abstract

Atât obezitatea, cât și exercițiile fizice sunt influențate de factori genetici și de mediu. Cu toate acestea, dacă obezitatea și inactivitatea fizică au aceeași etiologie genetică și de mediu a fost rar cercetat. Astfel, am analizat aceste relații complexe și am examinat, de asemenea, dacă activitatea fizică modifică gradul de influență genetică asupra indicelui de masă corporală (IMC) și circumferința taliei (WC).

metode:

Studiul FinnTwin16 este un studiu pe termen lung bazat pe populație a cinci cohorte consecutive (1975-1979) de gemeni finlandezi. Datele privind înălțimea, greutatea, WC și activitatea fizică a 4343 de indivizi cu o vârstă medie de 25 de ani (interval 22-27 ani) au fost obținute prin chestionar și auto-măsurare a WC. Analizele genetice cantitative bazate pe ecuații structurale liniare au fost efectuate cu pachetul statistic Mx. Efectul modificator al activității fizice asupra influențelor genetice și de mediu a fost analizat folosind modele de interacțiune genă-mediu.

rezultatele:

Estimările generale ale eredității au fost 79% pentru bărbați și 78% pentru femei pentru IMC, 56 și 71% pentru WC și 55 și 54% pentru activitatea fizică. Relația inversă dintre activitatea fizică și WC a fost la bărbați (r = -0,12) și femei (r = -0, 18) și între activitatea fizică și IMC la femei (r = -0, 12). Activitatea fizică a modificat semnificativ moștenirea IMC și WC, cu un nivel ridicat de activitate fizică reducând componenta genetică aditivă în IMC și WC.

concluzie:

Subiecții activi fizic au fost mai săraci decât sedentarismul, iar activitatea fizică a redus influența factorilor genetici asupra dezvoltării IMC și WC ridicate. Acest lucru sugerează că persoanele cu cel mai mare risc genetic de obezitate ar beneficia cel mai mult de activitatea fizică.

Aportul excesiv de energie și inactivitatea fizică sunt considerate a fi factori majori în epidemia actuală de obezitate. Studiile anterioare au documentat o legătură între comportamentul sedentar și obezitate3, precum și o relație inversă între activitatea fizică normală și obezitate. 4, 5 Un stil de viață sedentar este un predictor puternic al obezității 6, iar activitatea fizică este considerată importantă în prevenirea creșterii în greutate. 7, 8, 9 Mai mult, am arătat recent că activitatea fizică persistentă este asociată cu o rată redusă de creștere în greutate și o circumferință mai mică a taliei (WC) pe o perioadă de 30 de ani, 10 chiar și după controlul genetic al fondului și împărțirea factorilor de mediu.

Studiile duble bazate pe populație au arătat că indicele de masă corporală (IMC), comportamentul la toaletă și exercițiile fizice sunt influențate de factori genetici. Moștenirea IMC a variat de la 45 la 85% într-un studiu comparativ a două cohorte în opt țări, 11 și estimările eredității pentru WC în studiile duble anterioare au variat între 45 și 77%. 12, 13, 14, 15 Au fost demonstrate și efecte genetice pentru creșterea în greutate. 16, 17 Ereditatea participării la spectacol a variat de la 27 la 70% într-un eșantion dublu mare din șapte țări. 18

Datorită eredității ridicate a IMC, WC și a activității fizice, este probabil ca aceste trăsături corelate să împărtășească câțiva factori genetici de bază. Cu toate acestea, aceste efecte sunt greu de separat și, prin urmare, această problemă a fost rar investigată. Heitmann și colab. 19 au arătat că, deși factorii genetici și activitatea fizică au jucat un rol independent în schimbările de greutate, nivelul activității fizice a modificat efectele genetice asupra modificării greutății la gemenii masculi. Cercetătorii au sugerat că genele care suprimă creșterea în greutate pot fi exprimate numai la niveluri ridicate de activitate fizică. Karnehed și colab. 20 au folosit un model bazat pe starea obezității gemene ca indicator al riscului genetic pentru a analiza interacțiunea dintre o genă și mediu. Dintre gemenii cu predispoziție genetică la obezitate, WC și creșterea în greutate au fost modificate de nivelul de activitate fizică. Cu toate acestea, aceste studii nu au reușit să cuantifice efectul activității fizice asupra contribuției relative a efectelor genetice și de mediu la obezitate.

În acest studiu, am evaluat componentele genetice și de mediu în raport cu obezitatea, cum ar fi IMC și WC indexate și activitatea fizică la gemenii finlandezi. De asemenea, am examinat dacă activitatea fizică modifică influențele genetice asupra IMC și WC. Folosind metode moderne de genetică cantitativă, am putut analiza cât de multă activitate fizică este afectată de variațiile genetice și de mediu ale acestor rate de obezitate.

metode

obiecte

Măsuri

Indicele de masă corporală (kg/m2) a fost calculat din înălțimea și greutatea auto-raportate. Subiecții cărora li s-a încredințat măsurarea benzii au fost trimiși să evalueze toaleta. Li s-a cerut să-și măsoare toaletele în poziție în picioare conform instrucțiunilor explicate în figură, care arată că toaleta trebuie măsurată la jumătatea distanței dintre coasta inferioară și coloana lombară. Am evaluat validitatea BMI și WC auto-raportate într-un subgrup de 566 de gemeni. Ei au participat la un alt studiu privind efectele consumului de alcool la adolescenți cu o medie de 650 de zile după auto-raportare. Înălțimea a fost măsurată fără pantofi în stadion și greutatea în îmbrăcăminte ușoară pe un balans de fascicul calibrat. Toaleta a fost măsurată în picioare, la jumătatea distanței dintre creasta lombară și coasta inferioară la sfârșitul expirației ușoare. Acordul dintre valorile măsurate și raportate a fost bun. Corelația IMC în cadrul clasei a fost 0, 89, diferența medie a fost 0, 93 (95% CI 0, 79-1, 07) kg/m 2, pentru înălțimea 0, 99 și 0, 24 (0, 14- 0, 35) cm și pentru centura 0, 75 și 2, 48 (0, 96–3, 00) cm. resp.

Indicele de activitate fizică a fost calculat din produsul de intensitate auto-raportată, durata (ore) și frecvența anuală (zile). Intensitatea a fost exprimată ca valori echivalente metabolice (MET) estimate (rata metabolismului muncii împărțită la rata metabolică moderată). Valabilitatea adecvată a acestor măsuri a fost găsită în legătură cu interviurile și evaluarea eligibilității VO 2 max între aceste gemeni în timpul adolescenței. Exercițiul cardiorespirator a fost efectuat la 48 de persoane din MZ din cohorta FinnTwin16, așa cum s-a descris mai sus, 27 și am găsit o corelație puternică (r = 0,53) între VO 2 max și indicele de activitate fizică.

metode statistice

Am început cu modelarea genetică prin efectuarea de modele univariate pentru IMC, WC și activitate fizică pentru a estima impactul genetic și de mediu și a găsi cel mai bun model pentru fiecare trăsătură utilizată în modelarea ulterioară. Modelele satisfăcătoare au fost testate prin compararea statistics 2-statisticilor statice de potrivire și a gradelor de libertate (df) între modelele imbricate; o modificare mare a valorilor χ 2 comparativ cu o modificare a df (Δ χ df 2) între cele două modele imbricate sugerează că un model mai simplu nu descrie datele la fel de adecvat ca un model mai complex și, prin urmare, parametrii eliminați sunt important în Model. Ipotezele modelării duble, adică aceleași mijloace și abateri pentru gemenii MZ și DZ, precum și pentru ambii gemeni, au fost testate prin compararea modelelor duble cu modelele saturate, care nu fac aceste ipoteze.

Ulterior, am analizat corelațiile perechi și de mediu dintre acești indicatori folosind descompunerea completă trivariantă a Choleska (Figura 1a). Conform acestei metode, corelația trăsăturilor dintre IMC și activitatea fizică se datorează unei corelații genetice aditive (r A), care indică aceleași gene sau strâns legate, și unei corelații unice de mediu (r E), care indică același sau factori de mediu corelați. În cele din urmă, am realizat un model al interacțiunii genă-mediu (Figura 1b). Factorul moderator, adică activitatea fizică din acest studiu, este denumit M. Acest factor poate afecta valoarea medie a unei trăsături (βM), dar poate modifica și efectele factorilor genetici (β X) și de mediu (β Y și β Z). ) pe personaj. Modelul presupune că activitatea fizică poate afecta IMC mediu (indivizii activi sunt mai săraci decât indivizii sedentari) și diferențele (indivizii activi pot avea mai puține anomalii genetice sau de mediu decât indivizii sedentari).

activitatea

( A ) Reprezentarea schematică a descompunerii complete trivariate a Choleska și ( b ) model de interacțiune genă-mediu pentru IMC, circumferința taliei (WC) și activitatea fizică (PA). A = factori genetici complementari, E = factori de mediu specifici, rA1A2, r A2A3, rA1A3 = corelații genetice suplimentare, r E1E2, r E2E3, r E1E3 = corelații de mediu specifice, a = coeficient de cale genetică aditivă, e = coeficient de cale de mediu specific, μ = medie, β M = modificator mediu, β X = modificator genetic suplimentar, β Z = modificator de mediu specific.

Imagine la dimensiune completă

În timpul acestei cercetări, au fost respectate toate reglementările instituționale și guvernamentale aplicabile privind utilizarea etică a voluntarilor umani. Studiul a fost aprobat de Comitetele de Etică ale Ministerului Sănătății Publice al Universității din Helsinki și Spitalul din Helsinki și Uusima.

Rezultatul

Nu au existat diferențe sistematice în ceea ce privește media și abaterile IMC, WC și activitate fizică între gemenii MZ și DZ (Tabelul 1). În datele sumare ale gemenilor MZ și DZ, bărbații au avut valori mai mari ale IMC (23,9 ± 3, 1 față de 22,2 ± 3,5 kg/m2, la bărbați față de femei, P 2 = 0,01, P = 0,95). Comparativ cu modelul saturat, adaptarea modelului AE a fost bună pentru toate caracteristicile. Efectul genetic specific sexului a fost semnificativ statistic pentru IMC, WC și activitate fizică și, de asemenea, magnitudinea absolută a componentelor variației a variat pentru IMC și WC, în timp ce nu s-a observat nicio diferență în activitatea fizică. Prin urmare, în modelarea ulterioară, am decis să folosim modelul AE cu un efect genetic specific în funcție de sex și estimările proprii ale componentelor variației pentru bărbați și femei pentru toate trăsăturile.

Tabelul 3 rezumă proporțiile variației fenotipice în IMC, WC și activitate fizică explicate prin factori genetici aditivi și factori de mediu unici în cel mai bun model AE. Estimările eredității au fost mai mari pentru IMC și WC decât pentru activitatea fizică, fără nicio diferență între sexe, cu excepția WC, pentru care ereditatea a fost mai mare la femei. Când am dezagregat efectele genetice aditive în proporții comune bărbaților și femeilor și am fost unice pentru un singur sex, am constatat că cea mai mare parte a efectului A pentru fiecare trăsătură consta în factori specifici genului (51% pentru IMC, 49% pentru A 46% la activitatea fizică).

Tabel în dimensiune completă

Au fost calculate corelațiile fenotipice ale WC, IMC și activitate fizică la gemeni. Tabelul 4 de mai jos prezintă corelațiile genetice și de mediu ale modelului dintre aceste trăsături, care au fost estimate din modelele Cholesky trivariate. IMC și WC au fost puternic corelate atât la bărbați (r = 0, 79, 95% CI 0, 77-0, 81), cât și la femei (r = 0, 81, 95% CI 0, 80-0, 82), cu corelația genetică (ajustată pentru activitatea fizică) între cele două grupuri. la ambele sexe. Corelația de mediu (ajustată pentru activitatea fizică) a fost oarecum mai slabă, dar totuși foarte semnificativă. Activitatea fizică a fost asociată negativ și slab cu IMC la femei (r = -0, 11, 95% CI -0, 15 până la -0, 07), dar nu la bărbați (r = 0,04, 95% CI -0, 002 până la -0,08), deși acest lucru a fost corelat negativ cu WC la ambele sexe (r =, 0,11 (95% CI -0, 15 până la -0,07) la bărbați, r =, 0,15 (95% CI -0, 19 la -0, 11) la femei). Corelația genetică și de mediu dintre activitatea fizică și fiecare măsurare antropometrică care a fost potrivită între ele a fost relativ slabă și a fost aproximativ aceeași.

Tabel în dimensiune completă

În cele din urmă, am testat activitatea fizică ca moderator al efectelor genetice și/sau asupra mediului asupra IMC și WC. Am implementat acest model numai pentru gemeni de același sex, deoarece modelul nu a putut fi identificat în prezența efectelor genetice specifice sexului. Activitatea fizică a modificat semnificativ efectele genetice aditive (A) asupra IMC și WC la ambele sexe, astfel încât variațiile genetice aditive au scăzut odată cu creșterea activității fizice (Tabelul 5, Figura 2). Acest lucru sugerează că factorii genetici joacă un rol mai puțin important în determinarea IMC și WC a subiecților activi fizic în comparație cu cei sedentari. În plus, o modificare paralelă a efectului E prin activitate fizică a fost observată la WC la femei (Tabelul 5, Figura 2).

Tabel în dimensiune completă

Modificarea geneticii aditive (linia neagră) și variația unică a mediului (linia gri) a IMC și circumferința taliei (WC) cu un nivel crescut de activitate fizică. Toate modificările genetice și modificările de mediu ale toaletelor pentru femei sunt semnificative.

Imagine la dimensiune completă

discuţie

Acest studiu realizat într-o cohortă mare de gemeni tineri prezintă o relație transversală puternică între activitatea fizică și WC și o asociere ușor mai slabă cu IMC. Deși factorii ereditari joacă un rol important în variația IMC, WC și activitatea fizică, măsurile antropometrice au fost legate genetic doar ușor de activitatea fizică. Relația puternică dintre IMC și WC s-a datorat atât corelațiilor genetice, cât și corelațiilor de mediu. Am constatat în plus că activitatea fizică modifică semnificativ influența factorilor genetici asupra schimbării WC și IMC. Influența factorilor genetici asupra modificării IMC și WC a fost mai puțin importantă la persoanele fizic active, sugerând că o activitate fizică ridicată ar fi deosebit de benefică la cei care sunt predispuși genetic la obezitate. Cu toate acestea, sunt necesare studii și intervenții prospective de cohortă pentru a confirma direcția efectului și a cauzalității.

Principala constatare a studiului nostru a fost că în rândul adulților tineri sănătoși, relația inversă dintre activitatea fizică și WC (ajustată pentru IMC) a fost mai pronunțată decât activitatea fizică și IMC (ajustată pentru WC) și a fost observată atât la bărbați, cât și la femei, activitatea a fost negativă.afectată doar de IMC la femei. Relația strânsă dintre WC și activitatea fizică sugerează că WC este o măsură mai adecvată a obezității decât IMC, în special la bărbații tineri. Tinerii activi fizic pot avea o masă musculară mare, care afectează IMC mai mult decât toaletele. Activitatea fizică poate reduce și grăsimea corporală, de preferință din abdomen. De exemplu, într-un studiu mic, dar intensiv, în care echilibrul energetic a fost menținut constant, exercițiile fizice au redus grăsimea abdominală în ciuda greutății corporale neschimbate. 30

În concordanță cu studiile duble anterioare, estimările generale ale eredității pentru activitatea fizică din studiul nostru au fost de 79 și 78% (bărbați și femei) pentru IMC, 56 și 71% pentru WC și 55 și 54% pentru activitatea fizică. Estimările de moștenire pentru IMC au variat de la 45 la 85% în studiile anterioare asupra gemenilor. 11, 31 Într-un studiu pe 325 de perechi de femei și 299 de bărbați de gemeni danezi, moștenirea WC a fost de 61% pentru bărbați și 48% pentru femei. 15 Ereditatea participării la exercițiu a variat între 27 și 70% într-un eșantion dublu mare din șapte țări. 18

O nouă constatare a fost că activitatea fizică a modificat moștenirea IMC și WC, cu niveluri ridicate de activitate fizică reducând componenta genetică aditivă în IMC și WC. Acest lucru sugerează că factorii înnăscuti afectează în mod semnificativ greutatea corporală și adipozitatea la subiecții sedentari, deși efectul genelor este redus la persoanele fizic active. Astfel, se poate aștepta ca activitatea fizică să fie deosebit de benefică în prevenirea creșterii în greutate la persoanele sensibile genetic la obezitate.

Mai multe studii au evaluat efectul modificator al activității fizice asupra efectelor genetice ale obezității. Heitmann și colab. 19 au studiat modificarea IMC față de activitatea fizică anterioară și au constatat că efectul genetic asupra modificării IMC la bărbați a fost detectat doar la niveluri moderate și ridicate de activitate fizică. Cu toate acestea, efectele genetice asupra modificării greutății par a fi destul de diferite de efectele asupra IMC. 34 Deși activitatea fizică poate atenua efectele genelor asupra dimensiunii corpului, traiectoria viitoare a schimbării greutății poate fi mai mult influențată de gene decât mediul la subiecții activi fizic. Interacțiunea dintre gene și activitatea fizică se poate dezvolta și la vârsta oamenilor, bărbați și femei tineri la mijlocul anilor 20 fiind probabil mult mai activă decât în ​​anii următori. Karnehed și colab. 20 au descoperit că gemenii sensibili genetic la obezitate erau mai sensibili la toalete mari dacă erau sedentari decât gemenii fără o astfel de susceptibilitate - un rezultat în concordanță cu constatările noastre. Cu toate acestea, nu este clar dacă grupurile cu risc genetic ridicat și scăzut au diferit în ceea ce privește valoarea inițială a IMC, WC și activitatea fizică.

Un posibil mecanism prin care activitatea fizică reduce efectele genetice ale obezității este prin modificarea tiparelor de expresie ale genelor care reglementează greutatea și adipozitatea. Andreasen și colab. 35 a arătat recent că efectul genotipului FTO rs9939609 a fost influențat de nivelul obișnuit de activitate fizică. Inactivitatea fizică a fost asociată cu o creștere a IMC de 1,95 ± 0,33 kg/m2 la purtătorii homozigoti FTO rs9939609 A-alelă, în timp ce nu s-a găsit un efect semnificativ asupra stilului de viață sedentar în comparație cu non-purtătorii și cei heterozigoți pentru FTO rs9939609 A-alelă. Un mecanism similar a fost găsit într-un studiu recent realizat de Kilpeläinen și colab. 36, unde s-a demonstrat că activitatea fizică modifică riscul apariției diabetului de tip 2 asociat cu gene care reglează secreția de insulină, deși Rankinen și colab. 37 au constatat că efectul genotipului legat de hipertensiune arterială asupra tensiunii arteriale depinde de nivelurile de activitate fizică.

Studiul nostru este în concordanță cu datele anterioare care sugerează că activitatea fizică este benefică în prevenirea obezității, în special a obezității abdominale. Cel mai important, acest studiu arată că un stil de viață activ fizic este capabil să contracareze predispoziția genetică la obezitate.