Dissertation (PhD)--University of Stellenbosch, 2004. / ENGLISH ABSTRACT: Stress related to chronic exercise affects both the immune and endocrine systems, but there are still many issues that are poorly understood, particularly effects of stress on the functional capacity of immune cells. This thesis probed some of these issues using physiological models of physical and psychological stress. Both exercise training stress and chronic psychological stress in human subjects were shown to result in an up-regulation of spontaneous reactivity of white blood cells in vitro, using two different assays, namely a) a peripheral blood mononuclear cell (PBMC) culture assay measuring immune cell responsiveness and b) a relatively new flow cytometry technique for assessing activation status of cells by their expression of the surface marker CD69, in a lymphocyte subpopulation-specific manner. An up-regulation of immune cell activation in the absence of an additional stressor was associated with a decreased capacity to mount a response to a subsequent mitogen stimulus in vitro after chronic psychological stress and acute, extreme exercise stress. Another novel finding was that cortisol high-responders to chronic psychological stress exhibited a higher spontaneous reactivity of both CD4+ and CD8+ lymphocytes when compared to cortisol low-responders. This result indicates that chronic exposure to cortisol may decrease its usual inhibitory effect on spontaneous T lymphocyte responsiveness. After optimisation of an animal model of mild, psychological stress, we demonstrated (using an IL-6 antibody) that IL-6 is necessary for a full-blown cortisol response to chronic, intermittent mild stress. Results also suggest that IL-6 plays a role in regulation of its own secretion by PBMCs in response to a stressor, by maintaining the production of IL-1β in the face of stress. Basal serum corticosterone concentration was shown to be the main determinant of the magnitude of mitogen-stimulated PBMC secretion of IL-6 in vitro in the stress-free controls. However, after blocking of IL-6 in vivo, IL-1β was identified as a major regulator of IL-6 secretion by mitogen-stimulated PBMCs in vitro, independently of the presence or absence of stress. The implications of these novel findings are that proinflammatory cytokines are sensitively regulated during mild stress.Mean serum cortisol concentration at rest was not a useful tool to assess chronic exercise stress after training intervention. However, classification of athletes at baseline into two groups according to their resting serum cortisol concentration illustrated two distinct patterns for the responses of both cortisol and the cortisol:testosterone ratio to chronic stress. These studies on the effects of chronic stress on parameters of the endocrine stress-axis and the immune system led to the following main conclusions: a) chronic exposure to cortisol results in a decreased inhibition of spontaneous immune cell activity at rest, b) this increased spontaneous activation of immune cells at rest in the absence of a stressor, is associated with a suppression of immune capacity to respond to a subsequent challenge, c) the latter finding is not evident under stress-free conditions where cortisol promoted immune cell IL-6 secretion, and d) IL- 1β and IL-6 are involved in the regulation of each others’ secretion. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Chroniese oefening-verwante stres beïnvloed beide the immuun- en endokriene sisteme, maar daar is nog baie aspekte wat swak begryp word, veral m.b.t. die effekte van stres op die funksionele kapasiteit van immuunselle. Hierdie tesis het sommige van dié vraagpunte ondersoek deur gebruik te maak van fisiologiese en psigologiese stres. Beide oefening program-verwante stres en chroniese psigologiese stres in proefpersone het ‘n op-regulering van spontane witbloedselreaktiwiteit in vitro tot gevolg gehad, wat d.m.v twee verskillende metodes aangetoon is, naamlik a) ‘n perifere bloed mononukluêre selkultuur (PBMS-kultuur) bepaling van immuunsel reaktiwiteit en b) ‘n relatief nuwe vloeisitometriese tegniek vir die assessering van aktiveringsstatus van selle, deur hul uitdrukking van die oppervlakmerker CD69, op ‘n limfosiet subpopulasie-spesifieke wyse. ‘n Opregulering van immuunselaktiwiteit in die afwesigheid van ‘n addisionele stressor is geassosieer met ‘n verlaagde kapsiteit om te reageer op ‘n latere mitogeniese prikkel in vitro, na chroniese psigologiese stres en akute, erge oefeningstres. Nog ‘n nuwe bevinding was dat kortisol hoog-respondeerders, in reaksie op chroniese psigologiese stres, ‘n hoër spontane reaktiwiteit van beide CD4+- and CD8+-limfosiete toon in vergelyking met kortisol laagresopndeerders. Hierdie bevinding toon aan dat chroniese blootstelling aan kortisol die inhiberende effek daarvan op spontane reaktiwiteit van T-limfosiete verminder. Na optimalisering van ‘n rotmodel van gematigde, psigologiese stres, het ons gedemonstreer (deur gebruik te maak van ‘n IL-6 teenliggaam) dat IL-6 nodig is vir ‘n volledige kortisolreaksie op chroniese, onderbroke, gematigde stres. Die resultate dui daarop dat IL-6 ‘n rol in die regulering van sy eie sekresie deur PBMSe in reaksie tot ‘n stressor speel, deur die handhawing van produksie van IL-1β in die teenwoordigheid van stres. Basale serum kortisolkonsentrasie is as die belangrikste beslissende faktor in die omvang van mitogeengestimuleerde PBMS sekresie van IL-6 in vitro in die stresvrye kontroles aangedui. Na blokkering van IL-6 in vivo, is IL-1β egter as ‘n belangrike reguleerder van IL-6 sekresie deur mitogeen-gestimuleerde PBMSe in vitro geïdentifiseer, onafhanklik van die teenwoordigheid of afwesigheid van stres. Die implikasie van hierdie nuwe bevindinge is dat proinflammatoriese sitokiene tydens gematigde stres sensitief gereguleer word.Die gemiddelde serum kortisolkonsentrasie in ‘n rustende toestand was nie ‘n gepaste instrument om chroniese oefeningstres na ‘n oefenprogram-ingreep te assesseer nie. Na basislyn klassifikasie van atlete in twee groepe volgens hul rustende serum kortisolkonsentrasie, is twee afsonderlike patrone vir die reaksie van beide kortisol en die kortisol:testosteroon verhouding egter aangetoon. Hierdie studies rakende die effekte van chroniese stres op parameters van die endokriene stres-as en die immuunsisteem het tot die volgende vernaamste gevolgtrekkings gelei: a) chroniese blootstelling aan kortisol het ‘n verlaagde inhibisie van spontane immuunselaktiwiteit tydens rustende toestande tot gevolg, b) hierdie verhoogde spontane aktivering van immuunselle tydens ‘n rustende toestand word geassosieer met ‘n onderdrukking van immuunkapasiteit om te reageer op ‘n daaropvolgende prikkel, c) laasgenoemde bevinding is nie sigbaar tydens stresvrye toestande, wanneer kortisol IL-6 sekresie bevorder, nie en d) IL- 1β en IL-6 is betrokke by die regulering van mekaar se sekresie.

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Face aux données conflictuelles de la littérature sur le VO2 requis d’exercices de boxe (sparring, palettes de frappe et sac de frappe), surtout pour le “vrai” sparring avec coups de poings au visage, une nouvelle méthode basée sur une mesure de VO2 “post-exercice” fut développée, validée (Annexe 1) et utilisée pour ré-évaluer le coût énergétique de ces exercices de boxe. Neufs boxeurs mâles expérimentés, de 22.0±3.5 ans et 71.4±10.9 kg avec un VO2pic de 62.2±4.1 ml·kg-1·min-1 (moyenne ± écart type) furent mesurés lors 1) d’un test progressif maximal sur tapis roulant en laboratoire 2) d’un entrainement standardisé de boxe en gymnase et 3) d’exercices de boxe standardisés en laboratoire. Des VO2 requis de 43.4±5.9, 41.1±5.1, 24.7±6.1, 30.4±5.8 et 38.3±6.5 ml·kg-1·min-1, respectivement obtenues pour le sparring, les palettes de frappe et le sac de frappe à 60, 120 et 180 coup·min-1, situe l’intensité de ces exercices autour de ~70 %VO2pic. / In view of contradictory data in the literature on VO2 requirements of boxing exercises (sparring, pad work, punching bag), particularly for “true” sparring with punches to the face, a new method based on “post-exercise” VO2 measurements was developed, validated (Annex 1) and used to reassess the energy cost of these boxing exercises. Nine experienced male boxers of 22.0±3.5 years old and 71.4±10.9 kg with a VO2peak of 62.2±4.1 ml·kg-1·min-1 (mean ± standard deviation) were measured during 1) a maximal multistage treadmill test in the laboratory 2) a standardized boxing training in the gymnasium and 3) standardized boxing exercises in the laboratory. VO2 requirements of 43.4±5.9, 41.1±5.1, 24.7±6.1, 30.4±5.8 and 38.3±6.5 ml·kg-1·min-1, respectively obtained for sparring, pad work and punching bag at 60, 120 and 180 b·min-1, situate the intensity of those exercises around ~70 %VO2peak.

Face aux données conflictuelles de la littérature sur le VO2 requis d’exercices de boxe (sparring, palettes de frappe et sac de frappe), surtout pour le “vrai” sparring avec coups de poings au visage, une nouvelle méthode basée sur une mesure de VO2 “post-exercice” fut développée, validée (Annexe 1) et utilisée pour ré-évaluer le coût énergétique de ces exercices de boxe. Neufs boxeurs mâles expérimentés, de 22.0±3.5 ans et 71.4±10.9 kg avec un VO2pic de 62.2±4.1 ml·kg-1·min-1 (moyenne ± écart type) furent mesurés lors 1) d’un test progressif maximal sur tapis roulant en laboratoire 2) d’un entrainement standardisé de boxe en gymnase et 3) d’exercices de boxe standardisés en laboratoire. Des VO2 requis de 43.4±5.9, 41.1±5.1, 24.7±6.1, 30.4±5.8 et 38.3±6.5 ml·kg-1·min-1, respectivement obtenues pour le sparring, les palettes de frappe et le sac de frappe à 60, 120 et 180 coup·min-1, situe l’intensité de ces exercices autour de ~70 %VO2pic. / In view of contradictory data in the literature on VO2 requirements of boxing exercises (sparring, pad work, punching bag), particularly for “true” sparring with punches to the face, a new method based on “post-exercise” VO2 measurements was developed, validated (Annex 1) and used to reassess the energy cost of these boxing exercises. Nine experienced male boxers of 22.0±3.5 years old and 71.4±10.9 kg with a VO2peak of 62.2±4.1 ml·kg-1·min-1 (mean ± standard deviation) were measured during 1) a maximal multistage treadmill test in the laboratory 2) a standardized boxing training in the gymnasium and 3) standardized boxing exercises in the laboratory. VO2 requirements of 43.4±5.9, 41.1±5.1, 24.7±6.1, 30.4±5.8 and 38.3±6.5 ml·kg-1·min-1, respectively obtained for sparring, pad work and punching bag at 60, 120 and 180 b·min-1, situate the intensity of those exercises around ~70 %VO2peak.

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Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Doctor en ciencias Biomédicas / Physical activity plays a protective role in the development of chronic non-communicable diseases. Molecular adaptations explain the beneficial effects of exercise in diverse tissues such as skeletal muscle, adipose tissue, and heart. One of the multiple signals involved in the benefits of exercise are the oxidation-reduction reactions called redox signaling. Reversible and non-reversible posttranslational modifications of cysteine residues are capable of changing the function, localization, or stability of diverse proteins. In skeletal muscle, reactive oxygen species (ROS) are continuously produced and cleared during resting and contracting conditions. There is substantial evidence indicating that redox signaling plays a role in some of the health-benefits elicited by endurance training, however, the precise mechanism has been long unknown. The aim of the current Ph.D. thesis was therefore to study the involvement of NOX2 and redox signals in the regulation of exercise-stimulated glucose transport and adaptive gene expression in mature skeletal muscle. A combination of pharmacological inhibitors and murine NOX2-deficient models were used to address the necessity of NOX2 for glucose transport and adaptive signals induced by acute exercise. The current Ph.D. thesis demonstrated for the first time that NOX2 is activated during moderateintensity endurance exercise in skeletal muscle and it is a major source of ROS under those conditions. Furthermore, the analyses of genetic mouse models lacking the regulatory NOX2 subunits p47phox and Rac1 revealed striking phenotypic similarities, including severely impaired exercise-stimulated glucose uptake and GLUT4 translocation, indicating that NOX2 is a requirement for this classic acute myocellular adaptation to exercise. Overall, NOX2 is thus a major ROS source regulating adaptive responses to exercise in skeletal muscle. / La actividad física juega un papel protector en el desarrollo de enfermedades crónicas no transmisibles. Las respuestas moleculares explican los efectos beneficiosos del ejercicio en diversos tejidos como el músculo esquelético, el tejido adiposo y el corazón. Una de las múltiples señales involucradas en los beneficios del ejercicio son las reacciones de oxidación-reducción llamadas señalización redox. Las modificaciones postraduccionales reversibles e irreversibles de residuos de cisteína son capaces de cambiar la función, localización o estabilidad de diversas proteínas. En el músculo esquelético, las especies de oxígeno reactivo (ROS) se producen y eliminan continuamente durante las condiciones de reposo y contracción. Existe evidencia sustancial que indica que la señalización redox juega un papel en algunos de los beneficios para la salud provocados por el entrenamiento de resistencia, sin embargo, el mecanismo preciso ha sido desconocido durante mucho tiempo. El objetivo de la presente la tesis fue estudiar la participación de NOX2 en la regulación del transporte de glucosa durante el ejercicio y la expresión de genes adaptativos en el músculo esquelético adulto. Se utilizó una combinación de inhibidores farmacológicos y modelos deficientes en NOX2 ratón para abordar la necesidad de NOX2 para el transporte de glucosa y las señales adaptativas inducidas por el ejercicio agudo. Esta tesis demostró por primera vez que el NOX2 se activa durante el ejercicio de resistencia de intensidad moderada en el músculo esquelético y es una fuente importante de ROS en esa condición. Además, los análisis de modelos de ratones genéticos que carecen de las subunidades reguladoras NOX2 p47phox y Rac1 revelaron sorprendentes similitudes fenotípicas, incluida la captación de glucosa estimulada por el ejercicio y la translocación de GLUT4, lo que indica que NOX2 necesaria para esta respuesta fisiológica durante el ejercicio. En resumen, NOX2 es, por lo tanto, una importante fuente de ROS que regula las respuestas de adaptación al ejercicio en el músculo esquelético. / 22/03/2020

Vivimos en un mundo con altos niveles de estrés y responsabilidades que afectan nuestra salud. Ante esta problemática, la actividad física es considerada como una estrategia preventiva que influye de manera positiva en la salud y estado de ánimo de las personas. Por esa razón, presentamos “FitHealth: Comunidad virtual para ejercitarse”, una aplicación móvil con servicio de geolocalización que conecta en tiempo real una red de entrenadores personales calificados con personas que desean ejercitarse en comunidad. Nuestra propuesta de negocio ofrece acceso a un entrenador personalizado en el momento deseado, de manera fácil, adaptada a sus necesidades y en el lugar en que lo requiera. El beneficio de acercar el servicio al usuario cobra especial valor tomando en cuenta el ahorro de tiempo y estrés ocasionado por el transporte caótico de la ciudad. El servicio es único en el mercado actual. La oferta de valor está centrada en un servicio personalizado de calidad, que promueve la ejercitación en grupo como elemento de motivación y en el lugar donde se desee. A partir de un breve sondeo, encontramos que 73% de los encuestados estaría dispuesto a utilizar FitHealth. La rentabilidad del negocio se sustenta en el volumen de conexiones y en el porcentaje que se cobrará al entrenador y al usuario por el uso del servicio. Los resultados financieros demuestran un VAN de S/. 190,622 y un TIR de 27%, con una recuperación de la inversión en el cuarto año, respaldando la factibilidad y viabilidad de la propuesta del negocio. / We live in a world with high levels of stress and responsibilities that affect our health. To be able to face this problem, physical activity has been considered as a preventive strategy that positively influences the health and mood of people. That is why we introduce "FitHealth: Virtual Community to Exercise," a mobile app with geolocation service that connects (in real-time) a network of qualified personal trainers with people who wants to work out in the community. Our business proposal offers access to a personalized trainer at the desired time, quickly, tailored to the user's needs, and where they need it. The benefit of bringing the service to the user takes on a unique value considering the time and stress savings for just avoiding the chaotic transport of the city. There is no other service like ours in today's market. The offer of value relay on a quality personalized service that promotes group exercise as an element of motivation, and at the moment it is solicited. From a brief survey, we found that 73% of respondents would be willing to use FitHealth. The profitability of the business relays on the volume of connections and in the percentage that will be collected to the coach and the user for the service. The financial results demonstrate a VAN of S/. 190,622 and a TIR of 27%, with a recovery of the investment in the fourth year, supporting the feasibility of the business proposal. / Trabajo de investigación

L’exercici físic provoca efectes beneficiosos per a la salut en persones sanes però també amb certes patologies cròniques. L’objectiu d’aquesta tesi fou valorar els efectes i l’aplicabilitat d’un programa de prescripció i planificació d’exercici físic per a la salut a dos centres d’atenció primària per a pacients amb patologia crònica reclutats durant visites rutinàries al seu equip d’atenció primària. El disseny de l’estudi fou d’una intervenció pragmàtica de 18 mesos avaluada seguint les dimensions RE-AIM. Els protocols establerts per a la intervenció, emmarcada en el Programa CAMINEM, han demostrat ser aplicables en els dos centres i els efectes de l’exercici físic pels participants adherits mostraren una tendència favorable, tot i que els resultats no són estadísticament significatius. Aquesta intervenció en prescripció d’exercici físic per a la salut possiblement hagi estat la primera basada en els principis de l’entrenament esportiu i en promoció de salut pública on un professional no sanitari treballà conjuntament amb professionals sanitaris d’atenció primària. / El ejercicio físico provoca efectos beneficiosos para la salud en personas sanas pero también con ciertas patologías crónicas. El objetivo de esta tesis fue valorar los efectos y la aplicabilidad de un programa de prescripción y planificación de ejercicio físico para la salud en dos centros de atención primaria para pacientes con patología crónica reclutados durante visitas rutinarias a su equipo de atención primaria. El estudio fue diseñado como una intervención pragmática de 18 meses evaluada siguiendo las dimensiones RE-AIM. Los protocolos establecidos para la intervención, basada en el Programa CAMINEM, han demostrado ser aplicables en los dos centros y los efectos del ejercicio físico para los participantes adheridos reflejaron una tendencia favorable, a pesar de que los resultados no sean estadísticamente significativos. Esta intervención en prescripción de ejercicio físico para la salud posiblemente haya sido la primera basada en los principios de entrenamiento deportivo y de promoción de salud pública en el cual un profesional no sanitario trabajó conjuntamente con profesionales sanitarios de atención primaria. / Regular exercise has many health benefits for apparently healthy people and also for people suffering determinant chronic diseases. The main aim of this thesis was to assess the effects and feasibility of a health-enhancing exercise prescription and exercise planning in two primary health-care settings for regular patients suffering from chronic conditions attending their health practitioner. The study was developed as a pragmatic-driven trial for 18 months. It was evaluated following the dimensions of the RE-AIM framework. Health-enhancing physical activity (HEPA) intervention procedures, designed within the framework of the Let’s Walk Programme, have been found to be feasible in both centres. Positive trends may be found in health indicators for adhered participants even though results were not statistically significant. This intervention has probably been the first based on exercise training principles and public health promotion in which exercise specialists were working alongside primary care practitioners.