Valutazione non invasiva della cinetica del glicogeno epatico e della sintesi di ATP nei diabetici di tipo 1

Valutazione non invasiva della cinetica del glicogeno epatico nei diabetici di tipo 1

Sfondo:

Il glicogeno epatico è la principale riserva a breve termine per il glucosio circolante nell'uomo. Fino al 50-60% della produzione endogena di glucosio deriva dalla glicogenolisi epatica durante il digiuno notturno. Nei soggetti sani, la privazione del glicogeno epatico mediante digiuno prolungato (60-65 ore) deprime la produzione di glucosio a digiuno e i livelli di glucosio plasmatico si avvicinano al range ipoglicemico. È stato dimostrato che il T1DM ha tassi più bassi di sintesi di glicogeno epatico durante l'alimentazione e tassi più bassi di glicogenolisi durante il digiuno. Pertanto, questa condizione pericolosa può svilupparsi durante il digiuno notturno.

È importante sottolineare che il metabolismo epatico difettoso del glicogeno nel T1D può essere ripristinato terapeuticamente, suggerendo che le misurazioni della cinetica del glicogeno potrebbero essere utili per valutare le terapie nuove ed esistenti del controllo glicemico.

Il "gold standard" accettato per le misurazioni della glicogenolisi epatica negli esseri umani comporta una misurazione diretta del segnale di glicogeno epatico 13C in abbondanza naturale utilizzando NMR 13C localizzato su un sistema di risonanza magnetica a corpo intero clinico ad alto campo. Questo metodo è disponibile solo in una manciata di centri di ricerca clinica in tutto il mondo.

La nostra misurazione proposta è altamente pratica e relativamente poco costosa poiché comporta la somministrazione orale di una piccola quantità di tracciante di acqua deuterata (2H2O) e una dose standard di paracetamolo. Questo nuovo metodo si basa sull'analisi dell'arricchimento di deuterio del glucuronide urinario, che deriva dalla porzione di glucosio dell'UDP-glucosio epatico, il pool precursore immediato dell'esoso della sintesi del glicogeno.

Ad oggi, non ci sono stati confronti diretti tra la misurazione di 2H2O e i metodi clinici di 13C MR per quantificare i tassi di glicogenolisi a digiuno nei soggetti T1D.

La disfunzione mitocondriale valutata dall'alterata sintesi di ATP miocellulare, è associata all'insulino-resistenza nei parenti di T2DM, in pazienti con T2DM conclamato e T1DM con scarso controllo glicemico. Tuttavia non è ancora noto fino a che punto le alterazioni dell'iperglicemia contribuiscano a questa anomalia. La nostra ipotesi è che il miglioramento dell'iperglicemia nei pazienti diabetici di tipo 1 che non soffrono di insulino-resistenza geneticamente indotta, aumenterà la sintesi di ATP miocellulare. Pertanto, questo studio esaminerà il flusso sintetico basale di ATP miocellulare in pazienti con diabete mellito di tipo 1 prima e dopo il miglioramento del controllo glicemico. Inoltre, eseguiremo clamp test iperinsulinemici euglicemici per stimolare la sintesi di ATP mitocondriale.

Protocolli clinici:

Misurazioni simultanee in vivo di 13C NMR e 2H2O-glucuronide della glicogenolisi epatica (Vienna):

Un totale di 24 soggetti composto da 12 controlli sani e 12 pazienti TID, primo, con controllo metabolico insufficiente (HbA1c 8,5-10,0%) e ancora dopo 3 mesi di trattamento insulinico intensificato utilizzando l'infusione sottocutanea continua di insulina (pompa CSII) con l'obiettivo di ottimizzare il controllo metabolico (HbA1c <7,5%) sarà studiato dopo il consenso informato presso il Centro di eccellenza MR, Università di medicina di Vienna.

Tutte le misurazioni avranno luogo presso l'Ospedale Hanusch (Heinrich Collin Straße 30, A-1140 Vienna) o il Centro di eccellenza per la RM presso l'Ospedale Generale di Vienna (Lazerettgasse 14, A-1090 Vienna).

Per un periodo di 24 ore prima dello studio, i pazienti con T1D saranno istruiti a omettere NPH o Zn-insulina e utilizzare solo insulina regolare per controllare le concentrazioni di glucosio nel sangue.

Il primo giorno, fissando l'ospedale Hanusch, i soggetti ingeriranno 3 pasti misti standard (60% CHO, 20% proteine ​​e 20% grassi; 720kcal, 710kcal e 800kcal) alle 08:00, 13:00 e 18:40. L'ultimo pasto sarà servito dopo il trasferimento al Centro di Eccellenza MR e la prima misurazione RM.

La glicemia sarà controllata ogni ora e verranno prelevati campioni di sangue a intervalli di tempo per determinare gli ormoni e i metaboliti glucoregolatori.

I soggetti saranno trasferiti periodicamente all'unità di spettroscopia di risonanza magnetica, dove verranno eseguiti spettri 13C NMR in vivo della durata di 1 ora alle 17.30-18.30 (prima di cena), 23:30-0:30, 02:00-03:00 e 06:50-07:50. Verrà eseguita un'ulteriore misurazione 31P NMR per valutare la sintesi di ATP intramiocellulare della gamba destra tra le 05:30 e le 06:30.

Alle 22:30 verrà avviata un'infusione di 8 ore di [6,6-2H2]glucosio. La dose iniziale di 5 mg/kg sarà aggiustata in base ai livelli di glicemia a digiuno e sarà seguita da un'infusione costante di 0,05 mg/kg/min. I campioni di plasma saranno raccolti due volte prima dell'inizio dell'infusione e poi rispettivamente dalle 0:30 alle 0:50, dalle 15:10 alle 15:30 e dalle 18:30 alle 18:50 a intervalli di dieci minuti, per quantificare l'arricchimento del plasma [6, 6-2H2]glucosio.

Alle 23:00, i soggetti ingeriranno 2H2O allo 0,3% di acqua corporea e alle 03:00 ingeriranno 1000 mg di paracetamolo (paracetamolo).

Alle 6:00 i partecipanti sono istruiti a annullare. Questa urina verrà raccolta come Urina 1. Tra le 06:00 e le 08:00, l'urina verrà raccolta per il recupero dell'acetaminofene glucuronide (Urina2), a quel punto lo studio terminerà. L'urina sarà evaporata, congelata e inviata a Coimbra per l'analisi.

Dopo il primo giorno, inizierà il trattamento insulinico intensificato mediante infusione sottocutanea continua di insulina (pompa CSII). I pazienti saranno rimisurati dopo tre mesi secondo lo stesso protocollo.

I controlli sani saranno esaminati una sola volta.

La sintesi di ATP sarà misurata in un giorno di studio separato. I pazienti e i controlli sani saranno ammessi al Centro di eccellenza MR alle 6:00. Innanzitutto, ci sarà una misurazione basale della sintesi di ATP. Successivamente, il morsetto verrà avviato e condotto per 4 ore. Quindi, verrà eseguita la seconda misurazione 31P NMR per valutare se la sintesi di ATP può essere stimolata nei pazienti con T1DM.

I partecipanti saranno rilasciati dopo un pasto alle 15:00