Энергетический баланс после трансплантации островковых клеток (EBFIT)

Предыстория и обоснование исследования: диабет 1 типа, гипогликемия, ВБГ и трансплантация островковых клеток.

Диабет 1 типа вызывается аутоиммунным разрушением бета-клеток в островках поджелудочной железы. Выживание пациентов с диабетом 1 типа зависит от ежедневной замены инсулина, и, несмотря на значительные успехи в лечении (3), продолжительность жизни значительно снижается из-за метаболических кризисов и повышенного риска крупных атеросклеротических сосудистых событий (4). Все осложнения хронического высокого уровня глюкозы можно предотвратить путем жесткого контроля гликемии (5), но это, однако, уравновешивается высоким риском тяжелой гипогликемии, приводящей к снижению способности воспринимать начало гипогликемии, с инвалидизирующей спутанностью сознания и коллапсом без предупреждение, называемое «Нарушенная осведомленность о гипогликемии» (AIH). Ежегодно от ВАГ страдают до 25% людей с установленным диабетом 1 типа (10–15 миллионов человек во всем мире) (6, 7). Приблизительно 30 000 человек в Шотландии страдают диабетом 1 типа, и распространенность этого заболевания растет (8). Пациенты с рецидивирующей гипогликемией с тяжелой ВБГ часто испытывают колебания уровня глюкозы в крови и могут нуждаться в трансплантации островковых клеток (5). Островки трансплантируют в больших количествах через воротную вену под рентгенологическим контролем в печень с иммуносупрессией без глюкокортикоидов («Эдмонтонский протокол»). Две или более трансплантаций обычно необходимы для восстановления секреции инсулина, чтобы обеспечить адекватный контроль концентрации глюкозы и восстановление осознания гипогликемии.

Британский консорциум по пересадке островков (UKITC), Шотландская национальная программа по островкам и антропометрические изменения после трансплантации островков

Наша программа трансплантации — одна из семи в UKITC; другие сайты включают Ньюкасл, Оксфорд, Лондон (Kings, Royal Free), Манчестер и Бристоль. Основной целью в Великобритании является снижение частоты и восстановление осознания гипогликемии. Направленные пациенты тщательно оцениваются многопрофильной командой до трансплантации, во время трансплантации и затем последовательно после трансплантации. В Великобритании с апреля 2008 г. по сентябрь 2013 г. было проведено 96 трансплантаций 76 реципиентам. Выживаемость трансплантата составляет > 88 %, что определяется уровнем стимулированного c-пептида > 100 пмоль/л (через 90 мин после приема Фортисипа), и было отмечено значительное снижение частоты гипогликемии: до и после трансплантации, медиана (межквартильный диапазон): 21 (7–79) против 0 (0–1) эпизодов гипогликемии в год со значительным снижением уровня HbA1c и дозы инсулина (все p<0,01) (9). Масса тела в возрасте 1 года в когорте UKITC значительно уменьшилась; до трансплантации: среднее (±SEM) 66,3(±1,2) против 62,3(±1,1) кг (р=0,001). Как и во многих программах (10), пик функции наблюдается через 3 месяца после первой трансплантации, часто с независимостью от инсулина, но после этого может наблюдаться различная степень ослабления функции у многих пациентов, получающих инсулин через 1 год после трансплантации, хотя и через 1 год после трансплантации. значительно сниженная доза по сравнению с дотрансплантацией. В Шотландии мы провели 47 трансплантаций 29 реципиентам. Те пациенты с диабетом 1 типа и нормальной функцией почек были обследованы ранее (≥3<30 месяцев) после трансплантации (n = 14; 6 мужчин, 8 женщин; возраст (диапазон: 30-57 лет); у всех есть функционирующие трансплантаты. После трансплантации островков мы наблюдали значительное снижение массы тела до и после трансплантации: медиана (межквартильный диапазон) 70,9 (64,9-82,5) против 66,0 (59,8-79,9) кг, р=0,01; ИМТ: 26,2 (24,4–28,6) против 24,5 (22,2–26,1) кг/м2, р=0,01; %жировой массы: 30,0(21,2-35,2) против 24,1(18,4-31,2)%, р=0,004; и окружность талии: 85,5 (77-89,7) против 77,5(73,5-88,3)см, р=0,01. Общее потребление калорий, оцененное с помощью 7-дневного диетического анамнеза, не различалось до и после трансплантации: 1700 (1581-1842) и 1528 (1319-1708) ккал (p = 0,09), хотя частота эпизодов гипогликемии (10 (6-18) против 1 (0-3)) эпизодов в неделю и потребление калорий для гипогликемии были снижены. Одновременно HbA1c улучшился p<0,001 (11).

В соответствии с нашими наблюдениями ранее сообщалось о значительном снижении массы тела более чем на 4 кг (10, 12), окружности талии и массы жировых отложений (последняя измерялась с помощью биоэлектрического импеданса) в течение года после трансплантации островковых клеток, несмотря на отсутствие существенных изменений в потребление калорий после трансплантации (12). В последнем исследовании 30 субъектов прошли все оценки, а 12 субъектов не находились на инсулине во время их последнего сбора данных. Использование инсулина сократилось в 10 раз, а гликемический контроль улучшился. Регрессионный анализ с поправкой на смешанные переменные, включая экзогенную дозу инсулина и использование агониста глюкагоноподобного пептида-1, подтвердил связь потери веса с трансплантацией островковых клеток. Следует отметить, что в этой когорте реципиентов островковых трансплантатов не проводились измерения расхода энергии, а пациенты, включая пациентов с трансплантацией островковых клеток после трансплантации почки, принимали различные иммунодепрессанты, которые могут влиять на энергетический баланс. Совсем недавно та же группа опубликовала ретроспективное исследование у реципиентов трансплантированных островков и обнаружила снижение ИМТ в своей когорте из 33 реципиентов через 3 года после трансплантации по сравнению с до трансплантации (13). Пищевые привычки, потребление калорий и активность, оцениваемые с помощью открытых опросников, не претерпели значительных изменений до и после трансплантации.

Мы предполагаем, что другие компоненты расхода энергии увеличиваются после трансплантации островков вследствие снижения соотношения системной и портальной концентраций инсулина. Компоненты расхода энергии, которые можно модулировать таким образом, включают REE и PPT.

Предлагаемое нами исследование направлено на проспективную оценку потребления энергии и выбора продуктов питания с использованием «золотого стандарта» серийных 7-дневных дневников питания с взвешиванием (14, 15) и оценку многочисленных компонентов расхода энергии до и после трансплантации островков по сравнению с субъектами, начинающими инсулиновую помпу. терапии, которые имеют относительно высокие отношения концентрации системного инсулина к концентрации портального наряду с контрольными субъектами с нормальной толерантностью к глюкозе.

Поддержание массы тела и взаимосвязь с потреблением и расходом энергии

Вес тела отражает баланс между потреблением пищи и расходом энергии. Общий расход энергии можно разделить на три основных компонента: РЗЭ, ПРТ и физическая активность. РЗЭ можно определить как расход энергии в состоянии покоя натощак, измеренный в термонейтральной среде. PPT или термогенез, вызванный диетой, представляет собой увеличение скорости метаболизма выше REE; PPT демонстрирует большую изменчивость между людьми, чем REE (16, 17). Это энергия, вырабатываемая после приема пищи, и имеет обязательный компонент, отражающий энергию, необходимую для переваривания, всасывания, взаимопревращения и хранения топлива, и факультативный компонент, в котором главную роль играет симпатическая нервная система (17). Увеличение расхода энергии может быть частично объяснено стоимостью хранения глюкозы в виде гликогена, но часто измеренная стоимость хранения глюкозы намного выше, и именно это увеличение сверх этого «обязательного компонента» называется «факультативным термогенезом». (18). Этот факультативный компонент может поставить под угрозу 50% термического эффекта пищи, и могут присутствовать большие межиндивидуальные вариации (19, 20). При малоподвижном образе жизни РЗЭ составляет от 75 до 80 %, ППТ — от 10 до 15 %, а физическая активность — от 10 до 15 % от общих суточных энергозатрат.

Модуляторы расхода энергии

Безжировая масса тела, статус щитовидной железы и белковый обмен субъекта определяют РЗЭ (21). Мы и другие показали, что ПРТ отрицательно влияет на чувствительность к инсулину в группе риска развития диабета 2 типа (22). На ПРТ могут влиять бета-адреноблокаторы и другие препараты (23, 24). Инсулин, известный вазодилататор, также может влиять на расход энергии (25). Интрапортально трансплантированные островки могут реваскуляризироваться притоками как воротной вены, так и печеночной артерии (26) или, возможно, притоками только печеночной артерии (27). Неизвестно, увеличивается ли ПРТ вследствие трансплантации островков вследствие повышения концентрации инсулина в портальной и чревной циркуляции (28). За последние 10 лет был достигнут значительный прогресс в применении препаратов для индукции и иммуносупрессивной терапии с улучшением показателей независимости от инсулина (29). Наш центр использует моноклональное антитело алемтузумаб при индукции (30), а поддерживающая иммуносупрессия осуществляется с помощью ингибитора кальциневрина такролимуса и микофенолата. У пациентов с трансплантацией печени, получающих такролимус, снижено РЗЭ, что свидетельствует об ингибировании митохондриального дыхания (31), хотя при трансплантации печени происходит денервация печени с дисфункцией вегетативных нервов, что также может снижать расход энергии (32, 33). Поэтому маловероятно, что иммуносупрессивная терапия увеличивает расход энергии, хотя, безусловно, может оказывать негативное влияние на аппетит и потребление энергии (34).

Окисление жирных кислот в печени.

Свободные жирные кислоты (СЖК) окисляются в митохондриях, которые присутствуют во всем организме с большими концентрациями в печени, мышцах и сердце. Большинство методологий измеряют скорость окисления жирных кислот в организме и не могут различать эти источники. Окисление жира в печени может быть изменено после трансплантации островковых клеток и может влиять на чувствительность печени к инсулину. Неизвестно, увеличивается ли окисление жира в печени после трансплантации островков, что может объяснить потерю веса.

Оценка митохондриального окисления жирных кислот в печени:

Оценке функции митохондрий печени препятствуют инвазивные и сложные методы, которым в целом не хватало специфичности. Недавно в качестве безопасного, неинвазивного и нерадиоактивного метода оценки окислительной способности митохондрий был предложен дыхательный тест с использованием стабильных изотопов углерода. 13C-октаноат натрия можно использовать в качестве субстрата для оценки окислительной функции митохондрий печени, в частности, β-окислительного пути. Октаноат натрия представляет собой жирную кислоту со средней длиной цепи, которая метаболизируется посредством митохондриального β-окисления с образованием ацетил-кофермента А (ацетил-Ко-А). Ацетил-Ко-А вступает в цикл Кребса, подвергаясь дальнейшему окислению, что приводит к образованию СО2, которое можно измерить во время дыхательного теста (35а).

Цель этого предложения состоит в том, чтобы понять механизмы наблюдаемой потери веса и жировой массы. Ни в одном исследовании не изучались столь подробные проспективные затраты энергии в когорте реципиентов до и после трансплантации островков и реципиентов инсулиновой помпы.

Подробный план расследования:

Гипотеза: трансплантация островковых клеток связана с повышенным расходом энергии вследствие снижения соотношения системной и портальной концентраций инсулина.

Цели состоят в том, чтобы оценить:

1. Антропометрические измерения: масса тела, окружность талии, толщина кожной складки, состав тела с помощью плетизмографии с вытеснением воздуха (Bod Pod).
2. Общее потребление энергии, включая избыточное потребление энергии, необходимое для лечения гипогликемии, с использованием 7-дневных дневников взвешивания пищи, исследования страха перед гипогликемией, шкалы Голда и Кларка.
3. Активностный компонент расхода энергии с использованием акселерометрии.
4. REE и PPT (с использованием тестов на толерантность к еде) и общий уровень метаболизма (TMR) с использованием воды с двойной меткой.
5. Окисление печеночного жира с использованием октаноата натрия 13С.
6. Печеночный жир, абдоминальный подкожный и висцеральный жир с помощью МРС и МРТ.

У реципиентов островковых трансплантатов и у пациентов с инсулиновой помпой МРС печени и МРТ жировой ткани печени; абдоминальный подкожный и висцеральный жир; гликемическая лабильность; частота гипогликемии, оцениваемая с помощью систем непрерывного мониторинга уровня глюкозы (CGMS); осведомленность о гипогликемии, оцениваемая субъективно с помощью шкал Gold Score и Clarke Score (35), и тесты на толерантность к смешанной пище будут продолжаться в соответствии с протоколами UKITC, в том числе перед трансплантацией. В контрольной группе с толерантностью к глюкозе будет выполнено все вышеперечисленное, за исключением МР-томографических исследований, исследования страха перед гипогликемией (36), шкалы Голда и Кларка и CGMS.

ДИЗАЙН ИССЛЕДОВАНИЯ В программе трансплантации островковых клеток реципиенты оцениваются до трансплантации и через 1, 3, 6, 12 месяцев после трансплантации, а затем через 6 месяцев. Исследования на субъектах с трансплантатами или инсулиновыми помпами будут основываться на этих временных рамках. В частности, мы ожидаем пик функции островков через 3 месяца.

Мы стремимся набрать 3 группы участников: пациенты с диабетом I типа, которые находятся в листе ожидания на трансплантацию островков, пациенты с диабетом I типа, которые находятся в листе ожидания на терапию инсулиновой помпой, и контрольная группа, у которой нет диабета (толерантные к глюкозе). ).

Исследование состоит из 3 частей, как описано ниже. Ожидается, что участники завершат все 3 части в каждый момент времени. 3 части завершаются в течение 5 отдельных моментов времени, всего 13 посещений:

Следующие визиты предназначены для пациентов с диабетом 1 типа:

До вмешательства, а затем через 1, 3, 6 и 12 месяцев после вмешательства.

• До вмешательства: 3 ознакомительных визита в течение 4-недельного периода
• Через 1 месяц после вмешательства 2 визита в течение 2 недель
• Через 3 месяца после изобретения произошло 3 посещения в течение 4 недель.
• Через 6 месяцев после вмешательства 2 визита в течение 2 недель
• Через 12 месяцев после вмешательства 3 визита в течение 4 недель

Пациенты с диабетом обычно посещают клинику 1 раз в каждый момент времени, описанный как часть их обычного последующего наблюдения после вмешательства. Другие визиты будут избыточными по сравнению с их обычным последующим наблюдением после вмешательства, за исключением первого месяца после вмешательства, когда они будут наблюдаться еженедельно.

В контрольной группе с толерантностью к глюкозе будет проведен только один набор обследований, который будет включать 3 визита в течение 4 недель.

До вмешательства, 3 и 12 месяцев

Часть 1:

Анализы крови (FBC, LFTS, U&Es, скрининг коагуляции, профиль липидов, функция щитовидной железы, HbA1c, глюкоза, уровень такролимуса после трансплантации) это примерно 18 мл (3 ½ чайных ложки). Это часть рутинного наблюдения за пациентами, перенесшими трансплантацию островков.

Антропометрия - масса тела, окружность талии, голени и руки, толщина кожной складки (включая бицепс, трицепс, лопатку, подвздошный гребень и икру), состав тела с помощью плетизмографии с вытеснением воздухом (BODPOD). Эти обследования являются специфическими для исследования и не являются частью рутинного наблюдения.

Устройство непрерывного мониторинга уровня глюкозы (CGMS) и акселерометр также будут установлены для измерения расхода энергии в течение семи дней. Участнику будет выдан пищевой дневник и набор весов для записи потребления пищи в течение этого семидневного периода (включая избыточные калории, необходимые для лечения гипогликемии) дома. CGMS часто используется во время наблюдения за пациентами с диабетом. В контрольной группе с толерантностью к глюкозе не будет установлен CGMS, и они не будут проходить следующие обследования.

Участник заполнит «Исследование страха перед гипогликемией». Это вопросник, в котором спрашивают, как/изменяют ли они свое поведение, чтобы избежать гипогликемии, и как часто они беспокоятся о своей гипогликемии в различных обстоятельствах. Участников также спросят о степени их нарушенной осведомленности о гипогликемии с использованием специальных систем оценки (шкала Голда и Кларка).

Субъектов из когорты трансплантатов островков и когорты помповой терапии попросят отправиться в центр клинической исследовательской визуализации, где им сделают магнитно-резонансное сканирование брюшной полости, включая печень и абдоминальный жир.

Часть 2 (2 неделя):

Через неделю участника снова пригласят для оценки расхода энергии в состоянии покоя (REE). При этом посещении будет возвращено все оборудование первой недели. По прибытии участника взвешивают и в руку вставляют канюлю. Будут взяты образцы крови на глюкозу, инсулин и с-пептид (15 мл). Затем участникам дадут «смешанную еду» в виде «концентрата Fortisip», который по вкусу напоминает молочный коктейль. Их расход энергии после этой смешанной еды будет измеряться в течение двух часов устройством, называемым непрямым калориметром, который представляет собой вентиляционное устройство с открытым колпаком, которое измеряет количество вдыхаемого кислорода и количество выдыхаемого углекислого газа. Энергия, расходуемая после еды, называется постпрандиальным термогенезом (ППТ) и представляет собой количество калорий, сожженных после еды. Одновременно каждые 30 минут в течение трех часов будут брать образцы крови для измерения уровня инсулина, с-пептида и глюкозы (150 мл). Это золотой стандарт теста для оценки функции островков.

Исследования «воды с двойной маркировкой» будут проводиться на части участников. Участнику дадут «воду с двойной маркировкой» для питья во время второго визита, образец мочи будет взят непосредственно перед тем, как пить воду, а затем ему будет предложено собрать дополнительные образцы мочи дома в день 1, 5, 10 и 14 после этого медсестра-исследователь будет регулярно звонить им в течение этого периода времени. Образцы будут храниться в морозильной камере в пакете с застежкой-молнией, который находится в пластиковой ванне с плотно закрывающейся крышкой.

Часть 3 (неделя 4):

Участник будет приглашен через две недели после второй части для визита в рамках исследования. Образцы мочи будут собраны. Будут проводиться митохондриальные исследования печени, в которых участник выпивает раствор, содержащий октаноат натрия 13C, который представляет собой жирную кислоту, содержащуюся в пищевых продуктах. Затем их попросят периодически дуть в мешок в течение двух часов (0, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 60, 90 и 120 минут), чтобы измерить, как их печень справляется с жирными кислотами. и «сгорают» ли они это быстро или медленно.

1 месяц и 6 месяцев после вмешательства

Будет проводиться только анализ крови, антропометрия, акселерометр, дневник взвешивания пищи и CGMS. Реципиентам трансплантата островковых клеток будет проведен клинический тест на толерантность к смешанной пище для оценки функции островковых клеток. Эти посещения будут совпадать с обычными посещениями.