The Effects of Combined Exercise Training on Metabolic Diseases Risk Markers, Lung Function, Quality of Life and Stress in Sedentary Middle-Aged Adults

Abstract

The prevalence of sedentary behavior and physical inactivity worldwide is concerning from a public health perspective. These behaviors are major modifiable risk factors for obesity, metabolic syndrome, type 2 diabetes, and cardiorespiratory diseases. Exercise interventions targeting high-risk groups – such as adults with sedentary jobs – are crucial to preventing or delaying the onset of these adverse health conditions. The combined (aerobic plus resistance exercise) training has been recommended for substantial health benefits. However, experimental evidence on the effects of combined training on metabolic, cardiorespiratory, and mental health outcomes in sedentary workers is scarce in the literature. The main purpose of this thesis was to investigate the effects of a 16-week combined training program on biochemical and immune markers of metabolic diseases, lung function, stress levels, and subjective health-related quality of life (HRQoL), as well as on body composition and physical fitness in sedentary middle-aged workers. Additionally, we aimed to explore the associations between the changes in metabolic health outcomes promoted by the exercise intervention and the different variables studied.One systematic review and meta-analysis (Study 1), one study protocol (Study 2), and two randomized controlled trials (RCTs) (first RCT – Study 3; second RCT – Studies 4-7) were carried out. Study 1 sought to quantify the magnitude of the effect of the combined exercise training on glucose metabolism markers, adipokines, and inflammatory cytokines in non-diabetic sedentary adults. Our meta-analytic results suggest that the combined training effectively improves fasting glucose, insulin, HOMA-IR, tumor necrotic factor-α, and C-reactive protein. No significant effects were observed for adiponectin, leptin, interleukin-6, and glycated hemoglobin A1c. Study 2 is a study protocol designed to describe the methodological procedures that would be adopted in the experimental study. Study 3 presents the results obtained from the first RCT, where we analyzed the impact of a 16-week combined training program performed during the first national lockdown due to the COVID-19 pandemic on body composition, metabolic profile, stress and subjective HRQoL in sedentary workers. Thirty-one participants (48.26±7.89 years old) completed this trial (n=12, exercise group; n=19, control group). The combined training helped maintain insulin sensitivity levels, reduced abdominal adiposity, and improved HRQoL domains. In turn, the control group experienced deleterious changes in metabolic health, progressing into an insulin resistance phenotype. Studies 4 to 7 present the results obtained from our second RCT, designed to assess the effects of a 16-week combined training program in sedentary middle-aged workers. Thirty-six participants (53.70±6.92 years old) completed the trial (n=18 in each group). Study 4 demonstrated that after the intervention, the exercise group improved body composition, blood pressure, and some inflammatory parameters and maintained lipid profile and insulin sensitivity levels. Study 5 showed that the exercise group improved cardiorespiratory fitness, handgrip strength, and flexibility. However, no significant changes in systemic hematological cell counts and salivary immunoglobulin A concentration were observed. Study 6 explored the interindividual and intraindividual variability growth trajectories in lung function over an exercise intervention period. The results showed that the combined training program improved all the lung function parameters evaluated. In addition, the non-smokers presented a higher increase in lung function parameters over the exercise program compared to those who are smokers. Finally, Study 7 evaluated the effects of combined training on the HRQoL, stress, and sleep patterns. The results showed that the combined training improved subjective HRQoL, mainly the mental component, and showed a tendency to reduce participants’ perceived stress levels. No significant effects on sleep patterns were observed after adjustment for sex as a covariate.The present thesis suggests that a 16-week combined training program, in a context of movement restrictions or not, can induce meaningful improvements in body composition parameters, cardiorespiratory fitness, and HRQoL aspects while also maintaining the lipid and glycemic profiles and insulin sensitivity levels. Furthermore, the combined training program (in a non-lockdown context) can improve inflammatory profile markers and lung function in sedentary middle-aged workers.

A prevalência de comportamento sedentário e inatividade física em todo o mundo é preocupante numa perspetiva de saúde pública. Esses comportamentos são os principais fatores de risco modificáveis para obesidade, síndrome metabólica, diabetes tipo 2, e doenças cardiorrespiratórias. Intervenções de exercício direcionadas a grupos de alto risco – como adultos com trabalhos sedentários– são fundamentais para prevenir ou retardar o desenvolvimento destas condições negativas de saúde. O treino combinado (exercício aeróbio e de força) tem sido recomendado para benefícios substanciais à saúde. Contudo, evidências experimentais sobre os efeitos do treino combinado nos marcadores metabólicos, cardiorrespiratórios e de saúde mental em trabalhadores sedentários são escassas na literatura. O principal objetivo desta tese foi investigar os efeitos de um programa de treino combinado de 16 semanas nos marcadores bioquímicos e imunológicos de doenças metabólicas, função pulmonar, níveis de stress e qualidade de vida subjetiva relacionada à saúde (QVRS), bem como na composição corporal e aptidão física em trabalhadores sedentários de meia-idade. Adicionalmente, pretendemos explorar as associações entre as alterações nos resultados de saúde metabólica promovidas pela intervenção de exercício e as diferentes variáveis estudadas.Uma revisão sistemática e meta-análise (Estudo 1), um protocolo de estudo (Estudo 2), e dois ensaios controlados randomizados (RCTs) (primeiro RCT – Estudo 3; segundo RCT – Estudos 4-7) foram realizados. O Estudo 1 procurou quantificar a magnitude do efeito do treino combinado nos marcadores do metabolismo da glicose, adipocinas e citocinas inflamatórias em adultos sedentários não diabéticos. Os nossos resultados meta-analíticos sugerem que o treino combinado é eficaz na melhoria da glicémia em jejum, insulina, HOMA-IR, fator necrótico tumoral-α e proteína C reativa. Não foram observados efeitos significativos para a adiponectina, leptina, interleucina-6 e hemoglobina glicada A1c. O Estudo 2 é um estudo protocolo, elaborado para descrever os procedimentos metodológicos a serem adotados no estudo experimental. O Estudo 3 apresenta os resultados obtidos no primeiro RCT, onde analisámos o impacto de um programa de treino combinado de 16 semanas realizado durante o primeiro confinamento nacional devido à pandemia COVID-19 na composição corporal, perfil metabólico, stress e QVRS em trabalhadores sedentários. Trinta e um participantes (48,26±7,89 anos) completaram o estudo (n=12, grupo de exercício; n=19, grupo de controlo). O treino combinado ajudou a manter os níveis de sensibilidade à insulina, reduziu a adiposidade abdominal e melhorou domínios da QVRS. Por sua vez, o grupo de controlo sofreu alterações deletérias na saúde metabólica, progredindo para um fenótipo de resistência à insulina. Os estudos 4 a 7 apresentam os resultados obtidos no nosso segundo RCT, projetado para avaliar os efeitos de um programa de treino combinado de 16 semanas em trabalhadores sedentários de meia-idade. Trinta e seis participantes (53,70±6,92 anos) completaram a intervenção (n=18 em cada grupo). O Estudo 4 demonstrou que após a intervenção, o grupo de exercício melhorou a composição corporal, a pressão arterial, alguns parâmetros inflamatórios, e manteve o perfil lipídico e os níveis de sensibilidade à insulina. O Estudo 5 demonstrou que o grupo de exercício melhorou a aptidão cardiorrespiratória, força de preensão manual e flexibilidade. Contudo, não foram observadas alterações significativas na contagem sistémica de células hematológicas e na concentração de imunoglobulina A salivar. O Estudo 6 explorou as trajetórias de crescimento da variabilidade interindividual e intraindividual na função pulmonar durante o período de intervenção de exercício. Os resultados mostraram que o programa de treino combinado melhorou todos os parâmetros da função pulmonar avaliados. Além disso, os não fumadores apresentaram um maior aumento nos parâmetros da função pulmonar ao longo do programa de exercício, em comparação com os fumadores. Por último, o Estudo 7 avaliou os efeitos do treino combinado na QVRS, stresse e padrões de sono. Os resultados mostraram que o treino combinado melhorou a QVRS subjetiva, principalmente a componente mental, e mostrou uma tendência a reduzir os níveis de stress percebidos pelos participantes. Não foram observados efeitos significativos nos padrões de sono após ajustamento para a covariável sexo. A presente tese sugere que um programa de treino combinado de 16 semanas, num contexto de restrições de movimento ou não, pode promover melhorias significativas nos parâmetros de composição corporal, aptidão cardiorrespiratória, aspetos da QVRS e, ao mesmo tempo manter o perfil lipídico, glicémico e os níveis de sensibilidade à insulina. Além disso, o treino combinado (em contexto de não confinamento) pode melhorar os marcadores do perfil inflamatório e a função pulmonar em trabalhadores sedentários de meia-idade.