Effecten van progressieve negatieve energiebalans op glucosetolerantie, insulinegevoeligheid en bètacelfunctie

Metabole disfunctie, zwaarlijvigheid en diabetes type 2 De incidentie van overgewicht en zwaarlijvigheid is de afgelopen 2-3 decennia in Singapore toegenomen en zal naar verwachting in de toekomst verder toenemen. Tegen het jaar 2050 zal naar schatting meer dan de helft van de bevolking overgewicht of obesitas hebben, gedefinieerd als een body mass index (BMI, berekend als het gewicht in kilogrammen gedeeld door het kwadraat van de lengte in meters) gelijk aan of groter dan 25 kg/m2. Dit is waarschijnlijk, althans gedeeltelijk, verantwoordelijk voor de gelijktijdige toename van aan obesitas gerelateerde comorbide aandoeningen, en met name diabetes type 2. De relatie tussen BMI en het risico op diabetes type 2 in de regio Azië-Stille Oceaan is lineair binnen een breed bereik van BMI-waarden (van ~21 kg/m2 tot ~34 kg/m2), zodat voor elke 2 kg/m2 m2 verhoging van de BMI (wat overeenkomt met ~6 kg voor een persoon met een normaal gewicht van gemiddelde lengte), stijgt het risico op het ontwikkelen van diabetes type 2 met ~27%. In Singapore wordt verwacht dat de prevalentie van diabetes type 2 zal verdubbelen van 7,3% in 1990 tot ~15% in 2050, voornamelijk als gevolg van het vetmesten van de bevolking. Opvallend is echter dat de prevalentie van diabetes type 2 in Singapore vergelijkbaar is met die in de Verenigde Staten, ook al is de prevalentie van overgewicht en obesitas (BMI ≥25 kg/m2) ongeveer de helft. Dit bevestigt bevindingen uit vele onderzoeken die aantonen dat markers van metabole disfunctie en met name hyperglykemie, hyperinsulinemie en insulineresistentie veel voorkomen bij Singaporese volwassenen, zelfs bij mensen die geen overgewicht of obesitas hebben. Dit resulteert waarschijnlijk in een verhoogd risico op het ontwikkelen van diabetes type 2. Deze observaties onderstrepen het belang van metabole disfunctie onafhankelijk van het lichaamsgewicht op zich.

Metabole effecten van gewichtsverlies De pathogenese van diabetes type 2 omvat perifere insulineresistentie (d.w.z. weerstand van perifere weefsels en met name skeletspieren tegen het glucoseopname-bevorderende effect van insuline) en onvoldoende secretie van insuline door de bètacellen van de alvleesklier na glucosestimulatie, leidend tot vasten en postprandiale hyperglykemie. Gewichtsverlies, bereikt als gevolg van een chronische negatieve energiebalans die op verschillende manieren wordt veroorzaakt (caloriebeperking, lichaamsbeweging, farmacotherapie, bariatrische chirurgie), verbetert de metabolische functie en wordt beschouwd als de hoeksteen van diabetespreventie en -beheer. Een deel van het gunstige effect van gewichtsverlies kan te wijten zijn aan de vermindering van het totale lichaamsvet, intra-abdominaal vet en ectopische vetophoping in metabolisch actieve organen (bijv. spieren, alvleesklier en lever), maar acute verstoringen in de energiebalans (positief of negatief, gedurende een periode van 24-72 uur) kunnen de werking van insuline, bètacelfunctie en glykemische controle beïnvloeden, zelfs voordat er veranderingen in lichaamsgewicht of verdeling van lichaamsvet optreden. Eén dag overvoeding verstoort bijvoorbeeld de 24-uurs glucosehomeostase en twee dagen caloriebeperking verbetert de werking van insuline. Evenzo kan lichaamsbeweging ook leiden tot een negatieve energiebalans en is het een zeer krachtige interventie die gemakkelijk de metabole functie en met name de insulinegevoeligheid verbetert, zelfs na slechts één enkele sessie. Desalniettemin is de mate van negatieve energiebalans die moet worden bereikt door caloriebeperking of lichaamsbeweging om de werking van insuline en bètacelfunctie te verbeteren niet bekend, en de dosis-responsrelatie tussen negatieve energiebalans en metabole functie blijft ongrijpbaar. Bovendien is de relatieve werkzaamheid van caloriebeperking en lichaamsbeweging op het verbeteren van de mechanismen die de glucosehomeostase reguleren (d.w.z. insulinegevoeligheid en bètacelfunctie) is niet voldoende onderzocht. Een studie toonde aan dat voor dezelfde hoeveelheid gewichtsverlies (8-9% van het aanvankelijke lichaamsgewicht) veroorzaakt door een caloriearm dieet of duurtraining, lichaamsbeweging een grotere afname van de vetmassa en een kleinere afname van de spiermassa veroorzaakte en leidde tot een grotere toename van insuline-gemedieerde glucoseafvoer tijdens een hyperinsulinemische-euglycemische klem (met ~30%), en een grotere vermindering van de totale insulinerespons op een orale glucosetolerantietest (met ~2,5-voudig), vergeleken met aangepaste voeding- veroorzaakt gewichtsverlies; hoewel deze verschillen geen statistische significantie bereikten. Deze waarnemingen werpen de mogelijkheid op dat, voor dezelfde negatieve energiebalans, lichaamsbeweging effectiever kan zijn dan caloriebeperking bij het verbeteren van de metabole functie; deze bevindingen zijn echter moeilijk te interpreteren in het licht van de daarmee gepaard gaande gunstiger veranderingen in lichaamssamenstelling en vetverdeling. Geen enkele studie heeft de effecten van dezelfde acute negatieve energiebalans veroorzaakt door calorierestrictie of aërobe oefening op de metabole functie rechtstreeks beoordeeld.

Dienovereenkomstig zal een beter begrip van de effecten van caloriebeperking en lichaamsbeweging op insulinegevoeligheid, bètacelfunctie en dagelijkse glykemische controle belangrijke implicaties hebben voor het ontwerp van effectieve leefstijlinterventie gericht op het voorkomen of beheersen van diabetes type 2. Daartoe heeft deze studie tot doel de volgende hypothesen te testen:

Hypothese 1: Er wordt verondersteld dat een enkele dag met een negatieve energiebalans veroorzaakt door calorierestrictie de intraveneuze glucosetolerantie verbetert vanwege een verbeterde bètacelfunctie zonder veranderingen in de insulinegevoeligheid. De onderzoekers veronderstellen verder dat dit effect een negatieve energiebalans van 20% vereist en niet verder verbetert met een grotere energiebeperking (40%).

Hypothese 2: Er wordt verondersteld dat een enkele dag met een negatieve energiebalans veroorzaakt door aërobe inspanning de intraveneuze glucosetolerantie verbetert vanwege een verbeterde insulinegevoeligheid zonder veranderingen in de bètacelfunctie. De onderzoekers veronderstellen verder dat dit effect een negatieve energiebalans van 20% vereist en verder verbetert met een grotere energiebeperking (40%).

Hypothese 3: Er wordt verondersteld dat bij een gegeven niveau van negatieve energiebalans (20% of 40%) calorierestrictie een groter effect heeft dan aerobe training op de bètacelfunctie, terwijl aerobe training een groter effect heeft dan calorierestrictie op insuline gevoeligheid.