Exercitați metabolomică plasmatică și xenometabolomică la femeile obeze, sedentare, rezistente la insulină

CDS-Creative Data Solutions, St. Louis, Missouri

West Coast Metabolomics Center, Genome Center, Universitatea din California, Davis, California

Departamentul Agriculturii din Statele Unite - Serviciul de cercetare agricolă Centrul de cercetare pentru nutriția umană din vest, Davis, California

Programul de Medicină Sportivă, Școala de Medicină, Universitatea din California, Davis, California

Departamentul Agriculturii din Statele Unite - Serviciul de cercetare agricolă Centrul de cercetare pentru nutriția umană din vest, Davis, California

Departamentul de Nutriție, Universitatea din California, Davis, California

Departamentul Agriculturii din Statele Unite - Serviciul de cercetare agricolă Centrul de cercetare pentru nutriția umană din vest, Davis, California

Departamentul de Nutriție, Universitatea din California, Davis, California

Departamentul de Științe Nutritive, Universitatea din Alabama, Birmingham, Alabama

Departamentul de studii umane, Universitatea din Alabama, Birmingham, Alabama

Departamentul de Științe Nutritive, Universitatea din Alabama, Birmingham, Alabama

Departamentul de farmacologie, Case Western Reserve University, Cleveland, Ohio

Departamentul de Biochimie, Microbiologie și Imunologie, Universitatea din Ottawa, Ottawa, Ontario, Canada

Centrul de nutriție pentru copii din Arkansas, Little Rock, Arkansas

Departamentul de Pediatrie, Universitatea din Arkansas pentru Științe Medicale, Little Rock, Arkansas

Adresa pentru solicitări de reimprimare și alte corespondențe: S. H. Adams, Centrul de nutriție pentru copii din Arkansas, 15 Children’s Way, Little Rock, AR 72202 (e-mail: [e-mail protejat]).

Abstract

În lucrarea actuală, extindem concluziile noastre anterioare din cohortă (9, 82) pentru a explora modul în care modelele globale ale metabolitului sanguin legate de exerciții fizice sunt afectate de îmbunătățirea sensibilității la insulină și fitness În încercarea de a se concentra asupra metabolismului muscular, durata acută a exercițiului (30 min) și intensitatea moderată (~ 40-45% V • o 2peak) utilizate pentru studiile de metabolomică a efortului au fost concepute pentru a activa rapid munca musculară și oxidarea robustă a acizilor grași (7, 68) reducând la minimum creșterea β-oxidării hepatice (19, 20). Ne-am propus să descriem modul în care exercițiul submaximal acut afectează metabolomul din sângele uman și am emis ipoteza că intervenția fizică și de pierdere în greutate ar altera metaboliții selectați din căile sensibile la modificările sănătății metabolice și sensibilității la insulină.

Aprobare etică și informații despre subiectul uman

Protocolul săptămânii de testare pre și postintervenție

Participanții au finalizat testarea înainte (Test săptămâna 1) și după (test săptămâna 2) o intervenție de exercițiu și pierdere în greutate (14-17 săptămâni; variabilă din cauza tiparelor ciclului menstrual dispar, etapele au fost potrivite pre și postintervenție) (vezi Ref. 9) . În timpul fiecărei săptămâni de testare, subiecții s-au abținut de la exerciții fizice și au fost grei stabili în momentul testării.

Dieta săptămânii de testare.

Pentru a minimiza variabilitatea metabolomicii care ar putea fi influențată de diferențele în compoziția dietei, în timpul săptămânii de testare 1 și a săptămânii de testare 2, participanților li s-au oferit alimente potrivite în lot, astfel încât să mănânce diete identice pentru săptămânile de testare (detalii în Ref. 9); masa corporală a fost determinată zilnic și s-au făcut modificări ale caloriilor pentru a menține masa corporală în limita a 5%. În timpul săptămânilor de testare, participanții au fost instruiți să mănânce și să bea doar ceea ce li s-a oferit, să mănânce la fața locului atunci când este posibil, iar respectarea auto-raportată a fost determinată cu jurnale alimentare zilnice.

Test de vârf.

El ziua 4 sau 5 a fiecărei săptămâni de testare, s-a efectuat un test gradat de ciclu ergometru (SRM Ergometer, Colorado Springs, CO) pentru a determina consumul maxim de oxigen (V ̇ o 2peak). Participanții au ajuns la Clinica de Medicină Sportivă Davis a Universității din California (UC) după ce au consumat un mic dejun standard (al doilea meniu; Ref. 9) cu 2-3 ore înainte de exercițiu. În timpul săptămânii de testare 1, participanții au primit un ECG de odihnă, un test de spirometrie și un examen de autorizare medicală de către un medic al Clinicii de Medicină Sportivă UC Davis pentru a se asigura că nu există probleme de sănătate care să excludă exercițiile fizice. Pentru testul de fitness, participanții au finalizat o încălzire de 5 minute, urmată de un test de efort gradat până la epuizare (sarcina inițială de 50 W, crescută cu 20 W la fiecare 2 minute până la oboseala volitivă). V̇o 2peak a fost determinat ca fiind cel mai mare V̇o2 (mL · kg −1 · min −1) pe o perioadă de 30 s. Măsurarea V̇o 2peak a fost reprodusă în timpul săptămânii de testare 2.

Profilarea metabolitului plasmatic în timpul testului de efort submaximal.

Regim de slăbire și fitness

Subiecților li s-a prescris o dietă auto-selectată, restricționată în calorii (reducere de –500-600 kcal/zi) pe baza ghidurilor dietetice din 2005 pentru americani și care vizează o pierdere de masă corporală de 10% peste 14 săptămâni (9). Un chestionar de activitate fizică (5) a fost administrat pentru a evalua nivelul de activitate fizică auto-raportat, cu un scor de 5 pentru cea mai mică activitate și 15 pentru cea mai mare activitate legată de categoriile de muncă, sport/exercițiu și de agrement nonsport; un scor de 7 a fost folosit pentru a calcula caloriile de întreținere. Participanții au înregistrat consumul zilnic de alimente în jurnale și au primit sfaturi săptămânale de la un dietetician înregistrat. Subiecții au primit un supliment nutritiv zilnic (Bayer One-a-Day for Women) pentru a asigura aportul adecvat de vitamine și minerale esențiale. Masa corporală a fost măsurată săptămânal.

Participanții angajați într-un regim de exerciții prescris de cel puțin 4 ori/săptămână pe durata intervenției, așa cum este supravegheat de fiziologii de exerciții WHNRC. În primele 4 săptămâni de intervenție, participanții au făcut exerciții aerobice 4 zile/săptămână timp de 30 de minute fiecare (bandă de alergare sau ergometru ciclu) la o intensitate de 60-70% din FC maximă, așa cum sa determinat în testul V o 2peak. În timpul intervenției săptămânile 5-8, sesiunile de exerciții au fost crescute la 40 min/sesiune, 4 zile/săptămână și în timpul intervenției săptămâna 9 și mai departe intensitatea a fost crescută la o FC de 75% din maxim. Participanții au purtat monitoare de resurse umane în timpul tuturor sesiunilor de exerciții pentru a se asigura că exercitau la intensitatea adecvată pentru timpul prescris.

Analiza metabolomice

Statistică și analiză

FIG. 1.Reprezentarea vizuală a fluxului de lucru pentru analiza datelor. Fluxurile de lucru de pretratare și analiză a datelor au fost implementate pentru identificare 1) exercițiu și recuperare și 2) efecte asociate intervenției în tiparele de excursie ale metaboliților. Amploarea și direcția efectelor dependente de timp au fost rezumate pe baza corelațiilor Spearman dintre intensitățile de vârf ale metabolitului și timpul pentru datele ajustate la intervenție. Efectele intervenției au fost rezumate pe baza suprafeței de sub curbă (ASC) pentru datele despre exerciții și modificări peste 30-35 minute pentru recuperare.

Parcele vulcanice.

Parcele vulcanice au fost folosite pentru a vizualiza semnificația (efecte mixte valoare, 0,7 pentru rețelele PubChem CID) au fost calculate folosind metaMapR (25) pentru a vizualiza modificările asociate exercițiilor și recuperării în concentrațiile plasmatice ale metabolitului. Efectele semnificative asupra timpului au fost adnotate pe baza efectului mixt valori de ≤ 0,05. Magnitudinea și direcționalitatea tendințelor asociate timpului au fost rezumate pe baza semnului și magnitudinii corelațiilor Spearman pentru reziduuri din modelul liniar pentru intervenție (intervenție ajustată) peste punctele de timp măsurate.