Personalisiertes Bewegungstraining bei Jugendlichen mit Typ-2-Diabetes zur frühzeitigen Vorbeugung von Betazelldysfunktionen (PT4DEEP)

Diabetes mellitus (DM) ist eine Stoffwechselerkrankung, die durch Hyperglykämie aufgrund der Insulinsekretion oder einer unzureichenden Insulinfunktion gekennzeichnet ist. Bei Typ-2-Diabetes (T2DM), der häufigsten DM-Form, zählen ein hoher Body-Mass-Index, ungesunde Ernährung, verminderte körperliche Aktivität, ein ungünstiges intrauterines Umfeld und eine ungünstige genetische Veranlagung zu den Risikofaktoren. In den letzten 20 Jahren ist die Prävalenz von T2DM bei Jugendlichen weltweit um ein Vielfaches gestiegen.

Im Vergleich zu Erwachsenen mit T2DM, die trotz jahrelanger Insulinresistenz in einem späteren Alter sekundäre Komplikationen entwickeln, entwickeln Jugendliche schneller und aggressiver klinisches T2DM und Komplikationen. Jugendliche mit T2DM haben mit den aktuellen Behandlungsprotokollen sehr schlechte Behandlungsergebnisse und einen raschen Rückgang ihrer Blutzuckerkontrolle. Der frühe Beginn von T2DM und die längere Exposition gegenüber diesen Stoffwechselstörungen verstärken die langfristigen mikro- und makrovaskulären Komplikationen dieser Kinder. Laut dem T2DM-Atlas der International Diabetes Federation wird T2DM in der Prognose für 2045 bei Jugendlichen und jungen Menschen ein epidemisches Ausmaß erreichen. Daher gewinnen die Verhinderung der Entwicklung von T2DM, die Verlangsamung des Fortschreitens der Krankheit, das Stoppen und die Behandlung große Bedeutung.

Zu den wichtigsten Stoffwechselfaktoren bei der Entwicklung von T2DM bei Jugendlichen zählen IR in der Leber, im Muskel, im Fettgewebe und schließlich das Versagen der β-Zellen. Die detaillierten molekularen Mechanismen im Zusammenhang mit dem pathologischen Prozess sind jedoch noch nicht klar. Oxidativer Stress, der sich in einer Störung des oxidativen Gleichgewichts äußert, greift gesunde Zellen im Körper an und führt zu einer Verschlechterung ihrer Funktionen und Strukturen. Es wurde berichtet, dass oxidativer Stress sowohl bei der Pathogenese von T2DM als auch bei der Entwicklung krankheitsbedingter Komplikationen eine wichtige Rolle spielt. Ein weiterer wichtiger Faktor für die Entwicklung von T2DM ist IR. IR ist bei Fettleibigkeit und einer sitzenden Lebensweise stärker ausgeprägt. Im Gegensatz zu ihren erwachsenen Altersgenossen neigen Kinder als Reaktion auf IR dazu, überproportional viel Insulin zu produzieren. Studien haben gezeigt, dass periphere IR eine bedeutende Rolle bei der Entstehung von Typ-2-DM spielt. Angesichts der Rolle von oxidativem Stress und IR bei der Pathogenese von T2DM und seiner Auswirkung auf die Entwicklung krankheitsbedingter Komplikationen geht man davon aus, dass körperliches Training bei der Prävention und/oder Behandlung von T2DM von Vorteil sein kann. Daher ist es sehr wichtig, die Anpassungsmechanismen zu definieren, die das präventive und therapeutische Potenzial von körperlichem Training gegenüber oxidativem Stress erklären.

Epigenetische Prozesse wurden mit der Veranlagung und dem Fortschreiten zu T2DM als Reaktion auf verschiedene Lebensstilfaktoren oder Umwelteinflüsse, einschließlich Unterernährung, Fettleibigkeit, körperliche Inaktivität, Stress und Toxine, in Verbindung gebracht. Es gibt immer mehr Hinweise darauf, dass dynamische Veränderungen im Epigenom im Laufe des Lebens eines Individuums auftreten können und dass diese Veränderungen die Stoffwechselgesundheit beeinträchtigen können. Die molekularen Mechanismen, die die Schutzwirkung von Bewegung bei Typ-2-Diabetes steuern, sind noch nicht vollständig geklärt. Mehrere neuere Studien haben gezeigt, dass es bei sportlicher Betätigung zu epigenetischen Veränderungen kommt. Obwohl es In-vitro-Studien gibt, die die schützende Wirkung verschiedener Trainingsprotokolle auf molekularer Ebene untersuchen, zeigen keine Humanstudien deren epigenetische Veränderungen.

Bewegungstraining ist eine Schlüsselkomponente bei der Prävention und Behandlung verschiedener chronischer Erkrankungen wie T2DM. Anpassungen und Effekte, die beim körperlichen Training auftreten, unterscheiden sich je nach Übungsprotokoll. Die meisten Trainingsinterventionen bei T2DM basieren ihre Ergebnisse auf HbA1c. Da die molekularen und epigenetischen Auswirkungen von körperlichem Training auf die Funktion von β-Zellen noch nicht vollständig aufgeklärt sind, sind die Bedeutung und Wirkung von körperlichem Training nicht vollständig verstanden.

Angesichts der Rolle von oxidativem Stress und Entzündungen, epigenetischen Veränderungen bei der Pathogenese von T2DM und der Entwicklung krankheitsbedingter Komplikationen wird körperliches Training bei der Prävention und/oder Behandlung von T2DM bei jungen Menschen wirksam sein. Aus diesem Grund wird mit diesem Projekt das optimale Trainingsprotokoll zur Verbesserung der β-Zell-Dysfunktion ermittelt, wodurch die Bildung und der Schutz des oxidativen Gleichgewichts sichergestellt und IR reduziert werden.

Ziel der personalisierten Medizin ist es, das therapeutische Ansprechen anhand eines persönlichen Profils vorherzusagen, das klinische, physiologische und genetische Daten umfasst. Mit diesem Projekt wird die Entwicklung epigenetischer Marker-Panels, die die Reaktion eines Individuums auf ein bestimmtes Trainingsprotokoll vorhersagen, dazu beitragen, das personalisierte epigenetische Gedächtnis aufzudecken. Eine bessere Kenntnis dieser Zusammenhänge ermöglicht die Entwicklung personalisierter Trainingsprogramme, die es einer Person ermöglichen, ihre Trainingsziele mit maximaler Effizienz zu erreichen. Außerdem zielt dieses Projekt darauf ab, eine Plattform für künstliche Intelligenz zu etablieren, die Daten aus der klinischen Forschung zu den Auswirkungen verschiedener Trainingsprotokolle zusammenführt, um Prädiktoren zu identifizieren. Alle Ergebnisse werden in einer einzigen Datenplattform zusammengefasst, um Vorhersagemodelle für das Ansprechen auf die Behandlung zu entwickeln. Diese Datenplattform hilft bei der Entwicklung eines Entscheidungsunterstützungssystems für personalisiertes Trainingstraining bei Jugendlichen mit T2DM.

Die in die Studie einbezogenen Patienten werden in sechs Gruppen eingeteilt; die Kontrollgruppe (20 Jugendliche), die moderate kontinuierliche Aerobic-Trainingsgruppe (20 Jugendliche), die hochintensive Intervalltrainingsgruppe (20 Jugendliche), die Krafttrainingsgruppe (20 Jugendliche), Kombination aus moderatem kontinuierlichem Aerobic-Training mit Krafttrainingsgruppe (20) und Kombination von hochintensivem Intervalltraining mit Krafttraining (20 Jugendliche). Zu Beginn der Studie werden demografische und körperliche Merkmale der Patienten erfasst sowie anthropometrische und Laboruntersuchungen, Lungenfunktionstests, Messungen der Atemmuskelkraft und -ausdauer, Messungen der peripheren Muskelkraft, Bewertung der funktionellen und aeroben Kapazität, Messung durchgeführt des körperlichen Aktivitätsniveaus und des Energieverbrauchs, Bewertung der Lebensqualität, epigenetische Analyse, Bewertung der β-Zellfunktion und biochemische Struktur von Insulin werden durchgeführt.

Alle Patienten erhalten 16 Wochen lang an drei Tagen in der Woche ein Bewegungstraining. Alle Messungen und Auswertungen werden vor Beginn des Trainings und nach 16 Wochen Training durchgeführt.

Als Ergebnis der gewonnenen Daten wird versucht, objektiv darzustellen, welche Art von körperlicher Intervention in welchen Dosen und Häufigkeiten für Patienten mit T2DM wirksamer ist und welche Auswirkungen sie auf epigenetische Faktoren hat. Darüber hinaus wird die Festlegung einer optimalen nicht-pharmakologischen Behandlungsmethode für eine in der Prognose 2045 als Epidemie definierte Krankheit dazu beitragen, Mortalität und Morbidität zu verhindern und die Gesundheitsausgaben zu senken.