Obezitatea

Editat de
Nigel Turner

Universitatea din New South Wales, Australia

Revizuite de
Yi Wang

Baker Heart and Diabetes Institute, Australia

Alessandra Feraco

San Raffaele Pisana (IRCCS), Italia

Afilierile editorului și ale recenzenților sunt cele mai recente oferite în profilurile lor de cercetare Loop și este posibil să nu reflecte situația lor în momentul examinării.

frontiere

  • Descărcați articolul
    • Descărcați PDF
    • ReadCube
    • EPUB
    • XML (NLM)
    • Suplimentar
      Material
  • Citarea exportului
    • Notă finală
    • Manager de referință
    • Fișier TEXT simplu
    • BibTex
DISTRIBUIE PE

Cercetare originală ARTICOL

  • 1 Școală de kinetologie, Universitatea Sportivă din Shanghai, Shanghai, China
  • 2 Laborator cheie de stat de inginerie genetică, Departamentul de endocrinologie și metabolism, Școala de Științe ale Vieții, Spitalul Zhongshan, Universitatea Fudan, Shanghai, China
  • 3 Laborator cheie de stat de biotehnologie farmaceutică, Universitatea Nanjing, Nanjing, China
  • 4 Laborator de biochimie a exercițiilor, Universitatea din Taipei, Taipei, Taiwan

S-a raportat că instruirea hipoxică scade morbiditatea obezității fără mecanisme de bază clare. Acest studiu investighează efectul antrenamentului hipoxic asupra modificărilor metabolice, în special asupra metabolismului hepatic al șoarecilor obezi induși cu dietă bogată în grăsimi (HFD). Am comparat grupul de antrenament hipoxic cu sedentarismul normoxic, antrenamentul normoxic și grupul sedentar hipoxic. Greutatea corporală, masa grasă, toleranța la glucoză și fiziologia ficatului au fost determinate după 4 săptămâni de intervenție. Atât în ​​grupurile de antrenament normoxic, cât și în grupurile de antrenament hipoxic, greutatea corporală a fost mai mică decât grupul sedentar normoxic, cu o masă mai mică de grăsime. Sensibilitatea la insulină a fost îmbunătățită după antrenamentul hipoxic. Mai mult, metabolomica ficatului a dezvăluit informații despre efectul protector al antrenamentului hipoxic asupra ficatului gras indus de HFD. Luate împreună, aceste descoperiri oferă un mecanism molecular molecular pentru antrenamentul hipoxic.

Introducere

Observația recentă că la subiecții obezi țesutul adipos devine hipoxic și declanșează inflamația și bolile asociate obezității (1) a generat anchete cu privire la potențialul terapiei cu oxigen ca instrument de control al greutății (2, 3). În același timp, există cercetări care indică faptul că hipoxia hipobarică și hipoxia normobară pot duce la pierderea în greutate și, respectiv, la scăderea riscului de sindrom metabolic (4-6). În timp ce mecanismul care stă la baza acestor observații este încă necunoscut, combinarea hipoxiei cu antrenamentul la exerciții ar putea oferi o strategie rentabilă pentru reducerea greutății corporale și îmbunătățirea sănătății metabolice la oamenii obezi.

Anterior, antrenamentul hipoxic a fost folosit pentru a crește performanța la sport a sportivilor. Cele mai populare metode au fost „trăirea cu trenul scăzut în viață” (hipoxia normobarică și formarea normoxică) și „trăirea cu trenul scăzut înaltă” (formarea normoxică în viață și hipoxia hipobarică) (7). S-a stabilit că expunerea severă pe termen lung la hipoxie determină afectarea mușchilor scheletici și a funcției endoteliale vasculare și a hemodinamicii vasculare (8, 9). La nivel tisular, s-a raportat că aclimatizarea la hipoxie (10 zile la 5.500 m) a redus capacitatea aerobă a mușchiului scheletic de șobolan (gastrocnemius) printr-o scădere a activității citratului sintazat (10). Un alt studiu a arătat că antrenamentul hipobar normobaric (FIO2 = 15%) a îmbunătățit activarea celulelor satelite și angiogeneza mușchiului scheletal al calului pur ras (9).

La subiecții obezi, ficatul - un organ critic pentru glicogeneza, stocarea glicogenului, lipogeneza, oxidarea acizilor grași, lipoliza și descompunerea eritrocitelor - se află într-o „stare hipermetabolică”. Mai ales la subiecții obezi, metaboliții endogeni sunt modificați ca răspuns la consumul de nutriție și la cheltuielile de energie. Prin urmare, metabolomica oferă o platformă potențială de monitorizare a modificărilor metaboliților hepatici în timpul antrenamentului hipoxic. O abordare metabolomică, pentru a caracteriza variațiile profilului metabolitului și a identifica nivelul biomarkerilor cu/fără formare hipoxică la subiecții obezi, ar contribui la lipsa literaturii.

Până în prezent, combinația de hipoxie și exerciții fizice a fost investigată în principal la greutatea normală (IMC 2) sau la persoanele slabe. Foarte puține studii au inclus subiecți obezi - cei care nu s-au concentrat asupra modificărilor metabolice sau ale compoziției corpului asociate cu exercițiile hipoxice. Mai exact, în studiile recente care au inclus subiecți obezi, comparativ cu subiecții neobezi, grupul obez a raportat reduceri mai mari ale speciilor de oxigen reactiv seric (ROS) după antrenament oxidativ (11, 12).

Scopul acestui studiu este de a investiga efectele metabolice ale antrenamentului hipoxic asupra șoarecilor obezi induși cu dietă bogată în grăsimi (HFD). Ipotezăm că, comparativ cu hipoxia normobarică și antrenamentul normoxic, antrenamentul hipoxic ar avea ca rezultat o scădere mai mare în greutate și modificări ale metabolismului glucozei și lipidelor hepatice la șoarecii obezi.

Materiale și metode

Subiecte animale

Șoarecii C57BL/6J masculi sănătoși de patru săptămâni au fost obținuți de la Centrul Experimental pentru Animale din a doua Universitate de Medicină Militară din Shanghai. Toți șoarecii au fost adăpostiți în condiții standard de laborator (12 ore pornit/oprit; luminile aprinse la 8:30 a.m.) și un mediu controlat de temperatură (22-24 ° C) cu hrană și apă disponibile ad libitum în centrul de cercetare animală SPF al Universității Sportive din Shanghai (SYXK 2014-0002). Toate experimentele au fost efectuate în conformitate cu liniile directoare stabilite de Comitetul de etică al cercetării științifice de la Universitatea Sportivă din Shanghai (nr. 2015013) și aprobate de Comitetul de îngrijire și utilizare a animalelor de la Universitatea Sportivă din Shanghai. Șoarecii au fost hrăniți cu HFD (Research Diet, # D12492; 60% kcal din grăsimi, 5,24 kcal/g) începând cu vârsta de 5 săptămâni.

Pregătirea modelului animal

După 13 săptămâni pe HFD, șoarecii în vârstă de 18 săptămâni au fost împărțiți în mod aleatoriu în patru grupe de tratament: sedentar normoxic (S), antrenament normoxic (NT), sedentar hipoxic (H) și antrenament hipoxic (HT). În timp ce șoarecii au fost împărțiți în patru grupuri de tratament, aceștia au fost asortați în greutate. Tratamentele au durat 4 săptămâni.

Instruire și intervenție hipoxică

Protocolul de instruire a benzii de rulare

Instruirea benzii de rulare a fost efectuată așa cum s-a descris anterior cu modificări (13). Pe scurt, la vârsta de 18 săptămâni, șoarecii au fost obișnuiți să se antreneze timp de 3 zile. Începând cu săptămâna 19, șoarecii s-au antrenat 6 zile/săptămână (luni - sâmbătă) cu o durată zilnică de 90 de minute. Fiecare alergare a început cu 8 minute la o viteză de 6 m/min. De la minutul 9 la minutul 30, viteza a fost crescută treptat (creștere de 1 m/min la fiecare 3 minute) până la atingerea unei viteze maxime de 14 m/min în minutul 30. Șoarecii au fost menținuți să funcționeze la 14 m/min din minutul 30 până în minutul 90.

Stabilirea mediului hipoxic

Depozitul de metabolizare a hipoxiei TSE PhenoMaster a fost utilizat pentru a stabili un mediu experimental hipoxic moderat și constant. Concentrația de oxigen a fost stabilită la 14,7% (deși concentrația reală de oxigen a variat între 14,4 și 14,7% în timpul experimentului) pe baza observației bine stabilite că stresul de altitudine este indus la 3.000 m deasupra nivelului mării (

14,4% concentrație de oxigen) și datele noastre pre-experimentale au arătat că oamenii s-au comportat normal în consumul de alimente și în alte activități zilnice fără nicio reacție adversă atunci când concentrația de oxigen a fost sub 14,7%. Crizele de intervenție au fost efectuate 8 h/zi, 6 zile/săptămână (luni - sâmbătă).

Teste de toleranță la glucoză

După un post peste noapte, șoarecii în vârstă de 22 de săptămâni au fost tratați cu injecții intraperitoneale (i.p.) de 2 g/kg D-glucoză. Glicemia a fost măsurată din sângele din coadă folosind un glucometru (Roche) la punctele de timp seriale, după cum se indică în figuri. Zonele de sub curbă (ASC) au fost calculate utilizând integrarea trapezoidală.

Teste de toleranță la insulină

După un post de 4 ore pentru golirea stomacului, șoarecii masculi de 22 de săptămâni au primit i.p. injecții cu insulină (1,0 U/kg). Nivelul glicemiei a fost măsurat din sângele din coadă așa cum s-a descris mai sus. Zonele de sub curbă (ASC) au fost calculate utilizând integrarea trapezoidală.

Imunohistochimie

Ulei Roșu O colorare

Pentru a compara dimensiunea și densitatea picăturilor de lipide din ficatul șoarecilor, ficatul a fost depozitat în paraformaldehidă 4% (Wuhan Google Biotechnology) timp de mai mult de 12 ore, apoi încorporat în OCT (Sakura), tăiat pe un criotom (E, Thermo) la 8– 10 μm grosime și conservat în congelator la -20 ° C. Secțiunile hepatice congelate rapid au fost fixate cu paraformaldehidă 4%, spălate de trei ori în soluție salină tampon fosfat (PBS), apoi incubate cu roșu ulei O (Wuhan Google Biotechnology) timp de 10-15 minute, după spălare de trei ori în PBS. Secțiunile au fost colorate cu Harris (Wuhan Google Biotechnology) imediat după colorarea roșie a uleiului și în cele din urmă spălate cu apă curgătoare.

Colorarea hematoxilinei și a eozinei

Pentru a evalua morfologia generală a ficatului, ficatul a fost depozitat în paraformaldehidă 4% (Wuhan Google Biotechnology) timp de mai mult de 12 ore, apoi țesuturile au fost prelucrate în mod obișnuit pentru încorporarea parafinei, iar secțiunile cu grosimea de 4 μm au fost tăiate și așezate pe lamele de sticlă . Secțiunile încorporate în parafină au fost depilate cu xilen, spălate cu gradient de etanol în apă, apoi incubate cu hematoxilină și eozină (Servicebio) timp de 5 minute și sigilate după deshidratarea convențională a etanolului. În cele din urmă, secțiunile au fost analizate la microscopul cu lumină Nikon la mărirea indicată.

Analiza metabolitelor prin RMN

Pregătirea probelor de ficat pentru analiza RMN

Aproximativ 55 mg din fiecare probă au fost lizați în 600 μl de 80% metanol răcit cu gheață, cu ajutorul țesătorului (QIAGEN Tissuelyzer, Germania) cu bile din oțel inoxidabil (20 Hz timp de 90 s) (14). Lizatul a fost transferat în tuburi noi și ultrafonice de 10 ori (pentru o durată de 60 s de fiecare dată cu un interval de 60 s între ori) pe gheață, iar supernatantul a fost colectat prin centrifugare (4 ° C, 11.180 g, 10 min. ). Peleta a fost extrasă de încă două ori urmând același procedeu. Supernatanții grupați au fost centrifugați timp de 10 min (4 ° C, 11.180 g) pentru a obține extractele finale. Înainte de a trece la analiza RMN, metanolul din extractele finale a fost îndepărtat de un evaporator rotativ (SC110A, Thermo, Germania). Restul de extracte evaporate au fost liofilizate și resuspendate în 550 μl tampon Na +/K + (0,15 M, 80% D2O, 0,01071% TSP, pH 7,40) și curățate prin centrifugare (4 ° C, 11,808 g, 10 min); 500 pl din fiecare probă au fost transferate într-un tub de 5 mm RMN pentru detectarea 1 H RMN.

Spectroscopie RMN

Spectrele RMN au fost achiziționate la 298 K pe un spectrometru RMN Bruker AVIII 600 MHz (600,13 MHz pentru frecvența protonului) echipat cu o sondă criogenică (Bruker Biospin, Germania) la 298 K.

Pentru probele de ficat am utilizat prima creștere a secvenței de impuls NOESY (achiziție RD-90 ° -t1-90 ° -tm-90 °; t1 = 4 μs, tm = 100 ms). Un total de 64 de tranzitori pentru fiecare probă au fost colectați în 32 K puncte de date pe o lățime spectrală de 20 ppm cu o lungime a impulsului de 90 ° ajustată la 10,15 ms.

Analiza datelor spectrale RMN

Dezintegrările libere de inducție au fost înmulțite cu o funcție exponențială a ferestrei cu factorul de lărgire a liniei de 1 Hz înainte de transformarea Fourier. Fiecare spectru a fost corectat pentru deformarea fazei și a liniei de bază manual folosind Topspin 2.1 (Bruker Biospin) și schimbarea chimică (TSP la δ 0,00 pentru ficat). Regiunea spectrală (0,5-10 ppm pentru ficat) a fost integrată în coșuri cu o lățime de 0,002 ppm folosind pachetul AMIX (v3.9.2, Bruker Biospin). Unele semnale nedorite, cum ar fi semnale de apă (δ 4,59-5,18 ppm) și semnale de metanol (δ 3,35-3,37 ppm), au fost eliminate (15). Intervalul fiecărui interval de integrare a fost de 0,002 ppm. Toate datele au fost normalizate de greutatea umedă a fiecărei probe.

Analiza GC-FID-MS a compoziției acizilor grași pentru țesutul hepatic

Acizii grași hepatici au fost metilați urmând metodele descrise anterior cu unele modificări (16, 17). Pe scurt, 10 mg de probă de ficat au fost amestecate cu standardul intern (ester metilic al acidului gras C17: 0) și cu reactivul de esterificare metilică pentru reacție. După extracția cu hexan, fiecare probă a fost uscată și resuspendată în 100 μl de n-hexan pentru detectare. A fost utilizată o coloană cromatografică DB-225 (10 m lungime, 0,1 mm diametru intern; 0,1 μm grosime de acoperire; Agilent, SUA), iar temperatura portului injectorului și a detectorului au fost ambele setate la 230 ° C. Două grupuri de eșantioane au fost intercalate în mod aleatoriu în timpul procesului de eșantionare.

Analize statistice

Datele sunt prezentate ca medie ± eroare standard a mediei (SEM). Un independent t-testul a fost utilizat pentru a compara nivelurile de acizi grași între grupurile S și HT. Pentru compararea grupurilor S, NT, H, HT a fost utilizat un ANOVA Kruskal-Wallis, iar testul Mann-Whitney a fost utilizat pentru post-hoc comparații individuale de grup (corecția Bonferroni). Semnificația statistică a fost stabilită la p Cuvinte cheie: antrenament hipoxic, obezitate, metabolomică, ficat, metabolism

Citație: Wang R, Guo S, Tian H, Huang Y, Yang Q, Zhao K, Kuo C-H, Hong S, Chen P și Liu T (2019) Antrenamentul hipoxic la șoareci obezi îmbunătățește tulburarea metabolică. Față. Endocrinol. 10: 527. doi: 10.3389/fendo.2019.00527

Primit: 10 mai 2019; Acceptat: 17 iulie 2019;
Publicat: 08 august 2019.

Nigel Turner, Universitatea din New South Wales, Australia

Yi Wang, Baker Heart and Diabetes Institute, Australia
Alessandra Feraco, San Raffaele Pisana (IRCCS), Italia

† Acești autori au contribuit în mod egal la această lucrare