Abstract

Antrenamentul cu exerciții aerobice îmbunătățește capacitatea oxidativă și sensibilitatea la insulină la persoanele obeze mai tinere și mai în vârstă și/sau indivizii IGT/T2DM (8, 14, 15, 20, 36). Intervențiile de restricție calorică prezintă, de asemenea, îmbunătățiri similare ale sensibilității la insulină; totuși astfel de constatări sunt inconsistente, iar impactul asupra metabolismului substratului este mai puțin clar (27, 32). Principalul dezavantaj al intervențiilor de scădere în greutate hipocalorică este că masa fără grăsimi, un factor determinant major al utilizării substratului, în special oxidarea bazală a grăsimilor, este, de asemenea, adesea redusă (8, 15). Îmbătrânirea este asociată cu un echilibru negativ al azotului și, prin urmare, adulții în vârstă prezintă un risc crescut de a dezvolta sarcopenie (25). Exercițiile fizice promovează ratele de sinteză a proteinelor, care pot ajuta la menținerea masei lipsite de grăsimi la persoanele în vârstă. Prin urmare, un program de scădere în greutate care include exerciții fizice poate fi favorabil pentru a îmbunătăți în mod optim sensibilitatea la insulină și metabolismul substratului la o populație IGT mai în vârstă, obeză, reducând astfel riscul deja ridicat al unui astfel de grup de a dezvolta complicații macrovasculare.

Acțiunea insuficientă a insulinei apare în principal în obezitate datorită acumulării de derivați ai acizilor grași intracelulari. Cu toate acestea, adipocitokinele sunt, de asemenea, documentate pentru a juca un rol. Concentrațiile circulante de leptină s-au dovedit a fi legate pozitiv de masa grasă și invers legate de sensibilitatea la insulină (33). Leptina este implicată în sațietate, printr-o cale de semnalizare hipotalamică (10) și în metabolismul substratului, prin acțiunea directă a țesuturilor periferice (23). Cu toate acestea, s-a demonstrat că leptina poate crește oxidarea grăsimilor (23), ilustrând un paradox: este posibil ca, în obezitate, să apară rezistență la leptină (34). Relația dintre leptină și oxidarea grăsimilor a fost investigată în acest studiu. În plus față de leptină, s-a dovedit că o altă adipocitokină, adiponectina, este legată de sensibilitatea la insulină și metabolismul substratului (37, 41). Prin urmare, relația dintre adiponectină și oxidarea grăsimilor a fost, de asemenea, măsurată în acest studiu.

În prezent, la persoanele în vârstă cu IGT obeze, nu se știe dacă combinația de antrenament la exerciții fizice cu o dietă hipocalorică este mai eficientă la îmbunătățirea factorilor asociați bolii metabolice în comparație cu un regim de exerciții fizice similar cu un aport de macronutrienți eucalorici. Acest studiu servește pentru a investiga astfel de diferențe. S-a emis ipoteza că exercițiul fizic plus restricția calorică ar îmbunătăți sensibilitatea la insulină și metabolismul substratului într-o măsură mai mare decât antrenamentul la exerciții fizic, ca urmare a pierderii mai mari în greutate, în special a masei grase.

Subiecte.

Au fost recrutați voluntari din populația generală pentru a participa la o săptămână de 12 voluntari IGT (cu glucoză plasmatică în repaus alimentar> 5,6 mmol/l și 2 ore concentrația de glucoză la testul de toleranță la glucoză între 7,8 și 11,1 mmol/l). intervenție de antrenament la exerciții fizice, în timp ce consumați fie o dietă eucalorică, fie una hipocalorică. Screeningul medical a exclus persoanele cu afecțiuni cardiace, renale, hepatice, intestinale și pulmonare sau cele care iau medicamente pentru hipertensiune, diabet sau alte afecțiuni legate de obezitate. Toți voluntarii erau sedentari și erau grei stabili timp de 6 luni înainte de studiu. Studiul a fost aprobat de Consiliul de revizuire instituțională și toți subiecții au acordat consimțământul scris în conformitate cu liniile directoare pentru protecția subiecților umani.

Intervenţie.

Voluntarii au fost împărțiți în două grupuri asemănătoare indicelui de masă corporală (IMC): un grup eucaloricn = 12: 4 bărbați, 8 femei; vârsta = 66 ± 1 an; IMC = 34,7 ± 1,6 kg/m 2) și un grup hipocaloricn = 11: 3 bărbați, 8 femei; vârstă = 67 ± 1 an IMC = 33,6 ± 1,3 kg/m 2). Ambele grupuri au întreprins 60 de minute de exercițiu aerob cu supraveghere moderată (mers pe bandă/ergometrie ciclică/canotaj staționar) la 75% din capacitatea maximă de absorbție a oxigenului 5 zile pe săptămână (de luni până vineri) timp de 12 săptămâni. Înregistrările dietetice au fost colectate timp de 3 zile înainte de studiu, iar sfatul nutrițional individual a fost furnizat săptămânal pentru a monitoriza aportul caloric. Grupul eucaloric a fost instruit să își continue aportul alimentar tipic pe tot parcursul studiului, în timp ce grupul hipocaloric a fost instruit să își reducă aportul zilnic de energie cu ~ 500 kcal. Mai multe măsuri antropometrice și metabolice au fost luate înainte și postintervenție, așa cum este descris mai jos, în timpul unui sejur internat de 3 zile la Centrul General de Cercetare Clinică.

Compozitia corpului.

Înălțimea a fost măsurată până la cel mai apropiat 1,0 cm fără pantofi. Greutatea corporală a fost măsurată la cea mai apropiată 0,1 kg, subiectul purtând lenjeria de corp și rochia de spital. Circumferința taliei a fost măsurată la jumătatea distanței dintre marginea coastei inferioare și creasta iliacă la cel mai apropiat 1,0 cm. Densitatea corpului a fost determinată prin cântărire hidrostatică, iar masa de grăsime corporală a fost calculată utilizând ecuațiile Siri așa cum s-a descris anterior (29).

Fitness aerob.

Fiecare subiect a efectuat un test de exercițiu incremental pentru a determina consumul maxim de oxigen (V ‡ o 2max). Viteza a fost setată între 2 și 4 mile/h, iar înclinația benzii de alergat a fost mărită cu 2,5% la fiecare 2 minute până la oboseală. A fost colectat aerul expirat, iar concentrațiile de oxigen și dioxid de carbon au fost măsurate folosind un analizor electrochimic de oxigen (modelul A S-3, Electrochimie aplicată) și un analizor de dioxid de carbon în infraroșu (modelul LB-2, Beckman). Capacitatea aerobă maximă (V o o 2max) a fost atinsă atunci când au fost atinse cel puțin două dintre următoarele criterii: 1) un platou în absorbția de oxigen 2) o frecvență cardiacă în limita a 10 bătăi/min de maximul prevăzut de vârstă și/sau 3) un raport de schimb respirator> 1,0. Datorită efectelor acute ale exercițiului fizic asupra sensibilității la insulină, perioada de timp dintre testul VTMo 2max și clema euglicemică a fost întotdeauna de cel puțin 48 de ore. Testarea postintervenție V o o 2max a fost efectuată în dimineața următoare procedurii de fixare.

Metabolismul substratului bazal.

El ziua 2 a internării, după un post de 12 ore peste noapte, subiecții au fost treziți la ora 0600 și luați cu scaunul cu rotile în gol și pentru a fi cântăriți, iar apoi s-au așezat într-un mediu semi-întunecat, termoneutral (22 ± 1 ° C), sub un plastic transparent hota (Brooks Instruments, Hatfield, PA) timp de 30 de minute pentru măsurători indirecte de calorimetrie, așa cum s-a descris anterior (40). Raportul molar dintre oxigen consumat și dioxid de carbon produs a fost utilizat pentru a obține o măsură a cantităților relative de substrat care erau oxidate [coeficient respirator (RQ)]. Ecuația Weir a fost utilizată pentru a calcula cheltuielile de energie de repaus (39), iar ratele de oxidare ale substratului au fost calculate în conformitate cu Frayn (7). S-au făcut, de asemenea, măsurători temporizate ale excreției de azot urinar pentru estimări ale ratelor de oxidare a proteinelor (7). Pe scurt, urina a fost colectată de la 0600 până la finalizarea măsurilor de calorimetrie. Volumul total și timpul de colectare au fost înregistrate, iar alicote au fost analizate pentru azot ureic (Roche Modular Diagnostics, Indianapolis, IN).

Sensibilitate la insulină.

Histologia musculaturii scheletice.

Statistici.

Analizele statistice au fost efectuate folosind Statview (SAS Institute, Cary, NC), iar toate datele sunt exprimate ca medii ± SE. Normalitatea fiecărei variabile a fost evaluată folosind testul Kolmogorov-Smirnov. Variabilele care se abat de la distribuțiile normale (concentrațiile plasmatice de leptină) au fost transformate natural în log (ln) înainte de analiza statistică. Comparațiile între grupuri (eucalorice vs. hipocalorice) pentru toate variabilele au fost analizate folosind ANOVA cu măsuri repetate bidirecționale (grup × timp). Testele post hoc Tukey au fost aplicate interacțiunilor semnificative de grup × timp. Corelațiile bivariate au fost folosite pentru a examina relațiile dintre modificările pre-poststudiu (() în oxidarea bazală a grăsimilor, clema M și lptina cu alte variabile. În plus, s-au aplicat analize bivariate separate și variabilelor la momentul inițial și la variabilele care au urmat intervenției (de exemplu, leptina inițială vs. oxidarea grăsimii inițiale și leptina postintervenție vs. oxidarea grăsimilor postintervenție). Acest lucru a fost realizat pentru a identifica schimbările în relații ca urmare a intervenției. Semnificația statistică a fost acceptată la P 0,05).

tabelul 1. Compoziția corpului, fitness aerob, leptinemie și sensibilitate la insulină

Valorile sunt medii ± SE. Voluntarii au fost supuși unei intervenții de antrenament aerobic de 12 săptămâni, fie cu o dietă eucalorică (~ 1.900 kcal/zi), fie cu o dietă hipocalorică (~ 1.300 kcal/zi). IMC, indicele de masă corporală; FM, masă grasă; FFM, masă fără grăsimi; WC, circumferința taliei; V ̇ o 2 max, absorbție maximă de oxigen în timpul exercițiilor exhaustive; Clema M, rata medie de eliminare a glucozei în ultimele 30 de minute a unei cleme euglicemice hiperinsulinemice.

* Diferențe semnificative față de valoarea inițială: P † Diferențe semnificative față de valoarea inițială: P ‡ Diferențe semnificative față de valoarea inițială: P o 2max a crescut în mod similar în ambele grupuri (Tabelul 1; eucaloric: creștere de 10,6 ± 3,0%, P = 0,003; hipocaloric: creștere de 11,8 ± 5,7%, P = 0,04).

Sensibilitate la insulină.

Glucoza metabolizată în timpul clemei euglicemice hiperinsulinemice a fost îmbunătățită cu cantități similare în ambele grupuri (Tabelul 1; eucaloric: 55,1 ± 19,0% creștere, P = 0,03; hipocaloric: 65,1 ± 14,4% creștere, P = 0,001).

Leptina și adiponectina.

Concentrațiile de leptină plasmatică de preintervenție au fost similare între grupuri (Tabelul 1). Concentrațiile de leptină au scăzut în ambele grupuri după intervenție, cu o reducere mai mare observată în grupul hipocaloric (31,6 ± 6,0% scădere față de 12,2 ± 3,8% scădere). Analiza concentrațiilor plasmatice de adiponectină nu a evidențiat niciun efect al timpului sau al studiului (Tabelul 1; P > 0,05).

În urma intervenției de antrenament la efort, lipidele intramusculare (LAI,%) au scăzut cu 25,9 ± 12,4 și 34,3 ± 17,6% în grupurile eu- și respectiv hipocalorice (ANOVA cu 2 căi, efectul timpului P = 0,04; Masa 2). Nu s-au găsit diferențe de grup (P = 0,66).

masa 2. Lipide intramiocelulare

Valorile sunt medii ± SE. Grupurile de studiu sunt descrise în Tabelul 1. IMCL, lipidă intramusculară; LAI, indicele de acumulare a lipidelor, adică suprafața procentuală medie a unei fibre musculare scheletice individuale care se colorează pentru lipide.

* Diferență semnificativă statistic față de valoarea preintervenției, P

oxidarea

FIG. 1.Modificări ale metabolismului substratului bazal. Douăzeci și trei de indivizi mai în vârstă, obezi și cu deficiențe sedentare anterior tolerante la glucoză au urmat o intervenție de antrenament aerobic de 12 săptămâni, combinată fie cu o dietă eucalorică (~ 1.900 kcal/zi), fie cu o dietă hipocalorică (~ 1.300 kcal/zi). Valorile sunt medii ± SE. FFM, masă fără grăsimi. Oxidarea bazală a grăsimilor a arătat o îmbunătățire mai mare în grupul hipocaloric (ΔRox: *P = 0,03). Nu s-au găsit diferențe în modificarea oxidării bazale a carbohidraților (oxCox: P = 0,87).

Tabelul 3. Metabolismul substratului bazal

Valorile sunt medii ± SE. Grupurile de studiu sunt cele descrise în Tabelul 1. RQ, coeficient respirator; EE, cheltuieli energetice; Cox, oxidarea bazală a carbohidraților; Vulpea, oxidarea bazală a grăsimilor; Varianta, oxidarea bazică a proteinelor.

* Diferențe semnificative față de valoarea inițială, *P 0,05).

Analize de corelație.

FIG. 2.Relația dintre lipidele intramiocelulare și oxidarea bazală a grăsimilor. Datele din cele 2 grupuri de studiu au fost reunite pentru analize de corelație. Datele indică faptul că la persoanele în vârstă, obeze, sedentare, cu tulburări de glucoză afectate, scăderea lipidelor intramiocelulare (delta IMCL) și creșterea oxidării bazale a grăsimilor (delta basal Fox) ca urmare a intervenției de antrenament la efort au fost corelate (r = −0,53, P = 0,04).


FIG. 3.Relațiile dintre leptina plasmatică și oxidarea bazală a grăsimilor. Datele din cele 2 grupuri de studiu au fost reunite pentru analize de corelație. Datele despre concentrația de leptină plasmatică brută s-au deviat de la o distribuție normală și astfel s-a transformat log natural (ln) pentru analiza statistică. Valorile sunt medii ± SE. A: la persoanele mai în vârstă, obeze, sedentare, nu a existat nicio relație între leptina plasmatică și oxidarea bazală a grăsimilor (r = 0,05, P = 0,84). B: după regimul de antrenament de 12 săptămâni, a existat o relație semnificativă între leptina plasmatică și oxidarea bazală a grăsimilor (r = 0,65, P = 0,0007).

Tabelul 4. Analize de corelație bivariate

Valorile sunt coeficienții de corelație Pearson produs-moment (r valori) pentru relațiile dintre modificările variabilelor (() în timpul intervenției de antrenament de 12 săptămâni. Din cauza lipsei interacțiunilor de grup × timp în majoritatea variabilelor, sa presupus că antrenamentul de exerciții fizice a condus modificările independent de aportul caloric; prin urmare, grupurile de intervenție au fost reunite pentru analize de corelație.

* Corelații semnificative: P † Corelații semnificative: P ‡ Corelații semnificative: P o 2max), leptinemie, acumulare de lipide intramusculare (IMCL) și sensibilitate la insulină (clemă M) la indivizi mai în vârstă, obezi, anterior sedentari, IGT, independent de consumul caloric zilnic total; dar îmbunătățirea oxidării bazale a grăsimilor depinde de restricția calorică în plus față de efort. În plus, modificările IMCL au fost legate de îmbunătățirea oxidării bazale a grăsimilor și a leptinemiei. Mai mult, deși modificările oxidării bazale a grăsimilor nu s-au dovedit a fi legate de modificările sensibilității la insulină, o relație pozitivă între oxidarea bazală a grăsimilor și leptina plasmatică s-a dezvoltat după intervenție, sugerând o îmbunătățire a sensibilității la leptină. Această tendință a fost mai pronunțată atunci când restricția calorică a fost întreprinsă în plus față de antrenamentul de exerciții. Rezultate similare la cohorte mai tinere obeze au fost publicate de Goodpaster și colab. (8) și He și colab. (11), care a găsit o relație între utilizarea grăsimilor și sensibilitatea la insulină; prin urmare, munca noastră sugerează o posibilă disociere legată de vârstă a acestor două variabile.

Pierderea în greutate prin reducerea masei de grăsime scade aspectul sistemic de acizi grași liberi în circulație, reducând astfel disponibilitatea acizilor grași liberi în țesutul muscular scheletic (2). La mușchiul rezistent la insulină, așa cum se găsește la indivizii IGT mai în vârstă, obezi, unde oxidarea bazală a grăsimilor este afectată, acest lucru va limita acumularea de lipide intramusculare și alți derivați ai acizilor grași cunoscuți că interferează cu semnalizarea insulinei (21). Conținutul IMCL a fost descris ca fiind crescut la pacienții cu rezistență la insulină (38), totuși se pare că aceste două variabile se pot disocia în urma antrenamentelor de exercițiu (4). În acest studiu, am demonstrat reducerea postintervenției IMCL, care, deși nu este direct legată de sensibilitatea la insulină, a fost asociată cu modificări ale oxidării grăsimilor și ale leptinei circulante. S-a sugerat că scăderea IMCL cu rate crescute de oxidare a grăsimilor bazale reduce dependența de acizi grași fără plasmă și crește utilizarea bazinelor de lipide intramusculare (31). Astfel, din datele noastre, putem specula că reducerile IMCL la subiecții noștri după antrenamentul exercițiilor fizice se pot datora unei creșteri a utilizării IMCL. Aceste modificări apar independent de aportul caloric, sugerând că exercițiul este componenta cheie a intervenției.

Mesajul principal de acasă al acestui studiu este că exercițiile aerobice regulate de intensitate moderată reprezintă forța motrice a îmbunătățirilor sensibilității la insulină atunci când persoanele mai în vârstă, obeze și anterior sedentare IGT urmează un regim de exerciții fizice și dietă. În ciuda modificărilor mai mari ale compoziției corpului în urma unei intervenții de efort cu restricții calorice, astfel de modificări nu s-au extrapolat la modificări mai mari ale sensibilității la insulină în comparație cu o intervenție de efort eucaloric. Pierderea masei grase corporale, pe lângă menținerea masei lipsite de grăsime, este importantă pentru cohortele mai vechi. Astfel de schimbări au fost demonstrate în acest studiu. De asemenea, documentăm că indivizii IGT mai în vârstă, obezi, prezintă rezistență la leptină în ceea ce privește oxidarea bazală a grăsimilor și că antrenamentul la exerciții fizice îmbunătățește sensibilitatea la leptină, independent de aportul caloric. Aceasta este o nouă perspectivă asupra înțelegerii apariției bolilor metabolice în grupurile sedentare obeze. Lucrări suplimentare în acest domeniu sunt justificate pentru a identifica căile mecaniciste.

Această cercetare a fost susținută de Institutul Național pentru Îmbătrânirea Grant AG-12834 (către J. P. Kirwan) și Centrul General de Cercetare Clinică Granturi MO1 RR-10732, RR-00080 și RR-018390.

NOTĂ DE PICIOASĂ

Costurile de publicare a acestui articol au fost suportate parțial prin plata taxelor de pagină. Prin urmare, articolul trebuie marcat prin prezenta „publicitate”În conformitate cu 18 U.S.C. Secțiunea 1734 doar pentru a indica acest fapt.

Autorii mulțumesc voluntarilor pentru devotamentul și efortul remarcabil. Recunoaștem personalul de asistență medicală/dietetică al Centrului General de Cercetare Clinică și personalul tehnic/ingineresc și studenții care au ajutat la implementarea studiului și au asistat la colectarea datelor.