High-Intensity Interval Training in Diabetic Cardiomyopathy

Abstract

Diabetes mellitus (DM) is één van de grootste pandemieën van onze tijd, waarbij de meeste diabetes patiënten lijden aan type 2 DM (T2DM). Op dit moment zijn er wereldwijd meer dan 400 miljoen personen die lijden aan diabetes, en er wordt verwacht dat dit aantal de komende jaren zal blijven stijgen. De grootste doodsoorzaak bij deze patiënten zijn cardiovasculaire aandoeningen. In diabetes is er een specifiek soort van hartfalen, genaamd diabetisch cardiomyopathie (DCM). DCM wordt gedefinieerd als structurele en functionele veranderingen in de cardiomyocyten, onafhankelijk van ischemisch hartfalen of hypertensie. Diastolische dysfunctie – samen met een verhoging aan bindweefsel en hypertrofie van het linker ventrikel één van de kenmerken van DCM – is aanwezig in 19.6 % tot 54.4 % van de diabetes patiënten. Hierdoor zal de vulling van het hart vermindert zijn. De laatste jaren is er ontzettend veel onderzoek gevoerd naar de pathofysiology van DCM, maar nog steeds zijn de moleculaire mechanismen nog niet volledig geweten. Er zijn verschillende risicofactoren die een rol spelen in de ontwikkeling van T2DM, zoals een sedentaire levensstijl, een gebrek aan fysieke activiteit en een ongezond dieet. Het is reeds bewezen dat sport en fysieke training de fysiologische en psychologische gezondheid verbeterd in zowel diabetes patiënten als gezonde personen. Fysieke training zal onder meer insulinesensitiviteit, glycemische controle en vetoxidatie verbeteren in diabetes patiënten. Verder zijn een verbeterde cardiorespiratoire functie en fysieke activiteit geassocieerd met een verminderde cardiovasculaire mortaliteit in diabetes patiënten. In deze doctoraatsdissertatie wordt er dieper ingegaan op de risicofactoren (een ongezond dieet en een sedentaire levensstijl) in T2DM, alsook het effect van fysieke training bij de diabetes patiënten. Voor dit laatste worden er twee soorten fysieke training toegepast, namelijk moderate-intensiteit training (MIT) en hogeintensiteit interval training (HIIT). Verschillende onderzoeksvragen worden er gesteld in dit manuscript. Wat is het effect van fysieke training bij gezonde dieren? Alsook, is het mogelijk om diabetes cardiomyopathie te induceren bij dieren door middel van een specifiek dieet? Is fysieke training ook in staat om diabetes cardiomyopathie te verbeteren of eventueel zelfs te genezen? In hoofdstuk 3 wordt er gekeken of een hoog-suiker en hoog-vet dieet in staat is om diabetes cardiomyopathie te induceren in gezonde dieren. Hiervoor zijn de dieren gedurende 18 weken onderworpen aan dit dieet. De hartfunctie werd onderzocht door middel van echocardiografie en hemodynamische drukmetingen, terwijl de glucose en insuline waarden bekeken werden via een orale glucose tolerantie test (OGTT). Na analyse van de resultaten bleek de cardiale functie inderdaad aangetast te zijn na een hoog-suiker en hoog-vet dieet, en toonden de dieren tekenen van T2DM, zoals insulineresistentie en hyperglycemie. De kenmerken van DCM waren ook aanwezig, met een verdikking van de linkerventrikelwand, een verhoogde eind-diastolische druk en een verhoogde aanwezigheid van fibrose in het cardiale weefsel. Wanneer gezonde dieren werden aangezet tot het verrichten van fysieke training (MIT of HIIT), konden er verscheidene effecten worden geobserveerd op de hartfunctie en de algemene gezondheid. Zo was het duidelijk dat de bloeddrukken verminderd waren en de ejectiefractie (EF) verbeterd was. Ook kon training er voor zorgen – onafhankelijk van welk soort training (MIT of HIIT) – dat het bindweefsel in het hart daalde. Verder zorgde HIIT, maar niet MIT, voor meer vascularisatie in het hart ten opzichte van sedentaire dieren. In gezonde dieren zorgt training – zowel MIT als HIIT – voor een verbetering van de hartfunctie, gewichtsverlies en verbeterde mitochondriale activiteit, én heeft HIIT het voordeel om ook nog eens de cardiale vasculariteit te verbeteren, zoals aangetoond in hoofdstuk 4. Hoofdstuk 6 combineert de twee voorgaande studies, waarbij er wordt gekeken naar het effect van deze twee soorten training op diabetes dieren na 18 weken dieet. Alvorens deze studie te starten, is er een literatuurstudie uitgevoerd (hoofdstuk 5) om de reeds gekende literatuur te onderzoeken naar wat geweten is over training in diabetes of diabetes cardiomyopathie. Hierbij werd duidelijk dat DCM op verschillende manieren beïnvloed wordt door training, en dat voornamelijk de diastolische functie verbeterd na training. Dit maakt onze studie interessant, aangezien er een verhoging van de eind-diastolische druk aanwezig was in dieren met diabetes. In hoofdstuk 6 is het effect van training op diabetes dieren duidelijk zichtbaar. Het lipidenprofiel (cholesterol, vrije vetzuren en triglyceriden) is na training duidelijk verbeterd, met verminderde circulerende lipiden ten opzichte van sedentaire dieren. Ook de cardiale functie was sterk verbeterd na training wanneer vergeleken met sedentaire diabetes dieren. Zowel de diastolische als systolische functie toonden vooruitgang na training, tekenend voor het belang van fysieke activiteit bij diabetes. De onderliggende mechanismen werden ook bekeken, waarbij inflammatie een rol leek te spelen. Ook de mitochondriale functie en het substraatmetabolisme van het hart leken aangetast bij diabetes dieren, terwijl training deze negatieve aanpassingen terugkeerden. De verschillen tussen MIT en HIIT in het genezen van DCM waren minimaal, en tonen het belang van training aan in de diabetes populatie. Ook bieden deze resultaten potentieel voor HIIT, aangezien dit trainingschema van kortere duur is, waarbij een gebrek aan tijd vaak wordt aangehaald door T2DM patiënten om niet te sporten. Als laatste is er een literatuurstudie uitgevoerd om het effect van detraining na te gaan bij diabetes (hoofdstuk 7). Detraining is gedefinieerd als het gedeeltelijk of volledig verlies van de door training-geïnduceerde metabole, respiratoire en cardiovasculaire veranderingen, door een onvoldoende trainingstimulus. Hier is allereerst opnieuw aangetoond dat fysieke activiteit verschillende positieve effecten uitoefent bij diabetes patiënten. Na een korte periode van detraining, zijn de effecten van detraining echter reeds zichtbaar. Het is dus van belang dat een periode van inactiviteit bij diabetes patiënten vermeden wordt. De algemene conclusies uit deze doctoraatsdissertatie zijn als volgend: (1) Een ongezond of Westers dieet kan leiden tot T2DM en DCM. (2) Zowel MIT als HIIT zijn in staat om positieve cardiale remodeling door te voeren, en de hartfunctie te verbeteren bij gezonde dieren. (3) Beide trainingsmodaliteiten hebben therapeutische mogelijkheden in T2DM, zonder verschil in effectiviteit op het verbeteren van cardiale functie tussen beidde modaliteiten. (4) De positieve effecten van een trainingsinterventie kunnen snel te niet gedaan worden door een periode van detraining, wat moet vermeden worden bij de diabetes patiënten.