Effetti del bilancio energetico negativo progressivo sulla tolleranza al glucosio, sulla sensibilità all'insulina e sulla funzione delle cellule beta

Disfunzione metabolica, obesità e diabete di tipo 2 L'incidenza del sovrappeso e dell'obesità è aumentata negli ultimi 2-3 decenni a Singapore e si prevede che aumenterà ulteriormente in futuro. Si stima che entro il 2050 più della metà della popolazione sarà in sovrappeso o obesa, definita come avente un indice di massa corporea (BMI, calcolato come il peso in chilogrammi diviso per il quadrato dell'altezza in metri) uguale o superiore superiore a 25 kg/m2. Questo è probabilmente responsabile, almeno in parte, del concomitante aumento delle condizioni di comorbilità legate all'obesità, e in particolare del diabete di tipo 2. La relazione tra BMI e rischio di diabete di tipo 2 nelle popolazioni della regione Asia-Pacifico è lineare all'interno di un'ampia gamma di valori di BMI (da ~21 kg/m2 a ~34 kg/m2), così che per ogni 2 kg/ m2 di aumento del BMI (che corrisponde a ~6 kg per una persona di peso normale di statura media), il rischio di sviluppare il diabete di tipo 2 aumenta del ~27 %. A Singapore, si prevede che la prevalenza del diabete di tipo 2 raddoppierà, passando dal 7,3% nel 1990 al ~15% nel 2050, principalmente a causa dell'aumento della popolazione. Sorprendentemente, tuttavia, la prevalenza del diabete di tipo 2 a Singapore è simile a quella degli Stati Uniti, anche se la prevalenza di sovrappeso e obesità (BMI ≥25 kg/m2) è circa la metà. Ciò conferma i risultati di molti studi che dimostrano che i marcatori di disfunzione metabolica e in particolare l'iperglicemia, l'iperinsulinemia e l'insulino-resistenza sono altamente prevalenti tra gli adulti di Singapore, anche tra le persone che non sono in sovrappeso o obese. Ciò probabilmente si traduce in un aumento del rischio di sviluppare il diabete di tipo 2. Queste osservazioni sottolineano l'importanza della disfunzione metabolica indipendentemente dal peso corporeo di per sé.

Effetti metabolici della perdita di peso La patogenesi del diabete di tipo 2 coinvolge l'insulino-resistenza periferica (es. resistenza dei tessuti periferici e in particolare del muscolo scheletrico all'effetto di promozione dell'assorbimento del glucosio da parte dell'insulina) e inadeguata secrezione di insulina da parte delle cellule beta pancreatiche dopo stimolazione del glucosio, che porta a iperglicemia a digiuno e postprandiale. La perdita di peso, ottenuta come risultato di un bilancio energetico negativo cronico indotto in vari modi (restrizione calorica, esercizio fisico, farmacoterapia, chirurgia bariatrica), migliora la funzione metabolica ed è considerata la pietra angolare della prevenzione e della gestione del diabete. Parte dell'effetto benefico della perdita di peso potrebbe essere dovuto alla riduzione del grasso corporeo totale, del grasso intra-addominale e dell'accumulo di grasso ectopico negli organi metabolicamente attivi (ad es. muscolo, pancreas e fegato), tuttavia alterazioni acute del bilancio energetico (positivo o negativo, per un periodo di 24-72 ore) possono influenzare l'azione dell'insulina, la funzione delle cellule beta e il controllo glicemico anche prima di qualsiasi variazione del peso corporeo o si verifica la distribuzione del grasso corporeo. Ad esempio, un giorno di sovralimentazione interrompe l'omeostasi del glucosio nelle 24 ore e due giorni di restrizione calorica migliorano l'azione dell'insulina. Allo stesso modo, l'esercizio può anche portare a un bilancio energetico negativo ed è un intervento molto potente che migliora prontamente la funzione metabolica e in particolare la sensibilità all'insulina, anche dopo una sola sessione. Tuttavia, il grado di bilancio energetico negativo che deve essere raggiunto dalla restrizione calorica o dall'esercizio fisico per migliorare l'azione dell'insulina e la funzione delle cellule beta non è noto e la relazione dose-risposta tra bilancio energetico negativo e funzione metabolica rimane sfuggente. Inoltre, l'efficacia comparativa della restrizione calorica e dell'esercizio fisico nel migliorare i meccanismi che regolano l'omeostasi del glucosio (es. sensibilità all'insulina e funzione delle cellule beta) non è stata adeguatamente studiata. Uno studio ha rilevato che a parità di perdita di peso (8-9% del peso corporeo iniziale) indotta da una dieta ipocalorica o da un esercizio di resistenza, l'esercizio ha causato una maggiore riduzione della massa grassa, una minore diminuzione della massa muscolare e ha portato a un aumento maggiore dello smaltimento del glucosio insulino-mediato durante un clamp iperinsulinemico-euglicemico (di circa il 30%) e una maggiore riduzione della risposta totale dell'insulina a un test di tolleranza al glucosio orale (di circa 2,5 volte), rispetto alla dieta abbinata- dimagrimento indotto; sebbene queste differenze non abbiano raggiunto la significatività statistica. Queste osservazioni sollevano la possibilità che, a parità di bilancio energetico negativo, l'esercizio fisico possa essere più efficace della restrizione calorica nel migliorare la funzione metabolica; tuttavia questi risultati sono difficili da interpretare a fronte dei concomitanti cambiamenti più favorevoli nella composizione corporea e nella distribuzione del grasso. Nessuno studio ha valutato direttamente gli effetti dello stesso bilancio energetico negativo acuto indotto dalla restrizione calorica o dall'esercizio aerobico sulla funzione metabolica.

Di conseguenza, una migliore comprensione degli effetti della restrizione calorica e dell'esercizio fisico sulla sensibilità all'insulina, sulla funzione delle cellule beta e sul controllo glicemico quotidiano avrà importanti implicazioni per la progettazione di interventi efficaci sullo stile di vita mirati alla prevenzione o alla gestione del diabete di tipo 2. A tal fine, questo studio si propone di testare le seguenti ipotesi:

Ipotesi 1: si ipotizza che un solo giorno di bilancio energetico negativo indotto dalla restrizione calorica migliori la tolleranza al glucosio per via endovenosa a causa del miglioramento della funzione delle cellule beta senza cambiamenti nella sensibilità all'insulina. I ricercatori ipotizzano inoltre che questo effetto richieda un bilancio energetico negativo del 20% e non migliori ulteriormente con una maggiore restrizione energetica (40%).

Ipotesi 2: si ipotizza che un solo giorno di bilancio energetico negativo indotto dall'esercizio aerobico migliori la tolleranza al glucosio per via endovenosa a causa della migliorata sensibilità all'insulina senza cambiamenti nella funzione delle cellule beta. I ricercatori ipotizzano inoltre che questo effetto richieda un bilancio energetico negativo del 20% e migliori ulteriormente con una maggiore restrizione energetica (40%).

Ipotesi 3: si ipotizza che a qualsiasi livello di bilancio energetico negativo (20% o 40%), la restrizione calorica abbia un effetto maggiore dell'esercizio aerobico sulla funzione delle cellule beta, mentre l'esercizio aerobico abbia un effetto maggiore della restrizione calorica sull'insulina sensibilità.