Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

Studio randomizzato controllato per studiare gli effetti acuti dell'esercizio di forza sulla sensibilità all'insulina negli adulti obesi

Published: December 1, 2023 doi: 10.3791/65478
Automatic Translation
1, 2, 3, 4, 1, 1, 5, 1,4
1Department of Physical Education, Federal University of the Jequitinhonha and Mucuri Valleys, 2Laboratory of Exercise Biology and Immunometabolism, Centro Integrado de Pós-Graduação e Pesquisa em Saúde, Programa Multicêntrico de Pós-Graduação em Ciências Fisiológicas, Federal University of the Jequitinhonha and Mucuri Valleys, 3Occupational Safety & Health, Los Alamos National Laboratory, 4Department of Health, Exercise, and Sports Sciences, University of New Mexico, 5School of Physical Education and Sport, University of Sao Paulo

Summary

Questo studio descrive un protocollo di studio randomizzato controllato volto a valutare gli effetti acuti del volume di esercizio della forza sulla sensibilità all'insulina in individui obesi.

Abstract

Una sessione acuta di esercizio di forza (SE) migliora la sensibilità all'insulina (IS) per diverse ore; tuttavia, gli effetti del volume SE (cioè il numero di serie) non sono stati studiati a fondo. Sebbene sia intuitivo che un po' di SE sia meglio di niente, e di più è meglio di alcuni per il miglioramento dell'IS, le sessioni ad alto volume potrebbero essere difficili da completare per le popolazioni malate, in particolare per gli adulti obesi, per i quali anche una camminata veloce può essere impegnativa. Questo protocollo descrive in dettaglio uno studio clinico randomizzato per valutare gli effetti acuti dell'SE sull'IS negli adulti obesi. I criteri di inclusione sono l'indice di massa corporea >30 kg/m2, l'obesità centrale (circonferenza vita >88 cm e >102 cm rispettivamente per donne e uomini) e l'età >40 anni. I partecipanti familiarizzeranno con l'SE (7 esercizi mirati ai principali gruppi muscolari) e poi eseguiranno tre sessioni in ordine casuale: sessione 1 - sessione ad alto volume (3 serie/esercizio); sessione 2 - sessione a basso volume (1 serie/esercizio); Sessione 3 - Sessione di controllo (nessun esercizio). La dieta sarà controllata il giorno prima e il giorno delle sedute. Le sessioni saranno completate di notte e la mattina successiva verrà eseguito un test di tolleranza al glucosio orale, da cui verranno derivati diversi indici di IS, come l'area sotto la curva (AUC) di glucosio e insulina, l'indice di Matsuda, l'indice di Cederholm, l'indice IS muscolare e l'indice di Gutt. Sulla base di studi pilota, ci aspettiamo un miglioramento del ~15% dell'IS (AUC dell'insulina e degli indici di Matsuda e Cederholm) dopo la sessione ad alto volume e un miglioramento del ~8% dopo la sessione a basso volume rispetto alla sessione di controllo. Questo studio andrà a beneficio delle persone che trovano impegnative sessioni di SE ad alto volume, ma mirano comunque a migliorare il loro IS investendo 1/3 del loro tempo e dei loro sforzi.

Introduction

Sebbene gli effetti cronici dell'allenamento della forza sulla sensibilità all'insulina siano stati ripetutamente dimostrati 1,2,3, anche una sessione acuta di esercizi di forza può migliorare l'azione dell'insulina fino a 48 h4. Questo effetto è stato dimostrato in pazienti sanicon 5,6,7,8 anni, obesi 9, anziani10, pazienti insulino-resistenti 4 e pazienti con diabete mellito di tipo 211. Altri non hanno riportato effetti positivi 12,13,14,15,16,17 e non è chiaro il motivo per cui si verificano queste differenze.

In una recente revisione narrativa18, è stato suggerito che il volume dell'esercizio di forza (il numero di serie per esercizio) è essenziale per migliorare la sensibilità all'insulina. Ad esempio, una recente revisione sistematica e una meta-analisi hanno dimostrato che le sessioni composte da 21 serie o più hanno portato a un maggiore miglioramento dell'azione dell'insulina rispetto alle sessioni con meno di 21 serie19. Tuttavia, solo prove limitate dalla letteratura supportano direttamente questa nozione. Ad esempio, un volume di esercizio di forza più elevato (30 serie) ha migliorato il metabolismo del glucosio più di un volume inferiore (10 serie)20. Ma vale la pena notare che questo studio ha implementato esercizi di forza in stile circuito, il che limita il confronto con gli esercizi di forza tradizionali. In un altro studio, è stata osservata una migliore sensibilità all'insulina dopo un protocollo di esercizi di forza di 32 serie rispetto a un protocollo di 8 serie21. Tuttavia, il grado di sforzo dopo le serie non è stato riportato ed è stato presumibilmente maggiore dopo il protocollo ad alto volume. Questo è importante perché anche il grado di sforzo (o la vicinanza al cedimento muscolare concentrico, caratterizzato dall'incapacità di continuare la serie a causa del fallimento nel movimento concentrico di una data ripetizione) è stato considerato una variabile importante per migliorare il metabolismo dell'insulina e del glucosio18. Pertanto, i limitati studi disponibili sull'argomento, insieme ai loro limiti metodologici, precludono ulteriori inferenze sugli effetti del volume dell'esercizio di forza sulla sensibilità all'insulina.

Un altro punto interessante quando si parla di volume di esercizi di forza è che è intrinsecamente collegato all'impegno di tempo. Un volume di esercizio inferiore, per progettazione, significa meno tempo trascorso in palestra. Tra i motivi per non aderire a un programma di esercizi, la mancanza di tempo è in cima alla lista22. Pertanto, una sessione di esercizi di forza a basso volume che migliora efficacemente la sensibilità all'insulina significa un minore impegno di tempo23 e potrebbe comportare una maggiore aderenza a lungo termine. Inoltre, anche i sentimenti soggettivi, come l'autoefficacia (autopercezione della capacità di realizzare qualcosa) e le sensazioni di piacere e divertimento (godimento), sono correlati all'aderenza all'esercizio24,25,26. È ragionevole ipotizzare che le persone potrebbero sentirsi più sicure e godersi di più la loro esperienza di esercizio quando eseguono una sessione di esercizi di forza a basso volume che si traduce in un miglioramento della salute.

Per colmare le lacune nella letteratura riassunte sopra, descriviamo un protocollo per uno studio clinico randomizzato, controllato, crossover, con l'obiettivo primario di valutare gli effetti del volume dell'esercizio di forza sulla sensibilità all'insulina in individui obesi. Come obiettivo secondario, valutiamo gli effetti del volume dell'esercizio di forza sui sentimenti soggettivi (autoefficacia, affetto e divertimento).

Il protocollo qui descritto descrive uno studio clinico randomizzato, controllato, a 3 vie, crossover. La sequenza cronologica del protocollo prevede: una valutazione pre-partecipazione dell'anamnesi sanitaria e delle misure antropometriche (massa corporea, altezza, circonferenza vita e composizione corporea); un appuntamento con il nutrizionista certificato della squadra; un periodo di familiarizzazione con gli esercizi di forza e i questionari sulle sensazioni soggettive; valutazione della forza in ogni esercizio; assegnazione casuale dell'ordine delle sessioni; svolgimento delle 3 sedute (separate da 7-28 giorni), a cui segue immediatamente la risposta ai questionari sulle sensazioni soggettive; un test di tolleranza al glucosio orale (OGTT) la mattina successiva; e l'analisi dei dati. La Figura 1 delinea la progettazione del protocollo.

Figure 1
Figura 1: Disegno dello studio. Di seguito è riportato un diagramma di flusso della metodologia di sperimentazione. 1: soggetti obesi (indice di massa corporea [BMI] >30 kg/m2; circonferenza vita >102/88 cm); 2: Valutazioni antropometriche e familiarizzazione; assegnazione casuale a 3: sessione di esercizi di forza ad alto volume (21 serie), 4: sessione di esercizi di forza a basso volume (7 serie) o 5: giorno di controllo; 6: pasto standard dopo le sessioni; 7: digiuno di sonno e pernottamento; 8: test di tolleranza al glucosio per via orale. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Ottenere l'autorizzazione etica per lo studio presentando il protocollo dello studio e il documento di consenso informato all'Institutional Review Board (IRB) locale o al Comitato etico della ricerca (REC) locale. Lo studio può iniziare solo dopo l'approvazione dell'IRB o del REC. I risultati presentati di seguito provengono da uno studio pilota, per il quale i soggetti hanno firmato un consenso informato scritto prima dell'arruolamento. Dopo l'approvazione dell'IRB o del REC, registrare in modo prospettico il protocollo in un archivio pubblico, come Clinical Trials (https://clinicaltrials.gov). Se il tuo paese ha un archivio nazionale, registra lì il protocollo (ad esempio, in Brasile, c'è il Brazilian Clinical Trials (https://ensaiosclinicos.gov.br). Il presente studio è stato approvato dall'IRB locale (numero di certificato CAAE 63190422.0.0000.5108) ed è stato registrato in modo prospettico in un registro di studi clinici (ReBEC #RBR-3vj5dc5 https://ensaiosclinicos.gov.br/rg/RBR-3vj5dc5).

1. Selezione e preparazione dei volontari

  1. Calcolare la dimensione del campione necessaria per le prove
  2. Selezionare soggetti che: sono obesi (indice di massa corporea >30 kg/m2); avere obesità centrale (circonferenza vita > 102/88 cm negli uomini/donne); hanno un'età >40 anni; sono in grado di eseguire esercizi di forza.
  3. Escludere i soggetti che: mostrano segni, sintomi o presenza di diabete o qualsiasi altra malattia metabolica, malattie cardiovascolari, malattie cerebrovascolari, malattie renali, malattie respiratorie e malattie osteoarticolari27; riferire l'uso di qualsiasi farmaco che possa influenzare i risultati attesi (compresi i contraccettivi orali28); rapporto l'uso di steroidi anabolizzanti; è incinta o intende rimanere incinta nel corso dello studio; Descrivere l'assunzione di integratori alimentari noti per influenzare le prestazioni fisiche, come caffeina, beta-alanina, creatina e bicarbonato di sodio29.
  4. Ottieni la firma del partecipante nel consenso informato e conservalo in un armadietto privato.

2. Misurare la composizione corporea del partecipante

  1. Per questo studio, valutare la composizione corporea mediante assorbimetria a raggi X a doppia energia, seguendo le istruzioni del produttore per l'analisi della massa grassa, massa magra. Tuttavia, è possibile utilizzare qualsiasi altro metodo consolidato (ad esempio, Bod Pod, pesatura sott'acqua, piega cutanea).

3. Controllo dietetico

  1. Fissa un appuntamento con il nutrizionista certificato del team di ricerca per istruire i partecipanti su come registrare la loro dieta di 3 giorni (2 giorni feriali, 1 fine settimana).
  2. Sviluppare un piano alimentare con il nutrizionista in base al fabbisogno energetico dei partecipanti e all'assunzione di cibo, per garantire una dieta isocalorica il giorno prima e il giorno delle sessioni30.

4. Familiarizzazione

  1. Chiedi ai partecipanti di eseguire 5 sessioni di familiarizzazione, separate da almeno 2 giorni.
    1. Sessione di familiarizzazione 1
      1. Istruire il partecipante sulla forma di sollevamento: gamma di movimento, durata delle fasi concentriche ed eccentriche (~3 s di durata totale delle ripetizioni) in ciascuno dei 7 esercizi di forza (1 - squat con barra esagonale; 2 - panca; 3 - pressa per le gambe; 4 - lat pulldown; 5 - estensione delle gambe; 6 - pressa per le spalle; 7 - leg curl).
      2. Istruire il partecipante su come valutare il proprio sforzo in base alla scala OMNI-RES30.
      3. Chiedi al partecipante di eseguire un riscaldamento di 5 minuti camminando su un tapis roulant a ~3-4 km/h.
      4. Chiedi ai partecipanti di eseguire 3 serie da 8 ripetizioni in ciascuno dei 7 esercizi che considerano facili o tra i livelli 3 e 4 secondo la scala OMNI-RES.
      5. Consenti un recupero da 90 a 120 secondi tra serie ed esercizi.
    2. Sessione di familiarizzazione 2
      1. Istruire il partecipante su come rispondere alla scala dell'affetto31,32, alla scala del piacere dell'attività fisica (PACES) 32,33 e alla scala dell'autoefficacia 34.
      2. Chiedi al partecipante di rispondere alla scala dell'affetto prima della sessione di familiarizzazione.
      3. Chiedi al partecipante di eseguire un riscaldamento di 5 minuti camminando su un tapis roulant a 3-4 km/h.
      4. Chiedi al partecipante di eseguire 3 serie da 8 ripetizioni in ciascuno dei 7 esercizi, che considera difficili o tra i livelli 5 e 7 secondo la scala OMNI-RES.
      5. Consenti un recupero da 90 a 120 secondi tra serie ed esercizi.
      6. Chiedi al partecipante di rispondere alla scala dell'affetto, al PACES e alla scala dell'autoefficacia dopo la sessione di familiarizzazione.
    3. Sessione di familiarizzazione 3
      1. Chiedi al partecipante di rispondere alla scala dell'affetto prima della sessione di familiarizzazione.
      2. Chiedi al partecipante di eseguire un riscaldamento di 5 minuti camminando su un tapis roulant a ~3-4 km/h.
      3. Chiedi ai partecipanti di eseguire 3 serie da 8 ripetizioni in ciascuno dei 7 esercizi, che considerano difficili, o tra i livelli 7 e 9 secondo la scala OMNI-RES.
      4. Consenti un recupero da 90 a 120 secondi tra serie ed esercizi.
      5. Chiedi al partecipante di rispondere alla scala dell'affetto, al PACES e alla scala dell'autoefficacia dopo la sessione di familiarizzazione.
    4. Sessione di familiarizzazione 4
      1. Chiedi al partecipante di rispondere alla scala dell'affetto prima della sessione di familiarizzazione.
      2. Chiedi al partecipante di eseguire un riscaldamento di 5 minuti camminando su un tapis roulant a 3-4 km/h.
      3. Chiedi al partecipante di eseguire 3 serie da 8 ripetizioni in ciascuno dei 7 esercizi, che considera difficili ed estremamente difficili o tra i livelli 9 e 10 secondo la scala OMNI-RES.
      4. Consenti un recupero da 90 a 120 secondi tra serie ed esercizi.
      5. Chiedi al partecipante di rispondere alla scala dell'affetto, al PACES e alla scala dell'autoefficacia dopo la sessione di familiarizzazione.
    5. Sessione di familiarizzazione 5
      1. Chiedi al partecipante di imitare i test di forza (vedi dettagli nel passaggio 5). L'intervallo tra le sessioni di familiarizzazione può arrivare fino a 7 giorni e può essere programmato in base alla presenza di indolenzimento muscolare a insorgenza ritardata.
        NOTA: Quest'ultima sessione di familiarizzazione ha lo scopo di familiarizzare il partecipante con i test di forza. È estremamente importante in questo studio avere un periodo di familiarizzazione approfondito 1) per assicurarsi che il partecipante possa eseguire le serie a o molto vicino al cedimento concentrico18 e 2) per evitare l'effetto negativo del danno muscolare sulla sensibilità all'insulina35,36,37.

5. Prove di forza (massimo 8 ripetizioni)

  1. Eseguire i test di forza (8 ripetizioni massimo [RM]) in ciascuno dei 7 esercizi per un totale di almeno 72 h (ma non più di 7 giorni) dopo l'ultima sessione di familiarizzazione.
    1. Chiedi al partecipante di eseguire un riscaldamento di 5 minuti camminando su un tapis roulant a 3-4 km/h.
    2. Chiedi al partecipante di eseguire 1 serie a basso carico (12 ripetizioni, 40%-50% di RM, scala 3-4 OMNI) prima di ogni esercizio.
    3. Regolare il peso in base al carico previsto al quale il partecipante sarà in grado di eseguire 8, ma non 9, ripetizioni con una buona forma. Registrare questo carico.
    4. Se il partecipante non è in grado di eseguire 8 ripetizioni a causa della perdita di buona forma, del cedimento muscolare concentrico, o se il partecipante interrompe volontariamente la serie a causa dell'affaticamento, ridurre il carico del 5-10%, lasciarlo riposare per 3-5 minuti e fare un altro tentativo.
    5. Se il partecipante è in grado di eseguire 9 ripetizioni, aumentare il carico del 5-10%, lasciarlo riposare per 3-5 minuti e fare un altro tentativo.
    6. Ripetere i passaggi 5.1.4 e 5.1.5 fino a quando il partecipante non è in grado di eseguire 8 ma non 9 ripetizioni e registrare il carico.
      NOTA: Per evitare la variabilità tra valutatori, lo stesso membro del team di ricerca deve condurre test di forza con tutti i partecipanti.
    7. Eseguire le prove nello stesso ordine degli esercizi sopra descritti: 1 - squat alla sbarra esagonale; 2 - panca; 3 - pressa per gambe; 4 - lat pulldown; 5 - estensione delle gambe; 6 - pressa per le spalle; 7 - leg curl, lasciando passare almeno 3 minuti tra un esercizio e l'altro.
      NOTA: Basa il carico previsto sulle prestazioni della quinta sessione di familiarizzazione, quando verranno imitati i test di forza. Per evitare un eccessivo affaticamento, è ottimale trovare il carico di 8 RM nel primo tentativo di ogni esercizio, ma sono accettabili 2 tentativi.

6. Assegnazione casuale delle sessioni

  1. Stampare sequenze casuali con i numeri 1, 2 e 3 che rappresentano rispettivamente il volume alto, il volume basso e il controllo, quindi inserire ciascuna di esse all'interno di buste opache numerate in sequenza e sigillare le buste.
  2. Aprire le buste per visualizzare l'ordine delle sessioni dopo i test di resistenza.
    NOTA: Il passaggio 6.1 deve essere eseguito da un collaboratore di ricerca non direttamente coinvolto nella raccolta dei dati o responsabile dell'apertura delle buste.

7. Raccolta cieca dei dati

  1. Istruire il partecipante a non rivelare quale sessione ha eseguito la sera prima ai dipendenti del laboratorio clinico in cui verrà eseguito l'OGTT.
  2. Avere un collaboratore di ricerca, non direttamente coinvolto nella raccolta e nell'analisi dei dati, per inserire i dati dell'OGTT in fogli di calcolo separati utilizzando codici per nascondere l'identità del partecipante e la sessione eseguita.
    NOTA: A causa delle caratteristiche inerenti a questo disegno di studio (esercizio), non è possibile accecare sia il partecipante che il terapeuta.

8. Sessioni di allenamento

  1. Sessione 1 - ad alto volume
    1. Istruire il partecipante a non impegnarsi in esercizi di intensità da moderata ad alta per almeno 2 giorni prima della sessione.
    2. Istruire il partecipante a seguire la dieta prescritta dal nutrizionista il giorno prima e il giorno della sessione. L'ultimo pasto è alle 18:30
    3. Chiedi al partecipante di presentarsi in palestra alle 19:30.
    4. Chiedi al partecipante di rispondere alla scala dell'affetto prima della sessione di allenamento alle 19:55.
    5. Chiedi al partecipante di eseguire un riscaldamento di 5 minuti camminando su un tapis roulant a 3-4 km/h.
    6. Chiedi al partecipante di eseguire 3 serie con il maggior numero possibile di ripetizioni (fino al cedimento muscolare concentrico o fino a quando il partecipante interrompe volontariamente la serie) in ciascuno dei 7 esercizi con il carico del test 8 RM e registra il numero di ripetizioni in ogni serie.
    7. Chiedi al partecipante di valutare il proprio sforzo in base alla scala OMNI-RES dopo ogni serie e record. Consenti un recupero di 120 s tra serie ed esercizi.
    8. Chiedi al partecipante di rispondere alla scala dell'affetto, al PACES e alla scala di autoefficacia dopo aver terminato la sessione.
    9. Chiedi al partecipante di ingerire il pasto post-sessione tra le 21:00 e le 21:30 e istruisci il partecipante a non ingerire nient'altro (tranne l'acqua) fino al mattino successivo, quando verrà eseguito l'OGTT e mandalo a casa.
  2. Sessione 2 - a basso volume
    1. Ripetere i passaggi da 8.1.1 a 8.1.3. Chiedi al partecipante di rispondere alla scala dell'affetto alle 20:35. Ripetere il passaggio 8.1.5.
    2. Chiedi al partecipante di eseguire 1 serie con il maggior numero possibile di ripetizioni (fino al cedimento muscolare concentrico o fino a quando il partecipante non interrompe volontariamente la serie) in ciascuno dei 7 esercizi con il carico del test 8 RM e registrare il numero di ripetizioni in ogni serie.
    3. Ripetere i passaggi da 8.1.7 a 8.1.9
  3. Sessione 3 - giornata di controllo
    1. Ripetere le procedure da 8.1.1 a 8.1.4.
    2. Posizionare il partecipante in ogni esercizio/attrezzo per 30 secondi (imitando il periodo di serie attiva) ma istruirlo a non eseguire alcuna contrazione muscolare (o semplicemente a rimanere fermo nell'esercizio/attrezzatura).
    3. Ripetere il passaggio 8.3.2 per 3 serie finte per tutti e 7 gli esercizi (mimando la sessione 1, ma senza alcuna contrazione muscolare).
    4. Ripetere i passaggi da 8.1.7 a 8.1.9

9. OGTT e analisi dei dati

  1. Chiedi ai partecipanti di presentarsi al laboratorio tra le 7:00 e le 7:30.
  2. Raccogliere un campione di sangue a digiuno come descritto in38,39.
  3. Chiedere ai partecipanti di ingerire 75 g di glucosio in 300 mL di soluzione. Raccogliere campioni di sangue a 30 minuti, 60 minuti, 90 minuti e 120 minuti dopo l'ingestione di glucosio.
  4. Misurare la glicemia plasmatica e la concentrazione sierica di insulina in tutti i campioni di sangue come descritto alpunto 38,39. Tracciare i dati da OGTT.
  5. Calcolare a) l'AUC per glucosio e insulina seguendo la regola trapezoidale40; b) l'indice di sensibilità insulinica al glucosio orale41; c) l'indice di sensibilità all'insulina di Matsuda42; d) l'indice di Cederholm43; e) l'indice di sensibilità muscolare all'insulina44,45; f) l'indice di Gutt46; g) l'indice di Avignone et al.47; e h) l'indice48 di Stumvoll et al.

10. Analisi statistica

  1. Analizza i dati in cieco all'allocazione utilizzando fogli di calcolo codificati dal passaggio 7.2.
  2. Esprimere i dati come media e deviazione standard. Valuta la normalità dei dati con il test di Shapiro-Wilk. Per i dati normalmente distribuiti, analizzare i dati con analisi unidirezionali della varianza, se si osserva un effetto principale significativo, utilizzare il test Tukey post hoc.
  3. Per i dati non parametrici, utilizzare il test di Kruskal-Wallis o il test di Friedman. Si consideri la significatività quando i valori di p sono inferiori a 0,05.
  4. Rivela l'allocazione dopo l'esecuzione di tutte le statistiche.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

La Figura 2 mostra le risposte rappresentative (da uno studio pilota) per il glucosio (Figura 2A) e l'insulina (Figura 2B) durante l'OGTT. Di solito, i picchi per i valori di glucosio e insulina si osservano a 30 minuti di misurazione, che è seguito da una diminuzione costante fino a 120 minuti di misurazione. Più basso è il picco di glucosio, migliore è il risultato, che è indicativo dell'inibizione della produzione epatica di glucosio. Più veloce è la diminuzione del glucosio dopo il picco, migliore è il risultato, che è indicativo di un più rapido smaltimento del glucosio (di solito associato all'assorbimento di glucosio nel muscolo scheletrico). Per l'insulina, valori più bassi indicano che è necessaria una minore quantità di insulina rilasciata dalle cellule beta pancreatiche per il controllo della glicemia. Tuttavia, questa interpretazione è valida solo per gli individui con cellule beta funzionali, poiché gli individui con cellule beta disfunzionali (o morte) avranno una risposta insulinica inferiore durante l'OGTT, ma una risposta glicemica più elevata.

Figure 2
Figura 2: Test di tolleranza al glucosio per via orale. Risposte glicemice (A) e insulina (B) al test di tolleranza al glucosio orale dopo nessun esercizio (controllo), 21 serie di esercizi di forza (ad alto volume) e 7 serie di esercizi di forza (a basso volume) protocolli in adulti obesi. I dati sono indicati come media (barre) e deviazione standard (barre di errore). Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

La Figura 3 mostra gli indici di sensibilità all'insulina derivati dall'OGTT. I più comuni sono l'AUC del glucosio (Figura 3A) e dell'insulina (Figura 3B). Si noti che un'AUC più bassa indica un risultato migliore. In altre parole, gli individui che mostrano una glicemia e una concentrazione di insulina più basse dopo una sfida glicemica standard probabilmente hanno una migliore sensibilità all'insulina. Altri indici di sensibilità all'insulina possono essere calcolati dai risultati dell'OGTT (Figura 3C-I). Poiché utilizzano parametri diversi dall'OGTT per stimare la sensibilità all'insulina, i risultati variano tra gli indici. Tuttavia, il modello è simile per la maggior parte degli indici, poiché gli esercizi di forza a basso e alto volume migliorano la sensibilità all'insulina, ma si osservano risultati superiori in seguito a quest'ultima condizione.

Figure 3
Figura 3. Indici di sensibilità all'insulina. Risposte degli indici di sensibilità all'insulina (ISI) derivate dal test di tolleranza al glucosio orale (ISI) dopo nessun esercizio (controllo), 21 serie di esercizi di forza (ad alto volume) e 7 serie di esercizi di forza (a basso volume) negli adulti obesi. Area del glucosio (A) e dell'insulina (B) sotto la curva (AUC), glucosio orale (OG) IS (C), Matsuda ISI (D), Cederholm ISI (E), Muscle ISI (F), Gutt ISI (G), Avignone ISI (H) e Stumvoll ISI (I). *p<0,05; p<0,001 per il test post-hoc di Tukey. I dati sono mostrati come valori individuali (grafici), media (barre) e deviazione standard (barre di errore). Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Questo documento ha dettagliato i passaggi per uno studio randomizzato controllato che mirava a valutare gli effetti del volume dell'esercizio di forza sulla sensibilità all'insulina negli adulti obesi. Gli studi randomizzati controllati sono i migliori protocolli di ricerca per stabilire causa-effetto di un trattamento in modo imparziale49,50. In particolare, in questo studio, utilizzeremo un disegno crossover, il che significa che ogni soggetto reclutato eseguirà ogni condizione in un ordine randomizzato51 Sebbene gli studi crossover aumentino il carico sui soggetti e non siano ideali per il trattamento a lungo termine con effetti di carry-over, questo disegno riduce la variabilità dei dati e sono necessari meno partecipanti per trarre conclusioni52. Poiché gli effetti acuti dell'esercizio di forza sulla sensibilità all'insulina non durano più di 48 ore4, l'intervallo tra le sessioni sarà di almeno 7 giorni e i partecipanti completeranno solo 3 condizioni, riteniamo che il presente disegno di studio risponda con successo alla domanda di ricerca.

Alcuni aspetti importanti del protocollo meritano di essere affrontati. Ad esempio, alcuni hanno suggerito che gli esercizi multiarticolari che reclutano grandi masse muscolari dovrebbero essere prescritti per osservare gli effetti positivi dell'esercizio di forza sulla sensibilità all'insulina18. In questo protocollo, 5 dei 7 esercizi (stacco da terra, panca, leg press, lat pulldown e shoulder press) sono multiarticolari e gli altri 2, sebbene a singola articolazione, reclutano grandi masse muscolari (leg extension e leg curl). Inoltre, è stato suggerito che l'esecuzione di serie vicine all'insufficienza muscolare concentrica è fondamentale per migliorare il controllo glicemico, come indicato dalla riduzione dei livelli di insulina e glucosio18. Per questo motivo, i set nel protocollo corrente sono stati eseguiti fino al fallimento concentrico. Inoltre, abbiamo scelto 7 esercizi composti da 3 serie ciascuno in quanto i risultati di una revisione sistematica e di meta-analisi hanno riportato che le sessioni di esercizi di forza composte da 21 serie o più hanno mostrato un maggiore miglioramento dell'azione dell'insulina rispetto alle sessioni con meno di 21 serie19. La scelta di 1 serie negli stessi 7 esercizi si basava sulla premessa che una sessione della durata di 1/3 potrebbe essere più praticabile per il completamento da parte di soggetti obesi e potrebbe portare a una maggiore aderenza a lungo termine. Il lungo periodo di familiarizzazione che impieghiamo in questo studio si basa sull'osservazione che l'esercizio di forza non abituale, basato sull'eccentricità, porta a un peggioramento acuto della sensibilità all'insulina 36,37, che viene invertito nelle sessioni di follow-up35. Inoltre, al fine di fare in modo che i partecipanti eseguano in modo sicuro ed efficace le serie fino al cedimento, è necessario un periodo di familiarizzazione approfondito, soprattutto per i soggetti obesi e fisicamente inattivi. Infine, è fondamentale escludere il possibile effetto dell'assunzione di cibo sulla sensibilità all'insulina53,54, quindi abbiamo scelto di controllare l'assunzione alimentare il giorno prima e il giorno di ogni sessione nel presente protocollo.

Descriviamo la valutazione della sensibilità all'insulina calcolando gli indici derivati dall'OGTT55. Sebbene il clamp euglicemico iperinsulinemico sia considerato il gold standard per quantificare la sensibilità all'insulina in vivo56, si tratta di una procedura costosa e invasiva che richiede personale altamente qualificato57. Inoltre, si sostiene che l'iperinsulinemia prolungata ottenuta nella procedura non riproduce la normale fisiologia58, al contrario della risposta insulinemica all'ingestione di 75 g di glucosio in un pasto. Ciononostante, gli indici derivati da OGTT qui descritti hanno un elevato coefficiente di correlazione con il clamp iperinsulinemico-euglicemico, variabile tra 0,61 e 0,9657. Inoltre, è stato dimostrato che l'OGTT è un metodo affidabile e coerente per stimare la sensibilità all'insulina per giorni consecutivi59, ed è probabilmente uno dei metodi più frequentemente utilizzati per valutare gli effetti acuti dell'esercizio di forza sul metabolismo del glucosio 4,7,10,11,12,13,17,20,37,60,61,62. Pertanto, l'OGTT è un metodo fisiologico comunemente usato 4,7,10,11,12,13,17,20,37,60,61,62, praticabile 57, riproducibile 59, poco costoso, semplice, metodo fisiologico per valutare la sensibilità all'insulina che è fortemente correlato 57 con il metodo di clamp iperinsulinemico-euglicemico gold standard.

È importante sottolineare che i risultati mostrati provengono da uno studio pilota condotto su 4 individui obesi. Questo studio pilota è chiaramente sottodimensionato, il che preclude una valutazione approfondita degli effetti del volume dell'esercizio di forza sulla sensibilità all'insulina negli individui obesi. Tuttavia, i risultati suggeriscono che l'esercizio di forza a basso volume potrebbe migliorare la sensibilità all'insulina, anche se non nella stessa misura dell'esercizio di forza ad alto volume. Considerando che il protocollo a basso volume richiede un terzo del tempo rispetto a quello ad alto volume (18 minuti contro 55 minuti, rispettivamente) e potrebbe essere associato a migliori risposte affettive e di divertimento, ipotizziamo che un protocollo di esercizio di forza a basso volume potrebbe essere associato a una maggiore aderenza all'esercizio, che probabilmente porta a maggiori miglioramenti della salute a lungo termine. Pertanto, riteniamo che i risultati di questo studio possano essere preziosi per la prescrizione di protocolli di esercizi di forza per coloro che affermano di non avere abbastanza tempo per eseguire regolarmente l'esercizio fisico e per coloro che trovano l'esercizio di forza ad alto volume impegnativo o demotivante.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Gli autori non hanno conflitti di interesse da dichiarare.

Acknowledgments

Questo studio è sostenuto dal Consiglio Nazionale per lo Sviluppo Scientifico e Tecnologico (CNPQ: Grant#407975/2018-7 e # 402091/2021-3) e dall'Agenzia Statale per la Ricerca e lo Sviluppo di Minas Gerais (FAPEMIG: Grant# APQ-00008-22). I finanziatori non hanno avuto alcun ruolo nella progettazione di questo studio e non svolgono alcun ruolo nella conduzione dello studio, nell'interpretazione dei dati o nella segnalazione dei risultati. Questo studio ha sede presso l'Università Federale delle Valli di Jequitinhonha e Mucuri (Diamantina-MG, Brasile) che fornisce l'attrezzatura e lo spazio (DXA, sala per l'allenamento della forza, attrezzature per l'allenamento della forza, ecc.) necessari per condurre la ricerca.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
dual-energy X-ray absorptiometry GE DXA, Lunar, iDXA Advanced for assessing body composition
G*Power program  Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Germany version 3.1.9.6 for calculating sample size

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Ismail, A. D., et al. The effect of short-duration resistance training on insulin sensitivity and muscle adaptations in overweight men. Experimental physiology. 104 (4), 540-545 (2019).
  2. Jiahao, L., Jiajin, L., Yifan, L. Effects of resistance training on insulin sensitivity in the elderly: A meta-analysis of randomized controlled trials. Journal of Exercise Science and Fitness. 19 (4), 241-251 (2021).
  3. Liu, Y., et al. Resistance exercise intensity is correlated with attenuation of HbA1c and insulin in patients with type 2 diabetes: A systematic review and meta-analysis. International Journal of Environmental Research and Public Health. 16 (1), (2019).
  4. van Dijk, J. W., et al. Both resistance- and endurance-type exercise reduce the prevalence of hyperglycaemia in individuals with impaired glucose tolerance and in insulin-treated and non-insulin-treated type 2 diabetic patients. Diabetologia. 55 (5), 1273-1282 (2012).
  5. Koopman, R., et al. A single session of resistance exercise enhances insulin sensitivity for at least 24 in healthy men. European Journal of Applied Physiology. 94 (1-2), 180-187 (2005).
  6. Andersen, E., Høstmark, A. T. Effect of a Single Bout of Resistance Exercise on Postprandial Glucose and Insulin Response the Next Day in Healthy, Strength-Trained Men. The Journal of Strength and Conditioning Research. 21 (2), 487 (2007).
  7. Tong, T. K., Kong, Z., Shi, X., Shi, Q. Comparable Effects of Brief Resistance Exercise and Isotime Sprint Interval Exercise on Glucose Homeostasis in Men. Journal of Diabetes Research. 2017, (2017).
  8. Monroe, J. C., Naugle, K. M., Naugle, K. E. Effect of Acute Bouts of Volume-Matched High-Intensity Resistance Training Protocols on Blood Glucose Levels. Journal of Strength and Conditioning Research. 34 (2), 445-450 (2020).
  9. Bittel, A. J., et al. A Single Bout of Premeal Resistance Exercise Improves Postprandial Glucose Metabolism in Obese Men with Prediabetes. Medicine and science in sports and exercise. 53 (4), (2021).
  10. Fluckey, J. D., et al. Effects of resistance exercise on glucose tolerance in normal and glucose-intolerant subjects. Journal of Applied Physiology. 77 (3), 1087-1092 (1994).
  11. Fenicchia, L. M., et al. Influence of resistance exercise training on glucose control in women with type 2 diabetes. Metabolism: Clinical and Experimental. 53 (3), 284-289 (2004).
  12. Gordon, B. A., Fraser, S. F., Bird, S. R., Benson, A. C. Insulin sensitivity not modulated 24 to 78h after acute resistance exercise in type 2 diabetes patients. Diabetes, Obesity and Metabolism. 15 (5), 478-480 (2013).
  13. Gordon, B. A., Fraser, S. F., Bird, S. R., Benson, A. C. Insulin sensitivity in response to a single resistance exercise session in apparently healthy individuals. Journal of Endocrinological Investigation. 35 (7), 665-669 (2012).
  14. Malin, S. K., Hinnerichs, K. R., Echtenkamp, B. G., Evetovich, T. K., Engebretsen, B. J. Effect of adiposity on insulin action after acute and chronic resistance exercise in non-diabetic women. European Journal of Applied Physiology. 113 (12), 2933-2941 (2013).
  15. Moreno-Cabañas, A., et al. One Bout of Resistance Training Does Not Enhance Metformin Actions in Prediabetic and Diabetic Individuals. Medicine and Science in Sports and Exercise. 54 (7), (2022).
  16. Luebbers, P. E., et al. Glucose Uptake After Resistance Training of Different Intensities but of Equal Work Volume. Journal of Strength and Conditioning Research. 22 (4), 1094-1100 (2008).
  17. Chapman, J., Garvin, A. W., Ward, A., Cartee, G. D. Unaltered insulin sensitivity after resistance exercise bout by postmenopausal women. Medicine & Science in Sports & Exercise. 34 (6), 936-941 (2002).
  18. Brown, E. C., Franklin, B. A., Regensteiner, J. G., Stewart, K. J. Effects of single bout resistance exercise on glucose levels, insulin action, and cardiovascular risk in type 2 diabetes: A narrative review. Journal of Diabetes and its Complications. 34 (8), (2020).
  19. Ishiguro, H., et al. In Search of the Ideal Resistance Training Program to Improve Glycemic Control and its Indication for Patients with Type 2 Diabetes Mellitus: A Systematic Review and Meta-Analysis. Sports Medicine. 46 (1), 67-77 (2016).
  20. Reed, M. E., Ben-Ezra, V., Biggerstaff, K. D., Nichols, D. L. The Effects of Two Bouts of High- and Low-Volume Resistance Exercise on Glucose Tolerance in Normoglycemic Women. Journal of Strength and Conditioning Research. 26 (1), 251-260 (2012).
  21. Black, L. E., Swan, P. D., Alvar, B. A. Effects of Intensity and Volume on Insulin Sensitivity During Acute Bouts of Resistance Training. Journal of Strength and Conditioning Research. 24 (4), 1109-1116 (2010).
  22. Carballo-Fazanes, A., et al. Physical Activity Habits and Determinants, Sedentary Behaviour and Lifestyle in University Students. International Journal of Environmental Research and Public Health. 17 (9), 3272 (2020).
  23. SCHOENFELD, B. J., et al. Resistance Training Volume Enhances Muscle Hypertrophy but Not Strength in Trained Men. Medicine & Science in Sports & Exercise. 51 (1), 94-103 (2019).
  24. Neupert, S. D., Lachman, M. E., Whitbourne, S. B. Exercise Self-Efficacy and Control Beliefs: Effects on Exercise Behavior after an Exercise Intervention for Older Adults. Journal of Aging and Physical Activity. 17 (1), 1-16 (2009).
  25. Gjestvang, C., Abrahamsen, F., Stensrud, T., Haakstad, L. A. H. Motives and barriers to initiation and sustained exercise adherence in a fitness club setting—A one-year follow-up study. Scandinavian Journal of Medicine and Science in Sports. 30 (9), (2020).
  26. Collado-Mateo, D., et al. Key factors associated with adherence to physical exercise in patients with chronic diseases and older adults: An umbrella review. International Journal of Environmental Research and Public Health. 18 (4), (2021).
  27. Riebe, D., et al. Updating ACSM’s Recommendations for Exercise Preparticipation Health Screening. Medicine & Science in Sports & Exercise. 47 (11), 2473-2479 (2015).
  28. Cortés, M. E., Alfaro, A. A. The effects of hormonal contraceptives on glycemic regulation. Linacre Quarterly. 81 (3), (2014).
  29. Kerksick, C. M., et al. ISSN exercise & sports nutrition review update: research & recommendations. , 1-57 (2018).
  30. ROBERTSON, R. J., et al. Concurrent Validation of the OMNI Perceived Exertion Scale for Resistance Exercise. Medicine & Science in Sports & Exercise. 35 (2), 333-341 (2003).
  31. Hardy, C. J., Rejeski, W. J. Not What, but How One Feels: The Measurement of Affect during Exercise. Journal of Sport and Exercise Psychology. 11 (3), (2016).
  32. Alves, E. D., Panissa, V. L. G., Barros, B. J., Franchini, E., Takito, M. Y. Translation, adaptation, and reproducibility of the Physical Activity Enjoyment Scale (PACES) and Feeling Scale to Brazilian Portuguese. Sport Sciences for Health. 15 (2), (2019).
  33. Kendzierski, D., DeCarlo, K. J. Physical Activity Enjoyment Scale: Two Validation Studies. Journal of Sport and Exercise Psychology. 13 (1), (2016).
  34. McAuley, E., Lox, C., Duncan, T. E. Long-term maintenance of exercise, self-efficacy, and physiological change in older adults. Journals of Gerontology. 48 (4), (1993).
  35. Chen, T. C., et al. Changes in Insulin Sensitivity and Lipid Profile Markers Following Initial and Secondary Bouts of Multiple Eccentric Exercises. Frontiers in Physiology. 13, (2022).
  36. Jimenez, C., Santiago, M., Sitler, M., Boden, G., Homko, C. Insulin-Sensitivity Response to a Single Bout of Resistive Exercise in Type 1 Diabetes Mellitus. Journal of Sport Rehabilitation. 18 (4), 564-571 (2009).
  37. Gonzalez, J. T., Barwood, M. J., Goodall, S., Thomas, K., Howatson, G. Alterations in whole-body insulin sensitivity resulting from repeated eccentric exercise of a single muscle group: A pilot investigation. International Journal of Sport Nutrition and Exercise Metabolism. 25 (4), 405-410 (2015).
  38. Ismail, A. D., et al. The effect of short-duration resistance training on insulin sensitivity and muscle adaptations in overweight men. Experimental Physiology. 104 (4), 540-545 (2019).
  39. de Matos, M. A., et al. High-Intensity Interval Training Improves Markers of Oxidative Metabolism in Skeletal Muscle of Individuals With Obesity and Insulin Resistance. Frontiers in Physiology. 9 (OCT), (2018).
  40. Carbohydrate Homeostasis. New England Journal of Medicine. 283 (5), 237-246 (1970).
  41. Mari, A., Pacini, G., Murphy, E., Ludvik, B., Nolan, J. J. A Model-Based Method for Assessing Insulin Sensitivity From the Oral Glucose Tolerance Test. Diabetes Care. 24 (3), 539-548 (2001).
  42. Matsuda, M., DeFronzo, R. A. Insulin sensitivity indices obtained from oral glucose tolerance testing: comparison with the euglycemic insulin clamp. Diabetes Care. 22 (9), 1462-1470 (1999).
  43. Cederholm, J., Wibell, L. Insulin release and peripheral sensitivity at the oral glucose tolerance test. Diabetes Research and Clinical Practice. 10 (2), 167-175 (1990).
  44. Abdul-Ghani, M. A., Matsuda, M., Balas, B., DeFronzo, R. A. Muscle and Liver Insulin Resistance Indexes Derived From the Oral Glucose Tolerance Test. Diabetes Care. 30 (1), 89-94 (2007).
  45. de Matos, M. A., et al. High-Intensity Interval Training Improves Markers of Oxidative Metabolism in Skeletal Muscle of Individuals With Obesity and Insulin Resistance. Frontiers in Physiology. 9, (2018).
  46. Gutt, M., et al. Validation of the insulin sensitivity index (ISI0,120): comparison with other measures. Diabetes Research and Clinical Practice. 47 (3), 177-184 (2000).
  47. Avignon, A., Bœgner, C., Mariano-Goulart, D., Colette, C., Monnier, L. Assessment of insulin sensitivity from plasma insulin and glucose in the fasting or post oral glucose-load state. International Journal of Obesity. 23 (5), (1999).
  48. Stumvoll, M., van Haeften, T., Fritsche, A., Gerich, J. Oral Glucose Tolerance Test Indexes for Insulin Sensitivity and Secretion Based on Various Availabilities of Sampling Times. Diabetes Care. 24 (4), 796-797 (2001).
  49. Kendall, J. M. Designing a research project: Randomised controlled trials and their principles. Emergency Medicine Journal. 20 (2), (2003).
  50. Moher, D., et al. CONSORT 2010 explanation and elaboration: updated guidelines for reporting parallel group randomised trials. BMJ (Clinical research ed.). 340, (2010).
  51. Sibbald, B., Roberts, C. Understanding controlled trials Crossover trials. BMJ. 316 (7146), (1998).
  52. Lim, C. Y., In, J. Considerations for crossover design in clinical study. Korean Journal of Anesthesiology. 74 (4), (2021).
  53. Taylor, H. L., et al. Post-exercise carbohydrate-energy replacement attenuates insulin sensitivity and glucose tolerance the following morning in healthy adults. Nutrients. 10 (2), (2018).
  54. Johnson-Bonson, D. A., et al. Interactive effects of acute exercise and carbohydrate-energy replacement on insulin sensitivity in healthy adults. Applied physiology, nutrition, and metabolism = Physiologie appliquee, nutrition et metabolisme. 46 (10), (2021).
  55. Patarrão, R. S., Wayne Lautt, W., Paula Macedo, M. Assessment of methods and indexes of insulin sensitivity. Revista Portuguesa de Endocrinologia, Diabetes e Metabolismo. 9 (1), 65-73 (2014).
  56. DeFronzo, R. A., Tobin, J. D., Andres, R. Glucose clamp technique: A method for quantifying insulin secretion and resistance. American Journal of Physiology Endocrinology Metabolism and Gastrointestinal Physiology. 6 (3), (1979).
  57. Monzillo, L. U., Hamdy, O. Evaluation of Insulin Sensitivity in Clinical Practice and in Research Settings. Nutrition Reviews. 61 (12), 397-412 (2003).
  58. Radziuk, J. Insulin Sensitivity and Its Measurement: Structural Commonalities among the Methods 1. The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism. 85 (12), (2000).
  59. Gordon, B. A., Fraser, S. F., Bird, S. R., Benson, A. C. Reproducibility of multiple repeated oral glucose tolerance tests. Diabetes Research and Clinical Practice. 94 (3), (2011).
  60. Beaudry, K. M., Surdi, J. C., Mari, A., Devries, M. C. Exercise mode influences post-exercise glucose sensitivity and insulin clearance in young, healthy males and females in a sex-dependent manner: A randomized control trial. Physiological Reports. 10 (13), (2022).
  61. Aguiar, S. daS., et al. Acute metabolic responses following different resistance exercise protocols. Applied Physiology, Nutrition and Metabolism. 43 (8), 838-843 (2018).
  62. Venables, M. C., Shaw, C. S., Jeukendrup, A. E., Wagenmakers, A. J. M. Effect of acute exercise on glucose tolerance following post-exercise feeding. European Journal of Applied Physiology. 100 (6), 711-717 (2007).

Tags

Medicina Numero 202
Studio randomizzato controllato per studiare gli effetti acuti dell'esercizio di forza sulla sensibilità all'insulina negli adulti obesi
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Rocha Silva, L. F., Chaves Garcia,… More

Rocha Silva, L. F., Chaves Garcia, B. C., Mang, Z. A., Amorim, F. T., Dias-Peixoto, M. F., Gripp, F., Tricoli, V., Magalhães, F. d. C. Randomized Controlled Trial to Study the Acute Effects of Strength Exercise on Insulin Sensitivity in Obese Adults. J. Vis. Exp. (202), e65478, doi:10.3791/65478 (2023).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter