Дейвид Б Олсен

1 Копенхагенски център за изследване на мускулите, Rigshospitalet, Дания

2 Катедра по медицинска физиология, Университет в Копенхаген, Дания

Масимо Сакети

1 Копенхагенски център за изследване на мускулите, Rigshospitalet, Дания

Флеминг Дела

1 Копенхагенски център за изследване на мускулите, Rigshospitalet, Дания

2 Катедра по медицинска физиология, Университет в Копенхаген, Дания

Торкил Плог

1 Копенхагенски център за изследване на мускулите, Rigshospitalet, Дания

2 Катедра по медицинска физиология, Университет в Копенхаген, Дания

Бенгт Салтин

1 Копенхагенски център за изследване на мускулите, Rigshospitalet, Дания

Резюме

Инсулин-медиираният глюкозен клирънс (GC) е намален при диабет тип 2. Счита се, че скелетните мускули отчитат по същество цялото увреждане. Такива оценки се основават на мускулите на краката и се екстраполират на мускулната маса на цялото тяло. Скелетните мускули обаче не са еднородна тъкан и инсулиновата резистентност може да не бъде равномерно разпределена. Измервахме базален и инсулин-медииран (1 pmol мин -1 kg -1) GC едновременно в ръката и крака при пациенти с диабет тип 2 (TYPE 2) и контролите (CON) (n = 6 и за двете). По време на скобата артерио-венозната екстракция на глюкоза е по-висока при CON срещу TYPE 2 в ръката (6,9 ± 1,0 срещу 4,7 ± 0,8%; средно ± sem; P = 0,029), но не и в крака (4,2 ± 0,8 срещу 3,1 ± 0,6 %). Кръвният поток не се различава между CON и TYPE 2, но е по-висок (съответно P -1 kg -1 мускул). В основата си CON имаше 84% по-висок GC на рамото (P = 0,012) и 87% по-висок GC на крака (P = 0,016) в сравнение с TYPE 2. По време на затягане разликата между CON и TYPE 2 в GC на рамото беше намалена до 54%, но поддържани на 80% в крака. В заключение, това проучване показва, че глюкозният клирънс е по-висок в ръцете, отколкото мускулите на краката, независимо от инсулиновата резистентност, което може да показва по-добре запазена инсулинова чувствителност в ръката, отколкото мускулите на краката при диабет тип 2.

Скелетните мускули, които съставляват ~ 40% от телесната маса, са основната тъкан, участваща в метаболизма на глюкозата и важно място за инсулинова резистентност при затлъстяване и диабет тип 2 (DeFronzo et al. 1992).

Транспортът и усвояването на глюкозата са намалени в скелетните мускули при диабет тип 2 (Dela et al. 1995; Zierath et al. 1996). Смята се, че намаленото усвояване на мускулна глюкоза възлиза на ∼55% (Basu et al. 2000) или дори до ∼100% (DeFronzo et al. 1992) от намаляването на изчезването на глюкозата в цялото тяло по време на скоба в сравнение със здрави индивиди . Тези числа обаче се изчисляват от усвояването на глюкозата в мускулите на краката и се екстраполират върху цялата мускулна маса въз основа на предположението, че усвояването на глюкоза е подобно в мускулите на горната и долната част на тялото.

Съществува вероятност да има разлика в усвояването на глюкозата между мускулите, тъй като например капацитетът за усвояване на глюкоза е по-голям при червените окислителни, отколкото при белите гликолитични мускулни влакна (Lillioja et al. 1987; Goodyear et al. 1991). Въпреки че разликите в състава на типа влакна могат да бъдат по-големи при други видове, отколкото при човека, те биха могли да допринесат за разликата в чувствителността към инсулин между мускулите на ръцете и краката (Johnson et al. 1973; Schantz et al. 1983). Нещо повече, преференциалното субстратно окисление се различава между мускулите на ръцете и краката и в гладно по време на нормоинсулинемия степента на усвояване на глюкоза е по-висока в ръката в сравнение с мускулите на краката (Möller-Loswick et al. 1991; Ahlborg & Jensen-Urstad, 1991) Дали мускулите на горните крайници също поддържат чувствителността си към инсулин по-добре с възрастта, отколкото мускулите на краката, остава да се проучи. Последните доклади показват, че една и съща тъкан в различни области не е метаболитно равна (Enevoldsen et al. 2001; Hagstrom-Toft et al. 2002).

Изследвахме усвояването на глюкоза в ръцете и краката в базално състояние и по време на физиологична изогликемична инсулинова скоба при пациенти с диабет тип 2 (ТИП 2) и контролни групи, съответстващи на възрастта (CON). Хипотезата беше, че инсулиновата резистентност при ТИП 2 се намира предимно в мускулите на краката.

Методи

Субекти

Изследването включва шест ТИП 2 и шест CON (Таблица 1). Всички субекти бяха мъже. Нито един от субектите не е участвал в никакви редовни физически дейности и никой не е имал хипертония. Пациентите са лекувани с диета (n = 2), инсулин (n = 1), метформин (n = 2) и с метформин и сулфанилурея (n = 1). Двама пациенти са получили понижаващо холестерола лекарство (симвастатин) и един ниски дози ацетилсалицилова киселина. В CON всички са имали нормална медицинска карта и орален тест за глюкозен толеранс (OGTT); никой не е получавал лекарства или е имал фамилна анамнеза за диабет тип 2. Изследването е одобрено от местната етична комисия и е проведено в съответствие с Декларацията от Хелзинки. Всички субекти дадоха своето информирано писмено съгласие.

маса 1

Възраст (години) Телесно тегло (kg) ИТМ (kg m -2) Общо телесни мазнини (%) Мускулна маса на ръката (kg) Мускулна маса на бедрото (kg)
CON (n = 6)50 ± 493 ± 829 ± 229 ± 23,3 ± 0,28,1 ± 0,7
ТИП 2 (n = 6)58 ± 2105 ± 633 ± 229 ± 33,9 ± 0,29,0 ± 0,3

ПРОТИВ: шест здрави контролни субекта. ТИП 2: шест пациенти с диабет тип 2. ИТМ: индекс на телесна маса. Общата телесна мазнина и мускулна маса се изчисляват чрез сканиране с DEXA. Няма разлика в процентното съдържание на мазнини в ръцете или краката между групите или между двата крайника (данните не са показани).

Пред-експериментални процедури

Всички субекти се отчитат в лабораторията в 08.00 ч. След гладуване през нощта (12 ч.). Всички лекарства бяха прекратени 24 часа преди проучването и всички участници бяха инструктирани да се въздържат от всякакви тежки физически натоварвания или специални диети за предходните 72 часа. Под местна анестезия 20G тефлонов катетър беше въведен в лявата бедрена вена в ретроградна посока и в лявата бедрена артерия, използвайки техниката на Seldinger. За вземане на проби от венозна кръв, представителна за целия горен крайник, 14G субклавиален катетър се въвежда в кубитална вена в лявата ръка и се придвижва в антеградната посока към субклавиалната вена. Проведена е рентгенова снимка на гръдния кош, за да се осигури правилно положение с върха на катетъра в средната част на субклавиалната вена. За инфузия на глюкоза и инсулин е поставен 16G катетър в кубитална вена в дясната ръка. По време на изпитването всички катетри са патентовани чрез промиване с 0,9% физиологичен разтвор. Субектите са си почивали в легнало положение по време на експеримента.

Експериментален дизайн

Както TYPE 2, така и CON са изследвани при техните обичайни плазмени концентрации на гладно. В ∼0,30 ч. Започва базален период от 5 ч. Артериалната кръв и венозната кръв на краката и ръцете за анализ на субстрата са получени на изходно ниво и след това на всеки 60 минути. Във всяка точка на пробата се измерва притокът на кръв в субклавиалната и бедрената артерия с помощта на доплер ултразвук. След базалния период започва инфузия на ниски дози инсулин (1 pmol (0,167 mU) min -1 kg -1). Глюкозата се притиска при стойността, измерена в края на 5-часовия базален период (фиг. 1). По време на скобата се взема проба от артериална кръв на всеки 10 минути и се анализира за концентрации на глюкоза и калий (ABL 715, Radiometer, Дания). Калият се влива, за да се поддържат изходните стойности. Венозна кръв от артериална и крака и от ръцете се взема на всеки 60 минути през целия период на притискане с последващо измерване на кръвния поток (в три екземпляра). По време на вземане на кръв маншетите, поставени под коляното и на китката, бяха напомпани до над систолното кръвно налягане.

клирънсът

* Намалявайте с времето, P s.e.m.

Аналитични процедури

Кръв за анализ на инсулин и С-пептид (техника Elisa, DAKO, Glostrup, Дания) се събира в предварително охладени епруветки, съдържащи 0,3 m EDTA (10 µl ml -1 кръв) и веднага се центрофугира в продължение на 10 минути при 4000 rppm. и 4 ° С. Плазмата се замразява и съхранява при -80 ° C до анализ.

Изчисления

Данните за глюкозния баланс в ръката и крака се дават като скорости на клирънс на килограм мускулна маса (ml min -1 kg -1) и се изчисляват като:

където [Глюкоза] венозна е концентрацията на глюкоза в плазмата на крака или ръката, а Hct е хематокритът. Мускулната маса е чистата мускулна маса на бедрото или ръката, получена чрез сканиране с DEXA (Таблица 1).

Инсулин-медиираното усвояване на глюкоза в цялото тяло се изчислява като стационарна скорост на инфузия на глюкоза (GIR), осреднена за период от 10 минути.

При сравняване на базалния период с този на стимулирания от инсулин период бяха използвани последните 4 часа от базалния период за сравнение.

Статистика

По време на базалния период плазмените концентрации на инсулин са били по-високи при ТИП 2 (P Фиг. 2). По време на притискането плазмените концентрации на инсулин са склонни (P = 0,05) да бъдат по-високи в ТИП 2 в сравнение с CON (фиг. 2). Средният плазмен инсулин се е увеличил от 39 ± 6 pmol l -1 през периода на гладуване до 82 ± 7 pmol l -1 по време на инсулиновата скоба (P -1 до 141 ± 15 pmol l -1 (P Фиг. 2А). Скорости на инфузия на глюкоза са били по-ниски в ТИП 2 в сравнение с CON (P Фиг. 3).

Концентрациите на инсулин и С-пептид винаги намаляват с времето по време на базалния период (P s.m.

GIR е значително по-нисък при пациентите с диабет тип 2 (P m.e.

Ръце и крака

Стойностите са средни стойности ± s.e.m. # Значителна разлика (основен ефект) между двете проучвани групи. Взаимодействие между променливите се наблюдава при екстракция на средно рамо (A) (P = 0,017) и скорости на изчистване на глюкозата (C) (P = 0,038) по време на инфузия на инсулин и звездичка (*) показва местоположението на значителната разлика между групите ( Метод на Студент-Нюман-Килс).

В рамките на всяка група скоростите на глюкозен клирънс в ръката са по-високи, отколкото в крака през базалния период (CON: + 157% (P = 0,0001); ТИП 2: + 158% (P = 0,0005)) и по време на инфузионната инфузия (CON: + 171% (P = 0,0002); ТИП 2: + 217% (P = 0,007) (Фиг. 4C).

Няма разлика в съдържанието на протеин GLUT4 в ръцете или краката между CON и TYPE 2 или между ръката и крака и в двете групи (данните не са показани).

Дискусия

Основните открития на настоящото проучване са (1) по-висок мускулен клирънс на глюкозата в ръката, отколкото в крака, независимо от инсулиновата резистентност; (2) относително по-добре запазена инсулинова чувствителност в мускулите на ръката при ТИП 2. По този начин това проучване показва, че скелетната мускулатура не е еднородна тъкан и че предишните екстраполации на инсулиновата чувствителност на мускулите на краката към цялото тяло не винаги са подходящи, особено при условия на ниска концентрации на инсулин.

Настоящите констатации имат няколко последици. Най-интригуващото е демонстрирането на нехомогенно разпределение на инсулиновата резистентност в мускулите на ръцете и краката от ТИП 2. Нарушеното инсулиново стимулирано мускулно усвояване на глюкозата (MGU) е отличителен белег на диабет тип 2 (DeFronzo et al. 1992) и намалено MGU е показан последователно в проучвания, използващи артерио-венозни разлики през крака (напр. Dela et al. 1995). Въпреки това, при проучвания, използващи техниката на артерио-венозния баланс на предмишницата, намаленото усвояване на глюкоза е по-малко последователно (Avogaro et al. 1996, 1997; Blaak & Wagenmakers, 2002). Това е в съответствие с нашите констатации. Възможно е трудностите при демонстрирането на намален MGU в модела на предмишницата да се дължат на относително запазена инсулинова чувствителност в мускулите на ръцете в ТИП 2. Това трябва да се има предвид при използване на техниката за артерио-венозен баланс на предмишницата.

Друго отражение на настоящото откритие е поглъщането на глюкоза от частично мускулите. Basu и сътр. (2000) са изчислили, че намаленото усвояване на мускулна глюкоза може да представлява ~ 55% от намаленото изхвърляне на глюкоза в цялото тяло, докато DeFronzo et al. (1992) изчисляват, че мускулите представляват по същество цялото увреждане на усвояването на глюкоза, медиирано от инсулин. Тези оценки са изчислени от мускулите на краката и екстраполирани върху мускулната маса на цялото тяло. Тъй като инсулиновата резистентност може да не бъде разпределена равномерно, трябва да се има предвид, че поне мускулите на ръката и раменете на горната част на тялото имат по-голямо усвояване на глюкоза както при здрави индивиди, така и при диабет тип 2.

Възможно обяснение за разликата в инсулиновата чувствителност на ръцете и краката, открита тук, може да се дължи на разликите в съдовата реакция между горните и долните крайници. Наскоро Newcomer et al. (2004) демонстрират, че вазодилататорният отговор на ръката в сравнение с краката е по-висок както към фармакологичните, така и към физиологичните вазодилататорни стимули, причинени или от намалена продукция на NO, или от намалена NO реакция на крака. Важно действие на инсулина е вазодилатацията чрез генериране на NO (Scherrer et al. 1994), допринасяйки за цялостния му ефект върху доставката на глюкоза и хормони до мускулите (Clark et al. 2003). Следователно намален вазодилататорен отговор на инсулин в крака с намалено набиране на хранителни капиляри в сравнение с рамото вероятно ще доведе до намален глюкозен клирънс в долния крайник. При ниски физиологични дози, използвани в нашето проучване, инсулинът може да стимулира капилярното набиране, без едновременно увеличаване на кръвния поток в крайниците (Zhang et al. 2004). Това вероятно обяснява защо не видяхме увеличение на общия кръвен поток нито в краката, нито в ръката по време на инсулиновата скоба.

Това, че съществуват разлики между горните и долните крайници, се вижда в развитието на атеросклероза. Въпреки че не са невиждани в ръцете (Royster & Older, 1966; Sorensen et al. 1997), артеросклеротичните плаки се развиват предимно и по-тежко в краката (Bucciarelli et al. 2002). Това също е в съответствие с общия клиничен опит на исхемични симптоми.

Ограничение за настоящото изследване се отнася до факта, че субектите са изследвани в легнало положение по време на целия експеримент. Освен когато са в леглото, хората прекарват голяма част от времето в ходене или седене. Лежането за дълъг период не е истинска физиологична ситуация и следователно нашите резултати могат да се отнасят само за легнало положение в покой.

В заключение това проучване показа, че глюкозният клирънс и инсулиновата чувствителност са относително запазени в мускулите на ръцете при диабет тип 2 и че както при CON, така и при TYPE 2 мускулният клирънс на глюкозата е по-висок в сравнение с клирънса на глюкоза в краката. Дали това се отнася до състава на влакната, присъщите метаболитни разлики, развити чрез еволюция, или е резултат от различен вазодилататорен отговор към инсулина, не е известно. Бъдещите изследвания, изследващи транслокацията на GLUT4 и стъпките на фосфорилиране, могат да дадат представа не само защо тази регионална разлика в инсулиновата чувствителност съществува между скелетните мускули в човешкото тяло, но и защо се развива инсулиновата резистентност.

Благодарности

Герда Хау е благодарена за умелото техническо съдействие. Изследването е подкрепено от Датската национална изследователска фондация (504-14), Novo Nordisk A/S, Фондацията от 1870 г., Фондация Якоб и Олга Мадсенс и Фондация Else и Mogens Wedell-Wedellsborg.