Ученые Томского государственного университета опубликовали результаты пятилетнего исследования, нацеленного на поиск путей эффективного снижения глюкозы в крови больных с сахарным диабетом (СД) второго типа. Для этого ученые поставили масштабный эксперимент, подобных которому в мире еще не проводилось. В нем были задействованы 300 лабораторных животных, изготовлено специальное оборудование.
Анализ данных помог определить оптимальное время для физических тренировок, которые наиболее эффективно снижают концентрацию сахара в крови. Результаты исследований представлены в статье, опубликованной в журнале «International Journal of Molecular Science» (Q1).
– Особенностью СД второго типа является то, что у больных вырабатывается инсулин, но он не работает. Причина в том, что у людей с СД 2 процесс транспорта сахара в мышцы, где происходит его утилизация, нарушен, – поясняет руководитель проекта, заведующий кафедрой спортивно-оздоровительного туризма, спортивной физиологии и медицины факультета физической культуры ТГУ Леонид Капилевич. – Сейчас состояние пациентов с СД 2 корректируется преимущественно за счет жесткой диеты. Наряду с этим определенный результат дают физические нагрузки. Задачей нашего проекта было выяснить, в какое время тренировки дают максимальный эффект с точки зрения снижения глюкозы в крови.
Заведующий кафедрой спортивно-оздоровительного туризма, спортивной физиологии и медицины ФФК ТГУ Леонид Капилевич
В рамках проекта при поддержке РНФ был проведен эксперимент с участием 180 лабораторных мышей. В первой части эксперимента были задействованы самцы месячного возраста, что в экстраполяции на человека соответствует примерно 18 годам. В течение трех месяцев мышей кормили калорийной пищей (сало, орехи, сгущённое молоко и прочее) с увеличенным количеством жиров и углеводов. Именно такой дисбаланс в питании в сочетании с малоподвижным образом жизни зачастую приводит к развитию метаболического синдрома у людей.
После того как у мышей сформировался СД, нескольким группам были обеспечены интенсивные физические нагрузки. Грызуны ежедневно тренировались по 40 минут на беговой дорожке, изготовленной по заказу ученых на одном из томских предприятий. Одновременно на пробежку выходили 10 животных, причем, у одной группы тренировки начинались в 8:30 утра, у второй – вечером, в 20:30, третьей группе время тренировок изменяли: неделя – утром, неделя – вечером. Помимо этого, были группы с диабетом, которые не тренировали, и контрольная группа здоровых мышей, задействованных в тренировках.
Ученые ФФК ТГУ поставили масштабный эксперимент для получения новых фундаментальных данных
На втором этапе проекта исследования проводились с мышами в возрасте 10 месяцев, что соответствует возрасту человека приблизительно 50-60 лет, именно в этом возрасте чаще всего происходит проявление симптомов диабета.
– Именно этот этап был особенно финансово и трудозатратным, – говорит Леонид Капилевич. – Мышей такого возраста обычно в виварии нет – как правило, исследования проводятся с использованием животных одного месяца. Специально по нашему заказу в НИИ фармакологии и регенеративной медицины им. Е.Д. Гольдберга нам дорастили мышей до нужного возраста. Далее у части из них был сформирован сахарный диабет второго типа. Эти животные вместе с мышами контрольной группы были задействованы в эксперименте.
По окончании тренировок продолжительностью в месяц ученые приступили к анализу данных. В числе оцениваемых критериев были изменение массы тела, темпов снижения уровня глюкозы в крови, анализ ряда белков и ферментов, непосредственно участвующих в процессе утилизации сахара в мышцах.
Проведение исследований с участием разновозрастных групп животных позволило ученым ТГУ выявить разницу в эффективности тренировок у взрослых и молодых особей. Это также дало возможность предположить, какой режим будет оптимальным для коррекции обмена веществ у человека.
В частности, было установлено, что эффект от занятий для мышей, являющихся животными ночного образа жизни, более выражен утром, то есть в тот период суток, когда организм уже настроен на отдых. Соответственно, если экстраполировать полученные данные на человека, ведущего дневной образ жизни, то лучше тренироваться вечером.
– Это несколько противоречит самому распространенному тренду, согласно которому зарядку надо делать утром, – отмечает Леонид Капилевич. – Однако большого противоречия в этом нет, потому, что мы в своих исследованиях делаем акцент именно на лечебном аспекте и рассматриваем тренировку не как общеукрепляющий комплекс упражнений, а с точки зрения коррекции углеводного обмена.
Интересным фактом является то, что у молодых животных тренировки быстрее снижают массу тела, но уменьшение уровня глюкозы в крови происходит медленнее. У возрастных особей наоборот – сахар снижается быстрее, а вес медленнее. С чем это связано, пока неизвестно. Возможно, с особенностями обмена веществ и продукцией гормонов, которые с возрастом изменяются. С этим вопросом ученым еще предстоит разобраться.
Наряду с этим исследователи проанализировали выработку белка Glut 4, отвечающего за процесс переноса глюкозы в клетки мышц, в которых происходит переработка сахара. Этот белок чувствителен к инсулину, при недостатке которого Glut 4 перестает работать. В ходе анализа было отмечено, что при формировании диабета у мышей выработка данного белка существенно снижалась. При последующих физических нагрузках содержание его восстанавливалось на 70-80 процентов, что позволяло возобновить перенос глюкозы и ее переработку мышцами.
Параллельно повышалось содержание некоторых белков и ферментов, к примеру, фермента митохондрии, которая активно участвует в выработке энергии в клетках, за что митохондрию порой называют «силовой станцией».
– Это говорит о том, что тренировки работают не как вспомогательный, а как ключевой механизм, напрямую влияющий на патогенез сахарного диабета, – подчеркивает Леонид Капилевич. – Поэтому грамотно подобранные физические нагрузки в правильное время способны улучшить состояние человека, снизить концентрацию глюкозы в крови и, соответственно, уменьшить дозу или количество принимаемых препаратов.
Ученые ТГУ намерены подать новую заявку на грант РНФ и продолжить исследования. В частности, с помощью экспериментов оценить возможность предотвращения сахарного диабета, например, посмотреть, какой результат даст двигательная активность, если начать ее раньше, чем произошло формирование диабета, и какой эффект дадут тренировки, начатые параллельно с формированием СД.