Pohybová aktivita a obezita

Prezentace na téma: "Pohybová aktivita a obezita"— Transkript prezentace:

1 Pohybová aktivita a obezita
z hlediska metabolismu kosterních svalů Patofyziologie tělesné zátěže Fyzioterapie

2 Negativní vliv na dlouhodobou regulaci tukové rovnováhy
nalačno zvýšená inzulínová stimulace (např. po jídle) při vytrvalostní tělesné práci nízké a střední intenzity při intenzivní tělesné práci lipidy glykogen Snížená oxidace? Negativní vliv na dlouhodobou regulaci tukové rovnováhy

3 Nalačno: Neefektivní utilizace mastných kyselin kosterními svaly u obézních osob
Nižší oxidace MK Stejná spotřeba MK Redukovaná oxidace lipidů kosterními svaly není u obézních osob způsobená nižší nabídkou MK! KELLEY, D.E., SIMONEAU, A., GOODPASTER,B., TROOST, F. Defects of skeletal muscle fatty acid metabolism in obesity. Obes. Res. 1997, vol. 5, p. 21S.

4 zásobní tuky = spotřebované MK mínus oxidované MK

5 Při zvýšené produkci inzulínu: Neefektivní utilizace mastných kyselin kosterními svaly u obézních osob Selhání mechanismů potlačujících oxidaci lipidů a preferujících jako energetický substrát glykogen. Při změně produkce inzulínu k přesunu mezi využívanými substráty - metabolická regulační rigidita = porušená odpověď jak na nízkou, tak i vysokou hladinu inzulínu. KELLEY, D.E., SIMONEAU, A., GOODPASTER,B., TROOST, F. Defects of skeletal muscle fatty acid metabolism in obesity. Obes. Res. 1997, vol. 5, p. 21S.

6 1. Oxidativní kapacita kosterních svalů pro FA je redukovaná
Závěr 1: Závěr 2: 2. Zvýšená dispozice obézních k akumulaci lipidů v kosterních svalech

7 PŘÍČINY NEROVNOVÁHY MEZI SPOTŘEBOU A OXIDACÍ MK V KOSTERNÍCH SVALECH ????????????????????????????????????????????????????????????????????? SIMONEAU, J.A., KELLEY, D.E., NEVEROVA, M., WARDEN, C.H. Overexpression of muscle uncoupling protein 2 content in human obesity associates with reduced skeletal muscle lipid utilization. FASEB J. 1998, vol. 12, no. 15, p

8 Karnitin palmitoyl transferáza I II
Cytoplazma Vnitřní membrána Matrix acyl-CoA Karnitin Karnitin acyl-CoA Karnitin palmitoyl transferáza I II acylkarnitin acylkarnitin CoA CoA

9 Alfa-ketoglutarát (5C)
Pyruvát (3C) NAD+ CO2 NADH + H+ Acetyl-CoA (2C) Acyl-CoA Oxalacetát (4C) Citrát (6C) NAD+ NADH + H+ NAD+ Malát (4C) Izocitrát (6C) Citrát syntáza CO2 Fumarát (4C) NADH + H+ FADH2 Alfa-ketoglutarát (5C) Sukcinát (4C) P FAD Sukcinyl-CoA (4C) CO2 GTP NAD+ NADH + H+ GDP

10 Uncoupling proteins - UCP
(rozpřahující proteiny) Mitochondriální membránové transportní proteiny, ruší protonový gradient (rozpřahují kaskádové reakce, např. fosforylaci od oxidace) UCP2 fosforylace oxidace

11 Centrálnější distribuce tukových kapének ve svalových vláknech obézních než štíhlých (27,2± 5,7% vs 19,7±6,4%; P<0.05) MALENFANT, P., JOANISSE, D.R., THERIAULT, R., GOODPASTER, B.H., KELLEY, D.E., SIMONEAU, J.A. Fat content in individual muscle fibers of lean and obese subjects. Int. J. Obes. Relat. Metab. Disord. 2001, vol. 25, no. 9, p

12 IRS Transport glukózy do svalové buňky
Inzulínová rezistence buněčná membrána ATP IRS cAMP kinázy Protein- kináza B Transport glukózy do svalové buňky Atypická protein- kináza C

13 Hyperinzulinémie + inzulínová rezistence hladina adrenalinu v krvi
METABOLICKÝ SYNDROM Dyslipo proteinémie Centrální obezita Hyperinzulinémie + inzulínová rezistence Zvýšená srážlivost krve Mírná hypertenze Zvýšená hladina adrenalinu v krvi Zvýšená aktivita sympatiku

14 Hyperinzulinémie + inzulínová rezistence hladina adrenalinu v krvi
KELLEY, D.E., GOODPASTER, B.H. Skeletal muscle triglyceride. An aspect of regional adiposity and insulin resistance. Diabetes Care. 2001, vol. 24, no. 5, p Dyslipo proteinémie Centrální obezita Hyperinzulinémie + inzulínová rezistence Zvýšená srážlivost krve Mírná hypertenze Zvýšené množství tukových depozit v kosterních svalech Zvýšená hladina adrenalinu v krvi Zvýšená aktivita sympatiku

15 Obsah tuku ve svalech, zjišťovaný pomocí počítačové tomografie nebo svalové biopsie, má u obézních osob největší, na viscerálním tuku nezávislou, prediktivní hodnotu pro inzulínovou rezistenci GOODPASTER, B.H., THAETE, F.L., SIMONEAU, J.A., KELLEY, D.E. Subcutaneous abdominal fat and thigh muscle composition predict insulin sensitivity independently of visceral fat. Diabetes. 1997, vol. 46, no. 10, p PAN, D.A., LILLIOJA, S., KRIKETOS, A.D., MILLER, M.R., BAUR, L.A., BOGARDUS, C., JENKINS, A.B., STORLIEN, L.H. Skeletal muscle triglyceride levels are inversely related to insulin action. Diabetes. 1997, vol. 46, no. 6, p

16 ? PŘÍČINY INZULÍNOVÉ REZISTENCE V KOSTERNÍCH SVALECH ?
AHMAD, F., AZEVEDO, J.L., CORTRIGHT, R., OHM, G.L., GOLDSTEIN, B.J. Alterations in skeletal muscle protein-tyrosine phosphatase activity and expression in insulin-resistant human obesity and diabetes. J. Clin. Invest. 1997, vol. 100, no. 2, p NARUŠENÁ REGULACE SIGNALIZACE INZULÍNOVÝCH RECEPTORŮ EVANS, D.J., MURRAY, R., KISSEBAH, A.H. Relationship between skeletal muscle insulin resistance, insulin-mediated glucose disposal, and insulin binding. Effects of obesity and body fat topography. J. Clin. Invest. 1984, vol. 74, no. 4, p ZHORŠENÉ INZULÍNEM STIMULOVANÉ USKLADŇOVÁNÍ GLUKÓZY ROTHMAN, D.L., MAGNUSSON, I., CLINE, G., GERARD, D., KAHN, C.R., SHULMAN, R.G., SHULMAN, G.I. Decreased muscle glucose transport/phosphorylation is an early defect in the pathogenesis of non-insulin-dependent diabetes mellitus. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1995, vol. 92, no. 4, p PORUŠENÝ TRANSPORT A FOSFORYLACE GLUKÓZY

17 ? PŘÍČINY INZULÍNOVÉ REZISTENCE V KOSTERNÍCH SVALECH ?
NARUŠENÁ REGULACE SIGNALIZACE INZULÍNOVÝCH RECEPTORŮ ZHORŠENÉ INZULÍNEM STIMULOVANÉ USKLADŇOVÁNÍ GLUKÓZY PORUŠENÝ TRANSPORT A FOSFORYLACE GLUKÓZY COLBERG, S.R., SIMONEAU, J.A., THAETE, F.L., KELLEY, D.E. Skeletal muscle utilization of free fatty acids in women with visceral obesity. J. Clin. Invest. 1995, vol. 95, no. 4, p KELLEY, D.E., SIMONEAU, A., GOODPASTER,B., TROOST, F. Defects of skeletal muscle fatty acid metabolism in obesity. Obes. Res. 1997, vol. 5, p. 21S. REDUKOVANÁ KAPACITA KOSTERNÍCH SVALŮ PRO OXIDACI TUKŮ zvýšená esterifikace a ukládání tuků v kosterních svalech menší využitelnost MK

18 INZULÍNOVÁ REZISTENCE
? PŘÍČINY INZULÍNOVÉ REZISTENCE V KOSTERNÍCH SVALECH ? INZULÍNOVÁ REZISTENCE defekt metabolismu sacharidů defekt metabolismu MK

19 Poměr mezi využitím glukózy (Rd – ukazatel inzulínové senzitivity) během inzulínové stimulace a poměrem aktivity hexokinázy (glykolytický enzym) k aktivitě citrát syntázy (oxidativní enzym) u diabetiků, obézních a štíhlých zdravých osob KELLEY, D.E., SIMONEAU, A., GOODPASTER,B., TROOST, F. Defects of skeletal muscle fatty acid metabolism in obesity. Obes. Res. 1997, vol. 5, p. 21S.

20 JOHNSON, N. A. , STANNARD, S. R. , THOMPSON, M. W
JOHNSON, N.A., STANNARD, S.R., THOMPSON, M.W. Muscle triglyceride and glycogen in endurance exercise: implications for performance. Sports Med. 2004, vol. 34, no. 3, p Sportovní medicína dříve – manipulace s krátkodobými změnami příjmu živin - akcentování glykogenu jako energetického substrátu (glykogenová superkompenzace před závody) ? ?

21 U výborně vytrvalostně trénovaných osob
JOHNSON, N.A., STANNARD, S.R., THOMPSON, M.W. Muscle triglyceride and glycogen in endurance exercise: implications for performance. Sports Med. 2004, vol. 34, no. 3, p Intracelulární tuky - významný svalový energetický substrát využíván při prolongovaném zatížení U výborně vytrvalostně trénovaných osob ukládání lipidů za podmínek sníženého příjmu sacharidů dominantní tvorba zásobních lipidů relativně rychlá

22 ? tuková superkompenzace před závody ?
JOHNSON, N.A., STANNARD, S.R., THOMPSON, M.W. Muscle triglyceride and glycogen in endurance exercise: implications for performance. Sports Med. 2004, vol. 34, no. 3, p Intracelulární tuky - významný svalový energetický substrát využíván při prolongovaném zatížení Intramyocelulární lipidy stejně dostupný energetický substrát jako glykogen Dobře vytrvalostně trénovaní sportovci snadno využívají ? tuková superkompenzace před závody ?

23 Vliv vytrvalostní tělesné práce na hladinu volných mastných kyselin a glycerolu v plazmě a na množství intracelulárních lipidů v pracujících a nepracujících svalech SCHRAUWEN-HINDERLING, et al. Intramyocellular lipid content is increased after exercise in nonexercising human skeletal muscle. J Appl Physiol. 2003, vol. 95, no. 6, p

24 SCHRAUWEN-HINDERLING, V. B. , VAN LOON, L. J. , KOOPMAN, R
SCHRAUWEN-HINDERLING, V.B., VAN LOON, L.J., KOOPMAN, R., NICOLAY, K., SARIS, W.H., KOOI, M.E. Intramyocellular lipid content is increased after exercise in nonexercising human skeletal muscle. J. Appl. Physiol. 2003b, vol. 95, no. 6, p Hladina inzulínu v krvi před a po 14 denním vytrvalostním tréninku (otevřený symbol – před tréninkem, plný červený symbol – po tréninku) se významně neliší

25 SCHRAUWEN-HINDERLING, V. B. , VAN LOON, L. J. , KOOPMAN, R
SCHRAUWEN-HINDERLING, V.B., VAN LOON, L.J., KOOPMAN, R., NICOLAY, K., SARIS, W.H., KOOI, M.E. Intramyocellular lipid content is increased after exercise in nonexercising human skeletal muscle. J. Appl. Physiol. 2003b, vol. 95, no. 6, p Obsah intramyocelulárních lipidů po 14 denním vytrvalostním tréninku Bílý sloupec – před zátěží, černý sloupec – po zátěži se významně zvyšuje před tréninkem po tréninku

26 Zvýšení množství intramyocelulárních tuků je velmi časnou odpovědí na trénink, která předchází zvýšení inzulínové senzitivity Při vytrvalostním tréninku zvýšená přítomnost triglyceridů ve svalech nemá negativní vliv na účinnost inzulínu Při nedostatku pohybu je zvýšená přítomnost triglyceridů ve svalech příčinou inzulínové rezistence !!!

27 Během vytrvalostní práce dochází k depleci intramyocelulárních
BOESCH, C., SLOTBOOM, J., HOPPELER, H., KREIS, R. In vivo determination of intra-myocellular lipids in human muscle by means of localized 1H-MR-spectroscopy. Magn. Reson. Med. 1997, vol. 37, no. 4, p Během vytrvalostní práce dochází k depleci intramyocelulárních

28 Zdravé štíhlé osoby kosterní svaly metabolicky flexibilní
BRUN, J.F., VARLET-MARIE, E., CASSAN, D., MANETTA, J., MERCIER, J. Blood fluidity is related to the ability to oxidize lipids at exercise. Clin. Hemorheol. Microcirc. 2004, vol. 30, no. 3-4, p Obézní osoby nebo diabetici 2. typu kosterní svaly metabolicky neflexibilní Zdravé štíhlé osoby kosterní svaly metabolicky flexibilní při vytrvalostní práci dominantní využití tuků při vytrvalostní práci využití tuků klesá při intenzivní zátěži v důsledku zvýšené oxidace lipidů snížená oxidace glykogenu při intenzivní zátěži dominantní využití glykogenu

29 KLESÁ VYTRVALOSTNÍ KAPACITA KLESÁ MAXIMÁLNÍ AEROBNÍ KAPACITA
BRUN, J.F., VARLET-MARIE, E., CASSAN, D., MANETTA, J., MERCIER, J. Blood fluidity is related to the ability to oxidize lipids at exercise. Clin. Hemorheol. Microcirc. 2004, vol. 30, no. 3-4, p Obézní osoby nebo diabetici 2. typu kosterní svaly metabolicky neflexibilní při vytrvalostní práci využití tuků klesá KLESÁ VYTRVALOSTNÍ KAPACITA KLESÁ MAXIMÁLNÍ AEROBNÍ KAPACITA při intenzivní zátěži v důsledku zvýšené oxidace lipidů snížená oxidace glykogenu

30 Oxidace glykogenu (40-minutové práci při 40% VO2 max)
COLBERG, S.R., HAGBERG, J.M., McCOLE, S.D., ZMUDA, J.M., THOMPSON, P.D., KELLEY, D.E. Utilization of glycogen but not plasma glucose is reduced in individuals with NIDDM during mild-intensity exercise. J. Appl. Physiol. 1996, vol. 81, no. 5, p Oxidace glykogenu (40-minutové práci při 40% VO2 max) ** ***

31 Zvýšená viskozita krve
BRUN, J.F., VARLET-MARIE, E., CASSAN, D., MANETTA, J., MERCIER, J. Blood fluidity is related to the ability to oxidize lipids at exercise. Clin. Hemorheol. Microcirc. 2004, vol. 30, no. 3-4, p Snížená schopnost oxidovat a periodicky snižovat svalové triglyceridy při vytrvalostní práci Zvýšené množství krevních tuků Zvýšená tvorba volných radikálů Zvýšená viskozita krve Deformace erytrocytů

32 Pravidelná pohybová aktivita ŘADA POZITIVNÍCH VLIVŮ NA ZDRAVÍ ČLOVĚKA
BRUN, J.F., VARLET-MARIE, E., CASSAN, D., MANETTA, J., MERCIER, J. Blood fluidity is related to the ability to oxidize lipids at exercise. Clin. Hemorheol. Microcirc. 2004, vol. 30, no. 3-4, p Pravidelná pohybová aktivita Snižuje množství krevních tuků Snižuje tvorbu volných radikálů ŘADA POZITIVNÍCH VLIVŮ NA ZDRAVÍ ČLOVĚKA

33 Pravidelná pohybová aktivita
BERGGREN, J.R., HULVER, M.W., DOHM, G.L., HOUMARD, J.A. Weight loss and exercise: implications for muscle lipid metabolism and insulin action. Med. Sci. Sports Exerc. 2004, vol. 36, no. 7, p GOODPASTER, B.H., THAETE, F.L., SIMONEAU, J.A., KELLEY, D.E. Subcutaneous abdominal fat and thigh muscle composition predict insulin sensitivity independently of visceral fat. Diabetes. 1997, vol. 46, no. 10, p Pravidelná pohybová aktivita Zvýšená oxidace MK Zvýšená účinnost inzulínu v kosterním svalstvu Snížení hyperinzulinémie DRISCOLL, S.D., MEININGER, G.E., LJUNGQUIST, K., HADIGAN, C., TORRIANI, M., KLIBANSKI, A., FRONTERA, W.R., GRINSPOON, S. Differential effects of metformin and exercise on muscle adiposity and metabolic indices in human immunodeficiency virus-infected patients. J. Clin. Endocrinol. Metab. 2004, vol. 89, no. 5, p

34 Intramyocelulární lipidy v m
Intramyocelulární lipidy v m. vastus lateralis před (pre) a po 15 týdenní energetické restrikci (ER 700 kcal/day) a 20 týdenním vytrvalostním tréninku + nízkoenergetické dietě (ET-LFD).                   Redukce hmotnosti ze 100 ± 6 kg na 89 ± 6 kg během ER a na 84 ± 4 kg po ET-LFD Glykogen v m. vastus lateralis před (pre) a po energetické restrikci (ER) a vytrvalostním tréninku + nízkoenergetické dietě (ET-LFD).                   MALENFANT, P., TREMBLAY, A., DOUCET, E., IMBEAULT, P., SIMONEAU, J.A., JOANISSE, D.R. Elevated intramyocellular lipid concentration in obese subjects is not reduced after diet and exercise training. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2001, vol. 280, no. 4, p. E

35 Index celkového množství intramuskulárních lipidů (ORO fraction) u šesti morbidně obézních osob před a po redukci hmotnosti GRAY, R.E., TANNER, C.J., PORIES, J.W., MACDONALD, K. G., AND HOUMARD, J. A. Effect of weight loss on muscle lipid content in morbidly obese subjects. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 2003, vol no 4, p. E

36 Změna intramyocelulárních lipidů na základě redukce hmotnosti
způsob intervence atd. atd. Změna intramyocelulárních lipidů na základě redukce hmotnosti atd. atd. atd. atd. atd. genetická výbava vstupní hodnoty intramuskulárních lipidů atd. atd. atd. atd. atd.

37 Dominantní paradigma = porto-viscerální hypotéza
zvýšená viscerální adipozita inhibice účinnosti inzulínu těžká inzulínová rezistence RAVUSSIN, E., SMITH, SR. Increased fat intake, impaired fat oxidation, and failure of fat cell proliferation result in ectopic fat storage, insulin resistance, and type 2 diabetes mellitus. Ann. N. Y. Acad. Sci. 2002, vol. 967, p syndrom ektopických tukových zásob Kosterní svaly Játra Β-buňky endokrinní žláza s multifaktoriálním zásahem do metabolismu ostatních tkání angiotenzin II leptin interleukin-6 rezistin adiponectin

38 Redukce hmotnosti založená na racionální dietě a pravidelném cvičení
zvýšená viscerální adipozita výrazně snižuje riziko, které je spojeno se zvýšeným množstvím intramuskulárních lipidů u obézních osob inhibice účinnosti inzulínu těžká inzulínová rezistence syndrom ektopických tukových zásob Kosterní svaly Játra Β-buňky endokrinní žláza s multifaktoriálním zásahem do metabolismu ostatních tkání Děkuji za pozornost Děkuji za pozornost redukce intramuskulárních lipidů