Produksjonen av reaktive oksygenarter som respons på glutationtilskudd og akutt trening (DIMITOS)

ROS-produksjon som svar på glutationtilskudd:

I dag lider 387 millioner mennesker over hele verden av T2D, og ​​dette tallet forventes å øke til 592 millioner i 2035. Skjelettmuskulatur er ansvarlig for ~75 % av det totale glukoseopptaket, noe som gjør skjelettmuskulaturen til det kvantitativt viktigste vevet når det gjelder insulinresistens (1). Det har blitt antydet at oksidativt stress kan representere en mulig årsaksfaktor i patofysiologien til insulinresistens i skjelettmuskulaturen. Koblingen mellom ROS og skjelettmuskelinsulinresistens er etablert både in vitro og in vivo (2, 3), men få studier har faktisk målt ROS-produksjon i skjelettmuskulatur hos T2D-pasienter (4-6). Mitokondrier er en kilde til ROS, og også et hovedmål for oksidativ skade (7). Det mitokondrielle forsvarssystemet mot oksidativt stress er avhengig av endogene antioksidanter. Glutation (GSH) er den mest utbredte endogene antioksidanten i cellen og dermed en avgjørende beskytter mot oksidativt stress og insulinresistens (8). Som støtte for dette har pasienter med T2D et redusert nivå av GSH og et økt nivå av oksidert GSH (GSSG) i plasma (9) og insulinresistente personer rapporteres å ha økt mitokondriell ROS-produksjon samt redusert GSH/GSSG-forhold i skjelettmuskulatur sammenlignet med friske kontroller (3). I tillegg er det funnet at 1 times glutationinfusjon øker glukoseopptaket hos pasienter med T2D med ~25 % og forbedrer redoksmiljøet, noe som gjenspeiles av et økt GSH/GSSG-forhold i plasma; effekter som ikke ble sett hos de friske kontrollene (10). Effekten av forlenget oral GSH-tilskudd på skjelettmuskulaturens insulinfølsomhet og mitokondriell ROS-produksjon hos pasienter med T2D har, så vidt vi vet, aldri blitt undersøkt.

Forskningsspørsmål 1: Forbedrer oral GSH-tilskudd skjelettmuskulaturens insulinfølsomhet hos pasienter med T2D og friske kontroller? Og i så fall, kan denne effekten knyttes til en mer fordelaktig redokstilstand i muskelcellen? Hypotese: Oralt GSH-tilskudd vil forbedre skjelettmuskulaturens insulinfølsomhet hos pasienter med T2D og denne effekten vil være knyttet til redusert mitokondriell ROS-produksjon i skjelettmuskulaturen.

ROS-produksjon som svar på akutt trening:

Akutt trening induserer en markant økning i transkripsjonen av peroksisomproliferatoraktivert reseptor-γ koaktivator-1α (PGC-1α) (11), og derfor antas PGC-1α å spille en nøkkelrolle i treningsindusert mitokondriell biogenese (12) ). Sammentrekning av rotteskjelettmuskelceller øker ROS-produksjon og PGC-1α mRNA-ekspresjon, men i nærvær av antioksidanter reduseres ROS-produksjonen og økningen i PGC-1α mRNA oppheves (13). Trening kombinert med allopurinol (en hemmer av ROS-produksjon) demper også omfanget av treningsindusert økt PGC-1α mRNA hos rotter, sammenlignet med trening alene (14). Disse funnene tyder på at PGC-1α, i det minste delvis, er regulert gjennom en mekanisme som involverer ROS. Videre har det blitt foreslått at ROS regulerer PGC-1α via aktivering av AMP-aktivert proteinkinase (AMPK) (15). Interessant nok har forsøkspersoner med insulinresistens en redusert treningsstimulert AMPK-aktivitet sammenlignet med magre kontroller (16, 17), noe som kan forklare den svekkede treningsinduserte mitokondrielle biogenesen observert hos noen pasienter med T2D (5, 17, 18), men ikke alle (19). Hvorvidt ROS-produksjon er involvert i en unormal treningsrespons er ikke kjent. Vår nåværende kunnskap om ROS som respons på akutt trening er avledet fra studier på dyr og celler, og ingen studie har, så vidt vi vet, undersøkt sammenhengen mellom ROS og mitokondriell biogenese hos pasienter med T2D som respons på akutt trening.

Forskningsspørsmål 2: Er den treningsinduserte økte ROS-produksjonen som kreves for en mitokondriell biogenese-respons forskjellig mellom pasienter med T2D og friske kontroller? Hvis ja, reduserer trening med lav intensitet den forbigående ROS-produksjonen og resulterer dermed i en høyere mitokondriell biogeneserespons hos pasienter med T2D, sammenlignet med trening med høy intensitet? Hypotese: Tatt i betraktning den patologiske tilstanden til T2D skjelettmuskulatur (dvs. høyt kronisk ROS-nivå), antas det at en lavere treningsintensitet, som fører til en lavere treningsstimulert ROS-produksjon, er en mer optimal stimulans (dvs. ikke for høy) for mitokondriell biogenese hos pasienter med T2D.

Materiale og metodikk:

20 pasienter med T2D (ikke-insulinavhengig) og 20 friske kontroller vil bli rekruttert til studien. De to gruppene vil bli matchet på alder, vekt og maksimalt oksygenforbruk (VO2 maks).

Tilnærming til studien: Studien er en dobbeltblindet randomisert placebokontrollert studie.

Ved hvert oppmøte på laboratoriet (bortsett fra dagen for screening) blir forsøkspersonene bedt om å:

• Rapporter til laboratoriet i fastende tilstand over natten
• Avstå fra alkohol og fysisk aktivitet 24 timer før hver studiedag.
• Gjenta den samme dietten som vedlagte 24-timers tilbakekallingsspørreskjema foreskriver (forsøkspersonene blir også bedt om å fylle ut et 24-timers kostholdsspørreskjema ved første gang de er på laboratoriet)

Screening: Før forsøkspersonene inkluderes i studien vil det bli gjennomført en standard klinisk undersøkelse, inkludert sykehistorie, glykert hemoglobin (HbA1c) og EKG.

Hvis de er inkludert i studien, gjennomgår forsøkspersonene 3 eksperimentelle dager før og etter intervensjonen.

Test dag 1:

• Dual Energy X-ray Absorptiometry-skanning for å måle kroppssammensetning,
• Inkrementell treningstest for å bestemme treningsintensiteten som fremkaller maksimal fettoksidasjon (Fatmax-test)
• Inkrementell treningstest til utmattelse for å bestemme VO2 maks.

Test dag 2:

• Muskelbiopsier fra vastus lateralis (basal, umiddelbart etter avsluttet trening og etter 90 minutter med restitusjon)

• Akutte treningstester på sykkelergometre ved 70 % av VO2 maks (moderat intensitet) eller ved 50 % av VO2 maks (lav intensitet). De to treningstestene vil bli matchet for total arbeidsmengde (kJ).

  10 forsøkspersoner med T2D og 10 kontrollpersoner er randomisert til hver treningstest.

Test dag 3:

• Måling av hvilestoffskifte ved kalesjehette (basal og under klemmen)
• Intravenøs glukosetoleransetest
• Hyperinsulinemisk euglykemisk klemme

Etter forsøksdagene blir forsøkspersonene randomisert til placebo- eller GSH-tilskudd og instruert om å innta enten 1000 mg GSH/dag eller placebo daglig (2 tabletter om morgenen og 2 tabletter om kvelden) i 4 uker.

Statistiske betraktninger:

Sammenligningen av gruppene eller intervensjonene vil bli utført ved bruk av en enveis eller en toveis ANOVA-test med gjentatte tiltak, etter behov. Basert på variasjonen vist i tidligere studier en forventet 80% kraft og et signifikansnivå på P