Produkce reaktivních druhů kyslíku v reakci na suplementaci glutathionu a akutní cvičení (DIMITOS)

Produkce ROS v reakci na suplementaci glutathionu:

Dnes trpí T2D 387 milionů lidí na celém světě a očekává se, že toto číslo vzroste v roce 2035 na 592 milionů. Kosterní sval je zodpovědný za ~75 % celkového příjmu glukózy, díky čemuž je kosterní sval kvantitativně nejdůležitější tkání, pokud jde o inzulínovou rezistenci (1). Bylo navrženo, že oxidační stres může představovat možný kauzativní faktor v patofyziologii inzulinové rezistence kosterního svalstva. Souvislost mezi ROS a inzulinovou rezistencí kosterního svalstva byla prokázána jak in vitro, tak in vivo (2, 3), ale jen málo studií ve skutečnosti měřilo produkci ROS v kosterním svalu pacientů s T2D (4-6). Mitochondrie jsou zdrojem ROS a také hlavním cílem oxidačního poškození (7). Mitochondriální obranný systém proti oxidativnímu stresu se opírá o endogenní antioxidanty. Glutathion (GSH) je nejhojnějším endogenním antioxidantem v buňce, a proto zásadním ochráncem před oxidativním stresem a inzulinovou rezistencí (8). Na podporu toho mají pacienti s T2D sníženou hladinu GSH a zvýšenou hladinu oxidovaného GSH (GSSG) v plazmě (9) a u jedinců rezistentních na inzulín se uvádí, že mají zvýšenou mitochondriální produkci ROS a také snížený poměr GSH/GSSG v kosterního svalstva ve srovnání se zdravými kontrolami (3). Navíc bylo zjištěno, že 1 hodinová infuze glutathionu zvyšuje vychytávání glukózy u pacientů s T2D o ~25 % a zlepšuje redoxní prostředí, což se odráží ve zvýšeném poměru GSH/GSSG v plazmě; účinky, které nebyly pozorovány u zdravých kontrol (10). Účinek prodloužené perorální suplementace GSH na inzulínovou senzitivitu kosterního svalstva a mitochondriální produkci ROS u pacientů s T2D nebyl, pokud je nám známo, nikdy zkoumán.

Výzkumné otázky 1: Zlepšuje perorální suplementace GSH inzulínovou senzitivitu kosterního svalstva u pacientů s T2D a zdravých kontrol? A pokud ano, může být tento účinek spojen s prospěšnějším redoxním stavem ve svalové buňce? Hypotéza: Perorální suplementace GSH zlepší inzulinovou senzitivitu kosterního svalstva u pacientů s T2D a tento účinek bude spojen se sníženou mitochondriální produkcí ROS v kosterním svalu.

Produkce ROS v reakci na akutní cvičení:

Akutní cvičení vyvolává výrazné zvýšení transkripce peroxisomového proliferátorem aktivovaného receptoru-γ koaktivátoru-1α (PGC-1α) (11), a proto se předpokládá, že PGC-1α hraje klíčovou roli v tréninkem indukované mitochondriální biogenezi (12 ). Kontrakce buněk kosterního svalstva potkana zvyšuje produkci ROS a expresi mRNA PGC-1α, ale v přítomnosti antioxidantů je produkce ROS snížena a nárůst mRNA PGC-1α je zrušen (13). Cvičení v kombinaci s alopurinolem (inhibitorem tvorby ROS) také výrazně zeslabuje velikost cvičením indukovaného zvýšení PGC-1α mRNA u potkanů ​​ve srovnání se samotným cvičením (14). Tato zjištění naznačují, že PGC-1α, alespoň částečně, je regulován prostřednictvím mechanismu, který zahrnuje ROS. Dále bylo navrženo, že ROS reguluje PGC-1α prostřednictvím aktivace AMP-aktivované proteinkinázy (AMPK) (15). Je zajímavé, že subjekty s inzulinovou rezistencí mají sníženou aktivitu AMPK stimulovanou cvičením ve srovnání s štíhlými kontrolami (16, 17), což by mohlo vysvětlit oslabenou mitochondriální biogenezi vyvolanou tréninkem pozorovanou u některých pacientů s T2D (5, 17, 18), ale ne všechny (19. Není známo, zda se produkce ROS podílí na abnormální tréninkové reakci. Naše současné znalosti o ROS v reakci na akutní cvičení jsou odvozeny ze studií na zvířatech a buňkách a žádná studie, pokud je nám známo, nezkoumala souvislost mezi ROS a mitochondriální biogenezí u pacientů s T2D v reakci na akutní cvičení.

Výzkumné otázky 2: Liší se cvičením vyvolaná zvýšená produkce ROS potřebná pro odpověď mitochondriální biogeneze mezi pacienty s T2D a zdravými kontrolami? Pokud ano, snižuje cvičení s nízkou intenzitou přechodnou produkci ROS a má tedy za následek vyšší odpověď mitochondriální biogeneze u pacientů s T2D ve srovnání s cvičením s vysokou intenzitou? Hypotéza: Vzhledem k patologickému stavu kosterního svalstva T2D (tj. vysoká chronická hladina ROS), předpokládá se, že nižší intenzita cvičení vedoucí k nižší produkci ROS stimulovanou cvičením je optimálnějším stimulem (tj. ne příliš vysoká) pro mitochondriální biogenezi u pacientů s T2D.

Materiál a metodika:

Do studie bude přijato 20 pacientů s T2D (nezávislí na inzulínu) a 20 zdravých kontrol. Obě skupiny budou shodné podle věku, hmotnosti a maximální spotřeby kyslíku (VO2 max).

Přístup ke studii: Studie je dvojitě zaslepená randomizovaná placebem kontrolovaná studie.

Při každé návštěvě laboratoře (kromě dne screeningu) jsou subjekty požádány, aby:

• Oznamte laboratoři ve stavu nalačno přes noc
• 24 hodin před každým dnem studie se zdržte alkoholu a fyzické aktivity.
• Opakujte stejnou dietu, jakou předepisuje přiložený 24hodinový dotazník (subjekty jsou také požádány, aby při své první návštěvě laboratoře vyplnily 24hodinový dotazník pro stažení stravy)

Screening: Před zařazením subjektů do studie bude provedeno standardní klinické vyšetření včetně anamnézy, glykovaného hemoglobinu (HbA1c) a EKG.

Pokud jsou zahrnuti do studie, subjekty podstoupí 3 experimentální dny před a po intervenci.

Testovací den 1:

• Duální energetický rentgenový absorpční sken pro měření tělesného složení,
• Přírůstkový zátěžový test k určení intenzity cvičení, která vyvolává maximální oxidaci tuků (Fatmax test)
• Inkrementální zátěžový test do vyčerpání ke stanovení VO2 max.

Testovací den 2:

• Svalové biopsie z vastus lateralis (bazální, ihned po ukončení cvičení a po 90 minutách zotavení)

• Akutní zátěžové testy na bicyklových ergometrech při 70 % VO2 max (střední intenzita) nebo při 50 % VO2 max (nízká intenzita). Dva zátěžové testy budou přizpůsobeny celkovému množství práce (kJ).

  Do každého zátěžového testu je randomizováno 10 subjektů s T2D a 10 kontrolních subjektů.

Testovací den 3:

• Měření klidové rychlosti metabolismu baldachýnem (bazální a během svorky)
• Intravenózní glukózový toleranční test
• Hyperinzulinemická euglykemická svorka

Po experimentálních dnech jsou subjekty randomizovány do placeba nebo suplementace GSH a instruovány, aby konzumovaly buď 1000 mg GSH/den nebo placebo denně (2 tablety ráno a 2 tablety večer) po dobu 4 týdnů.

Statistická hlediska:

Porovnání skupin nebo intervencí bude provedeno pomocí jednosměrného nebo dvoucestného testu ANOVA s opakovanými měřeními, podle potřeby. Na základě variace uvedené v předchozích studiích očekávaná 80% síla a hladina významnosti P