Abstract:
Regular physical exercise promotes health and prevents and treats multiple
chronic diseases. Despite the well-acknowledged health benefits, many people
remain physically inactive. Affective responses induced by exercise are believed
to influence future exercise behaviour. Previous studies suggest that pleasurable
sensations experienced in response to exercise are regulated by the endogenous
opioid system. The opioid system is also involved in the reward processing, and
may modulate food reward responses after exercise, possibly contributing to subsequent
caloric intake and weight loss outcomes.
In this thesis, affective responses to high-intensity interval training (HIIT) and
moderate-intensity continuous training (MICT) were investigated over a two-week
training intervention in untrained healthy subjects and subjects with type 2 diabetes
or prediabetes. Positron emission tomography (PET) was used to explore endogenous
opioid release after HIIT and MICT in young healthy subjects. The interaction
between exercise-induced opioid activation and changes in food reward processing
were assessed using functional magnetic resonance imaging (fMRI).
HIIT generated a more negative overall affective experience in comparison with
MICT; however, this lessened over the training period. Thus, HIIT appears as a
tolerable exercise method for sedentary adults with and without diabetes. Furthermore,
HIIT induced opioid release in key brain regions implicated in emotion
and pain processing and the opioid release correlated with measures of negative
emotionality. In contrast, MICT did not result in significant opioid release, although
increased opioid activation correlated with increased euphoria after MICT
as well as with increased neural responses to palatable foods. These results indicate
that the intensity of the exercise regulates endogenous opioid release and
concomitant changes in affect and reward processing. Taken together, these findings
may have practical implications in developing more tolerable and likeable
exercise programs to enhance physical activity participation in different population
groups, as well as in optimising the efficient use of exercise in health care,
for example in weight loss interventions and in the treatment of various affective
disorders.Tiivistelmä:
Säännöllinen liikunta ylläpitää terveyttä sekä ennaltaehkäisee ja hoitaa lukuisia
sairauksia. Terveyshyödyistä huolimatta moni jää kuitenkin sohvaperunaksi. Liikunnan
harrastaminen riippuu osin siitä, miltä liikunta tuntuu. Aikaisempien tutkimusten
perusteella aivojen opioidijärjestelmän ajatellaan olevan liikunnasta
saatavan mielihyvän taustalla. Opioidijärjestelmä säätelee myös ruuan ja syömisen
aiheuttamaa mielihyvää, ja se voi siten muovata liikunnan aikaansaamia
muutoksia ruuan palkitsevuudessa vaikuttaen näin syömiskäyttäytymiseen ja painonhallintaan.
Tässä väitöskirjatyössä tutkittiin, miltä kovatehoinen intervalliharjoittelu (highintensity
interval training, HIIT) ja keskitehoinen kestävyysharjoittelu (moderate-
intensity continuous training) tuntuvat kahden viikon liikuntajakson aikana
liikunnallisesti passiivisilla terveillä koehenkilöillä, sekä tyypin 2 diabeetikoilla
ja esidiabeetikoilla. Lisäksi positroniemissiotomografia (PET) -kuvantamisella
selvitettiin aivojen opioidijärjestelmän toimintaa HIIT ja MICT harjoitusten jälkeen
terveillä nuorilla miehillä. Toiminnallisen magneettikuvantamisen (fMRI)
avulla tutkittiin liikunnan vaikutuksia herkullisten ruokakuvien aikaansaamiin
hermostollisiin vasteisiin aivoissa.
Lyhytkestoinen HIIT aiheutti huomattavasti negatiivisemman tunnekokemuksen
kuin pitkäkestoinen MICT, mikä kuitenkin helpottui jo kahden viikon harjoittelujakson
aikana niin terveillä kuin tyypin 2 diabeetikoilla ja esidiabeetikoilla. Näin
ollen rankka HIIT voi soveltua liikuntavaihtoehdoksi myös aikaisemmin liikuntaa
harrastamattomille. Lisäksi havaittiin, että liikunnan intensiteetti säätelee opioidijärjestelmän
toimintaa. HIIT vapautti endogeenisiä opioideja tunteiden ja
kivun säätelyyn liittyvillä aivoalueilla. Opioidien vapautuminen oli yhteydessä
negatiivisiin tuntemuksiin. Vastaavaa opioidien vapautumista ei havaittu MICT:n
jälkeen, joskin suurempi opioidiaktivaatio oli yhteydessä lisääntyneeseen euforisuuden
tuntemukseen ja suurempiin hermostollisiin vasteisiin herkullisille ruokakuville
pitkäkestoisen liikunnan jälkeen. Tutkimuksista saatuja tuloksia voidaan
hyödyntää kehitettäessä uudenlaisia lähestymistapoja paitsi ihmisten liikunnalliseen
aktivoimiseen, myös liikunnan tehokkaampaan hyödyntämiseen painonpudotuksessa
ja esimerkiksi masennuksen ja riippuvuuksien hoidossa
