A testmozgás és az étrend fokozza a zsír oxidációját és csökkenti az inzulinrezisztenciát idősebb elhízott felnőtteknél

Absztrakt

Az aerob testedzés javítja az oxidatív kapacitást és az inzulinérzékenységet fiatalabb és idősebb elhízott és/vagy IGT/T2DM egyéneknél (8, 14, 15, 20, 36). A kalória-korlátozási beavatkozások szintén hasonló javulást mutatnak az inzulinérzékenységben; az ilyen megállapítások azonban következetlenek, és a szubsztrát anyagcseréjére gyakorolt hatás kevésbé egyértelmű (27, 32). A hipokalorikus súlycsökkentő beavatkozások fő hátránya, hogy a zsírmentes tömeg, amely a szubsztrát kihasználásának, különösen a bazális zsír oxidációjának meghatározó tényezője, szintén gyakran csökken (8, 15). Az öregedés negatív nitrogénmérleggel jár, ezért az idősebb felnőttek fokozottan veszélyeztetettek a szarkopénia kialakulásában (25). A testmozgás elősegíti a fehérjeszintézis sebességét, ami elősegítheti az idősebb emberek zsírmentes tömegének fenntartását. Ezért a testmozgást magában foglaló súlycsökkentő program kedvező lehet az inzulinérzékenység és a szubsztrát anyagcsere optimális javításához egy idősebb, elhízott, IGT populációban, csökkentve ezzel az ilyen csoport amúgy is magas kockázatát a makrovaszkuláris szövődmények kialakulásában.

Az inzulinhatás károsodása elsősorban az elhízásban jelentkezik az intracelluláris zsírsavszármazékok felhalmozódása miatt. Az adipocitokinek azonban dokumentáltan szerepet játszanak. Kimutatták, hogy a keringő leptin koncentrációk pozitívan viszonyulnak a zsírtömeghez és fordítva az inzulinérzékenységhez (33). A leptin részt vesz a jóllakottságban, a hipotalamusz jelátviteli útján (10), és a szubsztrát anyagcseréjében, közvetlen perifériás szöveti hatás révén (23). Bebizonyosodott azonban, hogy a leptin fokozhatja a zsír oxidációját (23), ami egy paradoxont szemléltet: lehetséges, hogy elhízás esetén leptin-rezisztencia léphet fel (34). Ebben a tanulmányban a leptin és a zsír oxidációjának kapcsolatát vizsgálták. A leptin mellett egy másik adipocitokin, az adiponektin is kimutathatóan kapcsolatban áll az inzulinérzékenységgel és a szubsztrát anyagcserével (37, 41). Ezért ebben a vizsgálatban az adiponektin és a zsíroxidáció közötti kapcsolatot is mértük.

Jelenleg idősebb elhízott IGT-ben szenvedőknél nem ismert, hogy a testedzés és a hipokalorikus étrend kombinációja hatékonyabb-e az anyagcsere-betegséggel összefüggő tényezők javításában, mint az eukalórikus makrotápanyagok bevitelével járó hasonló testmozgási rendszer. Ez a tanulmány az ilyen különbségek vizsgálatát szolgálja. Feltételezték, hogy a testmozgás és a kalóriakorlátozás nagyobb mértékű inzulinérzékenységet és szubsztrát anyagcserét fog javítani, mint önmagában a testedzés a nagyobb fogyás, különösen a zsírtömeg eredményeként.

Tárgyak.

Huszonhárom idősebb, elhízott, IGT (éhomi plazma glükóz> 5,6 mmol/l és 2 órás orális glükóz tolerancia teszt glükózkoncentráció 7,8 és 11,1 mmol/l között) önkénteseket toboroztak az általános populációból, hogy részt vegyenek egy 12 hét edzés közbeni beavatkozás, eukalorikus vagy hipokalorikus étrend fogyasztása közben. Az orvosi szűrés kizárta a szív-, vese-, máj-, bél- és tüdőbetegségben szenvedőket, illetve azokat, akik magas vérnyomás, cukorbetegség vagy más, az elhízással kapcsolatos állapotok kezelésére szednek gyógyszereket. Valamennyi önkéntes mozgásszegény volt, és a vizsgálat előtt 6 hónapon keresztül súlystabilak voltak. A tanulmányt az Intézményi Felülvizsgálati Testület hagyta jóvá, és minden alany írásbeli tájékoztatáson alapuló beleegyezést adott az emberi alanyok védelmére vonatkozó irányelveinknek megfelelően.

Közbelépés.

Az önkénteseket két testtömeg-index (BMI) -nek megfelelő csoportba osztották: egy eukalorikus csoportban = 12: 4 férfi, 8 nő; életkor = 66 ± 1 év; BMI = 34,7 ± 1,6 kg/m 2) és egy hipokalorikus csoportn = 11: 3 férfi, 8 nő; életkor = 67 ± 1 év BMI = 33,6 ± 1,3 kg/m 2). Mindkét csoport 60 perc felügyelt, közepes intenzitású aerob testmozgást (futópados gyaloglás/kerékpár-ergometria/álló evezés) végzett a maximális oxigénfelvételi kapacitás 75% -ánál heti 5 napon (hétfőtől péntekig) 12 hétig. Az étrendi nyilvántartásokat a vizsgálat előtt 3 napig gyűjtötték, és hetente egyéni táplálkozási tanácsadást végeztek a kalóriabevitel ellenőrzésére. Az eukalorikus csoportot arra utasították, hogy a vizsgálat során folytassa a szokásos étrendi bevitelt, míg a hipokalorikus csoportot arra utasították, hogy ~ 500 kcal-kal csökkentse napi energiabevitelét. Számos antropometriai és anyagcsere-intézkedést hajtottak végre az intervenció előtt és után, az alábbiak szerint, 3 napos fekvőbeteg-tartózkodás alatt az Általános Klinikai Kutatóközpontban.

Test felépítés.

A magasságot cipő nélkül 1,0 cm pontossággal mérték. A testtömeget 0,1 kg pontossággal mértük, az alsóneműt és kórházi ruhát viselve. A derék kerületét az alsó borda margó és a csípőcsík között félúton mértük, 1,0 cm pontossággal. A testsűrűséget hidrosztatikus méréssel határoztuk meg, és a testzsír-tömeget a korábban leírt Siri-egyenletekkel számoltuk (29.

Aerob fitnesz.

Minden alany inkrementális futópad-tesztet hajtott végre maximális oxigénfogyasztásuk (V determine o 2max) meghatározásához. A sebességet 2 és 4 mérföld/óra között állították be, és a futópad lejtését 2 percenként 2,5% -kal növelték fáradtságig. A kilélegzett levegőt összegyűjtöttük, és az oxigén és a szén-dioxid koncentrációit elektrokémiai oxigénelemzővel (A S-3 modell, Applied Electrochemistry,) és infravörös szén-dioxid-analizátorral (LB-2 modell, Beckman) mértük. A maximális aerob kapacitást (V̇ o 2max) akkor érték el, amikor az alábbi kritériumok közül legalább kettő teljesült: 1) az oxigénfelvétel fennsíkja 2) a pulzusszám 10 ütés/percen belül az előre jelzett maximális értéknél, és/vagy 3) a légzéscsere aránya> 1,0. A testmozgás inzulinérzékenységre gyakorolt akut hatásai miatt a V̇ o 2max teszt és az euglikémiás bilincs közötti idő mindig legalább 48 óra volt. Postintervention V̇ o 2max tesztet reggel végeztek a szorító eljárást követően.

A szubsztrát anyagcseréje.

Ő 2. nap 12 órás éjszakai böjtöt követően a betegeket 0600-kor felébresztették, és kerekesszékkel vitték semmibe és megmérésre, majd félig sötét, termoneutrális (22 ± 1 ° C) környezetben hanyatt feküdtek tiszta műanyag alatt. motorháztető (Brooks Instruments, Hatfield, PA) 30 percig a közvetett kalorimetriás mérésekhez, a korábban leírtak szerint (40). Az elfogyasztott oxigén és az előállított szén-dioxid moláris arányát használtuk az oxidálódó szubsztrát relatív mennyiségének mérésére [légzési hányados (RQ)]. A nyugalmi energiaköltség kiszámításához a Weir-egyenletet használtuk (39), a szubsztrát oxidációs sebességét pedig Frayn (7) szerint számítottuk. Időzített vizelet-nitrogén kiválasztási méréseket is végeztek a fehérje oxidációs sebességének becsléséhez (7). Röviden, a vizeletet 0600-tól a kalorimetriás intézkedések befejezéséig gyűjtöttük össze. A teljes mennyiséget és a gyűjtés idejét feljegyeztük, és az alikvot részeket elemeztük karbamid-nitrogén szempontjából (Roche Modular Diagnostics, Indianapolis, IN).

Inzulinérzékenység.

Vázizom szövettan.

Statisztika.

A statisztikai elemzéseket Statview (SAS Intézet, Cary, NC) segítségével végeztük, és az összes adatot átlag ± SE értékben fejeztük ki. Az egyes változók normalitását Kolmogorov-Smirnov-teszt alkalmazásával értékeltük. A normál eloszlástól (plazma leptin-koncentráció) eltérõ változókat természetes log-transzformációval (ln) végeztük a statisztikai elemzés elõtt. A csoportok közötti (eukalorikus és hipokaloros) összehasonlításokat az összes változóra kétirányú (csoport × idő) ismételt ANOVA alkalmazásával elemeztük. A Tukey post hoc teszteket szignifikáns csoport × idő interakciókra alkalmaztuk. Kétváltozós korrelációkat alkalmaztak a vizsgálat előtti és utáni vizsgálatok (() közötti összefüggések megvizsgálására a bazális zsíroxidációban, az M szorítóban és az ln leptinben más változókkal. Ezenkívül külön kétváltozós elemzéseket is alkalmaztunk a kiindulási változókra és a beavatkozást követő változókra (pl. Kiindulási leptin vs. kiindulási zsír oxidáció, és posztintervenciós leptin vs. intravénás zsír oxidáció). Ezt a beavatkozás eredményeként a kapcsolatokban bekövetkezett változások azonosítására végezték. A statisztikai szignifikanciát a P 0,05).

Asztal 1. Testösszetétel, aerob erőnlét, leptinemia és inzulinérzékenység

Az értékek átlag ± SE. Az önkéntesek 12 hetes aerob testmozgáson vettek részt eukalorikus (~ 1900 kcal/nap) vagy hipokaloros (~ 1300 kcal/nap) diétával. BMI, testtömeg-index; FM, zsírtömeg; FFM, zsírmentes tömeg; WC, derék kerülete; V̇ o 2 max, maximális oxigénfelvétel a kimerítő testmozgás során; M bilincs, a hiperinsulinémiás euglikémiás bilincs utolsó 30 percének átlagos glükóz-megsemmisítési aránya.

* Jelentős különbségek az alapvonaltól: P † Jelentős különbségek az alapvonaltól: P ‡ Jelentős különbségek az alapvonaltól: P o 2max hasonlóan nőtt mindkét csoportban (1. táblázat; eukalorikus: 10,6 ± 3,0% -os növekedés, P = 0,003; hipokalorikus: 11,8 ± 5,7% -os növekedés, P = 0,04).

Inzulinérzékenység.

A hiperinsulinémiás euglikémiás bilincs alatt metabolizált glükóz mindkét csoportban hasonló mennyiségekkel javult (1. táblázat; eukalorikus: 55,1 ± 19,0% -os növekedés), P = 0,03; hipokalorikus: 65,1 ± 14,4% -os növekedés, P = 0,001).

Leptin és adiponektin.

A preintervenciós plazma leptin-koncentrációk hasonlóak voltak a csoportok között (1. táblázat). A leptin koncentrációja mindkét csoportban csökkent a beavatkozást követően, nagyobb mértékű csökkenés volt megfigyelhető a hipokalor csoportban (31,6 ± 6,0% -os csökkenés, szemben 12,2 ± 3,8% -os csökkenéssel). A plazma adiponektin-koncentrációk elemzése nem mutatott ki semmiféle idő- vagy kísérleti hatást (1. táblázat; P > 0,05).

A testedzési beavatkozást követően az intramuszkuláris lipidek (LAI,%) 25,9 ± 12,4, illetve 34,3 ± 17,6% -kal csökkentek az eu- és a hipokalorikus csoportokban (kétirányú ANOVA, az idő hatása P = 0,04; 2. táblázat). Nem találtunk csoportkülönbséget (P = 0,66).

2. táblázat. Intramyocelluláris lipid

Az értékek átlag ± SE. A vizsgálati csoportokat az 1. táblázat ismerteti. IMCL, intramuszkuláris lipid; LAI, lipid felhalmozódási index, azaz az egyes vázizomrostok átlagos százalékos területe, amely fest a lipidért.

* Statisztikailag szignifikáns különbség a preintervenciós értéktől, P

ÁBRA. 1.A bazális szubsztrát anyagcseréjének változásai. Huszonhárom idősebb, elhízott és korábban mozgássérült glükóz toleráns személy követett 12 hetes aerob testmozgást, eukalorikus (∼1 900 kcal/nap) vagy hipokaloros (∼1 300 kcal/nap) diétával kombinálva. Az értékek átlag ± SE. FFM, zsírmentes tömeg. A bazális zsír oxidációja nagyobb javulást mutatott a hipokalor csoportban (ΔFox: *P = 0,03). Nem találtunk különbséget a bazális szénhidrát oxidáció változásában (oxCox: P = 0,87).

3. táblázat. A szubsztrát anyagcseréje

Az értékek átlag ± SE. A vizsgálati csoportokat az 1. táblázat írja le. RQ, légzési hányados; EE, energia kiadások; Cox, bazális szénhidrát oxidáció; Róka, bazális zsír oxidációja; Himlő, bazális fehérje oxidáció.

* Jelentős különbségek az alapvonaltól, *P 0,05).

Korrelációs elemzések.

ÁBRA. 2.Kapcsolat az intramyocelluláris lipid és a bazális zsír oxidációja között. A 2 vizsgálati csoport adatait összesítettük a korrelációs elemzésekhez. Az adatok azt mutatják, hogy idősebb, elhízott, mozgásszegény, károsodott glükóztoleráns egyéneknél az edzés közbeni beavatkozás eredményeként az intramyocelluláris lipid (delta IMCL) csökkenése és a bazális zsír oxidációjának növekedése (delta basal Fox) összefüggésben volt (r = −0,53, P = 0,04).

ÁBRA. 3.Kapcsolatok a plazma leptin és a bazális zsír oxidációja között. A 2 vizsgálati csoport adatait összesítettük a korrelációs elemzésekhez. A nyers plazma leptin-koncentráció adatok eltértek a normális eloszlástól, és így a természetes log (ln) is átalakult statisztikai elemzés céljából. Az értékek átlag ± SE. A: idősebb, elhízott, ülő személyeknél nem volt összefüggés a plazma leptin és a bazális zsír oxidációja között (r = 0,05, P = 0,84). B: a 12 hetes testedzési rendszert követően szignifikáns kapcsolat volt jelen a plazma leptin és a bazális zsír oxidációja között (r = 0,65, P = 0,0007).

4. táblázat. Kétváltozós korrelációs elemzések

Az értékek a Pearson termék-pillanat korrelációs együtthatói (r értékek) a változók (() változásai közötti kapcsolatokra a 12 hetes edzés közbeni beavatkozás során. A változók többségében a csoport × idő interakciók hiánya miatt feltételeztük, hogy a testedzés a kalóriabeviteltől független változásokat vezérli; ezért a beavatkozási csoportokat összevonták a korrelációs elemzésekhez.

* Jelentős összefüggések: P † Jelentős összefüggések: P ‡ Jelentős összefüggések: P o 2max), leptinemia, intramuszkuláris lipidfelhalmozódás (IMCL) és inzulinérzékenység (M bilincs) idősebb, elhízott, korábban ülő, IGT egyéneknél, függetlenül a teljes napi kalóriafogyasztástól; de a bazális zsír oxidációjának javulása a testmozgás mellett a kalória korlátozásától is függ. Ezenkívül az IMCL változásai a bazális zsír oxidációjának és a leptinemia javulásához kapcsolódtak. Továbbá, bár nem tapasztalták, hogy a bazális zsír oxidációjának változásai összefüggenek az inzulinérzékenység változásával, a bazális zsír oxidációja és a plazma leptin között pozitív kapcsolat alakult ki a posztintervencióban, ami a leptin érzékenységének javulására utal. Ez a tendencia kifejezettebb volt, amikor a testedzés mellett kalóriakorlátozásra került sor. A fiatalabb, elhízott kohorszokban hasonló eredményeket publikált Goodpaster és mtsai. (8) és He és mtsai. (11), aki összefüggést talált a zsírfelhasználás és az inzulinérzékenység között; ezért munkánk ennek a két változónak az életkorral kapcsolatos disszociációját javasolja.

A zsírtömeg csökkenésével járó súlycsökkenés csökkenti a szisztémás szabad zsírsav megjelenést a keringésben, ezáltal csökkentve a szabad zsírsav hozzáférhetőségét a vázizomszövetben (2). Inzulinrezisztens izomban, amint az idősebb, elhízott, IGT-egyéneknél megtalálható, ahol a bazális zsír oxidációja károsodott, ez korlátozni fogja az intramuszkuláris lipidek és más zsírsavszármazékok felhalmozódását, amelyekről ismert, hogy zavarják az inzulinjelet (21). Az inzulinrezisztens betegeknél az IMCL-tartalom emelkedettnek íródott le (38), mégis úgy tűnik, hogy ez a két változó szétválhat a testedzést követően (4). Ebben a tanulmányban bebizonyítottuk az IMCL utáni csökkent beilleszkedést, amely ugyan közvetlenül nem kapcsolódik az inzulinérzékenységhez, de a zsír oxidációjának változásával és a keringő leptinnel társult. Felvetődött, hogy az IMCL csökkenése a bazális zsír oxidációjának megnövekedett sebességével csökkenti a plazma szabad zsírsavakra való támaszkodást és növeli az intramuszkuláris lipidkészletek kihasználtságát (31). Így adataink alapján feltételezhetjük, hogy az edzés utáni tantárgyaink IMCL-csökkenése az IMCL-kihasználtság növekedésének tudható be. Ezek a változások a kalóriabeviteltől függetlenül következnek be, ami arra utal, hogy a testmozgás a beavatkozás kulcsfontosságú eleme.

Ennek a tanulmánynak a legfontosabb hazaviteli üzenete az, hogy a rendszeres, közepes intenzitású aerob testmozgás az inzulinérzékenység javulásának mozgatórugója, amikor idősebb, elhízott és korábban ülő IGT-egyének gyakorlási és diétás rendszert követnek. Annak ellenére, hogy a testösszetétel nagyobb mértékben megváltozott a kalóriakorlátos testmozgás után, ezek a változások nem extrapoláltak az inzulinérzékenység nagyobb változásaira, mint az eukalorikus testmozgás. A testzsír-tömeg csökkenése a zsírmentes tömeg fenntartása mellett fontos az idősebb kohorszok számára. Ilyen változásokat mutattak ki ebben a tanulmányban. Azt is dokumentáljuk, hogy idősebb, elhízott, IGT egyének leptinrezisztenciát mutatnak a bazális zsír oxidációjával szemben, és hogy a testedzés javítja a leptin érzékenységét a kalóriabeviteltől függetlenül. Ez egy új betekintés az anyagcsere-betegség kialakulásának megértésébe az elhízott ülő csoportokban. Ezen a területen további munka indokolt a mechanisztikus utak azonosításához.

Ezt a kutatást az Országos Öregedési Intézet támogatta AG-12834 (J. P. Kirwan-nak) és az Általános Klinikai Kutatóközpont MO1 RR-10732, RR-00080 és RR-018390 támogatásai.

LÁBJEGYZETEK

A cikk megjelenésének költségeit részben az oldaldíjak megfizetése fedezte. A cikket ezért ezennel fel kell tüntetni:hirdetés”A 18 U.S.C. Az 1734. § kizárólag ennek a ténynek a feltüntetésére.

A szerzők köszönetet mondanak az önkénteseknek kiemelkedő odaadásukért és erőfeszítéseikért. Köszönettel tartozunk az Általános Klinikai Kutatóközpont ápolói/táplálkozási munkatársainak, valamint a műszaki/mérnöki személyzetnek és a hallgatóknak, akik segítettek a vizsgálat megvalósításában és segítettek az adatgyűjtésben.