Dlaczego sportowcy mają cukrzycę? 

Niestety cukrzyca nie dotyczy wyłącznie wąskiego grona osób, które zwyczajnie nie dbają o swoje odżywianie, ale może dotykać tych, dla których zdrowie jest najważniejsze, na przykład sportowców. Wszystkiemu winne są struktury o trywialnie brzmiącej nazwie - kropelki lipidowe.

Rodzaje zaburzeń związanych z cukrzycą

Cukrzyca jest chorobą metaboliczną, w której dochodzi do niewystarczającego wydzielania insuliny przez trzustkę (lub braku wydzielania), co w konsekwencji prowadzi do zaburzeń metabolizmu glukozy, białek i lipidów ¹⁸  .

Cukrzyca typu 1 zwykle dotyczy dzieci i osób młodych. Charakteryzuje się brakiem wydzielania insuliny, poprzez zniszczenie komórek beta wysp trzustkowych, które ją wydzielają ²¹. Cukrzyca typu 2 może być następstwem nieleczonej insulinooporności, czyli zmniejszonej wrażliwości tkanek na wyrzut insuliny przez trzustkę, a kolejno spadek wychwytu glukozy z krwi ²². Istnieje jeszcze cukrzyca ciążowa, która stanowi niebezpieczne zjawisko dla rozwoju płodu. Diagnozuje się ją wyłącznie u kobiet, które przed ciążą nie chorowały na cukrzycę ²³.

Nieleczona cukrzyca prowadzi m.in do uszkodzenia nerwów obwodowych i narządów ^19,20. Chociaż na początku wartości glukozy są w normie, to po pewnym czasie następuje wyczerpanie możliwości kompensacyjnych insuliny, przez pogłębiającą się obojętność tkanek wobec jej stężenia. W wyniku tego procesu komórki beta trzustki podlegają apoptozie, czyli obumarciu, a stężenie glukozy we krwi rośnie ^{24 - 28}.

Małe kuleczki nie takie niewinne

Kropelki lipidowe to struktury, które są obecne u niemal wszystkich organizmów żywych, gdzie stanowią m.in. zapasowe źródło energii ¹. Część tych kropelek tworzy tkankę tłuszczową i odpowiada za kilkanaście przemian fizjologicznych². Człowiek posiada tkankę tłuszczową białą, która stanowi magazyn energetyczny i tkankę tłuszczową brązową, która jest źródłem ciepła⁴. Niedawno odkryto jeszcze tkankę tłuszczową beżową.

Dieta bogata w rafinowane (oczyszczone) produkty zbożowe doprowadza do zatłuszczenia narządów i mięśni³. Obecność lipidów w tych miejscach zaburza metabolizm i może być niekorzystna dla gospodarza, powodując cukrzycę typu 2, stłuszczenie wątroby i insulinooporność ^5-9. Tłuszcz w mięśniach szkieletowych występuje w formie triacyloglicerydów, zwanych także lipidami wewnątrzkomórkowymi, które mogą być wykorzystywane pośrednio w produkcji energii (jako ATP) i ciepła. ^10-14

Paradoks sportowca

Homeostaza (równowaga) lipidowa w organizmie jest regulowana poprzez odpowiedni poziom wchłaniania wolnych kwasów tłuszczowych, dostarczanych do krwiobiegu, a hydrolizą bądź syntezą tych kwasów w komórkach ²⁹ .

Ze względu na fakt, że mięśnie szkieletowe pobierają około 70% glukozy z krwi, obecna w niej duża ilość wolnych kwasów tłuszczowych (a także innych związków np. diacyloglicerolu) ma najistotniejszy wpływ na insulinooporność mięśni, często niezależnie od występowania aktywności fizycznej ^30-36.

Jednak zdarza się, że gromadzenie struktur lipidowych w mięśniach szkieletowych może być zależne od konkretnych rodzajów aktywności fizycznej. Na przykład wykazano, że ćwiczenia wytrzymałościowe wzmagają takie procesy ³⁶.

Oprócz nieprawidłowej diety, częsta i intensywna aktywność fizyczna może indukować gromadzenie się struktur lipidowych w ustroju, co powadzi do insulinooporności i innych chorób metabolicznych. To zjawisko nazywane jest paradoksem sportowca ^{11,12,15 -17, 39-43}. Paradoks polega na tym, że aktywność fizyczna ma właściwości prozdrowotne, np. wzmacnia układ immunologiczny, chroni przed chorobami serca, pomaga zachować prawidłową masę ciała ^37,38.

Gromadzenie się wspomnianych struktur lipidowych w tkankach, zaburza równowagę tłuszczową, prowadząc do insulinooporności i cukrzycy typu 2. Nadmierna ilość krążących lipidów prowadzi do wzrostu ich magazynowania poprzez przyspieszenie ich hydrolizy  na rzecz estryfikacji. Z tego powodu we krwi narasta ilość wolnych kwasów tłuszczowych, co prowadzi do ich akumulacji w tkankach i pobudza lipidowe receptory komórkowe, pogłębiając oporność insulinową ³⁰.

Tłuszcz w tkance mięśniowej

Kropelki lipidowe mogą zajmować w mięśniach dwa obszary: w komórkach (pod błoną), albo między miofibrylami (kurczliwe elementy włókna mięśniowego). U sportowców zdecydowanie większa ilość struktur lipidowych zajmuje drugie miejsce, gdzie stanowi łatwodostępne źródło energii dla pracujących mięśni^{11, 12, 44}. Mięśnie korzystają więc przede wszystkim z lipidów, które są ukryte między miofibrylami^44-46 .

Włókna mięśniowe można podzielić na wolnokurczliwe (typu I) i szybkokurczliwe (typu II). U osób aktywnych fizycznie lipidy zajmują miejsca przeważnie między włóknami mięśni wolnokurczliwych,  a u osób z cukrzycą typu 2 znajdują się pod błoną komórkową włókien szybkokurczliwych ^44-46. Zatem kropelki lipidowe u osób z cukrzycą preferują inne włókna mięśni i odmienne położenie w strukturach mięśniowych, niż u osób trenujących.

Pozostaje jeszcze kwestia mitochondriów, czyli struktur komórkowych odpowiadających m.in. za produkcję energii. Mitochondria i kropelki lipidowe, na zasadzie wielu procesów, mogą prowadzić ze sobą biochemiczne interakcje i zmieniać sposób wykorzystania energii, prowadząc także do zaniku wrażliwości na glukozę ^{40, 47-51}.

Podczas treningów rośnie nie tylko liczba lipidów w mięśniach, ale również liczba  mitochondriów. Po zaprzestniu aktywności fizycznej spada aktywność i ilość mitochondriów. Tak samo będzie w przypadku całkowitego zaprzestania aktywności fizycznej. Badania dowodzą, że zaburzenia aktywności tych organelli komórkowych (a więc również dystrybucji lipidów), są powiązane z cukrzycą i otyłością ^52,53.

Podsumowując

Sportowcy i chorzy na cukrzycę typu 2 mają taką samą ilość kuleczek lipidowych w mięśniach szkieletowych. Osoby aktywne fizycznie mają zwiększoną ilość i aktywność mitochondriów, a także gromadzą kuleczki lipidowe we włóknach mięśni wolnokurczliwych.

Lipidy w mięśniach sportowców są mniejsze i łatwiej podlegają lipolizie, a aktywne mitochondria zapewniają odpowiednie ich wykorzystanie do procesów energetycznych. Sposób usytuowania i aktywności kropelek lipidowych u sportowców jest indukowany aktywnością fizyczną.

Osoby nie trenujące mają obniżoną ilość i aktywność mitochondriów, a lipidy gromadzą się u nich pod błoną komórkową mięśni szybkokurczliwych. Kropelki tłuszczowe są większe i trudniej podlegają lipolizie, a niska aktywność mitochondriów prowadzi do niemożności ich wykorzystania do procesów energetycznych. Sposób usytowania i aktywności kropelek lipidowych u osób nieaktywnych jest spowodowany dietą.

Brak aktywności fizycznej jest zgudny dla metabolizmu człowieka, przysparza wielu dolegliwości i chorób. Aktywność fizyczna jest remedium na te nieprawidłowości. Nie powinna być jednak zaniedbywana, ale kontynuowana w rozważnej ilości i intensywności.

Zaniedbanie aktywności zawsze prowadzi do zaburzeń metabolicznych, a dodatkowe nieprawidłowe nawyki żywieniowe jeszcze mocniej pogłębiają problem. Zdrowa dieta i aktywność to najlepszy lek przeciwko cukrzycy, otyłości i innym zaburzeniom metabolicznym.

[bg_collapse view="link" color="#92d500" icon="arrow" expand_text="Bibliografia " collapse_text="Bibliografia (zwiń)" ]

1. Martin, S.; Parton, R.G. Opinion: Lipid Droplets: A Unified View of a Dynamic Organelle. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2006, 7, 373.
2. Barneda, D.; Frontini, A.; Cinti, S.; Christian, M. Dynamic Changes in Lipid Droplet-Associated Proteins in the “Browning” of White Adipose Tissues. Biochim. Et Biophys. Acta (BBA)-Mol. Cell Biol. Lipids 2013, 1831, 924–933.
3. Van Hees, A.M.; Saris, W.H.; Hul, G.B.; Schaper, N.C.; Timmerman, B.E.; Lovegrove, J.A.; Roche, H.M.; Blaak, E.E. Effects of Dietary Fat Modification on Skeletal Muscle Fatty Acid Handling in the Metabolic Syndrome. Int. J. Obes. 2010, 34, 859.
4. Van Dam, A.D.; Boon, M.R.; Berbée, J.F.P.; Rensen, P.C.N.; van Harmelen, V. Targeting White, Brown and Perivascular Adipose Tissue in Atherosclerosis Development. Eur. J. Pharmacol. 2017, 816, 82–92.
5. Boren, J.; Taskinen, M.-R.; Olofsson, S.-O.; Levin, M. Ectopic Lipid Storage and Insulin Resistance: A Harmful Relationship. J. Intern. Med. 2013, 274, 25–40.
6. Loher, H.; Kreis, R.; Boesch, C.; Christ, E. The Flexibility of Ectopic Lipids. Int. J. Mol. Sci. 2016, 17, 1554.
7. Krahmer, N.; Guo, Y.; Farese, R.V.; Walther, T.C. Snapshot: Lipid Droplets. Cell 2009, 139, 1024.
8. Daemen, S.; van Polanen, N.; Hesselink, M.K.C. The Effect of Diet and Exercise on Lipid Droplet Dynamics in Human Muscle Tissue. J. Exp. Biol. 2018, 221 (Suppl. 1), jeb167015.
9. Unger, R.H. Lipid Overload and Overflow: Metabolic Trauma and the Metabolic Syndrome. Trends Endocrinol. Metab. 2003, 14, 398–403.
10. Greenberg, A.S.; Coleman, R.A.; Kraemer, F.B.; McManaman, J.L.; Obin, M.S.; Puri, V.; Yan, Qi.; Miyoshi, H.; Mashek, D.G. The Role of Lipid Droplets in Metabolic Disease in Rodents and Humans. J. Clin. Investig. 2011, 121, 2102–2110.
11. Badin, P.-M.; Langin, D.; Moro, C. Dynamics of Skeletal Muscle Lipid Pools. Trends Endocrinol. Metab. 2013, 24, 607–615.
12. Van Loon, L.J.C. Use of Intramuscular Triacylglycerol as a Substrate Source During Exercise in Humans. J. Appl. Physiol. 2004, 97, 1170–1187.
13. Kiens, B. Skeletal Muscle Lipid Metabolism in Exercise and Insulin Resistance. Physiol. Rev. 2006, 86, 205–243.
14. Bosma, M. Lipid Homeostasis in Exercise. Drug Discov. Today 2014, 19, 1019–1023.
15. Zhang, P.; Gao, J.; Pu, C.; Zhang, Y. Apolipoprotein Status in Type 2 Diabetes Mellitus and Its Complications. Mol. Med. Rep. 2017, 16, 9279–9286.
16. Goodpaster, B.H.; He, J.; Watkins, S.; Kelley, D.E. Skeletal Muscle Lipid Content and Insulin Resistance: Evidence for a Paradox in Endurance-Trained Athletes. J. Clin. Endocrinol. Metab. 2001, 86, 5755–5761.
17. Li, L.; Zhang, H.; Wang, W.; Hong, Y.; Wang, J.; Zhang, S.; Xu, S.; Shu, Q.; Li, J.; Yang, F.

Comparative Proteomics Reveals Abnormal Binding of Atgl and Dysferlin on Lipid Droplets from Pressure Overload-Induced Dysfunctional Rat Hearts. Sci. Rep. 2016, 6, 19782.

18. American Diabetes Association. Diagnosis and Classification of Diabetes Mellitus. Diabetes Care 2014, 37 (Suppl. 1), S81–S90.
19. Cheng, A.Y.Y.; Lau, D.C.W. The Canadian Diabetes Association 2013 Clinical Practice Guidelines—Raising the Bar and Setting Higher Standards! Can. J. Diabetes 2013, 37, 137–138.
20. Alam, U.; Asghar, O.; Azmi, S.; Malik, R.A. General Aspects of Diabetes Mellitus. In Handbook of Clinical Neurology; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands, 2014; pp. 211–222.
21. Sharif, K.; Watad, A.; Coplan, L.; Amital, H.; Shoenfeld, Y.; Afek, A. Psychological Stress and Type 1 Diabetes Mellitus: What Is the Link? Expert Rev. Clin. Immunol. 2018, 14, 1081–1088.
22. Saini, V. Molecular Mechanisms of Insulin Resistance in Type 2 Diabetes Mellitus. World J. Diabetes 2010, 1, 68.
23. Kampmann, U.; Madsen, L.R.; Skajaa, G.O.; Iversen, D.S.; Moeller, N.; Ovesen, P. Gestational Diabetes: A Clinical Update. World J. Diabetes 2015, 6, 1065.
24. Reaven, G.M. The Insulin Resistance Syndrome: Definition and Dietary Approaches to Treatment.

Annu. Rev. Nutr. 2005, 25, 391–406.

25. Kahn, S.E. The Relative Contributions of Insulin Resistance and Beta-Cell Dysfunction to the Pathophysiology of Type 2 Diabetes. Diabetologia 2003, 46, 3–19.
26. Stumvoll, M.; Goldstein, B.J.; van Haeften, T.W. Type 2 Diabetes: Principles of Pathogenesis and Therapy. Lancet 2005, 365, 1333–1346.
27. Facchini, F.S.; Hua, N.; Abbasi, F.; Reaven, G.M. Insulin Resistance as a Predictor of Age-Related Diseases. J. Clin. Endocrinol. Metab. 2001, 86, 3574–3578.
28. Kasuga, M. Insulin Resistance and Pancreatic B Cell Failure. J. Clin. Investig. 2006, 116, 1756–1760.
29. Agmon, E.; Stockwell, B.R. Lipid Homeostasis and Regulated Cell Death. Curr. Opin. Chem. Biol. 2017, 39, 83–89.
30. Jensen, J.; Rustad, P.I.; Kolnes, A.J.; Lai, Y. The Role of Skeletal Muscle Glycogen Breakdown for Regulation of Insulin Sensitivity by Exercise. Front. Physiol. 2011, 2, 112.
31. Samuel, V.T.; Shulman, G.I. Mechanisms for Insulin Resistance: Common Threads and Missing Links. Cell 2012, 148, 852–871.
32. Krssak, M.F.P.K.; Petersen, K.F.; Dresner, A.; DiPietro, L.; Vogel, S.M.; Rothman, D.L.; Shulman, G.I.; Roden, M. Intramyocellular Lipid Concentrations Are Correlated with Insulin Sensitivity in Humans: A 1h Nmr Spectroscopy Study. Diabetologia 1999, 42, 113–116.
33. Perseghin, G. Intramyocellular Triglyceride Content Is a Determinant of in Vivo Insulin Resistance in Humans: A 1h-13c Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy Assessment in Offspring of Type 2 Diabetic Parents. Diabetes 1999, 48, 1600–1606.
34. Amati, F. Revisiting the Diacylglycerol-Induced Insulin Resistance Hypothesis. Obes. Rev. 2012, 13, 40–50.
35. Holland, W.L.; Brozinick, J.T.; Wang, L.; Hawkins, E.D.; Sargent, K.M.; Liu, Y.; Narra, K.; Hoehn, K.L.; Knotts, T.A.; Siesky, A. Inhibition of Ceramide Synthesis Ameliorates Glucocorticoid-, Saturated-Fat-, and Obesity-Induced Insulin Resistance. Cell Metab. 2007, 5, 167–179.
36. Kawanishi, N.; Takagi, K.; Lee, H.; Nakano, D.; Okuno, T.; Yokomizo, T.; Machida, S. Endurance Exercise Training and High-Fat Diet Differentially Affect Composition of Diacylglycerol Molecular Species in Rat Skeletal Muscle. Am. J. Physiol.-Regul. Integr. Comp. Physiol. 2018, 314, R892–R901.
37. Halabchi, F.; Alizadeh, Z.; Sahraian, M.A.; Abolhasani, M. Exercise Prescription for Patients with Multiple Sclerosis; Potential Benefits and Practical Recommendations. BMC Neurol. 2017, 17, 185.
38. Oja, P.; Titze, S.; Kokko, S.; Kujala, U.M.; Heinonen, A.; Kelly, P.; Koski, P.; Foster, C. Health Benefits of Different Sport Disciplines for Adults: Systematic Review of Observational and Intervention Studies with Meta-Analysis. Br. J. Sports Med. 2015, 49, 434–440.
39. Schenk, S.; Horowitz, J.F. Acute Exercise Increases Triglyceride Synthesis in Skeletal Muscle and Prevents Fatty Acid–Induced Insulin Resistance. J. Clin. Investig. 2007, 117, 1690–1698.
40. Tarnopolsky, M.A.; Rennie, C.D.; Robertshaw, H.A.; Fedak-Tarnopolsky, S.N.; Devries, M.C.; Hamadeh, M.J. Influence of Endurance Exercise Training and Sex on Intramyocellular Lipid and Mitochondrial Ultrastructure, Substrate Use, and Mitochondrial Enzyme Activity. Am. J. Physiol.-Regul. Integr. Comp. Physiol. 2007, 292, R1271–R1278.
41. Van Loon, L.J.C.; Goodpaster, B.H. Increased Intramuscular Lipid Storage in the Insulin-Resistant and Endurance-Trained State. Pflügers Arch. 2006, 451, 606–616.
42. Jacob, S.; Machann, J.; Rett, K.; Brechtel, K.; Volk, A.; Renn, W.; Maerker, E.; Matthaei, S.; Schick, F.; Claussen, C. Association of Increased Intramyocellular Lipid Content with Insulin Resistance in Lean Nondiabetic Offspring of Type 2 Diabetic Subjects. Diabetes 1999, 48, 1113–1119.
43. Bonen, A.; Parolin, M.L.; Steinberg, G.R.; Calles-Escandon, J.; Tandon, N.N.; Glatz, J.C.; Luiken, J.J.F.P.; Heigenhauser, G.J.F.; Dyck, D.J. Triacylglycerol Accumulation in Human Obesity and Type 2 Diabetes Is Associated with Increased Rates of Skeletal Muscle Fatty Acid Transport and Increased Sarcolemmal Fat/Cd36. FASEB J. 2004, 18, 1144–1146.
44. Koh, H.-C.E.; Nielsen, J.; Saltin, B.; Holmberg, H.; Ørtenblad, N. Pronounced Limb and Fibre Type Differences in Subcellular Lipid Droplet Content and Distribution in Elite Skiers before and after Exhaustive Exercise. J. Physiol. 2017, 595, 5781–5795.
45. Daemen, S.; Gemmink, A.; Brouwers, B.; Meex, R.C.R.; Huntjens, P.R.; Schaart, G.; Moonen-Kornips, E.; Jörgensen, J.; Hoeks, J.; Schrauwen, P. Distinct Lipid Droplet Characteristics and Distribution Unmask the Apparent Contradiction of the Athlete’s Paradox. Mol. Metab. 2018, 17, 71–81.
46. Van Loon, L.J.C.; Koopman, R.; Manders, R.; van der Weegen, W.; van Kranenburg, G.P.; Keizer, H.A. Intramyocellular Lipid Content in Type 2 Diabetes Patients Compared to Overweight Sedentary Men and Highly Trained Endurance Athletes. Am. J. Physiol.-Endocrinol. Metab. 2004, 287, E558–E565.
47. Shaw, C.S.; Jones, D.A.; Wagenmakers, A.J.M. Network Distribution of Mitochondria and Lipid Droplets in Human Muscle Fibres. Histochem. Cell Biol. 2008, 129, 65–72.
48. Benador, I.Y.; Veliova, M.; Mahdaviani, K.; Petcherski, A.; Wikstrom, J.D.; Assali, E.A.; Acín-Pérez, R.; Shum, M.; Oliveira, M.F.; Cinti, S. Mitochondria Bound to Lipid Droplets Have Unique Bioenergetics, Composition, and Dynamics That Support Lipid Droplet Expansion. Cell Metab. 2018, 27, 869–885.
49. Ferreira, R.; Vitorino, R.; Alves, R.M.P.; Appell, H.J.; Powers, S.K.; Duarte, J.A.; Amado, F. Subsarcolemmal and Intermyofibrillar Mitochondria Proteome Differences Disclose Functional Specializations in Skeletal Muscle. Proteomics 2010, 10, 3142–3154.
50. Jägerström, S.; Polesie, S.; Wickström, Y.; Johansson, B.R.; Schröder, H.D.; Højlund, K.; Boström, P. Lipid Droplets Interact with Mitochondria Using Snap23. Cell Biol. Int. 2009, 33, 934–940.
51. Boström, P.; Andersson, L.; Vind, B.; Håversen, L.; Rutberg, M.; Wickström, Y.; Larsson, E.; Jansson, P.; Svensson, M.K.; Brånemark, R. The Snare Protein Snap23 and the Snare-Interacting Protein Munc18c in Human Skeletal Muscle Are Implicated in Insulin Resistance/Type 2 Diabetes. Diabetes 2010, 59, 1870–1878.
52. Groennebaek, T.; Vissing, K. Impact of Resistance Training on Skeletal Muscle Mitochondrial Biogenesis, Content, and Function. Front. Physiol. 2017, 8, 713.
53. Ritov, V.B.; Menshikova, E.V.; He, J.; Ferrell, R.E.; Goodpaster, B.H.; Kelley, D.E. Deficiency of Subsarcolemmal Mitochondria in Obesity and Type 2 Diabetes. Diabetes 2005, 54, 8–14. [/bg_collapse]