Nicht-invasive Marker der Muskelstoffwechsell-Flexibilität

Stoffwechselflxibilität beschreibt die Fähigkeit des Körpers, auf geänderte Umweltbedingungen wie Nährstoffangebot oder Aktivität angepasst zu reagieren. Eine Störung der der Stoffwechselflexibilität findet sich bei häufigen metabolischen Erkrankungen wie Insulinresistenz und Type 2 Diabetes mellitus. Das Umschalten des Körpers zwischen Fettverbrennung im Nüchternzustand und Verbrauch von Kohlenhydraten nach einer Nahrungsaufnahme kann auf der Ganzkörperebene durch indirekte Kalorimetrie gemessen werden. Diese Untersuchung ermöglicht jedoch nur die Bewertung einer Summe der spezifischen Prozesse in einzelnen Organen und Gewebe. Die Skelettmuskulatur spielt wegen des hohen Anteils am Körpergewicht als wichtigstes Gewebe der Glukoseaufnahme nach einer Mahlzeit und natürlich bei stoffwechselveränderungen bei körperlicher Belastung eine entscheidende Rolle. Ausgehend von unseren früheren Studien planen wir durch den Einsatz moderner Hochfeld-in- vivo Kernspinspektroskopie die beschriebene Stoffwechseldynamik spezifisch im Skelettmuskel erfassen und charakterisieren zu können. Wir vermuten, dass im Skelettmuskel von Menschen mit bereits milden Störungen des Zuckerstoffwechsels (Glukose-Intoleranz) und Patienten mit Zuckerkrankheit (Type 2 Diabetes Mellitus) die Konzentration von Acetyl-Carnitine niedriger und die Konzentration von Nikotinamid-Dinucleotid-Phosphat (NAD(P) im Muskel ansteigt. Weiters untersuchen wir die Hypothese, dass die Messung der dynamischen Änderungen der Konzentrationen dieser Stoffe im Gewebe während akuter körperliche Belastung und/oder wäherd der Aufnahme von Zucker nach eine Mahlzeit (oraler Zuckerbelastungstest) ermöglicht, die subtilen Unterschiede im Acetyl-Carnitine - und NAD(P)- Stoffwechsel zwischen den angesprochenen Patientengruppen aufzudecken. Die Analyse diese Prozesse kann für die weitere klinische Forschung, die medizinische Diagnostik und die qualifizierte Überwachung der medikamentösen Therapie oder wirksamer Lebensstil-Intervention in Patientengruppen die ein hohes Risiko für Zuckerkrankheit haben von großem Nützen sein. Weites könnten neue Ansätze zur der gezielten Therapie der Stoffwechselkrankheiten entdeckt werden. Weiters werden die Ergebnisse dieser Studie auch zur technischen Entwicklung in der simultanen Kernspin-Spektroskopie-basierten Messung mehrere Stoffwechselprodukten in menschlichen Geweben führen. Diese Verbesserungen können dann als neuartige nicht-invasive diagnostische Messverfahren für Stoffwechselflexibilität in der klinischen Praxis dienen.

Metabolische Flexibilität beschreibt die Fähigkeit eines Organismus, sich an Veränderungen des Stoffwechselbedarfs aufgrund von Nährstoffverfügbarkeit oder Aktivität anzupassen. Eine beeinträchtigte metabolische Flexibilität ist eines der Hauptmerkmale der häufigsten Stoffwechselerkrankungen Insulinresistenz und Typ-2-Diabetes mellitus. Die fehlende Umstellung von der Lipidoxidation im Fastenzustand auf die Kohlenhydrataufnahme nach dem Essen kann mittels indirekter Kalorimetrie im gesamten Körper erfasst werden. Diese Effekte stellen jedoch nur die Summe der Prozesse in spezifischen menschlichen Geweben dar. In diesem Projekt zielten wir auf die dynamische Messung der Acetylcarnitin- und Nicotinamidadenindinukleotidphosphat-Konzentration in der Skelettmuskulatur mittels fortschrittlicher Methoden der multinukleären MRS während akuter Muskel-Belastungs oder Nährstoffüberversorgung ab. Wir konnten diese hochspezifische Messung etablieren und ihren Nutzen für die Unterschiede zwischen schlanken/aktiven und übergewichtigen/bewegungsarmer Probanden nachweisen. Wir konnten zudem zeigen, dass die dynamischen Veränderungen des Acetylcarnitins mit etablierten Messgrößen der mitochondrialen Kapazität in Zusammenhang stehen. Daher schlagen wir diese breit anwendbare Messgröße als neuen, nicht-invasiven Marker für metabolische Flexibilität vor. Um diese Hypothese zu validieren, haben wir in der letzten Projektphase Messungen an Probanden mit Insulinresistenz und Typ-2-Diabetes mellitus durchgeführt. Das Verständnis und die Bewertung dieser Prozesse können für weitere klinische Forschung, medizinische Diagnostik und die Bewertung der Auswirkungen verschiedener pharmakologischer oder lebensstilbezogener Interventionen bei Diabetes-gefährdeten Personen genutzt werden und potenzielle Therapieansätze für Stoffwechselerkrankungen aufzeigen.