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耐力和抵抗力训练对老年人骨骼肌葡萄糖代谢的影响(下)

耐力和抵抗力训练对老年人骨骼肌葡萄糖代谢的影响(下)

医学 临床研究 英语翻译
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2020-12-10 19:37:57


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6.2老年人的耐力训练和糖原合酶途径

运动引起的胰岛素敏感性的改善也与负责葡萄糖利用的代谢途径的改善有关。先前的研究[52]报道,通过超氧化,无氧化葡萄糖处理,对超重,老年人(平均年龄:74岁)的人进行的12周高强度运动训练可提高胰岛素敏感性,表明骨骼肌糖原合成途径得到改善。为支持这一点,据报道,老年人通过耐力训练可增加骨骼肌糖原含量[36,60,62,64],至少一项研究报告说,他们对运动引起的糖原积累的反应比年轻的同龄人[ 36]。基于这些发现,不足为奇的是,老年人在耐力训练中观察到糖原合酶途径的增强[37]。Bienso等。 [37]报道,健康,瘦弱,老年男性的8周耐力训练增强了糖原合酶途径,而PDH活性(负责葡萄糖氧化)则因摄入葡萄糖而降低。虽然可以从这项研究中得出结论,耐力训练会引起葡萄糖优先朝着储存方向穿梭,而不是氧化,但这项研究更具生理学设计(消耗葡萄糖),导致个体之间胰岛素反应的变化,可能影响了骨骼肌。信号和营养需求。无论如何,这项研究表明,在健康,瘦弱的老年男性中,通过耐力训练改善胰岛素敏感性(通过Matsuda指数测量)与糖原合酶途径的改善平行。

鉴于在老年肥胖个体中,胰岛素诱导的训练诱导增强可能受到损害,而糖原合酶途径的改善似乎可从这些个体中获得。 Ryan等。 [57]报道,接受了为期6个月的耐力运动训练以及饮食引起的体重减轻的老年,超重和肥胖男性,可增加骨骼肌分数糖原合酶活性。此外,干预后的全身胰岛素敏感性与胰岛素诱导的糖原合酶活性的改善有关,与Akt丝氨酸473或AS160苏氨酸642的磷酸化无关。据报道,肥胖者的胰岛素敏感性和胰岛素刺激的糖原合酶活性也有类似的改善,绝经后妇女要进行相同的运动和饮食干预[65]。有趣的是,这项研究[65]报告说,与葡萄糖耐量正常的女性相比,被归类为葡萄糖耐量的女性胰岛素刺激的糖原合酶活性的改善更强。尽管这些先前的研究中包括饮食干预[57,65],但似乎饮食饮食引起的体重减轻并不是糖原合酶途径改善所必需的,因为仅进行了6个月的耐力训练就可以增加胰岛素刺激的糖原合酶分数活性[66]。此外,已显示仅热量限制对肥胖,老年妇女的糖原合酶途径没有影响[57]。综上所述,这些发现表明,超重,肥胖和/或葡萄糖不耐症的老年人可能无法从改善的Akt或AS160信号中受益,但仍可能由于骨骼的改善而获得了耐力训练的胰岛素敏感性。肌肉糖原合成途径。


6.3老年人的耐力训练和葡萄糖氧化途径

几项研究报告了老年人的线粒体缺陷和氧化能力降低[67-69]。长期以来,耐力运动已被确立为一种在年轻个体中诱导线粒体生物发生的干预措施[70]。早期研究表明,老年人比年轻人更容易受到运动引起的骨骼肌氧化能的影响。例如,Meredith等。 [36]报告说,中强度耐力训练的12周能够逆转老年患者骨骼肌氧化能力的衰老相关缺陷(〜120%),而年轻人则没有变化。当前的研究表明,骨骼肌线粒体的生物发生增加,并且动态的线粒体裂变和融合响应于耐力训练而发生,而不管其年龄如何[71]。运动引起的骨骼肌过氧化物酶体增殖物激活的受体-γ共激活因子(PGC)-1α的增加,被认为是线粒体生物发生的主要调节剂,发生在年轻人和老年人中[72],并且可能导致与线粒体含量相关的增加进行耐力训练。

线粒体酶PDH在葡萄糖氧化中起关键作用,并且据报道胰岛素刺激的调节作用随着年龄的增长而减弱[8,41]。重要的是,为期12周的耐力训练挽救了老年人胰岛素刺激的PDH调节中与年龄有关的损伤,同时改善了乳酸反应(降低)[41]。我们的研究[41]与Bienso等人的工作之间存在矛盾的PDH结果。 [37]可能与以下事实有关:在我们的研究中,PDH对高胰岛素-正常血糖钳夹而测量的,而Bienso等人则是口服葡萄糖负荷的。 [37]研究和/或前者包括来自两性的数据,而后者只关注男性的反应。总体而言,这些结果表明,随着年龄的增长,关于耐力训练对线粒体生物发生的影响的肌肉可塑性得以保留,从而改善了骨骼肌的氧化能力并增强了胰岛素刺激的PDH调节。


6.4成年人的耐力训练和肌内脂质(IMCL)

据报道,老年人中肌内脂质(IMCL)升高[4,73],并与胰岛素抵抗相关[4,73,74]。有趣的是,据报道在耐力训练中肌内甘油三酸酯(IMTG)随胰岛素敏感[64,75–78]。 Goodpaster等。 [75]首次发现了运动员的悖论,即年轻耐力训练的个体对素敏,尽IMTG储备增加,相当于肥胖,胰岛素抵抗的2型糖尿病患者。人们认为,耐力运动员不断增加的能量需求,以及线粒体含量和功能的增加,都使IMTG转换率提高(消耗/补充周期增加),从而保护了他们免受胰岛素抵抗[75,79,80]。有趣的是,这种悖论也出现在老年人中,耐力训练会增加IMCL以及胰素敏[64,76–78]。可以合理地假设,如上所述,由于老年人保留了运动诱发的线粒体生物发生和氧化的可塑性,因此,这些适应措施说明了老年人中IMCL的增加,与他们的年轻人相似。

在发现运动员的悖论之后,研究不再将IMTG视为胰岛素抵抗的直接原因,而是将重点放在与骨骼肌胰岛素抵抗直接相关的脂质中间体包括二酰基甘油(DAG)和神经酰胺[81]上。在老年人中升高[82]。重要的是,在年龄(60-75岁)的16周耐力训练中,据报道肥胖的人会减少骨骼肌DAG(〜-40%)和神经酰胺(〜-30%),运动引起的胰岛素敏感性改善与神经酰胺的下降[64,78]。

总而言之,老年人和年轻人一样,会遇到运动员的悖论,在这种悖论中,耐力训练与增加的IMTG一起提高了胰岛素敏感性。也许更令人感兴趣的是,发现对老年人的耐力训练可减少已知抑制胰岛素信号传导和胰岛素敏感性的IMCL物种,包括神经酰胺和DAG。

7.老年人的抵抗力训练和骨骼肌胰岛素信号传导

不幸的是,抵抗训练对老年人葡萄糖代谢的影响没有受到耐力训练的重视。然而,美国运动医学学院建议将阻力训练作为一种安全有效的老年人生活方式干预措施[83]。与耐力训练一样,耐力训练也与提高成年人的全身胰岛素敏感性和血糖控制有关[2,84–88]。回顾先前发表的抵抗训练研究发现,进行了3-6个月的中等强度抵抗训练的老年人可以使全身胰岛素敏感性提高约10-30%[89]。不出所料,通过抵抗训练,全身胰岛素敏感性的提高与骨骼肌葡萄糖摄取的增加平行。 Bucci等。 [84]证明,肥胖母亲出生的老年妇女与对照组相比,经过4个月的抵抗训练可以使大腿肌肉中胰岛素刺激的葡萄糖摄取正常化(通过8F-氟-2-脱氧葡萄糖和正电子发射断层扫描测量)。尽管有大量文献证明与阻力训练有关的瘦体重增加[90,91],但胰岛素敏感性的增加不能仅通过肌肉质量的增加来解释[92-94],这表明骨骼肌胰岛素的改

7.1老年人的抵抗力训练和骨骼肌胰岛素信号传导

我们以前曾报道,与上,下半身主要肌肉群有关的3个月的中等强度耐力训练,与老年男性和女性的中等强度耐力训练相比,对胰岛素的敏感性增加了类似的程度(〜12%)[2]。像耐力训练的效果一样,我们观察到老年人中苏氨酸642和丝氨酸666部位胰岛素刺激的AS160磷酸化增强。但是,与耐力训练不同,抵抗训练不能挽救胰岛素刺激的AS160丝氨酸588磷酸化引起的与年龄有关的损伤[2]。 AS160的位点特异性磷酸化的调控尚不清楚。然而,对主要人口统计学变量的回归分析确定,体脂百分比是胰岛素刺激的AS160丝氨酸588磷酸化的最强独立预测因子[2]。鉴于体脂是对耐力的响应而下降的,而不是对抵抗力训练的响应,因此,运动训练可能需要减少体内脂肪,以逆转与年龄相关的胰岛素刺激的AS160丝氨酸588磷酸化损伤。关于总蛋白,我们确实观察到了通过抗性训练在年轻人中和老年人中都增加了Akt2蛋白水平的趋势[2]。同样,Holton等。 [93]报告说,单腿力量训练6周可增加非肥胖,年龄(平均年龄:62岁)对照和2型糖尿病男性的骨骼肌胰岛素受体和Akt蛋白水平。有趣的是,仅在运动的腿部观察到Akt升高,表明这些适应是由于局部肌肉收缩而不是其他系统适应引起的[93]。

据报道,除了AS160磷酸化的潜在改善外,骨骼肌GLUT4的蛋白质含量会随着抗性训练而增加,但可能取决于训练前的身体成分和糖尿病状态。在老年非肥胖的2型糖尿病患者中,进行六周的单腿力量训练(每周三次),使运动的腿的骨骼肌GLUT4升高(约40%),但在健康对照中则没有[93]。为了支持这些发现,增加了16周的抵抗力训练。

中年(30-54岁)糖尿病前期肥胖男性的骨骼肌GLUT4蛋白含量[95],并在诊断为2型糖尿病的中年病态肥胖毛利人和太平洋岛民中增加了GLUT4启动子的低甲基化(促进基因转录) [96]。与这些发现相反,在健康,非肥胖,老年个体中,单腿力量训练6周[93]或全身抵抗训练12周[2],未观察到骨骼肌GLUT4的变化。总之,至少在非肥胖,健康的老年人中,抗性训练似乎可以增强AS160水平的骨骼肌胰岛素信号传导(并可能增强Akt能力),但可能不会增强GLUT4的表达。相反,患有肥胖症和/或2型糖尿病的老年人似乎对骨骼肌GLUT4蛋白含量的增加更为敏感,这可能有助于他们通过抵抗训练提高胰岛素敏感性。


7.2老年人的抵抗力训练和糖原合酶途径

早期的研究强调了抵抗训练对老年人非氧化性葡萄糖处置的有益作用[97]。米勒等。 [94]报告说,在50至63岁之间的男性中进行16周的抵抗力训练可使胰岛素刺激的非氧化性葡萄糖处置增加40%,可能有助于改善全身胰岛素敏感性(22%),并表明抵抗力训练可以改善骨骼肌糖原代谢。尽管有这一发现,但抵抗训练对糖原合酶途径的影响在老年人中一直存在冲突。据报道,进行了十六周的渐进性抵抗训练,可以改善年龄较大,肥胖,拉丁裔男性和女性2型糖尿病的血糖控制并增加骨骼肌糖原的含量[86]。同样,Holten等。 [93]报告说,健康和2型糖尿病老年人在抵抗力训练6周后都有增加骨骼肌糖原含量(〜16%)和显着增加基础糖原合酶活性(分别〜9%和20%)的趋势。鉴于2型糖尿病患者糖原合酶活性的提高几乎是健康对照的两倍,因此抵抗训练对糖原合酶途径的影响可能取决于训练前的糖耐量和/或胰岛素敏感性。此外,尽管经过6个月的耐力训练或抵抗训练后,全身胰岛素敏感性增加了约20%–25%,但只有耐力训练才能改善老年非糖尿病(非肥胖)男性的胰岛素刺激的糖原合酶活性[ [66],我们没有观察到在较早,健康(非肥胖)成年人中进行抗性训练时,胰岛素刺激的骨骼肌糖原合酶去磷酸化(糖原合酶活性需要)的变化[41]。综上所述,这些数据表明,抵抗训练对改善患有2型糖尿病的老年人的糖原合酶途径可能特别有效。


7.3老年人的抵抗力训练和葡萄糖氧化途径

抵抗训练在年轻人中对线粒体含量和功能产生了矛盾的结果[98-101],而在老年人中则观察到了积极的作用[102-105]。 Jubrias及其同事[105]报告说,尽管在进行耐力或阻力训练的老年人中骨骼肌氧化能力得到改善,但线粒体含量仅在阻力训练时才增加。在绝经后妇女中进行6个月的渐进性抵抗训练后,骨骼肌线粒体面积和密度也得到了改善[104]。考虑阻力训练习惯性地增加了老年人的线粒体含量,而不是年轻人[100,101],这表明衰老的肌肉可能对各种刺激更为敏感,以促进线粒体含量,从而增强骨骼肌的氧化能力和胰岛素敏感性。

不幸的是,现有研究调查了抵抗训练对

胰岛素刺激的老年人葡萄糖氧化反应稀疏,但已发表了一些有趣的发现。 Miller及其同事[94]在健康的老年人中未观察到响应16周的力量训练后全身葡萄糖氧化的变化。相反,老年肥胖的2型糖尿病患者9个月的抵抗训练后,骨骼肌丙酮酸的氧化(离体测量)增加[106],这表明葡萄糖氧化抵抗训练的改善可能是特定于骨骼肌。尽管未测量葡萄糖氧化,但我们确实测量了响应于年轻人和老年人的抗性训练的骨骼肌葡萄糖氧化的关键代谢途径[41]。与我们在耐力训练中的发现相似,当针对成年人的葡萄糖摄取进行标准化时,抵抗训练的12周减少了胰岛素刺激的血浆乳酸,这表明改善了糖从有氧代谢中的穿梭[41]。此外,我们报道了老年人对抵抗力训练的反应增强了胰岛素刺激的PDH去磷酸化(负责PDH活性),超过了年轻人的反应[41]。除了改善PDH的调控外,我们还报道了抗性训练上调了骨骼肌MPC1(负责丙酮酸进入线粒体的转运蛋白)[41]。有趣的是,与年轻人相比,这些增加的年龄几乎是年轻人的两倍[41]。总的来说,这些发现表明,通过抵抗训练,老年人可能对线粒体适应特别敏感,包括可以改善胰岛素刺激的骨骼肌葡萄糖氧化的改变。


7.4老年人的抵抗力训练和IMCL

与耐力训练的效果不同,阻力训练似乎没有效果[76,84]或降低了IMCL[84]。例如,Bucci等。 [84]报告说,对于肥胖母亲出生的老年妇女,进行4个月的抗性训会降IMCL,而对照组的IMCL没有变化。Ngo及其同事[76]提供的证据表明,抵抗训练十四周对老年男性(平均年龄:72岁)的三角肌IMCL没有影响[76]。有趣的是,该研究[76]还报告说,通过抗性训练,骨骼肌线粒体含量增加(柠檬酸合酶升高)。然而,骨骼肌β-羟酰基辅酶A脱氢酶(β-HAD)是负责脂质氧化的关键酶,并没有改变。这些发现表明,要想使运动员发生悖论(即IMCL存储增加),运动训练的适应性必须包括线粒体含量和脂质氧化的增加。抵抗力训练比耐力训练具有更大的糖酵解需求(和更低的脂质氧化需求)的事实,可能解释了为什么在老年人中,抵抗力训练不会使IMCL储存增加。运动期间使用的肌肉收缩类型也可能在IMCL商店中起作用。 Mueller等。 [107]报告说,偏心运动训练的12周降低了老年男性和女性(平均年龄:80岁)的IMCL,而同心运动则没有效果。总体而言,这些发现表明,抵抗训练期间的代谢需求和肌肉收缩的类型可能在确定IMCL储存是否会响应老年人的抵抗训练而减少或保持不变方面起作用。

8.运动训练对老年人骨骼肌肿瘤坏死因子(TNF)-α的影响

最后,还应注意的是,衰老过程与炎症增加有关,这很可能与年龄相关的胰岛素抵抗有关[108]。骨骼肌肿瘤坏死因子(TNF)-α(一种炎症标志物)据报道与年长者相比增加了[10]。细胞培养中已经建立了TNF-α与受损的骨骼肌胰岛素信号传导和葡萄糖摄取之间的直接联系[109]。此外,已经显示,TNF-α输注可损害健康个体的骨骼AS160磷酸化[110],提供了进一步的证据,表明该炎症蛋白可能与年龄相关的胰岛素抵抗有关。有趣的是,高强度运动训练(骑自行车和循环训练)[111],中强度抵抗训练[10]或阻力,耐力和柔韧性训练的组合[112]已被证明可以降低骨骼肌TNF-α。老年人水平。因此,TNF-α或其他炎症标记的降低可能至少部分地有助于运动诱发的老年人胰岛素敏感性的改善。


 

9.结论

衰老与胰岛素抵抗和2型糖尿病风险增加有关。骨骼肌与年龄相关的结构和代谢变化,包括肌肉质量降低,胰岛素信号传导受损,涉及氧化和糖原合酶途径的葡萄糖利用缺陷,都可能导致胰岛素作用降低。一般而言,耐力训练可增强健康老年人的骨骼肌胰岛素刺激的AS160磷酸化,GLUT4蛋白含量以及糖原合酶和氧化(PDH)途径(表1)。在先前健康的成年人中进行阻力训练可以达到类似的好处,但骨骼肌GLUT4和胰岛素刺激的糖原合酶途径的增强作用可能更有限(表1)。当老年人也被归类为肥胖和/或2型糖尿病时,这些人可能通过耐力或抵抗力训练对糖原合酶途径的改善和GLUT4含量的改善,可能有助于他们通过运动训练改善胰岛素敏感性。



作者贡献:L.A.C.设计评论,解释文献并起草论文。光盘。协助设计评审,解释文献,严格审查论文并批准提交出版的最终版本。 G.S.严格审查了该论文,并批准了提交出版的最终版本。

资金来源:作者声明没有该出版物的资金来源。

利益冲突:作者声明没有利益冲突。

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