Abstract

Având în vedere relația dintre IMTG-uri și rezistența la insulină, este de un interes deosebit dacă antrenamentul de rezistență este capabil să mărească oxidarea acestor depozite de lipide; cu toate acestea, datele disponibile sunt conflictuale. Unele studii au raportat o utilizare crescută a acizilor grași derivați de IMTG și/sau VLDL prin antrenament de anduranță (12,14-16), în timp ce alții nu au observat o astfel de creștere (17,18). O parte a acestei controverse ar putea fi explicată prin probleme metodologice pentru a examina contribuția relativă a diferitelor surse de grăsime la oxidarea totală a grăsimilor în timpul exercițiului. Se cunoaște că determinarea biochimică a conținutului IMTG al mușchiului scheletic este problematică. Pe de altă parte, determinarea oxidării acizilor grași derivați din plasmă folosind trasori stabili de izotopi a fost îndelung pusă la îndoială și numai de la introducerea factorului de recuperare a acetatului în 1995 (19) ar putea fi determinată în mod fiabil oxidarea acizilor grași marcați (20, 21). Prin urmare, al doilea scop al acestui studiu a fost să folosească această metodologie pentru a rezolva controversa dacă antrenamentul de rezistență este capabil să mărească capacitatea de oxidare a acizilor grași derivați IMTG și/sau VLDL.

anduranță

Adaptarea moleculară a mușchilor scheletici la antrenamentul de rezistență de intensitate scăzută este în mare parte necunoscută. GLUT4, principalul transportor de glucoză din mușchii scheletici și hexokinaza II, care catalizează fosforilarea glucozei în glucoză-6-fosfat, sunt două gene cheie implicate în utilizarea glucozei. Având în vedere că antrenamentul de anduranță este capabil să mărească oxidarea acizilor grași derivați de IMTG și/sau VLDL, LPL și acetil-CoA carboxilaza-2 (ACC2) sunt două gene cheie care sunt posibil implicate în această adaptare la antrenamentul de anduranță. LPL este responsabil pentru hidroliza trigliceridelor plasmatice și direcționează acizii grași liberi eliberați (FFA) în țesut (22). În interiorul celulei musculare, ACC2 a fost sugerat recent pentru a controla rata oxidării acizilor grași și a stocării trigliceridelor (23). În cele din urmă, proteina de decuplare specifică a mușchilor scheletici-3 (UCP3) a fost, de asemenea, sugerată a fi implicată în metabolismul acizilor grași, dar funcția exactă este încă în dezbatere (24). Prin urmare, al treilea scop al prezentului studiu a fost de a examina efectul antrenamentului de rezistență de intensitate scăzută asupra expresiei genelor menționate mai sus.

PROIECTAREA ȘI METODELE CERCETĂRII

Subiecte.

Caracteristicile celor șase voluntari sănătoși, neobezi, sunt prezentate în tabelul 1. Niciunul dintre subiecți nu a petrecut> 2 ore pe săptămână în activități sportive sau nu a avut locuri de muncă solicitante fizic. Natura și riscurile procedurii experimentale au fost explicate subiecților și toți subiecții au dat consimțământul scris în cunoștință de cauză. Studiul a fost aprobat de Comitetul Medical-Etic al Universității Maastricht.

Proiectare experimentală.

Program de antrenament.

Programul de antrenament pentru exerciții fizice a constat în ciclism pe un ergometru (Bodyguard Cardiocycle, Sandnes, Norvegia sau Lode, Groningen, Olanda) la o intensitate scăzută (40% din V o 2max predeterminat). Subiecții s-au antrenat de trei ori pe săptămână timp de 12 săptămâni. Cheltuielile de energie ale fiecărui subiect în fiecare sesiune de antrenament au fost de 5 kcal/kg de masă fără grăsimi (280-300 kcal). Durata antrenamentului pentru subiecți pe sesiune a fost de 47,5 ± 2,5 min. Ritmul cardiac a fost monitorizat continuu în timpul sesiunilor de antrenament (Polar Electro, Oy, Finlanda). După 4 și 8 săptămâni de antrenament, s-a efectuat un test de exercițiu aerob maxim, iar sarcina de lucru și durata de antrenament au fost ajustate, dacă este necesar. Toate sesiunile de instruire au avut loc la universitate sub supravegherea unui instructor profesionist.

Proceduri

Compozitia corpului.

Cu o săptămână înainte și după programul de antrenament, densitatea corpului a fost determinată prin cântărirea subacvatică în starea de post. Greutatea corporală a fost măsurată cu o balanță digitală, exactă la 0,01 kg (tip E1200; Sauter). Volumul pulmonar a fost măsurat simultan cu tehnica de diluare a heliului folosind un spirometru (Volugraph 2000; Mijnhardt). Procentul de grăsime corporală a fost calculat utilizând ecuațiile lui Siri (26). Masa fără grăsimi, exprimată în kilograme, a fost calculată prin scăderea masei grase din masa corporală totală.

Capacitate aerobă maximă.

Cu o săptămână înainte și după programul de antrenament, fiecare subiect a efectuat un test de exercițiu incremental pe un ergometru cu frână electronică (Lode Excalibur) pentru a determina consumul maxim de oxigen (V o 2max) și puterea maximă de ieșire (Wmax). Exercițiul a fost efectuat până la epuizarea voluntară sau până când subiectul nu a mai putut menține o rată de pedalare ≥60 rpm. Subiecții au început ciclismul la 75 W timp de 5 minute. Ulterior, volumul de lucru a fost crescut cu 50 W la fiecare 2,5 minute. Când subiecții se apropiau de epuizare, după cum indică ritmul cardiac și scorul subiectiv, creșterea a fost redusă la 25 W. Ritmul cardiac a fost înregistrat continuu folosind un tester Polar Sport (Kempele, Finlanda). Consumul de oxigen și producția de dioxid de carbon au fost măsurate folosind spirometrie în circuit deschis (Oxycon-β; Mijnhardt).

Infuzie de izotop.

Preparate pentru izotopi.

Pentru a determina rata exactă a perfuziei, concentrația de palmitat în perfuzat a fost măsurată pentru fiecare experiment utilizând cromatografia gazoasă analitică (GC) utilizând acid heptadecanoic ca standard intern (a se vedea analiza probei). Trasorul palmitatului (sare de potasiu de 60 mg de palmitat [U-13 C], îmbogățit 99%; Cambridge Isotope Laboratories, Andover, MA) a fost dizolvat în apă sterilă încălzită și trecut printr-un filtru de 0,2 μm într-o albumină serică umană caldă de 5% pentru a face o soluție de 0,670 mmol/l. Concentrația de acetat a fost măsurată în fiecare perfuzat cu o metodă enzimatică (Boehringer Mannheim, Mannheim, Germania). Trasorul acetat (sare de sodiu a [1,2-13 C] acetat, 99% îmbogățit; Cambridge Isotope Laboratories) a fost dizolvat în soluție salină 0,9%. Puritatea chimică și izotopică (99%) a trasorilor de palmitat și acetat a fost verificată prin 1 H și 13 C RMN (rezonanță magnetică nucleară) și GC/spectrometrie de masă (MS).

Prelevarea și analiza biopsiei musculare.

Analiza plasmatică și a aerului expirat.

Saturația cu oxigen (Hemoximeter OSM2; Radiometer, Copenhaga, Danemarca) a fost determinată imediat după prelevarea de sânge heparinizat și utilizată pentru a verifica arterializarea. Cincisprezece mililitri de sânge venos arterializat au fost prelevate în tuburi care conțin EDTA pentru a preveni coagularea și s-au centrifugat imediat la 3.000 rpm (1.000 g) timp de 10 minute la 4 ° C. Plasma a fost imediat înghețată în azot lichid și stocată la -80 ° C până la o analiză ulterioară. Substraturile plasmatice au fost determinate utilizând metoda hexokinazei (Roche, Basel) pentru glucoză, kitul de testare Wako NEFA (acid gras neesterificat) C (Wako Chemicals, Neuss, Germania) pentru FFA și metoda glicerolkinază-lipază (Boehringer Mannheim) pentru glicerol și trigliceride.

Probele de respirație au fost analizate pentru raportul 13 C/12 C utilizând un sistem MS (GC-IRMS) cu raportul izotopului GC (GC-IRMS) (Finnigan MAT 252; Finnigan MAT, Bremen, Germania). Pentru determinarea palmitatului plasmatic, FFA-urile au fost extrase din plasmă, izolate prin cromatografie în strat subțire și derivate în esterii lor metilici. Concentrația de palmitat a fost determinată pe un GC analitic cu detectarea ionizării cu flacără folosind acidul heptadecanoic ca standard intern și, în medie, a cuprins 23 ± 4% din totalul FFA. Raportul trasor izotop/tracee (TTR) al palmitatului a fost determinat folosind GC-combustie-IRMS (Finnigan MAT 252) și corectat pentru gruparea metil suplimentară în derivatul său.

Calcule.

Îmbogățirea izotopică este exprimată ca TTR: (13 C/12 C) sa - (13 C/12 C) bk, unde sa este eșantion și bk este fundal. Recuperarea fracționată a etichetei în respirație CO2, derivată din infuzia de acetat marcat, a fost calculată după cum urmează: recuperarea fracționată a etichetei (ar,%) = (TTRCO2 × VCO2)/(F) × 100%, unde TTRCO2 este TTR în respirație CO2, VCO2 este producția de dioxid de carbon (mmol/min) și F este rata de perfuzie (mmol/min). Rata de oxidare a palmitatului [U-13 C] a fost calculată după cum urmează: oxidarea palmitatului (μmol/min) = (TTRCO2 × VCO2)/(TTRp × ar) × 1.000, unde TTRp este TTR al carbonului acidului gras din plasmă și ar este recuperarea fracționată a acetatului.

Din oxidarea palmitatului, oxidarea acidului gras derivat din plasmă a fost apoi calculată prin împărțirea ratei de oxidare a palmitatului la contribuția fracționată a palmitatului la concentrația totală de FFA. Oxidarea acizilor grași derivată din IMTG și/sau VLDL a fost calculată prin scăderea oxidării acizilor grași derivată din plasmă din oxidarea totală a acizilor grași. Acesta din urmă a fost determinat prin conversia ratei de oxidare totală a grăsimilor în echivalentul său molar, cu presupunerea că greutatea moleculară medie a trigliceridelor este de 860 g/mol și înmulțind rata molară de oxidare a trigliceridelor cu 3, deoarece fiecare moleculă conține 3 mol acid gras.

Oxidarea totală a carbohidraților și a grăsimilor a fost calculată din V o 2 măsurat (l/min) și VCO2 (l/min) folosind ecuațiile stoichiometrice neproteice (33): oxidarea totală a grăsimilor (g/min) = 1.695 V o 2 - 1.701 VCO2; oxidarea totală a carbohidraților (g/min) = 4,585 VCO2 - 3,226 V o 2.

Rata de apariție (Ra, μmol/min) a palmitatului în plasmă, care în condiții de echilibru este egală cu rata dispariției (Rd) minus rata de perfuzie a trasorului, a fost calculată ca Ra = F × (TTRi/TTRp), unde TTRi este TTR al carbonului acidului gras în perfuzie. Procentul de FFA plasmatic eliminat din circulația oxidată (procent Ra oxidat) a fost calculat ca procent Ra oxidat = oxidare FFA derivată din plasmă/Ra FFA.

analize statistice.

Toate datele sunt prezentate ca medii ± SE și P o 2max (Tabelul 1).

Efectul antrenamentului de anduranță asupra oxidării substratului.

Concentrațiile plasmatice ale trigliceridelor (Fig. 2) au fost semnificativ mai mici după perioada de antrenament la momentul zero (P = 0,011), la sfârșitul perioadei de perfuzie (120 min, P = 0,042) și au avut tendința de a fi mai mici la sfârșitul test de exercițiu (P = 0,06). Zona sub curba timp versus concentrație a fost semnificativ mai mică după antrenament (P = 0,03). Atât în ​​repaus, cât și în timpul efortului, concentrațiile medii pentru glucoza plasmatică (în repaus: 4,91 ± 0,07 față de 4,86 ​​± 0,13 mmol/l, P = 0,50; în timpul efortului: 4,86 ​​± 0,14 față de 4,88 ± 0,13 mmol/l, P = 0,89), FFA plasmatice (în repaus: 574 ± 49 vs. 531 ± 69 μmol/l, P = 0,51; în timpul efortului: 693 ± 48 vs. 713 ± 87 μmol/l, P = 0,80) și glicerol plasmatic (la repaus: 53 ± 6 vs. 49 ± 6 μmol/l, P = 0,50; în timpul exercițiului: 153 ± 19 vs. 176 ± 21 μmol/l, P = 0,39) nu au fost influențate semnificativ de programul de antrenament.

Efectul antrenamentului de anduranță asupra expresiei ARNm.

Programul de antrenament de 12 săptămâni nu a avut niciun efect asupra a două gene implicate în transportul și oxidarea glicemiei: hexokinaza II (2,7 ± 0,7 față de 2,9 ± 0,4 amol/μg ARN înainte și după antrenament, respectiv, P = 0,84) și GLUT4 (43,1 ± 4,3 vs. 37,8 ± 2,0 amol/μg ARN înainte și după antrenament, respectiv, P = 0,65). Cu toate acestea, expresia a două gene care codifică enzimele cheie în metabolismul acizilor grași au fost afectate de programul de antrenament: mușchiul scheletic ACC2 a fost semnificativ mai mic după antrenament (108 ± 24 vs. 69 ± 24 amol/μg ARN, P = 0,005) (Fig. .3A), în timp ce a existat o tendință pentru o expresie crescută a ARNm LPL (45,2 ± 3,4 față de 88,5 ± 20,0 amol/μg ARN, P = 0,07) (Fig. 3B). Expresia UCP3 (12,1 ± 3,1 față de 9,7 ± 2,3 amol/μg ARN, P = 0,57) nu a fost influențată de perioada de antrenament de 12 săptămâni.

DISCUŢIE

Un alt aspect important al prezentului studiu este că am examinat efectul unui program de antrenament de intensitate redusă pentru doar 2 ore pe săptămână. Deoarece s-a demonstrat că antrenamentul de rezistență crește capacitatea de oxidare a acizilor grași, s-a propus a fi benefic în depășirea tulburărilor de oxidare a grăsimilor, adesea observate la obezitate și diabet (9). Cu toate acestea, majoritatea studiilor care examinează efectul antrenamentului de rezistență asupra capacității de oxidare a grăsimilor au implicat exerciții de intensitate ridicată (> 60% V o 2max) timp de multe ore pe săptămână, iar aceste protocoale de antrenament nu sunt ușor încorporate în viața de zi cu zi a majorității oameni. În studiul de față, tendința de creștere a ratei de oxidare a grăsimilor și creșterea marcată a oxidării acizilor grași derivate din IMTG și/sau VLDL a fost atinsă cu exerciții fizice foarte ușoare (în medie 2 ore/săptămână timp de 3 luni). Am ales acest program de exerciții astfel încât să fie posibil să îl încorporăm în stilul de viață al majorității oamenilor, făcându-l aplicabil pentru prevenirea și/sau tratamentul obezității și diabetului de tip 2. Deși nu am examinat subiecții obezi și/sau diabetici, este important să rețineți că, cu același program de formare, am constatat și o creștere a oxidării grăsimilor la subiecții obezi (34,41).

În concluzie, prezentul studiu arată pentru prima dată că un program de antrenament de intensitate redusă pentru, în medie, 2 ore/săptămână duce la o creștere a capacității de oxidare a acizilor grași derivați IMTG și/sau VLDL în repaus. În timpul exercițiului, oxidarea totală a grăsimilor a fost, de asemenea, crescută, iar acest lucru a fost explicat în principal de o creștere a oxidării acizilor grași derivate din IMTG și/sau VLDL. Mecanismul din spatele acestei adaptări pare să implice o reglare cronică a expresiei mARN-ului LPL și o reglare descendentă cronică a ACC2, care poate duce la o concentrație mai mică de malonil-CoA și o inhibare mai mică a CPT1. Spre deosebire de antrenamentul de rezistență de intensitate moderată până la intensitate ridicată, protocolul de antrenament ușor nu a crescut expresia hexokinazei II și GLUT4, indicând că oxidarea grăsimilor a fost îmbunătățită în mod specific.