testtömeg támogatott, alternatívát jelentenek a nagy intenzitású tevékenységeknél, amelyek potenciálisan kevesebb mozgásszervi kényszert jelentenek. Legjobb tudomásunk szerint egyetlen tanulmány sem dokumentálta az OA-hoz és más rendellenességekhez kapcsolódó biomechanikai paramétereket OB egyéneknél a kerékpározás során. Álló, sétáló vagy kerékpáros személyek vizsgálata alapján ellipszis edzőn végzett edzés, amelyben a testtömeget nem feltétlenül támasztja alá eszköz, de ahol az egyén a gyalogláshoz vagy a futáshoz kapcsolódó hatás nélkül áll és edz, érdekes kompromisszum. Ezt megint meg kell erősíteni a további tanulmányokban.

7. Következtetés

Az elhízás és az OW két olyan feltétel, amelyek esetében a fizikai aktivitásra gyakorolt hatás messze meghaladja a testzsír fontos felhalmozódását. Jelentős változásokat figyeltek meg a láb, a térd és a csípő szerkezetében, amelyek kényelmetlenséggel, fájdalommal és betegséggel járnak. Ez komolyan akadályozhatja a napi fizikai aktivitás szintjét, és korlátozhatja az OB és OW személyek teljesítményét a fitnesz tesztek során.

A testmozgás vényére vonatkozóan megmutattuk, hogy nem minden tevékenység különböző nehézségekkel azonos nehézségekkel jár. A kerékpározás alacsony intenzitással igényesebb az OW és OB egyének számára, míg az ambuláns tevékenység nagy intenzitással nehezebb. Az olyan stratégiákat, mint az önállóan választott járási ütem lassítása, a lépéshossz rövidítése vagy az ellenállás csökkentése, figyelembe kell venni a testtömeg-felesleg esetén a testedzés során - ideértve a gyermekeket is. A biomechanikai és fiziológiai profil megfelelő ismerete kötelező a biztonságos teszteléshez és a fizikai aktivitás hatékony felírásához OW és OB egyéneknél. A jövőbeli kutatások során meg kell vizsgálni a változó biomechanikai korlátok (ütem, lépéshossz, hajlás) és a fiziológiai igények (különböző intenzitások) hatását az energiakiadásokra az edzéshatás optimalizálása érdekében.