Aktuelle Ernährungsmedizin 2006; 31: 37-41
DOI: 10.1055/s-2005-915366
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© Georg Thieme Verlag KG Stuttgart · New York

Die komplexe Pathogenese des Typ-2-Diabetes-mellitus

Spielen Kohlenhydrate eine kausale Rolle?The Pathogenesis of Type-2-DiabetesGlycotoxicity and the Role of CarbohydratesH.-G.  Joost1
  • 1Deutsches Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke
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Publication Date:
14 February 2006 (online)

Zusammenfassung

Typ-2-Diabetes entsteht durch das Versagen der β-Zellen, die Insulinresistenz von Leber, Muskel und Fettgewebe durch eine erhöhte Insulinsekretion zu kompensieren. Die Diabetesentstehung ist zu einem hohen Anteil durch eine genetische Grundlage geprägt: Genvarianten, die für Insulinresistenz - meist assoziiert mit Adipositas - prädisponieren, treffen vermutlich mit diabetogenen Allelen, die allein für Inselzellversagen verantwortlich sind, zusammen. Das Diabetesrisiko wird außer durch die genetische Grundlage auch durch exogene Parameter modifiziert, unter denen das Ernährungsmuster eine zentrale Rolle spielt. Tierexperimentelle Daten zeigen, dass sowohl der Fett- (Lipotoxizität) als auch der Kohlenhydratanteil (Glukotoxizität) des Futters eine kausale Rolle in der Entstehung des Typ-2-Diabetes spielen. In humanen, prospektiven Kohortenstudien findet sich eine Modifikation des Diabetesrisikos durch die folgenden Faktoren: die Fettmasse des Körpers, der Anteil an gesättigten und trans-Fettsäuren in der Diät, der Ballaststoffaufnahme sowie der Qualität der aufgenommenen Kohlenhydrate (glykämische Last). Letzterer Effekt ist konsistent mit der Schlussfolgerung, dass das Diabetesrisiko durch erhöhte postprandiale Blutzuckerauslenkungen erhöht wird. Die Schlussfolgerung wird zudem durch die risikosenkende Wirkung einer Behandlung mit Acarbose oder Metformin gestützt. Der Einfluss der verschiedenen exogenen Faktoren ist verschieden groß: Eine Reduktion des zu hohen Körpergewichts um nur 4 kg reduziert das Diabetesrisiko bereits um ca. 50 %, während sich durch eine Verminderung der glykämischen Last auf die niedrigste Quintile nur eine Senkung um ca. 25 % erzielen lässt. Aus diesen Daten lässt sich schließen, dass die Qualität der verzehrten Kohlenhydrate - vermutlich über die Höhe der postprandialen Glukoseauslenkungen - einen Einfluss auf die Diabetesentstehung hat. Dieser Effekt tritt aber quantitativ hinter dem des Körperfetts zurück, sodass durch Gewichtsnormalisierung ein erheblich größerer präventiver Effekt erreichbar ist.

Abstract

Type-2 diabetes is the result of insulin resistance, usually associated with obesity, and a progredient β-cell failure. It is generally believed that β-cell dysfunction is caused by external factors, and three different noxious agents have been proposed: elevated blood glucose levels („glucotoxicity”), fatty acids and/or triglycerides accumulating in the β-cells („lipotoxicity”), and inflammatory cytokines from adipose tissue. This review summarizes the available evidence for the glucotoxicity concept, in particular with regard to the role of dietary carbohydrates. The data are consistent with the hypothesis that postprandial glucose excursions are a major factor in the development of type-2 diabetes. However, a dietary intervention reducing the glycemic load is probably less effective in reducing the diabetes risk than a reduction of body fat.

Literatur

  • 1 Diamond J. The double puzzle of diabetes.  Nature. 2003;  423 599-602
  • 2 Hanefeld M, Kohler C. Screening, prevention and early therapy of type 2 diabetics.  MMW Fortschr Med. 2004;  146 28-31
  • 3 Wabitsch M, Hauner H, Hertrampf M, Muche R, Hay B, Mayer H, Kratzer W, Debatin K M, Heinze E. Type II diabetes mellitus and impaired glucose regulation in Caucasian children and adolescents with obesity living in Germany.  Int J Obes Relat Metab Disord. 2004;  28 307-313
  • 4 Botero D, Wolfsdorf J I. Diabetes mellitus in children and adolescents.  Arch Med Res. 2005;  36 281-290
  • 5 Wolf A M, Colditz G A. Current estimates of the economic cost of obesity in the United States.  Obes Res. 1998;  6 97-106
  • 6 Manuel D G, Schultz S E. Health-related quality of life and health-adjusted life expectancy of people with diabetes in Ontario, Canada, 1996 - 1997.  Diabetes Care. 2004;  27 407-414
  • 7 Hauner H, Landgraf R, Schulze J, Spranger J, Standl E. Nationales Aktionsforum Diabetes mellitus. Prävention des Typ-2-Diabetes mellitus. Positionspapier des Nationalen Aktionsforum Diabetes mellitus.  Dtsch Med Wochenschr. 2005;  130 1053-1054
  • 8 Tuomilehto J, Lindstrom J, Eriksson J G, Valle T T, Hamalainen H, Ilanne-Parikka P, Keinanen-Kiukaanniemi S, Laakso M, Louheranta A, Rastas M, Salminen V, Uusitupa M. Finnish Diabetes Prevention Study Group. Prevention of type 2 diabetes mellitus by changes in lifestyle among subjects with impaired glucose tolerance.  N Engl J Med. 2001;  344 1343-1350
  • 9 Plum L, Kluge R, Giesen K, Altmuller J, Ortlepp J R, Joost H G. Type 2 diabetes-like hyperglycemia in a backcross model of NZO and SJL mice: characterization of a susceptibility locus on chromosome 4 and its relation with obesity.  Diabetes. 2000;  49 1590-1596
  • 10 Plum L, Giesen K, Kluge R, Junger E, Linnartz K, Schurmann A, Becker W, Joost H G. Characterisation of the mouse diabetes susceptibility locus Nidd/SJL: islet cell destruction, interaction with the obesity QTL Nob1, and effect of dietary fat.  Diabetologia. 2002;  45 823-830
  • 11 Colditz G A, Willett W C, Rotnitzky A, Manson J E. Weight gain as a risk factor for clinical diabetes mellitus in women.  Ann Intern Med. 1995;  122 481-486
  • 12 Petersen K F, Dufour S, Befroy D, Lehrke M, Hendler R E, Shulman G I. Reversal of nonalcoholic hepatic steatosis, hepatic insulin resistance, and hyperglycemia by moderate weight reduction in patients with type 2 diabetes.  Diabetes. 2005;  54 603-608
  • 13 Medici F, Hawa M, Ianari A, Pyke D A, Leslie R D. Concordance rate for type II diabetes mellitus in monozygotic twins: actuarial analysis.  Diabetologia. 1999;  42 146-150
  • 14 Hansen L, Pedersen O. Genetics of type 2 diabetes mellitus: status and perspectives.  Diabetes Obes Metab. 2005;  7 122-135
  • 15 Leiter E H, Reifsnyder P C, Flurkey K, Partke H J, Junger E, Herberg L. NIDDM genes in mice: deleterious synergism by both parental genomes contributes to diabetogenic thresholds.  Diabetes. 1998;  47 1287-1295
  • 16 Guillam M T, Dupraz P, Thorens B. Glucose uptake, utilization, and signaling in GLUT2-null islets.  Diabetes. 2000;  49 1485-1491
  • 17 Ristow M, Mulder H, Pomplun D, Schulz T J, Muller-Schmehl K, Krause A, Fex M, Puccio H, Muller J, Isken F, Spranger J, Muller-Wieland D, Magnuson M A, Möhlig M, Koenig M, Pfeiffer A F. Frataxin deficiency in pancreatic islets causes diabetes due to loss of beta cell mass.  J Clin Invest. 2003;  112 527-534
  • 18 Kulkarni R N, Okada T. Tissue-specific targeting of the insulin receptor gene.  Endocrine. 2002;  19 257-266
  • 19 Horikawa Y, Oda N, Cox N J, Li X, Orho-Melander M, Hara M, Hinokio Y, Lindner T H, Mashima H, Schwarz P E, Bosque-Plata L del, Horikawa Y, Oda Y, Yoshiuchi I, Colilla S, Polonsky K S, Wei S, Concannon P, Iwasaki N, Schulze J, Baier L J, Bogardus C, Groop L, Boerwinkle E, Hanis C L, Bell G I. Genetic variation in the gene encoding calpain-10 is associated with type 2 diabetes mellitus.  Nat Genet. 2000;  26 163-175
  • 20 Song Y, Niu T, Manson J E, Kwiatkowski D J, Liu S. Are variants in the CAPN10 gene related to risk of type 2 diabetes? A quantitative assessment of population and family-based association studies.  Am J Hum Genet. 2004;  74 208-222
  • 21 Barroso I, Luan J, Middelberg R P, Harding A H, Franks P W, Jakes R W, Clayton D, Schafer A J, O'Rahilly S, Wareham N J. Candidate gene association study in type 2 diabetes indicates a role for genes involved in beta-cell function as well as insulin action.  PLoS Biol. 2003;  1 E20
  • 22 Hu F B, Manson J E, Stampfer M J, Colditz G, Liu S, Solomon C G, Willett W C. Diet, lifestyle, and the risk of type 2 diabetes mellitus in women.  N Engl J Med. 2001;  345 790-797
  • 23 Heidemann C, Hoffmann K, Spranger J, Klipstein-Grobusch K, Mohlig M, Pfeiffer A F, Boeing H. A dietary pattern protective against type 2 diabetes in the European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition (EPIC)-Potsdam Study cohort.  Diabetologia. 2005;  48 1126-1134
  • 24 Spranger J, Kroke A, Mohlig M, Hoffmann K, Bergmann M M, Ristow M, Boeing H, Pfeiffer A F. Inflammatory cytokines and the risk to develop type 2 diabetes: results of the prospective population-based European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition (EPIC)-Potsdam Study.  Diabetes. 2003;  52 812-817
  • 25 Spranger J, Kroke A, Möhlig M, Bergmann M M, Ristow M, Boeing H, Pfeiffer A F. Adiponectin and protection against type 2 diabetes mellitus.  Lancet. 2003;  361 (9353) 226-228 , Erratum in: Lancet 2002; 361: 1060
  • 26 Unger R H. Minireview: weapons of lean body mass destruction: the role of ectopic lipids in the metabolic syndrome.  Endocrinology. 2003;  144 5159-5165
  • 27 Leahy J L. Natural history of beta-cell dysfunction in NIDDM.  Diabetes Care. 1990;  13 992-1010
  • 28 Brownlee M. A radical explanation for glucose-induced beta cell dysfunction.  J Clin Invest. 2003;  112 1788-1790
  • 29 Harmon J S, Stein R, Robertson R P. Oxidative stress-mediated, post-translational loss of MafA protein as a contributing mechanism to loss of insulin gene expression in glucotoxic beta cells.  J Biol Chem. 2005;  280 11107-11113
  • 30 Robertson R P, Zhang H J, Pyzdrowski K L, Walseth T F. Preservation of insulin mRNA levels and insulin secretion in HIT cells by avoidance of chronic exposure to high glucose concentrations.  J Clin Invest. 1992;  90 320-325
  • 31 Leiter E H, Coleman D L, Eisenstein A B, Strack I. Dietary control of pathogenesis in C57BL/KsJ db/db diabetes mice.  Metabolism. 1981;  30 554-562
  • 32 Leiter E H, Coleman D L, Ingram D K, Reynolds M A. Influence of dietary carbohydrate on the induction of diabetes in C57BL/KsJ-db/db diabetes mice.  J Nutr. 1983;  113 184-195
  • 33 Poitout V, Robertson R P. Minireview: Secondary beta-cell failure in type 2 diabetes - a convergence of glucotoxicity and lipotoxicity.  Endocrinology. 2002;  143 339-342
  • 34 Willett W, Manson J, Liu S. Glycemic index, glycemic load, and risk of type 2 diabetes.  Am J Clin Nutr. 2002;  76 274S-280S
  • 35 Schulze M B, Manson J E, Ludwig D S, Colditz G A, Stampfer M J, Willett W, Hu F B. Sugar-sweetened beverages, weight gain, and incidence of type 2 diabetes in young and middle-aged women.  JAMA. 2004;  292 927-934
  • 36 Chiasson J L, Josse R G, Gomis R, Hanefeld M, Karasik A, Laakso M. STOP-NIDDM Trial Research Group . Acarbose for prevention of type 2 diabetes mellitus: the STOP-NIDDM randomised trial.  Lancet. 2002;  359 2072-2077
  • 37 Knowler W C, Barrett-Connor E, Fowler S E, Hamman R F, Lachin J M, Walker E A, Nathan D M. Diabetes Prevention Program Research Group. Reduction in the incidence of type 2 diabetes with lifestyle intervention or metformin.  N Engl J Med. 2002;  346 393-403

Prof. Dr. H.-G. Joost

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