Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/90124
Title: The Heart of the Question: Exercise During Gestational Diabetes, Does It Work?
Other Titles: O Cerne da Questão: Exercício Durante Diabetes Gestacional, funciona?
Authors: Rodrigues, Óscar Emanuel de Melo
Orientador: Moreno, António Joaquim de Matos
Pereira, Susana P.
Keywords: Diabetes Mellitus Gestacional; Doenças Cardiovasculares; Diet Rica em Gorduras e Açucares; Exercício Físico; Disfunção Mitocondrial; Gestational Diabetes Mellitus; Cardiovascular Diseases; High-Fat-High-Sugar Diet; Physical Exercise; Mitochondrial Dysfunction
Issue Date: 26-Feb-2020
Serial title, monograph or event: The Heart of the Question: Exercise During Gestational Diabetes, Does It Work?
Place of publication or event: MitoXT, UC Biotech
Abstract: A gravidez é um processo altamente exigente para o organismo feminino, que necessita fazer adaptações críticas para suportar a formação e o desenvolvimento de uma nova vida no seu ventre. Vários sistemas, cardiovascular, renal, respiratório, gastrointestinal e endócrino, têm que realizar alterações fisiológicas cruciais para um desenvolvimento fetal saudável, e para que a mãe sobreviva ao processo gestacional. No entanto, por vezes, as adaptações podem ser demasiado exigentes, podendo levar ao aparecimento de certas patologias. A Diabetes Mellitus Gestacional (DMG) é um distúrbio metabólico, sendo diagnosticado apenas durante a gestação, e que afeta 5-10% das gravidezes, sendo caracterizado por um aumento da resistência à insulina e por uma hiperglicemia moderada. Esta emergente doença pode implicar graves consequências para a saúde materna, sendo que aumenta em 7 vezes a probabilidade de nos 5 anos após a gravidez, uma mãe que teve DMG desenvolva diabetes do tipo 2 e/ou doença cardiovascular. As doenças cardiovasculares são a principal causa de morte a nível mundial, sendo responsáveis por 50% do total de mortes. São também a principal causa de morte em pacientes com diabetes.O objetivo deste projeto foi avaliar a adequabilidade do exercício físico, como terapia não-farmacológica, para tratar a DMG, melhorando a função cardíaca materna através do aumento da eficiência respiratória mitocondrial, do aumento da defesa antioxidante, e ainda proporcionando uma melhor sensibilidade à insulina. Um objetivo secundário deste projeto foi caracterizar as alterações da função mitocondrial promovidas pela gravidez. Foi desenvolvido um modelo de DGM em Sprague-Dawley, que resultou da ingestão de uma dieta rica em açucares e gorduras (HFHS), a partir de 7 semanas antes da gravidez. Os animais controlo com uma dieta standard. As fêmeas foram impregnadas às 13 semanas de vida. Os animais foram alimentados com as respetivas dietas durante as 3 semanas de gravidez, as 2.5 semanas de amamentação, assim como durante as 5.5 semanas após esse período. O período de gravidez coincidiu com o protocolo de exercício, realizado numa passadeira adaptada. Os grupos experimentais ficaram então distribuídos assim: Não-grávidas: C_S (n=7); HFHS_S (n=11); HFHS_E (n=6); Grávidas: C_S (n=7); HFHS_S (n=6); HFHS_E (n=6). As mães (24 semanas de idade) foram sacrificadas 5.5 semanas após o fim da amamentação tendo ficado com um total de 18 semanas de tratamento com a dieta. O sacrifício ocorreu de acordo com as normas estipuladas pela Federation of European Laboratory Animal Science Association. O peso corporal foi medido, assim como os níveis sanguíneos de glucose através do teste oral de tolerância à glucose. As mitocôndrias cardíacas foram isoladas e a taxa de consumo de oxigénio e o potencial membranar foram medidos com elétrodos tipo-Clark e TPP+. A expressão de genes relacionados com o metabolismo de lípidos e com a biogénese mitocondrial foram medidos através da técnica de qPCR. O nível de proteínas dos complexos mitocondriais, da ATP sintase, de biogénese mitocondrial, do metabolismo de glucose, mitofagia, e inflamação, foram avaliados através da técnica de Western-Blot. Os dados foram comparados entre os diferentes grupos e foram tratados usando o teste estatístico mais pertinente. p<0.05 foi considerado como diferença estatística, e p<0.1 como tendência. O consumo de uma dieta HFHS, quando isolada, ou combinada com exercício induziu alterações nos estados respiratórios das mitocôndrias cardíacas, levando a uma diminuição no RCR, no ADP/O, e no consumo máximo de oxigénio, com efeito especialmente quando foram usados substratos para o complexo I e nos grupos não-grávidos. Mais ainda, causou o aumento do estado 2 e 4 que em conjunto com os resultados anteriores sugerem que os tratamentos experimentais levaram a um desacoplamento mitocondrial. Continuando, a dieta HFHS combinada com exercício causou a diminuição da expressão da subunidade UQCRC2 do complexo III, que pode levar a uma montagem deficiente do respirassoma (CI/CIII/CIV). Em relação à gravidez, foi observado um aparente efeito protetor, sugerindo que pode induzir adaptações a nível das mitocôndrias cardíacas para que estas estejam melhor preparadas para lidar com os desafios da gravidez.Em conclusão, o exercício não foi capaz de melhorar a eficiência respiratória mitocondrial cardíaca dos animais que mostraram sinais de DMG, pelo contrário, atuou aumento os efeitos já observados pela dieta HFHS. É possível que a intensidade ou a janela de tempo do exercício possa ser uma explicação para a ausência dos efeitos benéficos que já se sabe que o exercício pode ter. Mais, a gravidez por si só pode atuar como um agente modelador da função cardíaca mitocondrial. Estudos futuros explorando diferentes abordagens de exercício e uma melhor caracterização dos efeitos mediados pela gravidez poderão levar a um melhor cuidado/acompanhamento médico, assim como aumentar o sucesso da gravidez.
Pregnancy is a demanding process that requires critical adaptations of the female organism to support the new blooming life growing inside the womb. Several body systems, such as cardiovascular, renal, respiratory, gastrointestinal and endocrine, must undergo crucial physiological modifications, to allocate a healthy fetus development and ensure maternal health and survival. However, due to the extensive set of adaptations that the pregnant women’s body undergoes, some pathologies can occur. Gestational Diabetes Mellitus (GDM) is a metabolic disorder with a first onset during pregnancy, which affects 5-10% of the pregnant women, being characterized by an increased insulin resistance and mild hyperglycemia. This could have serious implications to the mother’s health, with a 7-fold increased risk of developing type 2 diabetes and cardiovascular diseases (CVD) in the following 5 years. CVD are the major cause of death in the world, accounting for about 50% of all deaths, being also the principle cause of morbidity and fatality in diabetic patients. The objective of this project was to assess the suitability of physical exercise, as a non-pharmacological therapy for gestational diabetes, to improve maternal cardiac function, by means of increased mitochondria respiratory efficiency and antioxidant defenses, also providing better insulin sensitivity. A secondary objective of this work was to characterize the pregnancy-mediated mitochondrial respiratory adaptations. We developed a Sprague-Dawley model of GDM, that resulted from the ingestion of a high-fat high-sugar (HFHS) diet, starting at 6 weeks of rodents age and 7 weeks before pregnancy. The controls were fed with normal chow pellets (C). The females were impregnated with 13 weeks of age. The animals were fed with the respective diet during the 3 weeks of pregnancy, the 2.5 weeks of weaning, as well as 5.5 weeks after the weaning. The period of pregnancy coincided with the exercise protocols on an adapted treadmill. The experimental groups are distributed as follows: non-pregnant C_S (n=7); HFHS_S (n=11); HFHS_E (n=6); Pregnant: C_S (n=7); HFHS_S (n=6); HFHS_E (n=6). Mothers (24-weeks-old) were euthanized 5.5 weeks after weaning with a total of 18 weeks in nutrition intervention. Animals were sacrificed according to the guidelines for care and use of laboratory animals in research, advised by the Federation of European Laboratory Animal Science Association. Body weights were measured, and blood glucose levels were evaluated through oral glucose tolerance test. Cardiac mitochondria were isolated and oxygen consumption rate and membrane potential were measured with Clark-type and TPP+ electrodes, respectively. Expression of fatty acid and mitochondrial biogenesis related genes was measured by qPCR technique. Protein levels of mitochondrial complexes and ATP synthase, and proteins related to mitochondrial biogenesis, glucose metabolism, mitophagy and inflammation were measured using Western-blot. Data were compared between the experimental groups using the most pertinent statistical test, and p<0.05 was considered as statistically significant, and p<0.1 as statistical tendency. The ingestion of an HFHS diet isolated or in combination with exercise induce alteration in cardiac mitochondrial respiratory states, leading to decreased respiratory control ratio, ADP/O ratio, and maximum oxygen consumption rate, with effect specially in complex I and in non-pregnant groups. Also, it led to increased state 2 and state 4 which together with the previous results suggest that the experimental treatments led to mitochondrial uncoupling. Moreover, it decreased the expression of complex III subunit UQCRC2, which may lead to deficient assembly of the respirasome (CI/CIII/CIV), thus explaining the predominance of alterations related to complex I. Regarding pregnancy, it was observed an apparent protective effect against the effects of the HFHS diet combined with exercise, suggesting that pregnancy induces cardiac mitochondrial adaptations in order the better cope with the challenges of pregnancy. In conclusion, exercise was not able to improve cardiac mitochondria respiratory efficiency of the animals that exhibited GDM hallmarks, even exacerbating the effects of the HFHS diet. It is possible the intensity or the time-window of the exercise may be an explanation for the absence of the known positive effects of exercise. Moreover, pregnancy by itself can act as a modulatory agent of the cardiac mitochondrial function. Further studies exploiting different approaches on exercise and better characterization of the pregnancy mediated cardiac mitochondrial alteration may provide a better medical care and improve pregnancy outcome.
Description: Dissertação de Mestrado em Bioquímica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
URI: http://hdl.handle.net/10316/90124
Rights: embargoedAccess
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