Vysoce intenzivní intervalový trénink pro obézní jedince

Význam Epidemie obezity je celosvětovým problémem veřejného zdraví. Nedávné údaje ukazují, že více než 650 milionů dospělých na celém světě (~13 %) je považováno za obézních. Obezita je jedním z hlavních rizikových faktorů pro diabetes mellitus 2. typu (T2D) a 90 % případů T2D lze připsat nadměrné tukové hmotě. Předpokládá se, že spojení mezi obezitou a T2D je neodmyslitelně spojeno s inzulinovou rezistencí (IR). IR je charakterizováno oslabeným účinkem inzulínu na snížení cirkulující krevní glukózy na úrovni celého těla a/nebo nižší odpovědí určitých tkání na působení inzulínu. Například kosterní svalstvo je zodpovědné za ~70 % inzulinem stimulovaného postprandiálního vychytávání glukózy a hraje klíčovou roli v udržování celotělové inzulínové senzitivity a glykemické homeostázy. Kromě toho je IR jedním z prvních detekovatelných defektů předcházejících hyperglykémii, která se vyskytuje až 10 let před diagnostikou diabetu.

I když je příčina IR způsobená obezitou komplexní a multifaktoriální, příznivé účinky cvičení při prevenci a léčbě IR jsou dobře známé. U jedinců s IR je zlepšení účinku inzulinu na metabolismus glukózy kosterního svalstva jedním z hlavních účinků vyvolaných cvičením. Například předchozí výzkum ukázal, že jediné cvičení snížilo buněčný stres, což může přispět ke zvýšení citlivosti na inzulín vyvolané cvičením. Navzdory účinnosti cvičebního tréninku na IR většina jedinců nedosahuje minimální doporučené úrovně fyzické aktivity: 30 minut nebo více středně intenzivní fyzické aktivity alespoň 5 dní v týdnu nebo 20 minut intenzivní fyzické aktivity alespoň 3 dny v týdnu, nebo jejich kombinace, navíc k činnostem každodenního života. Je třeba poznamenat, že nedostatek času a potíže s přístupem k zařízením pro cvičení jsou běžně uváděny jako překážky fyzické aktivity.

V této souvislosti je vysoce intenzivní intervalový trénink (HIIT), který se skládá z krátkých období intenzivního cvičení (≥ 80 % maximální tepové frekvence) střídaných s obdobími aktivní regenerace nebo odpočinku, relativně časově efektivní tréninkovou strategií ke zlepšení metabolické zdraví a bylo považováno za příjemnější než kontinuální trénink střední až intenzivní intenzity. HIIT zvyšuje oxidační kapacitu kosterního svalstva a navozuje fyziologickou remodelaci, jako jsou změny podporované kontinuálním středně intenzivním aerobním tréninkem. HIIT se zdá být účinný při zlepšování citlivosti na inzulín, zejména u osob s rizikem T2D nebo s T2D. Předchozí studie využívající 10x 60sekundové intervaly cyklování (~90% maximální srdeční frekvence) proložené 60sekundovým aktivním zotavením, třikrát týdně po dobu dvou týdnů, snížila hyperglykémii a zvýšila oxidační kapacitu kosterního svalstva u pacientů s T2D. Nedávno publikovaná data ukázala, že 8týdenní HIIT program vedl k nižšímu IR u jedinců s obezitou a také podpořil větší expresi proteinů souvisejících s oxidačním metabolismem v kosterním svalstvu. Ačkoli HIIT může být účinnou možností ke zlepšení citlivosti na inzulín a glykemické kontroly u jedinců s rizikem T2D, většina studií HIIT byla provedena primárně v tradičních laboratorních podmínkách a nemusí být pro běžnou populaci praktické.

Inovace Běžným přístupem ke studiu účinků cvičení jsou buď běžecké pásy, nebo cyklistické ergometry. Tyto přístupy mají omezený překlad na scénář „skutečného slova“. Mezi obecně uváděné překážky pro pravidelný program fyzické aktivity patří nedostatek času, obtížný přístup k zařízením pro cvičení a nízká motivace. Cílem navrhované studie je prozkoumat účinky programu HIIT pomocí vhodné alternativy cvičení (lezení po schodech) na IR u jedinců s obezitou a rizikem T2D. Lezení po schodech lze považovat za činnost každodenního života a je snadno dostupné. Předchozí studie ukázaly, že jeden krátký záchvat lezení po schodech (< 6 minut) akutně zvýšil postprandiální vychytávání glukózy u mužů středního věku s poruchou glukózové tolerance a starších T2D subjektů. Další studie ukázala, že 6 týdnů krátkého vysoce intenzivního programu přerušovaného lezení po schodech účinně zlepšilo kardiorespirační zdatnost u zdravých jedinců, ale nezlepšilo IR. Nedávno předběžná studie zkoumala účinek 6 týdnů krátkého přerušovaného lezení po schodech na kontrolu glykémie u lidí s T2D. Autoři uvedli, že protokol (3 x 1 minutové záchvaty opakovaného stoupání a sestupování po jednom schodišti) nebyl dostatečný k navození zlepšení kontroly glukózy. V tomto kontextu byl objem příliš nízký (přibližně 50 schodů) a v průběhu času nedošlo k žádné progresi tréninkového objemu. Autoři navíc počítali s časem sestupování po schodech jako součást 1minutového zápasu, což mohlo ještě více zkrátit čas strávený stoupáním po schodech. K vyřešení těchto omezení bude navrhovaná studie implementovat delší protokol s progresivním nárůstem objemu cvičení a bude počítat pouze čas strávený stoupáním do schodů. Pokud je autorce známo, žádná studie tento přístup pomocí HIIT netestovala u jedinců s obezitou a rizikem T2D. Zjištění z této studie pomohou převést důkazy založené na výzkumu do klinické praxe a přispějí k prevenci nebo léčbě jedinců s rizikem T2D nefarmakologickým a nízkonákladovým přístupem. Toto téma spadá do oblasti zaměření „Buňka a organismus“ v Novém Mexiku – Idea Network of Biomedical Research Excellence (NM-INBRE), aby se zlepšilo porozumění lidskému zdraví.

Přístup Studie je 8týdenní intervence v rámci subjektu, kde budou účastníci testováni před intervencí a po ní. 20 účastníků (10 mužů a 10 žen) bude rekrutováno z místní komunity prostřednictvím plakátové reklamy a individuální interakce. Před souhlasem s účastí ve studii dají účastníci písemný informovaný souhlas, který bude schválen institucionální revizní radou místní instituce. Kritéria pro zařazení zahrnují index tělesné hmotnosti (BMI) ≥ 30 kg/m2; hodnocení modelu homeostázy pro inzulínovou rezistenci (HOMA-IR) ≥ 2,71; žádný strach z úplného ponoření pod vodou; osvobození od ortopedických poranění, diagnóz T2D nebo intolerance glukózy, známých akutních nebo chronických onemocnění a současného užívání protizánětlivých, hypoglykemických nebo jiných léků, o kterých je známo, že ovlivňují metabolismus. Subjektům, které splňují počáteční požadavky, se odebere krev nalačno. Jedinci se změněným metabolismem glukózy (plazmatická glukóza nalačno > 126 mg/dl) budou vyloučeni. Výzkumníci zajistí začlenění mužů a žen z odlišného etnického původu. Požadovaná velikost vzorku byla vypočtena a priori na základě změn v HOMA-IR s použitím hladiny alfa 0,05 a síly 80 %. Před cvičebním tréninkem účastníci absolvují: odběr krve nalačno pro měření glykémie a inzulinu, antropometrii a analýzu složení těla a zátěžový test s maximální klasifikací.

Protokol cvičebního tréninku se skládá z 8 týdnů HIIT pomocí lezení do schodů s frekvencí 3x týdně, celkem 24 tréninků. V prvním týdnu cvičebního programu po schodech se subjekty sejdou v budově UNM's Teaching Education Building (Schodiště 2). Následujících 7 týdnů mohou subjekty provádět cvičební program na schodišti, které je pro ně nejvhodnější a schválené výzkumným týmem. Zahřátí se bude skládat z 2 minut stoupání a sestupování po schodech pohodlným tempem. Přerušované cvičení s vysokou intenzitou se bude skládat z 6-12 x 30 sekund vzestupu s vynaložením veškerého úsilí a mírným tempem. Mezi jednotlivými cvičeními dojde k 30sekundové regeneraci chůze. Po cvičebním sezení bude subjekt chodit během 2minutového ochlazení. Každé sezení bude trvat 10 až 15 minut. Počet zápasů (6-12) se bude v průběhu týdnů postupně zvyšovat. Během prvního (1. týden) a posledního týdne (8. týden) cvičebního programu budou subjekty sledovány vyškoleným pohybovým fyziologem. Během těchto návštěv pod dohledem bude měřena srdeční frekvence a hodnocení vnímané námahy (škála OMNI) na konci každého lezení do schodů a po aktivním zotavení. Subjekty budou mít v případě potřeby možnost požádat o další sledování. Týdny 2 až 7 OMNI budou sami zaznamenávat subjekty.

Měření inzulinové rezistence – Po 10hodinovém hladovění a minimálně 72 hodinách před a po tréninku budou odebrány vzorky žilní krve pro měření glykémie a inzulinu. HOMA-IR (vypočteno jako [glukóza (mmol)] x [inzulín (µU/ml)] ÷ 22,5) bude stanovena z koncentrací glukózy a inzulínu nalačno.

Antropometrické měření a měření tělesného složení - Výška a tělesná hmotnost budou měřeny pomocí analogové stupnice s připojeným stadiometrem. BMI se vypočítá pomocí výšky vm a tělesné hmotnosti v kg. Hodnoty relativního tělesného tuku (%BF) budou stanoveny pomocí podvodního vážení (UWW) při naměřeném zbytkovém objemu plic. Nejvyšší 3 pokusy UWW ± 100 g budou zprůměrovány a použity pro výpočet tělesného objemu. Tělesný objem bude korigován na zbytkový objem plic pomocí techniky ředění kyslíku na suché zemi, aby bylo možné vypočítat tělesnou hustotu a převést ji na vzorec %BF.

Maximální spotřeba kyslíku - Maximální spotřeba kyslíku bude měřena pomocí testovacího protokolu s maximálním rampovým odstupňováním provedeného na běžícím pásu. Rychlost bude zvyšována každých 60 s individuální rychlostí, která bude vycházet z dotazníku o historii cvičení (veterans Specific Activity Questionnaire), aby se během 8 až 12 minut vyvolala únava. Exspirované plyny budou analyzovány pomocí metabolického vozíku. Srdeční frekvence (HR) bude nepřetržitě zaznamenávána pomocí řemínku vysílače HR (řada S810i, Polar, USA).

Výpočty a statistické analýzy Data budou prezentována jako průměr ± standardní odchylka. Pro statistickou analýzu bude použit statistický software. K analýze normality dat bude použit Shapiro-Wilkův test. Plocha pod křivkou (AUC) pro inzulín a glukózu bude vypočítána pomocí lichoběžníkové metody. U studie 1 bude k analýze účinků tréninku použit Studentův t test (před vs. U studie 2 bude k testování účinku dvou cvičebních protokolů použita dvoucestná analýza rozptylu (ANOVA) (faktor 1 = před a po 8 týdnech tréninku a faktor 2 = jedno sezení vs. více sezení). Pokud jsou pozorovány statisticky významné hodnoty F, bude proveden Tukeyho post hoc test. Hladina alfa je pro statistickou významnost nastavena na P ≤ 0,05.

Potenciální problémy a strategie: Výpadky a dodržování předpisů jsou omezením při cvičebních intervencích. Výzkumníci poskytnou školení ve třech různých časech denně (brzy ráno, odpoledne a večer), aby vyhověli lidem s různými rozvrhy. Účastníci budou také kompenzováni za čas.