Energiatase saarekesiirron jälkeen (EBFIT)

Tausta ja perustelut tutkimukselle: tyypin 1 diabetes, hypoglykemia, IAH ja saarekesiirrännäinen

Tyypin 1 diabetes johtuu beetasolujen autoimmuuni tuhoutumisesta haiman saarekkeissa. Tyypin 1 diabetesta sairastavien eloonjääminen on riippuvainen päivittäisestä insuliinikorvauksesta, ja huolimatta hoidon merkittävistä edistysaskeleista (3), elinajanodote lyhenee merkittävästi aineenvaihduntakriisien ja suuren ateroskleroottisten verisuonitapahtumien riskin vuoksi (4). Kaikki kroonisen korkean glukoosin komplikaatiot voidaan estää tiukasti glukoositasapainolla (5), mutta tätä tasapainottaa kuitenkin suuri vakavan hypoglykemian riski, mikä heikentää kykyä havaita hypoglykemian alkamista, mikä aiheuttaa hämmennystä ja romahdusta ilman varoitus, jota kutsutaan nimellä Impaired A Awareness of Hypoglycemia (AIH). IAH sairastuu vuosittain jopa 25 prosenttiin ihmisistä, joilla on todettu tyypin 1 diabetes (10–15 miljoonaa ihmistä maailmanlaajuisesti) (6, 7). Noin 30 000 ihmisellä Skotlannissa on tyypin 1 diabetes, ja esiintyvyys on kasvussa (8). Ne, joilla on toistuva hypoglykemia ja vaikea IAH, kokevat usein verensokerin vaihteluita, ja he voivat olla kelvollisia saarekesiirtoon (5). Suuria määriä saarekkeita siirretään porttilaskimon kautta radiologisen ohjauksen alaisena maksaan glukokortikoidittomalla immunosuppressiolla ("Edmonton-protokolla"). Kaksi tai useampia elinsiirtoja tarvitaan yleensä insuliinin erityksen palauttamiseksi, jotta glukoosipitoisuudet voidaan hallita riittävästi ja tietoisuus hypoglykemiasta palautetaan.

UK Islet Transplant Consortium (UKITC), Scottish National Islet Program ja antropometriset muutokset saarekesiirron jälkeen

Elinsiirtoohjelmamme on yksi seitsemästä UKITC:ssä; muita sivustoja ovat Newcastle, Oxford, Lontoo (Kings, Royal Free), Manchester ja Bristol. Iso-Britannian ensisijainen tavoite on vähentää hypoglykemian esiintyvyyttä ja palauttaa tietoisuus siitä. Monitieteinen tiimi arvioi lähetetyt potilaat perusteellisesti ennen siirtoa, siirtohetkellä ja sitten sarjasiirron jälkeen. Isossa-Britanniassa huhtikuusta 2008 syyskuuhun 2013 on tehty 96 elinsiirtoa 76 vastaanottajalle. Siirteen eloonjääminen on > 88 %, mikä määritellään stimuloidulla c-peptidillä, jonka arvo on > 100 pmol/l (90 min Fortisip-aterian jälkeen), ja hypoglykemian esiintymistiheys on vähentynyt merkittävästi: ennen transplantaatiota tai sen jälkeen, mediaani (neljännesten välinen vaihteluväli): 21 (7–79) vs. 0 (0–1) hypoglykemiakohtausta vuodessa, HbA1c:n ja insuliiniannoksen merkittävä väheneminen (kaikki p<0,01) (9). Ruumiinpaino 1 vuoden kohdalla UKITC-kohortissa on laskenut merkittävästi; ennen siirtoa: keskiarvo (± SEM) 66,3 (± 1,2) vs. 62,3 (± 1,1) kg (p = 0,001). Kuten monissa ohjelmissa (10), huipputoiminto havaitaan 3 kuukauden kuluttua ensimmäisestä siirrosta, usein insuliinista riippumattomana, mutta tämän jälkeen voidaan havaita vaihtelevaa toiminnan heikkenemistä, kun monet potilaat saavat insuliinia 1 vuoden kuluttua siirrosta, vaikka paljon pienempi annos verrattuna ennen siirtoa. Skotlannissa olemme tehneet 47 elinsiirtoa 29 vastaanottajalle. Tyypin 1 diabetesta sairastavat ja normaali munuaistoimintaa sairastavat potilaat on arvioitu aiemmin (≥3<30 kuukautta) siirron jälkeen (n = 14; 6 miestä, 8 naista; ikä ​​(vaihteluväli: 30–57 vuotta); kaikilla on toimivat siirteet. Saaristosiirron jälkeen olemme havainneet ruumiinpainon merkittävää laskua ennen siirtoa verrattuna siirtoon: mediaani (neljännesten välinen vaihteluväli) 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; % rasvamassa: 30,0 (21,2-35,2) vs. 24,1 (18,4-31,2)%, p = 0,004; ja vyötärön ympärysmitta: 85,5 (77-89,7) vs. 77,5 (73,5-88,3) cm, p = 0,01. 7 päivän ravintohistorian perusteella arvioitu kokonaislämpöarvo ei eronnut ennen kuin siirrosta 1700 (1581-1842) vs. 1528 (1319-1708) kcal, (p=0,09), vaikka hypoglykemian esiintymistiheys (10(6-18) vs 1(0-3)) viikossa ja hypoglykemian kalorien saanti vähenivät. Samanaikaisesti HbA1c on parantunut p<0,001 (11).

Havaintojemme mukaisesti on aiemmin raportoitu merkittäviä yli 4 kg:n (10, 12) ruumiinpainon (10, 12), vyötärön ympärysmitan ja kehon rasvamassan alenemista, jälkimmäinen biosähköisellä impedanssilla mitattuna, vuoden sisällä saarekesiirrosta, huolimatta elinsiirron jälkeinen kalorien saanti (12). Jälkimmäisessä tutkimuksessa 30 potilaalla oli kaikki arvioinnit suoritettu ja 12 koehenkilöä ei käyttänyt insuliinia viimeisen tiedonkeruun aikaan. Insuliinin käyttö väheni 10-kertaiseksi ja glykeeminen hallinta parani. Regressioanalyysit, joissa säädettiin hämmentäviä muuttujia, mukaan lukien eksogeeninen insuliiniannos ja glukagonin kaltainen peptidi-1-agonistin käyttö, vahvistivat painonpudotuksen yhteyden saarekesiirtoon. On huomionarvoista, että tässä saarekesiirteen saajien kohortissa energiankulutusta ei mitattu ja potilaat, mukaan lukien ne, joille oli tehty saarekesiirto munuaisensiirron jälkeen, käyttivät erilaisia ​​immunosuppressiivisia aineita, jotka voivat vaikuttaa energiatasapainoon. Hiljattain sama ryhmä julkaisi retrospektiivisen tutkimuksen saarekesiirteen saajilla ja havaitsi BMI:n laskun heidän 33 vastaanottajan kohortissa 3 vuoden kuluttua siirrosta verrattuna ennen siirtoa (13). Ruokavaliotottumukset ja kalorien saanti ja aktiivisuus, jotka molemmat arvioitiin avoimilla kyselylomakkeilla, eivät muuttuneet merkittävästi ennen elinsiirron jälkeen.

Oletamme, että muut energiankulutuksen komponentit lisääntyvät saarekesiirteen jälkeen, kun systeemisen ja portaalin insuliinipitoisuudet ovat pienentyneet. Energiankulutuskomponentteja, joita voidaan moduloida tällä tavalla, ovat REE ja PPT.

Ehdotetussa tutkimuksessamme pyritään arvioimaan energian saantia ja ruokavalintoja prospektiivisesti käyttämällä "kultastandardia" 7 päivän mittaisten punnittujen ruokapäiväkirjojen (14, 15) mukaisesti ja arvioida energiankulutuksen monia komponentteja ennen ja jälkeen saarekesiirtoa verrattuna potilaisiin, jotka aloittavat insuliinipumpun. hoitoon, joilla on suhteellisen korkea systeemisen ja portaaliinsuliinin pitoisuuksien suhde sekä kontrollihenkilöt, joilla on normaali glukoosinsietokyky.

Ruumiinpainon ylläpitäminen ja suhde energian saantiin ja energiankulutukseen

Ruumiinpaino heijastaa tasapainoa ravinnon saannin ja energiankulutuksen välillä. Kokonaisenergiankulutus voidaan jakaa kolmeen pääkomponenttiin: REE, PPT ja fyysinen aktiivisuus. REE voidaan määritellä energiankulutukseksi levossa paastotilassa mitattuna lämpöneutraalissa ympäristössä. PPT tai ruokavalion aiheuttama termogeneesi on aineenvaihduntanopeuden nousu yli REE:n; PPT osoittaa enemmän vaihtelua ihmisten välillä kuin REE (16, 17). Se on energiaa, joka syntyy ruoan nauttimisen jälkeen, ja siinä on pakollinen komponentti, joka heijastaa polttoaineiden sulattamiseen, imeytymiseen, muuntamiseen ja varastointiin tarvittavaa energiaa, sekä fakultatiivinen komponentti, jossa sympaattisella hermostolla on tärkeä rooli (17). Energiankulutuksen lisäys voidaan selittää osittain glukoosin varastoinnin kustannuksilla glykogeeninä, mutta usein mitattu glukoosin varastoinnin hinta on paljon tätä korkeampi, ja tätä "pakollisen komponentin" yläpuolella olevaa lisäystä kutsutaan "fakultatiiviseksi termogeneesiksi". (18). Tämä fakultatiivinen komponentti voi vaarantaa 50 % ruuan lämpövaikutuksesta ja suuria yksilöiden välisiä vaihteluita voi esiintyä (19, 20). Istuvan elämäntavan mukaan REE muodostaa 75-80 %, PPT 10-15 % ja fyysinen aktiivisuus 10-15 % päivittäisestä energiankulutuksesta.

Energiankulutuksen modulaattorit

REE:n määräävät potilaan vähärasvainen ruumiinmassa, kilpirauhasen tila ja proteiinin vaihtuvuus (21). Me ja muut olemme osoittaneet, että PPT liittyy negatiivisesti insuliiniherkkyyteen tyypin 2 diabeteksen riskiryhmässä (22). Beeta-adrenerginen salpaus ja muut lääkkeet voivat vaikuttaa PPT:hen (23, 24). Insuliini, tunnettu verisuonia laajentava aine, voi myös vaikuttaa energiankulutukseen (25). Portaalinsisäisesti siirretyt saarekkeet voivat revaskularisoitua sekä porttilaskimosta että maksavaltimon sivujoista (26) tai ehkä vain maksavaltimon sivujoista (27). Ei ole testattu, lisääntyykö PPT saarekesiirteen seurauksena portaalin ja splanchnisen verenkierron lisääntyneiden insuliinipitoisuuksien seurauksena (28). Käytetyissä induktiolääkkeissä ja immunosuppressiohoidossa on edistytty paljon viimeisen 10 vuoden aikana, ja insuliiniriippumattomuusaste on parantunut (29). Keskuksessamme käytetään monoklonaalista vasta-ainetta alemtutsumabia induktiossa (30) ja ylläpito-immunosuppressio tapahtuu kalsineuriini-inhibiittorilla takrolimuusilla ja mykofenolaatilla. Takrolimuusia saaneiden maksansiirtopotilaiden REE on vähentynyt, mikä viittaa mitokondrioiden hengityksen estymiseen (31), vaikka maksansiirrossa esiintyy maksan denervaatiota ja autonomisen hermon toimintahäiriötä, mikä voi myös vähentää energiankulutusta (32, 33). Siksi on epätodennäköistä, että immunosuppressiiviset hoidot lisäävät energiankulutusta, vaikka niillä voi varmasti olla kielteisiä vaikutuksia ruokahaluun ja energian saantiin (34).

Maksan rasvahappojen hapettuminen.

Vapaat rasvahapot (FFA) hapettuvat mitokondrioissa, joita esiintyy koko kehossa suurina pitoisuuksina maksassa, lihaksissa ja sydämessä. Useimmat menetelmät mittaavat koko kehon rasvahappojen hapettumisastetta, eivätkä ne pysty erottamaan näitä lähteitä. Maksan rasvan hapettuminen voi muuttua saarekesiirron jälkeen ja se voi vaikuttaa maksan insuliiniherkkyyteen. Ei tiedetä, lisääntyykö maksan rasvan hapettuminen saarekesiirron jälkeen, mikä saattaa selittää painonpudotuksen.

Mitokondrioiden rasvahappohapetuksen arviointi maksassa:

Maksan mitokondrioiden toiminnan arviointia ovat haitanneet invasiiviset ja monimutkaiset tekniikat, joista yleensä puuttuu spesifisyys. Äskettäin stabiileja hiili-isotooppeja käyttävää hengitystestausta on ehdotettu turvalliseksi, ei-invasiiviseksi ja ei-radioaktiiviseksi menetelmäksi mitokondrioiden oksidatiivisen kapasiteetin arvioimiseksi. Natrium13C-oktanoaattia voidaan käyttää substraattina, jota käytetään arvioitaessa maksan mitokondrioiden oksidatiivista toimintaa, erityisesti β-oksidatiivista reittiä. Natriumoktanoaatti on keskipitkäketjuinen rasvahappo, joka metaboloituu mitokondrioiden β-hapetuksen kautta ja tuottaa asetyylikoentsyymi A:ta (asetyyli-Co-A). Asetyyli-Co-A siirtyy Krebsin kiertoon käymään läpi lisähapetusta, mikä johtaa CO2:n tuotantoon, joka voidaan mitata hengitystestin aikana (35a).

Tämän ehdotuksen tarkoituksena on ymmärtää havaitun painonpudotuksen ja rasvamassan mekanismit. Yhdessäkään tutkimuksessa ei ole tutkittu energiankulutusta prospektiivisesti tällä yksityiskohtaisella tavalla ennen ja jälkeen saarekesiirtoa ja insuliinipumppuhoitoa saaneiden kohortin.

Yksityiskohtainen selvityssuunnitelma:

Hypoteesi: Saaristosiirtoon liittyy lisääntynyt energiankulutus systeemisen insuliinin ja portaalin insuliinipitoisuuksien pienenemisen seurauksena.

Tavoitteena on arvioida:

1. Antropometriset mitat: ruumiinpaino, vyötärön ympärysmitta, ihopoimun paksuus, kehon koostumus käyttämällä ilmasyrjäytyspletysmografiaa (Bod Pod).
2. Kokonaisenergian saanti, mukaan lukien hypoglykemian hoidossa tarvittava liiallinen energianotto, käyttämällä 7 päivän punnittuja ruokapäiväkirjoja, The Fear of Hypoglycemia Survey, Gold and Clarke Score.
3. Energiankulutuksen aktiivisuuskomponentti kiihtyvyysmittauksella.
4. REE ja PPT (käyttäen ateriatoleranssitestejä) ja kokonaisaineenvaihduntanopeus (TMR) käyttämällä kaksinkertaisesti merkittyä vettä.
5. Maksan rasvan hapetus käyttäen natrium 13C oktanoaattia.
6. Maksan rasva, vatsan ihonalainen ja viskeraalinen rasva MRS:n ja MRI:n avulla.

Saaristosiirteen vastaanottajilla ja insuliinipumppupotilailla maksan MRS ja maksan rasvan MRI; vatsan ihonalainen ja viskeraalinen rasva; glykeeminen labilisuus; hypoglykemian esiintymistiheys arvioituna jatkuvan glukoosin seurantajärjestelmän (CGMS) avulla; Tietoisuus hypoglykemiasta on arvioitu subjektiivisesti Gold Score- ja Clarke Scores -pisteillä (35), ja seka-ateriatoleranssitestejä jatketaan UKITC:n protokollien mukaisesti, mukaan lukien ennen transplantaatiota. Glukoositoleranteissa kontrolleissa tehdään kaikki edellä mainitut paitsi MR-kuvaustutkimukset, Fear of Hypoglycemia Survey (36), Gold- ja Clarke-pisteet ja CGMS.

TUTKIMUKSEN SUUNNITTELU Saaristosiirto-ohjelmassa vastaanottajat arvioidaan ennen siirtoa ja 1, 3, 6, 12 kuukauden kuluttua siirrosta ja sen jälkeen 6 kuukauden välein. Elinsiirto- tai insuliinipumppupotilaiden tutkimukset perustuvat näihin aikajajoihin. Erityisesti odotamme saaren toiminnan huippunsa 3 kuukauden iässä.

Pyrimme rekrytoimaan 3 osallistujaryhmää: tyypin I diabetesta sairastavat, jotka ovat jonotuslistalla saarekesiirtoon, tyypin I diabetesta sairastavat, jotka ovat jonotuslistalla insuliinipumppuhoitoon ja kontrollit, joilla ei ole diabetesta (glukoosisietokykyisiä). ).

Tutkimus sisältää 3 osaa, kuten alla on kuvattu. Osallistujien odotetaan suorittavan kaikki 3 osaa jokaisena ajankohtana. Kolme osaa on suoritettu 5 erillisessä aikapisteessä, yhteensä 13 käyntiä:

Seuraavat käynnit on tarkoitettu tyypin 1 diabetesta sairastaville:

Ennen interventiota ja sitten 1, 3, 6 ja 12 kuukautta toimenpiteen jälkeen.

• Ennen interventiota on 3 opintokäyntiä 4 viikon aikana
• Ensimmäinen kuukausi toimenpiteen jälkeen on 2 käyntiä 2 viikon aikana
• 3 kuukautta keksimisen jälkeen on 3 käyntiä 4 viikon aikana
• Kuudes kuukausi toimenpiteen jälkeen on 2 käyntiä 2 viikon aikana
• 12 kuukautta toimenpiteen jälkeen on 3 käyntiä 4 viikon aikana

Diabetespotilailla on tavallisesti 1 rutiinipoliklinikalla käynti kullakin ajankohtana, joka on kuvattu osana heidän normaalia interventioiden jälkeistä seurantaa. Muut käynnit jäävät ylimääräisiksi niiden tavanomaiseen seurantaan toimenpiteen jälkeen, lukuun ottamatta ensimmäistä kuukautta toimenpiteen jälkeen, jolloin niitä seurataan viikoittain.

Glukoositoleranteille kontrolleille tehdään vain yksi tutkimussarja, joka sisältää 3 käyntiä 4 viikon aikana.

Ennen interventiota, 3 ja 12 kuukautta

Osa 1:

Verikokeet (FBC, LFTS, U&E, hyytymisnäyttö, lipidiprofiili, kilpirauhasen toiminta, HbA1c, glukoosi, transplantaation jälkeinen takrolimuusitaso) tämä on noin 18 ml (3 ½ teelusikallista). Tämä on osa saarekesiirtopotilaiden rutiininomaista seurantaa.

Antropometria - kehon paino, vyötärön, pohkeen ja käsivarren ympärysmitta, ihopoimun paksuus (mukaan lukien hauis, tricep, lapaluu, harja ja pohkeet), kehon koostumus käyttämällä ilmasyrjäytyspletysmografiaa (BODPOD). Nämä tutkimukset ovat tutkimuskohtaisia ​​eivätkä kuulu rutiiniseurantaan.

Lisäksi asennetaan jatkuva glukoosivalvontalaite (CGMS) ja kiihtyvyysanturi, joka mittaa energiankulutusta seitsemän päivän aikana. Osallistujalle annetaan ruokapäiväkirja ja punnitusvaa'at, joilla kirjataan ruoan saanti tämän seitsemän päivän aikana (mukaan lukien hypoglykemian hoidossa tarvittavat ylimääräiset kalorit) kotona. CGMS:ää käytetään usein diabetespotilaiden seurannassa. Glukoosia sietäviin kontrolleihin ei ole asennettu CGMS:ää tai täytä seuraavat tutkimukset.

Osallistuja suorittaa "The Fear of Hypoglycemia Survey" -tutkimuksen. Tämä on kyselylomake, jossa kysytään, kuinka/muuttavatko he käyttäytymistään välttääkseen hypoglykemiaa ja kuinka usein he ovat huolissaan hypoglykemiastaan ​​eri olosuhteissa. Osallistujilta kysytään myös heidän hypoglykemian tietoisuuden heikkenemisen astetta käyttämällä erityisiä pisteytysjärjestelmiä (Gold and Clarke Score).

Saarensiirtokohortissa ja pumppuhoitokohortissa olevia kohortteja pyydetään menemään kliinisen tutkimuksen kuvantamiskeskukseen, ja heidän vatsansa, mukaan lukien maksan ja vatsan rasvakudoksen, tehdään magneettikuvaus.

Osa 2 (viikko 2):

Osallistuja kutsutaan takaisin viikkoa myöhemmin arvioimaan lepoenergiankulutustaan ​​(REE). Tällä vierailulla palautetaan kaikki viikon 1 laitteet. Osallistuja punnitaan saapuessaan ja hänelle asetetaan kanyyli käsivarteen. Verinäytteet otetaan glukoosille, insuliinille ja c-peptidille (15 ml). Osallistujille tarjotaan sitten "seka-ateria" "Fortisip-tiivisteen" muodossa, joka maistuu pirtelöltä. Heidän energiankulutustaan ​​tämän seka-aterian jälkeen mitataan kahden tunnin ajan epäsuoraksi kalorimetriksi kutsutulla laitteella, joka on avoin tuuletuslaite, joka mittaa sisäänhengitetyn hapen ja uloshengitetyn hiilidioksidin määrän. Aterian jälkeen kulutettua energiaa kutsutaan aterian jälkeiseksi termogeneesiksi (PPT) ja se edustaa aterian jälkeen poltettuja kaloreita. Samanaikaisesti otetaan verinäytteitä 30 minuutin välein kolmen tunnin ajan insuliini-, c-peptidi- ja glukoositasojen mittaamiseksi (150 ml). Tämä on kultainen standardi testi saarekkeen toiminnan arvioimiseksi.

"Kaksoismerkitty vesi" -tutkimukset suoritetaan osalle osallistujia. Osallistujalle annetaan "kaksinkertaisesti merkittyä vettä" juotavaksi toisella käynnillä, virtsanäyte otetaan juuri ennen veden juomista ja sitten häntä neuvotaan keräämään lisää virtsanäytteitä kotona päivinä 1, 5, 10 ja Tämän jälkeen tutkimushoitaja soittaa heille säännöllisesti tänä aikana. Näytteet säilytetään pakastimessa vetoketjulla suljetussa pussissa, joka on muoviastiassa, jossa on tiivis kansi.

Osa 3 (viikko 4):

Osallistuja kutsutaan takaisin kaksi viikkoa osan 2 jälkeen opintovierailulle. Virtsanäytteet otetaan talteen. Maksan mitokondriotutkimukset suoritetaan, jolloin osallistuja juo liuosta, joka sisältää natrium 13C Octanoatea, joka on elintarvikkeissa esiintyvä rasvahappo. Sitten heitä pyydetään puhaltamaan pussiin ajoittain kahden tunnin ajan (0, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 60, 90 ja 120 minuuttia), jotta voidaan mitata, kuinka heidän maksansa käsittelee rasvahappoa. ja "polttavat" ne nopeasti vai hitaasti.

1 kuukausi ja 6 kuukautta toimenpiteen jälkeen

Vain verikoe, antropometria, kiihtyvyysmittari, punnittu ruokapäiväkirja ja CGMS suoritetaan. Saaristosiirteen saajille tehdään kliininen seka-ateriasietotesti saarekkeen toiminnan arvioimiseksi. Nämä vierailut osuvat samaan aikaan rutiinikäyntien kanssa.