Le donne sono metabolicamente più efficienti in condizioni estreme? / Are Women More Metabolically Efficient Under Extreme Conditions?

 Le donne sono metabolicamente più efficienti in condizioni estreme? / Are Women More Metabolically Efficient Under Extreme Conditions?

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

I risultati di una spedizione invernale nell'Artico indicano una maggiore efficienza metabolica nelle donne in condizioni così estreme

l Dott.  Robert H. Coker  è vicedirettore e professore di ricerca presso il  Montana Center for Work Physiology and Exercise Metabolism  (WPEM) dell'Università del Montana, dove si concentra sulla mitigazione dello stress metabolico attraverso l'uso di terapia nutrizionale ed interventi sullo stile di vita. Sua moglie, la Dott.ssa  Melynda S. Coker, è professoressa associata presso lo stesso istituto, specializzata in alterazioni muscolari dovute a specifici profili aminoacidici od ad un elevato dispendio energetico in ambienti estremi.

Insieme ai colleghi, hanno ora pubblicato un nuovo studio su Frontiers in Physiology. Hanno dimostrato che le atlete stanno rapidamente raggiungendo, e potrebbero presto superare, i loro coetanei maschi negli eventi sportivi in ​​circostanze fisiologiche estreme. Qui, riassumono i loro risultati per un pubblico più ampio.

Gran parte del lavoro dedicato all'esplorazione di potenziali differenze specifiche per genere nell'esercizio fisico o nelle prestazioni sportive deriva da studi di laboratorio. Sebbene questi studi siano in genere ben controllati e guidino la nostra comprensione dei meccanismi fisiologici, potrebbero mancare di rilevanza pragmatica o pratica per il "mondo reale".

Riduzione del divario di prestazione tra i sessi nello sport e nelle sfide estreme

Nel 1967, Katherine V. Switzer, figlia di un ufficiale dell'esercito americano, divenne la prima donna a completare la Maratona di Boston come concorrente ufficialmente registrata. Fu aggredita dal direttore di gara, Jock Semple, che tentò di toglierle il pettorale. Questo episodio sconvolgente portò all'imposizione da parte dell'Amateur Athletic Union di un divieto di partecipazione femminile all'evento fino al 1972. Qual era il ragionamento alla base di un simile atto? I commissari di gara sostenevano che le donne non potevano correre così lontano ed il regolamento lo proibiva. Fortunatamente, il consenso si evolse ed il regolamento cambiò. Katherine e Jock divennero in seguito amici.

Johny Hayes, un uomo americano, stabilì il primo record mondiale di maratona durante le Olimpiadi di Londra del 1908. Un uomo keniota, Kelvin Kiptum, detiene attualmente il record mondiale di maratona con 2h00min:35s, stabilito durante la Maratona di Chicago nel 2023. Ruth Chepng'etich, una donna keniota, stabilì il record mondiale di maratona femminile nella stessa gara con 2h09min:56s, a soli 9min e 21s dal suo omologo maschile. Negli ultimi decenni, gli atleti hanno beneficiato di una migliore alimentazione e di calzature migliori, nonché dell'uso di battistrada per rompere il vento, tutti fattori che possono migliorare le prestazioni. Anche gli atleti con fenotipi antropometrici e di stile di vita adatti alle maratone contribuiscono alla tendenza a battere i record. Un esame più attento, tuttavia, rivela un divario generale in riduzione nelle prestazioni atletiche tra uomini e donne.

Le donne sono più efficienti dal punto di vista metabolico in circostanze fisiologiche estreme?

Forza, potenza, velocità e resistenza sono in genere tra il 10% e il 30% maggiori negli uomini rispetto alle donne. Tuttavia, studi recenti suggeriscono una riduzione sempre più marcata del divario di prestazioni tra i sessi all'aumentare della distanza e/o della durata. Qui affrontiamo questo importante problema nel nostro recente  studio. Utilizzando il metodo dell'acqua a doppia marcatura, abbiamo riportato un dispendio energetico totale inferiore rispetto al trasporto del carico nelle donne rispetto agli uomini durante l'Alaska Mountain Wilderness Ski Classic, una spedizione invernale artica remota e senza supporto di 200 km. Questi risultati indicano una maggiore efficienza metabolica nelle donne in condizioni così estreme.

Le differenze fisiologiche specifiche per sesso nelle prestazioni atletiche sono in gran parte determinate da variazioni nei cromosomi sessuali e negli ormoni. I livelli di testosterone aumentano di circa 30 volte nei maschi durante la pubertà e sono strettamente correlati all'aumento della massa muscolare e della forza. Al contrario, i livelli di testosterone rimangono relativamente bassi per tutto il corso della vita nelle femmine.

Il ciclo mestruale è caratterizzato da fluttuazioni di estrogeni e progesterone nelle donne, ma questi ormoni rimangono relativamente costanti negli uomini. Si ipotizza che l'aumento degli estrogeni durante la fase follicolare migliori l'ossidazione dei grassi. Tuttavia, una recente meta-analisi ha concluso che le variazioni degli estrogeni hanno un impatto minimo sul metabolismo.

E che dire delle ultramaratone e di eventi ancora più estremi? Pamela Reed e Hiroko Okiyama hanno superato i loro colleghi maschi rispettivamente nelle ultramaratone Badwater e Deutschlandlauf. Sebbene questi possano essere casi isolati, il divario nella durata delle gare tra uomini e donne è diminuito di circa il 3% nelle gare di durata di 6, 72, 144 e 240 ore negli ultimi quattro decenni. Quando uomini e donne gareggiano in numero simile, il divario si riduce ulteriormente. Meno donne élite partecipano alle ultramaratone rispetto agli uomini élite.

Studiando la resilienza fisiologica negli atleti partecipanti alla  Yukon Arctic Ultra  (YAU), l'ultramaratona più lunga e fredda del mondo, abbiamo osservato, lavorando a stretto contatto con il Dott.  Mathias Steinach  (affiliato al  Center for Space Medicine di Berlino ), che nessun partecipante con un indice di massa corporea (BMI) di 22 kg/m² ha mai completato l'evento. Infatti, l'BMI medio per questo evento è di circa 24 kg/m²  sia  per gli uomini che per le donne, con una massa grassa superiore del 30% nelle donne. Nonostante gli uomini abbiano una maggiore quantità di massa magra ed una minore massa grassa rispetto alle donne, il numero di partecipanti al traguardo in entrambi i sessi è sostanzialmente equivalente.

Studi recenti hanno descritto un "cambiamento artico" nelle donne, che indica l'attivazione della termogenesi indotta dal freddo a temperature inferiori rispetto agli uomini, riducendo potenzialmente le richieste metaboliche in condizioni di stress da freddo. Utilizzando campioni di plasma, siero, feci, capelli, muscoli e tessuto adiposo della coorte YAU, studi futuri esploreranno i meccanismi responsabili di livelli simili di resilienza nonostante le differenze nella massa magra.

Le donne negli scenari militari di combattimento

Come modello surrogato per le operazioni militari, abbiamo misurato i tassi di dispendio energetico totale (TEE) durante le spedizioni di caccia nell'entroterra dell'Alaska. I cacciatori, che si offrono anche volontari come partecipanti alla ricerca, vengono accompagnati in zone selvagge con un aereo da boscaglia, uno zaino, un fucile ed un telefono satellitare per un periodo compreso tra due e quattro settimane. Le femmine in genere hanno un peso maggiore rispetto al peso corporeo rispetto ai maschi, ma non sono meno capaci o resilienti. Sebbene il numero di partecipanti fosse esiguo, il rapporto TEE/massa magra era simile sia nei maschi che nelle femmine, il che indica che non vi sono differenze nel dispendio energetico dedicato allo sforzo fisico. Utilizzando nuovi metodi basati sugli isotopi stabili sviluppati con i nostri collaboratori dell'Università della California, Berkeley, stiamo ora studiando alterazioni specifiche per sesso nell'integrità strutturale, nella respirazione cellulare e nella funzione contrattile del muscolo scheletrico in questa coorte.

Sebbene gli uomini abbiano storicamente ricoperto ruoli protettivi predominanti nella società, i dati emergenti derivanti da eventi di resistenza condotti in ambienti estremi suggeriscono che le donne potrebbero essere altrettanto, se non di più, metabolicamente resilienti sotto stress fisico e nutrizionale.

Pensiamo che uno degli aspetti più interessanti (gioco di parole voluto) dell'essere scienziati sia che sfidiamo continuamente i dogmi per trovare nuove risposte a vecchi problemi. Forse l'autore di bestseller John Gray aveva ragione con una piccola correzione: le donne potrebbero provenire da Marte (più freddo) e gli uomini da Venere (più caldo).

ENGLISH

Findings from an Arctic winter expedition indicate greater metabolic efficiency in women under such extreme conditions.

Dr Robert H Coker is a deputy director and research professor at the Montana Center for Work Physiology and Exercise Metabolism (WPEM) of the University of Montana, focusing on the mitigation of metabolic stress through the use of nutritional therapy and lifestyle interventions. His spouse, Dr Melynda S Coker, is an assistant professor at the same institute, who specializes in muscle changes due to specific amino acid profiles or high energy expenditure in extreme environments.

Together with colleagues, they have now published a new in study in Frontiers in Physiology. They showed that female athletes are rapidly catching up with, and may soon overtake, their male peers in sports events under extreme physiological circumstances. Here, they summarize their findings for a wider audience.

Much of the work devoted to exploring potential sex-specific differences in exercise or sports performance has been derived from laboratory-based studies. While these studies are typically well-controlled and guide our understanding of physiological mechanisms, they may lack pragmatic or practical relevance to the ‘real world’.

Shrinking performance gaps between the sexes in sport and extreme challenges

In 1967, Katherine V Switzer, the daughter of a US Army officer, became the first woman to complete the Boston Marathon as an officially registered competitor. She was assaulted by the race manager, Jock Semple, who attempted to remove her race bib. This shocking incident led to a ban imposed by the Amateur Athletic Union against women participating in the event until 1972. What was the reasoning behind such an act? Race officials claimed that women could not run that far, and the rules forbade it. Fortunately, the consensus evolved, and the rules changed. Katherine and Jock later became friends.

Johny Hayes, an American male set the first marathon world record during the London Olympics in 1908. A Kenyan male, Kelvin Kiptum, currently holds the marathon world record at 2h00min:35s, set during the Chicago Marathon in 2023. Ruth Chepng’etich, a Kenyan female, set the women’s marathon world record in the same event at 2h:09min:56s, only 9min21s behind her male counterpart. Over the past few decades, athletes have benefited from improved nutrition and footwear, as well as the use of pacesetters to break the wind, all of which may improve performance. Athletes with anthropometric and lifestyle phenotypes well-suited for marathons also contribute to the record-breaking trend. Closer examination, however, reveals an overall shrinking gap in athletic performance between males and females.

Are women more metabolically efficient under extreme physiological circumstances?

Strength, power, speed, and endurance are typically between 10% and 30% greater in males compared to females. However, recent work suggests a shrinking reduction in the performance gap between the sexes as the distance and/or duration increases. Here we address this important issue in our recent study. Using the doubly labeled water method, we reported lower total energy expenditure relative to load carriage in women compared to men during the Alaska Mountain Wilderness Ski Classic – a remote and unsupported 200km Arctic winter expedition. These findings indicate greater metabolic efficiency in women under such extreme conditions .

Sex-specific physiological differences in athletic performance are largely determined by variations in sex chromosomes and hormones. Testosterone levels increase approximately 30-fold in males during puberty and are closely linked to increased muscle mass and strength. In contrast, testosterone levels remain relatively low throughout the lifespan of females.

The menstrual cycle is marked by fluctuations in estrogen and progesterone in females, but these hormones stay relatively constant in males. Elevations in estrogen during the follicular phase have been posited to enhance fat oxidation. However, a recent meta-analysis concluded that variations in estrogen have a minimal impact on metabolism.

So what about ultramarathons and even more extreme events? Pamela Reed and Hiroko Okiyama outperformed their male counterparts in the Badwater and Deutschlandlauf ultramarathons, respectively. While these may be isolated cases, the gap in race durations between males and females has decreased by approximately 3% in events lasting six, 72, 144, and 240 hours over the past four decades. When males and females compete in similar numbers, the gap decreases even further. Fewer elite females participate in ultras compared to elite males.

In studying physiological resilience in athletes participating in the Yukon Arctic Ultra (YAU), the longest and coldest ultramarathon in the world, we observed while working alongside Dr Mathias Steinach (affiliated with the Center for Space Medicine, Berlin) that not a single participant with a body mass index (BMI) of 22 kg/m2 has ever completed the event. In fact, the average BMI for this event is approximately 24 kg/m2 for both males and females, with fat mass being 30% higher in females. Despite males having greater amounts of lean tissue mass and less fat mass compared to females, the number of finishers in both sexes is essentially equivalent.

Recent studies have described an ‘Arctic shift’ in females, indicating the activation of cold-induced thermogenesis at a lower temperature compared to males, and potentially reducing metabolic demands under cold stress. Leveraging plasma, serum, stool, hair, muscle and adipose tissue samples from the YAU cohort, future studies will explore the mechanisms responsible for similar levels of resilience despite differences in lean tissue.

Females in combat-forward military scenarios

As a surrogate model for military operations, we measured rates of total energy expenditure (TEE) during backcountry hunting expeditions in Alaska. Hunters, who also volunteer as research participants, are dropped off via bush plane in the wilderness with a backpack, a rifle, and a satellite phone for between two and four weeks. Females typically carry more weight relative to body weight than males, but are no less capable or resilient. Although the number of participants was small, TEE/lean tissue mass was similar in both males and females, indicating no difference in energy expenditure dedicated to physical exertion. Utilizing new stable isotope methods developed with our collaborators at the University of California Berkeley, we are now studying sex-specific alterations in the structural integrity, cellular respiration and contractile function of skeletal muscle in this cohort.

Although men have historically dominated protective roles in society, emerging data from endurance events conducted in extreme environments suggest that women may be equally, if not more, metabolically resilient under physical and nutritional stress.

We think that one of the coolest (pun intended) aspects of being scientists is that we continually challenge dogma to find new answers to old problems. Perhaps the best-selling author John Gray was right with one minor correction: women may be from Mars (colder), and men may be from Venus (warmer).

Da:

https://www.technologynetworks.com/proteomics/news/are-women-more-metabolically-efficient-under-extreme-conditions-399081?utm_campaign=NEWSLETTER_TN_Breaking%20Science%20News&utm_medium=email&_hsenc=p2ANqtz-_vYUWUDLtYDNeqlsd1MEBbkrSmuaE42uxuDTYzQkzUI9aeIaIol_FlZX8uuMSK683nIbJwpe2eumHUu_OpvnfaZE8xUI2c3N6la8U7TIDsg0bbZvg&_hsmi=359179066&utm_content=359179066&utm_source=hs_email