Вправляйте метаболоміку плазми та ксенометаболоміку у жінок із ожирінням, сидячих людей, стійких до інсуліну

CDS-Creative Data Solutions, Сент-Луїс, штат Міссурі

Центр метаболоміки Західного узбережжя, Центр геному, Каліфорнійський університет, Девіс, Каліфорнія

Міністерство сільського господарства США - Служба досліджень сільського господарства, Західний науково-дослідний центр з питань харчування людини, Девіс, Каліфорнія

Програма спортивної медицини, Медична школа, Каліфорнійський університет, Девіс, Каліфорнія

Департамент харчування, Каліфорнійський університет, Девіс, Каліфорнія

Департамент наук про харчування, Університет Алабами, Бірмінгем, Алабама

Відділ гуманітарних досліджень Університету Алабами, Бірмінгем, Алабама

Департамент наук про харчування, Університет Алабами, Бірмінгем, Алабама

Відділ фармакології Університету Case Western Reserve, Клівленд, Огайо

Кафедра біохімії, мікробіології та імунології, Університет Оттави, Отава, Онтаріо, Канада

Дитячий центр харчування в Арканзасі, Літл-Рок, штат Арканзас

Кафедра педіатрії Університету медичних наук Арканзасу, Літл-Рок, Арканзас

Адреса для запитів на передрук та іншої кореспонденції: С. Х. Адамс, Центр дитячого харчування в Арканзасі, 15 Дитячий шлях, Літл-Рок, AR 72202 (електронна пошта: [електронна пошта захищена]).

Анотація

У цій роботі ми розширюємо наші попередні висновки з когорти (9, 82), щоб дослідити, як глобальні структури метаболітів крові, пов'язані з фізичними вправами, впливають на покращення чутливості до інсуліну та фізичної форми. Намагаючись зосередитися на м'язовому метаболізмі, тривалість гострої фізичної навантаження (30 хв) та помірна інтенсивність (~ 40–45% VO o 2пік), що використовуються для досліджень метаболоміки фізичних вправ, були розроблені для швидкої активізації роботи м’язів та стійкого окислення жирних кислот (7, 68) при мінімізації збільшення β-окислення печінки (19, 20). Ми мали на меті описати, як гострі субмаксимальні фізичні навантаження впливають на метаболом крові людини, і висунули гіпотезу про те, що вправа та втручання для зниження ваги можуть змінити вибрані метаболіти із шляхів, що реагують на зміни в метаболічному здоров’ї та чутливості до інсуліну.

Етичне схвалення та інформація про тему людини

Протокол тижня до та після втручання

Учасники завершили тестування до (Тестовий тиждень 1) та після (Тестовий тиждень 2) вправи та втручання для зниження ваги (14–17 тижнів; мінливий через різну структуру менструального циклу, етапи відповідали до та після втручання) (див. Посилання 9) . Протягом кожного тижня тестування суб'єкти утримувались від фізичних вправ і мали вагу стабільною на момент тестування.

Дієта пробного тижня.

Щоб мінімізувати варіабельність метаболоміки, на яку можуть впливати відмінності у складі дієти, протягом 1-го та 2-го тижнів випробувань учасникам пропонувались їжі, що відповідали партії, щоб вони їли однакові дієти протягом випробувальних тижнів (подробиці в посиланні 9); масу тіла визначали щодня і вносили зміни в калоріях, щоб підтримувати масу тіла в межах 5%. Під час тижнів випробувань учасникам було наказано їсти і пити лише те, що їм було надано, їсти їжу на місці, коли це можливо, а дотримання самозвітності визначалося щоденними щоденниками їжі.

Піковий тест на вправи.

Увімкнено день 4 або 5 кожного тижня тестування проводили градуйований тест на ергометр (SRM Ergometer, Colorado Springs, CO) для визначення пікового споживання кисню (V peak o 2peak). Учасники прибули до Клініки спортивної медицини в Каліфорнійському університеті (Каліфорнія) після споживання звичайного сніданку (друге меню; посилання 9) за 2–3 год до фізичних вправ. Під час 1-го випробувального тижня учасники отримали ЕКГ у стані спокою, тест на спірометрію та медичний огляд від лікаря клініки спортивної медицини UC Davis, щоб переконатись, що ніяких проблем зі здоров’ям, що виключають фізичні вправи, не було. Для тесту на фізичну підготовку учасники пройшли 5-хвилинну розминку, за якою проводився градуйований тест на фізичні вправи до виснаження (початкове навантаження 50 Вт, що збільшується на 20 Вт кожні 2 хвилини до вольової втоми). V̇ o 2peak визначали як найвищий V̇ o 2 (мл · кг −1 · хв −1) за період 30 с. Вимірювання V̇ o 2peak було повторено протягом 2-го випробувального тижня.

Профілювання метаболіту плазми під час тесту субмаксимальних фізичних навантажень.

Втрата ваги та режим фізичної форми

Випробовуваним було призначено самостійно підібрану дієту з обмеженням калорій (зниження ∼500–600 ккал/добу), засновану на Дієтичних рекомендаціях 2005 року для американців та націлену на 10% втрати маси тіла за 14 тижнів (9). Для оцінки рівня фізичної активності, що повідомляється самостійно, було проведено опитувальник щодо фізичної активності (5) з оцінкою 5 для найнижчої активності та 15 для найвищої активності, пов’язаної з роботою, спортом/фізичними вправами та неспортивними категоріями дозвілля; оцінка 7 була використана для розрахунку калорій для підтримання. Учасники записували щоденне споживання їжі в щоденники та отримували щотижневі консультації від зареєстрованого дієтолога. Суб'єкти отримували щоденну харчову добавку (Bayer One-a-Day for Women), щоб забезпечити достатнє споживання необхідних вітамінів та мінералів. Масу тіла вимірювали щотижня.

Учасники, які виконували встановлений режим фізичних вправ мінімум 4 рази на тиждень протягом усього втручання, під контролем фізіологів фізичних вправ WHNRC. Протягом перших 4 тижнів втручання учасники тренувались аеробно 4 дні/тиждень по 30 хв кожен (бігова доріжка або велоергометр) з інтенсивністю 60–70% від їх максимальної ЧСС, як визначено у тесті V̇ o 2peak. Під час втручання тижнів 5-8, сеанси вправ збільшили до 40 хв/сеанс, 4 дні на тиждень та під час втручання тиждень 9 і далі інтенсивність була збільшена до ЧСС 75% від максимальної. Учасники носили HR-монітори під час усіх вправ, щоб переконатися, що вони виконують вправи з відповідною інтенсивністю протягом встановленого періоду часу.

Аналіз метаболоміки

Статистика та аналіз

Рис. 1.Візуальне представлення робочого процесу аналізу даних. Для ідентифікації були впроваджені робочі процеси попередньої обробки та аналізу даних 1) фізичні вправи та відновлення та 2) ефекти, пов'язані з втручанням, у структурі екскурсії метаболітів. Величина та напрямок залежних від часу ефектів були підсумовані на основі кореляцій Спірмена між піковими інтенсивностями метаболітів та часом для даних, скоригованих на втручання. Ефекти втручання були узагальнені на основі площі під кривою (AUC) для даних фізичного навантаження та зміни протягом 30–35 хв для відновлення.

Сюжети вулканів.

Сюжети вулканів використовувались для візуалізації значущості (змішані ефекти значення, 0,7 для мереж PubChem CID) розраховували за допомогою metaMapR (25), щоб візуалізувати залежні від часу фізичні навантаження та відновлення змін концентрацій метаболітів у плазмі крові. Значні часові ефекти були анотовані на основі змішаного ефекту значення ≤ 0,05. Величина і спрямованість пов'язаних з часом тенденцій були підсумовані на основі знака та величини кореляцій Спірмена для залишків з лінійної моделі для втручання (скоригованого втручання) протягом вимірюваних часових точок.