Effekter av progressiv negativ energibalanse på glukosetoleranse, insulinfølsomhet og betacellefunksjon

Metabolsk dysfunksjon, fedme og type 2 diabetes Forekomsten av overvekt og fedme har økt i løpet av de siste 2-3 tiårene i Singapore, og forventes å øke ytterligere i fremtiden. Innen år 2050 anslås det at mer enn halvparten av befolkningen vil være overvektig eller overvektig, definert som å ha en kroppsmasseindeks (BMI, beregnet som vekten i kilogram delt på kvadratet av høyde i meter) lik eller større enn 25 kg/m2. Dette er sannsynligvis ansvarlig, i det minste delvis, for den samtidige økningen i fedme-relaterte komorbide tilstander, og spesielt type 2 diabetes. Forholdet mellom BMI og risikoen for type 2-diabetes i populasjoner fra Asia-Stillehavsregionen er lineær innenfor et bredt spekter av BMI-verdier (fra ~21 kg/m2 til ~34 kg/m2), slik at for hver 2 kg/m2. m2 økning i BMI (som tilsvarer ~6 kg for en normalvektig person av gjennomsnittlig statur), øker risikoen for å utvikle type 2 diabetes med ~27 %. I Singapore forventes prevalensen av type 2-diabetes å dobles fra 7,3 % i 1990 til ~15 % i 2050, hovedsakelig som følge av at befolkningen blir fetere. Bemerkelsesverdig er imidlertid prevalensen av type 2-diabetes i Singapore lik den i USA, selv om prevalensen av overvekt og fedme (BMI ≥25 kg/m2) er omtrent halvparten. Dette bekrefter funn fra mange studier som viser at markører for metabolsk dysfunksjon og spesielt hyperglykemi, hyperinsulinemi og insulinresistens, er svært utbredt blant voksne i Singapore, selv blant personer som ikke er overvektige eller overvektige. Dette resulterer sannsynligvis i økt risiko for å utvikle type 2 diabetes. Disse observasjonene understreker viktigheten av metabolsk dysfunksjon uavhengig av kroppsvekt i seg selv.

Metabolske effekter av vekttap Patogenesen av type 2 diabetes involverer perifer insulinresistens (dvs. motstand av perifert vev og spesielt skjelettmuskulatur mot den glukoseopptaksfremmende effekten av insulin) og utilstrekkelig utskillelse av insulin fra betacellene i bukspyttkjertelen ved glukosestimulering, noe som fører til faste og postprandial hyperglykemi. Vekttap, oppnådd som et resultat av kronisk negativ energibalanse indusert på en rekke måter (kalorirestriksjon, trening, farmakoterapi, fedmekirurgi), forbedrer metabolsk funksjon og regnes som hjørnesteinen i forebygging og behandling av diabetes. En del av den gunstige effekten av vekttap kan skyldes reduksjonen i totalt kroppsfett, intraabdominalt fett og akkumulering av ektopisk fett i metabolsk aktive organer (f. muskel, bukspyttkjertel og lever), men akutte forstyrrelser i energibalansen (enten positive eller negative, i en periode på 24-72 timer) kan påvirke insulinvirkning, beta-cellefunksjon og glykemisk kontroll selv før endringer i kroppsvekt eller fordeling av kroppsfett oppstår. For eksempel forstyrrer én dag med overfôring 24-timers glukosehomeostase, og to dager med kalorirestriksjon forbedrer insulinvirkningen. På samme måte kan trening også føre til negativ energibalanse og er en svært potent intervensjon som lett forbedrer metabolsk funksjon og spesielt insulinfølsomhet, selv etter bare en enkelt økt. Likevel er graden av negativ energibalanse som må oppnås ved kalorirestriksjon eller trening for å forbedre insulinvirkningen og beta-cellefunksjonen ikke kjent, og dose-responsforholdet mellom negativ energibalanse og metabolsk funksjon forblir unnvikende. Videre er den komparative effekten av kalorirestriksjon og trening for å forbedre mekanismene som regulerer glukosehomeostase (dvs. insulinfølsomhet og beta-cellefunksjon) har ikke blitt tilstrekkelig studert. En studie fant at for samme mengde vekttap (8-9 % av den opprinnelige kroppsvekten) forårsaket av en lavkaloridiett eller utholdenhetstrening, forårsaket trening en større reduksjon i fettmasse, en mindre reduksjon i muskelmasse, og førte til en større økning i insulin-mediert glukoseavhending under en hyperinsulinemisk-euglykemisk klemme (med ~30 %), og en større reduksjon i den totale insulinresponsen på en oral glukosetoleransetest (med ~2,5 ganger), sammenlignet med matchet diett- indusert vekttap; selv om disse forskjellene ikke nådde statistisk signifikans. Disse observasjonene øker muligheten for at trening for den samme negative energibalansen kan være mer effektiv enn kalorirestriksjon for å forbedre metabolsk funksjon; disse funnene er imidlertid vanskelige å tolke i møte med de samtidige mer gunstige endringene i kroppssammensetning og fettfordeling. Ingen studie har direkte vurdert effekten av den samme akutte negative energibalansen indusert av kalorirestriksjon eller aerob trening på metabolsk funksjon.

Følgelig vil en bedre forståelse av effekten av kalorirestriksjon og trening på insulinfølsomhet, beta-cellefunksjon og daglig glykemisk kontroll ha viktige implikasjoner for utformingen av effektiv livsstilsintervensjon rettet mot å forebygge eller håndtere type 2 diabetes. For dette formål har denne studien som mål å teste følgende hypoteser:

Hypotese 1: Det er antatt at en enkelt dag med negativ energibalanse indusert av kalorirestriksjon forbedrer intravenøs glukosetoleranse på grunn av forbedret beta-cellefunksjon uten endringer i insulinfølsomhet. Etterforskerne antar videre at denne effekten krever 20 % negativ energibalanse, og ikke forbedres ytterligere med større energibegrensning (40 %).

Hypotese 2: Det er antatt at en enkelt dag med negativ energibalanse indusert av aerob trening forbedrer intravenøs glukosetoleranse på grunn av forbedret insulinfølsomhet uten endringer i beta-cellefunksjon. Etterforskerne antar videre at denne effekten krever 20 % negativ energibalanse, og forbedres ytterligere med større energibegrensning (40 %).

Hypotese 3: Det er antatt at ved et gitt nivå av negativ energibalanse (20 % eller 40 %), har kalorirestriksjon større effekt enn aerob trening på beta-cellefunksjonen, mens aerob trening har større effekt enn kalorirestriksjon på insulin følsomhet.