Role of exercise, cold, and the biological clock on energy balance in humans: The ACTIBATE study
Metadatos
Mostrar el registro completo del ítemEditorial
Universidad de Granada
Director
Ruiz Ruiz, JonatanDepartamento
Universidad de Granada. Programa de Doctorado en BiomedicinaMateria
Ejercicio físico Metabolismo energético Frío
Fecha
2020Fecha lectura
2020-05-08Referencia bibliográfica
Acosta Manzano, Francisco Miguel. Role of exercise, cold, and the biological clock on energy balance in humans: The ACTIBATE study. Granada: Universidad de Granada, 2020. [http://hdl.handle.net/10481/63802]
Patrocinador
Tesis Univ. Granada.; Spanish Ministry of Economy and Competitiveness - Fondo de Investigación Sanitaria del Instituto de Salud Carlos III (PI13/01393); Spanish Ministry of Economy and Competitiveness (PTA 12264-I); Retos de la Sociedad (DEP2016-79512-R); European Regional Development Funds (ERDF); Fundación Iberoamericana de Nutrición (FINUT); Redes Temáticas de Investigación Cooperativa RETIC (Red SAMID RD16/0022); AstraZeneca HealthCare Foundation; University of Granada – Plan Propio de Investigación 2015 (Beca de iniciación a la investigación); University of Granada - Plan Propio de Investigación 2016 - Excellence actions: Unit of Excellence on Exercise and Health (UCEES); Junta de Andalucía, Consejería de Conocimiento, Investigación y Universidades (ERDF, SOMM17/6107/UGR); Fundación Carolina (C.2016-574961)Resumen
Cold exposure has been proposed as a potential tool to face obesity since it is able to
increase energy expenditure (i.e., cold induced thermogenesis – CIT). This increase is
partially mediated by brown adipose tissue (BAT). Nevertheless, little is known yet
about how CIT (specially its non-shivering component) and BAT metabolic activity are
regulated, and which are the clinical implications of harnessing them in humans.
Furthermore, most physiological functions in our organism are under the control of the
biological clock, which shows a tight link with disease in humans. However, to date it
remains unknown whether CIT and BAT activity follow a diurnal/circadian rhythmicity,
and whether they are related to the general functioning of the circadian system.
Furthermore, whether exercise and physical activity are efficient strategies to recruit
and activate BAT still need to be explored. Therefore, the overall aim of the present
Doctoral Thesis was to study the role of cold and the biological clock on energy balance
in humans as well as on BAT; and to investigate whether exercise and physical activity
could be potential strategies to recruit and activate BAT in humans.
Mild cold elicits a modest increase in CIT and prompts a fat oxidative metabolism,
especially during the initial moments of cold exposure (Study I). In addition, subjects
exposed to the coldest ambient temperature during their daily life have 3-5 times
more BAT volume and activity - measured as 18F-fluordeoxygelucose (18F-FDG) uptake -
compared to subjects who are exposed to a warmer ambient temperature (Study II).
CIT and BAT 18F-FDG uptake do not seem to have diurnal variations (Study III), and the
relationship between the daily rhythm of distal skin temperature - an overall indicator
of the circadian system functioning - and BAT 18F-FDG uptake, is masked by the
environmental temperature (Study II). In addition, sleep duration and quality are not
related to human BAT metabolic activity (Study IV). An acute aerobic exercise does not
induce significant changes in the protein concentrations of UCP-1 (and therefore BAT
activity) in mice (Study VI). Accordingly, physical activity levels and sedentary time are
not related to BAT 18F-FDG uptake in young human adults (Study VII), neither to the
regulation of browning markers, suggesting a negligible role for exercise and physical
activity as potential strategies to recruit and activate human BAT.
The results from the present Doctoral Thesis increase our knowledge on the effects of
cold on energy and BAT metabolism in humans, and on how the biological clock and
related factors might affect them. In addition, it provides novel information on the
search of potential strategies to improve BAT function and browning of specific
adipose depots. La exposición a frío puede tener un gran potencial para combatir la obesidad, a través
del incremento de la termogénesis inducida por frío (CIT, del inglés), la cual está
mediada parcialmente por el tejido adiposo pardo (TAP). Sin embargo, hay poca
evidencia científica en torno a cómo el CIT (y más concretamente su componente sin
tiritona) y la actividad del BAT son regulados – así como cuales son las implicaciones
incrementar ambos en humanos. Además, la mayor parte de las funciones fisiológicas
de nuestro organismo están bajo el control del reloj biológico, que está estrechamente
vinculado con la salud en humanos. Sin embargo, se desconoce si el CIT y el TAP
presentan una ritmicidad diurna/circadiana. Si el ejercicio y la actividad física son
estrategias eficientes para reclutar y activar el TAP también necesita ser estudiado en
mayor profundidad. Por lo tanto, el objetivo general de la presente tesis doctoral es
estudiar el rol del frío y el reloj biológico en el balance energético en humanos, así
como en el TAP; e investigar si el ejercicio y la actividad física podrían ser estrategias
potenciales para reclutar y activar el TAP.
La exposición a frío moderado induce un incremento ligero en el CIT y promueve una
mayor oxidación de grasas, especialmente durante el comienzo de la exposición a frío
(Estudio I). Además, los participantes que se expusieron a temperaturas más frías
durante su vida diaria tenían de 3 a 5 veces más volumen y actividad del TAP – medido
como captación de 18F-Fluordeoxiglucosa (18F-FDG) – en comparación con aquellos que
se expusieron a temperaturas más cálidas (Estudio II). El CIT y la captación de 18F-FDG
por el BAT no parecen seguir variaciones diurnas (Estudio III), y la relación entre el
patrón diario de la temperatura superficial distal – utilizada como un indicador general
del funcionamiento del sistema circadiano – y la captación de 18F-FDG del TAP, está
enmascarada por la temperatura ambiental (Estudio II). La duración y calidad del
sueño tampoco parecen relacionarse con la actividad metabólica del TAP en humanos
(Estudio IV). Además, encontramos que el ejercicio aeróbico agudo no induce cambios
significativos en los niveles de la proteína UCP1 (y por lo tanto en la actividad del TAP)
en ratones (Estudio VI). En línea con esto, los niveles de actividad física y el tiempo en
sedentarismo no se relacionan con la captación de 18F-FDG del TAP en jóvenes adultos
humanos (Estudio VII), ni a la regulación de marcadores de “amarronamiento”; esto sugiere que el ejercicio y la actividad física tienen un rol insignificante como estrategias
potenciales para reclutar y activar el TAP.
Los resultados de la presente tesis Doctoral extienden nuestro conocimiento sobre los
efectos del frío sobre el metabolismo energético y del TAP en humanos, y sobre como
el reloj biológico y factores relacionados al mismo podrían afectarles. Además,
proporciona información valiosa sobre la búsqueda de estrategias para mejorar la
función del BAT, e inducir el “amarronamiento” de depósitos específicos de tejido
adiposo.