Spersonalizowany trening fizyczny u młodzieży z cukrzycą typu 2 we wczesnej profilaktyce dysfunkcji komórek beta (PT4DEEP)

Cukrzyca (DM) jest chorobą metaboliczną charakteryzującą się hiperglikemią spowodowaną wydzielaniem insuliny lub niedoborem funkcji insuliny. W cukrzycy typu 2 (T2DM), najczęstszym typie DM, do czynników ryzyka zalicza się wysoki wskaźnik masy ciała, niezdrową dietę, zmniejszoną aktywność fizyczną, niekorzystne środowisko wewnątrzmaciczne oraz niekorzystne predyspozycje genetyczne. W ciągu ostatnich 20 lat częstość występowania T2DM wśród nastolatków wzrosła kilkukrotnie na świecie.

W porównaniu z dorosłymi z cukrzycą typu 2, u których w późniejszym wieku rozwijają się wtórne powikłania pomimo wieloletniej oporności na insulinę, u nastolatków kliniczna postać cukrzycy typu 2 i powikłań rozwija się szybciej i agresywniej. Młodzież z cukrzycą typu 2 ma bardzo złe wyniki leczenia i szybki spadek kontroli glikemii przy obecnych protokołach leczenia. Wczesny początek cukrzycy typu 2 i przedłużona ekspozycja na te nieprawidłowości metaboliczne potęgują długoterminowe powikłania mikro- i makronaczyniowe u tych dzieci. Ponadto, zgodnie z atlasem T2DM Międzynarodowej Federacji Diabetologicznej, w prognozie 2045 T2DM osiągnie poziom epidemii u nastolatków i młodych ludzi. Dlatego też zapobieganie rozwojowi T2DM, spowolnienie postępu choroby, zatrzymanie i leczenie nabiera ogromnego znaczenia.

Główne czynniki metaboliczne w rozwoju T2DM u młodzieży obejmują IR w wątrobie, mięśniach, tkance tłuszczowej i ewentualną niewydolność komórek β. Jednak szczegółowe mechanizmy molekularne związane z procesem patologicznym nie są jeszcze jasne. Stres oksydacyjny, który wyraża się zaburzeniem równowagi oksydacyjnej, atakuje zdrowe komórki organizmu i powoduje pogorszenie ich funkcji i struktury. Istnieją doniesienia, że ​​stres oksydacyjny odgrywa ważną rolę zarówno w patogenezie T2DM, jak i w rozwoju powikłań związanych z chorobą. Kolejnym ważnym czynnikiem rozwoju T2DM jest IR. IR jest bardziej widoczne w przypadku otyłości i siedzącego trybu życia. W przeciwieństwie do swoich dorosłych odpowiedników, dzieci mają tendencję do nieproporcjonalnej nadprodukcji insuliny w odpowiedzi na IR. Badania wykazały, że obwodowa IR odgrywa znaczącą rolę w inicjacji DM typu 2. Biorąc pod uwagę rolę stresu oksydacyjnego i IR w patogenezie T2DM oraz ich wpływ na rozwój powikłań związanych z chorobą, uważa się, że trening fizyczny może być korzystny w profilaktyce i/lub leczeniu T2DM. Dlatego bardzo ważne jest zdefiniowanie mechanizmów adaptacyjnych, które wyjaśniają potencjał terapeutyczny i zapobiegawczy stresu oksydacyjnego treningu fizycznego.

Procesy epigenetyczne zostały powiązane z predyspozycją i progresją do T2DM w odpowiedzi na różne czynniki związane ze stylem życia lub ekspozycje środowiskowe, w tym niedożywienie, otyłość, brak aktywności fizycznej, stres i toksyny. Coraz więcej dowodów wskazuje, że dynamiczne zmiany w epigenomie mogą wystąpić w ciągu życia jednostki i że zmiany te mogą wpływać na zdrowie metaboliczne. Mechanizmy molekularne rządzące ochronnym działaniem ćwiczeń w T2DM nie są jeszcze w pełni poznane. Kilka ostatnich badań wykazało, że podczas ćwiczeń zachodzą modyfikacje epigenetyczne. Chociaż istnieją badania in vitro badające ochronny wpływ różnych protokołów ćwiczeń na poziomie molekularnym, żadne badania na ludziach nie wykazały ich modyfikacji epigenetycznych.

Trening fizyczny jest kluczowym elementem profilaktyki i leczenia różnych chorób przewlekłych, takich jak cukrzyca typu 2. Adaptacje i efekty występujące podczas treningu fizycznego różnią się w zależności od protokołów ćwiczeń. Większość interwencji ruchowych w T2DM opiera swoje wyniki na HbA1c. Ponieważ molekularny i epigenetyczny wpływ treningu fizycznego na funkcje komórek β nie został w pełni ujawniony, znaczenie i wpływ treningu fizycznego nie zostały w pełni zrozumiane.

Biorąc pod uwagę rolę stresu oksydacyjnego i stanu zapalnego, zmian epigenetycznych w patogenezie T2DM oraz rozwoju powikłań związanych z chorobą, trening fizyczny będzie skuteczny w profilaktyce i/lub leczeniu T2DM u młodych ludzi. Z tego powodu w ramach tego projektu zostanie określony optymalny protokół ćwiczeń w celu poprawy dysfunkcji komórek β, co zapewni tworzenie i ochronę równowagi oksydacyjnej oraz zmniejszenie IR.

Medycyna spersonalizowana ma na celu przewidywanie odpowiedzi terapeutycznej zgodnie z profilem osobistym, który obejmuje dane kliniczne, fizjologiczne i genetyczne. Dzięki temu projektowi opracowanie paneli markerów epigenetycznych, które będą przewidywać reakcję jednostki na konkretny protokół treningu fizycznego, przyczyni się do ujawnienia spersonalizowanej pamięci epigenetycznej. Lepsza znajomość tych powiązań pozwoli na opracowanie spersonalizowanych schematów treningu wysiłkowego, które pozwolą osobie osiągnąć założone cele treningowe z maksymalną efektywnością. Również ten projekt ma na celu ustanowienie platformy sztucznej inteligencji, która łączy dane z badań klinicznych na temat wpływu różnych protokołów treningu fizycznego w celu identyfikacji predyktorów. Wszystkie wyniki zostaną połączone w jedną platformę danych w celu opracowania modeli predykcyjnych odpowiedzi na leczenie. Ta platforma danych pomaga w opracowaniu systemu wspomagania decyzji na potrzeby spersonalizowanego treningu fizycznego u młodzieży z T2DM.

Pacjenci objęci badaniem zostaną podzieleni na sześć grup; grupa kontrolna (20 nastolatków), grupa umiarkowanego ciągłego treningu aerobowego (20 nastolatków), grupa treningu interwałowego o wysokiej intensywności (20 nastolatków), grupa treningu oporowego (20 nastolatków), połączenie umiarkowanego ciągłego treningu aerobowego z grupa trenująca ćwiczenia oporowe (20 osób) oraz połączenie treningu interwałowego o wysokiej intensywności z treningiem ćwiczeń oporowych (20 nastolatków). Na początku badania dokonana zostanie charakterystyka demograficzna i fizyczna pacjentów oraz ocena antropometryczna i laboratoryjna, badanie czynnościowe płuc, pomiar siły i wytrzymałości mięśni oddechowych, pomiar siły mięśni obwodowych, ocena wydolności funkcjonalnej i tlenowej, pomiar poziom aktywności fizycznej i zużycie energii, ocena jakości życia, analiza epigenetyczna, ocena funkcji komórek β i struktury biochemicznej insuliny.

Wszyscy pacjenci będą przechodzić ćwiczenia fizyczne 3 dni w tygodniu przez 16 tygodni. Wszystkie pomiary i oceny zostaną wykonane przed rozpoczęciem treningu wysiłkowego i po 16 tygodniach treningu wysiłkowego.

W wyniku uzyskanych danych zostanie podjęta próba obiektywnego przedstawienia, jaki rodzaj interwencji wysiłkowej, przy jakich dawkach i częstotliwościach będzie bardziej skuteczny u pacjentów z T2DM, wraz z jej wpływem na czynniki epigenetyczne. Ponadto określenie optymalnej niefarmakologicznej metody leczenia choroby zdefiniowanej w prognozie 2045 jako epidemia przyczyni się do zapobiegania umieralności i zachorowalności oraz ograniczenia wydatków na ochronę zdrowia.