De productie van reactieve zuurstofsoorten als reactie op suppletie met glutathion en acute inspanning (DIMITOS)

ROS-productie als reactie op suppletie met glutathion:

Vandaag lijden wereldwijd 387 miljoen mensen aan T2D en dit aantal zal naar verwachting toenemen tot 592 miljoen in 2035. Skeletspier is verantwoordelijk voor ~75% van de totale glucoseopname, waardoor skeletspier het kwantitatief belangrijkste weefsel is als het gaat om insulineresistentie (1). Er is gesuggereerd dat oxidatieve stress een mogelijke oorzakelijke factor kan zijn in de pathofysiologie van insulineresistentie van skeletspieren. Het verband tussen ROS en de insulineresistentie van de skeletspieren is zowel in vitro als in vivo vastgesteld (2, 3), maar er zijn maar weinig onderzoeken die de ROS-productie in de skeletspieren van T2D-patiënten daadwerkelijk hebben gemeten (4-6). Mitochondriën zijn een bron van ROS en ook een belangrijk doelwit van oxidatieve schade (7). Het mitochondriale afweersysteem tegen oxidatieve stress is afhankelijk van endogene antioxidanten. Glutathion (GSH) is de meest voorkomende endogene antioxidant in de cel en dus een cruciale beschermer tegen oxidatieve stress en insulineresistentie (8). Ter ondersteuning hiervan hebben patiënten met T2D een verlaagd niveau van GSH en een verhoogd niveau van geoxideerd GSH (GSSG) in plasma (9) en van insulineresistente proefpersonen is gerapporteerd dat ze een verhoogde mitochondriale ROS-productie hebben, evenals een verlaagde GSH/GSSG-ratio in skeletspieren in vergelijking met gezonde controles (3). Bovendien is gevonden dat een glutathion-infusie van 1 uur de glucoseopname bij patiënten met T2D met ~ 25% verhoogt en de redoxomgeving verbetert, zoals blijkt uit een verhoogde GSH / GSSG-ratio in plasma; effecten die niet werden waargenomen bij de gezonde controles (10). Het effect van langdurige orale GSH-suppletie op de insulinegevoeligheid van skeletspieren en mitochondriale ROS-productie bij patiënten met T2D is, voor zover ons bekend, nooit onderzocht.

Onderzoeksvragen 1: Verbetert orale GSH-suppletie de insulinegevoeligheid van skeletspieren bij patiënten met T2D en gezonde controles? En zo ja, kan dit effect gekoppeld worden aan een gunstiger redoxtoestand in de spiercel? Hypothese: Orale GSH-suppletie zal de insulinegevoeligheid van de skeletspieren verbeteren bij patiënten met T2D en dit effect zal worden gekoppeld aan een verminderde mitochondriale ROS-productie in de skeletspieren.

ROS-productie als reactie op acute inspanning:

Acute inspanning induceert een duidelijke toename van de transcriptie van peroxisoom proliferator-geactiveerde receptor-γ-coactivator-1α (PGC-1α) (11), en daarom wordt aangenomen dat PGC-1α een sleutelrol speelt in door training geïnduceerde mitochondriale biogenese (12 ). Contractie van skeletspiercellen van ratten verhoogt de ROS-productie en PGC-1α-mRNA-expressie, maar in aanwezigheid van antioxidanten wordt de ROS-productie verminderd en wordt de toename van PGC-1α-mRNA opgeheven (13). Ook verzwakt lichaamsbeweging in combinatie met allopurinol (een remmer van de ROS-productie) de omvang van het door inspanning veroorzaakte verhoogde PGC-1α-mRNA bij ratten ernstig, vergeleken met lichaamsbeweging alleen (14). Deze bevindingen suggereren dat PGC-1α, althans gedeeltelijk, wordt gereguleerd via een mechanisme waarbij ROS betrokken is. Verder is gesuggereerd dat ROS PGC-1α reguleert via activering van AMP-geactiveerde proteïnekinase (AMPK) (15). Interessant is dat proefpersonen met insulineresistentie een verminderde door inspanning gestimuleerde AMPK-activiteit hebben, vergeleken met magere controles (16, 17), wat de verzwakte door training geïnduceerde mitochondriale biogenese zou kunnen verklaren die wordt waargenomen bij sommige patiënten met T2D (5, 17, 18), maar niet allemaal (19). Of ROS-productie betrokken is bij een abnormale trainingsreactie is niet bekend. Onze huidige kennis van ROS als reactie op acute inspanning is afgeleid van studies bij dieren en cellen, en voor zover ons bekend heeft geen enkele studie het verband tussen ROS en mitochondriale biogenese onderzocht bij patiënten met T2D als reactie op acute inspanning.

Onderzoeksvragen 2: Verschilt de door inspanning geïnduceerde verhoogde ROS-productie die nodig is voor een mitochondriale biogenese-respons tussen patiënten met T2D en gezonde controles? Zo ja, vermindert oefening met lage intensiteit de voorbijgaande ROS-productie en resulteert dit dus in een hogere mitochondriale biogenese-respons bij patiënten met T2D, in vergelijking met inspanning met hoge intensiteit? Hypothese: Gezien de pathologische toestand van T2D-skeletspieren (d.w.z. hoog chronisch ROS-niveau), wordt verondersteld dat een lagere trainingsintensiteit, die leidt tot een lagere door inspanning gestimuleerde ROS-productie, een meer optimale stimulus is (d.w.z. niet te hoog) voor mitochondriale biogenese bij patiënten met T2D.

Materiaal en methodiek:

20 patiënten met T2D (niet-insulineafhankelijk) en 20 gezonde controles zullen worden gerekruteerd voor de studie. De twee groepen worden gematcht op leeftijd, gewicht en maximaal zuurstofverbruik (VO2 max).

Aanpak van de studie: De studie is een dubbelblinde, gerandomiseerde, placebogecontroleerde studie.

Bij elk bezoek aan het laboratorium (behalve op de dag van screening) wordt de proefpersonen gevraagd om:

• Rapporteer aan het laboratorium in een nuchtere toestand gedurende de nacht
• Onthoud u 24 uur voorafgaand aan elke studiedag van alcohol en lichamelijke activiteit.
• Herhaal hetzelfde dieet als de bijgevoegde 24-uurs terugroepvragenlijst voorschrijft (de proefpersonen wordt ook gevraagd om een ​​24-uurs terugroepvragenlijst in te vullen bij hun eerste bezoek aan het laboratorium)

Screening: Voordat de proefpersonen in het onderzoek worden opgenomen, wordt een standaard klinisch onderzoek uitgevoerd, inclusief medische geschiedenis, geglyceerd hemoglobine (HbA1c) en ECG.

Indien opgenomen in de studie, ondergaan de proefpersonen 3 experimentele dagen voor en na de interventie.

Testdag 1:

• Dual Energy X-ray Absorptiometry-scan om de lichaamssamenstelling te meten,
• Incrementele inspanningstest om de trainingsintensiteit te bepalen die zorgt voor maximale vetoxidatie (Fatmax-test)
• Incrementele inspanningstest tot uitputting om VO2 max te bepalen.

Testdag 2:

• Spierbiopten van vastus lateralis (basaal, onmiddellijk na het stoppen van de training en na 90 minuten herstel)

• Acute inspanningstesten op fietsergometers bij 70% van VO2 max (matige intensiteit) of bij 50% van VO2 max (lage intensiteit). De twee inspanningstests worden vergeleken voor de totale hoeveelheid werk (kJ).

  10 proefpersonen met T2D en 10 controlepersonen worden gerandomiseerd voor elke inspanningstest.

Testdag 3:

• Meting van stofwisseling in rust door kap (basaal en tijdens de klem)
• Intraveneuze glucosetolerantietest
• Hyperinsulinemische euglykemische klem

Na de experimentele dagen worden de proefpersonen gerandomiseerd naar placebo of GSH-suppletie en geïnstrueerd om gedurende 4 weken dagelijks 1000 mg GSH/dag of placebo te consumeren (2 tabletten 's ochtends en 2 tabletten 's avonds).

Statistische overwegingen:

De vergelijking van de groepen of de interventies zal worden uitgevoerd met behulp van een eenzijdige of een tweezijdige ANOVA-test met herhaalde metingen, naargelang het geval. Gebaseerd op de variatie die in eerdere studies werd getoond, een verwacht vermogen van 80% en een significantieniveau van P