Trainen van specifieke patiëntengroepen

Trainen van specifieke patiëntengroepen

Dr. Hans Keizer Gasthoogleraar Universiteit Salzburg Universitair Hoofddocent Universiteit Maastricht en Gasthoogleraar Vrije Universiteit Brussel (gepensioneerd) Directeur/eigenaar Adviesbureau Bewegen en Gezondheid (www.abeg.nl)

Organisatie/inhoud workshop

 Inleiding (patho)fysiologie (40min)  Metabolisme en spierfysiologie  Type 2 diabetes (T2D) en het metabool syndroom  Casuïstiek (20 min) N.B. We beperken ons hier tot T2D en het metabole syndroom omdat: 1. De pathogenese voor een belangrijk deel vergelijkbaar is. 2. De prevalentie en incidentie erg hoog is. 3. Het grootste aantal patiënten overlijdt aan harten vaatziekten. 4. Er zéér goede resultaten geboekt kunnen worden door gerichte training.

Effecten van langdurige fysieke inactiviteit  Verlies spiermassa (skelet- en hartspier atrofie of zelfs sarcopenie).  Reductie oxidatieve vezels (resultaat: afgenomen vet oxidatie).  Ernstige atrofie 2x/d vezels. Hierdoor verminderde insuline sensitiviteit (minder GLUT-4).  Afgenomen capillarisatie spieren  Afgenomen activiteit sleutel enzymen citroen zuur cyclus en electronen transport keten  Afgenomen elasticiteit bloedvaten  Endocriene stoornissen zoals: Afgenomen groeihormoon (GH) secretie, zowel in rust (slaap) als tijdens inspanning. Hierdoor verstoord glucose-, vet- en eiwit-metabolisme. Bovendien: Meer depressiviteit.

Voorbeeld van ernstige sarcopenie bij een 81 jarige

BMI matched

Male, 25 y

Male, 81 y

Effect van 12 weken krachttraining bij een 92 jarige

Voor

Na

Het metabole syndroom: Kenmerken

 Viscerale obesitas  Insuline insensitiviteit  Verstoord lipoproteinen spectrum

 Hypertensie  Verhoogde kans op type 2 diabetes  Verhoogde kans op hart- en vaatziekten

Type 2 diabetes: Kenmerken  Insuline resistentie: Nuchter glucose > 7 mmol/l  Vaak overgewicht

 Verstoord lipoproteinen spectrum t.g.v. verstoord vetmetabolisme  Vaak een lichte mate van hypertensie  Verhoogde kans op hart- en vaatziekten

Fysieke inspanning: Ventilatie, hart- en circulatie en spierstofwisseling zijn onlosmakelijk met elkaar verbonden

NORMAAL

GLUCOSE

Obesitas/type2

Spier

Insuline resistentie In obesitas & Type 2 Diabetes

BLOED GLUCOSE gezond

GLUCOSE

Spier

Tijd

Fysieke inspanning?

Wat gebeurt er bij inspanning?

Spiercontractie kan ook de de glucose opname van de spier verhogen

Glucose opname op spierniveau

INSULINE RESISTENTIE gezond

GLUCOSE OPNAME

Obesitas/type 2

INSULINE

Vergelijk cellulaire glucose opname door insuline of contractie O2

O2 Glucose Insuline

Glucose Contractie Let op verschillen Normale respons

Insuline resistentie

gezond

2 SYSTEMEN!

GLUCOSE OPNAME

gezond GLUCOSE OPNAME

Obees/type 2

INSULINE

Obees/type 2

CONTRACTIE

Twee mechanismen bevorderen dus de glucoseopname

Dit is een feit!

INSULINE

CONTRACTIE

Werken ONafhankelijk om glucose opname van de spier te verhogen!

Kan het hydrofiele glucose molecuul de hydrofobe celwand passeren?

insuline

GLUCOSE

Insuline receptor

contractie

signalen signalen

GLUT4

SPIER CEL

TWEE SYSTEMEN!

Lipidemie vermindert/remt insuline gestimuleerde glucose opname verminderd bij obesitas en type 2 diabetes?

insuline

GLUCOSE FAs

Insuline receptor

FAs TG

signalen

ceramides

SPIER CEL CO2

FAs

FAs

Is inspanning gunstig voor de insuline werking? Na inspanning Insuline sensitiviteit is verhoogd

Na inspanning GLUCOSE OPNAME

Rust

INSULINE

Positieve effect kan 24-48 u aanhouden

Profylactisch effect van fysieke inspanning? Daling incidentie van type 2 diabetes met lifestyle interventie of metformine New England J Medicine 346:393-403, 2002

3234 non-diabetici (BMI = 34) met ‘verminderde glucose tolerantie

control Diabetes na 4 jaar

metformin

11/100 persoon jaren

Wat moet je doen om 1 geval van diabetes per 3 jaar te voorkomen?

7.8/100 persoon jaren

Lifestyle Inspanning 150 min/week 7% gewichtsverlies (~4 kg) 4.8/100 persoon jaren

-31%

-58%

13 personen moeten Metformin nemen

7 personen moeten lifestyle veranderen

Dus: Regelmatige Inspanning (training) is een superieur therapeuticum  Maar er blijven nog twee vragen over:  Wat zijn de verantwoordelijke mechanismes.  Hoe en wat moet je doen en waarom?

Welke spiervezels (motor-units) zijn er gebaseerd op myosin heavy chain (MHC) isovormen?  Pure  Type I, Type IIA, Type IIX/D (IIB niet bij de mens)

 Hybride vormen  Type I/IIA (MHC Iß>MHC IIa), Type IIA/I (MHC IIa > MHC Iß), Type IIA/D (MHC IIa > MHC IId), Type IID/B (niet bij de mens)

Spiervezel samenstelling verschilt per individu en is afhankelijk van leefstijl [(in)activiteit] Red (type 1) muscle Type 2A fibres • White (type 2x/d) muscle • low oxidative, high  high oxidative capacity glycolytic capacity  well suited to use FA as • hardly suited to use FA fuel as fuel  high mitochondrial • low mitochondrial density density  highly capillarized • poorly capillarized  Lower glycogen • Very high glycogen content content • High contraction speed  Low contraction speed Strength training

Endurance training

Probleem: Hoe nemen cellen glucose op? Welke spiervezels moeten we activeren? De rol van GLUT-4

Glucose

Extracellulaire ruimte Sarcolemma

Sarcoplasma GLUT4

GLUT4 opslag blaasje

Meeste glycogeen en GLUT-4 zit in de 2b spiervezels (Borghouts et al., 2000; Hesselink et al., 2001)

A NB: Lichte kleuring = type 2, vóór 2000 konden we veel minder onderscheid maken tussen de verschillende isovormen. Thans weten we dat de mens geen 2b vezels heeft, maar 2x/d

B

Glucose transporter 4 (GLUT4)  GLUT4 transloceert vanuit intracellulaire domeinen naar het sarcolemma waardoor glucose de celwand kan passeren.  Tijdens en na de maaltijd activeert insuline het GLUT4.  Tijdens spierarbeid activeert de contractie de translocatie van GLUT4.  Tijdens spierarbeid is géén insuline nodig!!  Door fysieke inactiviteit neemt zowel de concentratie als de translocatie van GLUT4 af!

Conclusie: Spieren dienen niet alleen voor onze houding en beweging

 Tijdens een maaltijd wordt bij gezonden 80% van het bloedglucose door de spier opgenomen en voor een klein deel direkt omgezet tot ATP, voor het grootste deel in glycogeen.  Postprandiaal wordt 80% van de vetzuren geklaard door de skeletspieren.  Contraherende spieren kunnen hun glucose opname > 25x verhogen, zonder dat daar insuline voor nodig is.

Dit alles verloopt langs zéér ingewikkelde, nog deels onbekende, processen Insuline

inspanning GLUT-4 Ca2+ AMPK

IP

PI PI3K IRS P3 PKB/Akt PKCz

translatie

cPKC Grb2-Sos Ras-GDP

Ras-GTP MAPK cascades

transcriptie

Vet en met name vetzuren hebben dit probleem niet. Immers zij zullen geen belemmering ondervinden in de passage door de lipofiele celmembraan. Of is ook dit weer een simplificatie?

Glucose en vetzuren hebben elkaar nodig: Zonder acetylCoA afkomstig van glycogeen geen FA verbranding

Bloed

Spier GLUT4 GLUT4

glucose

glucose

G6P

F6P

FDP

glycogeen AMP

CO2 + H2O

ADP

Pyruvaat

Lacaat TCA cyclus

O2 FA

ATP

citraat

Electronen transp. k. CD36

FA.FABP

acetylCoA

Rol vetzuurtransporters  De transmembraan transportcapaciteit van langketenige vetzuren wordt bepaald door de concentratie van de membraan transporters FABPpm en FAT/CD36.  De transportcapaciteit in de (waterige cytosol) wordt bepaald door de FABP concentratie.  De concentraties worden bepaald door de mate van fysieke (in)activiteit. Zowel bij het metabool syndroom, type 2 diabetes en bij gezonde duurgetrainden zien we een sterk verhoogde concentratie van CD36, FABP, triglyceriden. Maar er is een wezenlijk verschil tussen de groepen. Welk?

Overexpressie CD36 en lipiden in type 1 spiervezels van de m. quadriceps in een controle persoon (links) en een T2D patiënt (rechts)

Vetophoping in type 1 spiervezels van een obese patiënt: Wel stapeling, geen verbranding. Dus hier is de celademhaling, m.n. de ß oxidatie de beperkende factor.

Fysiologische trainingsdoelen bij het metabole syndroom en type 2 diabetes 

Verbeter glucose opname



Verbeter vetopname en oxidatie en daarmee lichaamssamenstelling, (verminder vet % met 4%/jaar)



Verbeter cardiovasculaire functies



Verbeter neurogene functies

Primaire trainingsdoelen • Verhogen uithoudingsvermogen, dus verbeteren vetoxidatie en daarmee verminderen risico op harten vaatziekten. • Verhogen HDL-cholesterol, verlagen VLDL en LDL • Verhogen spiermassa, dus verbeterde glucose opname • Verminderd nuchter glucose, insuline • Verlagen of stabiliseren HbA1C • Vermindering neuropathie • Gewichtsreduktie (haalbaar, b.v. 3 kg/6 maanden)

Ongetrainde studenten: Acht weken training (5xweek, 1 uur/keer). Li = 40% Vo2max continu, Hi = intervaltraining 80% Vo2max (2 min), afgewisseld met 2 min 40% Vo2max (Borghouts et al., 1999) i.v. Insuline injectie

Log [glucose]

0.8

0.7 0.6 LI na training

0.5

LI voor training HI voor training HI na training

0.4 0.3

-5 0 2 4 6 8 10 12 14 16

Time (min) Dus geen verbetering insuline sensitiviteit na LI, wel na HI. Maar…VO2max nam in beide gevallen significant toe, echter significant méér na HI

Veranderingen in HbA1C, VO2max en kracht na 4-6 maanden training in T2D

Soort training

HbA1C (%)

VO2max (%)

Kracht (%)

N=

Aeroob

-9.3

7.8

-

20

Kracht

-2.1

-

74

23

7.0

50

20

0

25

Aeroob+k racht

-14.6

Controle

0

0

Dunstan, 2002; Dittmann, 2003, Tokmakidis, 2004)

En wat als je de omvang vermindert bij toenemende intensiteit? 14 T2D werden 2 jaar getraind, 3x week. Na 1 jr werd omvang verminderd

Minutes per week

0-6 months

6-12 months

12-18 months

18-24 months

74 ± 35

161 ± 39

130 ± 27

104 ± 37

~3260kcal

~980kcal

Sessions per week

1.9 ± 0.1 2.5 ± 0.2

2.0 ± 0.2

1.8 ± 0.1

HR>85% HRmax (% of training time)

44.2 ± 5

41.3 ± 4

46.5 ± 5

48 ± 6

HR>95% Hrmax (% of training time)

2.5 ± 1

4.8 ±3

4.9 ± 2

5.1 ± 3

Veranderingen in insuline gestimuleerde glucose opname en HbA1C na 1, resp. 2 jaar training

11.0

**

10.0

10.0

9.0

9.0

*

8.0

8.0 7.0

7.0 6.0

n=14

n=14

n=12

6.0

HbA1C (%)

WBGU (mg.kg-1.min-1)

11.0

WBGU

HbA1C

5.0

5.0

Before

After 1 y After 2 y

Veroudering, training en collageen in arteriën Collagen I density (AU) Whole vessel

YC OC YVR OVR

2.45 ± 0.23 3.79 ± 0.41* 1.90 ± 0.42 1.39 ± 0.29†

Media

1.42 ± 0.29 1.48 ± 0.26 0.98 ± 0.35†† 0.54 ± 0.16††

Adventitia

1.27 ± 0.18 2.32 ± 0.17* 0.91 ± 0.14 0.84 ± 0.22†

Values and means ±s.e.m.; *P < 0.05 vs. YC; †P < 0.05 vs. OC; ††P < 0.05 main effect of voluntary running. YC, young control; OC, old control; YVR, young voluntary running; OVR, old voluntary running.

Fleenor et al., The Journal of Physiology 588 (20): 3971-3982, 2010

Waar doen we het allemaal voor? Wat betekent een afname van HbA1C van 9.0 naar 8.1%  25% daling microvasculaire complicaties  21% daling kans op retinopathie na 12 jaar

 33% daling eiwit in urine (=marker voor nierfunktie verlies) na 12 jaar  24% daling kans op staar  46% daling kans op myocard infarct (hierin verwerkt toename van VO2max van 20%)

Casus 1  Welk type training past U toe bij T2D en het metabole syndroom?

 Welke intensiteit kiest U en waarom?  Welke trainingsomvang en frequentie kiest U en waarom?  Welke objectieve criteria heeft U om verbetering vast te stellen?

Casus 2 • Mevr. A, 51 jr, BMI 32. • Heeft sinds 5 jaar type 2 diabetes • Glucose: 9,2 mmol/l • HbA1C 10,3%

• Medicatie moet steeds verhoogd worden • Huisarts: Mogelijk kunnen we insuline injecties uitstellen door haar te

trainen • Hoe gaat U het aanpakken? Wat gaat U doen? Wat wilt U nog meer weten?