абстрактно

Предистория/цели:

Скелетните мускули играят важна роля в регулирането на метаболизма на цялото тяло. В скелетните мускули повишаването на нивата на циркулиращата глюкоза и мастните киселини се улеснява от трансмембранните субстратни транспортери GLUT4 и FAT/CD36. Целта на това проучване е да се определи ефектът на хранителния гликемичен индекс (GI) върху експресията на гени GLUT4 и FAT/CD36 в човешки скелетни мускули след еднократна атака на упражнение.

Предмети/методи:

Осем мъже са били подложени на 60-минутно циклично упражнение при 75% от максималната консумация на кислород (VO2 max) и веднага са били хранени с изоклорично хранене, съдържащо диета с висок GI (HGI) или нисък GI (LGI), с подобно съотношение на въглехидрати, мазнини и протеини в кръстосан дизайн. Мускулни проби от дълбокия просторен латерален участък са взети чрез иглена биопсия веднага след тренировка и 3 часа след тренировка.

резултатите:

След тренировка, диетата HGI произвежда значително по-високи отговори на глюкозата и инсулина в сравнение с диетата LGI, както е показано на по-голяма площ под кривите. И двете диети водят до бързо намаляване на плазмените мастни киселини и глицерол под нивата на гладно. GLUT4 MRNA беше понижена от HGI и LGI диети в сравнима степен, докато нивата на GLUT4 протеини не се промениха през този кратък период. Нивата на FAT/CD36 иРНК и протеини са значително намалени с диетата HGI под изходното ниво, но не и с диетата LGI.

заключение:

В това проучване е установен значителен диетичен GI ефект върху експресията на гена FAT/CD36 след тренировка в човешки скелетни мускули. Този резултат предполага, че разликите в диетичния ГИ са достатъчни, за да променят метаболизма на мазнините.

Скелетните мускули са основно място за усвояване на мазнини и въглехидрати в тялото (Zurlo et al., 1990) и проявяват забележителна пластичност в отговор на промените в метаболитното търсене и наличността на субстрата. Метаболитните промени в тази тъкан могат да повлияят на метаболизма на цялото тяло. GLUT4 и FAT/CD36 са два протеина, отговорни за транспорта на циркулираща глюкоза и мастни киселини през плазмената мембрана в скелетните мускули. При хората нивата на mRNA на GLUT4 могат да се увеличат бързо след единична атака на продължително упражнение (Kraniou et al., 2006) и регулирани чрез високо въглехидратна диета (Cheng et al., 2005). При скелетните мускулни плъхове добавката на въглехидрати след тренировка може да индуцира продължителен GLUT4 протеин в продължение на няколко часа, докато GLUT4 иРНК временно пада под изходното ниво в рамките на 90 минути (Kuo et al., 1999a).

Наличието на интрамускулно сигнализиране за глюкоза и инсулин изглежда регулира метаболизма на мастните киселини чрез регулиране на експресията на гена FAT/CD36 за транспортиране на мастни киселини (Civitarese et al., 2005). Нивата на протеини и иРНК за FAT/CD36 могат да бъдат увеличени в скелетните мускули чрез инжектиране на стрептозотоцин (Luiken et al., 2002), лечение, което уврежда производството на панкреатичен инсулин и по този начин елиминира усвояването на глюкоза в скелетните мускули. По същия начин инсулиновата резистентност също увеличава експресията на гена FAT/CD36 (Smith et al., 2007).

Подобно на GLUT4 протеин, тренировките за упражнения показват, че повишават нивата на FAT/CD36 протеин (Tunstall et al., 2002). В сравнение с диетата с високо съдържание на мазнини/ниско съдържание на въглехидрати, е установено, че диетата с високо съдържание на въглехидрати/ниско съдържание на мазнини намалява активността на FAT/CD36 след тренировка (Arkinstall et al., 2004). Диетата с високо съдържание на мазнини обаче също може да повлияе на експресията на гена FAT/CD36 в скелетните мускули на човека (Duplus et al., 2000; Cameron-Smith et al., 2003). Към днешна дата е малко известно дали различните стойности на гликемичния индекс (GI) с подобни нива на въглехидрати, мазнини и протеини могат да причинят диференциален ефект в експресията на гени на FAT/CD36 и GLUT4. В това проучване бяха изследвани две високоуглехидратни изоцилорни диети със сходно съдържание на въглехидрати, мазнини и протеини, но различни GI стойности, за да се определи експресията на гени GLUT4 и FAT/CD36 в човешки скелетни мускули. По-рано установихме, че промяна в нивата на иРНК на GLUT4 от въглехидратна диета настъпва в рамките на 3 часа (Cheng et al., 2005). По този начин, проба от човешки мускул е взета в началото на лечението (на гладно) и 3 часа след хранителни добавки след тренировка след горните измервания.

Материали и методи

елементи

Проби от мускулна биопсия на Vastus lateralis са получени от осем здрави доброволци (възраст 22,5 ± 0,3 години, височина 174,2 ± 1,3 cm, тегло 69,1 ± 1,9 kg, индекс на телесна маса (BMI) 22, 7 ± 0,5 kg/m2, максимална консумация на кислород (VO ) 2) макс. 49,7 ± 0,9 ml/min/kg). Този протокол беше одобрен от Комитета по етика на християнската болница Чанхуа. Естеството, целта и възможните рискове бяха обяснени на всеки субект преди получаване на писмено съгласие. Тази работа беше извършена в съответствие с насоките на Декларацията от Хелзинки.

упражнение

2 дни преди тренировка се измерва VO2 max на всички субекти. В деня на експеримента субектите се отчитат в лабораторията в 08:00. След нагряване в продължение на 5 минути, пациентите изпълняват 60-минутно циклично упражнение при 75% VO 2max. Питейната вода се доставяше ad libitum по време и след тренировка. Мускулната биопсия беше извършена на празен стомах (изходно ниво) и хранена след тренировка. Гладуването не беше осигурено в продължение на 3 часа след тренировка. В състояние на хранене субектите са получили диети, съдържащи 70% въглехидрати с два различни ГИ след тренировка. Кросоувърът беше разделен за 1 седмица. Проби от мускулна биопсия бяха получени веднага след тренировка и 3 часа след поглъщане за обратна транскрипция-PCR (RT-PCR) и анализ на Western blotting.

скъпа

Веднага след тренировка, субектите получават диети с висок GI (HGI, = 76, 6) или нисък GI (LGI = 36, 1) и консумирани в рамките на 10 минути след тренировка. Приемът на енергия след тренировка в условия на HGI и LGI е 678, 2 ± 18, 7 kcal (захарид 138, 03 ± 0,8 g; протеин 19, 4 ± 0,5 g и мазнини 5, 4 ± 0,1 g) и 682, 2 ± 18, 8 kcal (захарид 137, 7 ± 3, 8 g; протеин 18, 5 ± 0, 5 g и мазнини 6, 4 ± 0, 2 g). Диетата HGI включваше царевични люспи (60,2 g), обезмаслено мляко (245 ml), бял хляб (80,5 g), конфитюр (20,3 g), глюкозна вода (126 ml) и вода (560 ml).). Съдържанието на LGI в диетата включваше всички трици (61,6 g), обезмаслено мляко (329 ml), праскови (280 g), ябълки (210 g) и ябълков сок (164,5 ml).

Събиране на мускулна тъкан

Мускулната биопсия се извършва под местна упойка (2% лидокаин без адреналин). Разрез с дължина 10 mm и приблизително 20 cm дълбочина над коляното е извършен в кожата и мускулната фасция с помощта на асептична техника. Биопсии на Vastus lateralis (около 50 mg) се извършват, като се използва перкутанната техника на биопсия на Bergstrom (1962). Пробите се попиват на сухо и грубо се нарязват без мазнини и съединителна тъкан, замразяват се в течен азот и се съхраняват при -80 ° C преди RT-PCR и Western blot анализ.

Вземане на кръв и анализ

Обратна транскрипция-PCR

Уестърн петно

Мускулите се хомогенизират в 20 ml ледена студена 4- (2-хидроксиетил) -1-пиперазинетансулфонова киселина, 1 тМ етилендиаминтетраоцетна киселина и 250 тМ захарозен буфер (рН 7,4) с политрон (Brinkmann Instruments, Westbury, NY, USA) . ). Съдържанието на протеин във всяка проба се определя количествено с помощта на теста на Lowry. Равни количества протеини бяха денатурирани и разделени на 7,5% гел за електрофореза в полиакриламиден гел с натриев додецил сулфат и след това прехвърлени в поли (винилиден дифлуорид) мембрани (New Life Science Product, Inc., Бостън, МА, САЩ). Неспецифичните места за свързване на мембраните бяха блокирани с 5% обезмаслено мляко на прах в буфер, съдържащ 10 mM Tris-HCl и 100 mM NaCl, рН 7,5 и поддържани при 4 ° С за една нощ. След това петна бяха инкубирани последователно с GLUT4 (1: 250, Chemicon, Billerica, CA, USA) или първични FAT/CD3 антитела (1: 5000, Santa Cruz, Santa Cruz, CA, USA) и конюгирани антитела срещу хрян пероксидаза (1 ).: 5000, Perkin-Elmer, Бостън, Масачузетс, САЩ). Комплексите антиген-антитела бяха визуализирани, открити и количествено определени с помощта на ECL комплект за откриване на Western blot (Amersham Pharmacia Biotech, Piscataway, NJ, USA), анализатор на луминесцентно изображение (Fujifilm, Япония) и нулев Dscan денситометричен (Scanalytics, Inc., FairFax, VA)., САЩ).

Статистически анализ

Средната разлика на всички измервания беше сравнена чрез двупосочен дисперсионен анализ с повтарящи се измервания. Post hoc тестът на Tukey, който приема, че стойността на грешката от тип I е 0,05 за всеки тест, е използван за разграничаване на значителни разлики между двойките диетични условия. Данните са представени като средна стойност ± Извършена е оценка на производителността за определяне размера на пробата. За постигане на 80% ефективност са били необходими поне шест субекта. В това проучване имахме осем субекта, така че срещнахме размера на извадката, необходим за откриване на статистически разлики.

резултатът

Пациентите извършиха 60-минутна циклична реакция при 75% VO 2max и се възстановиха на гладно, LGI и HGI. По време на възстановяването се вземат кръвни проби на всеки 30 минути до 3 часа за проследяване на глюкозния клирънс. Фигура 1 показва резултатите от плазмените нива на глюкоза (а) и инсулин (б) след диета. Както концентрациите на глюкоза в плазмата, така и на инсулина достигат връх 30 минути след диетата и след това намаляват за 3 часа. Плазмените концентрации на глюкоза и инсулин в рамките на диетата HGI са значително по-високи от диетата на гладно и LGI (P

инокулум

Плазмени концентрации на глюкоза ( а ) и инсулин ( б ). * Значителна разлика от нивото на гладно (P † Значителна разлика от ниския гликемичен индекс (LGI)) (P

Плазмени концентрации на неестерифицирани мастни киселини (NEFA) ( а ) и глицерол ( б ). * Значителна разлика от нивото на гладно (P

Нива на иРНК на GLUT4 в мускула на човешкия огромен латералис. * Значителна разлика от нивото на гладно (P † Значителна разлика от непосредствено след тренировка (P †

Нива на GLUT4 протеини в човешкия мускул ogromus lateralis.

Изображение в пълен размер

Мускулните нива на FAT/CD36 mRNA и протеини са показани на фигури 5 и 6. Нивата на mRNA на FAT/CD36 mRNA и протеини не се различават между диетата на гладно и LGI. Диетата с HGI значително намали нивата на FAT/CD36 mRNA и нивата на протеин под изходното ниво (P

Ниво на FAT/CD36 на иРНК в мускула на човешкия просторен латералис. * Значителна разлика от нивото на гладно (P † Значителна разлика от непосредствено след тренировка (P †

Ниво на FAT/CD36 протеин в мускулите на човешкия ogromus lateralis. Стойностите се отчитат като средно ± se (n = 6). * Значителна разлика от нивото на гладно (P † Значителна разлика от непосредствено след тренировка (P †