Производство активных форм кислорода в ответ на прием глутатиона и интенсивные физические нагрузки (DIMITOS)

Производство АФК в ответ на добавление глутатиона:

Сегодня 387 миллионов человек во всем мире страдают от T2D, и ожидается, что это число увеличится до 592 миллионов в 2035 году. Скелетные мышцы отвечают за примерно 75% общего поглощения глюкозы, что делает скелетные мышцы наиболее важной тканью, когда речь идет об инсулинорезистентности (1). Было высказано предположение, что окислительный стресс может представлять собой возможный причинный фактор в патофизиологии инсулинорезистентности скелетных мышц. Связь между АФК и резистентностью к инсулину в скелетных мышцах была установлена ​​как in vitro, так и in vivo (2, 3), но лишь немногие исследования действительно измеряли выработку АФК в скелетных мышцах у пациентов с СД2 (4-6). Митохондрии являются источником АФК, а также основной мишенью окислительного повреждения (7). Митохондриальная система защиты от окислительного стресса основана на эндогенных антиоксидантах. Глутатион (GSH) является наиболее распространенным эндогенным антиоксидантом в клетке и, следовательно, важным защитником от окислительного стресса и резистентности к инсулину (8). Подтверждая это, пациенты с СД2 имеют пониженный уровень GSH и повышенный уровень окисленного GSH (GSSG) в плазме (9), а субъекты с резистентностью к инсулину, как сообщается, имеют повышенную продукцию митохондриальных АФК, а также сниженное соотношение GSH/GSSG в скелетных мышц по сравнению со здоровым контролем (3). Кроме того, было обнаружено, что 1-часовая инфузия глутатиона увеличивает поглощение глюкозы у пациентов с СД2 примерно на 25% и улучшает окислительно-восстановительную среду, о чем свидетельствует повышенное соотношение GSH/GSSG в плазме; эффекты, которые не наблюдались у здоровых людей (10). Влияние длительного перорального приема GSH на чувствительность скелетных мышц к инсулину и выработку митохондриальных АФК у пациентов с СД2, насколько нам известно, никогда не исследовалось.

Вопросы исследования 1: Улучшают ли пероральные добавки GSH чувствительность скелетных мышц к инсулину у пациентов с СД2 и у здоровых людей? И если да, то может ли этот эффект быть связан с более благоприятным окислительно-восстановительным состоянием мышечной клетки? Гипотеза: Пероральный прием глутатиона улучшит чувствительность скелетных мышц к инсулину у пациентов с СД2, и этот эффект будет связан со снижением выработки митохондриальных АФК в скелетных мышцах.

Производство АФК в ответ на интенсивную физическую нагрузку:

Интенсивная физическая нагрузка вызывает заметное увеличение транскрипции коактиватора-1α, активируемого пролифератором пероксисом, γ-рецептора (PGC-1α) (11), и, следовательно, считается, что PGC-1α играет ключевую роль в митохондриальном биогенезе, индуцированном тренировкой (12). ). Сокращение клеток скелетных мышц крыс увеличивает выработку АФК и экспрессию мРНК PGC-1α, но в присутствии антиоксидантов продукция АФК снижается, а увеличение мРНК PGC-1α прекращается (13). Кроме того, упражнения в сочетании с аллопуринолом (ингибитором выработки АФК) значительно ослабляют величину вызванного физическими упражнениями увеличения мРНК PGC-1α у крыс по сравнению с одними упражнениями (14). Эти данные свидетельствуют о том, что PGC-1α, по крайней мере частично, регулируется посредством механизма, который включает АФК. Кроме того, было высказано предположение, что АФК регулируют PGC-1α посредством активации AMP-активируемой протеинкиназы (AMPK) (15). Интересно, что субъекты с резистентностью к инсулину имеют пониженную активность AMPK, стимулированную физической нагрузкой, по сравнению с худощавым контролем (16, 17), что может объяснить ослабление митохондриального биогенеза, вызванное тренировкой, наблюдаемое у некоторых пациентов с СД2 (5, 17, 18), но не все (19). Неизвестно, связано ли производство АФК с аномальной тренировочной реакцией. Наши текущие знания о АФК в ответ на острую физическую нагрузку получены из исследований на животных и клетках, и, насколько нам известно, ни одно исследование не изучало связь между АФК и митохондриальным биогенезом у пациентов с СД2 в ответ на острую физическую нагрузку.

Исследовательский вопрос 2: Различается ли индуцированное физической нагрузкой увеличение продукции АФК, необходимое для ответа митохондриального биогенеза, у пациентов с СД2 и здоровых людей? Если да, то снижают ли упражнения низкой интенсивности временную выработку АФК и, таким образом, приводят ли они к более высокому ответу митохондриального биогенеза у пациентов с СД2 по сравнению с упражнениями высокой интенсивности? Гипотеза: учитывая патологическое состояние скелетных мышц при СД2 (т. высокий хронический уровень АФК), предполагается, что более низкая интенсивность упражнений, ведущая к более низкому стимулированному физической нагрузкой производству АФК, является более оптимальным стимулом (т. не высокая) для митохондриального биогенеза у пациентов с СД2.

Материал и методика:

В исследование будут включены 20 пациентов с СД2 (инсулинозависимым) и 20 здоровых людей из контрольной группы. Две группы будут уравнены по возрасту, весу и максимальному потреблению кислорода (VO2 max).

Подход к исследованию: исследование представляет собой двойное слепое рандомизированное плацебо-контролируемое исследование.

При каждом посещении лаборатории (кроме дня скрининга) испытуемых просят:

• Отчет в лабораторию в состоянии ночного голодания
• Воздержитесь от алкоголя и физической активности за 24 часа до каждого дня исследования.
• Повторите ту же самую диету, как предписывает прилагаемый 24-часовой опросный лист (испытуемых также просят заполнить 24-часовой опросный лист о диете при их первом посещении лаборатории)

Скрининг: прежде чем субъекты будут включены в исследование, будет проведено стандартное клиническое обследование, включая историю болезни, гликированный гемоглобин (HbA1c) и ЭКГ.

В случае включения в исследование субъекты проходят 3 экспериментальных дня до и после вмешательства.

Тестовый день 1:

• Двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия для измерения состава тела,
• Дополнительный тест с физической нагрузкой для определения интенсивности упражнений, вызывающей максимальное окисление жира (тест Fatmax).
• Дополнительный тест с физической нагрузкой до истощения для определения VO2 max.

Тестовый день 2:

• Биопсия мышц латеральной широкой мышцы бедра (базальная, сразу после прекращения физической нагрузки и через 90 мин после восстановления)

• Острые нагрузочные пробы на велоэргометрах при 70% VO2 max (умеренная интенсивность) или при 50% VO2 max (низкая интенсивность). Два нагрузочных теста будут сопоставлены по общему объему работы (кДж).

  10 субъектов с T2D и 10 контрольных субъектов были рандомизированы для каждого теста с физической нагрузкой.

Тестовый день 3:

• Измерение скорости метаболизма в покое с помощью капюшона (базальный и во время клэмпа)
• Внутривенный тест на толерантность к глюкозе
• Гиперинсулинемический эугликемический клэмп

После экспериментальных дней испытуемых рандомизируют в группу приема плацебо или глутатиона и инструктируют принимать либо 1000 мг глутатиона в день, либо плацебо ежедневно (2 таблетки утром и 2 таблетки вечером) в течение 4 недель.

Статистические соображения:

Сравнение групп или вмешательств будет выполняться с использованием одностороннего или двустороннего теста ANOVA с повторными измерениями, в зависимости от ситуации. Основываясь на вариации, показанной в предыдущих исследованиях, ожидаемая мощность 80% и уровень значимости P