Effects of aging and lifelong exercise on the metabolic fingerprint and frailty status of rats

Το προσδόκιμο ζωής έχει αυξηθεί τις τελευταίες δεκαετίες, με αποτέλεσμα να αυξηθεί ο αριθμός των ηλικιωμένων ατόμων. Η προχωρημένη ηλικία συνοδεύεται από πληθώρα σωματικών και νοητικών αλλοιώσεων, που οδηγούν σε ασθένειες σχετιζόμενες με τη γήρανση και τη γεροντική αδυναμία. Η τακτική άσκηση είναι αναπόσπαστο μέρος ενός υγιεινού τρόπου ζωής, καθώς βοηθά στη διατήρηση υγιούς σωματικού βάρους και μειώνει τον κίνδυνο εμφάνισης χρόνιων παθήσεων. Επίσης, είναι διαθέσιμη σε όλους, απλή, φθηνή και μη παρεμβατική. Αυτά τα χαρακτηριστικά την καθιστούν μια πολύ αποτελεσματική μορφή παρέμβασης στον τρόπο ζωής και θεραπείας ασθενειών που σχετίζονται με την ηλικία. Η μεταβολομική είναι ένα σημαντικό εργαλείο για την κατανόηση των μηχανισμών που ρυθμίζουν τις αποκρίσεις των βιολογικών συστημάτων στις φυσικές διεργασίες (όπως η γήρανση) και φυσικά ερεθίσματα (όπως η άσκηση), καθώς και για την ανίχνευση συγκεκριμένων και ευαίσθητων βιοδεικτών. Σκοπός της παρούσας διατριβής ήταν η εξέταση των επιδράσεων της γήρανσης και της δια βίου άσκησης στο μεταβόλωμα του αίματος και των ούρων αρσενικών επιμύων μέσω μιας μεταβολομικής προσέγγισης, στην ευαισθησία στην ινσουλίνη και στη σύσταση λιπαρών οξέων του μυός, του ήπατος και του εγκεφάλου. Τριανταέξι αρσενικοί επίμυες της φυλής Wistar χωρίστηκαν σε τέσσερις ίσες ομάδες: άσκησης κατά το 1ο μισό της ζωής (3-12 μήνες, Α), δια βίου άσκησης (3-21 μήνες, Β), μη άσκησης (C) και άσκησης κατά το 2ο μισό της ζωής (12-21 μήνες, D). Η άσκηση περιλάμβανε κολύμβηση για 20 λεπτά, πέντε φορές την εβδομάδα. Δείγματα αίματος και ούρων συλλέχθηκαν σε ηλικία 3 μηνών (πριν από την έναρξη της άσκησης), 12 μηνών και 21 μηνών. Δείγματα ούρων συλλέχθηκαν επίσης πριν και μία ώρα μετά από μια συνεδρία άσκησης σε ηλικία 3 και 12 μηνών. Η ευαισθησία στην ινσουλίνη αξιολογήθηκε μέσω της απόκριση της γλυκόζης του αίματος σε μια ένεση ινσουλίνης τον 21ο μήνα, μία εβδομάδα μετά την τελευταία συνεδρία των ασκούμενων ομάδων. Η ομάδα δια βίου άσκησης και η ομάδα μη άσκησης υποβλήθηκαν κατόπιν στην ίδια οξεία άσκηση και η ευαισθησία στην ινσουλίνη αξιολογήθηκε 1, 3, 5 και 7 ημέρες μετά την άσκηση. Δεκαεπτά ημέρες μετά την τελευταία συνεδρία άσκησης της ομάδας D οι επίμυες των ομάδων A και D θανατώθηκαν και συλλέχθηκαν ο τετρακέφαλος μυς, το ήπαρ και ο εγκέφαλός τους. Το ίδιο πραγματοποιήθηκε και με τις ομάδες B και C, 3 μήνες μετά την τελευταία συνεδρία άσκησης της ομάδας Β. Συνολικά 101 δείγματα αποπρωτεϊνωμένου αίματος αναλύθηκαν με τη μέθοδο του πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού πρωτονίου, με την οποία ταυτοποιήθηκαν 39 μεταβολίτες. Συνολικά 141 δείγματα ούρων αναλύθηκαν χρησιμοποιώντας στοχευμένη μεταβολομική ανάλυση με υγρή χρωματογραφία – φασματομετρία μάζας, όπου ταυτοποιήθηκαν 51 μεταβολίτες. Εικοσι τέσσερα δείγματα τετρακεφάλου, 24 δείγματα ήπατος και 22 δείγματα εγκεφάλου αναλύθηκαν ως προς τη σύσταση λιπαρών οξέων των τριακυλογλυκερολών και φωσφολιπιδίων με χρωματογραφία λεπτής στιβάδας – αέρια χρωματογραφία. Τα δεδομένα αναλύθηκαν στατιστικά με πολυμεταβλητές μεθόδους (PCA, PLS-DA και OPLS) και με μονομεταβλητές μεθόδους (ANOVA με επαναλαμβανόμενες μετρήσεις και δοκιμασία t του Student). Οι ομάδες που ασκήθηκαν κατά το 2ο μισό της ζωής τους ζύγιζαν λιγότερο από τις ομάδες που δεν ασκήθηκαν. Η άσκηση είχε ορεξιγόνα δράση κατά το 1ο μισό και ανορεξιγόνα κατά το 2ο μισό. Η πολυμεταβλητή ανάλυση δεν διαχώρισε τις τέσσερις ομάδες σε οποιαδήποτε από τις τρεις ηλικίες, ούτε στο αίμα, ούτε και στα ούρα. Ωστόσο, διαχώρισε ξεκάθαρα τις τρεις ηλικίες, όταν οι ομάδες αντιμετωπίστηκαν ως μία, και στα δύο βιολογικά υγρά. Η μονομεταβλητή ανάλυση έδειξε διαφορετικές επιδράσεις της άσκησης και της γήρανσης σε μεταβολίτες που εμπλέκονται στον μεταβολισμό των υδατανθράκων (γλυκόζη, πυροσταφυλικό, ακετυλοκαρνιτίνη), των λιπιδίων (γλυκερόλη, ακετυλοκαρνιτίνη) και των πρωτεϊνών (αμινοξέα και τα παράγωγά τους). Ενδιαφέρον προκαλεί το ότι, παρότι η άσκηση είχε έντονη επίδραση στο μεταβόλωμα σε νεαρή ηλικία (δηλαδή μεταξύ 3 και 12 μηνών), αυτή η επίδραση έτεινε να εξασθενεί σε μεγαλύτερη ηλικία (δηλαδή μεταξύ 12 και 21 μηνών). Η ευαισθησία στην ινσουλίνη δε διέφερε μεταξύ των ομάδων, γεγονός που υποδηλώνει ότι δεν υπήρχε παρατεταμένη επίδραση της άσκησης ή ακόμα και καθόλου επίδραση. Επίσης, συγκριτικά με τις αρχικές τιμές, η ευαισθησία στην ινσουλίνη ήταν υψηλότερη την 1η και 3η, αλλά όχι την 5η ή 7η ημέρα μετά την άσκηση. Η πολυμεταβλητή ανάλυση διέκρινε τις ομάδες Α και D ως προς τα λιπαρά οξέα των τριακυλογλυκερολών του τετρακεφάλου και τα λιπαρά οξέα των φωσφολιπιδίων και τριακυλογλυκερολών του ήπατος. Η μονομεταβλητή ανάλυση έδειξε μείωση ορισμένων κορεσμένων και μονοακόρεστων λιπαρών οξέων και αύξηση των πολυακόρεστων λιπαρών οξέων. Από την άλλη πλευρά, η πολυμεταβλητή ανάλυση δεν διέκρινε τις ομάδες Β και C ως προς οποιαδήποτε λιπιδική παράμετρο. Συμπερασματικά, η δια βίου ή μακροχρόνια άσκηση μέτριας έντασης είχε ισχυρές και δυνητικά ωφέλιμες για την υγεία επιδράσεις στο σωματικό βάρος και (εν μέρει) στην όρεξη, καθώς και σε ορισμένους μεταβολίτες του αίματος και των ούρων. Οι επιδράσεις της γήρανσης στο μεταβόλωμα του αίματος και των ούρων φάνηκε να είναι ισχυρότερες από εκείνες της άσκησης. Επιπλέον, η άσκηση φάνηκε να ασκεί οξεία, αλλά όχι χρόνια επίδραση στην ευαισθησία στην ινσουλίνη, ευαισθησία που εξασθένησε μεταξύ της 3ης και 5ης ημέρας μετά την άσκηση. Τέλος, η άσκηση κατά το 2ο μισό φάνηκε να αυξάνει την αφθονία των ζωτικών πολυακόρεστων λιπαρών. Η αντίθετη επίδραση στα κορεσμένα και μονοακόρεστα λιπαρά οξέα ίσως οφείλεται σε υψηλότερη χρήση των συγκεκριμένων κατηγοριών λιπαρών οξέων κατά την άσκηση. Μετά όμως από τρεις μήνες αποπροπόνησης, οι επιδράσεις της άσκησης στο προφίλ λιπαρών οξέων των ηλικιωμένων επιμύων εξαφανίστηκαν.