Role of physical activity, physical fitness, and exercise on immunometabolism during pregnancy

Abstract

Pregnancy induces extraordinary immunometabolic changes in women’s physiology to support maternal, placental and foetal demands during gestation, and thereby ensure a successful pregnancy. However, this period is also very susceptible to dyshomeostasis, and in some women characterized by an unfavourable genotype (e.g. diabetic family history), or exposed to an adverse lifestyle (e.g. obesity, sedentary lifestyle), these alterations might lead to short and long-term adverse outcomes. Indeed, the adverse consequences related to a dysfunctional metabolic machinery in pregnancy have the potential to negatively affect not only one life, but two (the mother and offspring), and possibly next generations. Thus, the spotlight of reference institutions nowadays is on searching effective strategies to promote an optimal maternal and intrauterine environment, and break the maternal-foetal intergenerational diabesity cycle. In this regard, physical activity (PA), physical fitness (PF) and exercise could be promising tools to optimise metabolic control during pregnancy, and thus avoid potential complications and future diseases. Unfortunately, evidence is very scarce and elusive, and many questions remain still unrevealed. In the current Doctoral Thesis, we address knowledge gaps, and provide a greater insight on i) the role of sedentary time (ST), PA, PF and exercise in immunometabolism during pregnancy; and ii) the underlying mechanisms by which these stimuli might induce metabolic changes. We show that: Increasing moderate-to-vigorous PA levels, or meeting PA recommendations, could be of utility to modulate the cytokine profile of women in early to middle pregnancy; but not reducing ST (Study I). Additionally, lower ST in early to middle pregnancy is related to higher expression of placental genes related to lipid transport in overweight-obese women (Study II); but moderate-to-vigorous PA has little effect. However, we could not identify any metabolic factor underlying the relationship between lifestyle and placental metabolism (Study II). Increased PF, especially CRF and muscle strength in early to middle pregnancy, is related to an improved metabolic phenotype, and may confer a cardio-protector effect in maternal metabolism (Study III); also indirectly via potentially reducing excessive gestational weight-gain (Study VI). A concurrent exercise program during pregnancy appears to be effective to modulate cytokines in pregnant women without metabolic disruptions and their foetuses (Study IV). However, its direct effects on other immunometabolic markers such as glucose, lipids, C-reactive protein, etc. are hardly appreciable (Study V). Of note, few cytokines appear to mediate some of the effects of exercise into maternal metabolism (Study V). Moreover, exercise robustly reduces maternal weight-gain during pregnancy and postpartum weight-retention, independently of other lifestyle behaviours and PF (Study VI). Although exercise is not able to avoid excessive gestational weight-gain, it appears to protect against the impaired metabolic phenotype related to exacerbated weight-gain (Study VI). Thus, the findings from the present Doctoral Thesis increase our knowledge on the role of ST, PA, PF and exercise on immunometabolism during pregnancy, and on the underlying mechanisms by which these stimuli might be translated into metabolic changes.

El embarazo induce adaptaciones metabólicas importantes en las mujeres embarazadas que son necesarias para cumplir con las demandas maternas, placentarias y fetales durante la gestación, y asegurar un embarazo exitoso. Sin embargo, este periodo es muy susceptible a desregulaciones metabólicas, y en algunas mujeres con genotipo adverso (ej. historial familiar de diabetes) o hábitos inadecuados (ej. obesidad, sedentarismo), dichas alteraciones pueden ser perjudiciales y dar lugar a consecuencias adversas a corto y largo plazo. De hecho, un metabolismo disfuncional durante el embarazo podría afectar negativamente no solamente a la vida de la madre y al feto, sino también posiblemente a las futuras generaciones. De ahí que las principales instituciones de referencia a día de hoy sigan buscando estrategias efectivas para favorecer un ambiente materno e intrauterino óptimo, y romper así el ciclo intergeneracional de obesidaddiabetes. En este sentido, la actividad física (AF), condición física y el ejercicio físico son herramientas potenciales para optimizar el control metabólico durante el embarazo, y así evitar posibles complicaciones y enfermedades futuras. Desafortunadamente, la evidencia científica al respecto es muy escasa e imprecisa a día de hoy, y muchas preguntas permanecen sin respuesta. En la presente Tesis Doctoral, proporcionamos un mayor conocimiento acerca del papel que el sedentarismo, actividad física, condición física y ejercicio desempeñan en el inmunometabolismo durante el embarazo, y de los mecanismos por los cuales dichos estímulos podrían inducir cambios metabólicos. Mostramos que: Mayores niveles de AF moderada-vigorosa y cumplir con las recomendaciones de AF (pero no menor tiempo de sedentarismo), parecen ser herramientas útiles para modular las concentraciones de citoquinas en mujeres embarazadas durante la gestación temprana (Estudio I). Además, un menor tiempo de sedentarismo durante la gestación temprana se relaciona con una mayor expresión placentaria de genes relacionados con el transporte lipídico en mujeres con sobrepeso y obesidad (Estudio II); mientras que la AF moderada-vigorosa apenas tiene efectos. Sin embargo, no pudimos identificar ningún factor metabólico subyaciendo la relación entre el estilo de vida y metabolismo placentario (Estudio II). Una mejor condición física, específicamente capacidad cardiorrespiratoria y fuerza muscular en la gestación temprana, se relaciona con un mejor fenotipo metabólico, y parece conferir un efecto cardioprotector en el metabolismo materno (Estudio III); también indirectamente a través de reducir potencialmente las ganancias de peso excesivo (Estudio VI). Un programa de ejercicio concurrente durante el embarazo parece ser efectivo para modular positivamente las citoquinas en las mujeres embarazadas sin disrupciones metabólicas, y en sus fetos (Estudio IV). Sin embargo, los efectos directos del ejercicio sobre otros marcadores inmunometabólicos como la glucosa, lípidos, proteína C-reactiva, etc. son casi nulos o difícilmente apreciables (Estudio V). Cabe destacar que algunas citoquinas parecen mediar algunos de los efectos del ejercicio sobre el metabolismo materno (Estudio V). Además, el ejercicio reduce robustamente las ganancias de peso maternas durante el embarazo y la retención de peso postparto, independientemente del estilo de vida y de la condición física (Estudio VI). Aunque el ejercicio no sea capaz de prevenir las ganancias de peso excesivo, parece que puede proteger contra el fenotipo metabólico adverso relacionado con dichas ganancias (Estudio VI). Por lo tanto, en la presente Tesis Doctoral proporcionamos evidencia científica sobre el papel del sedentarismo, AF, condición física y ejercicio sobre el inmunometabolismo durante el embarazo, y sobre los mecanismos subyacentes por los cuales estos estímulos podrían dar lugar a cambios metabólicos.