Eine Pilotstudie zur Untersuchung der Auswirkungen einer Vitamin-D-Supplementierung auf die mitochondriale Bioenergetik bei älteren Erwachsenen

In den letzten zwei Jahrzehnten hat sich die Rolle von Vitamin D über die Knochengesundheit hinaus erweitert und umfasst ein breites Spektrum biologischer Aktivitäten, die für die Muskelfunktion bei älteren Erwachsenen wichtig sind. Niedrige Konzentrationen von 25-Hydroxyvitamin D (25[OH]D) (<30 ng/ml) sind mit Muskelschwäche der unteren Extremitäten, beeinträchtigter körperlicher Leistungsfähigkeit und langsamerer Gehgeschwindigkeit verbunden,(1-8) bekannte Risikofaktoren für Behinderungen.(9 -fünfzehn) Niedrige 25(OH)D-Konzentrationen bei älteren Erwachsenen wurden auch mit Gebrechlichkeit sowie den einzelnen Gebrechlichkeitskomponenten wie Muskelschwäche, langsamer Gehgeschwindigkeit und Erschöpfung/Müdigkeit in Verbindung gebracht.(16-18) Zu den klinischen Befunden eines Vitamin-D-Mangels (25(OH)D <12 ng/ml) gehören proximale Muskelschwäche, Muskelschmerzen und Gangstörungen, die häufig durch eine Vitamin-D-Supplementierung behoben werden (19;20). Die Auswirkungen von Vitamin D auf die Mechanismen, die der Muskelfunktion zugrunde liegen, sind jedoch nicht gut verstanden. Jüngste Beweise unterstützen eine Rolle von Vitamin D im mitochondrialen Stoffwechsel der Skelettmuskulatur. Unter Verwendung von 31P-MRS-Bildgebung wurde ein Anstieg der maximalen mitochondrialen oxidativen Phosphorylierung (OXPHOS) nach einer Vitamin-D-Supplementierung berichtet.(21) Daher stellen wir die Hypothese auf, dass Muskelschwäche und langsame Gehgeschwindigkeit bei Personen mit niedrigen 25(OH)D-Konzentrationen teilweise auf eine verminderte OXPHOS-Aktivität und eine geringere ATP-Erzeugung in den Mitochondrien der Skelettmuskulatur zurückzuführen sind.

Ein Vitamin-D-Mangel ist bei älteren Erwachsenen häufig und reicht je nach verwendetem Cut-Point (25(OH)D < 20 ng/ml oder < 30 ng) von etwa einem Drittel bis zu drei Vierteln der in Gemeinschaft lebenden Erwachsenen im Alter von ≥ 70 Jahren /ml).(22;23) In ähnlicher Weise wird der Rückgang der Bioenergetik allgemein mit zunehmendem Alter in Verbindung gebracht.(24) Daher kann die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Vitamin D und mitochondrialer Bioenergetik unser Verständnis der zugrunde liegenden Mechanismen und des Spektrums potenzieller Vorteile der Behebung niedriger 25(OH)D-Konzentrationen bei älteren Erwachsenen verbessern.

Ziel der Studie ist es, vorläufige Daten zur Wirkung einer Erhöhung der 25(OH)D-Konzentration bei älteren Erwachsenen mit Vitamin-D-Insuffizienz auf ≥30 ng/ml durch Vitamin-D3-Supplementierung auf 1) bioenergetische Profile mehrerer Blutzellpopulationen, Skelett, zu erhalten Muskelmitochondrien und Muskelfasern und 2) Skelettmuskel-Mitochondrienmasse und Biogenese.

Hypothese 1: Die bioenergetische Kapazität sowie die Atmungskontrolle in Muskelmitochondrien, Muskelfasern und Blutzellen werden nach 4 Monaten Vitamin-D3-Supplementierung verbessert.

Hypothese 2: Die Expression von Schlüsselproteinen der Mitochondrien (VDAC/Porin und COX4) und Regulatoren der Mitochondrien-Biogenese (PGC1a, SIRT1, SIRT3 und TFAM) wird nach 4 Monaten Vitamin-D3-Supplementierung höher sein.

Wir planen, Personen nur aus Screen Fails der EVIDENCE-Studie (IRB00022395) zu rekrutieren. In die EVIDENCE-Studie werden 200 Teilnehmer aufgenommen, deren 25(OH)D-Konzentrationen 18-<30 ng/ml betragen. Diejenigen, deren Konzentrationen bei ihrem EVIDENCE-Screening-Besuch 12-<18 ng/ml betragen, werden über die Teilnahme an dieser Pilotstudie angesprochen. Wir werden den EVIDENCE Screen Fails verwenden, da dies eine Pilotstudie mit begrenzter Finanzierung ist, die Screening-Labore (25(OH)D) teuer sind und die zum Screening erforderliche Anzahl in einer Pilotstudie unerschwinglich wäre, und diese beiden Studien sind es laufen in der gleichen Klinik mit dem gleichen Personal. Alle Screening-Maßnahmen werden während der EVIDENCE-Studie durchgeführt, und die Maßnahmen für diese Studie beginnen beim Baseline-Besuch.

Alle Personen, bei denen das Screening auf EVIDENCE mit einer 25(OH)D-Konzentration von 12-<18 ng/mL fehlschlägt, werden darüber informiert, dass sie nicht für die EVIDENCE-Studie in Frage kommen, und werden mit diesen Ergebnissen angerufen. Wenn sie alle dieselben Eignungskriterien für diese Studie erfüllen, die Teilnehmer mit Erkrankungen ausschließt, die ihre Fähigkeit beeinträchtigen könnten, die neuromuskulären Funktionstests sicher durchzuführen, Vitamin-D-Präparate einzunehmen oder sich einer Muskelbiopsie zu unterziehen, werden diese Personen darüber informiert, dass wir eine weitere haben Studie für diejenigen, deren Vitamin-D-Spiegel unzureichend sind. Bei Interesse werden sie gebeten, zu einem Basisbesuch zu kommen (solange dieser Besuch innerhalb von 2 Monaten nach ihrem EVIDENCE-Screening-Besuch stattfinden kann). Personen, die vor mehr als 2 Monaten für die EVIDENCE-Studie gescreent wurden, kommen für diese Studie nicht in Frage, da die Laborarbeit und andere durchgeführte Tests möglicherweise nicht mehr genau sind.