Kontraktions-(Übungs-)vermittelte Glukoseaufnahme als therapeutisches Ziel bei Typ-2-Diabetes

Ziel 1: Bestimmung, ob eine akute Infusion von Natriumnitroprussid, einem NO-Donor, die Glukoseaufnahme in den Beinen bei Patienten mit Typ-2-Diabetes im Ruhezustand erhöht.

Zwanzig männliche Typ-2-Diabetiker im Alter zwischen 30 und 60 Jahren werden aus unserer Klinik und über Anzeigen rekrutiert. Die Aufnahmekriterien:

• Nichtraucher
• frei von offenkundiger Koronarerkrankung (Belastungs-EKG)
• Body-Mass-Index < 35 kg.m-2
• Nüchtern-Plasmaglukose > 7 mmol.L-1 und/oder nach 75 g oraler Glukosebelastung Plasmaglukosespiegel von > 11,1 mmol.L-1
• unmedikamentös (diätkontrolliert)

Der Beinblutfluss (Thermodilution) und Glukoseaufnahmereaktionen (arteriell-venöse Differenzen) auf drei kumulative Dosen von Natriumnitroprussid (0,1, 0,3 und 0,6 ug.kg – 1.min –1 , 10 Minuten pro Dosis), die in die Femoralarterie infundiert wurden unter Verwendung von Techniken, die in unserem Labor etabliert sind, werden bewertet. Die Dosen basieren auf unseren umfangreichen unveröffentlichten Beobachtungen und wurden so berechnet, dass sie auf dem linearen Teil der Dosis-Wirkungs-Kurve liegen und lokale und nicht systemische hämodynamische Wirkungen hervorrufen. Als Kontrolle werden wir auch die Reaktionen auf den Nitrat-unabhängigen Vasodilatator Verapamil (Isoptin) (1, 3 und 6 ug.kg-1.min-1 Dosen). Verapamil ist ein Calciumkanalantagonist, der durch direkte Wirkung auf die glatte Muskulatur eine Vasodilatation bewirkt. Die Dosen werden titriert, um ähnliche Blutflussreaktionen zu ergeben, und die beiden Medikamente werden in zufälliger Reihenfolge mit einer 60-minütigen Auswaschphase verabreicht. Verapamil-Dosen werden in Pilotversuchen ermittelt. Vastus lateralis-Biopsien werden zu Studienbeginn und nach der höchsten Dosis jedes Medikaments durchgeführt und die cGMP- und GLUT-4-Translokation gemessen.

Als Vergleich zu Typ-2-Diabetikern wird eine einzelne Vastus-lateralis-Biopsie durchgeführt.

Bedeutung: Diese Studie wird bestimmen, ob eine akute NO-Supplementierung die Muskel-GLUT-4-Translokation und die Glukoseaufnahme bei Patienten mit Typ-2-Diabetes stimuliert.

Pilotstudie: Um zu bestimmen, ob orale Nitrate die ausgeatmeten NO-Spiegel bei gesunden Freiwilligen erhöhen, und um Isosorbidmononitrat (ISMN) mit Pentaerythritoltetranitrat (PETN) zu vergleichen, um festzustellen, welches Medikament bei der Erhöhung des ausgeatmeten NO wirksamer ist.

15 gesunde männliche Freiwillige (wie durch ein medizinisches Screening festgestellt) im Alter zwischen 18 und 65 Jahren werden über Anzeigen rekrutiert. Die Einschlusskriterien für gesunde Kontrollen sind:

• Nichtraucher
• frei von offenkundiger Koronarerkrankung (EKG)
• Body-Mass-Index < 30 kg.m-2
• Nüchtern-Plasmaglukose < 6,1 mmol.L-1
• unbehandelt

Es werden Blutproben entnommen und ein oraler Glukosetoleranztest (OGTT) durchgeführt. Ausgeatmetes Stickstoffmonoxid (NO) und der pulmonale Blutfluss werden in Zusammenarbeit mit Dr. Bruce Thompson von der Alfred Respiratory Department gemessen. Natriumnitroprussid (SNP) ist ein bekannter NO-Donor und wird als positive Kontrolle verwendet. Nach den Ausgangsmessungen erhalten die Teilnehmer eine intravenöse (Unterarmvene) Infusion von SNP (titriert von 0,3 ug/kg/min bis maximal 3 ug/kg/min über 30 Minuten). Der Blutdruck wird während der gesamten Dauer mit einem automatisierten Blutdruckmessgerät überwacht. Nach der Infusion wird das ausgeatmete NO und der pulmonale Blutfluss gemessen.

Die Teilnehmer beginnen dann mit der zweiten Phase der Studie, um festzustellen, ob ISMN und PETN die ausgeatmeten NO-Spiegel erhöhen und um festzustellen, welches Medikament in dieser Hinsicht wirksamer ist.

Besuch 2, 3 und 4: Die Teilnehmer erhalten jedes der folgenden Studienmedikamente in einem randomisierten lateinischen Quadratdesign:

• Placebo einmal verabreicht am Morgen von Besuch 2, 3 oder 4,
• ISMN-Mononitrat mit verlängerter Freisetzung (120 mg), einmal verabreicht am Morgen von Besuch 2, 3 oder 4; &
• Pentaerythritoltetranitrat (160 mg einmal am Morgen von Besuch 2, 3 oder 4 verabreicht).

Zwischen jeder Behandlung/jedem Besuch gibt es eine 7-tägige Auswaschphase. Die Teilnehmer werden drei Stunden nach Verabreichung jedes Studienmedikaments wiederholten Messungen von ausgeatmetem NO, Lungenblutfluss und OGTT unterzogen. Blut wird vor und stündlich nach der Einnahme jedes Medikaments zur Messung von NO-Metaboliten (z. Nitrit/Nitrat, Nitrosothiole, Nitrosohämoglobin). Nitrat-Medikamente werden gelegentlich mit Kopfschmerzen und Schwindel in Verbindung gebracht. Kopfschmerzen können mit Paracetamol behandelt werden.

Endpunkte zu Studienbeginn und nach der Behandlung sind:

• Post 75 g orale Glukosebelastung
• Ausgeatmete NO-Werte
• Lungendurchblutung

Bedeutung: Sobald der effektivste NO-Donor bestimmt wurde, wird er in der in Ziel 2 beschriebenen chronischen Nitratstudie verwendet.

Ziel 2: Bestimmung, ob eine chronische Nitrattherapie über 12 Wochen die Glukosetoleranz und den HbA1c bei Patienten mit Typ-2-Diabetes verbessert.

Zwanzig männliche Typ-2-Diabetiker im Alter zwischen 30 und 60 Jahren, die die in Ziel 1 festgelegten Einschlusskriterien erfüllen, werden aus unseren Kliniken und durch Ausschreibung rekrutiert. Die Patienten werden randomisiert einer 12-wöchigen Behandlung sowohl mit langwirksamer Nitrattherapie (Isosorbidmononitrat 60 mg täglich, Imdur) als auch mit Placebo (Cross-Over-Design) zugeteilt. Primäre Endpunkte sind:

• glykiertes Hämoglobin (HbA1c)
• Ganzkörper-Glukoseaufnahme im Ruhezustand (stabile Glukose-Tracer-Methodik, (39-41))
• Ganzkörper-Glukoseaufnahme nach (0-2 Stunden) einer oralen Glukosebelastung von 75 g (Tracer-Methodik)
• Skelettmuskel-cGMP und GLUT-4-Translokation (Vastus-lateralis-Muskelbiopsie vor und nach Glukosebelastung)
• Skelettmuskelglykogen, Laktat, Phosphokreatin, Kreatin und ATP Bedeutung: Diese Studie wird bestimmen, ob eine chronische Nitrattherapie die GLUT-4-Translokation / Glukoseaufnahme erhöht und positive Auswirkungen auf die glykämische Kontrolle bei Patienten mit Typ-2-Diabetes hat.

Ziel 3:

Es sollte bestimmt werden, ob die akute Infusion von AICAR, einem AMP-Analogon, bei Patienten mit Typ-2-Diabetes die Glukoseaufnahme in den Beinen im Ruhezustand erhöht.

Zwanzig gesunde Männer und zwanzig männliche Typ-2-Diabetiker im Alter zwischen 30 und 60 Jahren werden aus unserer Klinik und über Anzeigen rekrutiert. Die Einschlusskriterien für Diabetiker sind:

• Nichtraucher
• frei von offenkundiger Koronarerkrankung (Belastungs-EKG)
• Body-Mass-Index < 35 kg.m-2
• Nüchtern-Plasmaglukose > 7 mmol.L-1 und/oder nach 75 g oraler Glukosebelastung Plasmaglukosespiegel von > 11,1 mmol.L-1
• unmedikamentös (diätkontrolliert)

Der Beinblutfluss (Thermodilution) und die Glukoseaufnahme (arteriell-venöse Unterschiede) reagieren auf eine 60-minütige intrafemorale Infusion von AICAR (1 mg.kg-1.min-1, Clinalfa, Schweiz) unter Verwendung von in unserem Labor etablierten Techniken bewertet. Als Kontrolle messen wir auch die Reaktionen auf die Vehikelinfusion (Kochsalzlösung) vor dem Beginn der Dosis-Wirkungs-Kurve (60 min). Plasmafreie Fettsäuren, Glycerin, Triglyceride und Laktat werden bestimmt und Blutgase werden gemessen, um den respiratorischen Quotienten zu bestimmen. Vastus lateralis-Biopsien werden zu Studienbeginn und nach AICAR durchgeführt und die folgenden Parameter quantifiziert:

• AMPK-Aktivität
• nNOS-Phosphorylierung
• NOS-Aktivität
• GLUT-4-Translokation