Produkcja reaktywnych form tlenu w odpowiedzi na suplementację glutationu i ostre ćwiczenia (DIMITOS)

Produkcja RFT w odpowiedzi na suplementację glutationem:

Obecnie 387 milionów ludzi na całym świecie cierpi na T2D, a liczba ta ma wzrosnąć do 592 milionów w 2035 roku. Mięśnie szkieletowe są odpowiedzialne za około 75% całkowitego wychwytu glukozy, co czyni je ilościowo najważniejszą tkanką, jeśli chodzi o insulinooporność (1). Sugerowano, że stres oksydacyjny może stanowić możliwy czynnik sprawczy w patofizjologii insulinooporności mięśni szkieletowych. Związek między RFT a insulinoopornością mięśni szkieletowych został ustalony zarówno in vitro, jak i in vivo (2, 3), ale niewiele badań faktycznie mierzyło wytwarzanie ROS w mięśniach szkieletowych pacjentów z T2D (4-6). Mitochondria są źródłem ROS, a także głównym celem uszkodzeń oksydacyjnych (7). Mitochondrialny system obronny przed stresem oksydacyjnym opiera się na endogennych przeciwutleniaczach. Glutation (GSH) jest najobficiej występującym endogennym przeciwutleniaczem w komórce, a zatem kluczowym obrońcą przed stresem oksydacyjnym i insulinoopornością (8). Potwierdzając to, pacjenci z T2D mają obniżony poziom GSH i podwyższony poziom utlenionego GSH (GSSG) w osoczu (9), a osoby oporne na insulinę mają zwiększoną produkcję reaktywnych form tlenu w mitochondriach, jak również zmniejszony stosunek GSH/GSSG w mięśni szkieletowych w porównaniu ze zdrowymi kontrolami (3). Ponadto stwierdzono, że 1-godzinny wlew glutationu zwiększa wychwyt glukozy u pacjentów z T2D o ~25% i poprawia środowisko redoks, co odzwierciedla zwiększony stosunek GSH/GSSG w osoczu; efekty, których nie obserwowano u zdrowych osób kontrolnych (10). Według naszej wiedzy nigdy nie badano wpływu przedłużonej doustnej suplementacji GSH na wrażliwość mięśni szkieletowych na insulinę i mitochondrialne wytwarzanie RFT u pacjentów z T2D.

Pytania badawcze 1: Czy doustna suplementacja GSH poprawia wrażliwość mięśni szkieletowych na insulinę u pacjentów z T2D i zdrowych osób z grupy kontrolnej? A jeśli tak, to czy efekt ten można powiązać z korzystniejszym stanem redoks w komórce mięśniowej? Hipoteza: Doustna suplementacja GSH poprawi wrażliwość mięśni szkieletowych na insulinę u pacjentów z T2D, a efekt ten będzie związany ze zmniejszoną produkcją mitochondrialnych ROS w mięśniach szkieletowych.

Produkcja RFT w odpowiedzi na intensywny wysiłek fizyczny:

Ostre ćwiczenia indukują znaczny wzrost transkrypcji aktywowanego przez proliferatory peroksysomów koaktywatora-1α receptora (PGC-1α) (11), dlatego uważa się, że PGC-1α odgrywa kluczową rolę w indukowanej treningiem biogenezie mitochondrialnej (12 ). Skurcz komórek mięśni szkieletowych szczura zwiększa produkcję ROS i ekspresję mRNA PGC-1α, ale w obecności przeciwutleniaczy produkcja ROS jest zmniejszona, a wzrost mRNA PGC-1α zostaje zniesiony (13). Również ćwiczenia połączone z allopurinolem (inhibitorem produkcji ROS) poważnie osłabiają wielkość wywołanego wysiłkiem zwiększonego mRNA PGC-1α u szczurów, w porównaniu z samymi ćwiczeniami (14). Odkrycia te sugerują, że PGC-1α, przynajmniej częściowo, jest regulowany przez mechanizm obejmujący ROS. Ponadto zasugerowano, że ROS reguluje PGC-1α poprzez aktywację kinazy białkowej aktywowanej przez AMP (AMPK) (15). Co ciekawe, osoby z opornością na insulinę mają zmniejszoną aktywność AMPK stymulowaną wysiłkiem fizycznym w porównaniu z szczupłą grupą kontrolną (16, 17), co może wyjaśniać osłabioną biogenezę mitochondriów wywołaną treningiem obserwowaną u niektórych pacjentów z T2D (5, 17, 18), ale nie wszystkie (19). Nie wiadomo, czy produkcja ROS jest związana z nieprawidłową reakcją treningową. Nasza obecna wiedza na temat ROS w odpowiedzi na ostre ćwiczenia pochodzi z badań na zwierzętach i komórkach i według naszej wiedzy żadne badanie nie zbadało związku między ROS a biogenezą mitochondriów u pacjentów z T2D w odpowiedzi na ostre ćwiczenia.

Pytanie badawcze 2: Czy zwiększona produkcja reaktywnych form tlenu wywołana wysiłkiem fizycznym, wymagana do odpowiedzi biogenezy mitochondriów, różni się między pacjentami z T2D i zdrowymi kontrolami? Jeśli tak, czy ćwiczenia o niskiej intensywności zmniejszają przejściowe wytwarzanie ROS, a tym samym skutkują wyższą odpowiedzią biogenezy mitochondriów u pacjentów z T2D w porównaniu z ćwiczeniami o wysokiej intensywności? Hipoteza: Biorąc pod uwagę stan patologiczny mięśnia szkieletowego T2D (tj. wysoki chroniczny poziom ROS), wysuwa się hipotezę, że niższa intensywność ćwiczeń, prowadząca do niższej produkcji ROS stymulowanej wysiłkiem fizycznym, jest bardziej optymalnym bodźcem (tj. niezbyt wysoka) dla biogenezy mitochondrialnej u pacjentów z T2D.

Materiał i metodyka:

Do badania zostanie włączonych 20 pacjentów z T2D (nieinsulinozależnych) i 20 zdrowych osób z grupy kontrolnej. Dwie grupy zostaną dopasowane pod względem wieku, wagi i maksymalnego zużycia tlenu (VO2 max).

Podejście do badania: Badanie jest randomizowanym, kontrolowanym placebo badaniem z podwójnie ślepą próbą.

Przy każdorazowej wizycie w laboratorium (z wyjątkiem dnia badań przesiewowych) badani proszeni są o:

• Zgłosić się do laboratorium na czczo
• Powstrzymaj się od alkoholu i aktywności fizycznej na 24 godziny przed każdym dniem badania.
• Powtórz tę samą dietę, jak zaleca załączony 24-godzinny kwestionariusz przypominający (osoby badane są również proszone o wypełnienie 24-godzinnego kwestionariusza przypominającego o diecie podczas pierwszej wizyty w laboratorium)

Badanie przesiewowe: Zanim uczestnicy zostaną włączeni do badania, zostanie przeprowadzone standardowe badanie kliniczne, w tym wywiad lekarski, hemoglobina glikowana (HbA1c) i EKG.

Osoby włączone do badania poddawane są 3 dniom eksperymentalnym przed i po interwencji.

Dzień testowy 1:

• Absorpcjometria rentgenowska Dual Energy – skan do pomiaru składu ciała,
• Przyrostowy test wysiłkowy w celu określenia intensywności ćwiczeń, która wywołuje maksymalne utlenianie tłuszczu (test Fatmax)
• Przyrostowy test wysiłkowy do wyczerpania w celu określenia VO2 max.

Dzień testowy 2:

• Biopsje mięśnia obszernego bocznego (podstawowe, bezpośrednio po zaprzestaniu wysiłku i po 90 min rekonwalescencji)

• Ostre testy wysiłkowe na ergometrach rowerowych przy 70% VO2 max (umiarkowana intensywność) lub przy 50% VO2 max (niska intensywność). Dwa testy wysiłkowe zostaną dopasowane do całkowitej ilości pracy (kJ).

  Do każdego testu wysiłkowego przydzielono losowo 10 osób z T2D i 10 osób z grupy kontrolnej.

Dzień testowy 3:

• Pomiar spoczynkowego tempa metabolizmu za pomocą okapu (podstawowego i podczas zacisku)
• Dożylny test tolerancji glukozy
• Hiperinsulinemiczny zacisk euglikemiczny

Po dniach eksperymentu, uczestnicy zostali losowo przydzieleni do grup otrzymujących placebo lub suplementację GSH i poinstruowani, aby spożywali codziennie 1000 mg GSH lub placebo (2 tabletki rano i 2 tabletki wieczorem) przez 4 tygodnie.

Względy statystyczne:

Porównanie grup lub interwencji zostanie przeprowadzone przy użyciu odpowiednio jednokierunkowego lub dwuczynnikowego testu ANOVA z powtarzanymi pomiarami. Na podstawie zmienności pokazanej w poprzednich badaniach oczekiwana moc 80% i poziom istotności P