абстрактно

Както затлъстяването, така и упражненията се влияят от генетични фактори и фактори на околната среда. Рядко обаче е изследвано дали затлъстяването и физическото бездействие имат еднаква генетична и екологична етиология. По този начин анализирахме тези сложни взаимоотношения и също така изследвахме дали физическата активност променя степента на генетичното влияние върху индекса на телесна маса (BMI) и обиколката на талията (WC).

методи:

Проучването FinnTwin16 е популационно, дългосрочно проучване на пет последователни кохорти (1975-1979 г.) на финландски близнаци. Данни за ръст, тегло, WC и физическа активност на 4343 индивида със средна възраст 25 години (диапазон 22–27 години) са получени чрез въпросник и самоизмерване на WC. Количествените генетични анализи, базирани на линейни структурни уравнения, бяха извършени със статистическия пакет Mx. Модифициращият ефект на физическата активност върху генетичните и екологични влияния беше анализиран с помощта на модели за взаимодействие между ген и среда.

резултатите:

Общите оценки на наследствеността са 79% за мъжете и 78% за жените за ИТМ, 56 и 71% за WC, и 55 и 54% за физическа активност. Обратната връзка между физическата активност и WC е при мъжете (r = −0.12) и жените (r = −0, 18) и между физическата активност и ИТМ при жените (r = −0, 12). Физическата активност значително модифицира наследяването на ИТМ и WC, с високо ниво на физическа активност, намаляващо адитивния генетичен компонент в BMI и WC.

заключение:

Физически активните субекти са по-бедни от заседналите и физическата активност намалява влиянието на генетичните фактори върху развитието на висок ИТМ и WC. Това предполага, че хората с най-висок генетичен риск от затлъстяване биха се възползвали най-много от физическа активност.

Прекомерният прием на енергия и физическото бездействие се считат за основни фактори в настоящата епидемия от затлъстяване. Предишни проучвания са документирали връзка между заседналото поведение и затлъстяването3, както и обратна връзка между нормалната физическа активност и затлъстяването. 4, 5 Заседналият начин на живот е силен предиктор за затлъстяване, а физическата активност се счита за важна за предотвратяване на наддаването на тегло. 7, 8, 9 Освен това наскоро показахме, че постоянната физическа активност е свързана с намалена скорост на наддаване на тегло и по-малка обиколка на талията (WC) за период от 30 години, 10 дори след контрол на генетичния фон и споделяне на фактори на околната среда.

Двойните популационни проучвания показват, че индексът на телесна маса (ИТМ), тоалетното поведение и упражненията се влияят от генетични фактори. Унаследяването на ИТМ варира от 45 до 85% в сравнително проучване на две кохорти в осем страни 11, а оценките за наследственост за WC в предишни двойни проучвания варират между 45 и 77%. 12, 13, 14, 15 Генетични ефекти също са демонстрирани за увеличаване на теглото. 16, 17 Наследствеността на участието в спектакъла варира от 27 до 70% в голяма обединена двойна извадка от седем държави. 18.

Поради високата наследственост на ИТМ, WC и физическа активност, е вероятно тези взаимосвързани черти да споделят някои основни генетични фактори. Тези ефекти обаче са трудни за отделяне и поради това този проблем рядко е изследван. Heitmann et al. 19 показа, че въпреки че генетичните фактори и физическата активност играят независима роля в промените в теглото, нивото на физическа активност променя генетичните ефекти върху изменението на теглото при мъжете близнаци. Изследователите предполагат, че гените, които потискат наддаването на тегло, могат да бъдат изразени само при високи нива на физическа активност. Karnehed et al. 20 използва модел, базиран на състоянието на затлъстяването на близнаци като индикатор за генетичен риск за анализ на взаимодействието между гена и околната среда. Сред близнаци с генетична предразположеност към затлъстяване, WC и наддаването на тегло са модифицирани от нивото на физическа активност. Тези проучвания обаче не успяха да определят количествено ефекта от физическата активност върху относителния принос на генетичните и екологичните ефекти върху затлъстяването.

В това проучване ние оценихме генетичните и екологичните компоненти във връзка със затлъстяването, като индексиран ИТМ и WC и физическа активност при финландски близнаци. Също така изследвахме дали физическата активност променя генетичните влияния върху ИТМ и WC. Използвайки съвременни методи за количествена генетика, успяхме да анализираме доколко физическата активност се влияе от генетичните и екологични вариации на тези нива на затлъстяване.

методи

елементи

Мерки

Индексът на телесна маса (kg/m2) се изчислява от самоотчетената височина и тегло. Субектите, на които е поверено измерването на лентата, са изпратени да направят оценка на тоалетната. Те бяха помолени да измерват тоалетните си в изправено положение, съгласно инструкциите, обяснени на фигурата, което показва, че тоалетната трябва да бъде измерена по средата между най-ниското ребро и лумбалния гръбнак. Оценихме валидността на самоотчетените ИТМ и WC в подгрупа от 566 близнаци. Те участваха в друго проучване за ефектите от употребата на алкохол при юноши със средна стойност 650 дни след самоотчитане. Височината беше измерена без обувки на стадиона, а теглото в леки дрехи на калибрирана везна. Тоалетната беше измерена изправена, по средата между лумбалния хребет и най-ниското ребро в края на лекото издишване. Съгласието между измерените и отчетените стойности беше добро. Корелацията на ИТМ в класа е 0, 89, средна разлика 0, 93 (95% CI 0, 79–1, 07) kg/m 2, за височина 0, 99 и 0, 24 (0, 14–0, 35) cm и за колан 0, 75 и 2, 48 (0, 96–3, 00) cm. респ.

Индексът на физическа активност се изчислява от произведението на интензивността, продължителността (часове) и годишната честота (дни). Интензивността е изразена като приблизителни стойности на метаболитен еквивалент (MET) (скорост на метаболизма на работа, разделена на умерена скорост на метаболизма). Подходящата валидност на тези мерки беше установена във връзка с интервюта и оценка на допустимостта на VO 2 max между тези близнаци по време на юношеството. Кардиореспираторно упражнение беше извършено на 48 индивида от MZ от кохортата FinnTwin16, както е описано по-горе, 27, и ние открихме силна корелация (r = 0,53) между VO 2 max и индекса на физическа активност.

Статистически методи

Започнахме с генетично моделиране чрез извършване на едномерни модели за ИТМ, WC и физическа активност, за да оценим генетичните и екологични въздействия и да намерим най-добрия модел за всяка черта, използвана при по-нататъшното моделиране. Задоволителните модели бяха тествани чрез сравняване на χ 2-статична статистика на съвпадението и степени на свобода (df) между вложени модели; голяма промяна в стойностите на χ 2 в сравнение с промяна в df (Δ χ df 2) между двата вложени модела предполага, че по-опростеният модел не описва данните толкова адекватно, колкото по-сложния модел и поради това елиминираните параметри са важно в Модела. Предположенията за двойно моделиране, т.е. едни и същи средства и отклонения за близнаци MZ и DZ, както и за двамата близнаци, бяха тествани чрез сравняване на двойни модели с наситени модели, които не правят тези предположения.

Впоследствие анализирахме двойни и екологични корелации между тези показатели, използвайки пълното тривариантно разлагане на Choleska (Фигура 1а). Според този метод корелацията на чертите между ИТМ и физическата активност се дължи на адитивна генетична корелация (r A), която показва същите или тясно свързани гени, и уникална корелация на околната среда (r E), която показва същото или корелирани фактори на околната среда. И накрая, направихме модел на взаимодействие ген-среда (Фигура 1b). Модераторният фактор, т.е. физическата активност в това проучване, се нарича М. Този фактор може да повлияе на средната стойност на даден признак (βM), но също така да промени ефектите на генетичните (β X) и факторите на околната среда (β Y и β Z). ) на знак. Моделът предполага, че физическата активност може да повлияе на средния ИТМ (активните индивиди са по-бедни от заседналите индивиди) и разликите (активните индивиди могат да имат по-малко генетични или екологични аномалии от заседналите индивиди).

физическата

( а ) Схематично представяне на пълното тривариантно разлагане на Choleska и ( б ) модел на взаимодействие между ген и среда за ИТМ, обиколка на талията (WC) и физическа активност (PA). A = допълващи генетични фактори, E = специфични фактори на околната среда, rA1A2, r A2A3, rA1A3 = допълнителни генетични корелации, r E1E2, r E2E3, r E1E3 = специфични корелации на околната среда, a = коефициент на адитивен генетичен път, e = специфичен коефициент на път на околната среда, μ = средно, β M = модификатор на средата, β X = допълнителен генетичен модификатор, β Z = специфичен модификатор на средата.

Изображение в пълен размер

По време на това изследване бяха спазени всички приложими институционални и правителствени разпоредби относно етичната употреба на човешки доброволци. Изследването е одобрено от Комитетите по етика към Министерството на общественото здраве на Университета в Хелзинки и болницата в Хелзинки и Уусима.

резултатът

Няма системни разлики в средните стойности и отклоненията на ИТМ, WC и физическа активност между близнаците MZ и DZ (Таблица 1). В обобщените данни за близнаците MZ и DZ мъжете имат по-високи стойности на ИТМ (23,9 ± 3, 1 срещу 22,2 ± 3,5 kg/m2, при мъже спрямо жени, P 2 = 0,01, P = 0,95). В сравнение с наситения модел, адаптацията на AE модела беше добра за всички функции. Генетичният ефект, специфичен за пола, е статистически значим за ИТМ, WC и физическа активност, а също така абсолютната величина на компонентите на вариране варира за BMI и WC, докато не се наблюдава разлика във физическата активност. Поради това в последващото моделиране решихме да използваме модела на AE със специфичен генетичен ефект според пола и нашите собствени оценки на компонентите на вариацията при мъжете и жените за всички черти.

Таблица 3 обобщава пропорциите на фенотипни вариации в ИТМ, WC и физическа активност, обяснени с адитивни генетични и уникални фактори на околната среда в най-добрия модел на AE. Оценките за наследственост са по-високи за ИТМ и WC, отколкото за физическа активност, без разлика между половете, с изключение на WC, за които наследствеността е по-висока при жените. Когато дезагрегирахме адитивните генетични ефекти в пропорции, общи за мъжете и жените и бяха уникални само за един пол, открихме, че по-голямата част от ефекта А за всяка черта се състои от специфични за пола фактори (51% за ИТМ, 49% за А 46% за физическа активност).

Маса в пълен размер

Изчислени са фенотипни корелации на WC, ИТМ и физическа активност при близнаци. Таблица 4 по-долу представя моделни генетични и екологични корелации между тези черти, които са оценени от тривариантни модели на Cholesky. ИТМ и WC са силно корелирани както при мъжете (r = 0, 79, 95% CI 0, 77–0, 81), така и при жените (r = 0, 81, 95% CI 0, 80–0, 82), със силни генетична корелация (коригирана за физическа активност) между двете групи. и при двата пола. Корелацията на околната среда (коригирана за физическа активност) беше малко по-слаба, но все пак много значима. Физическата активност е свързана отрицателно и слабо с ИТМ при жените (r = −0, 11, 95% CI −0, 15 до −0, 07), но не и при мъжете (r = 0,04, 95% CI −0, 002 до -0,08), въпреки че това е в отрицателна корелация с WC при двата пола (r =, 0,11 (95% CI -0, 15 до -0,07) при мъжете, r =, 0,15 (95% CI -0, 19 до -0, 11) при жените). Генетичната и екологична корелация между физическата активност и всяко антропометрично измерване, които са съпоставени помежду си, е относително слаба и е приблизително еднаква.

Маса в пълен размер

Накрая тествахме физическата активност като модератор на генетични и/или въздействия върху околната среда върху ИТМ и WC. Приложихме този модел само за близнаци от един и същи пол, тъй като моделът не можа да бъде идентифициран при наличието на специфични за пола генетични ефекти. Физическата активност значително модифицира адитивните генетични (A) ефекти върху ИТМ и WC при двата пола, така че адитивните генетични вариации намаляват с увеличаване на физическата активност (Таблица 5, Фигура 2). Това предполага, че генетичните фактори играят по-малко важна роля при определяне на ИТМ и WC на ​​физически активни субекти в сравнение със заседналите. В допълнение, паралелна модификация на Е ефекта от физическа активност се наблюдава при WC при жени (Таблица 5, Фигура 2).

Маса в пълен размер

Промяна в генетиката на добавките (черна линия) и уникалните промени в околната среда (сива линия) на ИТМ и обиколката на талията (WC) с увеличаване на нивото на физическа активност. Всички генетични модификации и модификации на околната среда на тоалетните за жени са значителни.

Изображение в пълен размер

дискусия

Това проучване в голяма кохорта млади възрастни близнаци показва силна връзка в напречното сечение между физическата активност и WC и малко по-слаба връзка с ИТМ. Въпреки че наследствените фактори играят важна роля в варирането на ИТМ, WC и физическата активност, антропометричните мерки бяха генетично само леко свързани с физическата активност. Силната връзка между ИТМ и WC се дължи както на генетични, така и на корелационни връзки. Освен това установихме, че физическата активност значително променя влиянието на генетичните фактори върху промяната на WC и ИТМ. Влиянието на генетичните фактори върху промяната в ИТМ и WC е по-малко важно при физически активни индивиди, което предполага, че високата физическа активност би била особено полезна при тези, които са генетично предразположени към затлъстяване. Необходими са обаче проспективни кохортни проучвания и интервенции, за да се потвърди посоката на ефекта и причинно-следствената връзка.

Основната констатация в нашето проучване е, че сред здрави млади възрастни обратната връзка между физическата активност и WC (коригирана за BMI) е по-изразена от физическата активност и BMI (коригирана за WC) и се наблюдава както при мъжете, така и при жените, докато физически активността е отрицателна.засегнати само от ИТМ при жените. Тясната връзка между WC и физическа активност предполага, че WC е по-подходяща мярка за затлъстяване от ИТМ, особено при млади мъже. Физически активните млади мъже могат да имат голяма мускулна маса, която засяга ИТМ повече от тоалетните. Физическата активност също може да намали телесните мазнини, за предпочитане от корема. Например, в малко, но интензивно проучване, при което енергийният баланс се поддържа постоянен, упражненията намаляват коремните мазнини въпреки непромененото телесно тегло. 30

В съответствие с предишни двойни проучвания, общите оценки на наследствеността за физическа активност в нашето проучване са 79 и 78% (мъже и жени) за ИТМ, 56 и 71% за WC и 55 и 54% за физическа активност. Оценките на наследствеността за ИТМ варират от 45 до 85% в по-ранни проучвания на близнаци. 11, 31 В проучване на 325 женски и 299 мъжки двойки датски близнаци наследяването на WC е 61% за мъжете и 48% за жените. 15 Наследствеността на участието в упражнението варира от 27 до 70% в голяма обединена двойна извадка от седем държави. 18.

Ново откритие е, че физическата активност променя наследяването на ИТМ и WC, като високите нива на физическа активност намаляват адитивния генетичен компонент в BMI и WC. Това предполага, че вродените фактори оказват значително влияние върху телесното тегло и затлъстяването при заседнали лица, въпреки че ефектът на гените е намален при физически активни индивиди. По този начин може да се очаква физическата активност да бъде особено полезна за предотвратяване на наддаването на тегло при индивиди, генетично чувствителни към затлъстяване.

Няколко проучвания оценяват модифициращия ефект на физическата активност върху генетичните ефекти на затлъстяването. Heitmann et al. 19 изследва промяната в ИТМ спрямо предишната физическа активност и установява, че генетичният ефект върху промяната в ИТМ при мъжете се открива само при умерени и високи нива на физическа активност. Генетичните ефекти върху промяната на теглото обаче изглеждат доста различни от ефектите върху ИТМ. 34 Въпреки че физическата активност може да отслаби ефекта на гените върху размера на тялото, бъдещата траектория на промяна на теглото може да бъде по-силно повлияна от гените, отколкото от околната среда при физически силно активни субекти. Взаимодействието на гените и физическата активност може да се развие и на възрастта на хората, младите мъже и жени в средата на 20-те години вероятно е много по-активно, отколкото в по-късните години. Karnehed et al. 20 установиха, че генетично чувствителните към затлъстяване близнаци са по-податливи на големи тоалетни, когато са заседнали, отколкото близнаците без такава податливост - резултат, съвместим с нашите открития. Не е ясно обаче дали групите с висок и нисък генетичен риск се различават по изходен ИТМ, WC и физическа активност.

Възможен механизъм, чрез който физическата активност намалява генетичните ефекти на затлъстяването, е чрез промяна на моделите на експресия на гени, регулиращи теглото и затлъстяването. Andreasen и сътр. 35 наскоро показа, че ефектът от FTO генотипа rs9939609 е повлиян от обичайното ниво на физическа активност. Физическата неактивност е свързана с увеличаване на ИТМ от 1,95 ± 0,33 kg/m2 при хомозиготни носители на FTO rs9939609 A-алел, докато не се наблюдава значителен ефект на заседнал начин на живот в сравнение с неносители и тези, хетерозиготни за FTO rs9939609 A-алел. Подобен механизъм е открит в скорошно проучване на Kilpeläinen et al. 36, където е доказано, че физическата активност променя риска от развитие на диабет тип 2, свързан с гени, регулиращи секрецията на инсулин, въпреки че Rankinen et al. 37 установи, че ефектът от свързания с хипертонията генотип върху кръвното налягане зависи от нивата на физическа активност.

Нашето проучване е в съответствие с предишни данни, предполагащи, че физическата активност е полезна за предотвратяване на затлъстяването, особено коремното затлъстяване. Най-важното е, че това проучване показва, че физически активният начин на живот е в състояние да противодейства на генетичното предразположение към затлъстяване.