Bewegung, Darmmikrobiota und Typ-2-Diabetes (Ex-GM-T2D)

Typ-2-Diabetes ist eine globale Stoffwechselepidemie und eine große globale Gesundheitsbedrohung. Im Jahr 2021 litten weltweit 537 Millionen Erwachsene im Alter von 20 bis 79 Jahren an Diabetes. T2D ist mit lebensbedrohlichen mikrovaskulären und makrovaskulären Gesundheitskomplikationen verbunden, die weltweit enorm zur Belastung durch Mortalität und Behinderung beitragen. T2D wird durch eine Nüchternhyperglykämie definiert, die weitgehend auf eine unzureichende Insulinwirkung zurückzuführen ist. T2D geht in der Regel ein Zustand mittlerer Hyperglykämie oder Prä-D voraus, der durch eine verminderte Nüchternglukose (IFG), eine beeinträchtigte Glukosetoleranz (IGT) oder beides gekennzeichnet ist und das T2D-Risiko stark erhöht. Obwohl der Insulinspiegel bei T2D normal oder hoch ist, werden Gewebe wie Leber, Skelettmuskel und Fettgewebe resistent gegen Insulin, was zu hohen Blutzuckerspiegeln führt. T2D ist mit einer systemischen Entzündungsreaktion verbunden, die ein unabhängiger Risikofaktor für die Entwicklung von T2D zu sein scheint. Darüber hinaus neigen Menschen mit Typ-2-Diabetes dazu, ein stärker oxidatives inneres Milieu zu haben als gesunde Menschen. Es wurde festgestellt, dass durch Hyperglykämie verursachter oxidativer Stress die Insulin-Signalkaskade beeinflusst, die Transkription des GLUT4-Gens verringert und auch die mitochondriale Aktivität verändert. Die T2D-Pathophysiologie wurde auch mit der GM-Zusammensetzung in Verbindung gebracht. Es wird vermutet, dass die GM-Dysbiose über mehrere Mechanismen eine zentrale Rolle bei der Pathogenese der Insulinresistenz und T2D spielt.

Die wichtige Rolle regelmäßiger körperlicher Betätigung zur Vorbeugung und Behandlung von Typ-2-Diabetes wurde nachgewiesen. Die meisten Vorteile von Bewegung bei der T2D-Behandlung und -Prävention werden durch Anpassungen der Skelettmuskulatur erzielt, die wiederum zu akuten und chronischen Verbesserungen der Insulinwirkung führen. Sport hat auch eine entzündungshemmende Wirkung. Neue Erkenntnisse deuten darauf hin, dass sportliche Betätigung sich durch eine Verbesserung der GM-Zusammensetzung auch positiv auf T2D auswirken kann. Der vielversprechendste Effekt regelmäßiger körperlicher Betätigung ist die Veränderung von GM hin zu einer gesünderen mikrobiellen Zusammensetzung durch die Produktion vielfältigerer GM, die Verringerung pathogener Bakteriengemeinschaften und die Zunahme von SCFAs produzierenden Bakterien. Allerdings ist der Einfluss von Bewegung auf die GM-Struktur und -Funktion von T2D-Personen kaum bekannt, da bisher nur eine begrenzte Anzahl von Studien in diesem Bereich existiert.

Laut einer vorläufigen Power-Analyse (ein Wahrscheinlichkeitsfehler von 0,05 und eine statistische Power von 80 %) wurde eine Stichprobengröße von 8–10 Teilnehmern/Gruppe als angemessen erachtet, um statistisch bedeutsame Veränderungen zwischen den Versuchen zu erkennen. Somit werden ≥60 Personen mittleren Alters auf ihre Eignung zur Teilnahme an der Studie geprüft. Die Studie wird in einem parallelen, randomisierten, kontrollierten Design durchgeführt. Die Teilnehmer werden in erster Linie über den Studienablauf sowie die Vorteile und möglichen Risiken informiert und unterzeichnen außerdem eine Einverständniserklärung zur Teilnahme an der Studie. Alle berechtigten Personen werden Blutproben zur Bestimmung von Nüchternblutzucker, glykosyliertem Hämoglobin (HbA1c) und Nüchternplasmainsulin abgeben und einen oralen Glukosetoleranztest (OGTT) durchführen, um ihr glykämisches Profil zu bestimmen, anhand dessen sie ermittelt werden charakterisiert als Personen mit normaler Glukosetoleranz (NGT), Personen mit Prädiabetes (Prä-D) oder Personen mit Typ-2-Diabetes (T2D). Das Ausmaß der körperlichen Aktivität wird auch anhand des International Physical Activity Questionnaire (IPAQ) bewertet. Anschließend werden die Teilnehmer jeder Glukosetoleranzstufe nach dem Zufallsprinzip entweder einem 12-wöchigen regulären kombinierten Aerobic- und Widerstandstraining gemäß den Richtlinien für Prä-D- und T2D-Personen zugeteilt oder bleiben 12 Wochen lang sesshaft. Somit werden sechs Interventionsgruppen wie folgt aussehen: i) NGT-Gruppe (NGTG), NGT-Einzelpersonen – keine Übung, ii) NGT-Übungsgruppe (NGTG+Ex), NGT-Einzelpersonen, die an Training und Entschulung teilnehmen, iii) vor D Gruppe (Pre-DG), Pre-D-Individuen – kein Training, iv) Pre-D-Übungsgruppe (Pre-DG+Ex), Pre-D-Individuen, die an Training und Detraining teilnehmen, v) T2D-Gruppe (T2DG), T2D-Personen – kein Training, und vi) T2D-Übungsgruppe (T2DG+Ex), T2D-Personen, die am Training und Enttraining teilnehmen. Die Randomisierung der Bedingungen erfolgt durch eine Software, die zufällige Ganzzahlen generiert und im Internet verfügbar ist (Random.org).

Basismessungen werden im Labor für Biochemie, Physiologie und Bewegungsernährung (SmArT Lab) der Abteilung für Leibeserziehung und Sport der Universität Thessalien durchgeführt: physiologische Messungen (Ruheherzfrequenz, systolischer und diastolischer Ruheblutdruck, Ruhestoffwechselrate) , anthropometrische Merkmale (Körpergröße, Körpermasse, Body-Mass-Index), Körperzusammensetzung (Körperfettmenge, fettfreie Körpermasse, Fettmasse, Knochendichte), Muskelleistung [aerobe Kapazität (VO2max), isokinetische Kraft der unteren Extremitäten ( isometrisches, konzentrisches und exzentrisches Drehmoment der Kniestrecker und Kniebeuger), Handgriffkraft, Muskelkraft (Gegenbewegungssprung)]. Darüber hinaus stellen die Teilnehmer Kot zur Bestimmung der GM-Zusammensetzung und der GM-Metaboliten [kurzkettige Fettsäuren (SCFAs)] sowie Blutproben zur Bestimmung des vollständigen Blutbildes (CBC), systemischer Entzündungen [Tumornekrosefaktor Alpha ( TNF-α), Interleukin 6 (IL-6), C-reaktives Protein (CRP), Zonulin, Lipopolysaccharid-bindendes Protein (LBP)], Blutredoxstatus [Gesamtantioxidationskapazität (TAC), Katalase (CAT), Proteincarbonyle (PC), reduziertes Glutathion (GSH), oxidiertes Glutathion (GSSG), GSH/GSSG-Verhältnis, Malondialdehyd (MDA), Harnsäure, Bilirubin] und Lipidprofil [Gesamtcholesterin (CHO-T), Lipoprotein niedriger Dichte (LDL) , High Density Lipoprotein (HDL), Triglyceride (TG)]. Darüber hinaus werden die Teilnehmer ihre Ernährung durch einen 7-tägigen Rückruf vor ihrer Teilnahme an der ersten Versuchsbedingung aufzeichnen und die Ernährungsdaten werden analysiert. Alle oben genannten Messungen werden nach der 12-wöchigen Trainingsintervention sowie nach der 4-wöchigen Trainingspause wiederholt. Die Teilnehmer, die mit Ausnahme von VO2max dem regulären Training zugeteilt werden, werden außerdem einer Schätzung der maximalen Kraft der Hauptmuskelgruppen unterzogen, um die Intensität des Trainingsprogramms jedes Teilnehmers zu bestimmen. Die Bestimmung der aeroben Kapazität und der Muskelkraft wird auch nach vier Wochen des regulären Trainings wiederholt, um die notwendigen Intensitätsanpassungen des Trainingsprogramms vorzunehmen.