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Doctoral Thesis
DOI
Document
Author
Full name
Wagner Silva Dantas
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2019
Supervisor
Committee
Gualano, Bruno (President)
Boschero, Antonio Carlos
Brum, Patricia Chakur
Santo, Marco Aurelio
Title in Portuguese
Efeitos do exercício físico na resistência à insulina, função endotelial e no remodelamento da matriz extracelular do músculo esquelético de pacientes obesas submetidas à cirurgia bariátrica
Keywords in Portuguese
Folistatina
Função endotelial
Matriz extracelular
Obesidade
Resistência à insulina
TGF 'beta'1
Abstract in Portuguese
A cirurgia bariátrica confere proteção cardiometabólica à indivíduos obesos, contribuindo para uma redução do risco de mortalidade. No entanto, a extensão do benefício metabólico pode estar sujeita a mudanças no estilo de vida do paciente após a intervenção cirúrgica. Embora o exercício físico pareça melhorar os efeitos da cirurgia na sensibilidade à insulina, o mecanismo de ação subjacente permanece em grande parte sem explicação. Especula-se que mudanças potenciais na matriz extracelular do músculo esquelético (ECM) poderiam estar associadas à melhora da sensibilidade à insulina induzida pelo exercício físico em pacientes pós-bariátricos. Além disso, não se sabe se os benefícios da cirurgia bariátrica sobre a função endotelial, importante marcador precoce de aterosclerose, são sustentáveis sem alterações no estilo de vida, como a inclusão de exercícios físicos. Dessa forma, foram objetivos do presente estudo, investigar os efeitos do exercício físico sobre a sinalização intracelular envolvida na sensibilidade à insulina e remodelamento da matriz extracelular do músculo esquelético (Estudo 1) e sobre a função endotelial da artéria braquial de pacientes submetidos à cirurgia bariátrica (Estudo 2). Sessenta e duas mulheres foram randomizados após a cirurgia bariátrica para um programa de exercícios físicos de 6 meses ou tratamento padrão. No início do estudo, 3 e 9 meses após a cirurgia, a sensibilidade à insulina foi avaliada pelo teste oral de tolerância à glicose (TOTG), análise da função endotelial e amostras de músculo esquelético foram obtidas a partir do vasto lateral. As amostras de músculo esquelético foram submetidas a análises abrangentes, incluindo expressão de genes e proteínas, fenótipo do músculo esquelético, transcriptoma e identificação de novas vias de sinalização celular. O treinamento físico após a cirurgia bariátrica melhorou a sensibilidade à insulina no músculo esquelético. Esta resposta foi mediada por alterações moleculares e fenotípicas na ECM. A cirurgia bariátrica per se foi incapaz de solucionar completamente a resistência à insulina e a expansão da ECM no músculo esquelético. Candidatos relevantes modulados pelo exercício emergiram como alvos terapêuticos para o tratamento da resistência à insulina do músculo esquelético, nomeadamente a via TGF 'beta' 1 SMAD 2/3 e seu antagonista folistatina. Em resumo, empregamos uma abordagem "top-down approach" para fornecer evidências de que a ECM do músculo esquelético desempenha um papel fundamental nos efeitos sobrepostos da cirurgia bariátrica e do exercício físico sobre a sensibilidade à insulina em mulheres obesas. Além disso, este estudo demonstrou que o treinamento físico evitou a reversão da melhora da função endotelial por meio da melhora do padrão de fluxo sanguíneo e redução de marcadores inflamatórios. Em conclusão, ao revelar um novo mecanismo pelo qual o exercício pode contrabalançar a resistência à insulina em pacientes pós-bariátricos (isto é, atenuar a espessura da ECM) e preservar a função endotelial, este estudo endossa que o exercício físico deve ser adotado como relevante medida terapêutica a fim de garantir os melhores resultados cardiometabólicos em pacientes submetidos à cirurgia bariátrica
Title in English
Effects of exercise training on insulin resistance, endothelial function and skeletal muscle extracellular matrix remodeling in obese patients undergoing bariatric surgery
Keywords in English
Endothelial function
Extracellular matrix
Follistatin
Insulin resistance
Obesity
TGF 'beta'1
Abstract in English
Bariatric surgery provides cardiometabolic protection to obese individuals, contributing to a reduction in mortality risk. However, the extent of metabolic benefit may be subject to changes in the patient's lifestyle after surgical intervention. Although exercise seems to improve the effects of surgery on insulin sensitivity, the underlying mechanism of action remains largely unexplained. It is speculated that potential changes in the skeletal muscle extracellular matrix (ECM) could be associated with improved insulin sensitivity induced by physical exercise in post-bariatric patients. In addition, it is not known whether the benefits of bariatric surgery on endothelial function, an important marker of early atherosclerosis, are sustainable without changes in lifestyle, such as the inclusion of physical exercise. Thus, the aims of the present study were to investigate the effects of exercise on intracellular signaling involved in insulin sensitivity and skeletal muscle ECM remodeling (Study 1) and the effects of exercise on the brachial artery vasodilator response of patients undergoing bariatric surgery (Study 2). Sixty-two women were randomized after bariatric surgery to a 6-month exercise program or standard of treatment. At the beginning of the study, 3 and 9 months after surgery, insulin sensitivity was assessed by the oral glucose tolerance test (OGTT), endothelial function analysis and skeletal muscle samples were obtained from the vastus lateralis. Skeletal muscle samples were subjected to comprehensive analysis, including gene and protein expression, skeletal muscle phenotype, transcriptome and identification of new cell signaling pathways. Exercise training after bariatric surgery improved insulin sensitivity in skeletal muscle. This response was mediated by molecular and phenotypic changes in ECM. Bariatric surgery per se was unable to completely resolve insulin resistance and skeletal muscle ECM expansion. Relevant exercise-modulated candidates emerged as therapeutic targets for the treatment of skeletal muscle insulin resistance, namely the TGFβ1/SMAD 2/3 pathway and its follistatin antagonist. In summary, we employed a "top-down approach" to provide evidence that skeletal muscle ECM plays a key role in the overlapping effects of bariatric surgery and exercise on insulin sensitivity in obese women. In addition, this study demonstrated that physical training avoided reversal of endothelial function improvement by improving blood flow pattern and reducing inflammatory markers. In conclusion, in revealing a new mechanism by which exercise can counterbalance insulin resistance in post-bariatric patients (i.e., attenuate ECM thickness) and preserve endothelial function, this study endorses that exercise should be adopted as a relevant therapeutic measure in order to guarantee the best cardiometabolic results in patients undergoing bariatric surgery.
 
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Publishing Date
2019-08-06
 
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