Physical exercise, 1,25-dihydroxyvitamin D, and prevention of the consequences of ageing. The FIT-AGEING study

Abstract

Ageing is a natural and multi-factorial process that affect human beings as they age, from born to death. At advanced age it is characterized by a progressive decline of physiological integrity leading to impaired physical and cognitive functions, and increasing the incidence of several agerelated diseases. This late deteriorative phase of the ageing process can be named as aging, and the efforts related to prevent or delay the aging process as anti-aging. Recent studies have established the importance of vitamin D status on human’ health during the ageing process beyond its role on specific physiological mechanisms in different organs and systems. In this sense, the main active metabolite of vitamin D, the 1,25-dihydroxyvitamin D (1,25(OH)2D), also known as calcitriol, is responsible for most of its biological effects, and considered a powerful biomarker that plays an important role in ageing-related physiological processes. However, little is known about their possible relationship with other ageing or, more precisely, aging biomarkers in healthy adult population. Furthermore, although previous studies have described that an exercise intervention induces important benefits for human health, the effects of physical exercise on 1,25(OH)2D have not been deeply studied. On the other hand, there is no study comparing the influence of different physical exercise interventions on 1,25(OH)2D. The main aims of this International Doctoral Thesis are to study the relationship of 1,25(OH)2D and body composition, physical activity levels, physical fitness, cardiometabolic health, and the shed form of the Klotho protein (S-Klotho) (Section 1), and to study the effect of different exercise training programs on 1,25(OH)2D (Section 2) in middle-aged sedentary adults. This International Doctoral Thesis includes a total of 5 studies. The present results show that 1,25(OH)2D was negatively associated with body mass index, lean mass index, and bone mineral density (Study 1), while objectively measured sedentary behaviour, physical activity levels, and physical fitness did not seem to be related to 1,25(OH)2D (Study 2). Additionally, no association was found between 1,25(OH)2D and cardiometabolic risk factors or insulin resistance, although an inverse association between 1,25(OH)2D and central adiposity was observed (Study 3). On the other hand, 1,25(OH)2D was negatively associated with S-Klotho plasma levels, which was partially mediated by bone mineral density (Study 4). Finally, a 12-weeks exercise program significantly increased the levels of 1,25(OH)2D regardless of the exercise modality, observing a significant positive association between changes in physical fitness and changes in 1,25 (OH)2D (Study 5). Collectively, the results from the present International Doctoral Thesis enhance our understanding of the relationship of 1,25(OH)2D with several anti-aging factors such as body composition, physical activity levels, physical fitness, cardiometabolic health, and S-Klotho protein in middle-aged sedentary adults. Moreover, it provides novel information regarding the role of different exercise training programs on 1,25(OH)2D, as well as its potential relationship with exercise-induced changes in body composition and physical fitness.

El envejecimiento es un proceso natural y multifactorial que se caracteriza por una disminución progresiva de la integridad fisiológica que conduce al deterioro de las funciones físicas y cognitivas y aumenta la incidencia de varias enfermedades relacionadas con la edad. Estudios recientes han establecido la importancia del estado de la vitamina D en la salud humana durante el proceso de envejecimiento más allá de su función sobre mecanismos fisiológicos específicos en diferentes órganos y sistemas. En este sentido, el principal metabolito activo de la vitamina D, la 1,25-dihidroxivitamina D (1,25(OH)2D), también conocida como calcitriol, es responsable de la mayoría de sus efectos biológicos, y es considerada un poderoso biomarcador en diversos procesos fisiológicos relacionados con el envejecimiento. Sin embargo, existe excasa evidencia sobre su posible relación con otros biomarcadores de envejecimiento en la población adulta sana. Además, aunque estudios previos han descrito que una intervención de ejercicio induce importantes beneficios para la salud de los seres humanos, los efectos del ejercicio físico sobre la 1,25(OH)2D no han sido estudiados en profundidad. De hecho, no existe ningún estudio que compare la influencia de diferentes intervenciones de ejercicio físico sobre la 1,25(OH)2D. Los principales objetivos de la presente Tesis Doctoral Internacional son estudiar la relación de la 1,25(OH)2D y la composición corporal, la condición física, la salud cardiometabólica y la proteína Klotho en su forma soluble (S-Klotho) (Sección 1), así como investigar el efecto de distintos programas de ejercicio físico sobre la 1,25(OH)2D (Sección 2) en adultos sedentarios de mediana edad. Esta Tesis Doctoral Internacional incluye un total de 5 estudios. Los resultados muestran que la 1,25(OH)2D se asoció negativamente con el índice de masa corporal, el índice de masa magra y la densidad mineral ósea (Estudio 1), mientras que el comportamiento sedentario, los niveles de actividad física y la condición física (medidos objetivamente) no parecieron estar relacionados con la 1,25(OH)2D (Estudio 2). Además, la 1,25(OH)2D no se asoció con diversos factores de riesgo cardiometabólicos ni con la resistencia a la insulina, aunque se observó una asociación inversa entre la 1,25(OH)2D y la adiposidad central (Estudio 3). Por otro lado, se puso de manifiesto una asociación negativa entre la 1,25(OH)2D y los niveles plasmáticos de S-Klotho, siendo esta relación parcialmente mediada por la densidad mineral ósea (Estudio 4). Finalmente, un programa de ejercicio físico de 12 semanas de duración aumentó significativamente los niveles de 1,25(OH)2D independientemente de la modalidad de ejercicio implementada, observándose una asociación positiva y significativa entre los cambios derivados de la intervención en la condición física y los cambios en los niveles de 1,25(OH)2D (Estudio 5). En conjunto, los resultados de la presente Tesis Doctoral Internacional proporcionan un avance en el conocimiento científico sobre la relación de la 1,25(OH)2D con varios biomarcadores de anti-envejecimiento, tales como la composición corporal, los niveles de actividad física, la condición física, la salud cardiometabólica y la proteína S-Klotho en adultos sedentarios de mediana edad. Además, proporciona información novedosa sobre el papel que ejercen diferentes programas de ejercicio físico sobre la 1,25(OH)2D, así como su potencial relación con los cambios inducidos por dicha intervención en la composición corporal y en la condición física.