Bilancio energetico dopo il trapianto di isole (EBFIT)

Contesto e fondamento logico dello studio: diabete di tipo 1, ipoglicemia, IAH e trapianto di isole

Il diabete di tipo 1 è causato dalla distruzione autoimmune delle cellule beta all'interno delle isole del pancreas. Quelli con diabete di tipo 1 dipendono dalla sostituzione giornaliera dell'insulina per la sopravvivenza e nonostante i grandi progressi nel trattamento (3), l'aspettativa di vita è ridotta in modo significativo a causa delle crisi metaboliche e dell'aumento del rischio di eventi vascolari aterosclerotici maggiori (4). Tutte le complicanze del glucosio alto cronico possono essere prevenute da uno stretto controllo glicemico (5), ma questo è, tuttavia, controbilanciato da un alto rischio di grave ipoglicemia che porta a una ridotta capacità di percepire l'inizio dell'ipoglicemia, con confusione invalidante e collasso senza avviso, denominato Alterata consapevolezza dell'ipoglicemia (AIH). La IAH colpisce ogni anno fino al 25% delle persone con diabete di tipo 1 accertato (10-15 milioni di persone in tutto il mondo) (6, 7). Circa 30.000 persone in Scozia hanno il diabete di tipo 1 e la prevalenza è in aumento (8). Quelli con ipoglicemia ricorrente con grave IAH, spesso sperimentano fluttuazioni della glicemia e possono essere idonei al trapianto di isole (5). Le isole vengono trapiantate in numero elevato attraverso la vena porta sotto guida radiologica nel fegato con immunosoppressione senza glucocorticoidi ("protocollo di Edmonton"). Di solito sono necessari due o più trapianti per ripristinare la secrezione di insulina per consentire un adeguato controllo delle concentrazioni di glucosio e ripristinare la consapevolezza dell'ipoglicemia.

UK Islet Transplant Consortium (UKITC), Scottish National Islet Program e cambiamenti antropometrici dopo il trapianto di isole

Il nostro programma di trapianti è uno dei sette dell'UKITC; altri siti includono Newcastle, Oxford, Londra (Kings, Royal Free), Manchester e Bristol. L'obiettivo principale nel Regno Unito è ridurre la frequenza e ripristinare la consapevolezza dell'ipoglicemia. I pazienti inviati vengono valutati in modo approfondito da un team multidisciplinare pre-trapianto, al momento del trapianto e poi serialmente dopo il trapianto. Nel Regno Unito da aprile 2008 a settembre 2013 ci sono stati 96 trapianti in 76 riceventi. La sopravvivenza del trapianto è >88%, come definito da un c-peptide stimolato >100 pmol/L (90 min dopo un pasto con Fortisip), e ci sono state diminuzioni significative nella frequenza dell'ipoglicemia: pre- e post-trapianto, mediana (intervallo interquartile): 21(7-79) vs. 0(0-1) episodi di ipoglicemia all'anno con riduzioni significative di HbA1c e dose di insulina (tutti p<0,01)(9). Il peso corporeo a 1 anno nella coorte UKITC è significativamente diminuito; pre-trapianto: media (±SEM) 66,3(±1,2) vs. 62,3(±1,1) kg (p=0,001). In comune con molti programmi (10) la funzione di picco è osservata a 3 mesi dopo il primo trapianto, spesso con indipendenza dall'insulina, ma in seguito a questo può essere osservato un grado variabile di logoramento della funzione con molti pazienti che assumono insulina 1 anno dopo il loro trapianto, sebbene a un dose molto ridotta rispetto al pre-trapianto. In Scozia abbiamo eseguito 47 trapianti in 29 riceventi. I pazienti con diabete di tipo 1 e funzione renale normale sono stati valutati in precedenza (≥3<30 mesi) dopo il trapianto (n=14; 6 maschi, 8 femmine; età (range: 30-57 anni); tutti hanno innesti funzionanti. Dopo il trapianto di isole abbiamo osservato riduzioni significative del peso corporeo, pre e post-trapianto: mediana (intervallo interquartile) 70,9 (64,9-82,5) rispetto a 66,0 (59,8-79,9) kg, p=0,01; BMI: 26,2 (24,4-28,6) contro 24,5 (22,2-26,1) kg/m2, p=0,01; % di massa grassa: 30,0(21,2-35,2) contro 24,1(18,4-31,2)%, p=0,004; e circonferenza della vita: 85,5 (77-89,7) rispetto a 77,5 (73,5-88,3) cm, p=0,01. L'apporto calorico totale valutato attraverso le storie dietetiche di 7 giorni non era diverso prima o dopo il trapianto 1700 (1581-1842) vs. 1528 (1319-1708) kcal, (p=0,09), anche se la frequenza degli episodi di ipoglicemia (10(6-18) vs 1(0-3)) a settimana e l'apporto calorico per l'ipoglicemia erano ridotti. Contemporaneamente l'HbA1c è migliorata p<0,001 (11).

Coerentemente con le nostre osservazioni, sono state precedentemente riportate riduzioni significative del peso corporeo >4 kg (10, 12), della circonferenza della vita e della massa grassa corporea, quest'ultima misurata utilizzando l'impedenza bioelettrica, entro un anno dal trapianto di isole, nonostante non vi siano stati cambiamenti significativi nella apporto calorico post-trapianto (12). In quest'ultimo studio, 30 soggetti avevano completato tutte le valutazioni e 12 soggetti non erano in terapia con insulina al momento dell'ultima raccolta di dati. L'uso di insulina si è ridotto di 10 volte e il controllo glicemico è migliorato. Le analisi di regressione aggiustate per variabili confondenti tra cui la dose di insulina esogena e l'uso di agonisti del peptide-1 simile al glucagone, hanno confermato l'associazione tra perdita di peso e trapianto di isole pancreatiche. Da notare in questa coorte di pazienti trapiantati di isole, non sono state effettuate misurazioni del dispendio energetico e i pazienti, inclusi quelli con trapianti di isole in seguito a trapianto di rene, assumevano una varietà di agenti immunosoppressori che possono influenzare il bilancio energetico. Più recentemente lo stesso gruppo ha pubblicato uno studio retrospettivo sui riceventi di trapianto di isole e ha riscontrato una diminuzione del BMI nella loro coorte di 33 riceventi a 3 anni post-trapianto rispetto a prima del trapianto (13). Le abitudini dietetiche, l'apporto calorico e l'attività, entrambi valutati mediante questionari aperti, non sono stati significativamente alterati prima o dopo il trapianto.

Ipotizziamo che altri componenti del dispendio energetico siano aumentati in seguito al trapianto di isole secondarie alla diminuzione del rapporto tra le concentrazioni di insulina sistemica e portale. Le componenti del dispendio energetico che possono essere modulate in questo modo includono REE e PPT.

Il nostro studio proposto mira a valutare in modo prospettico l'assunzione di energia e le scelte alimentari utilizzando il "gold standard" dei diari alimentari pesati in serie di 7 giorni (14, 15) e valutare le molteplici componenti del dispendio energetico prima e dopo il trapianto di isole rispetto ai soggetti che iniziano la pompa per insulina terapia che hanno rapporti relativamente elevati di concentrazioni di insulina sistemica e portale insieme a soggetti di controllo con normale tolleranza al glucosio.

Mantenimento del peso corporeo e relazione con l'apporto energetico e il dispendio energetico

Il peso corporeo riflette l'equilibrio tra assunzione di cibo e dispendio energetico. Il dispendio energetico totale può essere suddiviso in tre componenti principali: REE, PPT e attività fisica. L'REE può essere definita come il dispendio energetico a riposo nello stato di digiuno misurato in un ambiente termoneutrale. La PPT o la termogenesi indotta dalla dieta è un aumento del tasso metabolico al di sopra della REE; La PPT dimostra una maggiore variabilità tra le persone rispetto alla REE (16, 17). È l'energia generata in seguito all'ingestione di cibo e ha una componente obbligatoria che riflette l'energia necessaria per digerire, assorbire, interconvertire e immagazzinare combustibili e una componente facoltativa in cui il sistema nervoso simpatico ha un ruolo importante (17). L'aumento del dispendio energetico può essere spiegato in parte dal costo dell'immagazzinamento del glucosio come glicogeno, ma spesso il costo misurato dell'immagazzinamento del glucosio è molto più alto di questo ed è questo incremento al di sopra di questa "componente obbligatoria" che viene definita "termogenesi facoltativa". (18). Questa componente facoltativa può compromettere il 50% dell'effetto termico del cibo e possono essere presenti ampie variazioni interindividuali (19, 20). Con uno stile di vita sedentario, REE costituisce dal 75 all'80%, PPT dal 10 al 15% e l'attività fisica dal 10 al 15% del dispendio energetico giornaliero totale.

Modulatori del dispendio energetico

La massa corporea magra, lo stato tiroideo e il turnover proteico di un soggetto determinano il REE (21). Noi e altri abbiamo dimostrato che la PPT è negativamente correlata alla sensibilità all'insulina in un gruppo a rischio di diabete di tipo 2 (22). La PPT può essere influenzata dal blocco beta-adrenergico e da altri farmaci (23, 24). Anche l'insulina, un noto vasodilatatore, può influenzare il dispendio energetico (25). Le isole trapiantate intraportalmente possono essere rivascolarizzate da affluenti sia della vena porta che dell'arteria epatica (26) o forse da affluenti della sola arteria epatica (27). Non è stato testato se la PPT aumenta come conseguenza del trapianto di isole secondarie all'aumento delle concentrazioni di insulina nella circolazione portale e splancnica (28). Ci sono stati molti progressi negli agenti di induzione e nella terapia immunosoppressiva utilizzati negli ultimi 10 anni con un miglioramento dei tassi di indipendenza dall'insulina (29). Il nostro centro utilizza l'anticorpo monoclonale alemtuzumab all'induzione (30) e l'immunosoppressione di mantenimento è con l'inibitore della calcineurina tacrolimus e micofenolato. I pazienti sottoposti a trapianto di fegato con tacrolimus hanno REE diminuito, suggerendo un'inibizione della respirazione mitocondriale (31) sebbene nel trapianto di fegato la denervazione epatica si verifichi con disfunzione del nervo autonomo che può anche ridurre il dispendio energetico (32, 33). È improbabile quindi che le terapie immunosoppressive aumentino il dispendio energetico sebbene possano certamente esserci effetti negativi sull'appetito e sull'apporto energetico (34).

Ossidazione epatica degli acidi grassi.

Gli acidi grassi liberi (FFA) sono ossidati all'interno dei mitocondri che sono presenti in tutto il corpo con grandi concentrazioni nel fegato, nei muscoli e nel cuore. La maggior parte delle metodologie misura i tassi di ossidazione degli acidi grassi del corpo intero e non è in grado di distinguere tra queste fonti. L'ossidazione epatica dei grassi può essere alterata dopo il trapianto di isole e può influenzare la sensibilità epatica all'insulina. Non è noto se l'ossidazione del grasso epatico sia aumentata dopo il trapianto di isole, il che potrebbe spiegare la perdita di peso.

Valutazione dell'ossidazione degli acidi grassi mitocondriali nel fegato:

La valutazione della funzione mitocondriale epatica è stata ostacolata da tecniche invasive e complesse, che in generale mancavano di specificità. Recentemente, il test del respiro utilizzando isotopi di carbonio stabili è stato proposto come metodo sicuro, non invasivo e non radioattivo per valutare la capacità ossidativa mitocondriale. Il sodio13C-ottanoato può essere impiegato come substrato utilizzato per valutare la funzione ossidativa mitocondriale epatica, in particolare la via β-ossidativa. L'ottanoato di sodio è un acido grasso a catena media, che viene metabolizzato attraverso la β-ossidazione mitocondriale, producendo acetil coenzima A (acetil Co-A). L'acetil Co-A entra nel ciclo di Krebs per subire un'ulteriore ossidazione che porta alla produzione di CO2 che può essere misurata durante il breath test (35a).

Lo scopo di questa proposta è comprendere i meccanismi della perdita di peso e della massa grassa osservati. Nessuno studio ha esaminato prospetticamente il dispendio energetico in modo così dettagliato in una coorte di pazienti pre- e post-trapianto di isole e sottoposti a terapia con microinfusore.

Piano dettagliato di indagine:

Ipotesi: il trapianto di isole è associato ad un aumento del dispendio energetico come conseguenza della riduzione del rapporto tra le concentrazioni di insulina sistemica e quella portale.

Gli obiettivi sono valutare:

1. Misure antropometriche: peso corporeo, circonferenza vita, spessore plica cutanea, composizione corporea mediante pletismografia a spostamento d'aria (Bod Pod).
2. Assunzione energetica totale, inclusa l'assunzione di energia in eccesso richiesta nel trattamento dell'ipoglicemia, utilizzando diari alimentari pesati di 7 giorni, The Fear of Hypoglycemia Survey, Gold e Clarke Score.
3. La componente di attività del dispendio energetico mediante l'accelerometria.
4. REE e PPT (utilizzando test di tolleranza al pasto) e tasso metabolico totale (TMR) utilizzando acqua doppiamente etichettata.
5. Ossidazione del grasso epatico mediante ottanoato di sodio 13C.
6. Grasso epatico, sottocutaneo addominale e grasso viscerale mediante MRS e MRI.

Nei riceventi di trapianto di isole e nei pazienti con microinfusore di insulina MRS del fegato e MRI del grasso epatico; grasso addominale sottocutaneo e viscerale; labilità glicemica; frequenza di ipoglicemia valutata utilizzando sistemi di monitoraggio continuo del glucosio (CGMS); la consapevolezza dell'ipoglicemia valutata soggettivamente con il punteggio Gold e il punteggio Clarke (35) e i test di tolleranza ai pasti misti continueranno secondo i protocolli UKITC, incluso il pre-trapianto. Nei controlli tolleranti al glucosio verranno eseguiti tutti gli studi di cui sopra tranne gli studi di imaging RM, il Fear of Hypoglycemia Survey (36), i punteggi Gold e Clarke e CGMS.

DISEGNO DELLO STUDIO Nel programma di trapianto di isole i riceventi vengono valutati prima del trapianto ea 1, 3, 6, 12 mesi dopo il trapianto e poi ogni 6 mesi. Le indagini sui soggetti trapiantati o con microinfusore si baseranno su queste tempistiche. Nello specifico, prevediamo la funzione di picco delle isole a 3 mesi.

Miriamo a reclutare 3 gruppi di partecipanti: quelli con diabete di tipo I che sono in lista d'attesa per il trapianto di isole, quelli con diabete di tipo I che sono in lista d'attesa per la terapia con microinfusore e controlli che non hanno il diabete (tolleranti al glucosio ).

Lo studio contiene 3 parti come descritto di seguito. I partecipanti dovranno completare tutte e 3 le parti in ogni momento. Le 3 parti sono completate in 5 punti temporali separati per un totale di 13 visite:

Le seguenti visite sono per i pazienti con diabete di tipo 1:

Pre-intervento e poi 1,3, 6 e 12 mesi dopo l'intervento.

• Pre-intervento ci sono 3 visite di studio in un periodo di 4 settimane
• Mese 1 dopo l'intervento ci sono 2 visite in 2 settimane
• Mesi 3 dopo l'invenzione ci sono 3 visite in un periodo di 4 settimane
• Mese 6 dopo l'intervento ci sono 2 visite in 2 settimane
• 12 mesi dopo l'intervento ci sono 3 visite in 4 settimane

I pazienti con diabete normalmente hanno 1 visita clinica di routine in ogni momento descritto come parte del loro normale follow-up post-intervento. Le altre visite saranno in eccedenza rispetto al loro consueto follow-up dopo l'intervento, a parte durante il primo mese dopo l'intervento, dove verrebbero seguite settimanalmente.

I controlli tolleranti al glucosio avranno solo una serie di esami eseguiti che comporteranno 3 visite nell'arco di 4 settimane.

Pre-intervento, 3 e 12 mesi

Parte 1:

Esami del sangue (FBC, LFTS, U&E, screening della coagulazione, profilo lipidico, funzione tiroidea, HbA1c, glucosio, livello di Tacrolimus post-trapianto) questo è di circa 18 ml (3 cucchiaini e mezzo). Questo fa parte del follow-up di routine per i pazienti sottoposti a trapianto di isole.

Antropometria: peso corporeo, vita, circonferenza del polpaccio e del braccio, spessore della piega cutanea (compresi bicipiti, tricipiti, scapole, cresta illiaca e polpaccio), composizione corporea mediante pletismografia a spostamento d'aria (BODPOD). Questi esami sono specifici dello studio e non fanno parte del follow-up di routine.

Verranno inoltre installati un dispositivo di monitoraggio continuo del glucosio (CGMS) e un accelerometro per misurare il dispendio energetico nell'arco di sette giorni. Al partecipante verrà fornito un diario alimentare e una serie di bilance per registrare l'assunzione di cibo durante questo periodo di sette giorni (comprese le calorie in eccesso richieste nel trattamento dell'ipoglicemia) a casa. CGMS è frequentemente utilizzato durante il follow-up dei pazienti con diabete. I controlli tolleranti al glucosio non avranno un CGMS adattato o completeranno i seguenti sondaggi.

Il partecipante completerà il "Sondaggio sulla paura dell'ipoglicemia". Questo è un questionario che chiede come/se modificano il loro comportamento per evitare l'ipoglicemia e con quale frequenza si preoccupano della loro ipoglicemia in diverse circostanze. Ai partecipanti verrà inoltre chiesto del loro grado di ridotta consapevolezza dell'ipoglicemia utilizzando specifici sistemi di punteggio (Gold e Clarke Score).

Ai soggetti all'interno della coorte del trapianto di isole e della coorte della terapia con pompa verrà chiesto di andare al centro di imaging di ricerca clinica e verrà eseguita la risonanza magnetica dell'addome, compreso il fegato e il grasso addominale.

Parte 2 (settimana 2):

Il partecipante sarà invitato a tornare una settimana dopo per valutare il proprio dispendio energetico a riposo (REE). Durante questa visita verrà restituita tutta l'attrezzatura della prima settimana. Il partecipante verrà pesato all'arrivo e avrà una cannula inserita in un braccio. Verranno prelevati campioni di sangue per glucosio, insulina e c-peptide (15 ml). Ai partecipanti verrà poi offerto un "pasto misto" sotto forma di "concentrato Fortisip" che ha il sapore di un frappè. Il loro dispendio energetico dopo questo pasto misto sarà misurato per due ore da un dispositivo chiamato calorimetro indiretto che è un dispositivo di ventilazione a cappa aperta che misura la quantità di ossigeno inspirata e la quantità di anidride carbonica espirata. L'energia consumata dopo un pasto è chiamata termogenesi postprandiale (PPT) e rappresenta le calorie bruciate dopo un pasto. Contemporaneamente verranno prelevati campioni di sangue ogni 30 minuti per tre ore per misurare i livelli di insulina, c-peptide e glucosio (150 ml). Questo è il test gold standard per valutare la funzione delle isole.

Verranno condotti studi "Acqua doppiamente etichettata" su una parte dei partecipanti. Al partecipante verrà data "acqua doppiamente etichettata" da bere alla sua seconda visita, verrà raccolto un campione di urina appena prima di bere l'acqua e quindi gli verrà chiesto di raccogliere ulteriori campioni di urina a casa il giorno 1, 5, 10 e 14 successivamente, l'infermiere ricercatore li chiamerà regolarmente durante questo periodo di tempo. I campioni saranno conservati nel congelatore in un sacchetto con chiusura a zip contenuto in una vasca di plastica con coperchio aderente.

Parte 3 (settimana 4):

Il partecipante sarà invitato di nuovo due settimane dopo la parte 2 per una visita specifica dello studio. I campioni di urina saranno raccolti. Verranno condotti studi mitocondriali epatici che coinvolgono il partecipante che beve una soluzione contenente sodio 13C ottanoato che è un acido grasso presente negli alimenti. Verrà quindi chiesto loro di soffiare in un sacchetto a intermittenza per un periodo di due ore (0, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 60, 90 e 120 minuti) per misurare come il loro fegato gestisce l'acido grasso e se lo "bruciano" velocemente o lentamente.

1 mese e 6 mesi dopo l'intervento

Verranno effettuati solo esami del sangue, antropometria, accelerometro, diario alimentare pesato e CGMS. I destinatari del trapianto di isole verranno sottoposti a un test clinico di tolleranza ai pasti misti per valutare la funzione delle isole. Queste visite coincideranno con le visite di routine.