|
|
|
Prezinta cel putin doua aspecte:
1. o reducere moderata a masei beta celulare.
anomalii functionale calitative si cantitative ale pattern-ului secretor insular.
Aceste anomalii contribuie la esuarea efortului de compensare a rezistentei la insulina ceea ce duce in final, prin deteriorarea progresiva a tolerantei la glucoza, la diabet zaharat.
1. Reducerea masei beta celulare
Conceptul masei pancreatice beta-celulare este fundamental pentru intelegerea patogenezei diabetului zaharat deoarece cantitatea de tesut beta-celular prezent in pancreas este un determinant major al cantitatii de insulina care poate fi secretata.
In pancreasul uman normal sunt aproximativ 600.000 insule (144), iar celulele beta ocupa aproximativ 68-80% din volumul insulei (20, 144). Masa beta-celulara a unui pancreas normal adult este de aproximativ 700 mg; greutatea pancreasului este de 70 g, iar masa beta-celulara reprezinta 1% din greutatea pancreasului. (144). Estimari cantitative post-mortem au aratat ca populatia beta-celulara este normala sau redusa cu pana la 30%-50% la subiectii diabetici comparativ cu subiecti nediabetici, comparabili ca varsta (73, 94, 131, 144).
Studiul necroptic efectuat de Klöppel si colab. (73), efectuat asupra 25 subiecti decedati (14 cu diabet tip 2 in timpul vietii si 11 nediabetici) a evidentiat o reducere cu 50% a masei beta-celulare la subiectii diabetici fata de subiectii nediabetici de control, comparabili din punct de vedere al masei corporale.
In cadrul aceleiasi categorii de toleranta la glucoza, masa beta-celulara a fost dubla la subiectii obezi in comparatie cu subiectii neobezi (73).
Dublarea masei beta-celulare la indivizii obezi sugereaza ca aceasta ar putea fi o modificare indusa de aportul crescut de nutrienti (in special glucoza) pe fondul unei stari de rezistenta la insulina.
Semnificatia acestei reduceri a masei beta celulare, in relatie cu scaderea functiei beta celulare, la subiectii cu diabet zaharat tip 2, este nelamurita.
Pentru inducerea diabetului experimental este necesara o pancreatectomie partiala de 90%. Aceasta sugereaza ca alti factori pot actiona in conjunctie cu o masa beta celulara redusa, pentru a induce anomalii functionale cu scaderea secretiei de insulina.
Masa beta-celulara poate prezenta modificari in cadrul unui proces adaptativ la suprasolicitarea prelungita. O crestere a masei beta-celulare este prezenta in starile care se asociaza cu insulino-rezistenta cum ar fi obezitatea (73).
Experimental, la sobolanii adulti infuzati cu o cantitate mare de glucoza timp de 96 ore se constata o crestere cu 50% a masei beta-celulare (8).
Replicarea beta-celulara este legata de metabolizarea nutrientilor in celula beta-pancreatica deoarece numai substratele care sunt metabolizate in celula beta-pancreatica stimuleaza replicarea acesteia (150).
Capacitatea de multiplicare a celulelor beta-pancreatice este determinata de 'pool-ul' celulelor recrutabile pentru a intra in compartimentul proliferativ al ciclului celular. Marimea acestui pool ar putea fi determinata genetic (148) dar nivelul realizarii fenotipice a potentialului genetic poate fi influentat de factori de mediu.
Astfel, malnutritia temporara la sobolanii tineri induce o scadere a masei beta-celulare; aceasta scadere persista ulterior in viata adulta (149) si determina o reducere a raspunsului adaptativ, la o solicitare de durata, a masei beta-celulare (150).
Este posibil ca glucoza sa regleze fractiunea celulelor care intra in compartimentul proliferativ al ciclului celular (151). In plus, glucoza determina marirea de volum a celulelor beta insotita de modificari ultrastructurale care atesta cresterea productiei de insulina.
Hipertrofia si hiperplazia celulelor beta-pancreatice reprezinta un mecanism de adaptare la suprasolicitarea functionala de durata. In consecinta, este posibil ca, in conditiile suprasolicitarii functionale de durata a celulelor beta-pancreatice, aparitia diabetului sa fie conditionata de o insuficienta crestere compensatorie a masei beta-celulare (71).
Ar putea hiperglicemia cronica sa induca modificari in functionalitatea celulelor beta-pancreatice prin "epuizarea efortului adaptativ" al acestora?
Pentru a afla raspunsul s-a experimentat efectul hiperglicemiei de durata asupra unei mase beta-celulare reduse; de asemenea, s-a studiat efectul hiperglicemiei cronice si asupra unei mase beta-celulare normale.
Reducerea masei beta-celulare la sobolan a fost realizata in doua variante experimentale:
prin administrare de streptozotocina in perioada neonatala (9).
prin indepartarea chirurgicala, la varsta de 5 saptamani, a 90% din pancreas (10).
In ambele modele experimentale, dupa interventia initiala, a urmat un proces de regenerare realizand in final o masa beta-celulara reprezentand 40-50% din masa totala normala (9,10). Animalele tratate astfel prezentau o usoara hiperglicemie a jeun.
Studiul secretiei insulinei, efectuat asupra pancreasului izolat perfuzat in vitro, a dus la obtinerea unor rezultate similare in ambele modele experimentale (9,10,84), caracterizate prin:
diminuarea marcata (pana la lipsa stimularii) a raspunsului insulinosecretor la glucoza, in timp ce stimulii insulinosecretori ne-glucozici (arginina, izo- butilmetilxantina) evocau un raspuns insulinosecretor normal sau exagerat.
lipsa efectului de potentare, exercitat de glucoza, asupra raspunsului insulinosecretor la stimuli neglucozici.
persistenta raspunsului insulinosecretor la stimulii neglucozici in conditiile realizarii unui mediu hipoglicemic - aproximativ 50 mg/dl (88).
mannoheptuloza, un inhibitor al fosforilarii glucozei (inhiband astfel metabolizarea glucozei) produce o crestere paradoxala a raspunsului insulinosecretor (48).
prezenta unor niveluri relativ crescute ale proinsulinei in circulatia portala cu realizarea unui raport proinsulina / insulina crescut (86).
Toate aceste anomalii sunt intalnite in diabetul uman (tip 2) si sugereaza o contributie majora a hiperglicemiei in producerea lor.
In acest sens pledeaza argumente care sugereaza ca expunerea cronica a celulelor beta-pancreatice la concentratii crescute ale glucozei plasmatice determina instalarea acestor anomalii.
Este posibil ca hiperglicemia in cursul sarcinii sa influenteze dezvoltarea pancreasului beta celular fetal.
Intre Indienii Pima, aproape 50% din copiii mamelor care erau diabetice in cursul sarcinii fata de numai 9% din copii mamelor care au devenit diabetice dupa terminarea sarcinii au dezvoltat diabet pana la varsta de 24 ani (114).
Celulele beta reactioneaza, in cadrul modelelor experimentale prezentate, ca si cum ar fi fost deja expuse la concentratii mai mari ale glucozei chiar cand concentratiile extracelulare ale glucozei au fost scazute prin realizarea unui mediu hipoglicemic. Se poate, pornind de la aceste dovezi experimentale, deduce ca aceasta disfunctie beta-celulara este "efectul rezidual al hiperglicemiei cronice" care a ramas in "memoria" celulelor beta-pancreatice (84).
Scaderea hiperglicemiei, prin tratament timp de 24 ore cu insulina, a readus la normal (la sobolanii cu masa beta-celulara redusa dupa tratament cu streptozotocina) efectul de potentare al raspunsului insulinosecretor exercitat de glucoza. Obtinerea euglicemiei prin tratament cu florizina (care, prin blocarea reabsorbtiei tubulare a glucozei, reduce hiperglicemia prin cresterea glicozuriei) a ameliorat raspunsul insulinosecretor cat si efectul de potentare al acestuia prin glucoza (129bis).
Persistenta sau cresterea raspunsului insulinosecretor in conditiile hipoglicemiei (88) sau al administrarii manoheptulozei (48) sugereaza ca indepartarea hiperglicemiei permite revenirea sensibilitatii celulelor beta-pancreatice la glucoza si, prin urmare, hiperglicemia este cea care a indus disfunctia beta-celulara.
Este posibil ca hiperglicemia sa induca disfunctia beta celulara chiar si in conditiile unei mase beta-celulare normale.
Argumente de ordin experimental confirma aceasta eventualitate. Realizarea unor niveluri hiperglicemice de durata (400 mg/dl timp de 48 ore) la sobolani indemni, prin infuzie continua de glucoza a indus ulterior anomalii ale raspunsului insulinosecretor (85) similare cu cele realizate la modelul cu masa beta-celulara redusa.
Acest efect "toxic" exercitat de hiperglicemie, constand pe de o parte in inducerea unei "desensibilizari" a celulelor beta-pancreatice fata de glucoza si a unei cresteri a rezistentei periferice la insulina pe de alta parte a ridicat suspiciunea asupra incriminarii transportului glucozei ca mecanism unic al ambelor defecte. Afectarea transportului glucozei ar fi putut explica atat scaderea selectiva a sensibilitatii celulelor beta-pancreatice pentru glucoza cat si scaderea transportului (insulino-stimulat) glucozei in tesuturile periferice (158).
Totusi, datele experimentale nu au putut confirma aceasta ipoteza; la animalele cu pancreatectomie 90% infuzate cu glucoza, determinarea continutului in glucoza al celulelor beta-pancreatice nu a evidentiat un nivel scazut al acesteia. Prin urmare, scaderea insulinosecretiei, indusa de hiperglicemie, nu a putut fi explicata prin reducerea aportului de glucoza la nivelul celulelor beta-pancreatice (165). Este posibil ca hiperglicemia sa determine modificarea unor secvente metabolice in aval de transportul celular al glucozei dar, pana in prezent, sediul si natura lor nu au fost precizate. Desi concluziile studiilor asupra animalelor de experienta nu pot fi extrapolate la om, acestea sugereaza totusi ca anomaliile functiei beta-celulare intalnite in cadrul diabetului zaharat tip 2 ar putea sa fie rezultatul expunerii unei mase celulare beta-pancreatice reduse la efectele unei hiperglicemii (chiar minima) de durata.
Scaderea functiei beta celulare
1. Anomalii ale modului secretor oscilatoriu al insulinei
Celulele beta pancreatice elibereaza insulina discontinuu sub forma unor pulsatii periodice.
Raspunsul insulinosecretor are o organizare temporala cu doua componente ritmice distincte: oscilatii rapide si oscilatii ultradiene, mai lente.
a. Oscilatiile rapide ale insulinemiei bazale survin, la om, cu o periodicitate de 5-15 minute si cu o amplitudine medie de 1,6 mU/ml (82,118) in sangele periferic. Pancreasul uman tranplantat (109,142) insulele Langerhans izolate (119) si celulele beta pancreatice izolate (45) pastreaza de asemenea caracterul pulsatil al secretiei insulinei. Oscilatiile secretorii rapide ale insulinei sunt prezente si in conditiile in care se realizeaza experimental o concentratie constanta a glucozei.
Aceste fapte demonstreaza ca pattern-ul secretor oscilatoriu este o proprietate intrinseca a celulelor beta-pancreatice care-si are, probabil, originea in metabolismul glucozei in celulele beta-pancreatice. Date experimentale sugereaza ca oscilatii spontane ale glicolizei sunt evidente in celulele beta-pancreatice. Acestea antreneaza modificari ciclice in continutul ADP si in raportul ATP/ADP care antreneaza, prin inchiderea si deschiderea canalelor de K, oscilatii ale influxului de Ca si in consecinta ale eliberarii insulinei (42).
Se pare ca exista o ierarhie a mecanismelor de reglare (118) ale pulsatilitatii secretiei insulinei: insulele izolate au frecventa cea mai mare (3-5 minute) urmate de pancreasul perfuzat (6-10 minute) si de secretia in vivo (5-15 minute). Secretia pulsatila de insulina este raspunzatoare de 70% din cantitatea totala de insulina secretata in conditii bazale (120).
Amplitudinea oscilatiilor este diminuata de postul prelungit, somatostatina, IGF-1, imbatranire si este crescuta dupa ingestia alimentara, administrare de glucoza i.v., enterohormoni (GLP-1, GIP).
Deoarece aceste oscilatii au o amplitudine mai mare la nivelul circulatiei in vena porta (de 3-10 ori) se crede (64) ca efectul lor major se exercita asupra productiei hepatice de glucoza.
Reproducerea experimentala a caracterului pulsatoriu al secretiei insulinei a demonstrat un efect hipoglicemiant mai puternic (12, 99) comparativ cu administrarea continua a unei cantitati egale de insulina. Administrarea pulsatila i.v. a insulinei la pacienti cu diabet zaharat insulinodependent (tip 1) a produs o reducere a productiei hepatice de glucoza si o crestere a utilizarii glucozei echivalenta cu cea produsa prin infuzia continua a unei cantitati de insulina cu 40% mai mare (12).
Reproducerea experimentala a caracterului pulsatoriu al secretiei insulinei (prin administrare discontinua) a demonstrat ca majorarea efectului hipoglicemiant devine semnificativa dupa aproximativ 7 ore de administrare pulsatila (99) iar legarea insulinei de monocite a fost crescuta dupa administrarea pulsatila a insulinei comparativ cu administrarea continua a unei cantitati egale de insulina.
Pentru explicarea eficacitatii crescute a secretiei pulsatile a insulinei au fost furnizate urmatoarele argumente: se pare ca semnalele dependente de frecventa sunt mai usor de diferentiat de "zgomotul de fond" comparativ cu cresterea constanta, de mica amplitudine, a unei substante-semnal. Oscilatii ale nivelului hormonilor ar reduce efectul de "down-regulation" asupra receptorilor specifici.
Alterari ale secretiei pulsatile ale insulinei au fost raportate in starile de intoleranta la glucoza la om (100) si la animal (43).
Subiectii cu diabet zaharat tip 2 nu mai prezinta caracterul pulsatil regulat al secretiei insulinei.
O'Rahilly si col. (123) au evidentiat o "stergere" a oscilatiilor rapide ale insulinemiei la un grup de subiecti, rude de gradul 1 ale unor pacienti suferind de diabet zaharat tip Subiectii prezentau un grad discret de intoleranta la glucoza, dar nu au evidentiat anomalii ale raspunsului insulinosecretor acut dupa incarcare cu glucoza i.v..
Concluzia autorilor: pulsatilitatea secretiei insulinei este dereglata la subiecti cu istoric familial de diabet zaharat insulino-independent inainte ca alte anomalii ale raspunsului insulinosecretor sa poata fi decelate.
Pierderea pattern-ului regulat-oscilator al secretiei insulinei a fost evidentiata si la subiecti nediabetici cu anticorpi anticelule insulare prezenti, dar cu functie beta-celulara normala si raspuns insulinosecretor la glucoza (inca) normal (6).
Pierderea patternului oscilator al secretiei de insulina ar putea reprezenta una din cele mai precoce anomalii metabolice in cursul istoriei naturale a bolii si ar putea sa semnifice inceputul decompensarii functionale in conditiile unui efort secretor crescut si de durta impus unei populatii diminuate de celule beta-pancreatice.
Valoarea practica a pierderii oscilatiilor regulate ale secretiei insulinei ca marker al unei faze precoce in istoria naturala a diabetului este deocamdata limitata de faptul ca anomalia se poate intalni la 10%-50% din subiectii normali (6).
b. Oscilatiile ultradiene sunt oscilatii mai lente decat cele discutate anterior; ele au o periodicitate de 60-140 minute si sunt strans cuplate cu oscilatii ale glucozei cu o periodicitate similara.
Acest pattern oscilator a fost observat atat in stare bazala (147) cat si in conditiile stimularii secretiei de insulina prin infuzie constanta de glucoza, ingestie alimentara (249), nutritie enterala continua (140).
Aceste oscilatii ar putea fi rezultatul interactiunii feedback negative intre concentratia glucozei si secretia insulinei.
La pacientii cu diabet zaharat insulinoindependent (tip 2) acest pattern oscilator ultradian al nivelului sanguin al insulinei si glucozei dupa ingestie alimentara este profund alterat (117). Amplitudinea pulsurilor este scazuta cu mai mult de jumatate fata de nediabetici, iar proportia pulsurilor insulinei, care survin in asociere temporala cu un puls de glucoza, este redusa la circa 50% fata de o asociere de 80-90% la normali (117). Anomalii ale pattern-ului ultradian au fost observate la pacientii cu diabet zaharat insulino-independent si in conditiile nestimulate ale postului sugerand ca acelasi proces oscilator este operativ atat in conditii bazale cat si stimulate (147).
La pacientii cu diabet zaharat insulinoindependent (tip 2) amplitudinea oscilatiilor este mai redusa, iar proportia pulsurilor insulinosecretorii, care survin in asociere temporala cu pulsuri de glucoza, este scazuta comparativ cu subiectii nediabetici de control.
Oscilatiile ultradiene, cu o frecventa de 90-120 minute, ale nivelului glicemiei si insulinemiei au fost observate chiar si in conditiile unei infuzii constante de glucoza. Periodicitatea poate fi insa modificata daca se administreaza glucoza intr-o maniera pulsatila dar cu alta frecventa, de exemplu cu o periodicitate modificata cu 20% (mai mica sau mai mare) fata de cea a oscilatiilor endogene.
In conditiile in care integritatea buclei feed-back intre glicemie si insulinosecretie este pastrata, periodicitatea secretiei insulinei se ajusteaza in functie de periodicitatea infuziei oscilante de glucoza printr-un fenomen denumit "de antrenare". Lipsa sau reducerea capacitatii de antrenare a pulsatilitatii insulinei la o pulsatilitate modificata a nivelului administrarii glucozei reprezinta o anomalie observata atat la subiectii cu diabet zaharat insulinoindependent cat si la cei aflati in stadii mai precoce cum ar fi scaderea tolerantei (IGT) la glucoza (106) sau la subiecti cu toleranta normala la glucoza, dar la risc crescut pentru scaderea ei ulterioara (143).
In concluzie, faptul ca persoane cu risc crescut pentru diabet zaharat tip 2 dar cu toleranta (inca) normala la glucoza prezinta afectarea pattern-ului oscilator al secretiei insulinei sugereaza posibilitatea ca defectul beta-celular in diabetul de tip 2 sa fie primitiv. Deoarece alterarea pattern-ului secretor pulsatil este un marker precoce al disfunctiei beta celulare, examinarea pulsatilitatii secretiei insulinei pare a fi un mijloc de investigatie mai sensibil (in comparatie cu metodele traditionale) pentru detectarea disfunctiei beta celulare la indivizii normali metabolic, dar predispusi genetic pentru diabet tip
Anomalii ale raspunsului insulinosecretor la stimuli standard
a. Anomalii ale raspunsului insulinosecretor la glucoza.
Glucoza reprezinta stimulul fiziologic principal al secretiei de insulina. Administrarea glucozei in perfuzie i.v. la individul normal produce un raspuns insulinosecretor bifazic.
Prima faza este reprezentata de peak-ul secretor care survine in primele minute de la inceputul administrarii glucozei dupa care incepe sa scada si in aproximativ 10 minute tinde sa revina spre nivelul bazal fara insa a-l atinge. Ulterior, daca infuzia glucozei continua, nivelul insulinemiei creste treptat si atinge un platou care se mentine pe toata durata aplicarii stimulului. Aceasta a doua crestere a nivelului insulinemiei, dupa pic-ul secretor initial, constituie faza a doua a raspunsului insulinosecretor.
Scaderea primei faze a raspunsului insulinosecretor a fost considerata ca prima anomalie detectabila a functiei beta celulare. Scaderea fazei I a raspunsului insulinosecretor a fost semnalata la subiectii cu scadere (IGT) a tolerantei la glucoza (13, 76, 104).
Prima faza a raspunsului insulinosecretor este importanta pentru realizarea unui clearance eficient al incarcarii cu glucoza. Supresia acestei faze, indusa experimental, produce scaderea tolerantei la glucoza la subiecti normali (16, 93).
La subiectii cu diabet zaharat insulinoindependent, prima faza a raspunsului insulinosecretor lipseste (17) astfel ca raspunsul insulinosecretor la glucoza apare intarziat. Studiile raspunsului insulinosecretor prandial la subiecti cu diabet zaharat insulinoindependent au demonstrat o intarziere si o deficienta a cresterii initiale a nivelului insulinemiei (135), anomalie semnalata ca o manifestare precoce in istoria naturala a bolii (24, 46).
Cresterea precoce a nivelului insulinemiei dupa un pranz (chiar inainte de cresterea glicemiei) poate realiza inhibitia productiei hepatice de glucoza (13), produce o scadere mai rapida a acizilor grasi liberi si atenueaza cresterea initiala in nivelul glucagonului. In felul acesta deficienta cresterii prandiale preoce a insulinosecretiei contribuie la hiperglicemia postprandiala si la hiperinsulinemia tardiva in diabetul zaharat insulinoindependent (13).
Prima faza a raspunsului insulinosecretor este pierduta treptat in intervalul de timp, din istoria naturala a bolii, in care se produce o crestere a nivelului glicemiei plasmatice ā jeun de la 99 mg/dl la 115 mg/dl. Din momentul in care nivelul glicemiei plasmatice atinge o valoare ā jeun de 115 mg/dl (14) prima faza a raspunsului insulinosecretor nu se mai produce. Scaderea fazei precoce a raspunsului insulinosecretor la glucoza este observata insa in faze preliminare diabetului zaharat. La subiecti cu scadere a tolerantei la glucoza (IGT) s-a constatat, dupa administrare de glucoza oral (104) un raspuns beta celular inadecvat (scazut) care a fost corelat cu o insuficienta supresie a productiei endogene hepatice de glucoza si cu o rata crescuta a cresterii glicemiei. La acesti subiecti s-a observat existenta unei corelatii de tip invers intre nivelele insulinemiei plasmatice la 30 minute si nivelele glicemiei la 120 minute dupa glucoza oral (104). In cursul unor studii prin metoda 'hyperglycaemic clamp' efectuate asupra unor subiecti normali, s-a constatat o asociere puternica intre prima faza a raspunsului insulinosecretor si supresia productiei hepatice de glucoza. Suprimarea primei faze a raspunsului insulinosecretor prin intermediul unei administrari concomitente de somatostatina a anulat efectul de inhibitie a productiei endogene hepatice de glucoza ceea ce a dus la o eliberare hepatica de glucoza neinfranata de nivelurile crescute ale glicemiei si insulinemiei (93). Dupa administrare de glucoza i.v. (90) subiectii cu scadere a tolerantei la glucoza au prezentat o reducere semnificativa a primei faze a raspunsului insulinosecretor. Aceasta reducere in prima faza a raspunsului insulinosecretor a fost corelata semnificativ cu nivelul sporit al glicemiei dupa incarcare orala cu glucoza (90).
Toate aceste studii evidentiaza importanta fiziologica a primei faze a raspunsului insulinosecretor; cresterea rapida a nivelului insulinemiei, prin efectul regulator asupra productiei hepatice de glucoza, este un determinant esential al nivelului glicemiei dupa o incarcare cu glucoza sau postprandial. Diminuarea primei faze a raspunsului insulinosecretor in fazele preliminarii si pierderea ei completa in diabetul zaharat clinic manifest are o contributie patogenetica importanta in hiperglicemia postprandiala.
Exista insa date care atesta scaderea raspunsului insulinosecretor mult mai precoce in cursul istoriei naturale a bolii, in faze in care toleranta la glucoza (apreciata prin TTGO) este inca normala.
Scaderea raspunsului insulinosecretor la glucoza i.v. a fost prezenta la persoane predispuse genetic pentru diabet zaharat tip 2 dar cu toleranta la glucoza normala.
Numeroase studii au raportat reducerea functiei beta celulare la persoane cu istoric familial pozitiv (PFH) pentru rude de gradul 1 afectate de diabet zaharat tip
In cadrul unui studiu multinational (41), la care au participat centre din Europa si din SUA, au fost investigati, utilizand hyperglycemic clamp, 185 subiecti cu toleranta normala la glucoza (TNG) si 98 subiecti cu IGT.
Intre subiectii cu TNG, 100 au avut PFH si au fost comparati cu ceilalti 85 subiecti cu istoric familial negativ pentru diabet (NFH). S-a constatat ca subiectii cu PFH au avut o scadere semnificativa (atat faza I cat si faza a II) a raspunsului insulinosecretor, in timp ce nu au fost decelate diferente in ce priveste sensibilitatea la insulina.
Intre subiectii cu IGT cei cu PFH au prezentat o scadere mai mare a raspunsului insulinosecretor comparativ cu subiectii cu IGT dar NFH.
Pimenta si colab. (116) au comparat (hyperglycemic clamp la toti si euglycemic clamp la 62 dintre ei dupa 2-4 saptamani) secretia de insulina si sensibilitatea la insulina la 100 subiecti Caucazieni cu toleranta normala la glucoza: 50 subiecti cu cel putin o ruda de gradul 1 cu diabet tip 2 si 50 subiecti fara rude de gradul 1 cu diabet. Subiectii au fost comparabili ca varsta, sex si grad de obezitate.
Grupul subiectilor cu rude gradul 1 afectate de diabet tip 2 (PFH) a prezentat valori semnificativ mai mici pentru faza I (cu 20%) si a II (cu 25%) a raspunsului insulinosecretor fata de grupul subiectilor cu NFH, dar nu au existat diferente semnificative ale index-ului sensibilitatii la insulina intre cele doua grupuri. Diferentele privind raspunsul insulinosecretor obervate intre grupuri au fost atribuite de autori unui factor genetic.
Un element important dezvaluit in cursul studiului a fost evidentierea heterogenitatii defectelor raspunsului insulinosecretor: o parte din subiecti au prezentat doar scaderea fazei I, altii au avut o scadere doar a fazei a II, iar o parte din subiecti au prezentat o scadere a ambelor faze.
Un alt studiu cu un design similar (161) a comparat 21 subiecti caucazieni cu rude de gradul 1 afectate de diabet tip 2 (PFH) si 21 subiecti de control, fara istoric familial pozitiv pentru diabet (NFH) comparabili ca varsta, sex si index al masei corporale. Toti subiectii cuprinsi in studiu au avut TNG. Subiectii cu PFH au avut valori semnificativ mai mici pentru faza a II a raspunsului insulinosecretor in cursul hyperglycemic clamp, dar nu au fost diferente semnificative ale index-ului sensibilitatii la insulina.
Datele furnizate de aceste studii sprijina ideea ca scaderea raspunsului insulinosecretor este un factor de risc determinat genetic pentru diabetul tip
Scaderea raspunsului insulinosecretor poate fi detectata precoce in cursul istoriei naturale a bolii, cand toleranta la glucoza este inca normala.
Scaderea primei faze a raspunsului insulinosecretor are ca rezultat insuficienta supresie a productiei endogene de glucoza fapt ce contribuie la cresterea glicemiei postprandiale. Pe de alta parte, prima faza a raspunsului insulinosecretor permite atingerea unui nivel optim al insulinei in lichidul interstitial si exercitarea efectului anti-lipolitic la nivelul adipocitelor cu scaderea rapida a nivelelor AGL si inhibitia productiei endogene de glucoza in paralel cu sensibilizarea tesuturilor periferice pentru cresterea captarii glucozei (121).
b. Anomalii ale raspunsului insulinosecretor la stimuli ne-glucidici
Subiectii cu diabet zaharat insulinoindependent prezinta, in mod caracteristic, absenta primei faze a raspunsului insulinosecretor dupa administrare de glucoza i.v.. Aceiasi subiecti conserva un raspuns insulinosecretor calitativ normal (cu prezenta primei faze a raspunsului insulinosecretor) la administrarea i.v. a unor secretagogi ne-glucidici: izoproterenol, glucagon, secretina, tolbutamid, arginina (134).
Studiile in vitro si in vivo au evidentiat ca raspunsurile insulinosecretorii la stimulii neglucozici sunt dependente de concentratia glucozei la care sunt expuse insulele pancreatice.
La subiectii normali marimea raspunsului insulinosecretor la stimuli neglucozici este dependenta de nivelul concomitent al glicemiei (54), crescand cu cresterea glicemiei si scazand atunci cand nivelul glicemiei plasmatice este scazut (de exemplu prin administrare de insulina exogena). Acest efect este denumit "efectul de potentare al glucozei".
Efectul de potentare al glucozei este studiat prin masurarea raspunsului insulinosecretor acut (faza I) dupa administrare de secretagogi neglucidici (de exemplu arginina 5 g i.v.) in conditiile unor niveluri diferite ale glicemiei (realizate prin administrare de glucoza i.v.).
In mod normal, la niveluri ale glicemiei cuprinse intre 80 si 250 mg/dl marimea raspunsului insulinosecretor creste liniar cu cresterea nivelului glicemiei inscriind o dreapta care este definita drept "panta efectului de potentare al glucozei". Cresterea nivelului glicemiei peste 250 mg/dl nu mai este insotita de o crestere liniara a raspunsului insulinosecretor acut. La un nivel al glicemiei de aproximativ 450 mg/dl raspunsul insulinosecretor acut atinge o valoare in platou. Aceasta valoare maxima, denumita "raspunsul insulinosecretor acut maximal" (AIRmax), reflecta capacitatea insulinosecretorie maximala a masei celulare betapancreatica. Procedura prin care se determina AIRmax consta in administrarea unei perfuzii i.v. de ser glucozat hiperton care se ajusteaza (in functie de nivelul glicemiei determinata frecvent) pentru a obtine si a mentine nivelul glicemiei la 450 mg/dl (o varianta a hyperglycemic clamp) timp de 45 minute. Se recolteaza sange venos arterializat la 40 si 45 minute pentru determinarea insulinemiei. La 45 minute se administreaza i.v. in bolus (in timp de 30 secunde) 5 g arginina dupa care se recolteaza sange, pentru determinarea insulinemiei, la 2, 3 ,4 si 5 minute. AIRmax se calculeaza prin diferenta intre valoarea medie a insulinemiei obtinuta din esantioanele recoltate la 2, 3, 4, si 5 minute dupa arginina si valoarea medie a insulinemiei in cele doua esantioane obtinute inainte de administrarea argininei.
La subiectii normali masa celulara betapancreatica manifesta capacitatea de a se adapta la conditii caracterizate prin cresterea aportului de glucoza sau cresterea rezistentei la insulina prin cresterea sensibilitatii la glucoza si a raspunsului insulinosecretor acut maximal.
Subiectii cu diabet zaharat tip 2 sunt expusi atat la niveluri crescute ale glicemiei cat si la o rezistenta crescuta la insulina; totusi chiar in aceste conditii, capacitatea insulinosecretorie este net diminuata la pacientii cu diabet zaharat insulinoindependent.
Efectul de potentare al glucozei este diminuat la pacientii cu diabet zaharat tip Astfel, panta efectului de potentare al glucozei este mai joasa la subiectii diabetici (comparativ cu indivizii normali) la care o crestere a glicemiei plasmatice, de aceiasi marime, produce o crestere mai mica a raspunsului insulinosecretor acut la stimuli neglucozici (54). La niveluri glicemice egale, subiectii normali prezinta un raspuns insulinosecretor la stimularea cu glucagon i.v. de 7 ori mai mare decat pacientii cu diabet zaharat tip 2 (18). Mai mult, s-a demonstrat existenta unei relatii de tip invers intre nivelul glicemiei a jeun si panta potentarii prin glucoza sugerand ca pacientii cu niveluri bazale mai mari ale glicemiei au o reducere mai pronuntata in efectul de potentare exercitat de glucoza; pe de alta parte, nivelurile crescute ale glicemiei ar tinde sa compenseze pentru scaderea efectului de potentare al glucozei (54).
Studiile efectuate asupra efectului de potentare exercitat de glucoza au evidentiat ca magnitudinea primei faze a raspunsului insulinosecretor la stimuli neglucozici este diminuata la subiectii cu diabet zaharat tip
Atat pierderea primei faze a raspunsului insulinosecretor la glucoza cat si diminuarea efectului de potentare al glucozei, exercitat asupra raspunsului insulinosecretor la stimuli neglucozici, denota o alterare preferentiala a raspunsului insulinosecretor la glucoza si ar reprezenta manifestarea unei anomalii specifice definita ca o stare de "desensibilizare a aparatului secretor betacelular la glucoza" (126).
Acest defect "functional" al celulelor beta-insulare (respectiv o pierdere completa a raspunsului la glucoza i.v. si o conservare partiala a raspunsului la alti secretagogi, administrati i.v.: arginina, glucagon, tolbutamid) a fost regasit si la subiecti cu diabet zaharat tip 1 aflati intr-o faza precoce, preliminara fazei clinic manifest a bolii (39). Acest fapt sugereaza ca, la originea insensibilitatii celulelor insulare la glucoza, ar putea fi un mecanism care actioneaza in fazele preliminare fazei manifesta clinic atat in diabetul de tip 1 (insulinodependent) cat si in diabetul de tip 2 (insulinoindependent).
Normalizarea, prin tratament, a nivelului glicemiei ā jeun, la pacienti cu diabet zaharat tip 2 a permis restaurarea, cel putin partiala, a raspunsului insulinosecretor chiar si atunci cand, anterior, acesta era absent (153, 160). Aceasta ameliorare a raspunsului insulinosecretor, survenita dupa normalizarea nivelului glicemiei a fost specifica pentru raspunsul insulinosecretor la glucoza; nu s-a observat, in aceste conditii, o ameliorare a raspunsului insulinosecretor la secretagogii neglucozici (126).
Aceste argumente sugereaza ca "efectul de desensibilizare la glucoza" este, cel putin in parte, secundar hiperglicemiei. Mecanismul prin care hiperglicemia induce desensibilizarea celulelor beta pancreatice la glucoza nu este pe deplin cunoscut.
3. Cresterea concentratiei proinsulinei si a produsilor ei intermediari de clivare
Multe din studiile care descriu asocierea hiperinsulinemiei cu rezistenta la insulina in diabetul zaharat tip 2 (T2DM) au supraevaluat nivelul insulinemiei plasmatice datorita faptului ca insulina a fost dozata printr-o metoda in care aceasta reactioneaza incrucisat cu proinsulina.
Insulina imunoreactiva totala reprezinta, in conditiile in care masura se face prin utilizarea unui anticorp care reactioneaza incrucisat cu proinsulina, suma nivelelor insulinei "adevarate", a proinsulinei si a intermediarilor de conversie a proinsulinei in insulina (produsii de clivare).
Aceasta "supraevaluare" este modesta in cazul indivizilor normali, la care proinsulina si peptidele inrudite constituie nu mai mult decat 2% din imunoreactivitatea insulin-like totala (66, 162), dar proportia lor poate creste de 2-3 ori la pacienti cu diabet zaharat tip
Studiile care au utilizat tehnici cromatografice au aratat ca, la pacientii cu T2DM, nivelul plasmatic al proinsulinei este proportional crescut in raport cu cel al insulinei (44, 95) fapt confirmat ulterior prin dozarile specifice ale proinsulinei (152). Astfel, Temple si colab. au aratat ca, la pacientii cu diabet zaharat tip 2, o parte insemnata a insulinei imunoreactive circulante este reprezentata in fapt de proinsulina si produsii ei de clivare la nivelul legaturii dintre aminoacizii 32 si 33 (152).
Mai multe studii au evidentiat niveluri disproportionat crescute ale proinsulinei la subiecti cu T2DM (162, 170) si de asemenea, la subiecti cu scadere a tolerantei la glucoza (27).
La pacientii cu diabet tip 2 clinic manifest si chiar la cei cu scadere a tolerantei la glucoza (IGT) exista o crestere disproportionata a peptidelor inrudite cu proinsulina, acestea putand reprezenta aproximativ pana la 15% din insulina imunoreactiva totala (27, 152, 160, 170).
Toate aceste studii au aratat ca la subiectii cu glicemii ā jeun mai mari de 180 mg/dl nivelurile insulinei "adevarate" erau net sub cele ale indivizilor normali comparabili ca greutate si ca nivelurile crescute ale proinsulinei "camuflau" nivelurile scazute ale insulinei "adevarate".
Cauza exacta a acestor modificari nu este pe deplin lamurita. Se crede ca ele sunt rezultatul unei anomalii in functia celulelor beta-pancreatice prin care se reduce conversia proinsulinei la insulina si se produce eliberarea unei cantitati mai mari de proinsulina fata de insulina.
Daca alterarea nivelului proinsulinei este o trasatura recunoscuta a diabetului tip 2 aflat in faza clinic manifesta, nu este clar momentul, in istoria naturala a bolii, cand incepe sa se dezvolte aceasta disfunctie.
Studiile transversale (limitate la un numar relativ redus de subiecti), efectuate asupra unor subiecti cu risc crescut cum ar fi femeile cu istoric de diabet gestational (208) sau cei cu istoric de scadere a tolerantei la glucoza sau cu scadere a tolerantei la glucoza (27, 138, 167, 172), au sugerat ca niveluri modificate ale proinsulinei pot fi prezente la acesti subiecti inainte de aparitia hiperglicemiei.
Intr-un studiu prospectiv, efectuat de Kahn si colab. (67), a fost evaluata posibilitatea utilizarii nivelului circulant al proinsulinei ca marker pentru dezvoltarea ulterioara a diabetului insulinoindependent la barbati americani de origine japoneza, populatie cu o prevalenta mare a IGT si T2DM. Subiectii care au dezvoltat T2DM dupa 5 ani de urmarire prospectiva au prezentat "la start" niveluri semnificativ crescute (comparativ) ale nivelului proinsulinei, sugerand ca alterari ale nivelului proinsulinei pot fi un nou marker pentru dezvoltarea ulterioara a diabetului tip 2 (67). Acesta este primul studiu longitudinal in care proinsulina a fost evaluata ca marker pentru dezvoltarea hiperglicemiei.
Din cei 87 barbati inrolati in studiu, 49 aveau toleranta normala la glucoza si 38 prezentau scadere a tolerantei la glucoza (IGT). Cei care au progresat spre T2DM (15 subiecti) au avut niveluri crescute ale proinsulinei, dar nu si ale insulinei "adevarate" cu 5 ani inainte de a dezvolta diabetul. Astfel, cei care au progresat ulterior la diabet au prezentat, la inceputul studiului, o valoare mai mare a raportului proinsulina /insulina "adevarata". Aceste niveluri crescute ale proinsulinei implica prezenta unei anomalii a celulelor beta-pancreatice cel putin cu 5 ani inainte de instalarea fazei clinic manifeste a diabetului insulinoindependent.
Intr-un alt studiu longitudinal (publicat dupa cateva luni fata de primul), Mykkänen si colab. (105) au urmarit prospectiv daca nivelurile proinsulinei prezic conversia catreT2DM. Au fost examinate nivelurile insulinei, proinsulinei intacte si clivata 32,33 si raporturile proinsulina intacta/insulina si proinsulina clivata 32,33/insulina in relatie cu dezvoltarea diabetului, dupa 3,5 ani de urmarire prospectiva, la un grup de finlandezi varstnici (65-74 ani). Trebuie precizat (ulterior, a fost evidentiat, utilizand separarea in cromatografie lichida de mare performanta in combinatie cu imunodozarea) ca materialul masurat ca proinsulina clivata 32,33 prezinta lipsa aminoacizilor bazici terminali ai jonctiunii lantului B cu peptidul C si este de fapt proinsulina clivata 31,32 (53).
Subiectii care au progresat la NIDDM au manifestat "la start" o crestere disproportionata a proinsulinei relativ la nivelurile insulinei. Ei au prezentat de asemenea un raport proinsulina clivata/insulina crescut in comparatie cu subiectii de control, dar diferenta nu a fost semnificativa statistic.
Rezultate similare au fost raportate si de alti autori (51, 58, 83).
Deteriorarea functiei beta celulare asociata cu inaintarea in varsta se insoteste deasemenea cu afectarea conversiei proinsulinei in insulina: a fost gasita o corelatie pozitiva intre varsta si raportul proinsulina/insulina (38).
Intre cresterea disproportionata a raportului proinsulina/insulina ā jeun si functia betacelulara cuantificata prin determinarea AIRmax a fost gasita o corelatie negativa (129) semnificativa ceeace sugereaza ca, in diabetul tip 2, raportul proinsulina/insulina reflecta disfunctia beta celulara.
Cresterea nivelului proinsulinei in raport cu cel al insulinei semnaleaza o secretie beta-celulara pe cale de decompensare si poate fi un marker al progresiei spre NIDDM.
Nu se cunoaste daca aceasta este rezultatul unei anomalii intrinseci a mecanismului de conversie din interiorul celulelor beta ca expresie a unui defect primar beta celular sau este rezultatul unei eliberari premature a unor granule incomplet maturate, determinata de o solicitare crescuta a aparatului insulinosecretor.
Eliberarea precoce a unor granule incomplet maturizate, ca o consecinta a cresterii efortului insulinosecretor (determinat de nevoi periferice crescute), nu poate insa sa reprezinte singura explicatie deoarece cresterea efortului insulinosecretor in obezitatea simpla rezulta intr-o crestere a proinsulinei proportional cu cea a insulinei astfel ca se pastreaza un raport proinsulina/insulina normal (130, 138). Este posibil insa ca, la subiectii cu o masa beta-celulara redusa, mentinerea unui debit pancreatic similar de insulina sa necesite o productie crescuta de insulina per celula.
Deoarece in forma diabetului tip MODY caracterizata prin deficienta "senzorului" pancreatic pentru glucoza (MODY 2), concentratia proinsulinei nu este crescuta iar forma clivata 31,32 a proinsulinei este nedetectabila (57), a fost sugerat ca un nivel crescut al proinsulinei clivate este rezultatul perceptiei unui stimul glicemic crescut la nivelul celulelor beta-pancreatice.
Sinteza insulinei in celula betapancreatica incepe prin sintetizarea unei molecule precursoare - preproinsulina care este transformata in proinsulina si apoi in insulina printr-o serie de clivaje enzimatice. La om, principalul intermediar al conversiei proinsulinei in insulina este proinsulina clivata - 31,3 Aceasta treapta este activata de endoproteaza 1 (PC1). Ulterior, sub actiunea endoproteazei 2 (PC2), proinsulina clivata - 31,32 este transformata in insulina si peptid-C.
Granulele secretorii individuale ale acestor endopeptidaze prezinta diferente marcate ale ratei lor de biosinteza in insule la stimularea cu glucoza in concentratie de 300 mg/dl.
Astfel, sinteza PC1 si a carboxipeptidazei H sunt puternic stimulate si parasesc reticulul endoplasmic mai rapid urmand a fi relativ rapid (in 20 minute) incorporate in granulele nou formate pe cand PC2 ajung in granule mult mai tarziu (60 minute) iar sinteza lor e mai putin stimulata de nivelul crescut al glicemiei. In consecinta, compozitia proteica a granulelor de secretie nou formate este probabil variata in functie de intensitatea si durata stimulului glicemic (62). Aceasta ar duce la o depletie relativa a PC2 in granulele de secretie nou formate fapt care se va reflecta in compozitia peptidelor insulare secretate prin cresterea relativa a proinsulinei si a proinsulinei clivate 31,32 pe masura ce toleranta la glucoza scade si glicemia creste.
Concentratia plasmatica a proinsulinei clivate 31,32 furnizeaza astfel indicii asupra intensitatii stimularii prin glucoza a celulelor beta-pancreatice si capacitatii celulelor beta de a se adapta la cresterea nevoii de insulina. Deoarece concentratia proinsulinei clivate 31,32 este in relatie cu gradul de expunere a celulelor beta-pancreatice la glucoza, aceasta ar putea fi considerata ca "HbA1c a celulelor beta" (53).
Rezultatele acestor studii arata ca subiectii prediabetici au niveluri ale proinsulinei si proinsulinei clivate 31,32 disproportionat crescute relativ la nivelurile insulinei ca indicator al unei secretii deficiente de insulina. Aceasta anomalie este asociata cu progresia spre faza clinic manifesta a diabetului zaharat si poate fi prezenta, la indivizi predispusi genetic pentru diabet tip 2, inainte ca toleranta la glucoza sa se deterioreze.
In plus, proinsulina pare sa fie un factor de risc independent pentru complicatiile cardiovasculare ale bolii (52).
