Bone health in children with overweight/obesity: The role of systemic chronic inflammation, vitamin D and muscular fitness
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Gil Cosano, José JuanEditorial
Universidad de Granada
Departamento
Universidad de Granada. Programa de Doctorado en BiomedicinaMateria
Salud ósea Fuerza muscular Sobrepeso Obesidad Inflamación sistémica crónica Vitamina D
Date
2021Fecha lectura
2021-07-02Referencia bibliográfica
Gil Cosano, José Juan. Bone health in children with overweight/obesity: The role of systemic chronic inflammation, vitamin D and muscular fitness. Granada: Universidad de Granada, 2021. [http://hdl.handle.net/10481/69651]
Patrocinador
Tesis Univ. Granada.; Spanish Ministry of Economy and Competitiveness and Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) (DEP-2013-47540, DEP2016-79512-R, DEP2017-91544-EXP, BES-2014-068829, FJCI-2014- 19563, IJCI-2017-33642, and RYC-2011-09011); Spanish Ministry of Education (FPU 14/06837, FPU 15/02645, and FPU 16/02760); University of Granada, Plan Propio de Investigación 2016, Excellence actions: Units of Excellence, Unit of Excellence on Exercise and Health (UCEES); and Visiting Scholar grants; Horizon 2020 Framework Programme, Grant/ Award Number: 667302; Junta de Andalucía, Conserjería de Conocimiento, Investigación y Universidades and European Regional Development Fund (ERDF) (SOMM17/6107/UGR); Redes temáticas de investigación cooperativa RETIC (SAMID III) European Regional Development Fund (ERDF) (RD16/0022); EXERNET Research Network on Exercise and Health in Special Populations (DEP2005- 00046/ACTI); Additional funding was obtained from the Andalusian Operational Programme supported with European Regional Development Funds (ERDF in English, FEDER in Spanish, project ref: B-CTS-355-UGR18)Résumé
Background
Previous research suggests a link between obesity and bone morphogenesis which
may be explained by inflammatory markers and adipokines. It is known that bone
development is regulated by modelling and remodelling processes that depend on
the mechanical forces applied by the muscles to the skeleton. Furthermore, the
relationships of vitamin D and muscular strength with bone have been described, but
no study has jointly examined the association of these predictors with bone.
Objectives
The present Doctoral Thesis aimed to study which inflammatory markers and
adipokines are associated with bone health and whether these associations are
modified by muscular fitness levels in children with overweight/obesity (study 1 and
study 2). In addition, this Thesis examined whether the relationship between vitamin
D (i.e., plasma calcidiol) and bone health was mediated by muscular fitness (study 3).
Methods
To address these aims, we used baseline data from the ActiveBrains project. Plasma
interleukin (IL)-1β, IL-6, tumour necrosis factor-α (TNF-α), epidermal growth factor,
vascular endothelial growth factor A (VEGF), C-reactive protein, leptin, adiponectin
and calcidiol were analysed. Muscular fitness was assessed in laboratory (through
determining each participant’s 1 repetition maximum at bench and leg press) and in
field-based conditions (handgrip strength and standing long jump). Bone outcomes,
fat and lean mass were assessed by dual-energy x-ray absorptiometry. For study 1 and study 2, the association between these biochemical markers and bone outcomes was
tested with multiple regression analyses controlling for sex, somatic maturation and
lean mass. Additionally, the muscular fitness interaction was examined in the
associations of inflammatory markers and adipokines with bone outcomes. For study
3, the mediator role of muscular fitness was examined in the association between
calcidiol and bone outcomes controlling for sex, somatic maturation, lean mass and
season.
Results and main findings
In study 1, IL-6 and VEGF levels were negatively associated with bone mineral content
at the total body, whereas TNF-α (negatively) and IL-1β (positively) levels were
associated with bone mineral content at the lumbar spine. In study 2, no association
was found between leptin or adiponectin levels and bone outcomes. Furthermore,
high levels of objectively measured muscular fitness may attenuate the adverse
effects of VEGF and TNF-α on bone mineral content at the total body and lumbar
spine, respectively (study 1). In addition, a negative association between leptin and
bone mineral content at the lumbar spine was observed in the low lower-body
muscular fitness group, whereas no significant association was found in the high
lower-body muscular fitness group (study 2). In study 3, calcidiol was indirectly
associated with areal bone mineral density at the total body, arms and legs through
relative muscular fitness. Overall conclusions
The results of this Thesis suggest that IL-1β, IL-6, TNF-α, VEGF and leptin (to a lesser
extent) could be contributing factors explaining the link between obesity and bone
health in children with overweight/obesity. Optimal muscular fitness levels may
attenuate the adverse effects of TNF-α, VEGF and leptin on bone. Moreover, muscular
fitness seems to play a key role in the relationship of calcidiol levels and bone
outcomes in this population. Altogether, appropriate levels of vitamin D and
muscular fitness may preserve normal bone accretion in children with
overweight/obesity. Antecedentes
Investigaciones previas sugieren un vínculo entre la obesidad y el desarrollo óseo, y
este vínculo puede estar explicado por los marcadores de inflamación y las
adipocinas. Se sabe que el desarrollo óseo también está regulado por procesos de
modelado y remodelado, que dependen de las fuerzas mecánicas aplicadas por los
músculos al esqueleto. Además, se han descrito previamente las relaciones de la
vitamina D y la fuerza muscular con el hueso, pero ningún estudio ha examinado
conjuntamente la asociación de estos predictores con el hueso.
Objetivos
La presente Tesis Doctoral tuvo como objetivo estudiar qué marcadores de
inflamación y adipocinas se asocian con la salud ósea, y si estas asociaciones se ven
modificadas por los niveles de fuerza muscular en niños con sobrepeso u obesidad
(estudio 1 y estudio 2). Además, esta Tesis examinó si la relación entre la vitamina D
(es decir, calcidiol en plasma) y la salud ósea estaba mediada por la fuerza muscular
(estudio 3).
Métodos
Para abordar estos objetivos, utilizamos datos de la evaluación inicial del proyecto
ActiveBrains. Se analizaron niveles plasmáticos de interleucina (IL)-1β, IL-6, factor de
necrosis tumoural-α (TNF-α), factor de crecimiento epidérmico, factor de crecimiento
endotelial vascular A (VEGF), proteína C reactiva, leptina, adiponectina y calcidiol. La
fuerza muscular se evaluó en el laboratorio (determinando la 1RM de cada participante en press de banca y press de piernas) y en condiciones de campo (fuerza
de agarre y salto de longitud desde parado). Los resultados óseos, la grasa y la masa
magra se evaluaron mediante absorciometría de rayos X de energía dual. Para el
estudio 1 y el estudio 2, la asociación entre estos marcadores bioquímicos y los
resultados óseos se verificó mediante análisis de regresión múltiple que controlan el
sexo, la maduración somática y la masa magra. Además, se examinó la interacción de
la fuerza muscular en las asociaciones de los marcadores bioquímicos con los
resultados óseos. Para el estudio 3, se examinó el papel mediador de la fuerza
muscular en la asociación entre el calcidiol y los resultados óseos controlando el sexo,
la maduración somática, la masa magra y la estación del año.
Resultados y hallazgos principales
En el estudio 1, los niveles de IL-6 y VEGF se asociaron negativamente con el contenido
mineral óseo del cuerpo entero, mientras que los niveles de TNF-α (negativamente)
e IL-1β (positivamente) se asociaron con el contenido mineral óseo de la columna
lumbar. En el estudio 2, no se encontró asociación entre los niveles de leptina o
adiponectina y los resultados óseos. Además, los altos niveles de fuerza muscular
medidos objetivamente pueden atenuar los efectos adversos de VEGF y TNF-α en el
contenido mineral óseo del cuerpo entero y en la columna lumbar, respectivamente
(estudio 1). Además, se observó una asociación negativa entre la leptina y el
contenido mineral óseo de la columna lumbar en el grupo de menor fuerza en el tren
inferior, mientras que no se encontró una asociación significativa en el grupo de
mayor fuerza en el tren inferior (estudio 2). En el estudio 3, el calcidiol se asoció indirectamente con la densidad mineral ósea del cuerpo entero, los brazos y las
piernas a través de la fuerza muscular relativa.
Conclusiones generales
Los resultados de la presente Tesis sugieren que IL-1β, IL-6, TNF-α, VEGF y leptina (en
menor medida) pueden contribuir a explicar el vínculo entre la obesidad y el hueso
en niños con sobrepeso u obesidad. Unos niveles óptimos de fuerza muscular pueden
atenuar los efectos adversos de TNF-α, VEGF y leptina en los huesos. Además, la
fuerza muscular parece jugar un papel importante en la relación de los niveles de
calcidiol y el hueso en esta población. En conjunto, los niveles apropiados de vitamina
D y de fuerza muscular pueden contribuir a mantener un desarrollo óseo saludable
en niños con sobrepeso u obesidad.