Høyintensiv intervalltrening for overvektige personer

Betydning Fedmeepidemien er et verdensomspennende folkehelseproblem. Nyere data indikerer at over 650 millioner voksne rundt om i verden (~13%) anses som overvektige. Fedme er en av de viktigste risikofaktorene for type 2 diabetes mellitus (T2D) og 90 % av T2D-tilfellene kan tilskrives overflødig fettmasse. Sammenhengen mellom fedme og T2D antas å være iboende relatert til insulinresistens (IR). IR er preget av en avstumpet effekt av insulin på å redusere sirkulerende blodsukker på hele kroppsnivå og/eller en lavere respons fra visse vev på virkningen av insulin. For eksempel er skjelettmuskulaturen ansvarlig for ~70 % av insulinstimulert postprandialt glukoseopptak og spiller en nøkkelrolle i opprettholdelsen av hele kroppens insulinfølsomhet og glykemisk homeostase. I tillegg er IR en av de tidligste påvisbare defektene før hyperglykemi, tilstede opptil 10 år før diabetes diagnostiseres.

Selv om årsaken til fedme-indusert IR er kompleks og multifaktoriell, er de gunstige effektene av treningstrening for å forebygge og behandle IR godt etablert. Hos individer med IR er en forbedring av insulinvirkningen på glukosemetabolismen i skjelettmuskulaturen en av hovedeffektene indusert av treningstrening. Tidligere forskning viste for eksempel at en enkelt treningsøkt reduserte cellulært stress, noe som kan bidra til treningsindusert økning i insulinfølsomhet. Til tross for effekten av treningstrening på IR, oppnår de fleste individer ikke minimum anbefalte nivåer av fysisk aktivitet: 30 minutter eller mer med moderat intensitet fysisk aktivitet minst 5 dager i uken, eller 20 minutter med kraftig fysisk aktivitet minst 3 dager i uken, eller en kombinasjon av disse, i tillegg til dagliglivets aktiviteter. Det er verdt å merke seg at mangel på tid og vanskeligheter med å få tilgang til fasiliteter for trening ofte blir nevnt som barrierer for fysisk aktivitet.

I denne sammenhengen er høyintensiv intervalltrening (HIIT), som består av korte perioder med intens trening (≥ 80 % av maksimal hjertefrekvens) vekslet med perioder med aktiv restitusjon eller hvile, en relativt tidseffektiv treningsstrategi for å forbedre metabolsk helse og har blitt ansett som mer behagelig enn kontinuerlig trening med moderat til kraftig intensitet. HIIT øker den oksidative kapasiteten i skjelettmuskulaturen og induserer fysiologisk ombygging som endringene fremmet av kontinuerlig aerob trening med moderat intensitet. HIIT ser ut til å være effektiv for å forbedre insulinfølsomheten, spesielt hos de som er i fare for eller med T2D. En tidligere studie med 10 x 60-sekunders syklusintervaller (~90 % av maksimal hjertefrekvens) ispedd 60-sekunders aktiv restitusjon, tre ganger per uke over en periode på to uker, redusert hyperglykemi og økt oksidativ kapasitet i skjelettmuskulaturen hos pasienter med T2D. Nylig publiserte data har vist at et 8-ukers HIIT-program resulterte i lavere IR hos personer med fedme og fremmet også større uttrykk for proteiner relatert til oksidativ metabolisme i skjelettmuskulaturen. Selv om HIIT kan være et effektivt alternativ for å forbedre insulinfølsomhet og glykemisk kontroll hos individer med risiko for T2D, har de fleste HIIT-studier primært blitt utført i tradisjonelle laboratoriemiljøer og er kanskje ikke praktiske for den generelle befolkningen.

Innovasjon Den vanlige tilnærmingen til å studere effekten av trening er enten å bruke tredemøller eller sykkelergometre. Disse tilnærmingene har begrenset oversettelse til et "ekte ord"-scenario. Blant barrierene generelt rapportert for et vanlig fysisk aktivitetsprogram er mangel på tid, vanskeligheter med å få tilgang til treningsfasiliteter og lav motivasjon. Målet med den foreslåtte studien er å undersøke effekten av et HIIT-program ved bruk av et passende treningsalternativ (trappeklatring) på IR hos individer med fedme og med risiko for T2D. Trappeklatring kan betraktes som en daglig aktivitet og er lett tilgjengelig. Tidligere studier har vist at en kort omgang med trappetrinn (<6 min) akutt økte postprandialt glukoseopptak hos middelaldrende menn med nedsatt glukosetoleranse og eldre T2D-personer. En annen studie viste at 6 uker med et kort og intensivt, intermitterende trappeklatringsprogram var effektivt og forbedret kardiorespiratorisk kondisjon hos friske individer, men forbedret ikke IR. Nylig undersøkte en foreløpig studie effekten av 6 ukers kort intermitterende trappetrening på glykemisk kontroll hos personer med T2D. Forfatterne rapporterte at protokollen (3 x 1-minutters anfall med gjentatte opp- og nedstigninger en enkelt trapp) var utilstrekkelig til å indusere forbedringer i glukosekontroll. I denne sammenhengen var volumet for lavt (ca. 50 trapper) og det var ingen progresjon av treningsvolum over tid. I tillegg regnet forfatterne med tiden de gikk ned trappene som en del av kampen på 1 minutt, noe som kan ha redusert enda mer tiden med å gå opp trappen. For å adressere disse begrensningene, vil den foreslåtte studien implementere en mer forlenget protokoll med progressiv økning i treningsvolum og vil kun telle tiden brukt på å gå opp trappene. Så vidt forfatteren vet, har ingen studier testet denne tilnærmingen ved bruk av HIIT hos personer med fedme og risiko for T2D. Funn fra denne studien vil bidra til å oversette forskningsbasert bevis til klinisk praksis og bidra til å forebygge eller behandle individer med risiko for T2D med en ikke-farmakologisk og rimelig tilnærming. Dette emnet er innenfor fokusområdet "Cell and Organism" New Mexico - Idea Network of Biomedical Research Excellence (NM-INBRE) for å fremme forståelsen av menneskers helse.

Tilnærming Studien er et 8-ukers internt intervensjonsdesign hvor deltakerne vil bli testet før og etter intervensjon. 20 deltakere (10 menn og 10 kvinner) vil bli rekruttert fra lokalsamfunnet gjennom plakatannonsering og en-til-en interaksjon. Før deltakerne samtykker i å delta i studien, vil deltakerne gi skriftlig informert samtykke, som godkjennes av den lokale institusjonens vurderingsnemnd. Inkluderingskriterier inkluderer kroppsmasseindeks (BMI) ≥ 30 kg/m2; homeostasemodellvurdering for insulinresistens (HOMA-IR) ≥ 2,71; ingen frykt for å bli helt nedsenket under vann; frihet fra ortopediske skader, diagnoser av T2D eller glukoseintoleranse, kjente akutte eller kroniske sykdommer, og nåværende bruk av betennelsesdempende, hypoglykemiske eller andre legemidler som er kjent for å påvirke metabolismen. Forsøkspersoner som oppfyller de innledende kravene vil ha en fastende blodprøve. Personer med endret glukosemetabolisme (fastende plasmaglukose >126 mg/dL) vil bli ekskludert. Forskerne skal sørge for inkludering av menn og kvinner med ulik etnisk bakgrunn. Den nødvendige prøvestørrelsen ble beregnet a priori basert på endringer i HOMA-IR ved bruk av et alfanivå på 0,05 og kraft på 80 %. Før treningstrening gjennomgår deltakerne: en fastende blodprøve for blodsukker- og insulinmålinger, antropometri og kroppssammensetningsanalyse, og en maksimal gradert treningstest.

Treningsprotokollen består av 8 uker med HIIT ved bruk av trappeklatring med en frekvens på 3 ganger i uken, totalt 24 treningsøkter. I den første uken av trappeopplæringsprogrammet vil fagene møtes i UNMs Teaching Education Building (Stair Case 2). De følgende 7 ukene kan forsøkspersonene utføre treningsprogrammet ved en trapp som passer best for dem og godkjent av forskerteamet. Oppvarmingen vil bestå av 2 minutter med å gå opp og ned trappene i behagelig tempo. Den intermitterende øvelsen med høy intensitet vil bestå av 6-12 x 30 sekunders omgang med oppstigning i en anstrengelse i moderat tempo. En 30-sekunders gangrestitusjon vil skje mellom treningskampene. Etter treningsøkten vil motivet gå i løpet av en 2-minutters nedkjøling. Hver økt vil vare mellom 10 og 15 minutter. Antall kamper (6-12) vil økes gradvis over ukene. I løpet av første (uke 1) og siste uke (uke 8) av treningsprogrammet vil fagene bli overvåket av en utdannet treningsfysiolog. Under disse overvåkede besøkene vil hjertefrekvens og vurdering av opplevd anstrengelse (OMNI-skalaen) bli målt ved slutten av hver trappeoppgang og etter aktiv restitusjon. Forsøkspersonene vil ha muligheten til å be om ytterligere overvåking om ønskelig. Uke 2 til 7 OMNI vil bli tatt opp selv av fagene.

Målinger Insulinresistens - Etter 10 timers faste og minst 72 timer før og etter treningen vil det bli tatt venøse blodprøver for måling av blodsukker og insulin. HOMA-IR (beregnet ved [glukose (mmol)] x [insulin (µU/ml)] ÷ 22,5) vil bli bestemt fra fastende glukose og insulinkonsentrasjoner.

Antropometriske og kroppssammensetningsmålinger - Høyde og kroppsmasse vil bli målt ved hjelp av en analog skala med koblet stadiometer. BMI vil bli beregnet ved hjelp av høyde i m og kroppsmasse i kg. Relative kroppsfettverdier (%BF) vil bli bestemt gjennom undervannsveiing (UWW) ved målt gjenværende lungevolum. De høyeste 3 UWW-forsøkene ± 100 g beregnes i gjennomsnitt og brukes til beregning av kroppsvolum. Kroppsvolum vil bli korrigert for gjenværende lungevolum ved bruk av oksygenfortynningsteknikken på tørt land slik at kroppstettheten kan beregnes og konverteres til %BF-formel.

Maksimalt oksygenforbruk - Maksimalt oksygenforbruk vil bli målt ved hjelp av en maksimal rampegradert testprotokoll utført på en tredemølle. Hastigheten vil økes hver 60. s med en individuell hastighet, som vil være basert på deltakerens treningshistorikk spørreskjema (Veterans Specific Activity Questionnaire), for å indusere tretthet innen 8 til 12 minutter. Utløpte gasser vil bli analysert ved hjelp av en metabolsk vogn. Hjertefrekvens (HR) vil bli registrert kontinuerlig med en HR-senderstropp (S810i-serien, Polar, USA).

Beregninger og statistiske analyser Data vil bli presentert som gjennomsnitt ± standardavvik. En statistisk programvare vil bli brukt for statistisk analyse. Shapiro-Wilk-testen vil bli brukt til å analysere datanormaliteten. Arealet under kurven (AUC) for insulin og glukose vil bli beregnet ved bruk av trapesmetoden. For studie 1 vil en Student t-test bli brukt for å analysere effekten av trening (pre vs post). For studie 2 vil en toveis variansanalyse (ANOVA) bli brukt for å teste effekten av de to treningsprotokollene (faktor 1 = før og etter 8 ukers trening og faktor 2 = enkelt økt vs flere økter). Hvis statistisk signifikante F-verdier observeres, vil en Tukey post hoc-test bli utført. Alfanivået er satt til P ≤ 0,05 for statistisk signifikans.

Potensielle problemer og strategier: Frafall og etterlevelse er begrensninger i treningsintervensjoner. Forskerne vil gi treningsøkter på tre forskjellige tidspunkter om dagen (tidlig morgen, ettermiddag og kveld) for å imøtekomme personer med forskjellige tidsplaner. Deltakerne vil også bli kompensert for tid.