Associations of the menopausal transition with body composition : examining the influence of hormonal changes, muscle RNA signaling and lifestyle habits

Abstract

Women’s hormonal aging is characterized by the cessation of the menstrual cycle during menopause. Menopause-related hormonal changes have previously been associated with increased body adiposity, decreased skeletal muscle mass and function, and decreased metabolic health. However, longitudinal data on the topic remains scarce. The aim of this study was to investigate the longitudinal associations of the menopausal transition with body composition, metabolic health indicators, and skeletal muscle tissue cellular properties and transcriptome. A further aim was to investigate whether physical activity, diet quality, and the use of exogenous hormones were associated with these same variables during mid-life. The data used in this thesis is from the Estrogenic Regulation of Muscle Apoptosis (ERMA) (n=234) and Estrogen, MicroRNAs and the Risk of Metabolic Dysfunction (EsmiRs) (n=149) studies. All the participating women (aged 47-55) were either pre- or perimenopausal at baseline, and postmenopausal at follow-up. Hormone and adipokine levels were measured from blood samples. Body composition and fat distribution were measured using dual-energy X-ray absorptiometry, quantitative computed tomography, and anthropometry. Muscle biopsies of m. vastus lateralis were used to determine muscle tissue properties and transcriptome. Physical activity, diet quality, and the use of exogenous hormones were examined using accelerometers and questionnaires. Menopause was associated with increased total body and waist adiposity and decreased lean and muscle mass. Systemic leptin and adiponectin levels increased, while resistin levels decreased. During the menopausal transition the expression level of 49 protein-coding genes, which take part in important cellular signaling pathways, changed. A higher physical activity level, higher diet quality, and the use of exogenous hormones were associated with less adiposity, gynoid-type fat distribution, and higher lean and muscle mass. The menopausal transition is associated with unfavorable changes in body composition, but these changes and their effects on metabolic health may be alleviated by healthier lifestyle habits. Observed changes in skeletal muscle gene expression may help to understand the mechanistic details of muscle tissue and total body health regulation during menopause.

Naisten biologisen vanhenemisen erityispiirre ovat vaihdevuodet, jotka lähes kaikki naiset käyvät läpi keski-iässä. Vaihdevuosiin liittyvät hormonimuutokset on yhdistetty aiemmin epäsuotuisiin muutoksiin kehonkoostumuksessa ja suorituskyvyssä sekä kasvaneeseen riskiin sairastua aineenvaihduntasairauksiin. Aikaisempaa pitkittäisaineistoa vaihdevuosien siirtymävaiheesta on kuitenkin olemassa vain vähän. Tässä tutkimuksessa selvitettiin pitkittäisaineistossa vaihdevuosien siirtymävaiheen ja menopaussin läpikäymisen vaikutuksia kehon rasvoittumiseen, aineenvaihduntaterveyden indikaattoreille, sekä lihaskudoksen määrälle, transkriptomille ja lihassolujen ominaisuuksille. Lisäksi selvitettiin miten tietyt elintapatekijät olivat yhteydessä edellä mainittuihin muuttujiin. Tutkimuksessa käytettiin Estrogeeni, vaihdevuodet ja toimintakyky (ERMA, n=234)- ja Estrogeeni, mikro-RNA:t ja metabolisten toimintahäiriöiden riski (EsmiRs, n=149)-tutkimusten aineistoja. Molempien tutkimusten alussa naiset iältään 47–55 vuotta olivat joko pre- tai perimenopausaalisia ja tutkimusten lopussa postmenopausaalisia. Naisten verinäytteistä määritettiin veren hormoni- ja adipokiinitasot. Kehonkoostumusta ja rasvanjakautumista mitattiin kaksienergiaisella röntgenabsorptiometrialla, kvantitatiivisella tietokonetomografialla ja antropometrialla. Lihasbiopsioista määritettiin lihaskudoksen tarkempia ominaisuuksia ja transkriptomi. Fyysistä aktiivisuutta, ruokavalion laatua ja hormonivalmisteiden käyttöä tutkittiin kyselylomakkeilla ja aktiivisuusmittarilla. Vaihdevuosien siirtymävaiheen läpikäyminen lisäsi koko kehon ja erityisesti keskivartalon rasvamassaa, sekä vähensi lihasmassaa. Veren leptiinin ja adiponektiinin pitoisuudet nousivat ja resistiinin pitoisuus laski. Vaihdevuosien siirtymävaiheen aikana 49:n lähetti-RNA-molekyylin ilmentymistasot muuttuivat lihaksessa. Korkeampi fyysisen aktiivisuuden määrä ja ruokavalion laatu sekä sukupuolihormonivalmisteiden käyttö olivat yhteydessä matalampaan rasvamassaan, suotuisampaan rasvanjakautumiseen ja korkeampaan lihasmassaan. Vaihdevuodet muokkaavat kehonkoostumusta terveydelle epäsuotuisampaan suuntaan, mutta muutokseen ja sen vaikutuksiin aineenvaihduntaterveydelle voi vaikuttaa terveellisillä elintavoilla. Lihaskudoksessa ilmentymistasoiltaan muuttuneet geenit voivat auttaa ymmärtämään vaihdevuosien aikana havaittujen lihas- ja kehonkoostumuksen muutosten mekanismeja.