Multiorganikus inzulinérzékenység sovány és elhízott alanyokban

Absztrakt

CÉLKITŰZÉS A multiorganikus inzulinérzékenység átfogó értékelésének biztosítása sovány és elhízott, normál glükóztoleranciával rendelkező egyéneknél.

KUTATÁSI TERVEZÉS ÉS MÓDSZEREK A hiperinsulinémiás-euglikémiás clamp eljárást stabil izotóppal jelzett nyomjelző infúziókkal 40 elhízott (BMI 36,2 ± 0,6 kg/m 2, átlag ± SEM) és 26 sovány (22,5 ± 0,3 kg/m 2), normál glükóztoleranciával rendelkező alanyban hajtották végre. Az inzulint különböző sebességgel infundálták az alacsony, közepes és magas fiziológiai plazmakoncentrációk elérése érdekében.

EREDMÉNYEK Elhízott személyeknél a plazmában a palmitát és a glükóz Ra csökkent a plazma inzulin koncentrációjának növekedésével. Az endogén glükóz Ra csökkenése nagyobb volt alacsony, közepes és nagy dózisú inzulin infúziók során (69 ± 2, 74 ± 2 és 90 ± 2%), mint a Ra palmitát szuppressziója (52 ± 4, 68 ± 1). és 79 ± 1%). Az inzulin által közvetített glükóz-elhelyezés növekedése alacsony ± 24 ± 5% és magas fiziológiai inzulin koncentráció esetén 253 ± 19% között mozgott. A Ra palmitát és a glükóz Ra szuppressziója alacsony dózisú inzulin infúzió során nagyobb volt sovány, mint elhízott alanyoknál, de nagy dózisú inzulin infúzió során mindkét csoportban azonos volt, míg a teljes glükóz Rd stimuláció karcsú, mint elhízott alanyokban nagyobb volt a plazma inzulin fiziológiai tartománya.

KÖVETKEZTETÉSEK Az endogén glükóztermelés és a zsírszövet lipolitikus sebessége egyaránt nagyon érzékeny a keringő inzulin kismértékű növekedésére, míg az izom glükózfelvételének stimulálása minimális, amíg el nem éri a magas fiziológiai plazma inzulin koncentrációt. A normál fiziológiai tartományon belüli hiperinsulinémia képes kompenzálni a máj és a zsírszövet inzulinrezisztenciáját, a vázizom inzulinrezisztenciáját azonban nem, elhízott, normál glükóztoleranciájú embereknél.

Az elhízás az anyagcsere-változások konstellációjával társul, amelyek a szívkoszorúér-betegség kockázati tényezői, beleértve a cukorbetegséget, a diszlipidémiát és az alkoholmentes zsíros májbetegségeket (1). Valószínűleg specifikus szervrendszerek, nevezetesen a zsírszövet, a máj és a vázizom inzulinrezisztenciája részt vesz ezen anyagcsere-rendellenességek patogenezisében (2,3). Az inzulinrezisztencia napi cukorbetegség és szabad zsírsav (FFA) anyagcserére gyakorolt hatása elhízott, cukorbetegséggel nem rendelkező embereknél azonban nem világos, mert lehetséges, hogy az elhízással járó hiperinsulinémia leküzdheti az inzulin működésének hibáját és normalizálja az anyagcsere funkcióját. Valójában nagy vizsgálatok adatai azt mutatták, hogy az elhízott emberek bazális plazma glükóz- és FFA-koncentrációja nem különbözik a sovány alanyokétól (4). Ennek megfelelően lehetséges, hogy sok elhízott ember multiorganikus inzulinrezisztenciával rendelkezik, és nagyobb az anyagcsere-betegségek kialakulásának kockázata, még akkor is, ha a bazális glükóz- és FFA-koncentráció normális.

Az inzulinhatás értékelése összetett, mivel az inzulinnak több metabolikus funkciója van, amelyek szervrendszerenként különböznek egymástól, és a maximális hatás eléréséhez különböző inzulinadagokra van szükség (5). A szubsztrát kinetikájának mérésére izotóppal jelzett tracer infúziókkal együtt végzett többlépcsős hiperinsulinémiás-euglikémiás clamp eljárás (HECP) használható a máj inzulinhatásának (a glükóz Ra plazmába való szuppressziója), izomzatának (glükóz Rd stimulálása) egyidejű meghatározására. plazmából) és a zsírszövet (a zsírszövet triglicerid lipolízisének elnyomása; azaz a glicerin és Ra palmitát a plazmába).

KUTATÁSI TERVEZÉS ÉS MÓDSZEREK

Összesen 26 sovány (BMI 18,5–24,9 kg/m 2) és 40 elhízott (30,3–44,2 kg/m 2) ülő (2 H2) glükóz (alapadag 22,5 μmol · kg −1, infúziós sebesség 0,25 μmol · kg - 1 · min −1) 0600 órakor kezdődött, majd 0800 órakor folyamatos [2,2–2 H2] palmitát (0,035 μmol · kg −1 · min −1) vagy [U – 13 C] palmitát infúzióval kezdődött. (0,006 μmol · kg −1 FFM −1 · min −1), és csak elhízott alanyoknál [1,1,2,3,3–2 H5] glicerin alapozott, folyamatos infúziója (alapdózis 1,2 μmol · kg −1, infúziós sebesség 0,08 μmol · kg –1 · min –1), 3,5 óra [6,6–2 H2] glükóz infúzió (bazális periódus) után kétlépcsős HECP-t indítottunk és folytattunk ~ 6,5 h. A [2,2-2 H2] palmitát vagy az [U-13 C] palmitát nyomjelző infúziót lehetne használni a palmitát kinetika értékelésére, mert mindkét nyomjelző ugyanazokat a palmitát Ra értékeket eredményezi (BWP, SK, publikálatlan megfigyelés).

A minták elemzése

A plazma glükózkoncentrációt automatizált glükóz-analizátorral (Yellow Spring Instruments Co., Yellow Springs, OH) mértük. A plazma inzulin- és C-peptidkoncentrációkat kemilumineszcens immunvizsgálattal (Immulite 1000; Diagnostic Products Corporation, Los Angeles, Kalifornia) mértük. A plazma FFA-koncentrációkat gázkromatográfiával határoztuk meg, és a plazma glükóz-, palmitát- és glicerin-nyomjelző-nyom arányokat a plazmában meghatároztuk elektronütközéses ionizációs gázkromatográfia – tömegspektrometria alkalmazásával, a korábban leírtak szerint (6,7). A triglicerid és koleszterin koncentrációt a plazmában enzimatikusan mértük Hitachi 917 autoanalizátorral (Hitachi, Tokió, Japán); Az LDL-koleszterint a Friedewald-egyenlettel számoltuk (8).

Számítások.

Az izotóp egyensúlyi állapotokat a bazális periódus utolsó 30 percében, valamint a befogási eljárás 1. és 2. szakaszában értük el. Steele egyensúlyi állapotok egyenletét használták tehát a szubsztrát kinetikájának kiszámításához (9). A plazmából származó glükóz Rd egyenlő volt az endogén Ra glükózzal, plusz az exogén infúzióval ellátott dextróz és a glükóz nyomjelző arányával. A palmitát és a glicerin kinetikáját mikromolban/kilogramm zsírtömeg/percben fejeztük ki, hogy a zsírszövet lipolitikus aktivitásának indexét kapjuk az endogén zsírraktárak mennyiségéhez viszonyítva, és mikromolokban/kilogramm FFM/perc értéket adva az FFA rendelkezésre állási indexének biztosításához. sovány szövetek, amelyek zsírsavakat használnak üzemanyagként. A portális véna és a máj szinuszos inzulin koncentrációját elhízott alanyokban a mért artériás inzulin és C-peptid koncentrációk alapján becsültük Staehr és munkatársai módszerével. (10).

statisztikai elemzések

A statisztikai elemzéseket az SPSS for Windows (17.0 verzió; SPSS, Chicago, IL) alkalmazásával végeztük. Az eredményeket átlag ± SEM (normálisan elosztott adatkészletek) vagy mediánok és interkvartilis tartományok (ferde adatsorok) formájában jelentik. Ennek megfelelően a független minták Student t-tesztjét vagy a Mann-Whitney U-tesztet alkalmazták, hogy összehasonlítsák az alany jellemzőinek és a multiorganikus inzulinérzékenységbeli különbségeket a sovány (n = 26) és az elhízott (n = 14) alanyok között, akik ugyanazt az inzulint kapták. infúzió sebessége a HECP alatt (azaz alacsony és nagy dózisú infúziók). A párosított Student t tesztet vagy a Wilcoxon aláírt rangsor tesztet alkalmaztuk az inzulin infúzió szubsztrát kinetikára gyakorolt hatásának értékelésére sovány (n = 26) és elhízott (n = 14 alacsony dózisú infúzió esetén [7 mU · m −2 BSA ·) min −1], n = 26 közepes dózisú infúzió esetén [20 mU · m −2 BSA · min −1], és n = 40 nagy dózisú infúzió esetén [50 mU · m −2 BSA · min −1] csoportok. P ≤ 0,05 statisztikailag szignifikánsnak tekintettük.

EREDMÉNYEK

A tantárgy jellemzői

A vizsgálati alanyok jellemzőit az 1. táblázat mutatja. Bár az átlagos bazális plazma glükózkoncentráció nem különbözött szignifikánsan a sovány és elhízott alanyok között, az átlagos plazma inzulin koncentráció háromszor magasabb volt az elhízott csoportban, mint a sovány csoportban. Az átlagos plazma triglicerid-koncentráció nagyobb volt elhízott, mint sovány egyéneknél, és a HDL-koleszterin-koncentráció alacsonyabb volt; az LDL koleszterin koncentrációja azonban nem különbözött sovány és elhízott alanyok között. A teljes plazma FFA-koncentráció nem különbözött sovány és elhízott alanyok között.

A vizsgálati alanyok jellemzői

Az inzulin és a C-peptid koncentrációja elhízott egyéneknél

A glicerin Ra (fehér oszlopok), a palmitát Ra (kikelt oszlopok) és a glükóz Ra (fekete oszlopok) elnyomása alacsony dózisú, közepes dózisú és nagy dózisú inzulin infúziók során elhízott személyeknél. Az értékek átlag ± SEM. * P −2 BSA · min −1 és 50 mU m m −2 BSA · min −1). A sovány csoportban a 7 (alacsony dózis) és 50 (nagy dózis) mU · m −2 BSA · min –1 infúzióval beadott inzulin szignifikánsan eltérő (P ≤ 0,01) SPI-koncentrációt eredményezett 70 ± 7 és 399 ± 25 pmol/L, ill. Kis dózisú inzulininfúzió során az sovány alanyok SPI-koncentrációja ~ 50% -kal alacsonyabb volt az elhízott alanyok megfelelő SPI-koncentrációjánál (P-1 · min -1, ill.), Mint elhízottaknál (12,7 ± 0,5 és 13,1 ± 0,5 μmol · kg FFM −1 · min −1, illetve alanyok (P −1 · min −1), mint sovány alanyok (1,7 ± 0,1 μmol · kg FFM −1 · min −1; P 2 = 1, illetve R 2 = 0,968) . B: Ra palmitát (R2 = 0,9486 és R2 = 0,988). C: Glükóz Rd (R2 = 0,957 és R2 = 0,932). Az értékek mediánok és interkvartilis tartományok.

Korreláció a szisztémás plazma inzulin koncentráció és a szubsztrát kinetika között sovány (○; n = 26) és elhízott (●; n = 14) egyéneknél. A: Ra glükóz (R2 = 1, illetve R2 = 0,968). B: Ra palmitát (R2 = 0,9486 és R2 = 0,988). C: Glükóz Rd (R2 = 0,957 és R2 = 0,932). Az értékek mediánok és interkvartilis tartományok.

KÖVETKEZTETÉSEK

Tanultunk egy sovány alanyok egy csoportját, amely összehasonlító csoportként szolgálhat elhízott alanyaink számára. Bár a sovány csoporthoz képest az elhízott csoport bizonyítottan inzulinrezisztens máj- és vázizom-glükóz-anyagcserét és zsírszövet-zsírsav-anyagcserét mutatott a HECP során, a bazális glükózkoncentráció nem különbözött szignifikánsan a két csoport között. A bazális glükóz-anyagcsere normalizálódását feltehetően az elhízottaknál háromszor nagyobb plazma inzulin-koncentráció okozta, mint a sovány személyeknél, ami kompenzálta az inzulinhatás hibáját. Így annak ellenére, hogy elhízott alanyok normális éhgyomri plazma glükóz- és orális glükóz tolerancia teszt eredményekkel jártak, bizonyítékuk volt a multiorganikus inzulinrezisztenciára az inzulin infúzió hatására. Ezek az eredmények hangsúlyozzák az elhízott emberek anyagcsere-egészségének értékelésének bonyolultságát. Bár az elhízott emberek körülbelül egyharmadát tekintik „metabolikusan normálisnak” (11,12), valószínű, hogy ezen egyének többsége „inzulinrezisztens” a glükóz- és zsírsavcsere szempontjából, ezért fokozott a cukorbetegség és a cukorbetegség kockázata. szívkoszorúér-betegség (13–15).

Bár csoportjaink nem voltak ideálisan illeszkedve az életkorhoz, valószínűtlen, hogy az életkori különbségek megzavarják eredményeinket vagy következtetéseinket. A sovány és az elhízott alanyok egyaránt középkorúak voltak, elhízott alanyaink pedig valamivel fiatalabbak voltak, mint sovány alanyok. Ezért a csoportok közötti korkülönbség nem járulhatott hozzá az elhízott alanyoknál megfigyelt inzulinrezisztenciához a sovány csoportunkhoz képest, mert az inzulinérzékenység az öregedéssel csökken (29,30).

Összefoglalva, még azok az elhízott emberek is, akik normális orális glükóz toleranciával rendelkeznek, multiorganikus inzulinrezisztenciát mutatnak a sovány alanyokhoz képest. A plazma inzulin koncentrációjának kis növekedése elnyomja a glükóztermelést és a lipolitikus sebességet, míg az izom glükózfelvételének stimulálása minimális, amíg az inzulin magas fiziológiai plazmakoncentrációját el nem érik. Ez a fokozatos, integrált szervreakció a növekvő inzulinkoncentrációkra (és a glükóz rendelkezésre állására) segít fenntartani az euglikémiát, és biztosítja a megfelelő glükóz szállítását az agyba, miközben megakadályozza az endogén energiaraktárak felesleges mozgósítását, ha a glükóz rendelkezésre állása kismértékben növekszik; azonban megakadályozza a potenciálisan toxikus hiperglikémiát, ha a glükóz rendelkezésre állása és a plazma inzulin koncentrációja magas. Az elhízással járó hiperinzulinémia segít normalizálni az EGP-t és a lipolitikus sebességet, de nem megfelelő az inzulin által közvetített vázizom-glükózfelvétel hibájának kompenzálására.

Köszönetnyilvánítás

Ezt a munkát támogatták az Országos Egészségügyi Intézetek DK-37948, DK-56341 (Táplálkozási és Elhízás Kutatóközpont), UL1-RR-024992 (Klinikai és Transzlációs Tudományos Díj) és RR-00954 (Biomedical Mass Spectrometry Resource), valamint a Hosszabb Élet Alapítvány támogatásával.

A cikk szempontjából lényeges összeférhetetlenségről nem számoltak be.

C.C. kísérleteket végzett, adatokat kutatott, elemezte az adatokat és megírta a kéziratot. E. F. kísérleteket hajtott végre, hozzájárult a vitához, áttekintette és szerkesztette a kéziratot. M.K. kísérleteket végzett, áttekintette és szerkesztette a kéziratot. B.M. közreműködött a vitában, áttekintette és szerkesztette a kéziratot. B.W.P. elemezte a vizsgálati mintákat és az adatokat, hozzájárult a vitához, valamint áttekintette és szerkesztette a kéziratot. S.K. megtervezte a tanulmányt, áttekintette az adatokat, hozzájárult a vitához, valamint áttekintette és szerkesztette a kéziratot. S.K. a garancia ennek a munkának, és mint ilyen, teljes hozzáféréssel rendelkezett a vizsgálat összes adatához, és felelősséget vállal az adatok integritásáért és az adatelemzés pontosságáért.

A szerzők köszönetet mondanak Freida Custodiónak, Jennifer Shew-nak és Dr. Adewole Okunade-nek (Washington Egyetem Orvostudományi Kar, St. Louis, MO) technikai segítségükért; a klinikai kutatási egység munkatársai (Washington University School of Medicine, St. Louis, MO) a tanulmányok elvégzésében nyújtott segítségért; és a tanulmányi alanyok részvételükért.