Maximal fat oxidation during exercise in monozygotic male twins : effect of physical activity and association with insulin sensitivity

Abstract

Identtisten kaksosmiesten maksimaalinen rasvanhapetuskyky liikunnan aikana : fyysisen aktiivisuuden vaikutus ja yhteys insuliiniherkkyyteen.

Maksimaalinen rasvanhapetuskyky (MFO) liikunnan aikana vaihtelee yksilöiden välillä. Perimän on ajateltu selittävän suuren osan havaitusta vaihtelusta, tosin tutkimusnäyttö tästä puuttuu. Tutkimuksissa fyysisen aktiivisuuden on havaittu vaikuttavan rasvanhapetuskykyyn ja rasvanhapetuskyvyn on havaittu olevan yhteydessä aineenvaihdunnalliseen terveyteen. Tämän tutkimuksen tavoitteena olikin kartoittaa rasvanhapetuskyvyn yhteyksiä perimään, fyysiseen aktiivisuuteen ja insuliiniherkkyyteen.

Tutkimukseen rekrytoitiin 23 identtistä mieskaksosparia suomalaisesta kaksoskohortista. Kaksosista 41 osallistui portaittaiseen kuormitustestiin, jossa MFO määritettiin hengityskaasuanalyysin perusteella. Vapaa-ajan liikunta-aktiivisuus (LTPA) määritettiin liikuntahaastattelujen ja Baecken kyselylomakkeen avulla. Kehonkoostumus arvioitiin DXAmittauksella. Insuliiniherkkyys (Matsuda indeksi) määritettiin sokerirasituskokeen avulla ja tuloksista laskettiin AUC-arvot plasman insuliini- ja glukoosikonsentraatioille. Yhteensä 19 kaksosparin molemmat kaksoset osallistuivat kuormitustestiin ja näistä 9 parin todettiin eroavan merkitsevästi toisistaan viimeisen kolmen vuoden vapaa-ajanliikunnan suhteen.

MFO korreloi voimakkaasti kaikkien (r=0,72, p<0,001) ja LTPA:n suhteen eroavien (r=0,78, p=0,014) parien kaksosten välillä. MFO korreloi viimeisen 12 kuukauden LTPA:n (r=0,26, p=0,035) ja Baecken kyselyn tuloksen kanssa (r=0,40, p=0,023), mutta ei viimeisen kolmen vuoden LTPA:n kanssa. LTPA:n suhteen eroavien parien välillä ei havaittu kokonaisuudessaan eroa rasvanhapetuskyvyssä, tosin kolmen kaksosparin kaksosten välillä ero oli muita pareja suurempi. MFO korreloi insuliinin AUC-arvon (r=-0,42, p=0,015), mutta ei Matsuda indeksin kanssa.

Tutkimuksen tulos tukee ajatusta, että perimä vaikuttaa suuresti rasvanhapetuskykyyn. Fyysinen aktiivisuus oli yhteydessä rasvanhapetuskykyyn, mutta syy-seuraussuhdetta ei pystytty osoittamaan. Tulokset tuovat esiin hypoteesin yksilöiden välisistä eroista siinä, miten fyysinen aktiivisuus vaikuttaa rasvanhapetuskykyyn. Lisätutkimusta tarvitaan rasvanhapetuskyvyn ja insuliiniherkkyyden välisestä yhteydestä, koska aiempien tutkimusten löytämää korrelaatiota ei tässä tutkimuksessa nähty. Rasvanhapetuskyky oli kuitenkin yhteydessä vähäisempään insuliinineritystarpeeseen sokerirasituskokeessa.

Individuals exhibit varying maximal fat oxidation (MFO) capacities during exercise. Mostly, variability has been thought to emerge from genetic level, however, evidence of this is lacking. In previous studies, physical activity has been shown to influence MFO and MFO seems to associate with metabolic health. Thus, the purpose of this study was to investigate connections between MFO and genetic component, physical activity, and insulin sensitivity.

A total of 23 monozygotic male twin pairs were recruited from a Finnish twin cohort. Of these pairs, 41 subjects (age 34.4 ± 1.4 years) participated in an incremental exercise test with gas exchange analysis to measure MFO. Leisure time physical activity (LTPA) level was determined with two separate interviews and Baecke questionnaire. Body composition was assessed with DEXA. Oral glucose tolerance test was used to measure insulin sensitivity (Matsuda index). Also, plasma glucose and insulin concentrations during the test were quantified with AUC values. Both co-twins from 19 pairs participated in the exercise test. Additionally, 9 of these pairs were determined long-term discordant for past 3-year LTPA.

MFO showed high pairwise correlation in all twin pairs (r=0.72, p<0.001) and in the subset of twins long-term discordant for past 3-year LTPA (r=0.78, p=0.014). MFO correlated with past 12-month LTPA level (r=0.26, p=0.035) and Baecke questionnaire result (r=0.40, p=0.023) but not with past 3-year LTPA level. Pairwise analysis in twins long-term discordant for LTPA did not show an effect of LTPA on MFO. However, in three twin pairs intrapair difference in MFO was relatively higher. MFO correlated (r=-0.42, p=0.015) with AUC of insulin but not with Matsuda index.

Results support the thought that MFO capacity is largely dictated by genetic factors. MFO associates with physical activity level, however, causal relationship could not be fully proven. Results suggest that responses in MFO to changes in physical activity may vary. Link between MFO and insulin sensitivity warrants further research, as association previously found by others could not be confirmed in this study. However, results suggest that MFO could be associated with lower need for insulin secretion and thus, higher metabolic proficiency.