Pierderea în greutate indusă de restricția calorică și exercițiile fizice au efecte diferențiale asupra mușchilor scheletici
Elizaveta V Menshikova
1 Divizia de Endocrinologie și Metabolism, Departamentul de Medicină, Universitatea din Pittsburgh, Pennsylvania
Vladimir B Ritov
1 Divizia de Endocrinologie și Metabolism, Departamentul de Medicină, Universitatea din Pittsburgh, Pennsylvania
John J Dube
1 Divizia de Endocrinologie și Metabolism, Departamentul de Medicină, Universitatea din Pittsburgh, Pennsylvania
Francesca Amati
1 Divizia de Endocrinologie și Metabolism, Departamentul de Medicină, Universitatea din Pittsburgh, Pennsylvania
Maja Stefanovic-Racic
1 Divizia de Endocrinologie și Metabolism, Departamentul de Medicină, Universitatea din Pittsburgh, Pennsylvania
Frederico G S Toledo
1 Divizia de Endocrinologie și Metabolism, Departamentul de Medicină, Universitatea din Pittsburgh, Pennsylvania
Paul M Coen
1 Divizia de Endocrinologie și Metabolism, Departamentul de Medicină, Universitatea din Pittsburgh, Pennsylvania
2 Institutul de Cercetare Translațională pentru Metabolism și Diabet, Spitalul Florida, Sanford - Burnham Medical Research Institute, Orlando
Bret H Goodpaster
1 Divizia de Endocrinologie și Metabolism, Departamentul de Medicină, Universitatea din Pittsburgh, Pennsylvania
2 Institutul de Cercetare Translațională pentru Metabolism și Diabet, Spitalul Florida, Sanford - Burnham Medical Research Institute, Orlando
Abstract
fundal
S-a raportat că rezistența la insulină a mușchilor scheletici și capacitatea mitocondrială redusă sunt afectate de îmbătrânire. Scopul acestui studiu a fost de a compara efectele pierderii în greutate induse de restricția de calorii și exercițiului fizic asupra rezistenței la insulină, conținutul mitocondrial al mușchilor scheletici și activitățile enzimei mitocondriale la persoanele obeze cu supraponderalitate.
Metode
Ratele de eliminare a glucozei (Rd) stimulate de insulină au fost determinate utilizând clema euglicemică hiperinsulinemică înainte și după finalizarea a 16 săptămâni de restricție calorică pentru a induce pierderea în greutate (N = 7) sau exerciții moderate (N = 10). Densitatea volumului mitocondrial, conținutul de membrană mitocondrială (cardiolipină) și activitățile lanțului de transport de electroni (NADH-oxidază sensibilă la rotenonă), ciclul acidului tricarboxilic (TCA) (citrat sintază) și calea β-oxidării (β-hidroxiacil CoA dehidrogenază; β- HAD) au fost măsurate în biopsiile percutanate ale vastului lateral înainte și după intervenții.
Rezultate
Rd s-a îmbunătățit în mod similar (18,2% ± 9,0%, p Cuvinte cheie: Absorbție de glucoză, metabolism muscular, îmbătrânire umană, restricție calorică, obezitate
Rezistența la insulină a mușchilor scheletici (IR) a fost legată de etiologia diabetului de tip 2 (T2D) atât la îmbătrânire (1), cât și la obezitate (2). Deși cauzele exacte ale IR rămân inexplicabile, excesul de aprovizionare nutrițională cronică, adică supraponderalitatea și obezitatea, este considerat a fi un factor important în dezvoltarea IR (3). În plus, activitatea fizică insuficientă (4) sau modificările specifice legate de vârstă ale metabolismului glucozei și ale funcției mitocondriilor (5,6) sunt asociate cu IR. Pierderea în greutate indusă de restricția moderată a caloriilor (CR) sau exercițiile cronice duce la o scădere semnificativă a insulinei plasmatice și îmbunătățește sensibilitatea la insulină la persoanele obeze de vârstă mijlocie sau persoanele în vârstă supraponderale (4,7).
S-a raportat că transportul glucozei dependent de insulină este strâns asociat cu metabolismul oxidativ al mușchilor scheletici. Fibrele musculare scheletice de tip oxidativ scăzut au un conținut redus de transportor de glucoză Glut 4 și sensibilitate redusă la insulină în comparație cu fibrele oxidative ridicate (8). Exercițiul crește semnificativ atât conținutul Glut 4, cât și conținutul mitocondrial în mușchiul scheletic uman (9,10). Expresia excesivă a PGC-1β în mușchiul scheletic crește capacitatea oxidativă a țesuturilor și ameliorează efectul de suprimare a dietei bogate în grăsimi asupra transportului glucozei dependent de insulină (10). Obezitatea și T2D sunt asociate cu remodelarea mitocondriilor, așa cum este indicat de modificări multiple în activitățile proteomei mitocondriale și ale activității enzimei mitocondriale (11-13).
Se știe puțin despre efectele CR asupra mitocondriilor la oamenii mai în vârstă. Studiul CALERIE a raportat că, în timp ce pierderea în greutate indusă de CR crește conținutul de ADN mitocondrial în mușchiul scheletic, activitățile enzimelor mitocondriale nu au fost crescute (14). Cu toate acestea, acest studiu a fost limitat la subiecții de vârstă mijlocie. Pierderea în greutate indusă de chirurgia bariatrică nu a crescut markerii conținutului mitocondrial la adulții de vârstă mijlocie, dar a îmbunătățit aspectele calitative ale respirației mitocondriale (15). Nu suntem conștienți de niciun studiu care să fi examinat în mod specific efectele pierderii în greutate induse de CR asupra mitocondriilor mușchilor scheletici la subiecții mai în vârstă. Mai mult, aproape toate studiile privind mitocondriile și îmbătrânirea au fost limitate la una sau două măsuri ale conținutului sau funcției mitocondriale și, prin urmare, nu au luat în considerare efectele diferențiale potențiale asupra diferitelor componente ale energiei mitocondriale care includ β-oxidarea, acidul tricarboxilic (TCA) ciclu și lanțul de transport al electronilor.
Pe lângă pierderea masei musculare și a calității asociate îmbătrânirii (16), există și creșteri ale adipozității. Având în vedere că peste 70% dintre bărbații și femeile din Statele Unite cu vârsta de peste 60 de ani sunt fie supraponderali, fie obezi (17), este esențial să se evalueze efectele specifice ale exercițiilor fizice și ale pierderii în greutate induse de CR asupra mitocondriilor la persoanele în vârstă, supraponderale și obeze. oameni. Prin urmare, acest studiu a examinat efectele separate ale pierderii în greutate induse de CR și exercițiul fizic asupra mai multor aspecte ale conținutului și performanței mitocondriilor evaluate de profilarea enzimei mitocondriilor la nivelul mușchilor scheletici umani. Un scop explorator a fost de a evalua dacă modificările diferiților parametri ai conținutului și performanței mitocondriale, inclusiv speciile moleculare de cardiolipină, ciclul TCA, lanțul de transport al electronilor sau activitățile de β-oxidare, sunt asociate cu o sensibilitate îmbunătățită la insulină cu o pierdere în greutate indusă de CR sau exercițiu.