Ребека Дж. Уели

1 Катедра по физиология на храненето и упражненията, Университет на Мисури, Колумбия, Мисури

Дзъ-Уен Лю

2 Отдел по хранителни науки, Университет на Илинойс в Urbana-Champaign, Urbana, IL

Терезе М. Зидон

1 Катедра по физиология на храненето и упражненията, Университет на Мисури, Колумбия, Мисури

Джо Л. Роулс, III

1 Катедра по физиология на храненето и упражненията, Университет на Мисури, Колумбия, Мисури

2 Отдел по хранителни науки, Университет на Илинойс в Urbana-Champaign, Urbana, IL

Йънг-Мин Парк

1 Катедра по физиология на храненето и упражненията, Университет на Мисури, Колумбия, Мисури

Т. Никълъс Смит

1 Катедра по физиология на храненето и упражненията, Университет на Мисури, Колумбия, Мисури

Кели С. Суонсън

2 Отдел по хранителни науки, Университет на Илинойс в Urbana-Champaign, Urbana, IL

Жауме Падила

1 Катедра по физиология на храненето и упражненията, Университет на Мисури, Колумбия, Мисури

3 Център за сърдечно-съдови изследвания на Dalton, Университет на Мисури, Колумбия, Мисури

4 Катедра по детско здраве, Университет на Мисури, Колумбия, Мисури

Виктория Дж. Виейра-Потър

1 Катедра по физиология на храненето и упражненията, Университет на Мисури, Колумбия, Мисури

Свързани данни

Резюме

Кардиометаболитните нарушения, които започват в началото на живота, са особено критични, тъй като те често предсказват метаболитна дисфункция в зряла възраст. Затлъстяването, диетата с високо съдържание на мазнини (HFD) и бездействието са свързани с възпаление на мастната тъкан (AT) и инсулинова резистентност (IR), основни предиктори на метаболитната дисфункция. Последните доказателства също свързват чревния микробиом с кардиометаболитно здраве.

ПРЕДНАЗНАЧЕНИЕ

Сравнете равни енергийни дефицити, предизвикани от физическо натоварване и намаляване на калориите при параметрите на риска от кардиометаболитни заболявания, включително AT възпаление, IR и промени в чревната микробиота по време на консумация на HFD.

МЕТОДИ

Склонни към затлъстяване плъхове, хранени с HFD, са били тренирани с упражнения (Ex, n = 10) или съпоставени с теглото до Ex чрез намаляване на калориите, като същевременно са били заседнали (WM, n = 10) и в сравнение с ad libitum, хранени с HFD (Sed, n = 10 ) плъхове за IR, системна енергетика и спонтанна физическа активност (SPA), затлъстяване и метаболитни параметри на гладно. Изследвани са висцерална, подкожна, периаортна и кафява AT, черен дроб, аорта и цекална дигеста.

РЕЗУЛТАТИ

Въпреки идентичното намаляване на затлъстяването, Ex, но не и WM, подобри IR, увеличи SPA с

26% (p Ключови думи: затлъстяване, енергийни разходи, кафява мастна тъкан, инсулинова резистентност, спонтанна физическа активност, чревен микробиом

ВЪВЕДЕНИЕ

МАТЕРИАЛИ И МЕТОДИ

Животни и диети

Тридесет мъжки плъхове, склонни към затлъстяване (OP-CD) бяха получени на 4-седмична възраст (Charles River Laboratories, Inc., O’Fallon, MO) и настанени индивидуално в Научноизследователския център за животни в Университета на Мисури-Колумбия. Всички процедури бяха одобрени от институционалния комитет за грижи и употреба на животните към Университета в Мисури. Квартирите за животни бяха контролирани при температура от 21 ° C с редуващи се 12-часови светлина: тъмни цикли от 0800 до 2000 и 2000 до 0800, съответно. Веднага след пристигането плъховете бяха рандомизирани в една от следните три групи: 1) HFD, заседнал („Sed;“ n = 10), 2) HFD, упражнение чрез доброволно бягане с колело („Ex;“ n = 10) или 3) HFD, съобразено с теглото на Ex („WM;“ n = 10). Съдържа се HFD (D12451; Research Diets, Inc., New Brunswick, NJ)

20% протеини, 35% въглехидрати и 45% kcals от мазнини, като преобладаващият тип мастни киселини са наситени, получени от свинска мас. Животните от групите Sed и Ex бяха хранени ad libitum по време на проучването. Групата „Ex“ бяха настанени с работещи колела (Tecniplast Activity Wheel; West Chester, PA), свързани с велосипеден крачкомер (Sigma BC 509; Sigma, St. Charles, IL), за да записват седмично бягане. Животните от групата на WM са получили 75-80% от храната, консумирана от групата Sed, въз основа на сравненията на дневното телесно тегло, за да се осигури съответствие на теглото с Ex групата. Приемът на храна се записва ежедневно за групите WM и Sed, докато този от групата Ex се записва ежеседмично. Плъховете се анестезират чрез интраперитонеална (IP) инжекция на пентобарбитал натрий (50 mg/kg) между 18-20 седмична възраст и след това се евтаназират чрез обезкървяване чрез сърдечна пункция, преди да се вземат тъкани.

Разходи за енергия и спонтанна физическа активност (SPA)

На 11-седмична възраст животните (n = 8/група) бяха поставени в метаболитни камери (Promethion; Sable Systems International, Las Vegas, NV), за да се оценят общите енергийни разходи (TEE), енергийните разходи в покой (REE) и дихателния коефициент (RQ) чрез индиректна калориметрия и SPA чрез сумиране на прекъсвания на лъча по x-, y- и z-ос. Измерват се телесно тегло и прием на храна преди и след всяка 48-часова оценка. Всеки 48-часов пробег улавя поне два светлинни и два тъмни цикъла. През това време колелата бяха премахнати от животните Ex и храната беше администрирана на животните от WM. Въпреки че и двете лечения бяха временно премахнати, продължителността на метаболитната оценка беше кратка, за да се избегнат ефекти от детренировката в Ex групата или нарушаване на съпоставянето на теглото в групата WM.

Инсулинова резистентност

75% от консумираните ежедневно от групата Sed, което им позволява да поддържат средно телесно тегло, сравнимо с това на Ex групата за целия ход на проучването. И двете групи Ex и WM също имат намалена WAT маса, посочена от по-леки депа SQAT, EpiAT, RPAT и OMAT ( Фигура 1С ; всички p Фигура 1D ). По този начин, всякакви разлики между Sed и Ex групите могат да се отдадат на енергийния дефицит поради упражнения, независимо от каквито и да е промени в енергийния прием. В сравнение със Sed, както Ex, така и WM групите са увеличили TEE, но не непременно REE, както е показано в Фигура 1E & H . Стойностите на RQ бяха

5-11% по-ниски в Ex групата в сравнение с двете Sed и WM групи както в светли, така и в тъмни цикли (всички p Фигура 1G ). Освен това, в рамките на 48-часовата оценка на метаболитната клетка, през която време не са осигурени работещи колела, цикъл на тъмно (т.е. активен гризач), SPA е значително увеличен в Ex групата в сравнение с двете Sed и WM групи. СПА също беше

30% по-висока както в Ex, така и в WM групите в сравнение със Sed по време на лекия (т.е. неактивен/сън) гризач ( Фигура 1F ).

В сравнение с WM, Ex е по-ефективен при подобряване на чувствителността към инсулин

Ex, но не и групата WM, също има подобрена инсулинова чувствителност, оценена чрез индекса Matsuda (MI) в сравнение със Sed ( Фигура 1I ) и HOMA-IR ( Фигура 1J ). По-голямата инсулинова чувствителност на Ex групата, свързана с намаляване на компенсаторната хиперинсулинемия. С други думи, общата площ на глюкозата под кривата (AUC) по време на GTT е намалена по подобен начин и в двете лечебни групи, докато секрецията на GTT инсулин е намалена в Ex групата. Докато% HbA1c е намален и в двете лечебни групи, само намаляването в групата на WM достига статистическа значимост ( маса 1 ).

маса 1

Маркери на кръв на гладно и други метаболитни мерки.

AnalyteSedExWM
Инсулин (ng/ml) 7,3 ± 1,04,1 ± 1,2 * # 7,8 ± 1,1
Глюкоза (mg/dL) 179,0 ± 6,6163,4 ± 6,8192,2 ± 12,3
Холестерол (mg/dL) 78,5 ± 5,460,3 ± 4,8 * 61,8 ± 2,8 *
Триглицериди (mg/dL) 165 ± 22,2133 ± 27,0166 ± 12,3
HDL (mg/dL) 22,0 ± 1,119,7 ± 1,121,4 ± 0,9
LDL (mg/dL) 5,7 ± 0,44,1 ± 0,3 * # 6,5 ± 0,3
NEFA (mmol/L) 0,6 ± 0,10,6 ± 0,10,7 ± 0,1
% HbA1c 4,33 ± 0,024,27 ± 0,044,2 ± 0,03 *
AUC на глюкозата 30551 ± 409025082 ± 5769 * 23518 ± 3063 *
AUC на инсулина 198 ± 80111 ± 87 * 177 ± 33
Чернодробна маса (g) 15,54 ± 0,3712,77 ± 0,64 * 15 ± 0,39
Чернодробен TG (mg/g мокър
тегло)		46,10 ± 2,4837,82 ± 7,5227,12 ± 1,87 *

Всички мерки бяха взети в жертва след

12 часа бързо. HDL = липопротеинов холестерол с висока плътност; LDL = холестерол на липопротеините с ниска плътност; NEFA = нестерифицирани мастни киселини; % HbA1c = гликозилиран хемоглобин; глюкоза, AUC на инсулина = глюкоза, площ на инсулина под кривата по време на тест за толерантност към глюкоза, който е бил направен на 12 седмична възраст.

Ex и WM влияят на експресията на AT ген по специфичен за депо начин и двете намаляват възпалението на аортата

сравнение

A. БАТ маса; Б. BAT: WAT съотношение; ° С. BAT цитрат синтазна активност; д. Дихателни комплекси; Е. Корелация между MI и BAT CS Activity; F. Гени, свързани с НДН активност; G. SQAT гени, свързани с бежов фенотип; З. BAT H&E оцветяване. * p Фигура 3А ). Въпреки че претегленият график на PCoA не изглежда да има очевидна клъстеризация, значимостта между групите се наблюдава от показателите за разстояние UniFrac, извършени и анализирани чрез непараметричен анализ с корекции на Bonferroni. PCoA на непретеглени разстояния на UniFrac между пробите показва, че чревните микробни съобщества не се различават между трите лечебни групи ( Фигура 3В ). Тези резултати от PCoA предполагат, че изобилието от бактерии, а не наличието на редки таксони, е движещата сила на наблюдаваните разлики. Основните разлики между трите групи плъхове са както следва.

A. Претеглена PCoA; Б. Непретеглена PCoA. Всяка точка представлява проба от плъхове Sed (оранжеви точки), Ex (червени точки) и WM (сини точки).

Общо във всичките три групи 7 фила, 33 семейства и 54 рода представляват използваеми сурови четива. Само няколко таксона представляват мнозинството на всяко ниво. На ниво phyla, Firmicutes (71,2% от последователностите), Bacteroidetes (23,0% от последователностите), Verrucomicrobia (3,6% от последователностите) и Proteobacteria (1,6% от последователностите) представляват приблизително 99% от последователностите, докато останалите 3 phyla представена Фиг. 1Е ). Увеличеното TEE в групата на WM се дължи на увеличаване на SPA само по време на неактивен, а не активен цикъл на гризачи, докато Ex увеличава SPA в двата цикъла. Доказано е, че HFD намалява SPA (40); настоящите данни предполагат, че предизвикването на енергиен дефицит по някакъв начин може да намали SPA-редуциращия ефект на HFD и че Ex може да бъде особено защитен в това отношение. Ex също така повишава окисляването на мазнините, както е показано от по-ниските стойности на RQ и в двата цикъла, докато WM не влияе върху окисляването на мазнините; подобни специфични за упражненията ефекти върху RQ са докладвани при хора (3).

Инсулинова чувствителност и кръвни параметри на гладно

Известно е, че тренировките за упражнения силно подобряват инсулиновата чувствителност както при хората, така и при животните, като подчертават ефикасността на упражненията като терапевтична стратегия. Доказано е обаче, че диетата също така намалява IR, когато е свързана със загуба на тегло (39). Установихме, че докато и двете лечения подобряват глюкозния толеранс, само Ex подобрява инсулиновата чувствителност. Нито едното от лечението не е засегнало циркулиращите NEFA, което може да предполага, че HFD-медиираният IR е приписан по-скоро на IR на скелетните мускули, отколкото AT IR. Ектопичното отлагане на липиди (напр. Повишен чернодробен TG), често срещана проява на AT IR (1), обикновено намалява с двете интервенции. Това, че този ефект е бил значителен само в групата с WM, беше изненадващо, тъй като повечето доказателства сочат, че упражненията намаляват ектопичното отлагане на липиди. Фактът, че не съществуват разлики в концентрацията на TG в черния дроб или в циркулиращите NEFA между групи Ex и WM, е в съгласие с хипотезата, че Ex-медиираното подобрение в системната IR се дължи на специфични подобрения на скелетните мускули.

Възпаление на мастната тъкан и аортата

Нови данни показват, че НДНТ е метаболитно по-важна от досега осъзнатата и изглежда се влияе значително от упражненията (12), въпреки че има противоречиви съобщения за това дали упражнението увеличава (21) или намалява (41) своята активност. Отбелязахме фенотипни разлики в НДНТ, независимо от масовите разлики. Както е посочено, Ex значително повишава активността на митохондриалната цитратна синтаза (с

Микробни промени в червата

Чревната микробиота е свързана с развитието на затлъстяване, с вероятни механизми, свързани с промяна в енергийната реколта, модулация на чревните пептиди и регулиране на липидния метаболизъм (22). Въпреки липсата на ясно разделяне на PCoA парцелите, ние открихме скромни, но статистически значими ефекти както на Ex, така и на WM върху състава и изобилието на чревните микробни съобщества. Това подсказва за фини ефекти на лечението, както би се очаквало, за разлика от разликите, които ще се наблюдават при сравняване на болни и здрави индивиди. Затлъстяването е свързано с повишено съотношение Firmicutes: Bacteroidetes при мишки и хора. Подобно на предишното ни проучване (25), в настоящото проучване Ex не е повлиял на видовото богатство или съотношението Firmicutes: Bacteroidetes. Една относителна разлика в изобилието е, че S24-7 намалява в Ex (p (2.9M, tif)

SDC 2

ПРИЗНАВАНИЯ

Тази работа беше подкрепена от гранта на изследователския съвет на MU (на VVP), изследователския съвет на MU (на JP), фондацията за изследване на Sears Trust (на JP) и Националния здравен институт HL-125503 и DK-105368 (на JP ) и Националната здравна институция (R25GM056901) Инициатива за максимално увеличаване на студентското разнообразие (IMSD) EXPRESS Fellows Program (към JLR). Резултатите от настоящото проучване не представляват одобрение от ACSM. Авторите нямат конфликт на интереси, за да докладват.