Ikke-invasiv vurdering af leverglykogenkinetik og ATP-syntese hos type 1-diabetikere

Ikke-invasiv vurdering af leverglykogenkinetik hos type 1-diabetikere

Baggrund:

Hepatisk glykogen er den vigtigste kortsigtede reserve for cirkulerende glukose hos mennesker. Op til 50-60% af den endogene glukoseproduktion stammer fra leverglykogenolyse under nattens faste. Hos raske forsøgspersoner sænker mangel på leverglykogen ved langvarig faste (60-65 timer) fastende glukoseproduktion, og plasmaglucoseniveauer nærmer sig det hypoglykæmiske område. T1DM viste sig at have lavere hastigheder af hepatisk glykogensyntese under fodring og lavere hastigheder af glykogenolyse under faste. Denne farlige tilstand kan således udvikle sig under nattens faste.

Det er vigtigt, at defekt leverglykogenmetabolisme i T1D kan genoprettes terapeutisk, hvilket tyder på, at målinger af glykogenkinetik kan være nyttige til evaluering af både nye og eksisterende behandlinger af glykæmisk kontrol.

Den accepterede "guldstandard" for leverglykogenolysemålinger hos mennesker involverer en direkte måling af det naturlige overflod af 13C hepatisk glykogensignal ved anvendelse af lokaliseret 13C NMR på et højfelts klinisk helkropsmagnetisk resonanssystem. Denne metode er kun tilgængelig i en håndfuld kliniske forskningscentre rundt om i verden.

Vores foreslåede måling er yderst praktisk og relativt billig, da den involverer oral administration af en lille mængde deutereret vand (2H2O) sporstof og en standarddosis af Acetaminophen. Denne nye metode er baseret på analysen af ​​deuteriumberigelse af uringlucuronid, som er afledt af glucosedelen af ​​hepatisk UDP-glucose, den umiddelbare hexoseprecursor-pulje af glykogensyntese.

Til dato har der ikke været nogen direkte sammenligninger af 2H2O-måling og kliniske 13C MR-metoder til kvantificering af hastigheder af fastende glykogenolyse hos T1D-personer.

Mitokondriel dysfunktion vurderet ved nedsat myocellulær ATP-syntese er forbundet med insulinresistens hos slægtninge til T2DM, hos patienter med åbenlys T2DM og T1DM med dårlig glykæmisk kontrol. Det er dog endnu ukendt, i hvilket omfang ændringer i hyperglykæmi bidrager til denne abnormitet. Vores hypotese er, at forbedring af hyperglykæmi hos type 1-diabetespatienter, der dot lider af genetisk induceret insulinresistens, vil øge myocellulær ATP-syntese. Dette studie vil således undersøge basal myocellulær ATP syntetisk flux hos patienter med type 1 diabetes mellitus før og efter forbedring af glykæmisk kontrol. Derudover vil vi udføre hyperinsulinæmiske euglykæmiske clamp-tests for at stimulere mitokondriel ATP-syntese.

Kliniske protokoller:

Samtidige in vivo 13C NMR og 2H2O-glucuronid målinger af hepatisk glycogenolyse (Wien):

I alt 24 forsøgspersoner bestående af 12 raske kontroller og 12 TID-patienter, først i utilstrækkelig metabolisk kontrol (HbA1c 8,5-10,0 %) og igen efter 3 måneders intensiveret insulinbehandling ved hjælp af kontinuerlig subkutan insulininfusion (CSII-pumpe) med henblik på optimeret metabolisk kontrol (HbA1c <7,5%) vil blive undersøgt efter informeret samtykke ved MR Centre-of-Excellence, Medical University of Vienna.

Alle målinger vil enten finde sted i Hanusch Hospital (Heinrich Collin Straße 30, A-1140 Wien) eller MR Center-of-Excellence på General Hospital of Vienna (Lazerettgasse 14, A-1090 Wien).

I en periode på 24 timer før undersøgelsen vil T1D-patienter blive instrueret i at udelade NPH eller Zn-insulin og kun bruge almindelig insulin til at kontrollere blodsukkerkoncentrationerne.

På dag 1, mens de stirrer på Hanusch Hospitalet, vil forsøgspersoner indtage 3 standard blandede måltider (60 % CHO, 20 % protein og 20 % fedt; 720 kcal, 710 kcal og 800 kcal) kl. 08.00, 13.00 og 18.40. Det sidste måltid serveres efter overførsel til MR-Centre-of-Excellence og den første MR-måling.

Blodsukkeret vil blive kontrolleret hver time, og blodprøver vil blive udtaget med faste intervaller for at bestemme glukoregulerende hormoner og metabolitter.

Forsøgspersoner vil periodisk blive overført til magnetisk resonansspektroskopi-enhed, hvor in vivo 13C NMR-spektre, der varer 1 time, vil blive udført kl. 17.30-18.30 (før middagen), 23:30-0:30, 02:00-03:00 og 06:50-07:50. Der vil blive udført en yderligere 31P NMR-måling for at vurdere den intramyocellulære ATP-syntese af højre ben mellem 05.30-06.30.

22:30 vil en 8-timers primet infusion af [6,6-2H2]glucose blive startet. Startdosis på 5 mg/kg vil blive justeret i henhold til fastende blodsukkerniveauer og vil blive efterfulgt af en konstant infusion på 0,05 mg/kg/min. Plasmaprøver vil blive indsamlet to gange før infusionen starter og derefter fra 0:30 -0:50, 3:10 - 3:30 og 6:30-6:50 i henholdsvis ti minutters intervaller for at kvantificere berigelse af plasma [6, 6-2H2]glucose.

Klokken 23.00 indtager forsøgspersonerne 2H2O til 0,3 % kropsvand og kl. 03.00 vil de indtage 1000 mg Acetaminophen (Paracetamol).

6:00 bliver deltagerne instrueret i at annullere. Denne urin vil blive opsamlet som Urin 1. Mellem kl. 06.00 og 08.00 vil der blive opsamlet urin til genvinding af Acetaminophen glucuronid (Urin2), hvorefter undersøgelsen afsluttes. Urinen vil blive fordampet, frosset og sendt til Coimbra til analyse.

Efter dag ét starter intensiveret insulinbehandling med kontinuerlig subkutan insulininfusion (CSII-pumpe). Patienterne vil blive genmålt efter tre måneder i henhold til samme protokol.

Sunde kontroller vil kun blive undersøgt én gang.

ATP-syntese vil blive målt på en separat studiedag. Patienter og raske kontroller vil blive indlagt i MR-Centre-of-Excellence kl. 06.00. Først vil der være en basal måling af ATP-syntese. Derefter vil klemmen blive startet og udført i 4 timer. Derefter vil den anden 31P NMR-måling blive udført for at vurdere, om ATP-syntese kan stimuleres hos T1DM-patienter.

Deltagerne frigives efter et måltid kl. 15.00