Тип м’язових волокон пов’язаний з ожирінням і втратою ваги

Фізичні вправи та спортивна наука, і

Лабораторія людської діяльності та

Кафедри біохімії,

Центр діабету/ожиріння, Університет Східної Кароліни, Грінвілл, Північна Кароліна 27858

Кафедри біохімії,

Центр діабету/ожиріння, Університет Східної Кароліни, Грінвілл, Північна Кароліна 27858

Хірургія та

Центр діабету/ожиріння, Університет Східної Кароліни, Грінвілл, Північна Кароліна 27858

Хірургія та

Фізичні вправи та спортивна наука, і

Лабораторія людської діяльності та

Центр діабету/ожиріння, Університет Східної Кароліни, Грінвілль, Північна Кароліна 27858

Анотація

Метою цього дослідження було перевірити гіпотезу про те, що тип м’язових волокон пов’язаний із ожирінням. Порівнювали тип волокна 1) у худорлявих та повних жінок, 2) у кавказьких (C) та афро-американських (AA) жінок, та 3) у людей із ожирінням, які схудли після шунтування шлунка. Коли худі (індекс маси тіла 24,0 ± 0,9 кг/м 2, n = 28) та ожирінням (34,8 ± 0,9 кг/м 2, n = 25) жінок порівнювали, були значні (P скелетний м’яз - неоднорідний орган, що складається з різних фенотипів м’язових волокон. У скелетних м'язах людини гістохімічне фарбування для рН-чутливої активності міозину АТФази виявило дві основні класифікації волокон типу I і II типу (3,28, 31). Волокна типу II, що швидко смикаються, можна широко розділити на волокна типу IIa та типу IIb, хоча існують і інші підкласи (3, 29, 31). М'язові волокна типу I, або повільно смикаються, мають тенденцію до окиснення та васкуляризації, тоді як волокна типу IIb (швидкі посмикування) мають гліколітичну природу (28,31). Волокна типу I також чутливі до інсуліну порівняно з м’язами типу II (8, 13, 17).

У людини може існувати суттєва неоднорідність типів м’язових волокон в межах даної змішаної групи м’язів. Симоно і Бушар (32) дійшли висновку, що в просторовій латералісі ≥25% північноамериканського населення Кавказу має або менше 35%, або більше 65% волокон типу I; повідомляється про діапазон 13–98% волокон типу I (31). Декілька факторів можуть бути пов'язані з такою дисперсією. Ми спостерігали, що люди з ожирінням виявляють менше м'язових волокон типу I та більше типу IIb, ніж худі суб'єкти (9). Інші дослідження повідомляють про негативний зв’язок між ожирінням та відносним відсотком м’язових волокон типу I (9, 21, 36) та підвищеним відсотком м’язових волокон типу IIb у пацієнтів із діабетом 2 типу (9, 23) у вмісті їх інсуліну резистентне потомство (27) та у осіб із ожирінням (18, 19, 21, 23). Такі результати роблять спокусливими припустити, що існує взаємозв’язок між складом м’язових волокон та ожирінням.

Метою поточного дослідження було перевірити гіпотезу про те, що тип м’язових волокон пов’язаний із ожирінням. Ми перевірили цю гіпотезу кількома способами. Спочатку порівнювали тип м’язових волокон у жінок із ожирінням та худорлявістю. По-друге, сучасна статистика вказує на те, що в Сполучених Штатах афро-американські жінки мають підвищену поширеність ожиріння, вони стійкіші до інсуліну, демонструють знижену здатність окислювати жир і мають подвійну частоту розвитку діабету 2 типу порівняно з кавказькими жінками ( 2, 4, 10, 14, 20-22, 25). Якщо ожиріння пов'язане з типом м'язових волокон, то ожиріні афро-американські жінки повинні мати менше волокон типу I, ніж їхні кавказькі колеги. Нарешті, люди з ожирінням часто виявляють схильність до відносно мінімальної втрати ваги за допомогою втручання та/або схильні до рецидиву ваги (15, 25, 29, 37). Це може бути функцією обмеженої здатності скелетних м'язів окислювати ліпіди (15), що може бути пов'язано зі зменшенням поширеності м'язових волокон I типу. Тому ми визначили, чи співвідноситься склад м’язових волокон із здатністю зменшувати масу тіла за допомогою втручання для зниження ваги.

Вивчення дизайну та предметів.

Суб'єктами були жінки, які перенесли планову операцію на животі (гістеректомія або шунтування шлунка). Масу тіла, зріст, етнічну приналежність та вік реєстрували як частину передопераційних процедур. Суб'єкти були класифіковані за групами на основі етнічної приналежності (кавказька, афро-американська) та статусу ожиріння. Під час хірургічного втручання була проведена біопсія прямого живота, для подальшого аналізу типу клітковини. Усі процедури були затверджені Університетською комісією з огляду, і перед будь-якими процедурами було отримано інформовану згоду. Деякі пацієнти із ожирінням, що перенесли шлунковий шунтування, також були обстежені ~ 12 місяців після операції, коли вони мали стабільну вагу (29). Отримано масу та зріст, розраховано зменшення маси тіла та індексу маси тіла (ІМТ) та близькості до ідеальної ваги (29).

Тип волокна.

Тип м’язових волокон визначали методами, які раніше застосовувались у цій лабораторії (9). Коротко, ділянку (20–50 мг) прямого черевного преса дратували і поміщали в суміш ОСТ/тригаканта. Встановлений м'яз заморожували в ізопентані, охолодженому над рідким азотом. М'язи розділяли на зрізи 10 мкм і фарбували на активність АТФази при рН 4,54 та 10,9 (3). Цей діапазон рН дозволяв розрізняти волокна типів I, IIa та IIb (3). Особи, які підраховували волокна, не знали природи суб'єктів (тобто раси, статусу ожиріння).

Втрата ваги.

Деякі випробовувані страждали ожирінням (понад 100 фунтів над ідеальною масою тіла), жінкам, які перенесли шлунковий шунтування для стимулювання втрати ваги (29). Щоб вивчити взаємозв'язок між типом м'язових волокон та втратою ваги, масу тіла отримували під час післяопераційного клінічного візиту ~ 12 місяців після операції. Визначено взаємозв'язок між зміною маси тіла при втручанні та складом м'язових волокон на момент операції.

Статистика.

Факторний дисперсійний аналіз (ANOVA) був використаний для порівняння характеристик м’язових волокон між групами відповідно до ожиріння або етнічної приналежності. Для перевірки взаємодії між ожирінням та етнічною приналежністю використовували факторну формулу ANOVA 2 × 2. Порівняння контрастів використовували для визначення конкретної різниці, коли була отримана значна взаємодія. Повторні заходи ANOVA використовували для тестування відмінностей із втручанням для схуднення. Коефіцієнти кореляції Пірсона проводили для вивчення зв'язку між типом м’язових волокон та втратою ваги. Інтерпретація була подібною, коли дані порівнювали з непараметричними методами. Статистичне значення було позначено на P ≤ 0,05 рівня.

Предмети.

ІМТ та вік представлені в таблиці 1. За групою суб'єкти були худими афроамериканцями (n = 8), ожиріння афроамериканець (n = 11), худий кавказький (n = 20), або ожиріння кавказької (n = 14). Середні дані для населення становили для віку 41,4 ± 0,9 року; для ІМТ - 28,8 ± 0,9 кг/м 2; для волокон I типу - 48,9 ± 1,6%; для волокон типу IIa - 32,2 ± 1,1%; а для волокон типу IIb - 18,9 ± 1,4%. Більшість жінок (n = 51) у цій популяції проходили операцію з гістеректомії. Випробовувані шлункові шунтування були класифіковані як хворі на ожиріння (ІМТ> 40 кг/м 2 або> 45,5 кг над ідеальною масою тіла).

Таблиця 1. Вік та індекс маси тіла для випробовуваних

Значення - середні значення ± SE; ні, ні в групі. ІМТ, індекс маси тіла.

* Суттєво різний (Р 2; діапазон для нежирної групи 18,0–27,8 кг/м 2; діапазон для групи ожирінь 28,6–46,5 кг/м 2). Худі суб'єкти мали суттєво (P

Рис. 1.Ожиріння, визначене за індексом маси тіла (ІМТ) (A) і тип м’язових волокон (тип I%, B; тип IIb%, C.) в пісному (n = 28) та ожирінням (n= 25) жінки. * Значна різниця (P

Рис.2.Зв'язок між ожирінням (ІМТ) та відсотком м'язових волокон типу IIb у худорлявих та ожирілих жінок.

Тип м’язових волокон, ожиріння та етнічна приналежність.

Як представлено на рис. 3, афроамериканські суб'єкти мали значно (P

Рис.3.Порівняння типу м’язових волокон (тип I%, A; тип IIb%, B) кавказькою (n = 34) та афро-американських (n = 19) жінки. * Значна різниця (P

Була значна взаємодія між етнічною приналежністю та статусом ожиріння (P = 0,03), коли порівнювали відсотки м’язових волокон I типу. Як представлено на рис.4, різниці не було (P

Рис.4.Порівняння типу I (A) і тип IIb (B) м’язові волокна у худих і ожирілих жінок кавказьких та афроамериканських країн. Кількість предметів у кожній групі: худий афроамериканець (n = 8); афроамериканець з ожирінням (n = 11); худий кавказький (n = 20); ожиріння кавказьких (n= 14). * Значна різниця (P

Була значна взаємодія (P = 0,03), коли відсоток м’язових волокон типу IIb порівнювали між худими і ожирілими кавказцями та афроамериканцями. Як представлено на рис. 4, різниці не було (P 2 і знизилася до 37,8 ± 2,2 кг/м 2 після втрати ваги (P

Рис.5.Зв'язок між втратою ІМТ (A) і надлишкова маса тіла (B) та відсоток м’язових волокон I типу у пацієнтів із шлунковим шунтуванням із ожирінням, що страждають ожирінням, ~ 12 місяців після операції.

Незрозуміло, чи зменшився відсоток м’язових волокон I типу, що розвинувся в процесі ожиріння, чи це був внутрішній дефект, який схильний людей до ожиріння. Сімоно та Бушар (32) підрахували, що ~ 45% відхилення типу волокна у людини пояснюється спадковими факторами, а 40% - навколишнім середовищем. Фактором, пов’язаним зі спадковістю та способом життя, який може вплинути на тип клітковини, є гіперінсулінемія. Люди з ожирінням зазвичай виявляють підвищену концентрацію інсуліну в плазмі натще і/або після їжі (25). У гризунів індукування гіперінсулінемії інфузією інсуліну призвело до збільшення відсотка м’язових волокон типу IIb за рахунок волокон типу I (11). У людей ми повідомляли (12) про збільшення мРНК важкої ланцюга міозину ізоформи IIx (IIb) після 3 год інфузії інсуліну. Таким чином, неможливо розпізнати, чи зменшений відсоток типу I та збільшений відсоток м’язових волокон типу II та типу IIb є наслідком або властивим аспектом ожиріння.

Ожиріння широко варіювалось у досліджуваних у цьому дослідженні (рис. 2). Цікавою знахідкою було те, що, незважаючи на цю неоднорідність, середній тип м’язових волокон для прямого черевного преса наближався до 50% волокон I типу (48,9 ± 1,6%). Таким чином, наші дані погоджуються з іншими висновками з vastus lateralis (див. Посилання 31), що вказують на те, що середній тип клітковини для більшості змішаних м'язових груп у людей становить ~ 50% типу I і 50% м'язових волокон типу II. Однак поточне дослідження надає додаткову інформацію про те, що етнічна приналежність та ожиріння є факторами, які необхідно враховувати при обстеженні типу м’язових волокон. Щодо етнічної приналежності, Ама та ін. (1) повідомив про збільшення відсотка волокон типу II у худих афроамериканських чоловіків порівняно з кавказцями. У цьому дослідженні ми спостерігали подібну расову різницю (рис. 3) у жінок. Переважання волокон типу II у наших афроамериканців порівняно з американцями Кавказької Америки, в основному, було пов’язано з ожирінням, оскільки не було відмінностей у типі клітковини між худими афро-американськими та кавказькими жінками (рис. 4).

Підводячи підсумок, ми спостерігали знижений відсоток типу I та збільшений відсоток м’язових волокон типу IIb у людей із ожирінням у порівнянні з їх худими аналогами. Також був знижений відсоток м’язових волокон I типу у жінок із ожирінням афро-американських жінок у порівнянні з ожиріними жінками кавказького типу. Це корелює з вищою частотою ожиріння та більшим збільшенням ваги, про яку повідомляють афро-американські жінки. Нарешті, хворі на ожиріння особи з більшим відсотком м’язових волокон I типу, як правило, втрачають більше маси тіла за допомогою втручання для зниження ваги. Ці результати вказують на те, що існує взаємозв’язок між типом м’язових волокон та ожирінням.

Технічну допомогу надали Джейсон Берггрен, Сьюзен Дрейпер, Еліс Хаятт, Ед Тапскотт і Жаоджун Ву.

СНОГИ

Цей проект підтримано Національним інститутом діабету та хвороб органів травлення та нирок Грант DK-56112 (J. J. Houmard).

Адреса для запитів на передрук та іншої кореспонденції: C. J. Tanner, Laboratory Human Performance, Rm 371, Ward Sports Medicine Bldg., East Carolina Univ., Greenville, NC 27858 (електронна пошта: [електронна адреса захищена] ECU. EDU).

Витрати на публікацію цієї статті частково були сплачені за рахунок оплати сторінок. Тому стаття має бути позначена цим «реклама”Відповідно до 18 U.S.C. Розділ 1734 виключно для зазначення цього факту.

Вперше опубліковано 18 грудня 2001 р .; 10.1152/ajpendo.00416.2001