The effect of exercise on alcohol use

Abstract

Although light to moderate consumption of alcohol is thought to be beneficial for health, heavy drinking can lead to alcohol use disorders (AUDs), cause many diseases and be a precursor to injury and violence, resulting in hundreds of thousands deaths per year worldwide. There are some reports that physical exercise could be used as a tool for the treatment of AUDs. Both physiological and psychological theories have been proposed for the potential beneficial effects of physical exercise in substance abusers. One possible physiological mechanism is based on the release of β-endorphin (β-E) and other endogenous opioids during physical exercise, which can cause feelings of euphoria, improve mood, control stress etc. However, only a few studies have examined the effect of physical exercise on alcohol intake in individuals with AUDs. There is a gap in the literature concerning the physiological and biochemical mechanisms involved in AUDs, and how these mechanisms could be affected by physical exercise. Purpose: The purpose of the present study was: (1) to examine the responses to acute exercise in alcoholic patients; (2) to implement and evaluate a long-term supervised ET intervention aimed at alcohol abuse cessation in heavy drinkers; (3) to examine whether a long-term supervised ET intervention can change responses to acute and chronic exercise in heavy drinkers. The investigation was mainly focused on the investigation of the relationship among exercise (acute and chronic), the hypothalamic-pituitary-adrenal axis (HPA) and alcohol abuse. Furthermore, the effect of acute and chronic exercise on other physiological and biochemical indices, and markers of antioxidant status was also investigated; (4) to examine the responses to acute exercise in individuals who drink and in those who do not drink heavily. Methods: (1) Nine alcoholic patients (age = 41.2 ± 6.7 yrs) and 9 healthy controls (age = 38.2 ± 10.7 yrs) exercised for 30 minutes at a low intensity (55-60% of Maximum Heart Rate) on a cycle ergometer. Patients were undergoing alcohol detoxification, were recruited from a psychiatric hospital, and were diagnosed as being alcohol dependent according to the DSM-IV and the Alcohol Use Disorders Identification Test (AUDIT; AUDIT score > 20). Heart rate was monitored during exercise sessions by short-range telemetry. Alcohol urge questionnaire was filled and blood samples were collected prior to and immediately after exercise. Blood samples were analyzed for complete blood count (CBC), lactic acid and β-E. (2) Eleven (age: 30.3 ± 3.5 yrs; BMI: 28.4 ± 0.86 kg/m^2) male heavy drinkers volunteered to participated in an 8-week supervised intervention of moderate intensity exercise (50-60% of Heart Rate Reserve). All participants were sedentary and used to drink heavily (more than 14 drinks per week or 4 drinks per occasion; AUDIT score > 8). During the 8-week supervised exercise training (ET) intervention, participants were recording their daily alcohol intake and were motivated to increase gradually the duration and frequency of ET. Heart rate was monitored during exercise sessions by short-range telemetry. Blood samples were collected prior to and after 4 weeks of sedentariness before ET intervention (control condition), the day before the beginning of the ET intervention, at the end of the 4th and 8th week of ET intervention, as well as 4 weeks after ET intervention (follow up period). Blood samples were analyzed for CBC, erythrocyte sedimentation rate, lactic acid, aspartate transaminase, alanine transaminase, γ-glutamyl transferase (γ-GT), β-E, epinephrine, norepinephrine, adrenocorticotropin, cortisol, C-reactive protein, uric acid, bilirubin, total antioxidant capacity and catalase. Physiological and other alcohol-related indices were also examined. (3) Heavy drinkers, which participated in the ET intervention, also performed three trials of acute moderate intensity exercise (50-60% of Heart Rate Reserve); one trial before ET intervention, one trial at the 4th week of ET intervention and one trial at the 8th week of ET intervention. Heart rate was monitored during trials by short-range telemetry. Blood samples were collected prior to and immediately after exercise and were analyzed for the same indices measured in the ET intervention. (4) The effect of a bout of acute exercise of moderate intensity (50-60% of Heart Rate Reserve) in heavy drinkers and individuals that do not exceed the limits of moderate alcohol use was also investigated. Η καρδιακή συχνότητα καταγραφόταν κατά τη διάρκεια της δοκιμασίας μέσω τηλεμετρίας μικρής εμβέλειας. Δείγματα αίματος συλλέχθηκαν πριν και αμέσως μετά την άσκηση, και αναλύθηκαν για τους ίδιους δείκτες που μετρήθηκαν στην παρέμβαση προπόνησης. Results: (1) β-E levels were significantly lower in alcoholic patients that controls, and significantly (p< .001) increased after exercise (pre: 1.57 + 0.39 pmol/L, post: 4.8 + 1.6 pmol/L) only in alcoholic patients. Lactic acid levels increased significantly in both groups. No differences in CBC parameters were observed between the two groups, while exercise led to similar significant increases in red blood cells, hemoglobin and hematocrit in the two groups. Finally, a non-significant decrease (about 17%) in alcohol urge in alcoholic patients was found. (2) Heavy drinkers exhibited decreased levels of β-E. The 8-week supervised ET intervention resulted in reduced alcohol consumption and γ-GT levels, and fitness improvement in heavy drinker. These positive effects were maintained for at least 4 weeks after the end of the ET intervention. However, no change in β-E or other peptides of the HPA after the ET intervention was observed. (3) ET intervention did not significantly change the responses of HPA axis hormones to exercise in heavy drinkers. (4) Heavy drinkers showed increased levels of liver enzymes compared to control group before and after exercise, which may have been the result of heavy alcohol drinking. Resting β-Ε levels were not reduced in heavy drinkers compared to control group. After acute exercise, β-Ε levels increased significantly only in heavy drinkers and were twice as high in heavy drinkers as in control group. Conclusion: Alcoholics have a central opioid deficiency as indicated by low plasma b-E levels, which is not evident in heavy drinkers maybe due to lower level of exposure to alcohol. It is suggested that acute exercise activates the HPA axis both in heavy drinkers and alcohol patients. The results indicate that systematic exercise could act as a healthy habit that can help individuals with AUDs reduce alcohol intake and improve health status.

Αν και η χαμηλή με μέτρια κατανάλωση αλκοόλ θεωρείται ευεργετική για την υγεία, η κατάχρηση αλκοόλ μπορεί να οδηγήσει σε διαταραχές της χρήσης αλκοόλ (ΔΧΑ), να προκαλέσει πολλές ασθένειες και να αποτελέσει προάγγελο τραυματισμών και βίας, με αποτέλεσμα εκατοντάδες χιλιάδες θανάτους κάθε χρόνο παγκοσμίως. Υπάρχουν κάποιες αναφορές ότι η σωματική άσκηση θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως εργαλείο στη θεραπεία των ΔΧΑ. Φυσιολογικές και ψυχολογικές θεωρίες έχουν προταθεί για τη δυνητική ευεργετική επίδραση της σωματικής άσκησης σε άτομα που κάνουν κατάχρηση ουσιών. Ένας πιθανός φυσιολογικός μηχανισμός βασίζεται στην απελευθέρωση β-ενδορφίνης (β-Ε) κατά την άσκηση, η οποία μπορεί να προκαλέσει αισθήματα ευφορίας, να βελτιώσει τη διάθεση, να ελέγξει το στρες κ.ά. Ωστόσο, μόνο λίγες μελέτες έχουν εξετάσει την επίδραση της σωματικής άσκησης στη λήψη αλκοόλ σε άτομα με ΔΧΑ, ενώ υπάρχει βιβλιογραφικό κενό όσον αφορά τους φυσιολογικούς και βιοχημικούς μηχανισμούς που εμπλέκονται στη βαριά κατανάλωση αλκοόλ και πως αυτοί οι μηχανισμοί μπορεί να επηρεάζονται από τη σωματική άσκηση. Σκοπός: Σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν: (1) να εξετασθούν οι αποκρίσεις σε οξεία άσκηση σε αλκοολικούς ασθενείς, (2) να εφαρμοστεί και να αξιολογηθεί μια μακροχρόνια επιβλεπόμενη παρέμβαση προπόνησης, με στόχο τη διακοπή της κατάχρησης αλκοόλ από άτομα που κάνουν βαριά κατανάλωση αλκοόλ, (3) να εξετασθεί εάν μια μακροχρόνια επιβλεπόμενη παρέμβαση προπόνησης μπορεί να μεταβάλλει αποκρίσεις σε οξεία και χρόνια άσκηση σε άτομα που κάνουν βαριά κατανάλωση αλκοόλ, (4) να εξετασθούν οι αποκρίσεις σε οξεία άσκηση σε άτομα που κάνουν και σε άτομα που δεν κάνουν βαριά κατανάλωση αλκοόλ. Η έρευνα εστιάστηκε κυρίως στη διερεύνηση της σχέσης μεταξύ άσκησης (οξείας και χρόνιας), υποθαλαμο-υποφυσιακού-επινεφριδικού άξονα και κατάχρησης αλκοόλ. Επιπλέον, μελετήθηκε και η επίδραση της οξείας και χρόνιας άσκησης σε διάφορους άλλους φυσιολογικούς και βιοχημικούς δείκτες, καθώς και σε δείκτες της αντιοξειδωτικής κατάστασης. Μέθοδος: (1) Εννέα αλκοολικοί ασθενείς (ηλικία = 41.2 ± 6.7 έτη) και 9 υγιή άτομα ως ομάδα ελέγχου (ηλικία = 38.2 ± 10.7 έτη) έκαναν άσκηση 30 λεπτών, χαμηλής έντασης (55-60% της Μέγιστης Καρδιακής Συχνότητας), σε κυκλοεργόμετρο. Οι ασθενείς είχαν υποβληθεί σε αποτοξίνωση και είχαν διαγνωσθεί ως εξαρτημένοι από το αλκοόλ σύμφωνα με το DSM-IV και τη Δοκιμασία για την Ανίχνευση των Διαταραχών Χρήσης Αλκοόλ (Alcohol Use Disorders Identification Test - AUDIT; AUDIT score > 20). Η καρδιακή συχνότητα καταγραφόταν κατά τη διάρκεια των συνεδριών άσκησης μέσω τηλεμετρίας μικρής εμβέλειας. Συμπληρώθηκε το ερωτηματολόγιο επιθυμίας για αλκοόλ και συλλέχθηκαν δείγματα αίματος πριν και αμέσως μετά την άσκηση. Τα δείγματα αίματος αναλύθηκαν για γενικής αίματος (complete blood count - CBC), γαλακτικό οξύ και (β-E). (2) Έντεκα άνδρες (ηλικία: 30.3 ± 3.5 έτη; BMI: 28.4 ± 0.86 kg/m^2) βαρυπότες προσφέρθηκαν εθελοντικά να συμμετάσχουν σε μια επιβλεπόμενη παρέμβαση προπόνησης μέτριας έντασης 8 εβδομάδων (50-60% της Καρδιακής Συχνότητας Εφεδρείας). Όλοι οι συμμετέχοντες έκαναν καθιστική ζωή και συνήθιζαν να κάνουν βαριά κατανάλωση αλκοόλ (πάνω από 14 ποτά ανά εβδομάδα ή 4 ποτά ανά περίσταση, AUDIT score > 8). Κατά τη διάρκεια της παρέμβασης προπόνησης 8 εβδομάδων, οι συμμετέχοντες κατέγραφαν την ημερήσιά τους κατανάλωση αλκοόλ και παρακινιόντουσαν να αυξήσουν σταδιακά τη διάρκεια και τη συχνότητα της εκγύμνασης. Η καρδιακή συχνότητα καταγραφόταν κατά τη διάρκεια των συνεδριών άσκησης μέσω τηλεμετρίας μικρής εμβέλειας. Τα δείγματα αίματος συλλέχθηκαν πριν και μετά από 4 εβδομάδες καθιστικού τρόπου ζωής πριν την παρέμβαση (κατάσταση ελέγχου), την ημέρα πριν την έναρξη της παρέμβασης, στο τέλος της 4ης και της 8ης εβδομάδας της παρέμβασης, καθώς και 4 εβδομάδες μετά την παρέμβαση (περίοδος follow up). Τα δείγματα αίματος αναλύθηκαν για γενική εξέταση αίματος, ταχύτητα καθίζησης ερυθρών αιμοσφαιρίων, γαλακτικό οξύ, ασπαρτική τρανσαμινάση, τρανσαμινάση της αλανίνης, γ-γλουταμυλ τρανσφεράση (γ-GT), β-E, επινεφρίνη, νορεπινεφρίνη, αδρενοκορτικοτροπίνη, κορτιζόλη, C-αντιδρώσα πρωτεΐνη, ουρικό οξύ, χολερυθρίνη, ολική αντιοξειδωτική ικανότητα και καταλάση. Φυσιολογικοί και άλλοι σχετιζόμενοι με το αλκοόλ δείκτες επίσης εξετάσθηκαν. (3) Οι βαρυπότες, οι οποίοι συμμετείχαν στην παρέμβαση προπόνησης, εκτέλεσαν επίσης 3 δοκιμασίες οξείας άσκησης μέτριας έντασης (50-60% της Μέγιστης Καρδιακής Εφεδρείας): μια δοκιμασία πριν την παρέμβαση προπόνησης, μια δοκιμασία την 4η εβδομάδα παρέμβαση προπόνησης και μια δοκιμασία την 8η εβδομάδα παρέμβαση προπόνησης. Η καρδιακή συχνότητα καταγραφόταν κατά τη διάρκεια των δοκιμασιών μέσω τηλεμετρίας μικρής εμβέλειας. Δείγματα αίματος συλλέχθηκαν πριν και αμέσως μετά την άσκηση, και αναλύθηκαν για τους ίδιους δείκτες που μετρήθηκαν στην παρέμβαση προπόνησης. (4) Μελετήθηκε επίσης η επίδραση μιας συνεδρίας οξείας άσκησης μέτριας έντασης (50-60% της Μέγιστης Καρδιακής Εφεδρείας) σε βαρυπότες και σε άτομα που δεν ξεπερνούν τα όρια της μέτρια κατανάλωση αλκοόλ. Η καρδιακή συχνότητα καταγραφόταν κατά τη διάρκεια της δοκιμασίας μέσω τηλεμετρίας μικρής εμβέλειας. Δείγματα αίματος συλλέχθηκαν πριν και αμέσως μετά την άσκηση, και αναλύθηκαν για τους ίδιους δείκτες που μετρήθηκαν στην παρέμβαση προπόνησης. Αποτελέσματα: (1) Τα επίπεδα της β-Ε ήταν σημαντικά χαμηλότερα στους αλκοολικούς ασθενείς από την ομάδα ελέγχου, και σημαντικά αυξημένα (p<. 001) μετά την άσκηση (πριν: 1.57 ± 0.39 pmol/L, μετά: 4.8 ± 1.6 pmol/L) μόνο στους αλκοολικούς ασθενείς. Τα επίπεδα γαλακτικού αυξήθηκαν σημαντικά και στις δυο ομάδες. Καμία διαφορά στις παραμέτρους της CBC δεν παρατηρήθηκαν μεταξύ των δυο ομάδων, ενώ η άσκηση οδήγησε σε παρόμοιες αυξήσεις στα ερυθρά αιμοσφαίρια, την αιμοσφαιρίνη και τον αιματοκρίτη στις δυο ομάδες. Τέλος, βρέθηκε μια μη-στατιστικά σημαντική μείωση (περίπου 17%) στην επιθυμία για αλκοόλ στους αλκοολικούς ασθενείς. (2) Η παρέμβαση επιβλεπόμενης προπόνησης 8 εβδομάδων οδήγησε σε μειωμένη κατανάλωση αλκοόλ και επίπεδα γ-GT, καθώς και βελτιωμένη φυσική κατάσταση σε βαρυπότες. Αυτές οι θετικές επιδράσεις διατηρήθηκαν για τουλάχιστον 4 εβδομάδες μετά το τέλος της παρέμβασης προπόνησης. Ωστόσο, δεν παρατηρήθηκε καμία αλλαγή στη β-Ε ή σε άλλες ορμόνες του υποθαλαμο-υποφυσιακού-επινεφριδικού άξονα μετά την παρέμβαση προπόνησης. (3) Η παρέμβασης προπόνησης δεν μετέβαλλε σημαντικά τις αποκρίσεις των ορμονών του υποθαλαμο-υποφυσιακού-επινεφριδικού άξονα των βαρυποτών στην οξεία άσκηση (4) Οι βαρυπότες παρουσίασαν αυξημένα επίπεδα ηπατικών ενζύμων σε σχέση με την ομάδα ελέγχου πριν και μετά την άσκηση, γεγονός που μπορεί να είναι το αποτέλεσμα της βαριάς κατανάλωσης αλκοόλ. Τα επίπεδα β-Ε σε ηρεμία δεν ήταν μειωμένα στους βαρυπότες σε σχέση με την ομάδα ελέγχου. Μετά την οξεία άσκηση, αυξήθηκαν μόνο τα επίπεδα της β-Ε των βαρυποτών και ήταν διπλάσια από αυτά της ομάδας ελέγχου. Συμπεράσματα: Οι αλκοολικοί έχουν κεντρική έλλειψη οπιοειδών, όπως υποδηλώνεται από τα χαμηλά επίπεδα β-Ε, που δεν είναι εμφανής στους βαρυπότες ίσως λόγω του χαμηλότερου επιπέδου έκθεσης στο αλκοόλ. Προτείνεται ότι η οξεία άσκηση ενεργοποιεί τον υποθαλαμο-υποφυσιακό-επινεφριδικό άξονα και σε βαρυπότες και σε αλκοολικούς ασθενείς. Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι η συστηματική άσκηση θα μπορούσε να δράσει ως μια υγιεινή συνήθεια που μπορεί να βοηθήσει άτομα με ΔΧΑ να μειώσουν τη λήψη αλκοόλ και να βελτιώσουν την κατάσταση της υγείας τους.