Zusammenhang zwischen unterschiedlichen Erfassungsmethoden körperlicher Aktivität und der Körperzusammensetzung bei gesunden Erwachsenen der KarMeN-Studie

Abstract

Körperliche Aktivität wirkt sich u.a. auf die Körperzusammensetzung, den Stoffwechsel und den Energiehaushalt aus und ist mit einer Vielzahl gesundheitlicher Effekte assoziiert. Humanstudien, welche die Wirkung körperlicher Aktivität untersuchen, kommen häufig zu unterschiedlichen oder widersprüchlichen Ergebnissen. Dabei variieren die Studien oft hinsichtlich des Studiendesigns, der angewendeten Erfassungsmethoden körperlicher Aktivität und des Studienkollektivs. Eine Vergleichbarkeit bzw. studienübergreifende Interpretation der Studienergebnisse wird dadurch erschwert. Des Weiteren wurde bisher nicht beschrieben, inwieweit sich Zusammenhänge zwischen körperlicher Aktivität und der Körperzusammensetzung zwischen den Geschlechtern unterscheiden.Ziel der vorliegenden Dissertation war, zu untersuchen, inwieweit es, in einem Studienkollektiv aus 312 Frauen und Männern und über eine breite Altersspanne (19 - 80 Jahre) hinweg, einen Zusammenhang zwischen körperlicher Aktivität, die mit Hilfe unterschiedlicher Erfassungsmethoden erfasst wurde, und der Körperzusammensetzung bzw. damit assoziierten Hormonen (Leptin, 25(OH)D3, Myostatin, Irisin) gibt und ob diese Zusammenhänge zwischen Frauen und Männern variieren. Darüber hinaus wurde geprüft, inwiefern die Wahl der Erfassungsmethode körperlicher Aktivität Einfluss auf die Zusammenhänge zwischen der körperlichen Aktivität und der Körperzusammensetzung hat.Die Dissertation ist im Rahmen der KarMeN-Studie entstanden, einer am Max Rubner-Institut in Karlsruhe durchgeführten Pilotstudie zur Etablierung einer Metabolomicsplattform. Die Erfassung körperlicher Aktivität erfolgte objektiv mit Hilfe eines kombinierten Herzfrequenz-Beschleunigungsmessgerätes (Actiheart) und subjektiv durch den IPAQ-Fragebogen. Als Marker für langfristige körperliche Aktivität wurde die kardiorespiratorische Fitness, die Skelettmuskelmasse bzw. der REE berücksichtigt. Die Auswertung erfolgte mit multivariaten linearen Regressionsanalysen, um die untersuchten Fragestellungen unter gleichzeitiger Berücksichtigung möglicher Confounder beurteilen zu können.Es konnte in der vorliegenden Dissertation lediglich zwischen der Gesamtkörperknochendichte und Pmax, bzw. zwischen der Gesamtkörperknochendichte und der Skelettmuskelmasse ein auf Trendniveau signifikanter Geschlechterunterschied gezeigt werden. Das bedeutet, dass unter Berücksichtigung der Confounder die weiteren Zusammenhänge zwischen körperlicher Aktivität und der Körperzusammensetzung bei Frauen und Männern dieselbe Zusammenhangsstärke aufwiesen und das Geschlecht eher eine untergeordnete Rolle spielt.In der Dissertation konnte außerdem gezeigt werden, dass körperliche Aktivität bei objektiven und subjektiven Erfassungsmethoden unterschiedlich mit den untersuchten Parametern assoziiert ist. Jede Erfassungsmethode körperlicher Aktivität, die in der vorliegenden Dissertation untersucht wurde, hat Stärken und Limitierungen. Gleichzeitig geben diese Erfassungsmethoden wichtige Informationen über unterschiedliche Aspekte körperlicher Aktivität bzw. verschiedene Zeiträume, in denen die Studienteilnehmenden körperlich aktiv waren. Diese Tatsachen müssen in Abhängigkeit der Forschungsfrage bei zukünftigen Studien berücksichtigt werden.Bei der Prüfung des Zusammenhangs zwischen der Körperzusammensetzung und körperlicher Aktivität, die mit Hilfe unterschiedlicher Erfassungsmethoden erfasst wurde, konnte in der vorliegenden Arbeit für die Myostatinkonzentration im Blut nur ein Zusammenhang mit der kardiorespiratorischen Fitness identifiziert werden. Aus in vitro und in vivo Studien geht hervor, dass Myostatin im Muskelgewebe gebildet und ins Blut sezerniert wird. Myostatin besitzt eine hemmende Wirkung auf das Muskelwachstum und die Myostatinexpression im Muskel wird durch körperliche Aktivität beeinflusst. Dennoch konnte in der vorliegenden Dissertation zwischen der Myostatinkonzentration im Blut und der Skelettmuskelmasse bzw. der körperlichen Aktivität, kein Zusammenhang aufgezeigt werden. Aufgrund des Widerspruchs, dass die Myostatinexpression im Muskel, nicht aber die Myostatinkonzentration im Blut, durch körperliche Aktivität beeinflusst wird, bleibt es fraglich, ob die Myostatinkonzentration im Blut einen Biomarker darstellt, um den Einfluss körperlicher Aktivität auf Myostatin zu beurteilen.Auch in Bezug auf Irisin werden in der Literatur widersprüchliche Ergebnisse beschrieben. Die Produktion von Irisin soll im Muskelgewebe durch körperliche Aktivität gesteigert werden. In der vorliegenden Dissertation konnte zwischen zirkulierendem Irisin und den angewendeten Erfassungsmethoden körperlicher Aktivität keine Assoziation festgestellt werden. In zukünftigen Studien muss insbesondere geprüft werden, inwieweit Irisin beim Menschen in einer aktiven Form synthetisiert werden kann und ob sich die Studienergebnisse, die bei Tieren gewonnen wurden, auf den Menschen übertragen lassen. Physical activity affects, among others, body composition, metabolism and energy balance and is associated with a variety of health effects. Human studies investigating the effect of physical activity often arrive at very different or even contradictory results. The studies often vary with regards to study, applied measuring methods of physical activity, and of study population. Hence, comparability and/or across-study interpretation and evaluation of the study results are difficult. So far there have not been any publications investigating the differences between physical activity and body composition between genders.Thus, the aim of the present doctoral thesis was to investigate, within a study population of 312 women and men over a wide age range (19 - 80 years), if a relationship exists between different measurement methods of physical activity and body composition and/or associated hormones (leptin, 25(OH)D3, myostatin, irisin), and whether these relationships differ between women and men. In addition, it was examined to which extent the choice of the measurement method of physical activity has an impact on the associations between physical activity and body composition.The thesis was written in the frame of the KarMeN study, a pilot study conducted at the Max Rubner-Institut in Karlsruhe, to establish a metabolomics platform. Physical activity was recorded objectively using a combined heart rate accelerometer (Actiheart) and subjectively by the IPAQ questionnaire. As a marker of long-term physical activity cardiorespiratory fitness; skeletal muscle mass and REE were taken into account. The statistical analysis was conducted with the aid of multivariate linear regression analyses, which made it possible to account for potential confounders.In the present thesis a trend toward a significant difference between genders could only be demonstrated between total body bone density and Pmax, and between total body bone density and skeletal muscle mass. This means that, in consideration of the confounders, the further associations between physical activity and body composition had the same association strength in women and men, and hence gender plays a rather minor role in these associations.In the thesis it was also shown that, with objective and subjective measurement methods, physical activity is differently associated with the studied parameters. Each measurement method of physical activity studied in this thesis has strengths and limitations. At the same time the measurement methods deliver important information about different aspects of physical activity. Depending on the research issue these facts are to be considered in future studies.In the present work, when examining the association between body composition and different measurement methods of physical activity regarding the myostatin concentration in the blood, an association could only be identified with cardiorespiratory fitness. In vitro and in vivo studies showed that myostatin is formed in muscle tissue and secreted into the blood. Myostatin has an inhibitory effect on muscle growth and the myostatin expression in the muscle is influenced by physical activity. However, in this thesis no association could be shown between the myostatin concentration in blood and the skeletal muscle mass and/or physical activity. Due to the contradiction that the myostatin expression in the muscle, but not the myostatin concentration in the blood, is influenced by physical activity, it remains questionable whether the myostatin concentration in the blood can serve as a biomarker to assess the impact of physical activity on myostatin.In relation to irisin, conflicting results are also described in literature. It is assumed that physical activity increases the production of irisin in muscle tissue. In the present thesis, no association was found between circulating irisin and the applied measurement methods of physical activity. Future studies should particularly address to which extent irisin can be synthesized in humans in an active form, and whether the study results obtained in animals are transmissible to humans.