Effekter av progressiv negativ energibalans på glukostolerans, insulinkänslighet och betacellsfunktion

Metabolisk dysfunktion, fetma och typ 2-diabetes Incidensen av övervikt och fetma har ökat under de senaste 2-3 decennierna i Singapore och förväntas öka ytterligare i framtiden. Till år 2050 beräknas mer än hälften av befolkningen vara överviktig eller fetma, definierat som att ha ett kroppsmassaindex (BMI, beräknat som vikten i kilogram dividerat med kvadraten på höjden i meter) lika med eller större än 25 kg/m2. Detta är sannolikt ansvarigt, åtminstone delvis, för den åtföljande ökningen av fetmarelaterade komorbida tillstånd, och särskilt typ 2-diabetes. Sambandet mellan BMI och risken för typ 2-diabetes i populationer från Asien-Stillahavsområdet är linjärt inom ett brett spektrum av BMI-värden (från ~21 kg/m2 till ~34 kg/m2), så att för varje 2 kg/m2 m2 ökning av BMI (vilket motsvarar ~6 kg för en normalviktig person av medelstor växt), risken för att utveckla typ 2-diabetes ökar med ~27 %. I Singapore förväntas prevalensen av typ 2-diabetes fördubblas från 7,3 % 1990 till ~15 % 2050, främst som ett resultat av befolkningens gödning. Anmärkningsvärt är dock prevalensen av typ 2-diabetes i Singapore liknande den i USA, även om förekomsten av övervikt och fetma (BMI ≥25 kg/m2) är ungefär hälften. Detta bekräftar resultat från många studier som visar att markörer för metabolisk dysfunktion och särskilt hyperglykemi, hyperinsulinemi och insulinresistens är mycket vanliga bland vuxna i Singapore, även bland personer som inte är överviktiga eller feta. Detta leder sannolikt i ökad risk för att utveckla typ 2-diabetes. Dessa observationer understryker vikten av metabolisk dysfunktion oberoende av kroppsvikt i sig.

Metaboliska effekter av viktminskning Patogenesen av typ 2-diabetes involverar perifer insulinresistens (dvs. motstånd hos perifera vävnader och i synnerhet skelettmuskler mot insulins glukosupptagsfrämjande effekt) och otillräcklig utsöndring av insulin från pankreatiska betaceller vid glukosstimulering, vilket leder till fasta och postprandial hyperglykemi. Viktminskning, uppnådd som ett resultat av kronisk negativ energibalans inducerad av en mängd olika sätt (kaloribegränsning, träning, farmakoterapi, bariatrisk kirurgi), förbättrar den metaboliska funktionen och anses vara hörnstenen i förebyggande och behandling av diabetes. En del av den gynnsamma effekten av viktminskning kan bero på minskningen av totalt kroppsfett, intraabdominalt fett och ackumulering av ektopiskt fett i metaboliskt aktiva organ (t. muskler, bukspottkörtel och lever), men akuta störningar i energibalansen (oavsett om de är positiva eller negativa, under en period av 24-72 timmar) kan påverka insulinverkan, beta-cellsfunktion och glykemisk kontroll även före förändringar i kroppsvikt eller kroppsfettfördelning inträffar. Till exempel, en dag av övermatning stör 24-timmars glukoshomeostas, och två dagars kalorirestriktion förbättrar insulinverkan. Likaså kan träning också leda till negativ energibalans och är ett mycket kraftfullt ingrepp som enkelt förbättrar metabolisk funktion och särskilt insulinkänslighet, även efter bara en enda session. Ändå är graden av negativ energibalans som måste uppnås genom kalorirestriktion eller träning för att förbättra insulinverkan och betacellsfunktion inte känd, och dos-responssambandet mellan negativ energibalans och metabolisk funktion är fortfarande svårfångad. Dessutom, den jämförande effekten av kalorirestriktion och träning för att förbättra mekanismerna som reglerar glukoshomeostas (dvs. insulinkänslighet och betacellfunktion) har inte studerats tillräckligt. En studie fann att för samma mängd viktminskning (8-9 % av den ursprungliga kroppsvikten) orsakad av en lågkaloridiet eller uthållighetsträning, orsakade träning en större minskning av fettmassan, en mindre minskning av muskelmassan och ledde till en större ökning av insulinmedierat glukosavfall under en hyperinsulinemisk-euglykemisk klämma (med ~30 %), och en större minskning av det totala insulinsvaret på ett oralt glukostoleranstest (med ~2,5 gånger), jämfört med matchad diet- inducerad viktminskning; även om dessa skillnader inte nådde statistisk signifikans. Dessa observationer ger upphov till möjligheten att, för samma negativa energibalans, träning kan vara effektivare än kalorirestriktion för att förbättra metabolisk funktion; dessa fynd är dock svåra att tolka med tanke på de åtföljande mer gynnsamma förändringarna i kroppssammansättning och fettfördelning. Ingen studie har direkt bedömt effekterna av samma akuta negativa energibalans inducerad av kalorirestriktion eller aerob träning på metabolisk funktion.

Följaktligen kommer en bättre förståelse av effekterna av kalorirestriktion och träning på insulinkänslighet, betacellsfunktion och daglig glykemisk kontroll ha viktiga konsekvenser för utformningen av effektiv livsstilsintervention som är inriktad på att förebygga eller hantera typ 2-diabetes. För detta ändamål syftar denna studie till att testa följande hypoteser:

Hypotes 1: Det antas att en enda dag med negativ energibalans inducerad av kalorirestriktion förbättrar intravenös glukostolerans på grund av förbättrad betacellsfunktion utan förändringar i insulinkänsligheten. Utredarna antar vidare att denna effekt kräver 20 % negativ energibalans och inte förbättras ytterligare med större energibegränsning (40 %).

Hypotes 2: Det antas att en enda dag med negativ energibalans inducerad av aerob träning förbättrar den intravenösa glukostoleransen på grund av förbättrad insulinkänslighet utan förändringar i betacellernas funktion. Utredarna antar vidare att denna effekt kräver 20 % negativ energibalans och förbättras ytterligare med större energibegränsning (40 %).

Hypotes 3: Det antas att vid varje given nivå av negativ energibalans (20 % eller 40 %), har kalorirestriktion en större effekt än aerob träning på betacellsfunktionen, medan aerob träning har större effekt än kalorirestriktion på insulin känslighet.