Резюме

ОБЕКТИВЕН Да осигури цялостна оценка на мултиорганната чувствителност към инсулин при слаби и затлъстели лица с нормален глюкозен толеранс.

чувствителност

ПРОЕКТИРАНЕ И МЕТОДИ НА ИЗСЛЕДВАНИЯТА Процедурата на хиперинсулинемично-евгликемична скоба със стабилни изотопно белязани инфузионни инфузии се извършва при 40 затлъстели (BMI 36,2 ± 0,6 kg/m 2, средно ± SEM) и 26 слаби (22,5 ± 0,3 kg/m 2) пациенти с нормален глюкозен толеранс. Инсулинът се влива с различна скорост, за да се постигнат ниски, средни и високи физиологични плазмени концентрации.

РЕЗУЛТАТИ При затлъстели пациенти палмитат и глюкоза Ra в плазмата намаляват с увеличаване на плазмените концентрации на инсулин. Намаляването на ендогенната глюкоза Ra е по-голямо при инфузии с ниски, средни и високи дози инсулин (69 ± 2, 74 ± 2 и 90 ± 2%), отколкото потискането на палмитат Ra (52 ± 4, 68 ± 1 и 79 ± 1%). Инсулин-медиираното увеличение на изхвърлянето на глюкоза варира от 24 ± 5% при ниски до 253 ± 19% при високи физиологични концентрации на инсулин. Потискането на палмитат Ra и глюкоза Ra са били по-големи при слаби лица при затлъстели лица по време на инфузия на инсулин с ниски дози, но са били еднакви и в двете групи по време на инфузия на високи дози инсулин, докато стимулацията на глюкоза Rd е била по-голяма при слаби лица при затлъстели лица през целия период физиологичен диапазон на плазмения инсулин.

ЗАКЛЮЧЕНИЯ Ендогенното производство на глюкоза и липолитичната скорост на мастната тъкан са много чувствителни към малки увеличения на циркулиращия инсулин, докато стимулирането на усвояването на мускулната глюкоза е минимално, докато се достигнат високи физиологични плазмени концентрации на инсулин. Хиперинсулинемията в нормалните физиологични граници може да компенсира както инсулиновата резистентност на черния дроб, така и на мастната тъкан, но не и инсулиновата резистентност на скелетните мускули при затлъстели хора, които имат нормален глюкозен толеранс.

Затлъстяването е свързано със съзвездие от метаболитни промени, които са рискови фактори за коронарна болест на сърцето, включително диабет, дислипидемия и неалкохолна мастна чернодробна болест (1). Вероятно е инсулиновата резистентност в специфични органични системи, а именно мастна тъкан, черен дроб и скелетна мускулатура, да участва в патогенезата на тези метаболитни аномалии (2,3). Ефектът на инсулиновата резистентност върху ежедневния метаболизъм на глюкоза и свободни мастни киселини (FFA) при затлъстели хора, които нямат диабет, е неясен, тъй като е възможно хиперинсулинемията, свързана със затлъстяването, да преодолее дефекта в действието на инсулина и да нормализира метаболитната функция. Всъщност данните от големи проучвания показват, че концентрациите на базална плазмена глюкоза и FFA при затлъстели хора не се различават от тези при слаби индивиди (4). Съответно е възможно много хора със затлъстяване да имат мултиорганна инсулинова резистентност и да са с повишен риск от развитие на метаболитни заболявания, дори когато концентрациите на базална глюкоза и FFA са нормални.

Оценката на действието на инсулина е сложна, тъй като инсулинът има множество метаболитни функции, които се различават в различните органи и изискват различни дози инсулин за постигане на максимални ефекти (5). Многостепенна процедура на хиперинсулинемично-евгликемична скоба (HECP), проведена заедно с изотопно маркирани инфузионни инфузии за измерване на кинетиката на субстрата, може да се използва за определяне едновременно на инсулиновото действие в черния дроб (потискане на глюкоза Ra в плазма), мускулите (стимулиране на глюкоза Rd от плазма) и мастна тъкан (потискане на липолизата на триглицеридите на мастната тъкан; т.е. глицерол и палмитат Ra в плазма).

ПРОЕКТИРАНЕ И МЕТОДИ НА ИЗСЛЕДВАНИЯТА

Общо 26 слаби (ИТМ 18,5–24,9 kg/m 2) и 40 затлъстели (30,3–44,2 kg/m 2) заседнала (2 H2) глюкоза (първоначална доза 22,5 μmol · kg -1, скорост на инфузия 0,25 μmol · kg - 1 · min-1) започва в 0600 h, последвано в 0800 h от непрекъсната инфузия на [2,2-2 H2] палмитат (0,035 μmol · kg -1 · min -1) или [U-13 C] палмитат (0,006 μmol · kg −1 FFM −1 · min −1), и само при затлъстели лица, грундирана, непрекъсната инфузия на [1,1,2,3,3–2 H5] глицерол (първоначална доза 1,2 μmol · kg -1, приложена скорост на инфузия 0,08 μmol · kg −1 · min −1) .След 3,5 часа [6,6–2 H2] инфузия на глюкоза (базален период) се стартира двуетапен HECP и продължава for6,5 ч. [2,2-2 H2] палмитат или [U-13 C] инфузия на трасиращ палмитат може да се използва за оценка на кинетиката на палмитат, тъй като и двата трасера ​​водят до едни и същи стойности Ra на палмитат (BWP, SK, непубликувано наблюдение).

Анализи на проби

Плазмената концентрация на глюкоза се измерва с автоматизиран глюкозен анализатор (Yellow Spring Instruments Co., Yellow Springs, OH). Плазмените концентрации на инсулин и С-пептид се измерват с хемилуминесцентен имуноанализ (Immulite 1000; Diagnostic Products Corporation, Лос Анджелис, Калифорния). Концентрациите на FFA в плазмата се определят чрез газова хроматография, а плазмените съотношения на глюкоза, палмитат и глицерол-следи към следи в плазмата се определят с помощта на електронна ударна йонизационна газова хроматография – масспектрометрия, както е описано по-горе (6,7). Концентрациите на триглицериди и холестерол в плазмата се измерват ензимно, като се използва автоанализатор Hitachi 917 (Hitachi, Токио, Япония); LDL холестеролът се изчислява с помощта на уравнението на Friedewald (8).

Изчисления.

Изотопните условия в стационарно състояние са постигнати през последните 30 минути от базалния период и етапи 1 и 2 от процедурата на притискане. Следователно уравнението на Steele за стационарни условия беше използвано за изчисляване на кинетиката на субстрата (9). Глюкозата Rd от плазмата е равна на ендогенната глюкоза Ra плюс скоростта на екзогенно инфузирана декстроза и индикатор за глюкоза. Кинетиката на палмитат и глицерол се изразява в микромоли на килограм мастна маса в минута, за да се осигури индекс на липолитична активност на мастната тъкан спрямо количеството ендогенни мастни запаси и в микромоли на килограм FFM на минута, за да се осигури индекс за наличност на FFA за постни тъкани, които използват мастни киселини за гориво. Концентрациите на порталната вена и чернодробния синусоидален инсулин при лица със затлъстяване се оценяват от измерените концентрации на артериален инсулин и С-пептид съгласно метода на Staehr et al. (10).

статистически анализи

Извършени са статистически анализи със SPSS за Windows (версия 17.0; SPSS, Чикаго, Илинойс). Резултатите се отчитат като средни стойности ± SEM (нормално разпределени набори от данни) или медиани и интерквартилни диапазони (изкривени набори от данни). Съответно, тестът Student за независими проби или тестът на Mann-Whitney U бяха приложени, както е подходящо, за сравняване на разликите в характеристиките на субекта и мултиорганната инсулинова чувствителност между слаби (n = 26) и затлъстели (n = 14) субекти, получили същия инсулин скорости на инфузия по време на HECP (т.е. инфузии с ниски и високи дози). Сдвоеният тест на Student t или тестът с подписан ранг на Wilcoxon бяха използвани за оценка на ефекта на инфузионната инфузия върху кинетиката на субстрата в рамките на постно (n = 26) и затлъстяване (n = 14 за инфузия с ниски дози [7 mU · m −2 BSA · min -1, n = 26 за инфузия със средна доза [20 mU · m -2 BSA · min -1, и n = 40 за инфузия с висока доза [50 mU · m -2 BSA · min -1]) групи. P ≤ 0,05 се счита за статистически значима.

РЕЗУЛТАТИ

Характеристики на предмета

Характеристиките на изследваните субекти са показани в Таблица 1. Въпреки че средните плазмени концентрации на глюкоза не се различават значително между слабите и затлъстелите лица, средната плазмена концентрация на инсулин е три пъти по-висока в групата със затлъстяване, отколкото в слабата група. Средната плазмена концентрация на триглицериди е по-висока при затлъстели, отколкото слабите лица, а концентрацията на HDL холестерол е по-ниска; концентрацията на LDL холестерол обаче не се различава при слаби и затлъстели пациенти. Общата плазмена концентрация на FFA не се различава при слаби и затлъстели пациенти.

Характеристика на учебните предмети

Концентрации на инсулин и С-пептид при затлъстели лица

Потискане на глицерол Ra (бели стълбове), палмитат Ra (излюпени ленти) и глюкоза Ra (черни стълбове) по време на инфузии с ниски дози, средни дози и високи дози инсулин при затлъстели лица. Стойностите са средни стойности ± SEM. * P −2 BSA · min -1 и 50 mU · m -2 m BSA · min -1, съответно). В постната група инсулинът, инфузиран при 7 (ниска доза) и 50 (висока доза) mU · m −2 BSA · min -1, доведе до значително различни (P ≤ 0,01) концентрации на SPI от 70 ± 7 и 399 ± 25 pmol/L, съответно. По време на инфузия на ниски дози инсулин, концентрацията на SPI при слаби индивиди е с ∼50% по-ниска от съответната концентрация на SPI при съответно затлъстели лица (P −1 · min −1, съответно), отколкото при затлъстяване (12,7 ± 0,5 и 13,1 ± 0,5 μmol · kg FFM -1, мин -1, съответно) субекти (P -1, min -1), отколкото слаби (1.7 ± 0.1 μmol · kg FFM -1, мин -1, съответно P 2 = 1 и R 2 = 0.968) . B: Палмитат Ra (R2 = 0,9486 и R2 = 0,988, съответно). С: Глюкоза Rd (R2 = 0,957 и R2 = 0,932, съответно). Стойностите са медиани и интерквартилни диапазони.

Корелация между системната плазмена концентрация на инсулин и кинетиката на субстрата при слаби (○; n = 26) и затлъстели (●; n = 14) субекти. A: Глюкоза Ra (R 2 = 1 и R 2 = 0,968, съответно). B: Палмитат Ra (R2 = 0,9486 и R2 = 0,988, съответно). С: Глюкоза Rd (R2 = 0,957 и R2 = 0,932, съответно). Стойностите са медиани и интерквартилни диапазони.

ЗАКЛЮЧЕНИЯ

Изучихме група слаби субекти, за да служим като група за сравнение на нашите затлъстели субекти. Въпреки че по отношение на слабата група, групата със затлъстяване демонстрира доказателства за метаболизъм на глюкоза, устойчив на инсулин, в черния дроб и скелетните мускули и метаболизма на мастните киселини в мастната тъкан по време на HECP, основната концентрация на глюкоза не се различава значително между двете групи. Нормализирането на основния метаболизъм на глюкозата вероятно е причинено от тройно по-висока концентрация на инсулин в плазмата при затлъстелите, отколкото слабите лица, което компенсира дефекта в действието на инсулина. По този начин, въпреки че нашите затлъстели субекти са имали нормални резултати от плазмената глюкоза на гладно и пероралния тест за толерантност към глюкоза, те са имали доказателства за мултиорганна инсулинова резистентност, когато са предизвикани от инфузионна инфузия. Тези резултати подчертават сложността на оценката на метаболитното здраве на хората със затлъстяване. Въпреки че приблизително една трета от хората със затлъстяване се считат за „метаболитно нормални“ (11,12), вероятно е повечето от тези индивиди да са „резистентни на инсулин“ по отношение на метаболизма на глюкозата и мастните киселини и следователно с повишен риск от диабет и коронарна болест на сърцето (13–15).

Въпреки че нашите групи не бяха идеално съпоставени по отношение на възрастта, е малко вероятно възрастовите разлики да объркат нашите резултати или заключения. И постните, и затлъстелите субекти бяха на средна възраст, а нашите затлъстели субекти бяха малко по-млади от нашите слаби субекти. Следователно, разликата във възрастта между групите не би могла да допринесе за инсулиновата резистентност, наблюдавана при нашите затлъстели субекти в сравнение с нашата слаба група, тъй като чувствителността към инсулин намалява с напредването на възрастта (29,30).

В обобщение, дори затлъстелите хора, които имат нормален орален глюкозен толеранс, проявяват мултиорганна инсулинова резистентност спрямо слабите субекти. Малко повишаване на плазмената концентрация на инсулин потиска производството на глюкоза и липолитичните нива, докато стимулирането на усвояването на глюкозата в мускулите е минимално, докато се достигнат високи физиологични плазмени концентрации на инсулин. Тази поетапна, интегрирана реакция на органи на повишаващите се концентрации на инсулин (и наличността на глюкоза) помага да се поддържа евгликемия и да се гарантира, че адекватната глюкоза се доставя в мозъка, като същевременно предотвратява ненужното мобилизиране на ендогенни енергийни запаси, когато има малко увеличение на наличността на глюкоза; той обаче предотвратява потенциално токсичната хипергликемия, когато наличността на глюкоза и плазмените концентрации на инсулин са високи. Хиперинсулинемията, свързана със затлъстяването, спомага за нормализиране на EGP и липолитичната скорост, но не е достатъчна, за да компенсира дефекта в усвояването на глюкоза в скелетните мускули, медиирано от инсулин.

Благодарности

Тази работа беше подкрепена от Националните здравни институти за безвъзмездна помощ DK-37948, DK-56341 (Център за изследване на храненето и затлъстяването), UL1-RR-024992 (Награда за клинична и транслационна наука) и RR-00954 (Биомедицински ресурс за масова спектрометрия), и с безвъзмездна помощ от фондация „По-дълъг живот“.

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

C.C. извършва експерименти, изследва данни, анализира данни и пише ръкописа. E.F. извършва експерименти, допринася за дискусията и преглежда и редактира ръкописа. М.К. извършва експерименти и преглежда и редактира ръкописа. Б.М. допринесе за дискусията и прегледа и редактира ръкописа. B.W.P. анализира проби от проучване и данни, допринася за дискусията и преглежда и редактира ръкописа. S.K. проектира проучването, прегледа данните, допринесе за дискусията и прегледа и редактира ръкописа. S.K. е гарант за тази работа и като такъв е имал пълен достъп до всички данни в проучването и поема отговорност за целостта на данните и точността на анализа на данните.

Авторите благодарят на Freida Custodio, Jennifer Shew и Dr. Adewole Okunade (Медицински факултет на Вашингтонския университет, Сейнт Луис, MO) за техническата им помощ; персонала на звеното за клинични изследвания (Медицински факултет на Вашингтонския университет, Сейнт Луис, Мисури) за помощта при извършването на проучванията; и учебните предмети за тяхното участие.