Bilans energetyczny po przeszczepie wysepek (EBFIT)

Tło i uzasadnienie badania: cukrzyca typu 1, hipoglikemia, IAH i przeszczep wysp trzustkowych

Cukrzyca typu 1 jest spowodowana autoimmunologicznym zniszczeniem komórek beta w wysepkach trzustkowych. Osoby z cukrzycą typu 1 są uzależnione od codziennej wymiany insuliny, aby przeżyć i pomimo znacznych postępów w leczeniu (3), oczekiwana długość życia jest znacznie zmniejszona z powodu kryzysów metabolicznych i zwiększonego ryzyka poważnych miażdżycowych zdarzeń naczyniowych (4). Wszystkim powikłaniom przewlekłego wysokiego stężenia glukozy można zapobiegać poprzez ścisłą kontrolę glikemii (5), ale jest to równoważone przez wysokie ryzyko ciężkiej hipoglikemii prowadzącej do zmniejszonej zdolności dostrzegania początku hipoglikemii, z upośledzającym splątaniem i zapaścią bez ostrzeżenie, określane jako upośledzona świadomość hipoglikemii (AIH). IAH dotyka co roku do 25% osób z rozpoznaną cukrzycą typu 1 (10-15 milionów ludzi na całym świecie) (6, 7). Około 30 000 osób w Szkocji choruje na cukrzycę typu 1, a częstość występowania tej choroby wzrasta (8). Osoby z nawracającą hipoglikemią z ciężkim IAH często doświadczają wahań stężenia glukozy we krwi i mogą kwalifikować się do przeszczepu wysp trzustkowych (5). Wysepki przeszczepia się w dużych ilościach przez żyłę wrotną pod kontrolą radiologiczną do wątroby z immunosupresją wolną od glukokortykoidów ("protokół z Edmonton"). Zwykle konieczne są dwa lub więcej przeszczepów, aby przywrócić wydzielanie insuliny, aby umożliwić odpowiednią kontrolę stężenia glukozy i przywrócić świadomość hipoglikemii.

UK Islet Transplant Consortium (UKITC), Scottish National Islet Program i zmiany antropometryczne po transplantacji wysepek

Nasz program przeszczepów jest jednym z siedmiu w UKITC; inne strony to Newcastle, Oxford, Londyn (Kings, Royal Free), Manchester i Bristol. Głównym celem w Wielkiej Brytanii jest zmniejszenie częstości i przywrócenie świadomości hipoglikemii. Skierowani pacjenci są dogłębnie oceniani przez multidyscyplinarny zespół przed przeszczepem, w czasie przeszczepu, a następnie seryjnie po przeszczepie. W Wielkiej Brytanii od kwietnia 2008 do września 2013 wykonano 96 przeszczepów u 76 biorców. Przeżywalność przeszczepu wynosi > 88%, jak określono na podstawie stymulowanego peptydu c > 100 pmol/l (90 min po posiłku Fortisip), i odnotowano znaczne zmniejszenie częstości hipoglikemii: przed i po przeszczepie, mediana (przedział międzykwartylowy): 21(7-79) vs. 0(0-1) epizodów hipoglikemii rocznie z istotną redukcją HbA1c i dawki insuliny (wszystkie p<0,01)(9). Masa ciała po 1 roku w kohorcie UKITC jest znacznie zmniejszona; przed przeszczepem: średnia (±SEM) 66,3(±1,2) vs. 62,3(±1,1) kg (p=0,001). Podobnie jak w przypadku wielu programów (10), szczyt funkcji obserwuje się po 3 miesiącach od pierwszego przeszczepu, często przy braku insuliny, ale u wielu pacjentów przyjmujących insulinę po roku od przeszczepu można zaobserwować zmienny stopień osłabienia funkcji, chociaż znacznie zmniejszona dawka w porównaniu z dawką przed przeszczepem. W Szkocji wykonaliśmy 47 przeszczepów u 29 biorców. Pacjenci z cukrzycą typu 1 i prawidłową czynnością nerek byli oceniani wcześniej (≥3<30 miesięcy) po przeszczepie (n=14; 6 mężczyzn, 8 kobiet; wiek (przedział: 30-57 lat); wszyscy mają funkcjonujące przeszczepy. Po przeszczepie wysepek zaobserwowaliśmy znaczące zmniejszenie masy ciała przed i po przeszczepie: mediana (przedział międzykwartylowy) 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; % masy tłuszczowej: 30,0(21,2-35,2) vs. 24,1(18,4-31,2)%, p=0,004; i obwód talii: 85,5 (77-89,7) vs. 77,5(73,5-88,3)cm, p=0,01. Całkowite spożycie kalorii oceniane na podstawie 7-dniowej historii diety nie różniło się przed i po przeszczepie 1700(1581-1842) vs. 1528(1319-1708) kcal, (p=0,09), chociaż częstość epizodów hipoglikemii (10(6-18) w porównaniu z 1(0-3)) tygodniowo oraz ilość przyjmowanych kalorii w przypadku hipoglikemii były zmniejszone. Jednocześnie HbA1c uległo poprawie p<0,001 (11).

Zgodnie z naszymi obserwacjami, wcześniej zgłaszano znaczące zmniejszenie masy ciała > 4 kg (10, 12), obwodu talii i masy tkanki tłuszczowej, mierzonej za pomocą impedancji bioelektrycznej, w ciągu roku od przeszczepu wysepek, pomimo braku istotnych zmian w spożycie kalorii po przeszczepie (12). W tym ostatnim badaniu 30 osób przeszło wszystkie oceny, a 12 osób nie przyjmowało insuliny w czasie ostatniego zbierania danych. Zużycie insuliny zmniejszyło się 10-krotnie i poprawiła się kontrola glikemii. Analizy regresji dostosowujące się do zmiennych zakłócających, w tym egzogennej dawki insuliny i stosowania agonisty glukagonopodobnego peptydu-1, potwierdziły związek utraty wagi z przeszczepem wysp trzustkowych. Warto zauważyć, że w tej kohorcie biorców przeszczepów wysp trzustkowych nie wykonano żadnych pomiarów wydatku energetycznego, a pacjenci, w tym pacjenci z przeszczepami wysp trzustkowych po przeszczepie nerki, otrzymywali różne środki immunosupresyjne, które mogą wpływać na równowagę energetyczną. Niedawno ta sama grupa opublikowała retrospektywne badanie biorców przeszczepów wysp trzustkowych i stwierdziła spadek BMI w kohorcie 33 biorców 3 lata po przeszczepie w porównaniu z przed przeszczepem (13). Nawyki dietetyczne oraz spożycie kalorii i aktywność, oceniane za pomocą otwartych kwestionariuszy, nie uległy istotnej zmianie przed i po przeszczepie.

Stawiamy hipotezę, że inne składniki wydatku energetycznego są zwiększone po przeszczepie wysp trzustkowych wtórnie do zmniejszonego stosunku stężeń insuliny ogólnoustrojowej do wrotnej. Składowe wydatku energetycznego, które mogą być modulowane w ten sposób, obejmują REE i PPT.

Nasze proponowane badanie ma na celu prospektywną ocenę spożycia energii i wyborów żywieniowych przy użyciu „złotego standardu” seryjnych 7-dniowych ważonych dzienniczków żywieniowych (14, 15) oraz ocenę wielu składników wydatku energetycznego przed i po przeszczepieniu wysepek w porównaniu z osobami rozpoczynającymi stosowanie pompy insulinowej terapii, u których występuje stosunkowo wysoki stosunek ogólnoustrojowych stężeń insuliny do wrotnych, wraz z osobami kontrolnymi z prawidłową tolerancją glukozy.

Utrzymanie masy ciała i związek z poborem energii i wydatkami energetycznymi

Masa ciała odzwierciedla równowagę między spożyciem pokarmu a wydatkami energetycznymi. Całkowity wydatek energetyczny można podzielić na trzy główne składowe: REE, PPT i aktywność fizyczną. REE można zdefiniować jako wydatek energetyczny spoczynku na czczo mierzony w środowisku termoneutralnym. PPT lub termogeneza indukowana dietą to wzrost tempa metabolizmu powyżej REE; PPT wykazuje większą zmienność między ludźmi niż REE (16, 17). Jest to energia wytwarzana po spożyciu pokarmu i ma obowiązkowy składnik odzwierciedlający energię potrzebną do trawienia, wchłaniania, wzajemnego przekształcania i magazynowania paliw oraz składnik fakultatywny, w którym główną rolę odgrywa współczulny układ nerwowy (17). Przyrost wydatku energetycznego można częściowo wytłumaczyć kosztem magazynowania glukozy w postaci glikogenu, ale często zmierzony koszt magazynowania glukozy jest znacznie wyższy i to właśnie ten przyrost ponad ten „obowiązkowy składnik” jest określany jako „fakultatywna termogeneza” (18). Ten fakultatywny składnik może zagrozić 50% efektu termicznego pożywienia i mogą występować duże różnice międzyosobnicze (19, 20). Przy siedzącym trybie życia REE stanowi od 75 do 80%, PPT od 10 do 15%, a aktywność fizyczna od 10 do 15% całkowitego dziennego wydatku energetycznego.

Modulatory wydatku energetycznego

Beztłuszczowa masa ciała, status tarczycy i obrót białka osobnika określają REE (21). My i inni wykazaliśmy, że PPT jest ujemnie skorelowany z wrażliwością na insulinę w grupie ryzyka cukrzycy typu 2 (22). Na PPT może wpływać blokada beta-adrenergiczna i inne leki (23, 24). Insulina, znany środek rozszerzający naczynia krwionośne, może również wpływać na wydatek energetyczny (25). Wysepki przeszczepione wewnątrzwrotnie mogą zostać ponownie unaczynione przez dopływy zarówno z żyły wrotnej, jak i tętnicy wątrobowej (26) lub być może przez dopływy tylko z tętnicy wątrobowej (27). Nie zbadano, czy PPT wzrasta w wyniku przeszczepu wysp trzustkowych wtórnie do zwiększonego stężenia insuliny w krążeniu wrotnym i trzewnym (28). W ciągu ostatnich 10 lat poczyniono znaczne postępy w zakresie środków indukujących i terapii immunosupresyjnych, poprawiając wskaźniki niezależności od insuliny (29). W naszym ośrodku stosuje się przeciwciało monoklonalne alemtuzumab przy indukcji (30), a podtrzymującą immunosupresję za pomocą inhibitora kalcyneuryny, takrolimusu i mykofenolanu. Pacjenci po przeszczepieniu wątroby otrzymujący takrolimus zmniejszyli REE, co sugeruje hamowanie oddychania mitochondrialnego (31), chociaż po przeszczepieniu wątroby występuje odnerwienie wątroby z dysfunkcją nerwów autonomicznych, co może również zmniejszać wydatek energetyczny (32, 33). Dlatego jest mało prawdopodobne, aby terapie immunosupresyjne zwiększały wydatek energetyczny, chociaż z pewnością mogą mieć negatywny wpływ na apetyt i pobór energii (34).

Utlenianie kwasów tłuszczowych w wątrobie.

Wolne kwasy tłuszczowe (FFA) są utleniane w mitochondriach, które są obecne w całym organizmie w dużych stężeniach w wątrobie, mięśniach i sercu. Większość metodologii mierzy tempo utleniania kwasów tłuszczowych w całym organizmie i nie można rozróżnić tych źródeł. Utlenianie tłuszczu w wątrobie może ulec zmianie po przeszczepieniu wysp trzustkowych i może wpływać na wrażliwość wątroby na insulinę. Nie wiadomo, czy utlenianie tłuszczu w wątrobie jest zwiększone po przeszczepieniu wysp trzustkowych, co może wyjaśniać utratę masy ciała.

Ocena utleniania mitochondrialnych kwasów tłuszczowych w wątrobie:

Ocena funkcji mitochondriów wątroby była utrudniona przez inwazyjne i złożone techniki, które na ogół nie były specyficzne. Niedawno zaproponowano badanie oddechu przy użyciu stabilnych izotopów węgla jako bezpieczną, nieinwazyjną i nieradioaktywną metodę oceny zdolności oksydacyjnej mitochondriów. 13C-oktanian sodu może być wykorzystany jako substrat do oceny funkcji oksydacyjnej mitochondriów wątroby, w szczególności szlaku β-oksydacyjnego. Oktanian sodu jest średniołańcuchowym kwasem tłuszczowym, który jest metabolizowany poprzez mitochondrialne β-oksydację, w wyniku czego powstaje acetylo-koenzym A (acetylo-Co-A). Acetylo-Co-A wchodzi w cykl Krebsa, gdzie ulega dalszemu utlenianiu, co prowadzi do wytworzenia CO2, które można zmierzyć podczas testu oddechowego (35a).

Celem tej propozycji jest poznanie mechanizmów obserwowanej utraty masy ciała i masy tłuszczowej. W żadnym badaniu nie zbadano prospektywnie wydatku energetycznego w tak szczegółowy sposób w kohorcie pacjentów przed i po przeszczepieniu wysp trzustkowych i biorców terapii za pomocą pompy insulinowej.

Szczegółowy plan śledztwa:

Hipoteza: Przeszczep wysp trzustkowych wiąże się ze zwiększonym wydatkiem energetycznym w wyniku zmniejszenia stosunku stężenia insuliny ogólnoustrojowej do wrotnej.

Celem jest ocena:

1. Pomiary antropometryczne: masa ciała, obwód talii, grubość fałdu skórnego, skład ciała za pomocą pletyzmografii wypierania powietrza (Bod Pod).
2. Całkowite spożycie energii, w tym nadwyżki energii wymagane w leczeniu hipoglikemii, przy użyciu 7-dniowych dzienników ważenia żywności, ankiety The Fear of Hypoglycemia Survey, Gold i Clarke Score.
3. Składnik czynnościowy wydatku energetycznego za pomocą akcelerometrii.
4. REE i PPT (za pomocą testów tolerancji posiłków) oraz całkowitą przemianę materii (TMR) przy użyciu podwójnie oznakowanej wody.
5. Utlenianie tłuszczu wątrobowego przy użyciu oktanianu sodu 13C.
6. Tłuszcz wątrobowy, podskórny i trzewny tłuszcz brzuszny za pomocą MRS i MRI.

U biorców przeszczepów wysp trzustkowych i pacjentów z pompą insulinową MRS wątroby i MRI tłuszczu wątrobowego; podskórny i trzewny tłuszcz brzuszny; labilność glikemiczna; częstość występowania hipoglikemii oceniana za pomocą systemów ciągłego monitorowania glikemii (CGMS); świadomość hipoglikemii oceniana subiektywnie za pomocą Gold Score i Clarke Score (35), a testy tolerancji posiłków mieszanych będą kontynuowane zgodnie z protokołami UKITC, w tym przed przeszczepem. W grupie kontrolnej z tolerancją glukozy zostaną wykonane wszystkie powyższe czynności z wyjątkiem badań obrazowych MR, ankiety dotyczącej strachu przed hipoglikemią (36), skali Golda i Clarke'a oraz CGMS.

PROJEKT BADANIA W programie przeszczepu wysp trzustkowych biorcy są oceniani przed przeszczepem oraz 1, 3, 6, 12 miesięcy po przeszczepie, a następnie 6 miesięcy. Badania na pacjentach po przeszczepach lub pompach insulinowych będą oparte na tych ramach czasowych. W szczególności przewidujemy szczytową funkcję wysepek po 3 miesiącach.

Naszym celem jest rekrutacja 3 grup uczestników: osób z cukrzycą typu I, które znajdują się na liście oczekujących na przeszczep wysp trzustkowych, osób z cukrzycą typu I, które są na liście oczekujących na terapię za pomocą pompy insulinowej oraz grupy kontrolne, które nie mają cukrzycy (tolerancja glukozy ).

Badanie składa się z 3 części opisanych poniżej. Oczekuje się, że uczestnicy ukończą wszystkie 3 części w każdym punkcie czasowym. Te 3 części są ukończone w 5 oddzielnych punktach czasowych, łącznie 13 wizyt:

Następujące wizyty są przeznaczone dla pacjentów z cukrzycą typu 1:

Przed interwencją, a następnie 1,3, 6 i 12 miesięcy po interwencji.

• Przed interwencją są 3 wizyty studyjne w okresie 4 tygodni
• Miesiąc 1 po interwencji są 2 wizyty w ciągu 2 tygodni
• Miesiące 3 po wynalezieniu są 3 wizyty w okresie 4 tygodni
• Miesiąc 6 po interwencji są 2 wizyty w ciągu 2 tygodni
• 12 miesięcy po interwencji są 3 wizyty w ciągu 4 tygodni

Pacjenci z cukrzycą zwykle mają 1 rutynową wizytę w klinice w każdym punkcie czasowym opisanym jako część normalnej obserwacji po interwencji. Inne wizyty będą dodatkowe w stosunku do ich zwykłej obserwacji po interwencji, z wyjątkiem pierwszego miesiąca po interwencji, gdzie będą cotygodniowe.

W grupie kontrolnej z tolerancją glukozy zostanie przeprowadzony tylko jeden zestaw badań obejmujący 3 wizyty w ciągu 4 tygodni.

Przedinterwencja, 3 i 12 miesięcy

Część 1:

Badania krwi (FBC, LFTS, U&Es, badanie krzepnięcia, profil lipidowy, czynność tarczycy, HbA1c, glukoza, poziom takrolimusu po przeszczepie) to około 18 ml (3 ½ łyżeczki). Jest to część rutynowej obserwacji pacjentów po przeszczepie wysp trzustkowych.

Antropometria - masa ciała, obwód talii, łydek i ramion, grubość fałdu skórnego (w tym bicepsa, tricepsa, łopatki, grzebienia biodrowego i łydki), skład ciała metodą pletyzmografii wypierania powietrza (BODPOD). Badania te są specyficzne dla badania i nie stanowią części rutynowej obserwacji.

Urządzenie do ciągłego monitorowania glikemii (CGMS) i akcelerometr zostaną również zamontowane, aby mierzyć wydatek energetyczny przez siedem dni. Uczestnik otrzyma dzienniczek żywieniowy i zestaw wag do odnotowywania w domu spożycia pokarmu w ciągu tych siedmiu dni (w tym nadwyżki kalorii wymaganej w leczeniu hipoglikemii). CGMS jest często stosowany podczas obserwacji pacjentów z cukrzycą. Kontrole tolerujące glukozę nie będą miały zamontowanego CGMS ani nie wypełnią następujących ankiet.

Uczestnik wypełni „Badanie strachu przed hipoglikemią”. Jest to kwestionariusz pytający, w jaki sposób/czy modyfikują swoje zachowanie, aby uniknąć hipoglikemii i jak często martwią się hipoglikemią w różnych okolicznościach. Uczestnicy zostaną również zapytani o stopień upośledzenia świadomości hipoglikemii za pomocą specjalnych systemów punktacji (Gold i Clarke Score).

Pacjenci z kohorty przeszczepu wysp trzustkowych i kohorty otrzymującej pompę zostaną poproszeni o udanie się do centrum obrazowania badań klinicznych, gdzie zostanie wykonany rezonans magnetyczny ich jamy brzusznej, w tym wątroby i tkanki tłuszczowej w jamie brzusznej.

Część 2 (tydzień 2):

Uczestnik zostanie zaproszony ponownie tydzień później, aby ocenić swój spoczynkowy wydatek energetyczny (REE). Podczas tej wizyty cały sprzęt z tygodnia 1 zostanie zwrócony. Po przybyciu uczestnik zostanie zważony i zostanie wprowadzona kaniula do ramienia. Zostaną pobrane próbki krwi na obecność glukozy, insuliny i c-peptydu (15 ml). Następnie uczestnicy otrzymają „posiłek mieszany” w postaci „koncentratu Fortisip”, który smakuje jak koktajl mleczny. Ich wydatek energetyczny po tym mieszanym posiłku będzie mierzony przez dwie godziny przez urządzenie zwane kalorymetrem pośrednim, które jest urządzeniem wentylacyjnym z otwartą maską, które mierzy ilość wdychanego tlenu i ilość wydychanego dwutlenku węgla. Energia wydatkowana po posiłku nazywana jest termogenezą poposiłkową (PPT) i reprezentuje kalorie spalone po posiłku. Równocześnie co 30 minut przez trzy godziny będą pobierane próbki krwi w celu pomiaru poziomu insuliny, c-peptydu i glukozy (150 ml). Jest to złoty standard testu do oceny funkcji wysp trzustkowych.

Badania „wody podwójnie oznakowanej” zostaną przeprowadzone na części uczestników. Uczestnik otrzyma „podwójnie oznakowaną wodę” do picia podczas drugiej wizyty, próbka moczu zostanie pobrana tuż przed wypiciem wody, a następnie zostanie poinstruowana, aby pobrać kolejne próbki moczu w domu w dniu 1, 5, 10 i 14 po tym, pielęgniarka prowadząca badania będzie dzwonić do nich regularnie w tym okresie. Próbki będą przechowywane w zamrażarce w zamykanej na suwak torbie umieszczonej w plastikowej tubie z ciasno przylegającą pokrywką.

Część 3 (tydzień 4):

Uczestnik zostanie zaproszony z powrotem dwa tygodnie po części 2 na wizytę związaną z badaniem. Próbki moczu zostaną pobrane. Przeprowadzone zostaną badania wątrobowe mitochondrialne, polegające na wypiciu przez uczestnika roztworu zawierającego oktanian sodu 13C, który jest kwasem tłuszczowym znajdującym się w żywności. Następnie zostaną poproszeni o dmuchanie w worek z przerwami przez okres dwóch godzin (0, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 60, 90 i 120 minut), aby zmierzyć, jak ich wątroba radzi sobie z kwasem tłuszczowym i czy „spalają” ją szybko, czy wolno.

1 miesiąc i 6 miesięcy po interwencji

Przeprowadzone zostaną jedynie badania krwi, antropometria, akcelerometr, dzienniczek ważenia pokarmu oraz CGMS. U biorców przeszczepu wysepek zostanie przeprowadzony kliniczny test tolerancji posiłku mieszanego w celu oceny funkcji wysepek. Wizyty te będą się pokrywać z wizytami rutynowymi.