Effects of exercise training on bone marrow metabolism - Ojala, Ronja (fi=Turun yliopisto|en=University of Turku|, 2024)
Bone marrow (BM) is the porous tissue found inside bones that consists of adipose tissue, hematopoietic cells, and other stem cells. BM adipose tissue has been shown to have high basal glucose uptake in humans, exceeding that of white adipose tissue. Obesity has been shown to suppress bone metabolism and increase the risk of insulin resistance and type 2 diabetes. Exercise training is known to improve bone mineral density and whole-body insulin sensitivity reducing the risk of type 2 diabetes. However, the effects of exercise training on BM metabolism remain unclear. The aim of this thesis was to study the effects of short-term and long-term exercise training on BM metabolism using positron emission tomography (PET). We studied the effects of two weeks of exercise training on BM glucose and free fatty acid metabolism in healthy and insulin resistant participants. We also studied the effects of six months of regular exercise training on BM glucose metabolism in monozygotic twin pairs that were discordant for body weight. Lastly, to gain insight into the mechanisms in more detail, we studied the effects of high-fat diet and exercise training on BM glucose metabolism in rats. We found that BM metabolism differs regarding anatomical location in both humans and rats, being higher in vertebrae and sternum and lower in long bones of the extremities. Already two weeks of exercise training improved BM glucose and free fatty acid metabolism regardless of glycemic status. Regular exercise training also improved femoral BM glucose metabolism. Interestingly lumbar vertebral BM glucose uptake was higher in participants with higher body weight and exercise training decreased lumbar vertebral BM metabolism even without reduction in weight. In rats, BM glucose metabolism was decreased by age but not significantly affected by the interventions. In conclusion, this thesis suggests that BM is metabolically active and responds to exercise training. The response depends on its biological function and anatomical location.

Liikuntaharjoittelun vaikutukset luuytimen aineenvaihduntaan Luuydin on luiden sisällä olevaa huokoista kudosta, joka koostuu rasvasoluista, hematopoieettisista soluista, ja muista kantasoluista. Ihmisen luuytimen rasvasolut kuluttavat merkittäviä määriä sokeria, jopa enemmän kuin valkoisen rasvakudoksen solut. Ylipaino hidastaa luun aineenvaihduntaa ja lisää insuliiniresistenssin ja tyypin 2 diabeteksen kehittymisen riskiä. Liikuntaharjoittelun puolestaan tiedetään parantavan luun mineraalitiheyttä ja pienentävän tyypin 2 diabeteksen riskiä. Liikuntaharjoittelun vaikutuksista luuytimen aineenvaihduntaan tiedetään kuitenkin vasta vähän. Tässä väitöskirjassa tutkittiin lyhyt- ja pitkäkestoisen liikuntaharjoittelun vaikutuksia luuytimen aineenvaihduntaan positroniemissiotomografialla (PET). Tutkimme kahden viikon liikuntaharjoittelun vaikutuksia luuytimen sokeri- ja rasvahappoaineenvaihduntaan keski-ikäisillä ja vain vähän liikuntaa harrastaneilla terveillä koehenkilöillä sekä koehenkilöillä, joiden paastosokeri oli koholla tai sokerinsieto heikentynyt. Tutkimme myös kuuden kuukauden säännöllisen liikuntaharjoittelun vaikutuksia luuytimen sokeriaineenvaihduntaan identtisillä kaksosilla, joilla oli lähtötilanteessa painoero. Lisäksi tutkimme korkearasvaisen ruokavalion ja liikunnan vaikutuksia rottien luuytimen sokeriaineenvaihduntaan. Väitöskirjan tulokset osoittavat, että luuytimen aineenvaihdunta vaihtelee luuston eri osissa sekä ihmisillä että rotilla, ollen korkeampi selkärangan nikamissa sekä rintalastassa ja matalampi raajojen pitkissä luissa. Jo kahden viikon liikuntaharjoittelu paransi luuytimen sokeri- ja rasvahappoaineenvaihduntaa riippumatta lähtötilanteen sokeritasapainosta. Myös säännöllinen liikuntaharjoittelu paransi reisiluun luuytimen sokeriaineenvaihduntaa. Lannenikamien luuytimen sokerinkulutus oli korkeampaa koehenkilöillä, jotka olivat lähtötilanteessa painavampia, mutta sokerin kulutus väheni liikunnan vaikutuksesta ilman muutoksia tutkittavien painossa. Rotilla luuytimen aineenvaihdunta hidastui iän myötä, mutta interventioilla ei ollut vaikutusta luuytimen sokerin kulutukseen. Yhteenvetona, luuydin on aineenvaihdunnallisesti aktiivista kudosta, joka reagoi fyysiseen aktiivisuuteen. Vaste riippuu luuytimen anatomisesta sijainnista ja biologisesta tehtävästä.