Резюме

ОБЕКТИВЕН Оценихме ролята на мастния черен дроб в промяната на инсулиновата чувствителност и функцията на β-клетките в две групи затлъстели юноши, различаващи се в съдържанието на чернодробна мазнина (чернодробна мастна фракция [HFF]), но с подобно интрабдоминално вътремиоцелуларно липидно съдържание (IMCL) степен на затлъстяване.

роля

ПРОЕКТИРАНЕ И МЕТОДИ НА ИЗСЛЕДВАНИЯТА Проучихме 23 юноши със затлъстяване с висок HFF (HFF> 5,5%) и 20 юноши със затлъстяване с нисък HFF (HFF 1 H ядрено-магнитен резонанс, за да оценим съответно разпределението на мазнините в корема, HFF и IMCL, съответно.

РЕЗУЛТАТИ Високата HFF група показа значително по-нисък индекс на инсулинова чувствителност на цялото тяло (P = 0,001) и оценки на секрецията на инсулин (P = 0,03). Базовата скорост на производство на чернодробна глюкоза (EGP) не се различава между двете групи. Потискането на EGP е значително по-ниско (P = 0,04) в групата с висока HFF по време на ниски дози инсулин; не са наблюдавани разлики по време на втория етап. Изходните мастни киселини, концентрациите на глицерол и потискането на обмяната на глицерола не се различават между групите. По време на втория етап, скоростта на изхвърляне на глюкозата е значително по-ниска (P = 0,01) в групата с висок HFF.

ЗАКЛЮЧЕНИЯ Мастният черен дроб, независим от висцералната мастна тъкан и IMCL, играе централна роля в инсулинорезистентното състояние при затлъстели юноши.

Натрупването на мазнини в черния дроб се превръща в често усложнение при педиатричното затлъстяване и е силно свързано с промени в метаболизма на глюкозата и липидите, вероятно поради наличието на инсулинова резистентност (1). Механизмите, отговорни за взаимовръзките между мастната чернодробна болест и инсулиновата резистентност, не са ясно разбрани; всъщност остава неясно дали чернодробната стеатоза е следствие или причина за нарушения в чувствителността към инсулин. Както наскоро показа нашата група, тежестта на затлъстяването на черния дроб, независимо от затлъстяването, е свързана с наличието на преддиабет (2). Трябва да се отбележи фактът, че в тези проучвания мастното натрупване на черен дроб нараства паралелно с увеличаване на висцералната мастна тъкан, както и вътремиоцелуларната мастна тъкан (вътремиоцелуларно съдържание на липиди [IMCL]) (2,3). Следователно, от тези по-ранни проучвания беше практически невъзможно да се оцени независимият принос на черния дроб за развитието на инсулинова резистентност, тъй като както висцералната мастна тъкан, така и вътремиоцелуларната мастна тъкан също модулират инсулиновата чувствителност (4,5).

По този начин тук изследвахме изключителната роля на мастния черен дроб в промяната на инсулиновата чувствителност и β-клетъчната функция при две групи затлъстели юноши, различаващи се по количеството на съдържанието на чернодробна мазнина (чернодробна мастна фракция [HFF]), но характеризиращо се със сходни разпределение на коремни и мускулни мазнини и обща степен на затлъстяване. Ние предположихме, че независимо от висцералната мазнина и IMCL, съдържанието на чернодробни мазнини ще бъде ключов фактор, определящ глобалната инсулинова резистентност, включваща черния дроб, мускулите и мастната тъкан.

ПРОЕКТИРАНЕ И МЕТОДИ НА ИЗСЛЕДВАНИЯТА

Клинични характеристики на кохортата на изследването

Протоколът за изследване е одобрен от институционалния съвет за преглед на Медицинското училище в Йейлския университет. Писменото съгласие на родителите и съгласието на детето са получени преди проучването.

Метаболитни изследвания

OGTT и оценки на инсулиновата чувствителност и функцията на β-клетките.

Субектите са изследвани в разследването на клиничния център в Йейл в 8:00 сутринта, след 10-часово бързо гладуване. Всички имаха OGTT (7).

Оценките на инсулиновата чувствителност бяха изчислени, като се използва модел на хомеостазна оценка на инсулиновата резистентност (HOMA-IR), дефинирана чрез инсулин на гладно (микроелементи на милилитър) × глюкоза на гладно (милиграми на децилитър) (7) и индекс на чувствителност към цялото тяло (WBISI), на базата на средни стойности на инсулин (микроодиници на милилитър) и глюкоза (милиграми на децилитър), получени от OGTT и съответните стойности на гладно (7). Инсулиногенният индекс (IGI), който представлява ранна фаза на секреция на инсулин, се изчислява като IGI = Δ инсулин (0–30 минути) в микроодиници на милилитър, разделено на Δ глюкозата (0–30 минути) в милиграми на децилитър (8) . Индексът на разположение (DI) се изчислява като произведение на IGI и WBISI, въз основа на криволинейната връзка на тези променливи, получени от OGTT, както е описано от нашата група при затлъстели деца и юноши (8).

Площите под кривата (AUC) на инсулин и глюкоза се изчисляват по правилото на трапеца (9). Цялостната глюкозо-стимулирана секреция на инсулин се изчислява като инкрементално съотношение AUC (Δ AUCинсулин/Δ AUCглюкоза) (10).

Хиперинсулинемично-евгликемична скоба.

След пост през нощта, в 7:00 сутринта, два интравенозни катетъра, един за вземане на кръв и един за инфузия на глюкоза, инсулин и проследяващи вещества, бяха поставени в предтекубиталната вена на всяка ръка след локално инфилтриране на лидокаин. Рамото за вземане на проби се съхранява в нагрята кутия за артериализиране на кръвта. Чувствителността на цялото тяло към инсулина се измерва чрез двустепенна евгликемична скоба, чрез вливане на инсулин като грундирана непрекъсната инфузия при 4 и 80 mU · m −2 · min -1. Всяка стъпка продължи 2 часа. Грундирана непрекъсната инфузия на 6,6-деутериева глюкоза и на 2 H5-глицерол бяха използвани за количествено определяне на ефектите на инсулина върху оборота на глюкозата и глицерола. За да поддържаме плазменото обогатяване на 2 D-глюкозна константа на базова стойност през цялата скоба, използвахме метода Hot GINF, както беше съобщено по-рано (5). Артериализирани кръвни проби се събират на всеки 10 минути през последните 30 минути от изходния период и по време на всяка стъпка на скобата за измерване на обогатяване на глюкоза и глицерол, хормони и субстрати.

Образни изследвания

ЯМР на корема и общ състав на тялото (рентгенова абсорбциометрия с двойна енергия).

Мултислойни изследвания на ЯМР на коремната кухина са проведени на система Siemens Sonata 1,5 T (11). Общият телесен състав е измерен чрез двуенергийна рентгенова абсорбциометрия с Hologic скенер (Hologic, Бостън, Масачузетс).

1 H-NMR спектроскопия: измерване на IMCL.

Локализирани 1Н NMR спектри на мускула на солеуса са получени на 4T Biospec система (Bruker Instruments, Billerica, MA) (12).

Fast-MRI: съдържание на мазнини в черния дроб.

Съдържанието на мазнини в черния дроб (чернодробна мастна фракция [% HFF]) се измерва чрез ЯМР, като се използва двуточков метод на Dixon, модифициран от Fishbein et al. (13) и докладвано от Cali et al. (2).

Аналитични процедури и изчисления.

Плазмената глюкоза се определя с анализатор YSI 2700 и свободните мастни киселини в плазмата се определят чрез колориметричен метод. Плазмените нива на инсулин, адипонектин и лептин се измерват с радиоимуноанализ (Linco, St. Charles, MO), а плазмените нива на С-пептида се измерват с помощта на комплект (Diagnostic Products, Los Angeles, CA). Анализът на обогатяването на 2 D-глюкоза и 2 H5-глицерол в плазмата е направен, както е описано другаде (5).

Скоростите на вливане на глюкоза бяха изчислени през последните 30 минути на всяка стъпка на скобата. Ендогенното (главно чернодробно) производство на глюкоза (EGP) и оборотът на глицерол на изходно ниво и по време на двата етапа на инсулиновата скоба, заедно със степента на изхвърляне на затворената глюкоза, бяха изчислени, както беше съобщено по-рано (5). Процентното потискане на EGP и оборота на глицерол по време на ниски и високи дози инсулин са използвани като индекси на чувствителността на EGP и периферната липолиза към инсулин. Процентното потискане на нивата на С-пептида по време на двата етапа на инсулиновата скоба се използва като индекс на степента на ендогенна секреция на инсулин.

Инсулиновият клирънс по време на двете стъпки на скобата се изчислява чрез разделяне на скоростта на инфузионната инфузия на средното ниво на инсулин в стационарно състояние по време на инфузионната инфузия (14). Освен това, за да коригираме инсулиновия клирънс за приноса на остатъчната ендогенна инсулинова секреция, ние също изчислихме скоростта на метаболитен клирънс на инсулина, като взехме предвид концентрациите на С-пептида преди и в края на всяка стъпка на скобата, както се съобщава от Ferrannini et al. (15).

статистически анализи

За да тестваме групови разлики в клинични и метаболитни променливи, използвахме теста Mann-Whitney U. Разликите в разпространението на пола и расата между групите се оценяват с χ 2 тест. Корелациите се оценяват чрез корелация на ранг на Spearman.

Изчисленията на размера на пробата се основават на способността да се открият различия в чувствителността към инсулин между пациенти с високо и ниско съдържание на чернодробни мазнини. От по-ранно проучване при затлъстели юноши наблюдаваме стандартизирана разлика от ∼1,00 (d = 1,00) в инсулиновата резистентност, измерена чрез суровия индекс HOMA-IR (2). Очаквахме подобни разлики в настоящото ни проучване за резултатите, получени от OGTT и хиперинсулинемично-евгликемичната скоба. С помощта на двустранен U-тест на Mann-Whitney U, размери на групови проби от 23 и 20 постигат 88% мощност при α = 0,05 за откриване на стандартизирана разлика от 1,0 (d = 1,00) в инсулиновата чувствителност.

Статистическите анализи бяха извършени със SPSS (16.0 за Windows; SPSS, Чикаго, Илинойс). Всички данни са изразени като средни стойности ± SEM. P Вижте тази таблица:

  • Преглед на линия
  • Преглед на изскачащия прозорец

Метаболитни характеристики на изследваната кохорта

Въпреки че групата с високо съдържание на чернодробни мазнини показва тенденция към по-ниска секреция на инсулин от първа фаза (IGI) (P = 0,1), в съгласие с предишни доклади (10,16) тя не е статистически значима. Не са наблюдавани разлики в нарастващото съотношение на AUC. Въпреки това, когато изчислихме индекса на разположение, той беше значително по-нисък в групата с високо съдържание на чернодробни мазнини (P = 0,03).

Метаболитни характеристики

Концентрациите на лептин на гладно са сходни в двете групи, отразяващи еквивалентните им количества затлъстяване. За разлика от това, плазмените концентрации на адипонектин са значително по-ниски в групата с високо съдържание на чернодробни мазнини (P = 0,004) (Таблица 2). Нивата на интерлевкин-6 не се различават значително между групите. Стойностите на аланин трансаминазата и аспартат аминотрансферазата и нивата на триглицеридите са значително по-високи в групата с високо съдържание на мазнини в черния дроб. И двете групи имат сходни стойности на систоличното и диастолното кръвно налягане.

Измерване на инсулиновата чувствителност по време на скобата

По време на двата етапа на скобата, плазмените концентрации на глюкоза се поддържат на изходни стойности и подобни стабилни плазмени концентрации на инсулин са постигнати и в двете групи през последните 60 минути на всяка стъпка (първа стъпка 39,6 ± 3,0 срещу 34,1 ± 3,0 μU/ml; втора стъпка 205,0 ± 10,9 срещу 195,5 ± 9,8 μU/ml).

Процентното намаление на ендогенната секреция на инсулин, оценено чрез използване на нивата на С-пептида по време на скобата, е сходно между двете групи (ниска доза 9,8 ± 1,5 срещу 8,5 ± 1,9%; P = 0,3; висока доза 27,7 ± 4,3 vs. 27,8 ± 4,2%; P = 0,8) съответно в групите с високо и ниско съдържание на чернодробни мазнини).

Инсулиновият клирънс не се различава между двете групи (ниска доза 0,22 ± 0,08 срещу 0,26 ± 0,02 ml · m −2 · min -1, P = 0,2; висока доза 0,80 ± 0,04 срещу 0,84 ± 0,05 ml · m −2 · min -1, P = 0,6; съответно в групите с високо и ниско съдържание на чернодробни мазнини). Освен това не открихме никакви разлики в скоростта на метаболитен клирънс на инсулина по време на нито една стъпка на скобата (ниска доза: 0,93 ± 0,1 срещу 0,99 ± 0,14 ml · m -2 · min -1, P = 0,7; висока доза 0,90 ± 0,05 срещу 0,93 ± 0,06 ml · m −2 · min −1, P = 0,7; съответно в групите с високо и ниско съдържание на чернодробни мазнини).

Черен дроб

Базалните нива на EGP не се различават между групите (78,1 ± 1,9 срещу 79,5 ± 2,8 mg · m −2 · min -1, съответно в групите с високо и ниско съдържание на чернодробни мазнини) въпреки по-високите нива на инсулин на гладно. Ниската инфузия на инсулин причинява по-голямо потискане на EGP в групата с ниско съдържание на чернодробни мазнини (P = 0,04); като има предвид, че по време на стъпката с висока инфузия на инсулин потискането на EGP е идентично и в двете групи (фиг. 1). Освен това открихме отрицателна корелация между HFF и процента на потискане на EGP по време на инфузията с ниски дози инсулин, която обикновено достигаше значимост (r = -0,293, P = 0,08).

Процент потискане на производството на чернодробна глюкоза и липолизата и чувствителността на мускулния инсулин в групи с ниско (■) и високо (□) съдържание на чернодробни мазнини, по време на инфузия на ниски и високи дози инсулин.

Мастна тъкан

Базалните свободни мастни киселини (FFA) не се различават между групите (Таблица 2), въпреки по-високия инсулин на гладно. Изходните плазмени концентрации на глицерол (Таблица 2) и основният оборот на глицерола (14,9 ± 0,77 срещу 16,2 ± 0,81 mg · m −2 · min -1, съответно в групите с високо и ниско съдържание на чернодробни мазнини) не се различават между групите. В групата с високо съдържание на чернодробни мазнини наблюдаваме тенденция за по-нисък процент на системно потискане на липолизата по време на инфузията с ниски дози инсулин (P = 0,1), докато по време на инфузията с високи дози потискането на липолизата е сходно и в двете групи ( Фиг. 1).

Мускул

По време на инфузията на високи дози инсулин, скоростта на изхвърляне на периферната глюкоза е значително по-ниска (P = 0,01) в групата с високо съдържание на чернодробни мазнини (фиг. 1); както се очаква, не са наблюдавани разлики между групите при ниска доза инсулин. В допълнение, открихме отрицателна корелация между процента HFF и степента на изхвърляне на периферна притисната глюкоза по време на фазата на високи дози инсулин (r = -0,37, P = 0,02).

ЗАКЛЮЧЕНИЯ

В настоящото проучване установихме, че юношите със затлъстяване с високо съдържание на мазнини в черния дроб, независимо от висцералната мазнина и IMCL, са имали 1) нарушено действие на инсулина в черния дроб и мускулите, 2) ранни дефекти във функцията на β-клетките, както е показано от нисък индекс на разположение и 3) ниски нива на адипонектин и 4) тенденция към по-ниско потискане на глицероловия оборот по време на ниската доза инсулин.

Резултатите от нашето проучване са в съответствие с тези на Fabbrini et al. (18), показващ при възрастни затлъстели индивиди, че интрахепаталната мазнина, а не висцералната мазнина, е свързана с метаболитни усложнения на затлъстяването. Ние разширяваме тази тема, като показваме не само, че висцералната мазнина може просто да е маркер за инсулинова резистентност, но също така, че IMCL може да бъде и невинен наблюдател. В допълнение, в нашето проучване трябва да се отбележи, че групите са имали относително ниско висцерално съдържание, за разлика от изследването на Fabbrini et al. (18), при която висцералният обем е много висок в абсолютно изражение, което затруднява в крайна сметка да се изключи каквото и да е влияние на висцералния компонент върху метаболитните усложнения на затлъстяването. Освен това, като се има предвид младата възраст на нашите пациенти и кратката продължителност на затлъстяването, нашите резултати показват, че участието на черния дроб в патогенезата на инсулиновата резистентност и свързаните с него последици може да настъпи много рано.

Какво причинява прекомерно натрупване на мазнини в черния дроб, не е напълно ясно. Невъзможността на подкожната мастна тъкан да съхранява триглицериди (3,19), като например при липодистрофия, може да бъде възможна причина (19). Съвсем наскоро беше предложен и друг механизъм за ектопично натрупване на мазнини, който включва промени в регулирането на FFAs от плазмата чрез CD36, транспортен протеин на мастна киселина (18).

В това проучване наличието на нормален гладуващ и стимулиран от инсулин оборот на глицерол и FFA в групата с високо съдържание на мазнини в черния дроб аргументира срещу FFA-индуцирана инсулинова резистентност и срещу основната роля на мастната тъкан. От друга страна, трябва да се отбележи, че групата с високо съдържание на мазнини в черния дроб е по-малко толерантна към глюкозата, което предполага, че по-високата плазмена глюкоза може да тласне de novo липогенезата и следователно да допринесе за наличието на несистемни мастни киселини.

Както се очаква обаче, както EGP, така и липолизата бяха потиснати в еднаква степен по време на стъпката с високи дози инсулин. За разлика от това, тази висока доза успя да покаже ясната разлика между двете групи в мускулната чувствителност към инсулин.

Въпреки че резултатите от настоящото проучване са в съответствие с тези, докладвани от Klein и колеги (23,24) при затлъстели юноши с мастен черен дроб, трябва да се отбележи, че затлъстелите юноши в тяхното проучване са имали много по-голямо съдържание на мазнини в черния дроб (~ 26% ) от тези в нашето проучване (∼15%). По този начин дори при умерени нива на чернодробно съдържание на мазнини открихме и установихме глобална степен на инсулинова резистентност, включваща черния дроб, мускулите и до известна степен мастната тъкан.

Въпреки че по-рано беше съобщено при възрастни, че мастната тъкан в черния дроб е свързана с намален инсулинов клирънс (14,25), в настоящото проучване не успяхме да открием разлики между двете групи. Причината за липсата на разлика не е ясна. Факторите, които могат да бъдат замесени, са степента и продължителността на стеатозата и размерът на пробата.

Нашето проучване също така предоставя някои доказателства относно функцията на β-клетките в контекста на затлъстяването на черния дроб. Използвайки индекса на разположение, оценка на β-клетъчната функция, претеглена според инсулиновата чувствителност, установихме, че тя е намалена с 30% в групата с мастен черен дроб (фиг. 1), което предполага, че β-клетките не са в състояние да компенсират адекватно околното ниво на инсулинова резистентност и следователно са много уязвими, като по този начин се увеличава податливостта към диабет тип 2. Трябва да се отбележи, че пациентите с мастен черен дроб са имали повишена глюкоза за 2 часа по време на OGTT, което показва неизбежно състояние преди диабет.

Тук си струва да се отбележат няколко ограничения. Първо, като се има предвид характера на напречното сечение на нашето проучване, не успяхме да докажем причинно-следствената връзка, тъй като е възможно мастният черен дроб да е основен фактор за инсулиновата резистентност или инсулиновата резистентност да причинява мастен черен дроб. Второ, нямаме група субекти, които са били съпоставени по отношение на чернодробните мазнини, но са се различавали по висцералната мазнина и IMCL.

В обобщение, чрез отчитане на висцералната мастна тъкан и IMCL, натрупването на мазнини в черния дроб е повече от обикновен маркер за инсулинова резистентност при затлъстели юноши, което е свързано с нарушена инсулинова чувствителност на нивото на черния дроб, мускулите и мастната тъкан.

Благодарности

Тази работа беше подкрепена от Националните здравни институти (NIH) (предоставя R01-HD-40787, R01-HD-28016 и K24-HD-01464 на SC) и от Националния център за изследователски ресурси, NIH (CTSA grant UL1 -RR-0249139).

Не са докладвани потенциални конфликти на интереси, свързани с тази статия.

E.D'A. проучи данни и написа ръкописа. A.M.G.C. проучи данните и допринесе за дискусията. R.W. и N.S. допринесе за дискусията. B.P изследва данни. В.Н. изследва данни и преглежда/редактира ръкописа. S.C.написва ръкописа и преглежда/редактира ръкописа.

Части от това проучване бяха представени в абстрактна форма на 70-те научни сесии на Американската диабетна асоциация, Орландо, Флорида, 25–29 юни 2010 г.

Благодарим на д-р Джералд И. Шулман и Яна Косовер за измерването на оборота на глюкозата и глицерола.

Бележки под линия

Съдържанието на тази публикация е отговорност единствено на авторите и не представлява непременно официалните възгледи на Националния център за изследователски ресурси или Националните здравни институти.