Asociación entre el perfil de la microbiota intestinal, la capacidad de oxidar grasas durante el ejercicio y la sensibilidad a la leptina en pacientes con diabetes mellitus tipo 2the edugution project

Abstract

La diabetes tipo 2 (DT2) es un trastorno cardiometabólico caracterizado por hiperglucemia crónica debido a la resistencia a la insulina o a una secreción insuficiente. Las personas con DT2 experimentan dificultades en la oxidación de grasas y glucosa, un fenómeno conocido como inflexibilidad metabólica, que impacta negativamente en su composición corporal y salud metabólica general. Dado que la oxidación máxima de grasas (MFO) suele evaluarse con protocolos que requieren dos sesiones separadas o estimaciones a partir de pruebas no específicas, se ha validado una prueba de un solo día para evaluar MFO, su intensidad (FATmax) y el consumo máximo de oxígeno (VO2max) en personas con DT2 (Estudio I). Este estudio, que estableció la validez y fiabilidad de la prueba, involucró a 20 adultos con prediabetes o DT2 (10 mujeres). Los participantes realizaron un protocolo de MFO-VO2max en un solo día, seguido de la prueba tradicional de VO2max en cicloergómetro 4-7 días después, con ambas evaluaciones mediante calorimetría indirecta. La prueba de un solo día comenzó con la evaluación de MFO, con incrementos de 15 W cada 3 minutos hasta alcanzar una tasa de intercambio respiratorio de 1.0. Tras un descanso de 5 minutos, se llevó a cabo la prueba de VO2max, iniciando en la última carga y aumentando 15 Wmin¹ hasta el agotamiento voluntario. La prueba tradicional de VO2max siguió un protocolo incremental de 15 Wmin¹ hasta el agotamiento voluntario, seguida de una prueba de verificación al 110% de la carga máxima previa. Para determinar los límites de acuerdo entre VO2max-A y VO2max-B se empleó el método de Bland-Altman. La fiabilidad de VO2max se evaluó mediante el coeficiente de correlación intraclase (ICC) con un intervalo de confianza del 95%. El error estándar de medida (SEM) se calculó para estimar el error de medición de la prueba VO2max-A. La sensibilidad se evaluó usando el cambio mínimo detectable al 95% de confianza (MDC95). Los hallazgos indican que la prueba de un solo día es un método válido y fiable para evaluar estos resultados de salud en esta población, mejorando su aplicabilidad clínica al reducir significativamente el tiempo y el costo de las evaluaciones tradicionales. La microbiota intestinal también desempeña un papel clave en la DT2, presentando con frecuencia una menor diversidad y una mayor proporción de bacterias proinflamatorias. Además, estos factores pueden contribuir a la baja capacidad de oxidación de grasas observada en personas con esta condición. Por ello, exploramos la relación entre la oxidación de grasas y la microbiota intestinal, considerando diferencias entre sexos en personas con DT2 (Estudio II). En este estudio transversal se incluyeron un total de 146 adultos con prediabetes o diabetes mellitus tipo 2. La MFO, FATmax y VO2max se evaluaron mediante calorimetría indirecta durante una prueba en cicloergómetro. La diversidad y composición de la microbiota intestinal se analizaron a partir de muestras fecales, y la composición corporal se evaluó mediante bioimpedancia eléctrica. Las correlaciones entre la composición de la microbiota intestinal, la oxidación de grasas y la composición corporal se exploraron mediante coeficientes de correlación de Pearson, con análisis realizados tanto en la muestra total como por separado en hombres y mujeres. Las asociaciones se visualizaron con la función corrplot de R Studio, aplicando el procedimiento de tasa de descubrimiento falso (FDR) para corregir pruebas múltiples. Los resultados muestran diferencias por sexo en las asociaciones entre microbiota intestinal y oxidación máxima de grasas, siendo significativas en mujeres. Además, FATmax se asoció con la microbiota intestinal de manera específica según el sexo, con diferencias entre hombres y mujeres. Estos hallazgos resaltan el potencial de estrategias basadas en la microbiota específicas por sexo para optimizar el metabolismo de grasas y la salud metabólica. En el manejo de la DT2, el ejercicio físico y las intervenciones dietéticas son estrategias clave. Aunque existe amplia evidencia sobre sus efectos positivos, se requiere más investigación para determinar qué enfoques son más efectivos en esta población. Por ello, esta tesis doctoral compara el entrenamiento en intervalos de alta intensidad (HIIT) con el entrenamiento continuo de intensidad moderada (MICT), así como intervenciones dietéticas, ya sea de manera aislada o combinada, sobre la capacidad de oxidación de grasas (Estudio III) y los perfiles de microbiota intestinal y niveles de leptina (Estudio IV) en personas con DT2. Un total de 147 adultos con sobrepeso u obesidad y prediabetes o DT2 participaron en estos ensayos controlados aleatorizados, divididos en seis grupos según la intervención asignada: HIIT con dieta, HIIT sin dieta, MICT con dieta, MICT sin dieta, grupo inactivo con dieta y grupo inactivo sin dieta. Las intervenciones tuvieron una duración de 12 semanas con evaluaciones pre y post intervención. Ambos entrenamientos (HIIT y MICT) incluyeron tres sesiones supervisadas semanales en cicloergómetro. Las intervenciones dietéticas consistieron en consultas quincenales, proporcionando un menú equilibrado con un ligero déficit calórico. Los análisis incluyeron variables relacionadas con la oxidación de grasas, como MFO y FATmax, diversidad y composición de la microbiota intestinal, VO2max, composición corporal y niveles de leptina. Nuestros resultados mostraron que, tras 12 semanas, el MICT sin intervención dietética y el HIIT con intervención dietética mejoraron la MFO, mientras que ambas modalidades de ejercicio aumentaron significativamente FATmax, con diferencias específicas según el sexo. En particular, HIIT fue más efectivo para mejorar FATmax en mujeres, mientras que MICT tuvo un mayor impacto en hombres. Sin embargo, no se observaron cambios significativos en la microbiota intestinal ni en los niveles de leptina, lo que sugiere que podrían ser necesarias intervenciones más prolongadas o más específicas para influir en estas variables de manera efectiva. Type 2 diabetes (T2D) is a cardiometabolic disorder characterized by chronic hyperglycemia due to insulin resistance or insufficient secretion. Individuals with T2D experience difficulties in the oxidation of fats and glucose, a phenomenon known as metabolic inflexibility, which negatively impacts their body composition and overall metabolic health. As maximal fat oxidation (MFO) is typically assessed with protocols requiring two separate sessions or estimations from non-specific tests, a one-day test has been validated to assess MFO, its intensity (FATmax), and maximal oxygen consumption (VO2max) in individuals with T2D (Study I). This study, which established the validity and reliability of the test, involved 20 adults with pre-diabetes or T2D (10 women). Participants underwent a single-day MFO-VO2max protocol, followed by the traditional VO2max test on a cycle ergometer 4 7 days later, with both assessments performed using indirect calorimetry. The single-day test commenced with the MFO test, involving 15 W per 3 min increments until the respiratory exchange rate reached 1.0. After a 5-minute (min) rest, the VO2max test was conducted, starting at the last load and increasing by 15 Wmin-1 until voluntary exhaustion. The traditional VO2max test involved a 15 Wmin-1n incremental protocol until voluntary exhaustion, followed by a verification test at 110% of the previous maximum load. The Bland-Altman method was employed to determine the limits of agreement between VO2max-A and VO2max-B. The intraclass correlation coefficient (ICC) with a 95% confidence interval was used to assess the reliability of VO2max. The standard error of measurement (SEM) was calculated to assess the measurement error of the VO2max-A test. Sensitivity was evaluated using the minimal detectable change at a 95% confidence interval (MDC95). The findings indicate that the single-day test is a valid and reliable method for assessing these health outcomes in this population, enhancing clinical applicability by significantly reducing the time and cost associated with traditional assessments. The gut microbiota also plays a key role in T2D, often exhibiting lower diversity and a higher proportion of pro-inflammatory bacteria. Moreover, these factors may contribute to the low-fat oxidation capacity observed in individuals with this condition. Consequently, we explored the relationship between fat oxidation and gut microbiota, considering sex differences among people with T2D (Study II). In this cross-sectional study a total of 146 adults with prediabetes or type 2 diabetes mellitus were included. The MFO, FATmax and VO2max were assessed through indirect calorimetry during a cycle ergometer test. Gut microbiota diversity and composition were analyzed from fecal samples, and body composition was evaluated using bioelectrical impedance analysis. Correlations between gut microbiota composition and fat oxidation and body composition were explored using Pearsons correlation coefficients, with analyses performed for the overall sample as well as separately for men and women. Associations were visualized using R Studios corrplot function, applying the False Discovery Rate (FDR) procedure to correct for multiple testing. The results show sex-based differences in the associations between gut microbiota and maximal fat oxidation, with these associations being significant in women. Additionally, FATmax was associated with gut microbiota, but in a sex-specific manner, differing between men and women. These findings highlight the potential for sex-specific microbiota-based strategies to optimize fat metabolism and metabolic health. Within the management of T2D, physical exercise and dietary interventions are highlighted as key strategies. While substantial evidence supports the positive effects of these interventions, more research is needed to determine which specific approaches are most effective for this population. Therefore, this doctoral thesis compares high-intensity interval training (HIIT) with moderate-intensity continuous training (MICT), as well as dietary interventions, either in isolation or combined, on fat oxidation capacity (Study III) and gut microbiota profiles and leptin levels (Study IV) in individuals with T2D. A total of 147 adults with overweight or obesity and prediabetes or T2D participated in these randomized controlled trials, divided into six groups based on their assigned intervention: HIIT with Diet, HIIT without diet, MICT with Diet, MICT without diet, Inactive group with Diet, and Inactive group without diet. The interventions lasted 12 weeks with pre-post assessments. Both exercise interventions (HIIT and MICT) included three weekly supervised sessions conducted on a cycle ergometer. Dietary interventions included biweekly consultations, providing a balanced menu and a slight caloric deficit. The analyses included variables related to fat oxidation, such as MFO and FATmax, gut microbiota diversity and composition, VO2max, body composition, and leptin levels. Our results showed that, after the 12-week period, MICT without dietary intervention and HIIT with dietary intervention improved MFO, while both exercise modalities significantly increased FATmax, with noted sex-specific differences. Specifically, HIIT was more effective in improving FATmax in women, while MICT had a greater impact in men. However, no significant changes were observed in gut microbiota or leptin levels, suggesting that longer or more targeted interventions may be necessary to influence these variables effectively.