Energetická bilance po transplantaci ostrůvků (EBFIT)

Pozadí a zdůvodnění studie: Diabetes typu 1, hypoglykémie, IAH a transplantace ostrůvků

Diabetes 1. typu je způsoben autoimunitní destrukcí beta buněk v ostrůvcích pankreatu. Pacienti s diabetem 1. typu jsou kvůli přežití závislí na každodenní substituci inzulinu a navzdory velkým pokrokům v léčbě (3) se délka života významně snižuje v důsledku metabolických krizí a zvýšeného rizika velkých aterosklerotických vaskulárních příhod (4). Všem komplikacím chronické vysoké hladiny glukózy lze předejít přísnou kontrolou glykémie (5), to je však vyváženo vysokým rizikem těžké hypoglykémie vedoucí ke snížené schopnosti vnímat nástup hypoglykémie, což vede ke zmatku a kolapsu bez varování, nazývané Impaired A Awareness of Hypoglycemia (AIH). IAH postihuje každý rok až 25 % lidí s prokázaným diabetem 1. typu (10–15 milionů lidí na celém světě) (6, 7). Přibližně 30 000 lidí ve Skotsku má diabetes 1. typu a prevalence se zvyšuje (8). U pacientů s recidivující hypoglykémií se závažnou IAH často dochází ke kolísání hladiny glukózy v krvi a mohou být způsobilí pro transplantaci ostrůvků [5]. Ostrůvky jsou transplantovány ve vysokém počtu přes portální žílu pod radiologickým vedením do jater s imunosupresí bez glukokortikoidů ("Edmontonský protokol"). K obnovení sekrece inzulinu jsou obvykle nutné dva nebo více transplantací, aby se umožnila adekvátní kontrola koncentrací glukózy a obnovení povědomí o hypoglykémii.

Britské konsorcium pro transplantaci ostrůvků (UKITC), skotský národní program ostrůvků a antropometrické změny po transplantaci ostrůvků

Náš transplantační program je jedním ze sedmi v UKITC; další místa zahrnují Newcastle, Oxford, Londýn (Kings, Royal Free), Manchester a Bristol. Primárním cílem ve Spojeném království je snížit frekvenci a obnovit povědomí o hypoglykémii. Doporučení pacienti jsou do hloubky vyšetřeni multidisciplinárním týmem před transplantací, v době transplantace a poté sériově po transplantaci. Ve Spojeném království bylo od dubna 2008 do září 2013 provedeno 96 transplantací u 76 příjemců. Přežití štěpu je > 88 %, jak je definováno stimulovaným c-peptidem > 100 pmol/l (90 minut po jídle Fortisip), a došlo k významnému snížení frekvence hypoglykemie: před transplantací vs. po transplantaci, medián (interkvartilní rozmezí): 21(7-79) vs. 0(0-1) epizod hypoglykémie za rok s významným snížením HbA1c a dávky inzulínu (vše p<0,01)(9). Tělesná hmotnost po 1 roce v kohortě UKITC je významně snížena; před transplantací: průměr (± SEM) 66,3 (±1,2) vs. 62,3 (±1,1) kg (p=0,001). Stejně jako u mnoha programů (10) je maximální funkce pozorována 3 měsíce po první transplantaci, často s nezávislostí na inzulinu, ale u mnoha pacientů na inzulinu může být pozorován různý stupeň úbytku funkce 1 rok po transplantaci, i když v mnohem nižší dávka než před transplantací. Ve Skotsku jsme provedli 47 transplantací u 29 příjemců. Pacienti s diabetem 1. typu a normální funkcí ledvin byli vyšetřeni již dříve (≥3<30 měsíců) po transplantaci (n=14; 6 mužů, 8 žen; věk (rozmezí: 30-57 let); všichni mají funkční štěpy. Po transplantaci ostrůvků jsme pozorovali významné snížení tělesné hmotnosti před transplantací versus po transplantaci: medián (interkvartilní rozmezí) 70,9 (64,9-82,5) vs. 66,0 (59,8-79,9) kg, p = 0,01; BMI: 26,2 (24,4-28,6) vs. 24,5 (22,2-26,1) kg/m2, p=0,01; % tuku: 30,0 (21,2-35,2) vs. 24,1 (18,4-31,2) %, p = 0,004; a obvod pasu: 85,5 (77-89,7) vs. 77,5 (73,5–88,3) cm, p=0,01. Celkový kalorický příjem stanovený pomocí 7denní dietní historie se nelišil před a po transplantaci 1700(1581-1842) vs. 1528(1319-1708) kcal, (p=0,09), ačkoli frekvence hypoglykemických epizod (10(6-18) vs 1(0-3)) epizod za týden a kalorický příjem pro hypoglykemii byly sníženy. Současně se HbA1c zlepšil p<0,001 (11).

V souladu s našimi pozorováními bylo již dříve hlášeno významné snížení tělesné hmotnosti o > 4 kg (10, 12), obvodu pasu a hmoty tělesného tuku, měřené pomocí bioelektrické impedance, do jednoho roku po transplantaci ostrůvků, a to i přes žádné významné změny kalorický příjem po transplantaci (12). Ve druhé studii mělo 30 subjektů všechna hodnocení dokončena a 12 subjektů nebylo v době posledního sběru dat na inzulínu. Spotřeba inzulínu se snížila 10krát a zlepšila se kontrola glykémie. Regresní analýzy upravující matoucí proměnné, včetně dávky exogenního inzulínu a použití agonisty glukagonu podobného peptidu-1, potvrdily souvislost ztráty hmotnosti s transplantací ostrůvků. Je třeba poznamenat, že v této kohortě příjemců transplantovaných ostrůvků nebyla provedena žádná měření energetického výdeje a pacienti, včetně pacientů s transplantovanými ostrůvky po transplantaci ledvin, užívali různé imunosupresivní látky, které mohou ovlivnit energetickou rovnováhu. Nedávno stejná skupina publikovala retrospektivní studii u příjemců transplantovaných ostrůvků a zjistila pokles BMI ve své kohortě 33 příjemců 3 roky po transplantaci oproti předtransplantačnímu (13). Dietetické návyky a kalorický příjem a aktivita, oba hodnocené otevřenými dotazníky, nebyly významně změněny před transplantací oproti potransplantaci.

Předpokládáme, že další složky energetického výdeje se po transplantaci ostrůvků zvyšují sekundárně v důsledku sníženého poměru systémových a portálních koncentrací inzulínu. Složky energetického výdeje, které mohou být modulovány tímto způsobem, zahrnují REE a PPT.

Naše navrhovaná studie si klade za cíl prospektivně zhodnotit energetický příjem a výběr potravin pomocí „zlatého standardu“ sériových 7denních vážených potravinových deníků (14, 15) a posoudit více složek energetického výdeje před a po transplantaci ostrůvků oproti subjektům zahajujícím inzulínovou pumpu terapie, kteří mají relativně vysoké poměry systémových a portálních koncentrací inzulínu spolu s kontrolními subjekty s normální glukózovou tolerancí.

Udržování tělesné hmotnosti a vztah k příjmu a výdeji energie

Tělesná hmotnost odráží rovnováhu mezi příjmem potravy a výdejem energie. Celkový energetický výdej lze rozdělit do tří hlavních složek: REE, PPT a fyzická aktivita. REE lze definovat jako energetický výdej v klidu ve stavu nalačno měřený v termoneutrálním prostředí. PPT nebo dietou indukovaná termogeneze je zvýšení rychlosti metabolismu nad REE; PPT vykazuje větší variabilitu mezi lidmi než REE (16, 17). Je to energie generovaná po požití potravy a má povinnou složku odrážející energii potřebnou k trávení, vstřebání, přeměnu a skladování paliv a fakultativní složku, ve které hraje hlavní roli sympatický nervový systém (17). Zvýšení energetického výdeje může být částečně způsobeno náklady na skladování glukózy ve formě glykogenu, ale často jsou naměřené náklady na skladování glukózy mnohem vyšší než toto a právě tento přírůstek nad tuto "povinnou složku" se nazývá "fakultativní termogeneze" (18). Tato fakultativní složka může ohrozit 50 % termického účinku potravy a mohou být přítomny velké meziindividuální rozdíly (19, 20). Při sedavém způsobu života tvoří REE 75 až 80 %, PPT 10 až 15 % a fyzická aktivita 10 až 15 % celkového denního energetického výdeje.

Modulátory energetického výdeje

Tělesná hmota bez tuku, stav štítné žlázy a obrat bílkovin subjektu určují REE (21). My a další jsme prokázali, že PPT negativně souvisí s citlivostí na inzulín ve skupině s rizikem diabetu 2. typu (22). PPT může být ovlivněna beta-adrenergní blokádou a jinými léky (23, 24). Inzulin, známý vazodilatátor, může také ovlivnit energetický výdej (25). Intraportálně transplantované ostrůvky mohou být revaskularizovány přítoky z portální žíly i jaterní tepny (26) nebo možná přítoky pouze z jaterní tepny (27). Není testováno, zda se PPT zvyšuje v důsledku transplantace ostrůvků sekundárně ke zvýšeným koncentracím inzulínu v portálním a splanchnickém oběhu (28). V průběhu posledních 10 let došlo k velkému pokroku v indukčních látkách a imunosupresivní terapii se zlepšenou mírou nezávislosti na inzulínu (29). Naše centrum používá při indukci monoklonální protilátku alemtuzumab (30) a udržovací imunosuprese je pomocí kalcineurinového inhibitoru takrolimu a mykofenolátu. U pacientů po transplantaci jater užívajících takrolimus došlo ke snížení REE, což naznačuje inhibici mitochondriálního dýchání (31), ačkoli při transplantaci jater dochází k jaterní denervaci s dysfunkcí autonomních nervů, která může také snížit energetický výdej (32, 33). Je proto nepravděpodobné, že by imunosupresivní terapie zvyšovaly výdej energie, i když jistě mohou mít negativní účinky na chuť k jídlu a příjem energie (34).

Oxidace mastných kyselin v játrech.

Volné mastné kyseliny (FFA) jsou oxidovány v mitochondriích, které jsou přítomny v celém těle s velkou koncentrací v játrech, svalech a srdci. Většina metodologií měří míru oxidace mastných kyselin v celém těle a nedokáže rozlišit mezi těmito zdroji. Oxidace jaterního tuku může být po transplantaci ostrůvků změněna a může ovlivnit citlivost jater na inzulín. Není známo, zda se po transplantaci ostrůvků zvýší oxidace jaterního tuku, což může vysvětlit ztrátu hmotnosti.

Hodnocení mitochondriální oxidace mastných kyselin v játrech:

Hodnocení funkce jaterních mitochondrií bylo ztíženo invazivními a komplexními technikami, které obecně postrádaly specificitu. Nedávno bylo navrženo dechové testování pomocí stabilních izotopů uhlíku jako bezpečná, neinvazivní a neradioaktivní metoda k posouzení mitochondriální oxidační kapacity. 13C-oktanoát sodný lze použít jako substrát používaný při hodnocení mitochondriální oxidační funkce jater, zejména β-oxidační dráhy. Oktanoát sodný je mastná kyselina se středně dlouhým řetězcem, která je metabolizována mitochondriální β-oxidací za vzniku acetyl koenzymu A (acetyl Co-A). Acetyl Co-A vstupuje do Krebsova cyklu, aby podstoupil další oxidaci vedoucí k produkci CO2, kterou lze měřit během dechového testu (35a).

Účelem tohoto návrhu je pochopit mechanismy pozorovaného úbytku hmotnosti a tukové hmoty. Žádná studie prospektivně nezkoumala energetický výdej tímto podrobným způsobem u kohorty před a po transplantaci ostrůvků a při léčbě inzulínovou pumpou.

Podrobný plán vyšetřování:

Hypotéza: Transplantace ostrůvků je spojena se zvýšeným energetickým výdejem v důsledku snížení poměru systémových a portálních koncentrací inzulínu.

Cílem je posoudit:

1. Antropometrické míry: tělesná hmotnost, obvod pasu, tloušťka kožní řasy, složení těla pomocí vzduchové pletysmografie (Bod Pod).
2. Celkový energetický příjem, včetně nadměrného energetického příjmu potřebného při léčbě hypoglykémie, pomocí 7denních vážených potravinových deníků, The Fear of Hypoglycemia Survey, Gold a Clarke Score.
3. Aktivní složka energetického výdeje pomocí akcelerometrie.
4. REE a PPT (pomocí testů tolerance jídla) a celková rychlost metabolismu (TMR) s použitím dvakrát značené vody.
5. Oxidace jaterního tuku pomocí oktanoátu sodného 13C.
6. Jaterní tuk, břišní podkožní a viscerální tuk pomocí MRS a MRI.

U příjemců transplantovaných ostrůvků a pacientů s inzulínovou pumpou MRS jater a MRI jaterního tuku; břišní podkožní a viscerální tuk; glykemická labilita; frekvence hypoglykémie hodnocená pomocí systémů kontinuálního monitorování glukózy (CGMS); povědomí o hypoglykémii hodnocené subjektivně pomocí Gold Score a Clarke Scores (35) a testy tolerance smíšeného jídla budou pokračovat podle protokolů UKITC, včetně předtransplantačních. U kontrol tolerantních ke glukóze bude provedeno vše výše uvedené s výjimkou zobrazovacích studií MR, průzkumu Fear of Hypoglycemia Survey (36), Gold a Clarke skóre a CGMS.

NÁVRH STUDIE V programu transplantace ostrůvků jsou příjemci hodnoceni před transplantací a 1, 3, 6, 12 měsíců po transplantaci a poté 6 měsíců. Vyšetřování u subjektů po transplantaci nebo inzulínové pumpě bude založeno na těchto časových osách. Konkrétně očekáváme maximální funkci ostrůvků za 3 měsíce.

Naším cílem je získat 3 skupiny účastníků: ty s diabetem typu I, kteří jsou na čekací listině na transplantaci ostrůvků, ty s diabetem typu I, kteří jsou na čekací listině pro léčbu inzulínovou pumpou, a kontroly, které nemají cukrovku (tolerující glukózu ).

Studie obsahuje 3 části, jak je popsáno níže. Od účastníků se očekává, že dokončí všechny 3 části v každém časovém bodě. Tyto 3 části jsou dokončeny v 5 samostatných časových bodech celkem 13 návštěv:

Následující návštěvy jsou určeny pro pacienty s diabetem 1.

Před intervencí a poté 1, 3, 6 a 12 měsíců po intervenci.

• Před intervencí jsou 3 studijní návštěvy v průběhu 4 týdnů
• Měsíc 1 po intervenci jsou 2 návštěvy během 2 týdnů
• 3 měsíce po vynálezu jsou 3 návštěvy během 4 týdnů
• 6. měsíc po intervenci jsou 2 návštěvy během 2 týdnů
• 12 měsíců po intervenci jsou 3 návštěvy během 4 týdnů

Pacienti s diabetem mají obvykle 1 rutinní klinickou návštěvu v každém časovém bodě popsaném jako součást jejich běžného sledování po intervenci. Ostatní návštěvy budou nad rámec obvyklého sledování po intervenci, s výjimkou prvního měsíce po intervenci, kde by byli sledováni každý týden.

Kontroly tolerantní ke glukóze budou mít pouze jednu sadu vyšetření, která budou zahrnovat 3 návštěvy během 4 týdnů.

Předintervence, 3 a 12 měsíců

Část 1:

Krevní testy (FBC, LFTS, U&Es, Coagulation Screen, Lipid Profile, Funkce štítné žlázy, HbA1c, Glukóza, potransplantační hladina takrolimu) to je přibližně 18 ml (3 ½ čajové lžičky). Jedná se o součást rutinního sledování pacientů po transplantaci ostrůvků.

Antropometrie – tělesná hmotnost, obvod pasu, lýtka a paže, tloušťka kožní řasy (včetně bicepsu, tricepsu, lopatky, hřebene kyčelního kloubu a lýtka), složení těla pomocí vzduchové pletysmografie (BODPOD). Tato vyšetření jsou specifická pro studii a nejsou součástí rutinního sledování.

Zařízení pro kontinuální monitorování glukózy (CGMS) a akcelerometr budou také vybaveny pro měření energetického výdeje po dobu sedmi dnů. Účastník obdrží stravovací deník a sadu vah pro zaznamenávání příjmu potravy během tohoto sedmidenního období (včetně nadbytečných kalorií požadovaných při léčbě hypoglykemie) doma. CGMS se často používá při sledování pacientů s diabetem. Kontroly tolerantní ke glukóze nebudou mít namontované CGMS ani neprovedou následující průzkumy.

Účastník vyplní „Průzkum Strach z hypoglykémie“. Jedná se o dotazník, který se ptá, jak/zda modifikují své chování, aby se vyhnuli hypoglykémii, a jak často se za různých okolností své hypoglykémie obávají. Účastníci budou také dotázáni na stupeň jejich zhoršeného povědomí o hypoglykémii pomocí specifických skórovacích systémů (Gold a Clarke Score).

Subjekty v kohortě po transplantaci ostrůvků a kohortě s pumpovou terapií budou požádány, aby šly do klinického výzkumného zobrazovacího centra a nechaly si magnetickou rezonancí provést vyšetření břicha včetně jater a břišního tuku.

2. část (2. týden):

Účastník bude o týden později pozván, aby zhodnotil svůj klidový energetický výdej (REE). Při této návštěvě bude vráceno veškeré vybavení z 1. týdne. Účastník bude při příjezdu zvážen a bude mu zavedena kanyla do paže. Budou odebrány vzorky krve na glukózu, inzulín a c-peptid (15 ml). Účastníci pak dostanou „míchané jídlo“ v podobě „koncentrátu Fortisip“, který chutná jako mléčný koktejl. Jejich energetický výdej po tomto smíšeném jídle bude měřen po dobu dvou hodin přístrojem zvaným nepřímý kalorimetr, což je ventilační zařízení s otevřenou kapotou, které měří množství vdechovaného kyslíku a množství vydechovaného oxidu uhličitého. Energie vynaložená po jídle se nazývá postprandiální termogeneze (PPT) a představuje kalorie spálené po jídle. Současně budou každých 30 minut po dobu tří hodin odebírány vzorky krve pro měření hladin inzulínu, c-peptidu a glukózy (150 ml). Toto je test zlatého standardu pro hodnocení funkce ostrůvků.

Studie „dvojitě označené vody“ budou provedeny na určité části účastníků. Účastník dostane při své druhé návštěvě k pití „dvojitě označenou vodu“, vzorek moči bude odebrán těsně před vypitím vody a poté bude instruován, aby si doma odebral další vzorky moči v den 1, 5, 10 a Poté jim bude výzkumná sestra během tohoto časového období pravidelně volat. Vzorky budou uloženy v mrazáku v uzavíratelném sáčku na zip v plastové vaně s těsně přiléhajícím víkem.

Část 3 (4. týden):

Účastník bude pozván zpět dva týdny po části 2 na návštěvu konkrétní studie. Budou odebrány vzorky moči. Provedou se jaterní mitochondriální studie, kdy účastník vypije roztok obsahující oktanoát sodný 13C, což je mastná kyselina vyskytující se v potravinách. Poté budou požádáni, aby po dobu dvou hodin (0, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 60, 90 a 120 minut) přerušovaně foukali do sáčku, aby bylo možné změřit, jak jejich játra zacházejí s mastnou kyselinou. a zda to „spálí“ rychle nebo pomalu.

1 měsíc a 6 měsíců po intervenci

Budou provedeny pouze krevní testy, antropometrie, akcelerometr, deník vážených potravin a CGMS. Příjemci transplantovaných ostrůvků podstoupí klinický test tolerance smíšeného jídla k posouzení funkce ostrůvků. Tyto návštěvy se budou shodovat s běžnými návštěvami.