Die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies als Reaktion auf Glutathion-Supplementierung und akutes Training (DIMITOS)

ROS-Produktion als Reaktion auf eine Glutathion-Supplementierung:

Heute leiden weltweit 387 Millionen Menschen an T2D und es wird erwartet, dass diese Zahl bis 2035 auf 592 Millionen steigen wird. Die Skelettmuskulatur ist für ~75 % der gesamten Glukoseaufnahme verantwortlich, was die Skelettmuskulatur zum quantitativ wichtigsten Gewebe in Bezug auf die Insulinresistenz macht (1). Es wurde vermutet, dass oxidativer Stress einen möglichen ursächlichen Faktor in der Pathophysiologie der Insulinresistenz der Skelettmuskulatur darstellen könnte. Der Zusammenhang zwischen ROS und der Insulinresistenz der Skelettmuskulatur wurde sowohl in vitro als auch in vivo nachgewiesen (2, 3), aber nur wenige Studien haben tatsächlich die ROS-Produktion in der Skelettmuskulatur von T2D-Patienten gemessen (4-6). Mitochondrien sind eine Quelle von ROS und auch ein Hauptziel oxidativer Schäden (7). Das mitochondriale Abwehrsystem gegen oxidativen Stress ist auf körpereigene Antioxidantien angewiesen. Glutathion (GSH) ist das am häufigsten vorkommende endogene Antioxidans in der Zelle und somit ein entscheidender Schutz gegen oxidativen Stress und Insulinresistenz (8). Unterstützend haben Patienten mit T2D einen verringerten GSH-Spiegel und einen erhöhten Spiegel von oxidiertem GSH (GSSG) im Plasma (9) und es wird berichtet, dass insulinresistente Patienten eine erhöhte mitochondriale ROS-Produktion sowie ein verringertes GSH/GSSG-Verhältnis aufweisen Skelettmuskel im Vergleich zu gesunden Kontrollen (3). Darüber hinaus wurde festgestellt, dass eine 1-stündige Glutathion-Infusion die Glukoseaufnahme bei Patienten mit T2D um ~25 % erhöht und die Redoxumgebung verbessert, was sich in einem erhöhten GSH/GSSG-Verhältnis im Plasma widerspiegelt; Effekte, die bei den gesunden Kontrollen nicht beobachtet wurden (10). Die Wirkung einer verlängerten oralen GSH-Supplementierung auf die Insulinsensitivität der Skelettmuskulatur und die mitochondriale ROS-Produktion bei Patienten mit T2D wurde unseres Wissens noch nie untersucht.

Forschungsfragen 1: Verbessert eine orale GSH-Supplementierung die Insulinsensitivität der Skelettmuskulatur bei Patienten mit T2D und gesunden Kontrollpersonen? Und wenn ja, kann dieser Effekt mit einem günstigeren Redoxzustand in der Muskelzelle in Verbindung gebracht werden? Hypothese: Die orale GSH-Supplementierung wird die Insulinsensitivität der Skelettmuskulatur bei Patienten mit T2D verbessern, und dieser Effekt wird mit einer reduzierten mitochondrialen ROS-Produktion im Skelettmuskel in Verbindung gebracht.

ROS-Produktion als Reaktion auf akutes Training:

Akute sportliche Betätigung induziert einen deutlichen Anstieg der Transkription von Peroxisom-Proliferator-aktiviertem Rezeptor-γ-Coaktivator-1α (PGC-1α) (11), und daher wird angenommen, dass PGC-1α eine Schlüsselrolle bei der trainingsinduzierten mitochondrialen Biogenese spielt (12 ). Die Kontraktion von Ratten-Skelettmuskelzellen erhöht die ROS-Produktion und die PGC-1α-mRNA-Expression, aber in Gegenwart von Antioxidantien wird die ROS-Produktion reduziert und die Zunahme der PGC-1α-mRNA aufgehoben (13). Auch Übung in Kombination mit Allopurinol (einem Inhibitor der ROS-Produktion) schwächt das Ausmaß der durch Übung verursachten erhöhten PGC-1α-mRNA bei Ratten im Vergleich zu Übung allein stark ab (14). Diese Ergebnisse legen nahe, dass PGC-1α zumindest teilweise durch einen Mechanismus reguliert wird, an dem ROS beteiligt ist. Darüber hinaus wurde vermutet, dass ROS PGC-1α über die Aktivierung von AMP-aktivierter Proteinkinase (AMPK) reguliert (15). Interessanterweise haben Patienten mit Insulinresistenz im Vergleich zu schlanken Kontrollpersonen (16, 17) eine verringerte belastungsstimulierte AMPK-Aktivität, was die bei einigen Patienten mit T2D (5, 17, 18) beobachtete abgeschwächte trainingsinduzierte mitochondriale Biogenese erklären könnte (5, 17, 18). nicht alle (19). Ob die ROS-Produktion an einer abnormalen Trainingsreaktion beteiligt ist, ist nicht bekannt. Unser derzeitiges Wissen über ROS als Reaktion auf akutes Training stammt aus Studien an Tieren und Zellen, und unseres Wissens hat keine Studie den Zusammenhang zwischen ROS und mitochondrialer Biogenese bei Patienten mit T2D als Reaktion auf akutes Training untersucht.

Forschungsfrage 2: Unterscheidet sich die belastungsinduzierte erhöhte ROS-Produktion, die für eine mitochondriale Biogenese-Reaktion erforderlich ist, zwischen Patienten mit T2D und gesunden Kontrollpersonen? Wenn ja, reduziert Training mit niedriger Intensität die transiente ROS-Produktion und führt somit zu einer höheren mitochondrialen Biogenese-Reaktion bei Patienten mit T2D im Vergleich zu Training mit hoher Intensität? Hypothese: Unter Berücksichtigung des pathologischen Zustands des T2D-Skelettmuskels (d. h. hohes chronisches ROS-Niveau), wird die Hypothese aufgestellt, dass eine geringere Trainingsintensität, die zu einer geringeren belastungsstimulierten ROS-Produktion führt, ein optimalerer Stimulus ist (d.h. nicht zu hoch) für die mitochondriale Biogenese bei Patienten mit T2D.

Material und Methodik:

20 Patienten mit T2D (nicht insulinabhängig) und 20 gesunde Kontrollpersonen werden für die Studie rekrutiert. Die beiden Gruppen werden nach Alter, Gewicht und maximalem Sauerstoffverbrauch (VO2 max) abgeglichen.

Ansatz für die Studie: Die Studie ist eine doppelblinde, randomisierte, Placebo-kontrollierte Studie.

Bei jedem Laborbesuch (außer am Tag des Screenings) werden die Probanden gebeten:

• Melden Sie sich über Nacht im nüchternen Zustand im Labor
• Verzichten Sie 24 Stunden vor jedem Studientag auf Alkohol und körperliche Aktivität.
• Wiederholen Sie die gleiche Diät, die der beigefügte 24-Stunden-Fragebogen zur Rückrufaktion vorschreibt (die Probanden werden auch gebeten, bei ihrem ersten Besuch im Labor einen 24-Stunden-Fragebogen zur Rückrufaktion auszufüllen)

Screening: Bevor die Probanden in die Studie aufgenommen werden, wird eine klinische Standarduntersuchung durchgeführt, einschließlich Anamnese, glykiertem Hämoglobin (HbA1c) und EKG.

Wenn sie in die Studie aufgenommen werden, werden die Probanden vor und nach der Intervention 3 experimentellen Tagen unterzogen.

Testtag 1:

• Dual Energy X-ray Absorptiometry-Scan zur Messung der Körperzusammensetzung,
• Inkrementeller Belastungstest zur Bestimmung der Belastungsintensität, die eine maximale Fettoxidation auslöst (Fatmax-Test)
• Inkrementeller Belastungstest bis zur Erschöpfung zur Bestimmung von VO2 max.

Testtag 2:

• Muskelbiopsien aus Vastus lateralis (basal, unmittelbar nach Beendigung der Belastung und nach 90-minütiger Erholung)

• Akute Belastungstests auf Fahrradergometern bei 70 % VO2 max (mittlere Intensität) oder bei 50 % VO2 max (geringe Intensität). Die beiden Belastungstests werden auf den Gesamtarbeitsaufwand (kJ) abgestimmt.

  10 Probanden mit T2D und 10 Kontrollpersonen werden zu jedem Belastungstest randomisiert.

Testtag 3:

• Messung des Ruheumsatzes durch Canopy Hood (basal und während der Klemmung)
• Intravenöser Glukosetoleranztest
• Hyperinsulinämische euglykämische Klemme

Nach den Versuchstagen werden die Probanden randomisiert einer Placebo- oder GSH-Ergänzung zugeteilt und angewiesen, 4 Wochen lang entweder 1000 mg GSH/Tag oder Placebo täglich (2 Tabletten morgens und 2 Tabletten abends) zu sich zu nehmen.

Statistische Überlegungen:

Der Vergleich der Gruppen oder der Interventionen wird je nach Bedarf unter Verwendung eines einfachen oder zweifachen ANOVA-Tests mit wiederholten Messungen durchgeführt. Basierend auf der in früheren Studien gezeigten Variation wird eine erwartete Power von 80 % und ein Signifikanzniveau von P