Der Einfluss intermittierender Hypoxie auf den Laktattransport in den Erythrozyten und Skelettmuskelzellen des Typ-2-Diabetikers

Das Laktatanion als ein energiereiches Molekül und der Transport zwischen Zellen und Geweben über die Monocarboxylattransporter (MCT) sind im pathologischen Stoffwechsel der Diabetes-Typ-2-Patienten noch wenig erforscht. Einerseits wird ein erhöhter Ruhelaktatspiegel als eigenständiger Risikofaktor für DT2 gesehen, andererseits könnte die Oxidation von Laktat als Surrogat bei einer eingeschränkten Glukoseverwertung infolge der Insulinresistenz die Energieversorgung vor allem unter körperlicher Belastung sicherstellen. Die Forschungsergebnisse zu erhöhtem Glukose-verbrauch (Pasteur-Effekt) sowie Hinweise auf einen Anstieg der MCT- Proteindichte unter Hypoxie lassen ein Synergiepotential erkennen, welches durch belastungsbedingten zellulären Sauerstoffmangel begünstigt werden kann. Insbesondere Patienten mit einer hyperglykämischen Stoffwechsellage könnten so ihr kardiovaskuläres Risikoprofil verbessern. Die vorliegende Arbeit untersuchte daher die Wirkung eines moderaten Bewegungs-programms unter intermittierender normobarer Hypoxie in der Gegenüber-stellung mit einem Ausdauertraining und einem moderaten Bewegungs-programm an zuvor körperlich inaktiven männlichen nicht-insulinpflichtigen Typ-2-Diabetikern (n = 55, Alter 59.9 ± 9.4 Jahre, BMI 31.6 ± 4.0). Es wurde immunhistochemisch überprüft, ob die sechswöchigen Interventionen in der Skelettmuskulatur und den Erythrozyten zu Anpassungen der MCT- Proteindichten führen. Außerdem wurden mögliche Veränderungen der Muskelfaserzusammensetzung und Faserdicke sowie der Verteilung des Laktatanions im Blut untersucht.
Alle Interventionen führten zu einem signifikanten Anstieg von Parametern der körperlichen Leistungsfähigkeit: Die relative maximale Sauerstoff-aufnahme, die maximale Wattleistung und die Leistung bei 2 mmol/l- sowie 4 mmol/l Laktat wurden bei gleichzeitiger Reduktion des Ruheblutdruckes verbessert. Die Muskelfaserdicke blieb in allen Gruppen unverändert.
Das Verhalten der Verteilung des Laktatanions im Blut in Ruhe und unter körperlicher Belastung wurde durch keine der Interventionsformen verändert und es zeigten sich keine Unterschiede im Vergleich zu Ergebnissen in Studien mit gesunden Probanden.
Nur in der Ausdauergruppe konnten signifkante Änderungen der MCT-Proteindichten und der Muskelfaserzusammensetzung gesichert werden: Im Sarkoplasma stieg die MCT1-Proteindichte bei gleichzeitiger Abnahme der MCT4-Dichte und es kam zu einer prozentualen Zunahme der Typ1-Muskelfasern gegenüber den Typ2-Fasern. In den Erythrozyten bewirkte das Ausdauertraining eine basale Zunahme der MCT1-Proteindichte und nach der Intervention konnte unter akuter körperlicher Belastung eine Abnahme der MCT1-Dichte nachgewiesen werden.
Die Änderungen der MCT-Proteindichten in der Skelettmuskulatur könnten durch den Fasershift erklärt werden, da in den Typ1-Fasern mehr MCT1-Proteine exprimiert werden als in den Typ2-Muskelfasern. Der Abfall der MCT1-Proteindichte in den Erythrozyten unter Belastung könnte ein Hinweis auf eine Translokation der MCT1-Proteine aus dem Zytosol in die Membran sein.
Obwohl es in der Hypoxiegruppe weder in der Muskulatur noch in den Erythrozyten zu signifikanten Änderungen der MCT-Proteindichten kam, ist ein moderates Bewegungsprogramm unter intermittierender normobarer Hypoxie in der initialen Phase zu einer körperlich aktiveren Lebensweise von Typ-2-Diabetikern eine wirksame alternative Therapieform.
Weitere Forschungen zu den Regulationsmechanismen auf zellulärer und molekularer Ebene sind notwendig, um dadurch gezielter mit sportherapeutischen Interventionsmaßnahmen gegen die Progredienz dieser Erkrankung vorzugehen und die Lebensqualität der Typ-2-Diabetiker nachhaltig zu verbessern

The role of lactate as a metabolic fuel and its transport via monocarboxylate transporters (MCTs) are only partially investigated in connection with the pathological metabolism of diabetes-type-2. On the one hand, increased resting lactate values are considered to be a risk factor in type-2-diabetes, on the other hand the oxidation of lactate could provide the energy (during physical activity) which is lacking from restricted glucose uptake due to insulin resistance. As glucose uptake into the cell is one major problem in type-2-diabetes, possibilities or interventions increasing this uptake or alternative pathways (lactate metabolism) could be beneficial. Studies showed that hypoxia and/or exercise increase glucose metabolism and the expression of MCTs. It can be speculated that these hypoxia/exercise induced changes could be beneficial for patients with a hyperglycemic status.
Therefore the present study investigated the effects of six weeks of moderate exercise under intermittent normobaric hypoxic conditions. As a reference, a second group performed the same moderate exercise under normoxia, and a third group performed moderate endurance training in normoxic conditions. All subjects were sedentary male non-insulin-dependent type-2-diabetics (n = 55, age 59.9 ± 9.4 years, BMI 31.6 ± 4.0 kg/m²). Before and after the interventions, fibre type distribution, cross sectional area and MCT-density in skeletal muscle and red blood cells (RBC) were investigated. Furthermore the lactate distribution between plasma and RBC under resting and exercise conditions was analyzed.
All interventions showed a significant increase in endurance capacity (VO2peak, peak power and lactate threshold) and a reduction in resting blood pressure, without differences between the groups. Skeletal muscle MCT1- density showed a significant increase accompanied by a significant decrease of MCT4 in the endurance group only. Furthermore the percentage of type-1 muscle fibres increased. The density of MCT1 in RBC under resting conditions was significantly higher; under exercise conditions MCT-density significantly decreased after the endurance training only. Lactate distribution between plasma and RBC was not altered in any group.
The changes in skeletal muscle MCT might be explained by the fibre type shift, as type-1 fibres express more MCT1. The decrease of MCT1 in RBC after exercise might give a hint of a possible translocation of lactate transporters. Even though the changes in lactate transport and fibre type composition were present in the endurance group only, all training regimes showed beneficial effects on endurance performance. These results show that moderate exercise with or without hypoxia could be a promising alternative to conventional endurance training in the initial phase of a more active life style of type-2-diabetes-patients.