Менш виражена реакція на фізичні вправи у здорових родичів на хворих на цукровий діабет 2 типу порівняно з контролем

Департамент клінічних наук, Центр клінічних досліджень, Університетська лікарня Мальме, Університет Лунда, Мальме, Швеція;

Департамент клінічних наук, Центр клінічних досліджень, Університетська лікарня Мальме, Університет Лунда, Мальме, Швеція;

Департамент клінічних наук, Центр клінічних досліджень, Університетська лікарня Мальме, Університет Лунда, Мальме, Швеція;

Шведський дослідницький центр зимових видів спорту, Департамент наук про здоров’я, Університет Середньої Швеції, Естерсунд, Швеція;

Департамент клінічних наук, Центр клінічних досліджень, Університетська лікарня Мальме, Університет Лунда, Мальме, Швеція;

Департамент клінічних наук, Центр клінічних досліджень, Університетська лікарня Мальме, Університет Лунда, Мальме, Швеція;

Лабораторія поступальної геноміки, Відділ епідеміології та генетики раку, Національний інститут раку, Національний інститут охорони здоров’я, Бетесда, штат Меріленд;

Департамент клінічних наук, Центр клінічних досліджень, Університетська лікарня Мальме, Університет Лунда, Мальме, Швеція;

Департамент клінічних наук, Центр клінічних досліджень, Університетська лікарня Мальме, Університет Лунда, Мальме, Швеція;

Департамент наук про здоров'я, Відділ фізіотерапії, Університет Лунда, Лунд, Швеція;

Департамент клінічних наук, Центр клінічних досліджень, Університетська лікарня Мальме, Університет Лунда, Мальме, Швеція;

Департамент наук про здоров'я, Відділ фізіотерапії, Університет Лунда, Лунд, Швеція;

Відділ генетичної молекулярної епідеміології, Центр діабету Університету Лунда, Центр клінічних досліджень, Мальме, Швеція; і

Департамент наук про здоров'я, Відділ фізіотерапії, Університет Лунда, Лунд, Швеція;

Відділ клінічних наук, відділ клінічної фізіології та ядерної медицини, Університет Лунда, Мальме, Швеція

Департамент клінічних наук, Центр клінічних досліджень, Університетська лікарня Мальме, Університет Лунда, Мальме, Швеція;

Департамент клінічних наук, Центр клінічних досліджень, Університетська лікарня Мальме, Університет Лунда, Мальме, Швеція;

Департамент клінічних наук, Центр клінічних досліджень, Університетська лікарня Мальме, Університет Лунда, Мальме, Швеція;

Адреса для запитів на передрук та іншої кореспонденції: О. Ханссон, Діабет та ендокринологія, SUS, CRC, вхід 72, буд. 91, рівень 12, 20502 Мальме, Швеція (електронна пошта: [електронна пошта захищена]).

Анотація

діабет 2 типу - це захворювання, яке характеризується периферичною резистентністю до інсуліну та відмовою β-клітин підшлункової залози компенсувати підвищену потребу в інсуліні. Незважаючи на ідентифікацію багатьох локусів, пов'язаних з діабетом 2 типу, вони пояснюють пік o 2) (6). У цьому дослідженні ми мали на меті перевірити гіпотезу про те, що фон FH + погіршує реакцію на вправу в порівнянні з контролем FH−.

Когорта вивчення.

Таблиця 1. Клінічні характеристики учасників на початку дослідження

P Значення описує значущість різниці між учасниками без спадковості діабету 2 типу та із спадковістю першого ступеня (групи FH- та FH + відповідно) з використанням Манна-Уітні U-тест (MWU). ІМТ, індекс маси тіла; FFM, нежирна маса; V̇ o 2пік, пікове споживання кисню; HbA1c, глікозильований гемоглобін; HOMA-IR, оцінка моделі гомеостазу на інсулінорезистентність; HOMA-β, модель гомеостазу функції β-клітин; мтДНК, мітохондріальна ДНК; нДНК, ядерна ДНК.

Фізичне втручання.

Біопсія та відбір проб м’язів.

М'язові біопсії проводили до і після втручання праворуч vastus lateralis м’язи під місцевою анестезією (лідокаїн 1%), за допомогою 6-мм голки Бергстрема (Stille). Учасникам було наказано не виконувати жодної енергійної вправи протягом 48 годин до біопсії та постити з 22:00 попереднього дня. РНК виділяли за допомогою набору RNeasy Fibrous Tissue Kit (Qiagen). Концентрацію та чистоту вимірювали за допомогою спектрофотометра NanoDrop ND-1000 (відношення поглинання від 260 до 280 нм> 1,8 та відношення поглинання від 260 до 230 нм> 1,0) (NanoDrop Technologies, Wilmington, DE). Жодних основних ознак деградації не спостерігалося за допомогою електрофорезу в агарозному гелі та гелевих чіпсів Experion DNA 1K (Bio-Rad). Вміст мітохондріальної ДНК (mtDNA) визначали кількісно за допомогою кількісної ПЛР, порівнюючи гени 16S та ND6 мітохондрій з ядерним геном RNaseP. Глюкозу в плазмі крові вимірювали гексокіназним методом (Beckman Syncron CX System Chemistry), інсулін методом ІФА (Dako) та HbA1c вимірювали за допомогою ВЕРХ (Mono S, GE Healthcare), як було описано раніше (6).

Експресійний аналіз.

Синтез міченої біотином кРНК та гібридизацію до Affymetrix Custom Array NuGO-Hs1a520180 GeneChip (http://www.nugo.org) проводили відповідно до рекомендацій виробника. GeneChip містить 23 941 набір зондів для допиту. Зображення аналізували за допомогою програмного забезпечення Операційна система GeneChip (Affymetrix). Ми використовували власні файли визначення чіпів ENTREZ (http://brainarray.mbni.med.umich.edu) для перегрупування окремих зондів у послідовні набори зондів та перепризначення їх до наборів генів для Affymetrix Custom Array (NuGO-Hs1a520180), який в результаті утворилося в цілому 16 313 генів. Дані були відфільтровані на основі MAS5.0 присутніх/відсутніх дзвінків, який класифікує кожен ген як виражений над фоном (поточний дзвінок) чи ні (маргінальний або відсутній дзвінок). Дані виразу нормалізувались за допомогою надійного багаторівневого середнього (12). Дані аналізували для FH + та FH− окремо через різницю у кількості виконаних вправ. Регресійна модель була використана для виявлення змін виразу, що залежать від обсягу вправи. Гени с P o 2 пік був досягнутий, коли коефіцієнт дихального обміну перевищив 1,10. Датчики газу калібрували перед кожним випробуванням за допомогою сертифікованої газової суміші, а потік повітря калібрували за допомогою калібрувального шприца.

Статистика.

Відмінності між групами аналізували за допомогою непараметричного Манна-Уітні U-тести і тест Уілкоксона, і P o 2 пік та зменшення маси тіла та окружності талії.

Протягом 216 днів втручання в середньому учасник відвідав 39 тренувань тривалістю 1 год (діапазон 11–107 сеансів), витративши 18,8 МДж за допомогою вправ (діапазон 5,3–42,1 МДж). Під час втручання як V̇ o 2 пік/кг, так і V̇ o 2 пік/кг знежиреної маси зросли на 14% і 13% (обидва P

Таблиця 2. Зміни протягом 216-денного періоду втручання

Всі FH− FH+ Before After Перед тим, як After After MeanSDMeanSDWilcoxon P valueMeanSDMeanSDWilcoxon P valueMeanSDMeanSDWilcoxon P значенняВага, кг93,711.492,511.50,02594,810.294.310.50,64792.412.890.412.60,009ІМТ, кг/м 2 28.72.928.33.00,02529,02.928.83.00,61628.42.827.82.90,009Обхват талії, см99,68,096,97.9 o 2пік/кг, мл · кг −1 · хв −1 31.44.735,75.6 o 2пік/FFM, мл · кг FFM −1 · хв −1 41,05.046,55.8

здорових

Рис. 1.A: середня інтенсивність фізичних вправ під час тренувань, виміряна у ватах (W) у учасників без (FH−; ●) та із спадковістю першого ступеня діабету 2 типу (FH +; ■). Кожна точка представляє одну особу, а лінія вказує медіану, P = 0,441. B: обсяг вправи в групах FH− та FH + під час втручання. Кожна крапка представляє одну особу, а лінія вказує медіану, P

Через велику різницю в обсязі вправ між групами, ми використовували множинну регресію для оцінки ефекту вправ у групах FH− та FH + окремо. Обсяг вправи передбачав зменшення ваги та окружності талії та збільшення V in o 2 піку/кг сильніше у групі FH− (P = 0,018, P = 0,008, і P = 0,001 відповідно), порівняно з групою FH + (P = 0,249, P = 0,087, і P = 0,068 відповідно). Обсяг вправ не передбачав значного збільшення рівня мтДНК як у FH−, так і в FH + (P = 0,601 і P = 0,105, відповідно, таблиця 3). При складанні графіків зміни ваги, окружності талії та піку V̇ o 2/кг для обсягу фізичного навантаження група FH− має сильніші стосунки порівняно з FH + (рис. 2). Відносна інтенсивність у% HRR не мала значного впливу на ці змінні (Додаткова таблиця S1; Додатковий матеріал для цієї статті доступний в Інтернеті на веб-сайті журналу).

Таблиця 3. Одновимірний регресійний аналіз змінних щодо їх відношення до вправ у мегаджаулях

Істотні відмінності (P

Рис.2.A – C: залежність між витратою енергії та зміною ваги (A), окружність талії (B), а також пікове споживання кисню (V̇ o 2 пік)/кг (C.) у групі FH− (●). D – F: залежність між витратою енергії та вагою (D), окружність талії (Е), і V̇ o 2 пік/кг (F) у групі FH + (■). Спирсмена р дається для кожної кореляції.

Експресія генів у скелетних м'язах щодо обсягу фізичного навантаження та статусу FH.

Спочатку ми досліджували вплив фізичних вправ на зміну середнього значення центроїду (представлення експресії всіх генів, включених у визначений шлях) ряду шляхів, які були визначені в базовому дослідженні (6). Гени, що беруть участь у метаболізмі та гліколізі (GO: 0008152 та GO: 0006096), значно зросли (P = 0,045 і P = 0,007 відповідно) внаслідок фізичних вправ у групі FH−, але такої зміни в групі FH + не спостерігалося (P = 0,418 і P = 0,639 відповідно) (таблиця 4). Відносна інтенсивність у% HRR не впливала на експресію цих шляхів (Додаткова таблиця S2).

Таблиця 4. Регресійний аналіз середнього центроїда вибраних шляхів, на які впливає фізичне навантаження

Значення β та SE відповідають гігаджоулям фізичних вправ. FA, жирна кислота.

Таблиця 5. Шляхи GO та KEGG, надмірно представлені серед генів, що демонструють підвищену експресію при фізичному навантаженні в групах FH− та FH +

GO, онтологія генів; KEGG, Кіотська енциклопедія генів і геномів; C, ні. генів у категорії, O, немає. спостережуваних генів у категорії, Р., відношення збагачення до очікуваних генів, присл P, P значення, скориговане для багаторазового порівняння.

У цьому дослідженні ми оцінили реакцію на вправу у здорових, глюкозотолерантних FH− та FH + суб'єктів з двома групами, подібними за віком, ІМТ та VO o 2. Примітно, що особи FH + витрачали більше часу на фізичні вправи, ніж ті, хто в групі FH−, витрачаючи на 61% більше енергії на фізичні вправи протягом періоду втручання. Не виключено, що вплив учасників FH + на наслідки діабету в сім'ї спонукав їх збільшити фізичні вправи під час дослідження у порівнянні з учасниками FH−. Спостережена різниця в обсязі фізичних вправ змусила нас аналізувати дані в групах FH− та FH + окремо, щоб уникнути неправильної інтерпретації між ефектом фізичних вправ та фоном FH. В регресійному аналізі група FH + менше реагувала на фізичні вправи з точки зору ваги, окружності талії та піку V̇ o 2. Хоча ця різниця між групами не була офіційно перевірена, вона вказувала на те, що фон FH + може обмежувати реакцію на фізичні вправи. Індивідуальна інтенсивність вправи не була основним фактором, що визначає реакцію на вправу в цьому дослідженні.

Кілька досліджень описують реакцію на фізичне навантаження у хворих на цукровий діабет 2 типу і повідомляють про збільшення обсягу мітохондрій та посилення активності окисних ферментів після фізичних вправ (21, 34, 35, 39, 41). Погоджуючись, наш аналіз показує збільшення мітохондріальної щільності як в групах FH−, так і в FH + (на 45%) після втручання, а також підвищену експресію генів у шляху окисного фосфорилювання в групі FH−. Однак у цьому дослідженні ми також досліджували вплив обсягу фізичних вправ на отримані переваги. Цей аналіз показав, що в групі FH + менший приріст на обсяг вправи порівняно з FH−, але офіційного статистичного тесту цього спостереження не проводилось через різницю у виконаних вправах між групами. Очевидно, необхідні подальші дослідження, щоб визначити оптимальну, частоту, інтенсивність та тип фізичних вправ для цієї групи з ризиком метаболічних захворювань.

Різниця в обсязі фізичних вправ між групами FH− та FH + є обмеженням дослідження: наприклад, неможливо знати, чи отримають учасники FH− менше за мегаджауль роботи, виконаної при більших обсягах фізичних вправ, а отже, більше подібна реакція на вправу, як група FH− на цих рівнях вправ. Однак наші дані підтверджують попередні висновки з меншим збільшенням піку V̇o 2 (23) та меншою регуляцією м’язової продукції АТФ (13) та метаболізму глюкози (25) у учасників FH + та додають новий рівень спостережень з точки зору більш детального опис вираження м’язів.

На закінчення, навіть відносно невелике збільшення фізичної активності протягом 7 місяців покращує фізичну підготовленість і, отже, деякі кардіометаболічні фактори ризику. Хоча офіційного статистичного тесту між групами не проводили, це дослідження вказує на те, що особи з сімейною історією діабету, здається, отримують менше за рахунок збільшення обсягу фізичних вправ з точки зору експресії генів, втрати ваги, окружності талії та піку V̇ o 2, що вказує на те, що генетичний фон може впливати на відповідь у цій групі.

Ніяких конфліктів інтересів, фінансових чи інших, автор не заявляє.