Kestävyyskunnon, fyysisen aktiivisuuden, voimaharjoittelun ja paikallaanolon yhteydet insuliiniresistenssiin 15–17-vuotiailla nuorilla

Abstract

ABSTRACT Laaksonen, H. 2024. Associations of cardiorespiratory fitness, physical activity, strength training and sedentary behavior to insulin resistance in adolescents aged 15–17 years. Faculty of Sport and Health Sciences, University of Jyväskylä, master’s thesis in Sports and Exercise Medicine, 70 pp.

Insulin resistance refers to the impaired action of insulin in its target tissues and is strongly associated with various diseases such as metabolic syndrome and type 2 diabetes (T2D). Overweight, obesity as well as physical inactivity increases the risk of insulin resistance and T2D already in adolescence. The prevalence of T2D has increased among adolescents in the 2000s and it is predicted to continue to increase even more in the future. The purpose of this thesis was to investigate associations of measures of lean mass (LM) scaled peak oxygen uptake (VO2peak/LM) and maximal power output (Wmax/LM), physical activity, strength training and sedentary behavior with insulin resistance in adolescents aged 15–17 years.

This thesis is based on cross-sectional data of 8-year follow-up measurements from Physical Activity and Nutrition in Children (PANIC) study conducted by the University of Eastern Finland. The participants for this thesis were 15–17 years old boys and girls who lived in Kuopio region and had participated in the measurements of the variables included in this thesis (n=191). Cardiorespiratory fitness was measured with maximal cycle ergometer test and VO2peak and Wmax values were obtained from the test and scaled to LM. Physical activity and sedentary behavior were measured with a combined heart rate and accelerometer and with questionnaire. Weekly frequency of strength training was measured with questionnaire. Insulin resistance was measured with Oral glucose tolerance test (OGTT) and Matsuda-index was calculated from the OGTT values to address insulin resistance. HOMA-IR was calculated using the fasting plasma glucose- and insulin levels. Lower Matsuda-index value and higher HOMA-IR value refers to higher insulin resistance. Body composition was measured with dual-energy x-ray absorptiometry (DXA). The associations between variables were analyzed with linear regression analysis, where body fat percentage, age, gender and level of puberty were controlled.

Higher VO2peak/LM was associated with higher Matsuda-index (β=0,18, LV:0,05-0,31) and to lower HOMA-IR (β=-0,14, LV: -0,27–; -0,01). Higher Wmax/LM was associated with higher Matsuda-index (β=0,22, LV: 0,09-0,35). Physical activity and sedentary behavior measured with combined heart rate sensor and accelerometer (β=-0,04 LV: -0,22–0,13 & β=0,03 LV: -0,13–0,21) or by questionnaire (β=0,07 LV: -0,06–0,20 & β=-0,004 LV: -0,13–0,13) and strength training (β=0,02, LV:-0,10–0,16) were not associated with Matsuda-index or HOMA-IR. In the final models the body fat percentage covered most of the models’ explanatory power.

Higher cardiorespiratory fitness had an independent association with lower insulin resistance, but fat mass covered most of the model’s explanatory power. These results suggest that with higher cardiorespiratory fitness it is possible to lower adolescents’ insulin resistance level, but prevention of overweight and obesity are still the key factors. Physical activity, sedentary behavior or amount of strength training were not associated with insulin resistance. In the future the same topic should be studied using younger age groups and same OGTT and Matsuda index measurement tools to evaluate insulin resistance and investigate the associations in other age groups as well.

Key words: Adolescents, cardiorespiratory fitness, physical activity, insulin resistance

TIIVISTELMÄ Heikki Laaksonen, Kestävyyskunnon, fyysisen aktiivisuuden, voimaharjoittelun ja paikallaanolon yhteys insuliiniresistenssiin 15–17-vuotiailla nuorilla. Liikuntatieteellinen tiedekunta, Jyväskylän yliopisto, liikuntalääketieteen pro gradu -tutkielma. 70 s.

Insuliiniresistenssillä tarkoitetaan insuliinin heikentynyttä vaikutusta sen kohdekudoksissa ja se liittyy vahvasti eri sairauksiin, kuten metaboliseen oireyhtymään ja tyypin 2 diabetekseen (T2D). Ylipaino ja lihavuus sekä vähäinen fyysinen aktiivisuus lisäävät riskiä insuliiniresistenssille ja T2D:lle jo nuoruudessa. T2D esiintyvyys nuorilla onkin kasvanut 2000-luvulla ja esiintyvyyden on ennustettu jatkavan kasvamista entisestään tulevina vuosina. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää kehon rasvattomaan massaan suhteutetun huippuhapenkulutuksen (VO2peak/LM) ja maksimaalisen työtehon (Wmax/LM), fyysisen aktiivisuuden, voimaharjoittelun ja paikallaanolon yhteyksiä insuliiniresistenssiin 15–17-vuotiailla nuorilla.

Tämä poikkileikkaustutkimus perustuu Itä-Suomen yliopistossa käynnissä olevaan Lasten liikunta ja ravitsemus -tutkimuksen kahdeksan vuoden mittauspisteen aineistoon. Aineisto koostui 15–17-vuotiaista Kuopion seudulla asuvista pojista ja tytöistä, joista oli tätä tutkimusta varten tarvittavien mittausten tulokset saatavilla (n=191). Kestävyyskuntoa mitattiin maksimaalisella polkupyöräergometritestillä ja tästä saatavilla VO2peak ja Wmax arvoilla. Fyysistä aktiivisuutta ja paikallaanoloa mitattiin yhdistetyllä syke- ja liikemittarilla, sekä kyselylomakkeella. Voimaharjoittelun useutta kysyttiin kyselylomakkeella. Insuliiniresistenssiä arvioitiin oraalisella glukoositoleranssi -testillä (OGTT) ja tästä lasketulla Matsuda-indeksillä, sekä paastoverinäytteen glukoosi ja insuliini tasoista lasketulla HOMA-IR -mittarilla. Korkeampi Matsuda-indeksi kuvaa matalampaa insuliiniresistenssiä ja korkeampi HOMA-IR kuvaa suurempaa insuliiniresistenssiä. Kehonkoostumusta mitattiin kaksoisenergiaisella röntgensädeabsorptiometrialla (DXA). Muuttujien välisiä yhteyksiä tutkittiin lineaarisella regressioanalyysillä, jossa vakioitiin rasvaprosentti, ikä, sukupuoli ja kypsyysaste.

Korkeampi VO2peak/LM oli yhteydessä korkeampaan Matsuda-indeksiin (β=0,18, LV:0,05–0,31) ja matalampaan HOMA-IR:n (β=-0,14, LV: -0,27–; -0,01). Korkeampi Wmax/LM oli yhteydessä korkeampaan Matsuda-indeksiin (β=0,22, LV: 0,09–0,35). Fyysinen aktiivisuus tai paikallaanolo mitattuna yhdistetyllä syke- ja liikemittarilla (β=-0,04 LV:-0,22–0,13 & β=0,03 LV: -0,13–0,21) tai kyselylomakkeella (β=0,07 LV: -0,06–0,20 & β=-0,004 LV: -0,13–0,13) tai voimaharjoittelu (β=0,02, LV:-0,10–0,16) eivät olleet yhteydessä kumpaankaan insuliiniresistenssin mittariin. Lopullisissa malleissa rasvaprosentti kattoi suurimman osan mallin selitysasteesta.

Vaikka rasvaprosentti kattoi tässä tutkimuksessa suurimman osan mallin selitysasteesta, siitä huolimatta korkeampi kestävyyskunto oli itsenäisesti yhteydessä matalampaan insuliiniresistenssiin. Tämän perusteella vaikuttaisi siltä, että parantamalla kestävyyskuntoa voidaan madaltaa nuorten insuliiniresistenssiä, mutta ylipainon ja lihavuuden ennaltaehkäisy on siinä silti avainasemassa. Fyysisen aktiivisuuden, voimaharjoittelukertojen tai paikallaanolon määrä ei nuorilla ollut yhteydessä insuliiniresistenssiin. Jatkossa aihetta olisi hyvä tutkia nuoremmilla ikäluokilla käyttäen OGTT-testiä ja Matsuda-indeksiä insuliiniresistenssin mittarina, selvittämään yhteyden olemassaoloa myös muissa ikäluokissa.