Højintensiv intervaltræning for overvægtige personer

Betydning Fedmeepidemien er et verdensomspændende folkesundhedsproblem. Nylige data indikerer, at over 650 millioner voksne rundt om i verden (~13%) betragtes som overvægtige. Fedme er en af ​​de største risikofaktorer for type 2-diabetes mellitus (T2D), og 90 % af T2D-tilfældene kan tilskrives overskydende fedtmasse. Forbindelsen mellem fedme og T2D menes at være uløseligt forbundet med insulinresistens (IR). IR er karakteriseret ved en afstumpet virkning af insulin på faldende cirkulerende blodsukker på helkropsniveau og/eller en lavere respons fra visse væv på insulins virkning. For eksempel er skeletmuskulaturen ansvarlig for ~70 % af insulinstimuleret postprandial glukoseoptagelse og spiller en nøglerolle i opretholdelsen af ​​hele kroppens insulinfølsomhed og glykæmisk homeostase. Derudover er IR en af ​​de tidligste påviselige defekter forud for hyperglykæmi, til stede op til 10 år før diabetes diagnosticeres.

Selvom årsagen til fedme-induceret IR er kompleks og multifaktoriel, er de gavnlige virkninger af træningstræning til at forebygge og behandle IR veletablerede. Hos personer med IR er en forbedring af insulinvirkningen på skeletmuskulaturens glukosemetabolisme en af ​​hovedeffekterne induceret af træningstræning. For eksempel har tidligere forskning vist, at en enkelt træningssession reducerede cellulær stress, hvilket kan bidrage til træningsinducerede stigninger i insulinfølsomhed. På trods af effektiviteten af ​​træningstræning på IR, opnår de fleste individer ikke de mindste anbefalede niveauer af fysisk aktivitet: 30 minutter eller mere af moderat intensitet fysisk aktivitet mindst 5 dage om ugen, eller 20 minutters kraftig fysisk aktivitet mindst 3 dage om ugen, eller en kombination heraf, ud over aktiviteter i dagligdagen. Det skal bemærkes, at mangel på tid og vanskeligheder med at få adgang til faciliteter til motion ofte nævnes som barrierer for fysisk aktivitet.

I denne sammenhæng er højintensiv intervaltræning (HIIT), som består af korte perioder med intens træning (≥ 80% af maksimal puls) vekslet med perioder med aktiv restitution eller hvile, en relativt tidseffektiv træningsstrategi til at forbedre metabolisk sundhed og er blevet anset for at være mere behageligt end kontinuerlig træning med moderat til kraftig intensitet. HIIT øger skeletmuskulaturens oxidative kapacitet og inducerer fysiologisk ombygning ligesom ændringerne fremmet af kontinuerlig moderat intensitet aerob træning. HIIT ser ud til at være effektiv til at forbedre insulinfølsomheden, især hos dem med risiko for eller med T2D. En tidligere undersøgelse, der brugte 10 x 60 sekunders cykelintervaller (~90 % af maksimal hjertefrekvens) afvekslet med 60 sekunders aktiv restitution, tre gange om ugen over en periode på to uger, reduceret hyperglykæmi og øget oxidativ kapacitet i skeletmuskulaturen hos patienter med T2D. Nyligt offentliggjorte data har vist, at et 8-ugers HIIT-program resulterede i lavere IR hos personer med fedme og fremmede også større ekspression af proteiner relateret til oxidativ metabolisme i skeletmuskulaturen. Selvom HIIT kan være en effektiv mulighed for at forbedre insulinfølsomhed og glykæmisk kontrol hos individer med risiko for T2D, er de fleste HIIT-undersøgelser primært blevet udført i traditionelle laboratoriemiljøer og er muligvis ikke praktiske for den generelle befolkning.

Innovation Den almindelige tilgang til at studere effekten af ​​træning er enten at bruge løbebånd eller cykelergometre. Disse tilgange har begrænset oversættelse til et "rigtigt ord"-scenarie. Blandt de barrierer, der generelt rapporteres for et almindeligt fysisk aktivitetsprogram, er mangel på tid, vanskeligheder med at få adgang til træningsfaciliteter og lav motivation. Målet med den foreslåede undersøgelse er at undersøge virkningerne af et HIIT-program ved hjælp af et passende træningsalternativ (trappeklatring) på IR hos personer med fedme og risiko for T2D. Trappegang kan betragtes som en dagligdags aktivitet og er let tilgængelig. Tidligere undersøgelser har vist, at en kort omgang trappegang (<6 min) akut øgede postprandial glukoseoptagelse hos midaldrende mænd med nedsat glukosetolerance og ældre T2D-personer. En anden undersøgelse viste, at 6 uger med et kort og intenst intermitterende trappeklatringsprogram effektivt forbedrede kardiorespiratorisk kondition hos raske individer, men forbedrede ikke IR. For nylig undersøgte en foreløbig undersøgelse effekten af ​​6 ugers kort intermitterende trappetræning på glykæmisk kontrol hos mennesker med T2D. Forfatterne rapporterede, at protokollen (3 x 1 minuts anfald af gentagne gange op- og nedstigning af en enkelt trappe) var utilstrækkelig til at fremkalde forbedringer i glukosekontrol. I denne sammenhæng var volumen for lav (ca. 50 trapper), og der var ingen progression af træningsvolumen over tid. Derudover regnede forfatterne med tiden ned ad trappen som en del af kampen på 1 minut, hvilket kan have reduceret den tid, der brugtes på at gå op ad trappen endnu mere. For at imødegå disse begrænsninger vil den foreslåede undersøgelse implementere en mere forlænget protokol med progressiv stigning i træningsvolumen og vil kun tælle den tid, der bruges på at gå op ad trappen. Så vidt forfatteren ved, har ingen undersøgelse testet denne tilgang ved hjælp af HIIT hos personer med fedme og en risiko for T2D. Resultater fra denne undersøgelse vil hjælpe med at oversætte forskningsbaseret evidens til klinisk praksis og bidrage til at forebygge eller behandle personer med risiko for T2D med en ikke-farmakologisk og billig tilgang. Dette emne er inden for fokusområdet "Cell and Organism" New Mexico - Idea Network of Biomedical Research Excellence (NM-INBRE) for at fremme forståelsen af ​​menneskers sundhed.

Fremgangsmåde Undersøgelsen er et 8-ugers interventionsdesign inden for emnet, hvor deltagerne vil blive testet før og efter intervention. 20 deltagere (10 mænd og 10 kvinder) vil blive rekrutteret fra lokalsamfundet gennem plakatannoncering og en-til-en interaktion. Inden deltagerne accepterer at deltage i undersøgelsen, skal de give skriftligt informeret samtykke, som godkendes af den lokale institutions institutionelle bedømmelsesudvalg. Inklusionskriterier omfatter kropsmasseindeks (BMI) ≥ 30 kg/m2; homeostasemodelvurdering for insulinresistens (HOMA-IR) ≥ 2,71; ingen frygt for at blive helt nedsænket under vandet; frihed for ortopædiske skader, diagnoser af T2D eller glukoseintolerans, kendte akutte eller kroniske sygdomme og aktuel brug af antiinflammatoriske, hypoglykæmiske eller andre lægemidler, der vides at påvirke stofskiftet. Forsøgspersoner, der opfylder de indledende krav, vil få en fastende blodprøve. Personer med ændret glukosemetabolisme (fastende plasmaglukose >126 mg/dL) vil blive udelukket. Forskerne vil sikre inklusion af mænd og kvinder med forskellig etnisk baggrund. Den krævede prøvestørrelse blev beregnet a priori baseret på ændringer i HOMA-IR ved brug af et alfa-niveau på 0,05 og en styrke på 80 %. Forud for træningstræningen gennemgår deltagerne: en fastende blodprøve til blodsukker- og insulinmålinger, antropometri og kropssammensætningsanalyse og en maksimal gradueret træningstest.

Træningsprotokollen består af 8 ugers HIIT ved hjælp af trappeklatring med en frekvens på 3 gange om ugen, i alt 24 træningssessioner. I den første uge af trappetræningsprogrammet mødes fagene i UNM's Teaching Education Building (Trappecase 2). De følgende 7 uger kan forsøgspersoner udføre træningsprogrammet på en trappe, der er bedst for dem og godkendt af forskerholdet. Opvarmningen vil bestå af 2 minutters op- og nedstigning af trapperne i et behageligt tempo. Den højintensive intermitterende øvelse vil bestå af 6-12 x 30 sekunders omgang med opstigning i en al-anstrengelse i et moderat tempo. En 30-sekunders gangrestitution vil forekomme mellem træningskampene. Efter træningssessionen vil forsøgspersonen gå i løbet af en 2-minutters nedkøling. Hver session varer mellem 10 og 15 minutter. Antallet af kampe (6-12) vil blive øget gradvist over ugerne. I løbet af den første (uge 1) og sidste uge (uge 8) af træningsprogrammet vil forsøgspersoner blive overvåget af en uddannet træningsfysiolog. Under disse overvågede besøg vil puls og vurdering af opfattet anstrengelse (OMNI-skalaen) blive målt ved slutningen af ​​hver trappeopstigning og efter aktiv restitution. Forsøgspersoner vil have mulighed for at anmode om yderligere overvågning, hvis det ønskes. Uge 2 til 7 OMNI vil blive optaget selv af fagene.

Målinger Insulinresistens - Efter 10 timers faste og mindst 72 timer før og efter træningen vil der blive udtaget venøse blodprøver til måling af blodsukker og insulin. HOMA-IR (beregnet ved [glucose (mmol)] x [insulin (µU/ml)] ÷ 22,5) vil blive bestemt ud fra fastende glukose- og insulinkoncentrationer.

Antropometriske og kropssammensætningsmålinger - Højde og kropsmasse vil blive målt ved hjælp af en analog skala med koblet stadiometer. BMI vil blive beregnet ved hjælp af højde i m og kropsmasse i kg. Relative kropsfedtværdier (%BF) vil blive bestemt gennem undervandsvejning (UWW) ved målt resterende lungevolumen. De højeste 3 UWW-forsøg ± 100 g beregnes som gennemsnit og bruges til beregning af kropsvolumen. Kropsvolumen vil blive korrigeret for resterende lungevolumen ved hjælp af tørland-iltfortyndingsteknikken, så kropsdensiteten kan beregnes og konverteres til %BF-formel.

Maksimalt iltforbrug - Maksimalt iltforbrug vil blive målt ved hjælp af en maksimal rampegraderet testprotokol udført på et løbebånd. Hastigheden vil blive øget for hver 60'er med en individuel hastighed, som vil være baseret på deltagerens træningshistorie-spørgeskema (Veterans Specific Activity Questionnaire), for at fremkalde træthed inden for 8 til 12 minutter. Udløbne gasser vil blive analyseret ved hjælp af en metabolisk vogn. Puls (HR) vil blive registreret kontinuerligt ved hjælp af en HR-senderrem (S810i-serien, Polar, USA).

Beregninger og statistiske analyser Data vil blive præsenteret som gennemsnit ± standardafvigelse. En statistisk software vil blive brugt til statistisk analyse. Shapiro-Wilk-testen vil blive brugt til at analysere datanormaliteten. Arealet under kurven (AUC) for insulin og glukose vil blive beregnet ved hjælp af den trapezformede metode. For undersøgelse 1 vil en Student t-test blive brugt til at analysere effekterne af træning (før vs post). For undersøgelse 2 vil en to-vejs variansanalyse (ANOVA) blive brugt til at teste effekten af ​​de to træningsprotokoller (faktor 1 = før og efter 8 ugers træning og faktor 2 = enkelt session vs flere sessioner). Hvis der observeres statistisk signifikante F-værdier, udføres en Tukey post hoc-test. Alfa-niveauet er sat til P ≤ 0,05 for statistisk signifikans.

Potentielle problemer og strategier: Frafald og compliance er begrænsninger i træningsinterventioner. Forskerne vil give træningssessioner på tre forskellige tidspunkter om dagen (tidlig morgen, eftermiddag og aften) for at imødekomme mennesker med forskellige tidsplaner. Deltagerne vil også blive kompenseret for tid.