Trening interwałowy o wysokiej intensywności dla osób otyłych

Znaczenie Epidemia otyłości jest ogólnoświatowym problemem zdrowia publicznego. Najnowsze dane wskazują, że ponad 650 milionów dorosłych na całym świecie (~13%) uważa się za otyłych. Otyłość jest jednym z głównych czynników ryzyka cukrzycy typu 2 (T2D), a 90% przypadków T2D można przypisać nadmiernej masie tłuszczowej. Uważa się, że związek między otyłością a T2D jest nierozerwalnie związany z insulinoopornością (IR). IR charakteryzuje się osłabionym działaniem insuliny na obniżenie stężenia glukozy we krwi krążącej na poziomie całego ciała i/lub słabszą odpowiedzią niektórych tkanek na działanie insuliny. Na przykład mięśnie szkieletowe są odpowiedzialne za około 70% stymulowanego insuliną poposiłkowego wychwytu glukozy i odgrywają kluczową rolę w utrzymaniu wrażliwości całego organizmu na insulinę i homeostazie glikemii. Dodatkowo IR jest jednym z najwcześniej wykrywalnych defektów poprzedzających hiperglikemię, występującym do 10 lat przed rozpoznaniem cukrzycy.

Chociaż przyczyna IR wywołanej otyłością jest złożona i wieloczynnikowa, korzystne efekty treningu fizycznego w zapobieganiu i leczeniu IR są dobrze znane. U osób z IR poprawa działania insuliny na metabolizm glukozy w mięśniach szkieletowych jest jednym z głównych efektów wywołanych treningiem fizycznym. Na przykład poprzednie badania wykazały, że pojedyncza sesja ćwiczeń zmniejsza stres komórkowy, co może przyczyniać się do wzrostu wrażliwości na insulinę wywołanego wysiłkiem fizycznym. Pomimo skuteczności treningu wysiłkowego na IR, większość osób nie osiąga minimalnego zalecanego poziomu aktywności fizycznej: 30 minut lub więcej umiarkowanej aktywności fizycznej co najmniej 5 dni w tygodniu lub 20 minut intensywnej aktywności fizycznej co najmniej 3 dni w tygodniu. dni w tygodniu lub ich połączenie, oprócz czynności życia codziennego. Warto zauważyć, że brak czasu i trudności w dostępie do urządzeń do ćwiczeń są powszechnie wymieniane jako bariery dla aktywności fizycznej.

W tym kontekście trening interwałowy o wysokiej intensywności (HIIT), na który składają się krótkie okresy intensywnych ćwiczeń (≥ 80% tętna maksymalnego) przeplatane okresami aktywnej regeneracji lub odpoczynku, jest względnie efektywną czasowo strategią treningową mającą na celu poprawę zdrowia metabolicznego i został uznany za przyjemniejszy niż ciągły trening o umiarkowanej lub intensywnej intensywności. HIIT zwiększa zdolność oksydacyjną mięśni szkieletowych i indukuje fizjologiczną przebudowę, taką jak zmiany promowane przez ciągły trening aerobowy o umiarkowanej intensywności. HIIT wydaje się skuteczny w poprawie wrażliwości na insulinę, szczególnie u osób zagrożonych lub z T2D. Poprzednie badanie wykorzystujące 10 x 60-sekundowych interwałów na rowerze (~90% maksymalnego tętna) przeplatanych 60-sekundową aktywną regeneracją, trzy razy w tygodniu przez okres dwóch tygodni, zmniejszyło hiperglikemię i zwiększyło zdolność oksydacyjną mięśni szkieletowych u pacjentów z T2D. Niedawno opublikowane dane wykazały, że 8-tygodniowy program HIIT skutkował niższym IR u osób z otyłością, a także promował większą ekspresję białek związanych z metabolizmem oksydacyjnym w mięśniach szkieletowych. Chociaż HIIT może być skuteczną opcją poprawy wrażliwości na insulinę i kontroli glikemii u osób z ryzykiem T2D, większość badań HIIT przeprowadzono głównie w tradycyjnych warunkach laboratoryjnych i może nie być praktyczna w populacji ogólnej.

Innowacje Powszechnym podejściem do badania efektów ćwiczeń jest użycie bieżni lub ergometrów rowerowych. Podejścia te mają ograniczone tłumaczenie do scenariusza „prawdziwego słowa”. Wśród najczęściej zgłaszanych barier związanych z programem regularnej aktywności fizycznej jest brak czasu, trudności w dostępie do urządzeń do ćwiczeń i niska motywacja. Celem proponowanego badania jest zbadanie wpływu programu HIIT z wykorzystaniem odpowiedniej alternatywy ćwiczeń (wchodzenie po schodach) na IR u osób z otyłością i ryzykiem T2D. Wchodzenie po schodach można uznać za codzienną czynność i jest łatwo dostępne. Wcześniejsze badania wykazały, że jedno krótkie wejście po schodach (<6 min) gwałtownie zwiększyło poposiłkowy wychwyt glukozy u mężczyzn w średnim wieku z upośledzoną tolerancją glukozy i starszych pacjentów z T2D. Inne badanie wykazało, że 6 tygodni krótkiego, intensywnego przerywanego programu wchodzenia po schodach skutecznie poprawiało wydolność krążeniowo-oddechową u zdrowych osób, ale nie poprawiało IR. Niedawno we wstępnym badaniu zbadano wpływ 6 tygodni krótkich, przerywanych ćwiczeń wchodzenia po schodach na kontrolę glikemii u osób z cukrzycą typu 2. Autorzy stwierdzili, że protokół (3 x 1-minutowe napady wielokrotnego wchodzenia i schodzenia po jednym biegu schodów) był niewystarczający do wywołania poprawy kontroli glikemii. W tym kontekście objętość była zbyt mała (około 50 schodów) i nie było progresji objętości treningu w czasie. Dodatkowo autorzy liczyli czas zejścia ze schodów w ramach 1-minutowej walki, co mogło jeszcze bardziej skrócić czas spędzony na wejściu po schodach. Aby zaradzić tym ograniczeniom, proponowane badanie obejmie dłuższy protokół ze stopniowym zwiększaniem objętości ćwiczeń i będzie liczył tylko czas spędzony na wchodzeniu po schodach. Zgodnie z najlepszą wiedzą autora, żadne badanie nie testowało tego podejścia z wykorzystaniem HIIT u osób z otyłością i ryzykiem T2D. Wyniki tego badania pomogą przełożyć dowody naukowe na praktykę kliniczną i przyczynią się do zapobiegania lub leczenia osób zagrożonych cukrzycą typu 2 za pomocą niefarmakologicznego i taniego podejścia. Temat ten jest objęty obszarem zainteresowania „Komórki i organizmy” w Nowym Meksyku — Idea Network of Biomedical Research Excellence (NM-INBRE), aby pogłębić wiedzę na temat zdrowia ludzkiego.

Podejście Badanie jest 8-tygodniowym projektem interwencji w ramach podmiotu, w którym uczestnicy zostaną przetestowani przed i po interwencji. 20 uczestników (10 mężczyzn i 10 kobiet) zostanie zrekrutowanych z lokalnej społeczności poprzez reklamy plakatowe i indywidualne interakcje. Przed wyrażeniem zgody na udział w badaniu uczestnicy otrzymają pisemną świadomą zgodę, która zostanie zatwierdzona przez komisję rewizyjną instytucji lokalnej. Kryteria włączenia obejmują wskaźnik masy ciała (BMI) ≥ 30 kg/m2; ocena modelu homeostazy insulinooporności (HOMA-IR) ≥ 2,71; brak strachu przed całkowitym zanurzeniem pod wodą; brak urazów ortopedycznych, rozpoznanie T2D lub nietolerancji glukozy, znanych ostrych lub przewlekłych chorób oraz aktualne stosowanie leków przeciwzapalnych, hipoglikemizujących lub innych, o których wiadomo, że wpływają na metabolizm. Osobom, które spełniają wstępne wymagania, zostanie pobrana krew na czczo. Osoby ze zmienionym metabolizmem glukozy (glukoza w osoczu na czczo >126 mg/dl) zostaną wykluczone. Naukowcy zadbają o włączenie mężczyzn i kobiet o różnym pochodzeniu etnicznym. Wymaganą wielkość próby obliczono a priori na podstawie zmian w HOMA-IR przy użyciu poziomu alfa 0,05 i mocy 80%. Przed treningiem wysiłkowym uczestnicy przechodzą: pobranie krwi na czczo w celu pomiaru stężenia glukozy i insuliny we krwi, analizę antropometryczną i składu ciała oraz próbę wysiłkową maksymalnego stopniowania.

Protokół treningu wysiłkowego składa się z 8 tygodni HIIT z wykorzystaniem wchodzenia po schodach z częstotliwością 3 razy w tygodniu, łącznie 24 sesje treningowe. Przez pierwszy tydzień programu ćwiczeń na schodach uczestnicy będą spotykać się w Budynku Nauczania Kształcenia UNM (Schody 2). Przez kolejne 7 tygodni badani mogą wykonywać program ćwiczeń na klatce schodowej najdogodniejszej dla nich i zatwierdzonej przez zespół badawczy. Rozgrzewka będzie polegała na 2 minutach wchodzenia i schodzenia po schodach w wygodnym tempie. Przerywane ćwiczenie o wysokiej intensywności będzie składać się z 6-12 x 30-sekundowych serii wznoszenia z pełnym wysiłkiem w umiarkowanym tempie. Pomiędzy kolejnymi ćwiczeniami nastąpi 30-sekundowa przerwa w marszu. Po sesji ćwiczeń badany będzie spacerował podczas 2-minutowego wyciszenia. Każda sesja będzie trwała od 10 do 15 minut. Liczba walk (6-12) będzie stopniowo zwiększana w ciągu tygodni. Podczas pierwszego (tydzień 1) i ostatniego (tydzień 8) programu ćwiczeń uczestnicy będą monitorowani przez przeszkolonego fizjologa ćwiczeń. Podczas tych nadzorowanych wizyt tętno i ocena postrzeganego wysiłku (skala OMNI) będą mierzone pod koniec każdego wejścia po schodach i po aktywnej regeneracji. W razie potrzeby badani będą mieli możliwość zażądania dalszego monitorowania. Tygodnie od 2 do 7 OMNI będą rejestrowane samodzielnie przez badanych.

Pomiary Insulinooporność - Po 10-godzinnym poście oraz co najmniej 72 godziny przed i po treningu zostaną pobrane próbki krwi żylnej do pomiaru poziomu glukozy i insuliny we krwi. HOMA-IR (obliczony jako [glukoza (mmol)] x [insulina (µU/ml)] ÷ 22,5) zostanie określony na podstawie stężeń glukozy i insuliny na czczo.

Pomiary antropometryczne i składu ciała - Pomiar wysokości i masy ciała zostanie dokonany za pomocą wagi analogowej ze sprzężonym stadiometrem. BMI zostanie obliczone na podstawie wzrostu wm i masy ciała w kg. Względne wartości tkanki tłuszczowej (%BF) zostaną określone poprzez ważenie pod wodą (UWW) przy zmierzonej zalegającej objętości płuc. Najwyższe 3 próby UWW ± 100 g zostaną uśrednione i wykorzystane do obliczenia objętości ciała. Objętość ciała zostanie skorygowana o pozostałą objętość płuc przy użyciu techniki rozcieńczania tlenu na suchym lądzie, tak aby gęstość ciała mogła zostać obliczona i przeliczona na wzór %BF.

Maksymalne zużycie tlenu — maksymalne zużycie tlenu zostanie zmierzone przy użyciu protokołu testu z maksymalną rampą, przeprowadzonego na bieżni. Prędkość będzie zwiększana co 60 sekund w indywidualnym tempie, które będzie oparte na kwestionariuszu historii ćwiczeń uczestnika (kwestionariusz specyficznej aktywności weteranów), aby wywołać zmęczenie w ciągu 8 do 12 minut. Gazy wydychane będą analizowane przy użyciu wózka metabolicznego. Tętno (HR) będzie rejestrowane w sposób ciągły za pomocą paska nadajnika HR (seria S810i, Polar, USA).

Obliczenia i analizy statystyczne Dane zostaną przedstawione jako średnia ± odchylenie standardowe. Do analizy statystycznej zostanie użyte oprogramowanie statystyczne. Do analizy normalności danych zostanie wykorzystany test Shapiro-Wilka. Powierzchnia pod krzywą (AUC) dla insuliny i glukozy zostanie obliczona metodą trapezoidalną. W przypadku badania 1 do analizy efektów treningu (przed vs. po) zostanie użyty test t Studenta. W badaniu 2 zostanie wykorzystana dwukierunkowa analiza wariancji (ANOVA) w celu przetestowania efektu dwóch protokołów ćwiczeń (czynnik 1 = przed i po 8 tygodniach treningu oraz czynnik 2 = pojedyncza sesja w porównaniu z wieloma sesjami). W przypadku zaobserwowania statystycznie istotnych wartości F zostanie przeprowadzony test post hoc Tukeya. Poziom alfa ustalono na P ≤ 0,05 dla istotności statystycznej.

Potencjalne problemy i strategie: Rezygnacja i przestrzeganie zaleceń to ograniczenia w interwencjach związanych z treningiem fizycznym. Naukowcy zapewnią sesje szkoleniowe w trzech różnych porach dnia (wcześnie rano, po południu i wieczorem), aby pomieścić osoby o różnych harmonogramach. Ponadto uczestnicy otrzymają rekompensatę za poświęcony czas.