Auswirkungen der progressiven negativen Energiebilanz auf Glukosetoleranz, Insulinsensitivität und Beta-Zell-Funktion

Stoffwechselstörungen, Fettleibigkeit und Typ-2-Diabetes Die Häufigkeit von Übergewicht und Fettleibigkeit hat in Singapur in den letzten 2-3 Jahrzehnten zugenommen und wird voraussichtlich in Zukunft weiter zunehmen. Bis zum Jahr 2050 wird schätzungsweise mehr als die Hälfte der Bevölkerung übergewichtig oder fettleibig sein, definiert als mit einem Body-Mass-Index (BMI, berechnet als das Gewicht in Kilogramm geteilt durch das Quadrat der Körpergröße in Metern) gleich oder größer als 25kg/m2. Dies ist wahrscheinlich zumindest teilweise für die gleichzeitige Zunahme von Begleiterkrankungen im Zusammenhang mit Fettleibigkeit und insbesondere Typ-2-Diabetes verantwortlich. Die Beziehung zwischen dem BMI und dem Risiko für Typ-2-Diabetes bei Bevölkerungsgruppen aus dem asiatisch-pazifischen Raum ist innerhalb eines weiten Bereichs von BMI-Werten (von ~21 kg/m2 bis ~34 kg/m2) linear, so dass für jeweils 2 kg/ m2 Erhöhung des BMI (entspricht ~6 kg bei einer normalgewichtigen Person durchschnittlicher Statur) steigt das Risiko an Typ-2-Diabetes zu erkranken um ~27 %. In Singapur wird sich die Prävalenz von Typ-2-Diabetes voraussichtlich von 7,3 % im Jahr 1990 auf ~15 % im Jahr 2050 verdoppeln, was hauptsächlich auf die Vermästung der Bevölkerung zurückzuführen ist. Bemerkenswerterweise ist die Prävalenz von Typ-2-Diabetes in Singapur jedoch ähnlich wie in den Vereinigten Staaten, obwohl die Prävalenz von Übergewicht und Adipositas (BMI ≥ 25 kg/m2) etwa halb so hoch ist. Dies bestätigt die Ergebnisse vieler Studien, die zeigen, dass Marker für Stoffwechselstörungen und insbesondere Hyperglykämie, Hyperinsulinämie und Insulinresistenz bei Erwachsenen in Singapur weit verbreitet sind, selbst bei Menschen, die nicht übergewichtig oder fettleibig sind. Dies führt wahrscheinlich zu einem erhöhten Risiko für die Entwicklung von Typ-2-Diabetes. Diese Beobachtungen unterstreichen die Bedeutung einer körpergewichtsunabhängigen metabolischen Dysfunktion per se.

Stoffwechseleffekte von Gewichtsverlust Die Pathogenese von Typ-2-Diabetes beinhaltet eine periphere Insulinresistenz (d. h. Widerstand des peripheren Gewebes und insbesondere der Skelettmuskulatur gegen die die Glukoseaufnahme fördernde Wirkung von Insulin) und unzureichende Sekretion von Insulin aus den Betazellen der Bauchspeicheldrüse nach Glukosestimulation, was zu Fasten und postprandialer Hyperglykämie führt. Der Gewichtsverlust, der als Ergebnis einer chronisch negativen Energiebilanz erreicht wird, die auf verschiedene Weise (Kalorieneinschränkung, Bewegung, Pharmakotherapie, Adipositaschirurgie) induziert wird, verbessert die Stoffwechselfunktion und gilt als Eckpfeiler der Diabetesprävention und -behandlung. Ein Teil der vorteilhaften Wirkung der Gewichtsabnahme könnte auf die Verringerung des Gesamtkörperfetts, des intraabdominalen Fetts und der ektopischen Fettansammlung in stoffwechselaktiven Organen (z. Muskeln, Bauchspeicheldrüse und Leber), jedoch können akute Störungen der Energiebilanz (ob positiv oder negativ, für einen Zeitraum von 24-72 Stunden) die Insulinwirkung, die Betazellfunktion und die glykämische Kontrolle beeinflussen, noch bevor sich das Körpergewicht oder das Körpergewicht ändert Körperfettverteilung auftreten. Zum Beispiel stört ein Tag Überfütterung die 24-Stunden-Glukosehomöostase und zwei Tage Kalorienrestriktion verbessern die Insulinwirkung. Ebenso kann Bewegung auch zu einer negativen Energiebilanz führen und ist eine sehr wirksame Intervention, die die Stoffwechselfunktion und insbesondere die Insulinsensitivität bereits nach nur einer Sitzung verbessert. Dennoch ist der Grad der negativen Energiebilanz, der durch Kalorieneinschränkung oder Bewegung erreicht werden muss, um die Insulinwirkung und die Betazellfunktion zu verbessern, nicht bekannt, und die Dosis-Wirkungs-Beziehung zwischen negativer Energiebilanz und Stoffwechselfunktion bleibt schwer fassbar. Darüber hinaus ist die vergleichende Wirksamkeit von Kalorienrestriktion und Bewegung auf die Verbesserung der Mechanismen, die die Glukosehomöostase regulieren (d. h. Insulinsensitivität und Betazellfunktion) wurde nicht ausreichend untersucht. Eine Studie ergab, dass bei gleicher Gewichtsabnahme (8-9 % des anfänglichen Körpergewichts), die durch eine kalorienarme Ernährung oder Ausdauertraining hervorgerufen wird, das Training zu einer stärkeren Verringerung der Fettmasse, einer geringeren Abnahme der Muskelmasse und zu einer Verringerung der Muskelmasse führte ein größerer Anstieg der Insulin-vermittelten Glukoseverwertung während einer hyperinsulinämisch-euglykämischen Klemme (um ~30 %) und eine stärkere Reduktion der Gesamtinsulinantwort auf einen oralen Glukosetoleranztest (um ~2,5-fach) im Vergleich zu einer angepassten Diät- induzierter Gewichtsverlust; obwohl diese Unterschiede keine statistische Signifikanz erreichten. Diese Beobachtungen werfen die Möglichkeit auf, dass Bewegung bei gleicher negativer Energiebilanz effektiver sein kann als eine Kalorieneinschränkung bei der Verbesserung der Stoffwechselfunktion; diese Befunde sind jedoch angesichts der damit einhergehenden günstigeren Veränderungen der Körperzusammensetzung und Fettverteilung schwer zu interpretieren. Keine Studie hat die Auswirkungen der gleichen akuten negativen Energiebilanz, die durch Kalorieneinschränkung oder Aerobic-Übungen auf die Stoffwechselfunktion hervorgerufen wird, direkt bewertet.

Dementsprechend wird ein besseres Verständnis der Auswirkungen von Kalorieneinschränkung und Bewegung auf die Insulinsensitivität, die Betazellfunktion und die tägliche glykämische Kontrolle wichtige Auswirkungen auf die Gestaltung einer wirksamen Lebensstilintervention haben, die auf die Prävention oder Behandlung von Typ-2-Diabetes abzielt. Zu diesem Zweck zielt diese Studie darauf ab, die folgenden Hypothesen zu testen:

Hypothese 1: Es wird die Hypothese aufgestellt, dass ein einziger Tag mit negativer Energiebilanz, die durch Kalorieneinschränkung induziert wird, die intravenöse Glukosetoleranz aufgrund der verbesserten Betazellfunktion ohne Änderungen der Insulinsensitivität verbessert. Die Forscher stellen ferner die Hypothese auf, dass dieser Effekt eine negative Energiebilanz von 20 % erfordert und sich bei einer größeren Energieeinschränkung (40 %) nicht weiter verbessert.

Hypothese 2: Es wird die Hypothese aufgestellt, dass ein einziger Tag mit negativer Energiebilanz, die durch Aerobic-Übungen induziert wird, die intravenöse Glukosetoleranz aufgrund einer verbesserten Insulinsensitivität ohne Änderungen der Beta-Zell-Funktion verbessert. Die Forscher gehen weiter davon aus, dass dieser Effekt eine negative Energiebilanz von 20 % erfordert und sich mit einer größeren Energieeinschränkung (40 %) weiter verbessert.

Hypothese 3: Es wird die Hypothese aufgestellt, dass bei jedem gegebenen Niveau der negativen Energiebilanz (20 % oder 40 %) eine Kalorieneinschränkung eine größere Wirkung als aerobes Training auf die Betazellfunktion hat, während aerobes Training eine größere Wirkung als eine Kalorieneinschränkung auf Insulin hat Empfindlichkeit.