Παράγοντες μεταβολικού συνδρόμου και φυσιολογικές προσαρμογές της άσκησης στο μεταβολισμό και στην καρδιαγγειακή λειτουργία υπέρβαρων/παχύσαρκων ατόμων

Abstract

The purpose of the present Thesis was to examine: a) the factors that affect cardiovascular function of overweight/obese pre-pubertal children and adolescents and (1st Study) and b) the physiological adaptations induced after a combined aerobic-strength exercise training and detraining program on obesity indices, metabolic parameters and cardiovascular function of overweight/obese pre-pubertal children (2nd Study). In the 1st Study, a total of 1.397 healthy children, aged 9-14 years old, participated and divided according to gender (boys, girls), age (9-10, 11-12, 13-14 yrs), hypertension (normotensive, hypertensive) and obesity (normal-weight, overweight, obese). Measurements were obtained on anthropometric characteristics (height, body mass), in blood pressure (systolic, diastolic) and resting heart rate in order to determine the pulse pressure, mean arterial pressure, double product, stroke volume, ankle-branchial-index and cardiac index, The analysis of data revealed that 70.4% of children presented normal weight and the prevalence of overweight and obesity was 20.1% and 9.5% respectively. The prevalence of hypertension was 11.5% in the overweight/obese boys and about 9.1% in the overweight/obese girls. The Odds Ratio (ORs) and Relative Risk (RR) of both obesity and hypertension were ORs=7.36 (95% CI:4.82–11.24) and RR=4.91 (95% CI:3.49–6.91) for boys and ORs=4.29 (95% CI:2.79–6.61) and RR=3.27 (95% CI:2.31–4.63) for girls. The normotensive normal-weight children, irrespective of gender, presented better values in cardiac index as compared to hypertensive overweight/obese children (p<0.001). When a stepwise multiple regression model was applied using the cardiac index as dependent variable (y=5,312-0,049*W+0,053*Hr-0,076*DP+0,036*SP-0,175*Age), 92.5% of the total variance (SEE=0.335) was explained by body mass (W:53%), heart rate (Hr:14.3%) diastolic blood pressure (DP:14.1%), systolic blood pressure (SP:8.5%) and age (Age:2.6%). In addition, negative correlation was found between BMI and cardiac index (r=-0.646, p<0.001) while positive correlations were observed with the other hemodynamic parameters (r=0.211 to 0.517, p<0.01). b). In the 2nd study, a total of 54 healthy Cypriot children, aged 11.20±0.56 years old, participated voluntary in the study and divided according to IOTF criteria: i) Exercise normal-weight (n=12), ii) Normal-weight control (n=10) iii) Exercise overweight/obese (n=17), and iv) Overweight/obese control (n=15). Measurements were obtained on obesity indices (body mass, BMI, waist, abdominal and hip circumferences, body fat, visceral fat, free fat mass, mass fat), on biochemical markers (glucose, TG, HDL-C), heart rate and blood pressure (systolic, diastolic). A MetS risk z-score was also computed at baseline, after 16 weeks of aerobic-strength training and after 16 weeks of detraining. Measurements were obtained in blood pressure (systolic, diastolic) and heart rate during: i) 5 minutes at rest, ii) steady-state treadmill exercise at 4, 5.6 and 8 km/h with 10 min duration at each stage and iii) the 3rd min of recovery. After the exercise intervention, overweight/obese children of exercise group improved their values in waist circuference (p<0.001), glucose (p<0.05), HDL-C (p<0.01), triglycerides (p<0.001) and systolic blood pressure whereas no significant differences were observed in diastolic blood pressure (p>0.05). The interruption of systematic exercise, after the 16 weeks of detraining, reverses the positive adaptations in all variables of MetS, except of HDL-C which presented similar values in exercise normal-weight group whereas decreased significantly in exercise overweight/obese children (p<0.01). The results of the present Thesis showed that the increased body mass affected the cardiac function of overweight/obese children, irrespective of the gender, and was associated with increased risk to develop hypertension in comparison with normal weight pre-pubertal children and adolescents. In clinical practice, it is necessary to implement useful prognostic indicators in childhood and adolescence aimed at early detection of risk factors for cardiovascular disease in adulthood. Furthermore, the intervention aerobic-strength exercise program applied, 16 weeks 3 times per week with each session lasting 60 minutes, induced favorable adaptations on MetS markers on overweight and obese pre-adolescents. Sixteen weeks of detraining, however, changed the favorable adaptations and underlined the need for uninterrupted exercise.

Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν: α) η επιδημιολογική καταγραφή των παραγόντων που επηρεάζουν την καρδιαγγειακή λειτουργία υπέρβαρων/παχύσαρκων παιδιών ηλικίας 9-14 ετών (1η Μελέτη) και β) η μελέτη των φυσιολογικών προσαρμογών της άσκησης και της ισόχρονης διακοπής της στους δείκτες παχυσαρκίας, στο μεταβολισμό και στην καρδιαγγειακή λειτουργία υπέρβαρων/παχύσαρκων παιδιών προεφηβικής ηλικίας (2η Μελέτη). Στην 1η Μελέτη το δείγμα αποτέλεσαν 1.397 παιδιά, ηλικίας 9 έως 14 ετών, κλινικά υγιή, που ταξινομήθηκαν σε υποομάδες ανάλογα με το φύλο (αγόρια, κορίτσια), την ηλικία (9-10, 11-12, 13-14 ετών), την κατηγορία υπέρτασης (νορμοτασικά, υπερτασικά) και το βαθμό παχυσαρκίας (νορμοβαρή, υπέρβαρα, παχύσαρκα). Μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν στα ανθρωπομετρικά χαρακτηριστικά (σωματική μάζα, ύψος από όρθια θέση), στην αρτηριακή πίεση (συστολική, διαστολική) και στην καρδιακή συχνότητα σε συνθήκη ηρεμίας και προσδιορίστηκαν μέσω ειδικών εξισώσεων η πίεση σφυγμού ηρεμίας, η μέση αρτηριακή πίεση, το διπλό γινόμενο, ο όγκος παλμού, ο κνημοβραχιόνιος δείκτης και ο δείκτης καρδιακής λειτουργίας. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το 70,4% των παιδιών του συνολικού δείγματος ήταν νορμοβαρή, το 20,1% υπέρβαρα και το 9,5% παχύσαρκα. Τα υπέρβαρα/παχύσαρκα αγόρια (11,5%) και κορίτσια (9,1%) εμφάνισαν αυξημένες τιμές αρτηριακής πίεσης. Ο σχετικός κίνδυνος (RR) και ο λόγος πιθανοτήτων (ORs) των δύο παραγόντων (παχυσαρκία-υπέρταση) για τα αγόρια ήταν RR=4,91 (95% CI:3,49-6,91) και ORs=7,36 (95% CI:4,82-11,24) ενώ αντίστοιχα για τα κορίτσια ήταν RR=3,27 (95% CI:2,31-4,63) και ORs=4,29 (95% CI:2,79-6,61). Τα νορμοτασικά νορμοβαρή παιδιά, ανεξάρτητα από το φύλο, εμφάνισαν καλύτερες τιμές συγκριτικά με τα υπερτασικά υπέρβαρα και παχύσαρκα στο δείκτη καρδιακής λειτουργίας (p<0,001). Η βηματική πολλαπλή ανάλυση παλινδρόμησης, για το σύνολο του δείγματος (y=5,312-0,049*W+0,053*Hr-0,076*DP+0,036*SP-0,175*Age), έδειξε ότι η σωματική μάζα (W:53%), η καρδιακή συχνότητα (HR:14,3%), η διαστολική (DP:14,1%) και συστολική αρτηριακή πίεση (SP:8,5%) καθώς και η ηλικία (Age:2,6%) ερμήνευσαν το 92,5% της συνολικής διακύμανσης του δείκτη καρδιακής λειτουργίας (SEE=0,335) χωρίς να παρατηρηθούν στατιστικά σημαντικές διαφοροποιήσεις των προβλεπόμενων τιμών από τις παρατηρούμενες τιμές (t=1,57, df=1.396, p=0,117). Επιπλέον, παρουσιάστηκε αρνητική συσχέτιση του δείκτη ΒΜΙ με το δείκτη καρδιακής λειτουργίας (r=-0,646, p<0,001) ενώ παρατηρήθηκαν θετικές συσχετίσεις με τις υπόλοιπες αιμοδυναμικές παραμέτρους (r=0,211-0,517, p<0,01). Στη 2η Μελέτη συμμετείχαν 54 αγόρια και κορίτσια ελληνοκυπριακής καταγωγής ηλικίας 11,20±0,56 ετών, κλινικά υγιή, τα οποία ταξινομήθηκαν σε τέσσερις ομάδες: i) Ομάδα Άσκησης νορμοβαρών (n=12) ii) Ομάδα Ελέγχου νορμοβαρών (n=10) iii) Ομάδα Άσκησης υπέρβαρων/παχύσαρκων (n=17) iv) Ομάδα Ελέγχου υπέρβαρων/παχύσαρκων (n=15). Μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν σε δείκτες παχυσαρκίας (σωματική μάζα, ΒΜΙ, περιφέρειες μέσης, κοιλιάς ισχίου, ποσοστό λίπους, σπλαχνικό λίπος, άλιπη μάζα, μάζα λίπους), σε βιοχημικούς δείκτες (γλυκόζη νηστείας, TG, HDL-C), στην καρδιακή συχνότητα και στην αρτηριακή πίεση (συστολική, διαστολική). Δημιουργήθηκε ένα ποσοτικό σκορ ΜετΣ (z-score), με βάση τις τιμές της περιφέρειας μέσης, της γλυκόζης νηστείας, των τριγλυκεριδίων, της HDL-C και της μέσης αρτηριακής πίεσης. Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν στην έναρξη και στη λήξη ενός παρεμβατικού συνδυαστικού προγράμματος αερόβιας άσκησης και μυϊκής ενδυνάμωσης διάρκειας 16 εβδομάδων (training) καθώς και μετά την ισόχρονη διακοπή του (detraining). Για την αξιολόγηση της καρδιαγγειακής τους λειτουργίας οι δοκιμαζόμενοι εκτέλεσαν ένα πρωτόκολλο αερόβιας άσκησης στον εργοδιάδρομο με ταχύτητες στα 4 km/h, στα 5,6 km/h και στα 8 km/h αντίστοιχα καθώς και στο 3ο min αποκατάστασης, διάρκειας 10 min σε κάθε στάδιο. Μετά τις 16 εβδομάδες παρέμβασης, παρατηρήθηκαν στατιστικά σημαντικές βελτιώσεις στην περίμετρο μέσης (p<0,001), στη γλυκόζη νηστείας (p<0,05), στην HDL-χοληστερόλη (p<0,01), στα τριγλυκερίδια (p<0,001) και στη συστολική αρτηριακή πίεση (p<0,001) στην ομάδα άσκησης των υπέρβαρων/παχύσαρκων παιδιών με εξαίρεση τη διαστολική πίεση όπου οι μεταβολές που καταγράφηκαν δεν ήταν στατιστικά σημαντικές (p>0,05). Μετά την ισόχρονη διακοπή της άσκησης παρατηρήθηκε μια αυξητική τάση και οι τιμές που καταγράφηκαν ξεπέρασαν τις αρχικές τιμές μέτρησης και στις δύο ομάδες άσκησης στο σύνολο των μεταβλητών με εξαίρεση την HDL-χοληστερόλη που εμφάνισε παρόμοιες τιμές στην ομάδα άσκησης των νορμοβαρών παιδιών ενώ μειώθηκε σημαντικά στην ομάδα άσκησης των υπέρβαρων/παχύσαρκων παιδιών (p<0,01). Τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβής υποδηλώνουν ότι, ανεξάρτητα από τον παράγοντα φύλο, η αυξημένη σωματική μάζα επηρεάζει την καρδιακή λειτουργία και σχετίζεται με την εμφάνιση υψηλής αρτηριακής πίεσης σε υπέρβαρα/παχύσαρκα παιδιά προεφηβικής και εφηβικής ηλικίας. Στην κλινική πράξη κρίνεται αναγκαία η εύρεση εύχρηστων δεικτών αξιολόγησης για παιδιά και εφήβους με στόχο την άμεση διάγνωση προδιαθεσικών παραγόντων εμφάνισης καρδιαγγειακών παθήσεων στην ενήλικη ζωή. Επιπρόσθετα, η εφαρμογή του συνδυαστικού προγράμματος αερόβιας άσκησης και μυϊκής ενδυνάμωσης, διάρκειας 16 εβδομάδων με συχνότητα 3 φορές/εβδομάδα για 60 min, είχε σημαντική επίδραση στη μείωση των παραγόντων εμφάνισης του ΜετΣ στα υπέρβαρα και παχύσαρκα παιδιά προεφηβικής ηλικίας υποστηρίζοντας το θεραπευτικό ρόλο της άσκησης στη βελτίωση των παραγόντων ΜετΣ σε πρωτογενές στάδιο. Ωστόσο, η διακοπή της άσκησης ανέστρεψε σημαντικό μέρος των ευνοϊκών για την υγεία προσαρμογών ενισχύοντας το ρόλο της δια βίου άσκησης από την παιδική ακόμη ηλικία.