Impact of a nutrition and physical activity program in cardiorespiratory, hemodynamic, metabolic and behavior parameters

Introducción: La obesidad es una patología metabólica que se ha convertido en un complejo problema de salud pública. En la mayoría de los casos se produce cuando la ingesta calórica supera al gasto energético, aunque son múltiples los factores que están influyendo en el incremento del peso corporal. Sin embargo, los mecanismos que impulsan la ingesta y el gasto en el llamado ambiente obesogénico son extremadamente complicados, y han sido atribuidos al estilo de vida y a cambios en los hábitos alimenticios. La obesidad viene acompañada de una disminución de la condición física y de la tasa metabólica de reposo, además de estar asociada a trastornos cardiovasculares y alimenticios, como puede ser la presión arterial elevada y la ingesta calórica inadecuada. La actividad física desempeña un papel importante en la prevención y el tratamiento de muchos cambios y trastornos causados por la obesidad. Entender cómo el ejercicio contribuye en la reducción de las consecuencias derivadas de estos cambios, podría ayudar a los entrenadores y profesionales de la salud pública en el manejo de esta enfermedad. Objetivo: En este contexto, el objetivo general de esta tesis doctoral fue verificar la influencia de un programa de actividad física y nutrición en los parámetros cardiorrespiratorios (Estudio I), hemodinámicos (Estudio III), metabólicos (Estudio IV) y de comportamiento alimentario (Estudio V), así como desarrollar ecuaciones de predicción del consumo de oxígeno pico (VO2pico) para individuos con sobrepeso y obesidad (Estudio II). Métodos: Los datos de esta tesis doctoral derivan del proyecto PRONAF: “PROgramas de Nutrición y Actividad Física para el tratamiento de la obesidad”. Este estudio fue un ensayo clínico aleatorizado, desarrollado en población española con sobrepeso y obesidad, y llevado a cabo a lo largo de tres años. Los sujetos incluidos fueron asignados aleatoriamente a uno de los cuatro grupos de intervención: entrenamiento de fuerza, entrenamiento de resistencia, entrenamiento combinado fuerza + resistencia y un grupo de entrenamiento basado en las recomendaciones de actividad física, asegurando una distribución homogénea de la edad y el género entre los grupos. El grupo de recomendaciones siguió pautas generales de actividad física. Los sujetos de los demás grupos entrenaron tres veces por semana y todas las sesiones de entrenamiento fueron cuidadosamente supervisadas por entrenadores personales certificados, licenciados en Ciencias de la Actividad Física y del Deporte. Todos los participantes fueron sometidos a una intervención dietética individualizada basada en una dieta hipocalórica prescrita por dietistas expertos. La dieta tenía como objetivo una reducción del 25-30% del gasto energético diario. La intervención duró 22 semanas y todas las evaluaciones de las variables utilizadas en esta tesis tuvieron lugar una semana antes (pre) y después (post) de la intervención. Resultados: Los principales resultados fueron: se observó una mejora del VO2pico en hombres con sobrepeso y obesidad (valores pre y post en L/min, respectivamente, sobrepeso = 3,2 ± 0,6 vs 3,7 ± 0,5, p < 0,001, obesos = 3,6 ± 0,6 vs 3,8 ± 0,6, p = 0,013), así como en mujeres con sobrepeso (2,0 ± 0,3 vs 2,3 ± 0,4, p < 0,001), sin diferencias entre los grupos de intervención (Estudio I). La siguiente ecuación de predicción presentó el mayor coeficiente de determinación (R2 = 0.885), utilizando los datos de la prueba de esfuerzo para los sujetos considerados activos tras la intervención: VO2pico (L/min) = -5,017 + (0,040 × peso corporal) + (0,127 tiempo de ejercicio) + (0,046 x porcentaje de masa corporal magra) + (-0,010 × edad) (Estudio II). La presión arterial sistólica (PAS) y la presión arterial media (PAM) disminuyeron en hombres con sobrepeso (PAS: -7,9%, p < 0,001; PAM: -9,6%, p < 0,001) y obesos (PAS: -3,0% 0,033; PAM: -4,9%, p = 0,001). Además en los hombres, la presión arterial diastólica (PAD) también se redujo (-8,3%, p < 0,001). En las mujeres PAS, PAM, PAD y presión de pulso disminuyeron significativamente alrededor del 5% (p < 0,05), sin diferencias entre los grupos de intervención (Estudio III). El riesgo cardiovascular calculado por la función de Framingham-REGICOR reducía solamente en los hombres (-25,7%, p < 0,001) (Estudio III). La tasa metabólica de reposo disminuyó en mujeres sin interacción entre grupos de intervención y tiempo (pre: 1592.8 ± 272.3, post: 1461.2 ± 266.6, p = 0.001), y los hombres no la cambiaron (Estudio IV). Los sujetos disminuyeron la ingesta de energía y grasa, y aumentaron la ingesta de carbohidratos y proteínas desde la pre hasta la post-intervención (p < 0,001), sin interacciones significativas para grupos de intervención, categoría de índice de masa corporal o sexo (Estudio V). Las interacciones entre género y tiempo fueron observadas para la motivación al ejercicio y sólo las mujeres aumentaron su motivación después de la intervención (pre: 17,6 ± 0,3, post: 18,2 ± 0,3, p = 0,034), mientras que los hombres la mantuvieron (Estudio V). Conclusiones: Las conclusiones principales fueron: nuestros hallazgos sugieren que: (a) no hay efecto sustancial del tipo de ejercicio en la respuesta cardiovascular (con mejoras observadas en hombres y mujeres con sobrepeso y en hombres obesos) (Estudio I); en la respuesta de la presión arterial (reducción de la presión arterial en todos los individuos) (Estudio III); en el riesgo cardiovascular (todas las intervenciones disminuyeron el riesgo cardiovascular en hombres) (Estudio III); en la tasa de metabolismo de reposo (ninguna de las intervenciones pudo evitar la reducción de tasa de metabolismo de reposo en mujeres) (Estudio IV); y tampoco en la ingesta energética o la selección de macronutrientes (Estudio V); (b) nuestros hallazgos también mostraron múltiples diferencias entre sexos en respuesta a las intervenciones, lo que sugiere una posible necesidad de mayor intensidad o duración del ejercicio para los cambios en los riesgos cardiovasculares en mujeres (Estudio III), o el mantenimiento de la tasa metabólica en reposo (Estudio IV), para la mejora cardiorrespiratoria en mujeres obesas (Estudio I); (c) después de un programa de pérdida de peso de 22 semanas, la motivación relacionada con la dieta o el ejercicio no se redujo, demostrando una buena aceptación del programa, especialmente en el grupo de mujeres, que aumentaron la motivación para la realización de ejercicio (Estudio V); (d) las ecuaciones de predicción desarrolladas en este estudio, incluyendo edad, peso corporal, porcentaje de masa magra y tiempo de ejercicio fueron más adecuadas para predecir el VO2pico en sujetos con sobrepeso y obesidad, que las ecuaciones comúnmente utilizadas en la literatura (Estudio II). ----------ABSTRACT---------- Introduction: Obesity is a metabolic pathology that has become a complex public health problem. In most cases, it occurs when the caloric intake exceeds the energy expenditure, although there are multiple factors that are influencing the increase in body weight. However, the mechanisms that drive intake and expenditure, in the so-called obesogenic environment, are extremely complicated, and have been attributed to lifestyle and changes in eating habits. Obesity is accompanied by a decrease in physical condition and resting metabolic rate, in addition to being associated with cardiovascular and eating disorders, such as high blood pressure and inadequate caloric intake. Physical activity plays an important role in the prevention and treatment of many changes and disorders caused by obesity. Understanding how exercise contributes to reducing the consequences of these changes could help coaches and public health professionals in management of this disease. Objective: In this context, the general aim of this doctoral thesis was to verify the influence of a physical activity and nutrition program in cardiorespiratory (Study I), hemodynamic (Study III), metabolic (Study IV) and eating behavior (Study V) parameters, as well as to develop prediction equations for estimating peak oxygen consumption (VO2peak) in individuals with weight excess (Study II). Methods: Data for this doctoral thesis were derived from PRONAF proyect: “PROgramas de Nutrición y Actividad Física para el tratamiento de la obesidad”, a randomized trial developed in overweight and obese Spanish population during three years. Subjects included were randomly assigned to one of the four intervention groups: strength training, endurance training, combined strength + endurance training and a guideline-based physical activity, assuring a homogeneous distribution of age and gender among groups. The guideline-based physical activity group followed general physical activity recommendations from the American College of Sports Medicine. Subjects of training groups trained three times per week. All training sessions were carefully supervised by certified personal trainers with Sports Science degrees. All participants underwent an individualized dietary intervention based on a hypocaloric diet prescribed by expert dieticians. The diet aimed at a 25-30% reduction on the total daily energy expenditure. The intervention lasted 22 weeks and all assessments for the variables utilized in this thesis took place one week before (baseline) and after (post) the intervention. Resultados: The main results were: VO2peak improved in overweight and obese males (pre and post values in L/min, respectively; overweight = 3.2 ± 0.6 vs. 3.7 ± 0.5, p < 0.001; obese = 3.6 ± 0.6 vs. 3.8 ± 0.6, p = 0.013) as well as in overweight females (2.0 ± 0.3 vs. 2.3 ± 0.4, p < 0.001), without interaction between intervention groups and time (Study I). The following equation presented the highest determination coefficient (R2 = 0.885), using effort test data for active subjects: VO2peak (L/min) = -5.017 + (0.040 × body weight) + (0.127 × time of exercise) + (0.046 × lean body mass percentage) + (-0.010 × age) (Study II). In men, systolic BP (SBP) and mean arterial pressure (MAP) decreased in overweight (SBP: -7.9%, p < 0.001; MAP: -9.6%, p < 0.001) and obese (SBP: -3.0%, p = 0.033; MAP: -4.9%, p = 0.001). Diastolic blood pressure (DBP) also reduced in males (-8.3%, p < 0.001). In women no interactions were found for body mass category or groups and SBP, MAP, DBP, pulse pressure decreased significantly about 5% (p < 0.05), without interaction between intervention groups and time (Study III). Cardiovascular risk calculated by Framingham-REGICOR function reduced only in males (-25.7%, p < 0.001) (Study III). Resting metabolic rate decreased in women without interaction between intervention groups and time (pre: 1592.8 ± 272.3, post: 1461.2 ± 266.6, p = 0.001) and men did not change it (Study IV). Subjects decreased energy and fat intakes and increased carbohydrate and protein intakes from pre- to post-intervention (p < 0.001) without significant interactions with intervention groups, body mass index category or sex (Study V). Interaction between sex and time was observed for motivation to exercise and only women increased their motivation after the intervention (pre: 17.6 ± 0.3, post: 18.2 ± 0.3, p = 0.034), while men maintained it (Study V). Conclusions: The main conclusions were: (a) our findings suggested no substantial effect of type of exercise on cardiovascular fitness response (with improvement observed in overweight subjects and obese males) (Study I); on blood pressure response (blood pressure reduction in all individuals) (Study III); on cardiovascular risk (all interventions decreased cardiovascular risk in men) (Study III); on resting metabolic rate (none of the interventions was able to avoid the reduction in resting metabolic rate in women) (Study IV); on energy intake or macronutrient selection (Study V); (b) our findings also showed sex difference in several responses to interventions, suggesting a possible need for more intensity or duration of the exercise for changes in cardiovascular risks in women (Study III), or maintenance resting metabolic rate (Study IV), as well as cardiorespiratory improvement in obese women (Study I); (c) after 22-weeks weight loss program, motivation related to diet or exercise did not reduce, demonstrating good acceptance and suitability of the program, especially in women, that increase their motivation to exercise (Study V); (d) prediction equations developed in this study including age, body weight, lean body mass percentage, and time of effort test were more adequate to predict VO2peak in overweight and obese subjects than those most commonly used equations in the literature (Study II)