Втрата ваги та фізичні вправи, спричинені обмеженням калорій, мають різний вплив на м’язи скелета

Єлизавета В Меншикова

1 Відділ ендокринології та обміну речовин, Медичний факультет, Пітсбурзький університет, Пенсильванія

Володимир Б Рітов

1 Відділ ендокринології та обміну речовин, Медичний факультет, Пітсбурзький університет, Пенсильванія

Джон Дж. Дубе

1 Відділ ендокринології та обміну речовин, Медичний факультет, Пітсбурзький університет, Пенсильванія

Франческа Амати

1 Відділ ендокринології та обміну речовин, Медичний факультет, Пітсбурзький університет, Пенсильванія

Мая Стефанович-Рачич

1 Відділ ендокринології та обміну речовин, Медичний факультет, Пітсбурзький університет, Пенсильванія

Фредеріко G S Толедо

1 Відділ ендокринології та обміну речовин, Медичний факультет, Пітсбурзький університет, Пенсильванія

Пол М Коен

1 Відділ ендокринології та метаболізму, Медичний факультет, Пітсбурзький університет, Пенсільванія

2 Трансляційний дослідницький інститут метаболізму та діабету, лікарня Флориди, Санфорд-Бернхемський медичний дослідницький інститут, Орландо

Брет Х Гудпастер

1 Відділ ендокринології та обміну речовин, Медичний факультет, Пітсбурзький університет, Пенсильванія

Анотація

Передумови

Як повідомляється, резистентність до інсуліну скелетних м’язів та знижена мітохондріальна здатність впливають на старіння. Метою цього дослідження було порівняння ефекту втрати ваги та фізичних вправ, спричинених обмеженням калорій, на резистентність до інсуліну, вміст мітохондрій у скелетних м’язах та активність мітохондріальних ферментів у людей із ожирінням старшого віку із ожирінням.

Методи

Швидкість утилізації глюкози (Rd), стимульовану інсуліном, визначали за допомогою гіперінсулінемічного евглікемічного затискача до та після завершення 16 тижнів або обмеження калорій, щоб викликати втрату ваги (N = 7), або помірних фізичних навантажень (N = 10). Об'ємна щільність мітохондрій, вміст мембрани мітохондрій (кардіоліпін) та активність електронно-транспортного ланцюга (чутлива до ротенону NADH-оксидаза), цикл трикарбонової кислоти (TCA) (цитрат-синтаза) та β-шлях окислення (β-гідроксиацил-КоА-дегідрогеназа; β- HAD) вимірювали в черезшкірних біопсіях просторового простору перед та після втручань.

Результати

Rd покращився аналогічним чином (18,2% ± 9,0%, p Ключові слова: Поглинання глюкози, м’язовий обмін, старіння людини, обмеження калорійності, ожиріння

Резистентність до інсуліну скелетних м’язів (ІР) пов’язана з етіологією діабету 2 типу (T2D) як при старінні (1), так і при ожирінні (2). Хоча точні причини ІР залишаються незрозумілими, хронічне надлишкове харчування, тобто надмірна вага та ожиріння, вважається головним фактором розвитку ІР (3). Крім того, недостатня фізична активність (4) або специфічні вікові зміни метаболізму глюкози та функції мітохондрій (5,6) пов’язані з ІР. Втрата ваги, спричинена помірним обмеженням калорій (CR) або хронічними фізичними навантаженнями, призводить до значного падіння інсуліну в плазмі крові та покращує чутливість до інсуліну у людей із ожирінням середнього віку або людей із надмірною вагою у середньому віці (4,7).

Як повідомляється, інсулінозалежний транспорт глюкози тісно пов’язаний з окисним метаболізмом скелетних м’язів. Волокна скелетних м’язів з низьким окислювальним типом мають знижений вміст транспортера глюкози Glut 4 та зниження чутливості до інсуліну порівняно з високоокислювальними волокнами (8). Вправи значно збільшують вміст Glut 4 та вміст мітохондрій у скелетних м’язах людини (9,10). Надмірна експресія PGC-1β у скелетних м’язах збільшує окислювальну здатність тканин та покращує пригнічуючий ефект дієти з високим вмістом жиру на інсулінозалежний транспорт глюкози (10). Ожиріння та T2D пов’язані з ремоделюванням мітохондрій, на що вказують численні зміни активності мітохондріального протеома та мітохондріальних ферментів (11–13).

Мало відомо про вплив CR на мітохондрії у людей похилого віку. Дослідження CALERIE повідомило, що, хоча індуковане CR зниження ваги збільшує вміст мітохондріальної ДНК в скелетних м'язах, активність мітохондріальних ферментів не збільшується (14). Однак це дослідження було обмежене лише предметами середнього віку. Втрата ваги, спричинена баріатричною хірургією, не збільшила маркери вмісту мітохондрій у дорослих середнього віку, але покращила якісні аспекти дихання мітохондрій (15). Ми не знаємо жодного дослідження, яке б конкретно вивчало наслідки зниження ваги, спричиненого CR, на мітохондрії скелетних м’язів у людей старшого віку. Більше того, майже всі дослідження мітохондрій та старіння обмежувались одним або двома показниками вмісту або функції мітохондрій, і тому не враховували потенційних диференціальних ефектів на різні компоненти енергетики мітохондрій, які включають β-окислення, трикарбонову кислоту (ТСА) цикл, і електронний транспортний ланцюг.

На додаток до втрати м'язової маси та якості, пов'язаних із старінням (16), спостерігається також збільшення ожиріння. Враховуючи, що понад 70% чоловіків і жінок у Сполучених Штатах у віці старше 60 років страждають від надмірної ваги або ожиріння (17), критично важливо оцінити специфічні наслідки фізичного навантаження та спричиненої CR-зниженням ваги на мітохондрії у людей із ожирінням старшого віку люди. Отже, у цьому дослідженні вивчались окремі ефекти спричиненої КР втрати ваги та фізичних вправ на декілька аспектів вмісту та ефективності мітохондрій, оцінених за допомогою профілювання ферментів мітохондрій у скелетних м’язах людини. Метою дослідження було оцінити, чи пов'язані зміни в різних параметрах мітохондріального вмісту та показників, включаючи молекулярні види кардіоліпіну, цикл TCA, ланцюг транспорту електронів або активність β-окислення, з покращенням чутливості до інсуліну та спричиненою CR втратою ваги. або вправи.