Д-р Руй Хан, д-р, д-р

физическото

Отдел по диабет

Първата свързана болница, Медицински университет Кунмин

295, Xichang Road, Кунмин, Юнан 650032 (Китай)

Сродни статии за „“

  • Facebook
  • Twitter
  • LinkedIn
  • електронна поща

Резюме

Заден план: Упражняващата терапия играе важна роля в профилактиката и лечението на диабет тип 2 (T2DM). Механизмът на тренировъчната терапия за подобряване на гликолипидния метаболизъм на T2DM е много сложен и не е напълно ясен. Резюме: Обучението за упражнения подобрява метаболитното здраве на цялото тяло при пациенти с T2DM, което води до увеличаване на усвояването и усвояването на гликолипидите, подобрена чувствителност към инсулин, оптимизиран индекс на телесна маса и модулирано ДНК метилиране и др. Последните открития потвърждават, че някои цитокини като иризин, остеокалцин и адипонектин са тясно свързани с физически упражнения и метаболитни заболявания. Това проучване прави кратък преглед на физиологичните механизми на тренировъчната терапия при диабет и потенциалната роля на тези цитокини в упражненията. Основни съобщения: Необходими са спешно по-висококачествени, целенасочени, рандомизирани контролирани проучвания, от изследване на механизма до посока на лечението, за да се осигури по-теоретична основа за упражнения и да се изследват нови терапевтични цели за диабет.

Въведение

Диабет тип 2 (T2DM) е системно метаболитно заболяване, което се характеризира с инсулинова резистентност и относителни недостатъци в секрецията на инсулин, което представлява повече от 90% от всички видове диабет. Според публикувано проучване разпространението на диабета в Китай е до 11,6%, а разпространението на преддиабет е 50,1% [1]. Поради това той все повече се признава като сериозен световен проблем в областта на общественото здраве, който спешно призовава за по-силни контрамерки за контрол и предотвратяване на тази тенденция. При класическото управление на диабет „5 вагона“, на упражняващата терапия се отделя все повече и повече внимание поради нейната специфична достъпност и икономическа ефективност. Редовното физическо натоварване се оказа ефективно не само за подобряване на гликемията чрез понижаване на инсулиновата резистентност и насърчаване на секрецията на инсулин, но също така и за намаляване на риска от сърдечно-съдови заболявания и затлъстяване при пациенти с T2DM [2]. Въпреки това, подробен механизъм, който свързва физическата активност (PA) с T2DM, все още остава неизвестен. Настоящият преглед се фокусира върху постигнатия напредък в разбирането на механизма на упражняващата терапия при регулиране на разстройството на метаболизма на гликолипидите и възможната посока на лечение при T2DM mellitus.

Връзка между упражняващата терапия и метаболизма на гликолипидите

Голям брой рандомизирани контролирани проучвания демонстрират, че упражненията могат ефективно да регулират нарушението на гликолипидния метаболизъм при пациенти с T2DM, независимо дали аеробни упражнения или упражнения за съпротива, или комбинацията от 2, което е изгодно за по-добър контрол на прогресията на диабета [3]. Многоцентрово проучване на напречното сечение в Китай установи, че метаболизмът на глюкозата, метаболизмът на мазнините, кръвното налягане и индексът на телесна маса (ИТМ) са значително подобрени след редовни упражнения при пациенти с T2DM. По подобен начин се съобщава за намаляване на разпространението на свързаните с диабета хронични усложнения като диабетна нефропатия, ретинопатия, периферна невропатия, периферни съдови заболявания и диабетно стъпало при пациенти, които напълно се подчиняват на упражненията [4]. Редовното упражнение вероятно играе важна роля за профилактиката и лечението на T2DM, но как работи? Механизмите ще бъдат обсъдени в следващите раздели.

Механизъм на упражняващата терапия за подобряване на метаболизма на глюкозата

Увеличение на усвояването и употребата на глюкоза

Подобряване на инсулиновата чувствителност

Мускулната тъкан е основната прицелна тъкан за действие на инсулина. Предишни проучвания установиха, че упражненията за съпротива (силови тренировки) могат значително да увеличат силата на скелетните мускули и да увеличат площта на напречното сечение на квадрицепсните мускули [10, 11], което води до увеличен брой инсулинови рецептори и подобряване на инсулиновата чувствителност . В допълнение, полезните ефекти от упражненията също се изучават чрез усилване на инсулиновата сигнализация и подобряване на трансдукцията на вътреклетъчни сигнални пътища. По този начин упражненията вероятно ще улеснят физиологичните ефекти на инсулина. При пациенти с T2DM глюкозата се поема от скелетните мускули по 2 основни пътя: инсулинозависим и неинсулинозависим. T2DM се свързва най-вече с различна степен на инсулинова резистентност и хипоинсулинизъм, което причинява увреждане на инсулинозависимото усвояване на глюкоза в скелетните мускули. Тъй като нормалното усвояване на глюкозата може да бъде получено чрез неинсулинозависим път, активиран чрез остри физически упражнения, този път се превръща в друг важен начин за регулиране на глюкозата в състояние на инсулинова резистентност [6].

Защита на функцията на бета-клетките на панкреаса

С увеличаването на интензивността на упражненията и продължителността на активността, постепенно се консумират натрупаната глюкоза и липиди, което може не само да облекчи глюкотоксичността и липотоксичността на панкреатичните β-клетки, причинени от хипергликемия и хиперлипидемия във вътрешната среда, но също така да намали възпалението на панкреаса и увреждане на оксидативния стрес в тъканите [12]. Чрез защита на остатъчните панкреатични β-клетки и насърчаване на възстановяването на увредената функция на островчета, нивото на ендокринната способност само по себе си може да се подобри или поне да не се влоши. С други думи, β-клетките на панкреаса, в отговор на даден стимул за упражнения, могат да увеличат секрецията на инсулин, за да регулират метаболизма на гликолипидите и да отговорят на нуждите от ежедневни физически дейности. Съобщава се, че дозата на екзогенния инсулин също намалява до известна степен след редовни упражнения. Изследователите набраха 105 пациенти с нарушен глюкозен толеранс или T2DM, които участваха в 12-16 седмици аеробни тренировки (ET) и наблюдават доказателства, че предизвиканите от тренировки промени в секрецията на инсулин, т.е. функцията на β-клетките на панкреаса са от решаващо значение за подобренията в гликемичен контрол [13].

Механизъм на упражняваща терапия за подобряване на липидния метаболизъм

Повишаване на окисляването на липидната хидролиза

По-доброто разбиране на механизма за индуциран от упражнения липиден метаболизъм дава доказателства за упражняваща терапия при T2DM. Както е известно, T2DM е най-вече придружен с различна степен на анормален метаболизъм на липидите в кръвта, главно с високи нива на триглицериди (TG) и липопротеинов холестерол с ниска плътност, ниски нива на липопротеинов холестерол с висока плътност, което е тясно свързано със сърдечно-съдови заболявания риск [14]. Упражняващата терапия е друг начин за лечение на диабет чрез подобряване на липидния профил в кръвта. Въз основа на скорошно проучване, аеробните упражнения или упражненията за резистентност могат да стимулират секрецията на катехоламин в тялото и да повишат чувствителната към хормони липазна ензимна активност, което води до ускоряване на липидната хидролиза. Липидът се хидролизира до свободни мастни киселини и се прехвърля в целевата клетка, след което се окислява и използва в митохондриите. Нещо повече, намаляването на вътреклетъчното натрупване на липиди също е от полза за облекчаване на периферната инсулинова резистентност [15].

Облекчаване на системното възпаление

Оптимизиране на ИТМ и системно състояние

Затлъстяването е важен предиктор за риска за инцидент T2DM. Упражненията могат да увеличат консумацията на енергия и да помогнат за отслабване, намалявайки риска от затлъстяване и T2DM. Няколко проучвания показват, че ИТМ, дебелината на коремния себум, висцералната мастна тъкан и съотношението на талията до тазобедрената става при пациенти със затлъстяване са се подобрили след 8-12 седмици упражнения за съпротива и аеробни упражнения [20, 21]. Струва си да се отбележи, че пациентите с наднормено тегло или затлъстяване с диабет, които са упорити в упражненията, могат не само да увеличат чистата си телесна маса и да намалят мастните натрупвания, но и да контролират по-добре прогресията на T2DM. Освен това намаляването на тежестта върху сърцето и белите дробове след загуба на тегло, предизвикано от физическо натоварване, има явни ползи за подобряване на сърдечно-белодробната функция. Установена е силна връзка между упражненията и имунитета на тялото; упражненията могат да насърчат здрава имунна система, което води до намалена чувствителност и тежест на заболяването [22]. Упражнението може също така да повлияе положително на психологическите състояния на пациентите, като елиминира общата тревожност и стрес. Освен това, като активно си сътрудничат с лекаря, пациентите са склонни да променят някои от нездравословните навици на живот и да имат по-добър контрол на кръвната глюкоза.

Взаимодействие между PA и гените за чувствителност

Напредък на упражняващата терапия за T2DM Mellitus: Цитокини

По-новите проучвания са установили, че някои цитокини като миокин иризин, остеокин остеокалцин (OC), адипокин адипонектин (ADP) са тясно свързани с диабета и метаболитните заболявания. Натрупващите се доказателства показват възможността тези цитокини, освободени от новопредложения „ендокринен орган“ като скелетни мускули, скелет и мастна тъкан, да бъдат хормонални медиатори на ефектите на цялото тяло от упражненията. Цитокините могат да играят важна роля в регулирането на енергийния метаболизъм, насърчавайки синтеза и секрецията на инсулин, намалявайки инсулиновата резистентност и така нататък (фиг. 1). Въпреки това, връзката между промяната на цитокините и физическото обучение, както и техния потенциален механизъм все още не са ясни.

Фиг. 1.

Преглед на механизма на тренировъчната терапия за подобряване на метаболизма на гликолипидите и потенциалната роля на някои цитокини в упражненията. AMPK, активирана протеинкиназа; PPAR-α, рецептори, активирани от пероксизомен пролифератор-α; OC, остеокалцин.

Миокин: Иризин

Откриване на Irisin

Иризинът често се разглежда като миокин, секретиран от скелетните мускули по време на тренировка, за което първо е съобщено от Boström et al. [33]. Това е новооткрит миокин, регулиран от PGC1-α, както бе споменато по-рано, ядрен транскрипционен коактивиращ фактор, който медиира енергийния метаболизъм. PGC1-α упражнява своето действие върху регулирането на вътреклетъчния метаболизъм на окисление, термогенезата, биосинтеза на митохондриите, ангиогенезата, трансформацията на типа на скелетните мускулни влакна и други биопроцеси [34]. Важно е, че изследователите са открили, че PGC1-α може да насърчи експресията на FNDC5, предшественик на иризин. FNDC5 е протеин от тип III, свързан с мембраната в скелетните мускули. След изрязването на N-терминалния сигнален пептид на FNDC5, останалият пептид се хидролизира от ензима и се секретира като нов полипептиден фрагмент, а именно Иризин [33].

Биологична функция на иризин

Иризин и упражнения

Първоначално беше съобщено, че плазмените концентрации на FNDC5 иРНК и иризин се повишиха значително след 3 седмици бягане на свободно колело при мишки. Плазмената концентрация на циркулиращия иризин в мишките е повишена (65%) чрез Western blot и други методи. Подобни анализи при здрави възрастни хора, които са били подложени на 10-седмична ET издръжливост, показват двукратно увеличение на нивата на циркулиращия иризин в сравнение с групата, която не е тренирала [33].

Оттогава ирисинът се превърна във фокус на изследвания в упражненията за метаболитни заболявания. Добре установено е, че нивото на циркулиращия иризин е било по-ниско както при новодиагностицирания T2DM, така и при страдащите от T2DM [38, 39]; обаче корелацията между нивата на иризин и клиничните гликолипидни индекси не е последователна.

Различните интензивност на упражненията, вид, време и честота могат да повлияят на експресията и секрецията на иризин. Huh и сътр. [40] отбелязват, че острите упражнения са допринесли за повишаване на нивото на серумен иризин, а не за хронични упражнения, което вероятно се дължи на адаптацията към упражненията. Kim et al. [41] установи, че упражненията за съпротива значително увеличават циркулиращия иризин, докато аеробните упражнения нямат ефект. Друго проучване съобщава, че промените в серумните нива на иризин са свързани с продължителността след тренировка, с нарастваща тенденция след единични сесии на упражнения за издръжливост и силови тренировки, след което пиковата стойност постепенно намалява до 24 часа [42]. В допълнение, неотдавнашен мета-анализ стигна до заключението, че нивото на фитнес и ИТМ са идентифицирани като важни прогностични променливи за концентрацията на иризин след тренировка [43]. За разлика от това, няколко проучвания показват, че нито острите, нито хроничните упражнения не са оказали влияние върху нивата на FNDC5 и иризин при хора с наднормено тегло и затлъстяване [44].

Към днешна дата има противоречия относно свойствата и произхода на иризина. Някои учени смятат, че иризинът може да се произвежда и от адипоцити с по-ниско ниво на експресия от това на скелетните мускулни клетки. FNDC5, произведен от скелетни мускули, представлява около 72% от общото количество в циркулация [45]. Забелязано е, че секрецията на FNDC5/иризин в подкожната мастна тъкан и висцералната мастна тъкан значително се увеличава в рамките на една седмица след краткосрочно физическо обучение и постепенно намалява след 3 седмици. При затлъстели хора нивото на плазмения иризин очевидно е било повишено, но е спаднало значително след бариатрична хирургия, вероятно в резултат на намалена мастна тъкан или подобряване на устойчивостта на иризин. Съществуват също проучвания, които предполагат, че нивата на серумен иризин са в положителна корелация с ИТМ, което отчасти може да обясни възможна връзка със съдържанието на скелетната мускулна тъкан [46]. Следователно значимостта между иризина, мастната тъкан, скелетната мускулна тъкан и дори други органи остава да бъде проучена допълнително.

Остеокин: OC

Откриване на OC

OC е протеин без колаген, синтезиран и секретиран от остеобласти. OC е полипептид с права верига, състоящ се от 49 аминокиселинни остатъка. Нивото на серумен OC обикновено може да отразява активността на остеобластите, като по този начин OC се счита и за маркер на костното образуване и костния обмен. През 2007 г. екипът на Лий установи, че костта също може да участва в системния метаболизъм като ендокринен орган [47].

Биологична функция на ОС

OC и упражнения

Адипокин: ADP

Откриване на ADP

ADP е секретиран от мастна тъкан фактор или адипокин, изключително синтезиран и освободен от адипоцитите, и играе ясна регулаторна и функционална роля, свързана с много патофизиологични процеси като енергиен метаболизъм, противовъзпаление и анти-атеросклероза и други [61]. Освен това ADP корелира положително с инсулиновата чувствителност чрез повишаване на инсулиновата активност [62]. Много доказателства потвърждават, че нивата на ADP в плазмата и мастната тъкан очевидно са намалени при пациенти със затлъстяване и диабет в сравнение със здрави индивиди. Тези наблюдения са в съответствие с предишните открития в експериментални модели на диабет върху животни [63].

Биологична функция на ADP

ADP и упражнение

През последните 10–15 години резултатите от изследванията за ефектите от упражненията върху ADP са противоречиви. Неотдавнашен мета-анализ показа, че упражненията, особено аеробните упражнения, значително повишават нивата на ADP в сравнение с липсата на упражнения, както и контрола при лица с наднормено тегло и затлъстяване [68], в съответствие с констатацията в T2DM [69]. Някои проучвания обаче противоречат на резултатите, представени преди, предполагат, че плазмените нива на ADP не са променени след комбинирано обучение от 12 седмици при деца с наднормено тегло и затлъстяване [70]. Друго подобно проучване също показва, че няма промяна в ADP при неактивни мъже, които са извършвали спортна интервенция [71]. Интригуващо е, че режимът на упражнения може да доведе до различни ефекти върху експресията на ADP. Беше забелязано, че концентрациите на ADP представляват разнообразна промяна в отговор на остри и хронични упражнения и кратко- (