Катедра по физикална терапия, Университет Източна Каролина, Грийнвил, Северна Каролина, САЩ

Лаборатория за човешко представяне, Катедра за упражнения и спортни науки, Университет Източна Каролина, Грийнвил, Северна Каролина, САЩ

Лаборатория за човешко представяне, Катедра за упражнения и спортни науки, Университет Източна Каролина, Грийнвил, Северна Каролина, САЩ

Лаборатория за човешко представяне, Катедра за упражнения и спортни науки, Университет Източна Каролина, Грийнвил, Северна Каролина, САЩ

Лаборатория за човешко представяне, Департамент по упражнения и спортни науки, Университет Източна Каролина, Грийнвил, Северна Каролина, САЩ

Катедра по физикална терапия, Университет Източна Каролина, Грийнвил, Северна Каролина, САЩ

Лаборатория за човешко представяне, Департамент по упражнения и спортни науки, Университет Източна Каролина, Грийнвил, Северна Каролина, САЩ

Лаборатория за човешко представяне, Катедра за упражнения и спортни науки, Университет Източна Каролина, Грийнвил, Северна Каролина, САЩ

Лаборатория за човешко представяне, Департамент по упражнения и спортни науки, Университет Източна Каролина, Грийнвил, Северна Каролина, САЩ

Лаборатория за човешко представяне, Катедра за упражнения и спортни науки, Университет Източна Каролина, Грийнвил, Северна Каролина, САЩ

Резюме

Въведение

От 1999 до 2002 г. 16% от децата и юношите в Съединените щати са с наднормено тегло и 31% са изложени на риск от наднормено тегло ((1)). Юношите развиват същите заболявания, свързани с теглото, като диабет тип 2 и дислипидемия, наблюдавани при възрастни ((2), (3)). Ефектът от аеробните упражнения за профилактика на сърдечно-съдови заболявания и засилено усвояване на глюкоза е добре документиран ((4), (5)). Следователно упражненията се използват като терапевтично лечение както за диабет, така и за сърдечно-съдови заболявания. Аеробната годност е обратно свързана със затлъстяването при деца и в момента има доказателства, че упражненията могат да предотвратят диабет тип 2 ((6), (7)). Ако режимът на упражнения, заедно със здравословното хранене, се разработи като начин на живот при деца и юноши с наднормено тегло, съществува вероятност те да достигнат здравословно тегло и последиците от нездравословното тегло като развитие на диабет тип 2 и сърдечно-съдови заболявания ще не се случват.

Изследвахме пет хормона, свързани с апетита и чувствителността към инсулин при юноши с наднормено тегло, и определихме отговора на тези хормони към дългосрочни упражнения. Не са ни известни публикации, които са правили съпътстващи измервания на лептин, адипонектин, резистин, активен грелин и PYY при юноши с наднормено тегло или реакцията на тези хормони във връзка помежду си с дългосрочна програма за упражнения. Ние предположихме, че 8-месечното упражнение ще промени благоприятно средата на хормоните, свързани с апетита, затлъстяването и чувствителността към инсулин: резистинът и грелинът ще бъдат намалени, а лептинът, адипонектинът и PYY ще бъдат увеличени при продължителни аеробни тренировки. Освен това тези промени ще бъдат придружени от благоприятни промени в инсулина, глюкозата и традиционните маркери за риск от сърдечно-съдови заболявания на липидите в кръвта.

Методи и процедури

Субекти

Субектите бяха наети чрез обява, публикувана в местния вестник, чрез педиатри и от уеб базирана система за съобщения по имейл, която е достъпна за служителите на университета в Източна Каролина. Участието е доброволно и за да бъдат включени в изследването, субектите трябва да отговарят на следните критерии: (i) 12-18-годишна възраст, (ii) ИТМ> 85-ия процентил за възраст и пол, (iii) одобрение от лекар за участие в проект, (iv) няма медицински състояния, които да възпрепятстват участието в енергична програма за аеробни упражнения, и (v) подписано информирано съгласие от родител/настойник и съгласие от деца под 18-годишна възраст. Всички участници съобщават, че са заседнали преди участие. Три субекта отпаднаха от проучването поради конфликти с училищната работа и невъзможността на родителите им да ги отведат до съоръжението за упражнения. Данните от тези субекти не бяха включени, защото не бяха пълни. Посещаемостта на проучването беше> 90%.

Протокол за изследване

Антропометрия

Бяха направени антропометрични измервания на височина, тегло, процент телесни мазнини и измервания на обиколката преди и след тренировка. Процентът на телесните мазнини се определя по метода на кожата. Телесната плътност беше предсказана с обобщеното уравнение за кожни гънки на Jackson and Pollock ((21)). Телесната плътност се трансформира в процент телесни мазнини с уравнението на Siri ((22)). Кожните гънки бяха получени с помощта на апарати за кожа на Harpenden. Всички измервания са направени от дясната страна на тялото на следните места: гръден кош (гръден), средноаксиларен, трицепс, субскапуларен, коремен, надбръстен, бедро и медиален прасец. Измерванията на кожните гънки бяха взети последователно в същия ред два пъти и записани с точност до 0,2 mm. Измерванията се повтарят, ако двете стойности се различават с> 2 mm. Коефициентът на вариация за повторни измервания на процента телесни мазнини в даден ден е 0.44%. Измерванията на обиколката бяха направени с лентова мярка на Guilick с най-близката 0,1 mm. Измерванията бяха направени на следните места: шия, минимална талия, пъпка, максимален бедро, ръка, бедро и средна подбедрица.

Кардиореспираторна фитнес

Кардиореспираторната годност беше определена преди и след тренировка. Субектите са завършили максимален тест на бягаща пътека до изтощение, за да определят пика на VO2. Субектите направиха 3-минутна загрявка със скорост, предварително определена преди началото на теста. Тази скорост беше определена в сесия за запознаване с бягаща пътека поне 1 ден преди теста, за да се гарантира, че скоростта е такава, каквато субектът може да поддържа за времето на теста. Котата се увеличава с 2% всяка минута след загрявката. Скоростта беше увеличена до по-бързо ходене или бавен джогинг в зависимост от нивото на комфорт на обекта с бягащата пътека. Изтичащите газове се събират на всеки 20 s от метаболитна количка Parvo Medics TrueMax 2400 и система Quinton Q-Stress. HR и скоростта на възприемано усилие се записват през последните 15 s на всяка минута. Успешните тестове бяха определени чрез спазване на ≥1 от следните критерии: съотношение на дихателния обмен ≥ 1,0, рейтинг на възприемано усилие ≥17, предвиден максимален HR 10 удара от възрастта, предвиден максимум (220 ‐ възраст).

Анализи

Взети са 12-часови кръвни проби на гладно от антекубиталната вена преди и след тренировка между 7:00 и 9:30 сутринта. Пробите бяха анализирани за глюкоза, инсулин, общ холестерол (TC), липопротеин с висока плътност (HDL) холестерол, триглицериди, лептин, резистин, адипонектин, активен грелин и общ PYY. Глюкозата, инсулинът, холестеролът, HDL холестеролът и триглицеридите бяха измерени от сертифицирана аналитична лаборатория (Lab Corps of America, Greenville, NC). Липопротеинът с ниска плътност (LDL) се прогнозира, като се използва уравнението на Friedwald (LDL = холестерол-HDL - (триглицериди/5) ((23)). Плазма беше подготвена за измерване на хормони. Част от плазмата беше подкиселена, за да защити активния (октаноилиран ) грелин. Пробите бяха замразени при -70 ° С за по-късна употреба. Лептин, резистин, адипонектин и активен грелин бяха измерени с помощта на ELISA комплекти от LINCO Research (St. Charles, MO) и общата PYY беше измерена с помощта на ELISA комплект от Diagnostic Systems Laboratories (Webster, TX). Коефициентите на вариация в рамките на анализа са 2.6% за лептин, 3.7% за адипонектин, 2.7% за резистин, 9.2% за активен грелин и 2.3% за общ PYY.

Статистически анализ

Стойностите са представени като средно ± стандартно отклонение. Стойностите преди обучение и след обучение бяха определени със Student т тест за сдвоени сравнения. Връзките между променливите бяха тествани с анализ на линейна регресия със статистическа значимост, зададена на P ≤ 0,05. Тези анализи бяха извършени с помощта на Microsoft Office Excel 2007. 95% интервали на доверие бяха определени с R, версия 2.5.1, от The R Foundation for Statistics Computing (http: www.r‐project.org).

Резултати

Характеристики на предмета

маса 1 показва характеристиките на 12-те субекта, участвали в проучването. При дългосрочно упражнение, субектите губят мастна маса, разглеждано като намаляване на процента телесни мазнини с 2,2%, въпреки че теглото, обиколката на талията и ИТМ не се променят. Имаше значително подобрение във времето до изтощение с 1 минута на бягащата пътека, въпреки че увеличението на пика на VO2, било като ml/kg · min или ml/kg чиста телесна маса · min, не беше значително. Абсолютният VO2 се е увеличил с 6,5%, но не е достигнал значимост (P = 0,059). Субектите не са били диабетици и са имали нормални концентрации на глюкоза и инсулин на гладно. Концентрациите на глюкоза и инсулин на гладно не се променят при продължителни тренировки. Височината не се променя по време на проучването.

тегло

Рискови фактори за сърдечно-съдови заболявания

Таблица 2 представя циркулиращите концентрации на липиди на гладно за TC, HDL холестерол, LDL холестерол и серумни триглицериди преди и след тренировка. Концентрацията на триглицеридите е намалена с 23% при продължителни тренировки, докато концентрациите на TC, HDL холестерол и LDL холестерол не се променят. Съотношението HDL: TC беше съответно 3,7 и 3,5 преди и след тренировка.

Плазмени концентрации на хормони

Таблица 2 представя циркулиращите концентрации на гладно на хормоните, насочени в това проучване. Двата хормона, които значително промениха концентрацията при продължителни тренировки, бяха резистин (8% намаление) и общ PYY (23% увеличение). Концентрациите на лептин, адипонектин и активен грелин не се променят при продължителни тренировки.

Съотношение между промените в концентрацията на триглицериди и промените в концентрацията на резистин

Концентрациите както на триглицеридите, така и на резистина намаляват при продължителни тренировки. Промените от преди и след тренировка в концентрациите на триглицериди корелират (r = 0,620, P ≤ 0,05) с промяната в концентрациите на резистин. Фигура 1 графично изобразява тази положителна връзка.

Връзка между промените в концентрациите на триглицериди на гладно и промените в концентрациите на резистин на гладно при дългосрочно упражнение (P ≤ 0,05, 95% доверителен интервал (0,004, 0,065)).

Корелация между процента телесни мазнини и концентрацията на лептин

Концентрациите на лептин и процентите телесни мазнини са били корелирани в преди тренировка (r = 0.832, P ≤ 0,001) и след тренировка (r = 0,872, P ≤ 0,0001). Тези положителни взаимоотношения са графично изобразени в Фигура 2а, б.

Връзки между процента на телесните мазнини и концентрацията на лептин (а) предварително обучение (P ≤ 0,001, 95% доверителен интервал (3,539, 9,820)) и (б) след обучение (P ≤ 0,001, 95% доверителен интервал (2,661, 6,132)).

Съотношение между концентрациите на триглицериди и концентрациите на лептин

Концентрациите на лептин и концентрациите на триглицериди са били корелирани в преди тренировка (r = -0,746, P ≤ 0,01) и след тренировка (r = -0,615, P ≤ 0,05). Тези обратни корелации са графично изобразени в Фигура 3a, b.

Връзки между концентрациите на триглицериди и концентрациите на лептин (а) предварително обучение (P ≤ 0,01, 95% доверителен интервал (-1,242, -0,282)) и (б) след обучение (P ≤ 0,05, 95% доверителен интервал (-1,449, -0,073)).

Дискусия

Ние се интересуваме от ролята на дългосрочните упражнения за хормони, свързани с апетита (лептин, грелин и PYY) и инсулиновата чувствителност (адипонектин и резистин) при юноши с наднормено тегло, особено по отношение на съпътстващите промени в тези хормони, които могат да възникнат при тренировка за упражнения. Участниците в това проучване участваха в 8-месечни упражнения с наблюдение. Не разполагахме с контролна група юноши без упражнения с наднормено тегло за преди и след сравнение, което е ограничение на нашето проучване. Ние не препоръчваме тийнейджърите с наднормено тегло да бъдат неактивни за продължителен период от време и следователно не сме наели контролна група без упражнения по етични причини. Установихме, че нашите участници са намалили процента телесни мазнини, намалените концентрации на триглицериди и резистин и повишена концентрация на PYY в отговор на дългосрочни тренировки. Концентрациите на лептин преди и след тренировка корелират с процента на телесните мазнини преди и след тренировката и концентрациите на триглицериди преди и след тренировка. Промяната в триглицеридите корелира с промяната в резистина.

Дългосрочни тренировки и рискови фактори за сърдечно-съдови заболявания

Юношите в това проучване са> 85-ия процентил на ИТМ за възраст и пол. Тяхната циркулираща концентрация на общ и LDL холестерол предварителна подготовка е била в приемливия диапазон за 2 до 19-годишни (TC (24)). Въпреки че няма значителни промени в концентрациите на холестерола след тренировка, средствата за TC и LDL холестерол са по-ниски. Средният TC намалява с 9%, а средният LDL холестерол намалява с 4%. Съотношението HDL: TC е 3,7: 1 при предварителна подготовка на кръвни проби и е 3,5: 1 в пробите след тренировка. 3,5: 1 е оптималното съотношение, препоръчано от Американската сърдечна асоциация. Циркулиращите триглицериди са в нормални граници при предварителна подготовка на проби, но намаляват значително (23%) с обучение. Липидните профили преди и след тренировка при юноши, които участват в проучвания за тренировки, не винаги показват много промени или подобрения ((25), (26)).

Дългосрочни ефекти върху тренировъчните упражнения върху свързаните с апетита хормони

Дългосрочни ефекти върху тренировъчните упражнения върху хормоните на чувствителност към инсулин

Адипонектинът е свързан с повишена инсулинова чувствителност и играе роля за намаляване на хипергликемията ((16)). В нашето проучване средният адипонектин на гладно не се променя при продължителни тренировки при юноши с наднормено тегло, които имат нормални концентрации на глюкоза и инсулин. В проучване, разглеждащо промените в чувствителността към инсулин при юноши с наднормено тегло и затлъстяване с 12 седмици аеробни тренировки, инсулиновата чувствителност се е увеличила, но концентрациите на адипонектин не ((40)). В това проучване телесното тегло и процентът на мазнини не се променят. Kraemer и Castracane прегледаха литературата за упражненията и адипонектина и стигнаха до заключението, че упражненията с достатъчна интензивност за период от ≥2 месеца имат благоприятен ефект върху адипонектина; обаче не може да се определи дали продължителното тренировъчно упражнение пряко е променило адипонектина или дали намаляването на теглото в резултат на дългосрочното тренировъчно упражнение е това, което директно регулира производството на адипонектин в мастната тъкан ((41)).

Връзка на грелин, резистин и лептин преди и след обучение

Открихме връзка между концентрацията на грелин преди тренировка и концентрацията на резистин преди тренировка (r = 0,648, P ≤ 0,05) (данните не са показани). Концентрацията на тези два хормона след тренировка не е свързана (r = 0,217). Не открихме промяна в грелина след тренировка и намаляването на грелина изглежда не се случва, освен ако няма загуба на тегло, което не се е случило при нашите участници. Резистинът е свързан със затлъстяването; процента телесни мазнини и концентрациите на резистин намаляват при нашите участници. Тези резултати могат да обяснят загубата на връзката на грелин и резистин след тренировка. Упражнението води до по-добро регулиране на баланса между енергийния прием и енергийните разходи, което може да доведе до загуба на връзката между грелин и резистин.

В допълнение, имаше връзка между концентрацията на лептин след тренировка и концентрацията на резистин след тренировка (r = 0,646, P ≤ 0,05) (данните не са показани). Концентрациите на тези хормони преди тренировка не са свързани (r = 0,528) при ниво на доверие на критерия P ≤ 0,05, но беше на ниво от P ≤ 0,10 (данните не са показани). Тези открития показват, че отделянето на лептин и резистин е свързано с мастната маса. В съгласие с нашите констатации при юноши с наднормено тегло е проучване, завършено от Юнг и др. при които затлъстелите възрастни, загубили тегло и процент телесни мазнини с диета и упражнения, също са имали намаление на концентрациите на лептин и резистин ((42)).

В обобщение установихме, че дългосрочните тренировки за упражнения увеличават общия PYY и намаляват резистина при юноши с наднормено тегло. Това са благоприятни промени, тъй като PYY играе роля за намаляване на апетита и резистинът е свързан с повишаване на инсулиновата резистентност. Концентрациите на циркулиращ лептин, грелин и адипонектин не се променят при продължителни тренировки. Лептинът корелира с теглото, обиколката на талията и процента телесни мазнини. Циркулиращите концентрации на триглицериди са в обратна връзка с концентрациите на лептин, което може да предполага връзка между метаболизма на мазнините с упражненията и производството на лептин. Заключваме, че дългосрочните тренировки за упражнения имат благоприятни ефекти за юношите с наднормено тегло по отношение на PYY и резистин, два хормона, свързани с апетита и инсулиновата чувствителност.

Благодарности

Оценяваме техническата помощ на Лесли Холмс, Алън Сирк, Катрин Стивънсън и Джулия Кинг и статистическата помощ от д-р Пол Вос. T.E.J. с подкрепата на Сената на факултет на университета в Източна Каролина. М.Р.М. с подкрепата на Фондация за болница Pitt Memorial. R.C.H. поддържа се от NIH 1R01DK071081‐01.

Разкриване

Авторите не декларират конфликт на интереси.