Вплив 3-місячної тренувальної програми з низькою інтенсивністю на окислення жиру та експресію ацетил-КоА карбоксилази-2

Анотація

Розглядаючи взаємозв'язок між IMTG та резистентністю до інсуліну, представляє особливий інтерес, чи здатне тренування на витривалість посилити окислення цих запасів ліпідів; однак наявні дані суперечливі. Деякі дослідження повідомляють про збільшення використання жирних кислот, отриманих з IMTG та/або ЛПНЩ, шляхом тренувань на витривалість (12,14-16), тоді як інші не спостерігали такого збільшення (17,18). Частину цієї суперечки можна пояснити методологічними проблемами з вивчення відносного внеску різних джерел жиру в загальне окислення жиру під час фізичних вправ. Відомо, що біохімічне визначення вмісту IMTG в скелетних м’язах є проблематичним. З іншого боку, визначення окислення жирних кислот, отриманого з плазми, за допомогою стабільних ізотопних індикаторів, вже давно ставиться під сумнів, і лише після введення фактора відновлення ацетату в 1995 р. (19) можна було достовірно визначити окислення мічених жирних кислот (20, 21). Отже, другою метою цього дослідження було використання цієї методології для вирішення суперечок щодо того, чи здатний тренінг на витривалість збільшити здатність окислювати жирні кислоти, отримані з IMTG та/або VLDL.

Молекулярна адаптація скелетних м’язів до низькоінтенсивних тренувань на витривалість майже невідома. GLUT4, основний транспортер глюкози в скелетних м’язах, і гексокіназа II, яка каталізує фосфорилювання глюкози до глюкозо-6-фосфату, є двома ключовими генами, що беруть участь у використанні глюкози. Враховуючи, що тренінги на витривалість здатні збільшити окислення жирних кислот, отриманих за допомогою IMTG та/або VLDL, LPL та ацетил-КоА карбоксилаза-2 (ACC2) є двома ключовими генами, які, можливо, беруть участь у цій адаптації до тренувань на витривалість. LPL відповідає за гідроліз тригліцеридів плазми і спрямовує вивільнені вільні жирні кислоти (FFA) у тканину (22). Всередині м’язової клітини нещодавно було запропоновано АСС2 контролювати швидкість окислення жирних кислот та зберігання тригліцеридів (23). Нарешті, специфічний для скелетних м’язів роз’єднуючий білок-3 (UCP3) також пропонується брати участь у метаболізмі жирних кислот, проте точна функція все ще обговорюється (24). Отже, третьою метою цього дослідження було вивчити вплив низькоінтенсивних тренувань на витривалість на експресію вищезазначених генів.

ДИЗАЙН ДИЗАЙН І МЕТОДИ

Предмети.

Характеристики шести здорових добровольців-чоловіків, які не страждають від глухого голосу, представлені в таблиці 1. Жоден із випробовуваних не проводив більше 2 годин на тиждень у спортивних заходах і не мав фізично складних робіт. Суб'єктам було роз'яснено природу та ризики експериментальної процедури, і всі суб'єкти дали письмову інформовану згоду. Дослідження було схвалено Медико-етичним комітетом Маастрихтського університету.

Експериментальний дизайн.

Тренувальна програма.

Програма навчальних вправ складалася з їзди на велосипеді на ергометрі (Bodyguard Cardiocycle, Sandnes, Норвегія або Лоде, Гронінген, Нідерланди) з низькою інтенсивністю (40% від заздалегідь визначеного V o 2max). Випробовувані тренувались тричі на тиждень протягом 12 тижнів. Витрати енергії кожного предмета на кожному тренувальному занятті становили 5 ккал/кг нежирної маси (280–300 ккал). Тривалість тренувань для випробовуваних за сеанс становила 47,5 ± 2,5 хв. Частоту серцевих скорочень контролювали безперервно під час тренувань (Polar Electro, Oy, Фінляндія). Після 4 і 8 тижнів тренувальних вправ проводили максимальний аеробний тест на вправи, а навантаження та тривалість тренувань коригували за необхідності. Усі тренінги проходили в університеті під наглядом професійного тренера.

Процедури

Склад тіла.

За тиждень до і після тренувальної програми щільність тіла визначали підводним зважуванням у стані голодування. Вагу тіла вимірювали за допомогою цифрових ваг з точністю до 0,01 кг (тип E1200; Sauter). Об'єм легенів вимірювали одночасно з методикою розведення гелію за допомогою спірометра (Volugraph 2000; Mijnhardt). Відсоток жиру в організмі розраховували за рівняннями Siri (26). Маса без жиру, у кілограмах, обчислювали шляхом віднімання маси жиру від загальної маси тіла.

Максимальна аеробна потужність.

За тиждень до і після тренувальної програми кожен випробовуваний виконував додаткові тести на фізичному навантаженні на велоергометрі з електронним гальмом (Lode Excalibur), щоб визначити максимальне споживання кисню (V o 2max) та максимальну вихідну потужність (Wmax). Вправу виконували до добровільного виснаження або до тих пір, поки обстежуваний більше не міг підтримувати швидкість обертання педалей ≥60 об/хв. Випробовувані починали їздити на велосипеді при 75 Вт протягом 5 хв. Після цього навантаження збільшували на 50 Вт кожні 2,5 хв. Коли суб'єкти наближалися до виснаження, як свідчать частота серцевих скорочень та суб'єктивний бал, приріст зменшувався до 25 Вт. Серцевий ритм реєстрували постійно, використовуючи тестер Polar Sport (Кемпеле, Фінляндія). Споживання кисню та вироблення вуглекислого газу вимірювали за допомогою спірометрії з відкритим контуром (Oxycon-β; Mijnhardt).

Ізотопна інфузія.

Ізотопні препарати.

Щоб визначити точну швидкість інфузії, для кожного експерименту вимірювали концентрацію пальмітату в інфузаті, використовуючи аналітичну газову хроматографію (ГХ), використовуючи гептадеканову кислоту як внутрішній стандарт (див. Аналіз зразка). Індикатор пальмітату (60 мг калієвої солі [U-13 C] пальмітату, збагачений на 99%; Cambridge Isotope Laboratories, Andover, MA) розчиняють у нагрітій стерильній воді і пропускають через 0,2 мкм фільтр у 5% теплий альбумін сироватки людини отримати 0,670 ммоль/л розчину. Концентрацію ацетату вимірювали у кожному інфузаті ферментативним методом (Boehringer Mannheim, Mannheim, Germany). Ацетатний індикатор (натрієва сіль [1,2-13 С] ацетату, збагачений на 99%; Кембриджські ізотопні лабораторії) розчиняли в 0,9% сольовому розчині. Хімічну та ізотопну чистоту (99%) пальмітатів та ацетатних індикаторів перевіряли за допомогою ЯМР 1 Н та 13 С (ядерний магнітний резонанс) та ГХ/мас-спектрометрії (МС).

Відбір та аналіз біопсії м'язів.

Аналіз плазми та видобутого повітря.

Насичення киснем (гемоксиметр OSM2; Радіометр, Копенгаген, Данія) визначали відразу після відбору проб у гепаринізованій крові та використовували для перевірки артеріалізації. Пятнадцять мілілітрів артеріалізованої венозної крові відбирали у пробірки, що містять ЕДТА, для запобігання згортанню і негайно центрифугували при 3000 об/хв (1000 г) протягом 10 хв при 4 ° С. Плазму негайно заморожували у рідкому азоті та зберігали при -80 ° C до подальшого аналізу. Субстрати плазми визначали із застосуванням гексокіназного методу (Roche, Basel) для глюкози, набору тестів Wako NEFA (нестерифікованої жирної кислоти) C (Wako Chemicals, Neuss, Німеччина) для FFA та методу гліцеролкінази-ліпази (Boehringer Mannheim) для гліцерину і тригліцериди.

Зразки дихання аналізували на співвідношення 13 C/12 C, використовуючи систему MS GC-isotope ratio (IR) (GC-IRMS) (Finnigan MAT 252; Finnigan MAT, Бремен, Німеччина). Для визначення плазмового пальмітату FFA екстрагували з плазми, виділяли тонкошаровою хроматографією та отримували їх метилові ефіри. Концентрацію пальмітату визначали на аналітичному ГХ із виявленням полум'яної іонізації з використанням гептадеканової кислоти як внутрішнього стандарту, і в середньому вона становила 23 ± 4% від загальної кількості жирних кислот. Співвідношення ізотопних слідів/слідів (TTR) пальмітату визначали за допомогою GC-горіння-IRMS (Finnigan MAT 252) та коригували на додаткову метильну групу в його похідному.

Розрахунки.

Ізотопне збагачення виражається як TTR: (13 C/12 C) sa - (13 C/12 C) bk, де sa є зразком, а bk - фоном. Фракційне відновлення мітки в диханні CO2, отримане в результаті вливання міченого ацетату, розраховували наступним чином: дробове відновлення мітки (ar,%) = (TTRCO2 × VCO2)/(F) × 100%, де TTRCO2 є TTR вдиху CO2, VCO2 - це вироблення вуглекислого газу (ммоль/хв), а F - швидкість інфузії (ммоль/хв). Швидкість окислення [U-13 C] пальмітату розраховували наступним чином: окислення пальмітату (мкмоль/хв) = (TTRCO2 × VCO2)/(TTRp × ar) × 1000, де TTRp - TTR вуглецю жирних кислот у плазмі та ar - фракційне відновлення ацетату.

Потім від окислення пальмітату розраховували окислення жирних кислот, отримане з плазми, діливши швидкість окислення пальмітату на частковий вклад пальмітату в загальну концентрацію FFA. Окислення жирних кислот, отримане за допомогою IMTG та/або ЛПНЩ, розраховували шляхом віднімання окислення жирних кислот, отриманого з плазми, від загального окислення жирних кислот. Останній визначали шляхом перетворення швидкості загального окислення жиру в його молярний еквівалент, з припущенням, що середня молекулярна маса тригліцеридів дорівнює 860 г/моль, і множенням молярної швидкості окислення тригліцеридів на 3, оскільки кожна молекула містить 3 моль жирна кислота.

Загальне окислення вуглеводів та жирів розраховували на основі виміряних V o 2 (л/хв) та VCO2 (л/хв), використовуючи небілкові стехіометричні рівняння (33): загальне окислення жиру (г/хв) = 1,695 V o 2 - 1,701 VCO2; загальне окислення вуглеводів (г/хв) = 4,585 VCO2 - 3,226 V o 2.

Швидкість появи (Ra, мкмоль/хв) пальмітату в плазмі, яка в стаціонарних умовах дорівнює швидкості зникнення (Rd) мінус швидкість інфузії індикатора, розраховували як Ra = F × (TTRi/TTRp), де TTRi - це TTR вуглецю жирних кислот при інфузії. Відсоток плазмової FFA, очищеної від окисленої циркуляції (відсоток окисленого Ra), розраховували як відсоток окисленого Ra = окислене FFA плазми/Ra FFA.

Статистичний аналіз.

Усі дані представлені як середні значення ± SE та P o 2max (таблиця 1).

Вплив тренувань на витривалість на окислення субстрату.

Концентрація тригліцеридів у плазмі крові (рис. 2) була значно нижчою після періоду тренування в нульовий час (Р = 0,011), в кінці періоду інфузії (120 хв, Р = 0,042), і, як правило, була нижчою в кінці тест на вправу (Р = 0,06). Площа під кривою часу та концентрації була значно нижчою після тренування (Р = 0,03). Як у спокої, так і під час фізичних вправ середні концентрації глюкози в плазмі (у спокої: 4,91 ± 0,07 проти 4,86 ± 0,13 ммоль/л, Р = 0,50; під час фізичних вправ: 4,86 ± 0,14 проти 4,88 ± 0,13 ммоль/л, Р = 0,89), плазмові ВЖК (у спокої: 574 ± 49 проти 531 ± 69 мкмоль/л, Р = 0,51; під час фізичного навантаження: 693 ± 48 проти 713 ± 87 мкмоль/л, Р = 0,80) та гліцерин у плазмі (при відпочинок: 53 ± 6 проти 49 ± 6 мкмоль/л, Р = 0,50; під час фізичних вправ: 153 ± 19 проти 176 ± 21 мкмоль/л, Р = 0,39) програма тренування не мала значного впливу.

Вплив тренувань на витривалість на експресію мРНК.

12-тижнева програма тренувань не впливала на два гени, що беруть участь у транспорті та окисленні глюкози в крові: гексокіназу II (2,7 ± 0,7 проти 2,9 ± 0,4 амоль/мкг РНК до та після тренування відповідно, Р = 0,84) та GLUT4 (43,1 ± 4,3 проти 37,8 ± 2,0 амоль/мкг РНК до і після тренування, відповідно, Р = 0,65). Однак на експресію двох генів, що кодують ключові ферменти в метаболізмі жирних кислот, впливала програма тренувань: ACC2 скелетних м’язів був значно нижчим після тренування (108 ± 24 проти 69 ± 24 амоль/мкг РНК, Р = 0,005) (рис. 3А), тоді як спостерігалася тенденція до збільшення експресії мРНК LPL (45,2 ± 3,4 проти 88,5 ± 20,0 амоль/мкг РНК, Р = 0,07) (рис. 3В). На експресію UCP3 (12,1 ± 3,1 проти 9,7 ± 2,3 амоль/мкг РНК, Р = 0,57) 12-тижневий тренувальний період не впливав.

ОБГОВОРЕННЯ

Іншим важливим аспектом цього дослідження є те, що ми досліджували ефект програми низької інтенсивності тренувань лише 2 години на тиждень. Оскільки показано, що тренінги на витривалість підвищують здатність окислювати жирні кислоти, було запропоновано бути корисними для подолання порушень окислення жиру, які часто спостерігаються при ожирінні та діабеті (9). Однак більшість досліджень, що вивчають вплив тренувань на витривалість на здатність до окислення жиру, передбачають вправи високої інтенсивності (> 60% V o 2max) протягом багатьох годин на тиждень, і ці тренувальні протоколи нелегко включити в повсякденне життя більшості Люди. У цьому дослідженні тенденція до збільшення швидкості окислення жиру та помітного збільшення окиснення жирних кислот, отриманих від IMTG та/або ЛПНЩ, була досягнута при дуже м'яких фізичних навантаженнях (в середньому 2 год/тиждень протягом 3 місяців). Ми обрали цю програму вправ таким чином, щоб її можна було включити у спосіб життя більшості людей, зробивши її придатною для профілактики та/або лікування ожиріння та діабету 2 типу. Незважаючи на те, що ми не обстежували людей із ожирінням та/або діабетиком, важливо зазначити, що за тієї ж програми тренувань ми також виявили збільшення окислення жиру у осіб із ожирінням (34,41).

На закінчення, це дослідження вперше показує, що програма низької інтенсивності тренувань в середньому протягом 2 год/тиждень призводить до збільшення здатності окислювати жирні кислоти, отримані з IMTG та/або VLDL у спокої. Під час фізичних навантажень загальне окислення жиру також було збільшено, і це в основному пояснювалось збільшенням окислення жирних кислот, отриманих від IMTG та/або ЛПНЩ. Здається, механізм цієї адаптації включає хронічну регуляцію експресії мРНК LPL та хронічну знижену регуляцію ACC2, що потенційно може призвести до зниження концентрації малоніл-КоА та меншого інгібування CPT1. На відміну від тренувань на витривалість середньої та високої інтенсивності, м’який протокол тренувань не підвищував експресію гексокінази II та GLUT4, що свідчить про покращення окислення жиру.