Menopause, Physical Activity, and Whole-Body Metabolism with an Emphasis on Resting Energy Expenditure, Fat Oxidation, and Serum Metabolome
Menopause is thought to impair cardiometabolic health, while physical activity is believed to promote it. This PhD thesis investigated the associations between these two exposures and resting energy expenditure, fat oxidation at rest and during exercise, and changes in the serum metabolome. The thesis also examined the relationship between fat oxidation and blood glucose regulation abilities. The data came from four studies. The longitudinal ERMA study measured serum metabolites with nuclear magnetic resonance spectroscopy from 218 women who were in perimenopause and postmenopause stages (with a median follow-up of 14 months). During the follow-up period, 35 women began using menopausal hormone therapy. The other three studies were cross-sectional and measured resting energy expenditure and fat oxidation at rest and during exercise with indirect calorimetry. The EsmiRs study recruited 42 women (aged 52–58 years) representing different menopause stages. The resting energy expenditure data were supplemented with data from 17 women in the Calex study (aged 42–58 years). The FITFATTWIN study included 23 pairs of monozygotic male twins (aged 32–37 years). Cotwins of 10 pairs were discordant for physical activity over the past 3 years. EsmiRs and FITFATTWIN participants also underwent oral glucose tolerance testing. Based on the results, menopause was associated with increased apolipoprotein B-containing lipoprotein particle number and changes in system biomarkers indicative of overnutrition and declining metabolic health. The changes in metabolite levels were partially explained by shifts in the sex hormone levels. Menopausal hormone therapy improved the apolipoprotein B/A-I ratio. Menopause status or serum sex hormone levels were not associated with resting energy expenditure or fat oxidation. Physical activity discordant cotwins also did not differ in these measures. However, higher physical activity was associated with higher peak fat oxidation during exercise in middle-aged women. Neither resting nor peak fat oxidation indicated better glycemic control or insulin sensitivity. Therefore, menopause may increase cardiometabolic risk by altering the serum metabolome rather than by decreasing resting energy expenditure or fat oxidation capacity. Physical activity may improve fat oxidation capacity during exercise in middle-aged women but without necessarily increasing the ability to regulate blood glucose levels.
Keywords: menopause, physical activity, energy metabolism, metabolomics
...
Menopaussin ajatellaan heikentävän ja fyysisen aktiivisuuden edistävän aineenvaihduntaterveyttä. Tässä väitöskirjassa tutkittiin, ovatko menopaussi ja fyysinen aktiivisuus yhteydessä lepoenergiankulutukseen, rasvan käytön tehoon levossa ja liikkuessa tai muutoksiin seerumin metabolomissa. Lisäksi tarkasteltiin rasvan käytön tehon ja sokeriaineenvaihduntaterveyden välisiä yhteyksiä. Väitöskirjatutkimuksessa käytettiin neljän tutkimuksen aineistoa. ERMA-tutkimuksessa seurattiin 218 naista heidän ylittäessään menopaussin (seurannan mediaani 14 kk). Tutkimuksen aikana 35 tutkittavista aloitti hormonikorvaushoidon. Seerumin metabolomi määritettiin ydinmagneettisella resonanssispektroskopialla alku- ja loppumittausnäytteistä. Muissa tutkimuksissa mitattiin aineenvaihduntaa epäsuoralla kalorimetrialla levossa ja liikkuessa. EsmiRs-tutkimukseen rekrytoitiin 42 menopaussin suhteen eri vaiheissa olevaa naista (ikä 52–58 vuotta). Aineistoa täydennettiin Calex-tutkimuksen 17 naisen (ikä 42–58 vuotta) tuloksilla kun tutkittiin lepoenergiankulutusta. FITFATTWIN-tutkimukseen osallistui 23 identtistä mieskaksosparia (ikä 32–37 vuotta), joista 10 parin veljekset erosivat fyysiseltä aktiivisuudeltaan. EsmiRs- ja FITFATTWIN-tutkimukset sisälsivät myös sokerirasituskokeen. Menopaussi oli yhteydessä apoB:tä sisältävien lipoproteiinipartikkeleiden määrän kasvuun ja laajemmin aineenvaihduntaterveyden heikkenemisestä kertoviin biomarkkerimuutoksiin. Muutokset sukupuolihormonien pitoisuuksissa selittivät osan löydöksistä. Hormonikorvaushoito paransi apoB/A-I-suhdetta. Menopaussistatus ei ollut yhteydessä lepoenergiankulutukseen eikä rasvan käytön tehokkuuteen. Fyysiseltä aktiivisuudelta eroavat kaksosveljet eivät myöskään eronneet lepoenergiankulutuksen eivätkä rasvan käytön suhteen. Keski-ikäisten naisten aineistossa korkeampi fyysinen aktiivisuus oli yhteydessä korkeampaan rasvan käyttökykyyn liikkuessa. Korkeampi rasvan käytön teho levossa tai liikkuessa ei kertonut paremmasta sokerinsiedosta eikä insuliiniherkkyydestä. Menopaussi heikentää aineenvaihduntaterveyttä siis ennemmin muuttamalla seerumin metabolomia kuin alentamalla lepoenergiankulutusta tai rasvan käyttöä. Fyysinen aktiivisuus voi tehostaa rasvan käyttöä liikkuessa, mutta tällä ei välttämättä ole merkitystä sokeriaineenvaihduntaterveydelle.
Avainsanat: vaihdevuodet, liikunta, energia-aineenvaihdunta, metabolomiikka
...
Publisher
Jyväskylän yliopistoISBN
978-951-39-9575-1ISSN Search the Publication Forum
2489-9003Contains publications
- Artikkeli I: Karppinen, J. E., Törmäkangas, T., Kujala, U. M., Sipilä, S., Laukkanen, J., Aukee, P., Kovanen, V., & Laakkonen, E. K. (2022). Menopause modulates the circulating metabolome : evidence from a prospective cohort study. European Journal of Preventive Cardiology, 29(10), 1448-1459. DOI: 10.1093/eurjpc/zwac060
- Artikkeli II: Karppinen, J. E., Wiklund, P., Ihalainen, J. K., Juppi, H.-K., Isola, V., Hyvärinen, M., Ahokas, E. K., Kujala, U. M., Laukkanen, J., Hulmi, J. J., Ahtiainen, J. P., Cheng, S., & Laakkonen, E. K. (2023). Age but not menopausal status is linked to lower resting energy expenditure. Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism, Early online. DOI: 10.1210/clinem/dgad321
- Artikkeli III: Karppinen, J. E., Rottensteiner, M., Wiklund, P., Hämäläinen, K., Laakkonen, E. K., Kaprio, J., Kainulainen, H., & Kujala, U. M. (2019). Fat oxidation at rest and during exercise in male monozygotic twins. European Journal of Applied Physiology, 119(11-12), 2711-2722. DOI: 10.1007/s00421-019-04247-x
- Artikkeli IV: Karppinen, J. E., Juppi, H.-K., Hintikka, J., Wiklund, P., Haapala, E. A., Hyvärinen, M., Tammelin, T. H., Aukee, P., Kujala, U. M., Laukkanen, J., & Laakkonen, E. K. (2022). Associations of resting and peak fat oxidation with sex hormone profile and blood glucose control in middle-aged women. Nutrition Metabolism and Cardiovascular Diseases, 32(9), 2157-2167. DOI: 10.1016/j.numecd.2022.06.001
Metadata
Show full item recordCollections
- JYU Dissertations [834]
- Väitöskirjat [3535]
License
Related items
Showing items with similar title or keywords.
-
Age but not menopausal status is linked to lower resting energy expenditure
Karppinen, Jari E.; Wiklund, Petri; Ihalainen, Johanna K.; Juppi, Hanna-Kaarina; Isola, Ville; Hyvärinen, Matti; Ahokas, Essi K.; Kujala, Urho M.; Laukkanen, Jari; Hulmi, Juha J.; Ahtiainen, Juha P.; Cheng, Sulin; Laakkonen, Eija K. (Oxford University Press; The Endocrine Society, 2023)Context It remains uncertain whether aging before late adulthood and menopause are associated with fat-free mass and fat mass–adjusted resting energy expenditure (REEadj). Objectives We investigated whether REEadj ... -
Acute Metabolic Response, Energy Expenditure, and EMG Activity in Sitting and Standing
Gao, Ying; Silvennoinen, Mika; Pesola, Arto; Kainulainen, Heikki; Cronin, Neil; Finni Juutinen, Taija (American College of Sports Medicine; Lippincott Williams & Wilkins, 2017)Purpose While merely standing up interrupts sedentary behavior, it is important to study acute metabolic responses during single bouts of sitting and standing to understand the physiological processes affecting the health ... -
Resting Energy Expenditure, Metabolic and Sex Hormones in Two Phases of the Menstrual and Hormonal Contraceptive Cycles
Löfberg, Ida E.; Karppinen, Jari E.; Laatikainen-Raussi, Vesa; Lehti, Maarit; Hackney, Anthony C.; Ihalainen, Johanna K.; Mikkonen, Ritva S. (Lippincott Williams & Wilkins, 2024)Introduction Resting energy expenditure (REE) may fluctuate during the menstrual cycle (MC), due to the physiological effects of estradiol (E2) and progesterone (P4). This study examined changes in REE and metabolic ... -
Interactive effects of aging and aerobic capacity on energy metabolism–related metabolites of serum, skeletal muscle, and white adipose tissue
Zhuang, Haihui; Karvinen, Sira; Törmäkangas, Timo; Zhang, Xiaobo; Ojanen, Xiaowei; Velagapudi, Vidya; Alen, Markku; Britton, Steven L.; Koch, Lauren G.; Kainulainen, Heikki; Cheng, Sulin; Wiklund, Petri (Springer, 2021)Aerobic capacity is a strong predictor of longevity. With aging, aerobic capacity decreases concomitantly with changes in whole body metabolism leading to increased disease risk. To address the role of aerobic capacity, ... -
Training-induced changes in daily energy expenditure : Methodological evaluation using wrist-worn accelerometer, heart rate monitor, and doubly labeled water technique
Kinnunen, Hannu; Häkkinen, Keijo; Schumann, Moritz; Karavirta, Laura; Westerterp, Klaas R.; Kyröläinen, Heikki (Public Library of Science, 2019)Introduction: Wrist-mounted motion sensors can quantify the volume and intensity of physical activities, but little is known about their long-term validity. Our aim was to validate a wrist motion sensor in estimating daily ...