Träning, gener & hälsa RF, Mars 2015 Carl Johan Sundberg Professor, leg läk Institutionen för Fysiologi & Farmakologi, Karolinska Institutet Ledamot Styrelsen för Centrum för Idrottsforskning Ordförande Yrkesföreningar för Fysisk Aktivitet Ledamot IOC Medical Commission Ledamot WADA, gene doping panel
Se www.yfa.se
2015
1953: Morris bus personell studies Drivers: 90 % sitting time Conductors: 600 stairs/day Morris JN et al. Lancet, 1953
Fysisk aktivitet har mycket stora och positiva effekter Akut & långsiktigt På välbefinnande/livskvalitet På kognition På fysisk kapacitet På fysisk hälsa/morbiditet På mortalitet
Sitting still breaks Avbrutet stillasittande sänker blodsocker och aktiverar gener Latouche C
Åkesson, JACC, 2014
Löpning minskar risken att dö i förtid
Fysisk aktivitet ökar överlevnaden mer än ballongsprängning
Risken för diabetes lägre hos riskpatienter som är regelbundet fysiskt aktiva Lindström et al 2006
Diabetes 2-3 år senare hos dem som är regelbundet fysiskt aktiva
Fysisk aktivitet minskar risken för cancer Idag finns epidemiologiska bevis för att regelbunden aktivitet risken för; Tjocktarmscancer (20-60%) Bröstcancer (20-50%) Prostatacancer Möjligen även lungcancer och livmodercancer Asian Pacific Journal of Cancer Prevention, vol14, 2013
Physical activity with a cancer diagnosis Physical activity Improves QoL side effects of treatment Risk for relapse Mortality
Ahima & Lazar, Science 2013
Strength/resistance training has marked health benefits
Samband mellan motorisk förmåga och matematisk och språklig förmåga Haappalaa EA et al, MSSE 2014
Betyg förbättras av program med fysisk aktivitet Käll LB et al, J School health, 2014
Åldrande & fysisk aktivitet Den som motionerar lever längre Styrketräning kan öka muskelstyrka mycket Muskelmassa bibehålls bättre med träning Konditionen kan förbättras Aldrig för sent Mitokondrier ( kraftstationer ) minskar i mängd med åldern Träning ökar mängden Genetisk modifierade möss som fick träna kunde återställa funktion & föryngrades Träning ökar förekomsten av kroppsegna antioxidanter Telomererna längre hos dem som tränar
Elderly respond well Doubled strength in 2 months Frontera WR, J Appl Physiol 1988
ADAPTATION TO REGULAR TRAINING
Effects on organ systems/tissues Heart Vasculature Blood Adipose tissue Connective tissue/bone/cartilage Inflammation markers & mechanisms Endocrine system Skeletal muscle mitochondrial density capillarization glucose transporters substrate storage fibre type IIb/x CNS/PNS
Complex cardiovascular and other effects Gielen S Circulation 2012
Intervallträning Historia OS 1912 Paavo Nurmi Fartlek Zatopek & Bannister Forskning 50- & 60-talen Duration 30 s el 4 min ej dagligen Super-HIIT 30 s på 250 % x 4-6 (~3 min) Ox kap/mit B-sockerkontroll Tabata (20 + 10 s x 8 x 4/v) Påverkar: VO2-max Vikt/aptit Fettförbränning Cal-förbränning dygnet efter Blodtryck
Maximal oxygen uptake
6 weeks, 3 sessions/wk: short duration can improve much Metcalfe RS Eur J Appl Physiol 2012
Similar increase in energy expenditure after HIIT & continuous endurance exercise
Similar increase in energy expenditure after strength & endurance cycle exercise Melanson EL MSSE 2002
Similar increase in flowmediated dilation in healthy humans after HIIT & continuous endurance exercise Rakobowchuk Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 2008
The size of the training response Training status How often? How long? How hard? (frequency) (duration) (intensity) (Diet) (Age) Genes
Same but often different Training Results Same Different Different Same Same Different Same Different Not same outcome for different parameters Performance Vo2-max Strength Health related variables Metabolic control Blood pressure Mostly studied: aerobic (continuous vs HIIT) training, strength training rarely in same individuals
Endurance responders Strength responders Combined strength & endurance (2 + 2 sessions/week N=57, 40-67 yrs old People respond differently to same training Karavirta et al., MSSE, 2011
Substantial genetic influence: homozygous twins respond similarly within the pair Claude Bouchard 1991
High-responders Median responder Low-responders Rankinen 2001
Common with no or adverse response to regular exercise training? Bouchard C Plos One 2012
Physical activity reduces blood pressure most in people with advantagegous genes Montasser ME, Am J Hypertens, 2011
Examples of >200 studied performance enhancing polymorphisms (PEPs) Strength/power ACE ACTN3 Myostatin Anaerobic performance AMPd Endurance ACE Mitochondrial biogenesis PPAR/PGC-1 NRF-1 Oxygen transport/vascluarization VEGF HIF1 EPOR
Example mechanisms mitochondrial density in skeletal & heart muscle glucose transporters (GLUT-4) in skeletal muscle NOS formation in endothelial cells thrombosis vasodilation stress hormone (adrenaline, cortisol etc) levels systemic inflammation (CRP, fibrinogen) mineral and collagen in bone muscle control and balance around joints pain tolerance and higher pain threshold neurogenesis & other events in CNS aerobic/cardiorespiratory fitness telomere length
Perry CG J Physiol 2010
HIF-1 regulation Ub Ub Ub -OH VHL Proteasome Normoxia HIF HIF ARNT Hypoxia Target gene Rundqvist, H 2008
Adaptation Celltillväxt & överlevnad Metabolism Nya blodkärl Syrgastransport IGF2 IGFBP BNIP-3 TGFβ PFK LDH GLUT1 PDK-1 PGK VEGF VEGFR1 Endothelin-1 VEGFR2 Leptin EPO HO-1 Transferrin inos Hif-1 Signaler i cellerna Hypoxi Calcium Hormoner Stimuli Redox potential Tillväxtfaktorer Fysisk aktivitet Metabolism H Rundqvist 2008
Specifika signaler talar om för vävnaderna att de skall anpassa sig J Norrbom 2008
Handschin & Spiegelmann, Nature, 2008
Stem cells & exercise Fiuza-Luces, F. Physiology, 2013
Reactive oxygen species
Genaktivitet & epigenetik påverkas på ett koordinerat sätt Lindholm M et al 2014
Provläs: http://media.bonnierforlagen.se/bladd erex/?isbn=9789173630580
PhD Students Eva-karin Gidlund Malene Lindholm Mia Ydfors Dr Jessica Norrbom Dr Helene Rundqvist Assoc prof Helene Fischer Assoc prof Ingeborg van der Ploeg Dr Amarjit Saini Med Lic Susanna Appel M Sc Charlotte Schönbeck Molecular Exercise Physiology group Carl.j.sundberg@ki.se