Etiologia i patogeneza cukrzycy

Etiologia i patogeneza cukrzycy. Biosynteza i mechanizm działania insuliny. Mechanizmy rozwoju oporności komórkowej na insulinę. Typy cukrzycy i ich różnicowanie (cukrzyce pierwotne – typu I, II, cukrzyca ciążowa, wtórne (typu III) i nietolerancja glukozy). Etiologia i patomechanizmy rozwoju cukrzycy typu I i II u psów i kotów. Patogeneza cukrzycy ciążowej u suk i kotek. Objawy cukrzycy. Zaburzenia metaboliczne w cukrzycy ze szczególnym uwzględnieniem ketoacidozy cukrzycowej. Patomechanizmy wybranych powikłań cukrzycy (zaćma, retinopatia cukrzycowa, nefropatie, neuropatie). Etiologia i patogeneza kacheksji cukrzycowej. Znaczenie białek glikozylowanych w przebiegu cukrzycy u psów i kotów. Różnicowanie cukrzycy z zespołem Fanconiego u psów. Cukrzyca jako choroba autoimmunologiczna. ĆWICZENIE PRAKTYCZNE – przeprowadzenie testu tolerancji glukozy u królika kontrolnego oraz u królika z farmakologiczną blokadą wydzielania insuliny (model cukrzycy typu I).

Cukrzyca (diabetes mellitus) – choroba przemiany materii polegająca na utracie zdolności do prawidłowego zużytkowania przez ustrój węglowodanów w następstwie bezwzględnego lub względnego niedoboru insuliny (typ I) lub obniżonej wrażliwości bądź oporności komórek na insulinę (typ II). Schemat budowy cząsteczki proinsuliny

Mechanizm wydzielania insuliny pod wpływem glukozy przez prawidłowe komórki β trzustki Schemat przedstawiający zależność pomiędzy metabolizmem glukozy i sekrecją insuliny przez komórki  (rycina została przedstawiona na następnym slajdzie). Glukoza po wejściu do komórki jest fosforylowana przez glukokinazę (GK) i przekształcana do pirogronianu (Pyr) na drodze glikolizy. Pirogronian w sposób uprzywilejowany przedostaje się do mitochondrium, gdzie jako substrat energetyczny jest włączany do cyklu kwasów trójkarboksylowych (TCA). Zredukowane przenośniki elektronów powstające w efekcie cyklu TCA włączane są do łańcucha oddechowego. Zachodzi hiperpolaryzacja błony mitochondrialnej i produkcja ATP. Równocześnie, zamknięcie zależnych od ATP kanałów jonowych dla K+ powoduje depolaryzację błony komórkowej, czego efektem jest z kolei otwarcie („bramkowanych” voltażem) kanałów jonowych dla Ca2+. Stężenie jonów wapniowych na terenie cytoplazmy znacznie wzrasta, czego konsekwencją jest wydzielanie insuliny z komórki na drodze egzocytozy. Istnieje również kilka innych domniemanych lub dodatkowych sygnałów, które uczestniczą w tym zjawisku: nukleotydy, ATP, GTP, cAMP, NADH, glutaminian, malonylo – CoA.

Schemat przedstawiający zależność pomiędzy metabolizmem glukozy i sekrecją insuliny przez komórki 

Schemat przedstawiający wzajemne oddziaływania tkanek podczas regulacji metabolizmu glukozy. Insulina wydzielana jest przez komórki β trzustki w odpowiedzi na wzrostpoziomu glukozy w osoczu krwi. Zmniejsza ona produkcję glukozy w wątrobie, równocześnie zwiększając wychwyt glukozy jej utylizację oraz magazynowanie w tkance tłuszczowej i w mięśniach. Adipocyty pełnią w tym mechanizmie istotną rolę uwalniając wolne kwasy tłuszczowe, które ograniczają pobieranie glukozy przez mięśnie i wydzielanie insuliny oraz zwiekszaja produkcję glukozy w wątrobie. Komórki tkanki tłuszczowej wydzielają także adipokiny, takie jak: leptyna, adiponektyna i TNF, które regulują przyjmowanie pokarmu , tempo wydatkowania energii i wrażliwość tkanek na insulinę.

Cukrzyca pierwotna : Typ I - cukrzyca insulinozależna (IDDM – insulin-dependent diabetes mellitus) Typ II – cukrzyca insulinoniezależna (NIDDM – non insulin dependent diabetes mellitus) Cukrzyca ciążowa (GDM – gravidatis diabetes mellitus) 2. Cukrzyca wtórna (typ III) 3. Upośledzenie tolerancji glukozy

Objawy cukrzycy: Hiperglikemia w osoczu krwi Glikozuria Poliuria Polidypsja Polifagia Utrata masy ciała (w niektórych typach cukrzycy)

(schemat znajduje się na kolejnym slajdzie) Mechanizm rozwoju cukrzycy typu I z udziałem autoreaktywnych limfocytów T (schemat znajduje się na kolejnym slajdzie) Aktywne limfocyty T krążą we krwi i organach limfoidalnych, również w trzustkowych węzłach chłonnych (PLNs). W węzłach chłonnych napotykają komórki prezentujące antygen (APCs) – najprawdopodobniej dojrzałe komórki dendrytyczne (DCs) posiadające na powierzchni cząsteczki MHC niosące antygeny w formie fragmentów peptydów. W przypadku cukrzycy typu I antygeny te pochodzą z białek syntetyzowanych przez komórki  trzustki i nabywane są, gdy APCs (prawdopodobnie niedojrzałe DCs) przebywają w obrębie wysp trzustkowych. Komórki T, które nie zetknęły się dotąd z antygenem nagle mogą rozpoznawać cząsteczki MHC/antygeny komórek , po ich rozpoznaniu stają się aktywne, a następnie wydostają się z węzłów chłonnych zyskując dostęp do tkanek i narządów, w tym do trzustki, gdzie ponownie napotykają podobne antygeny, ulegają reaktywacji i atakują komórki .

Mechanizm rozwoju cukrzycy typu I z udziałem autoreaktywnych limfocytów T

Etiologia i podstawy patogenezy cukrzycy ciążowej Wysoki poziom P-4 (ciąża, diestrus u suk) Redukcja wiązania endogennej insuliny z receptorem, ograniczenie dokomórkowego transportu glukozy Pobudzenie wydzielania somatotropiny powodującej wzrost sekrecji insuliny i w konsekwencji nasilenie oporności komórek na insulinę

Chiasson J.L. et al., CMAJ 2003. Schemat przedstawiający patogenezę ketoacidozy cukrzycowej (DKA) oraz stanu hiperglikemicznego hiperosmolarnego (HHS). Względny lub całkowity niedobór insulinypobudza produkcję glukozy w wątrobie, co skutkuje hiperglikemią,diurezą osmotyczną i odwodnieniem.Przy ciężkim niedoborze insuliny,wątroba zwiększa produkcję ciał ketonowych, co prowadzi do hiperketonemii i , następnie do kwasicy. ßOHB = kwas ß-hydroksymasłowy; AcAc =kwas acetooctowy

W celu diagnozowania cukrzycy u psów analizuje się poziom białek glikozylowanych– fruktozaminy lub glikozylowanej hemoglobiny. Glikozylowana hemoglobina powstaje w czasie nieodwracalnej reakcji nieenzymatycznej pomiędzy glukozą i hemoglobiną zachodzącej w erytrocytach. Stopień glikozylacji hemoglobiny jest bezpośrednio uzależniony od stężenia glukozy w osoczu krwi i długości życia erytrocytów. Glikozylowana hemoglobina jest uważana za wskaźnik średniego stężenia glukozy we krwi w ciągu ostatnich 2 – 3 miesięcy. W związku z tym, periodyczne oznaczanie hemoglobiny glikozylowanej jest korzystne przy monitorowniu postępów w leczeniu chorych na cukrzycę psów otrzymujących insulinę, jak też w monitorowaniu postępów choroby. Każdy wynik oznaczenia może być porównany z wynikiem otrzymanym w przypadku psa zdrowego, jak i z wynikiem uzyskanym poprzednio w przypadku danego pacjenta. Zmiany w poziomie glikozylowanej hemoglobiny mogą być jednak również wynikiem innych procesów, zarówno fizjologicznych, jak i związanych z innymi chorobami towarzyszącymi, nie mającymi bezpośredniego związku z cukrzycą. Z tego powodu warto znać tzw. wartość krytycznej różnicy (dk). Jeżeli różnica pomiędzy dwoma kolejnymi wykonanymi w pewnym odstępie czasu wynikami oznaczeń glikozylowanej hemoglobiny jest mniejsza od dk, przyjmuje się, że różnica ta jest spowodowana zmianami fizjologicznymi. Jednakże, gdy różnica ta jest większa od dk, przyjmuje się, iż jest ona spowodowana progresją cukrzycy lub rozwojem innej choroby towarzyszącej. dk = 2 2(s2 + e2)   gdzie: s – zmiana w poziomie glikozylowanej hemoglobiny stwierdzona w ciągu 1 tygodnia u danego (tego samego) psa e – zmiana w poziomie glokozylowanej hemoglobiny związana z błędem analitycznym.

Sposób postępowania w przypadku ketoacidozy cukrzycowej. Chiasson J.L. et al., CMAJ 2003.

ĆWICZENIE PRAKTYCZNE – przeprowadzenie testu tolerancji glukozy u królika kontrolnego oraz u królika z farmakologiczną blokadą wydzielania insuliny (model cukrzycy typu I). Królik kontrolny: wykonanie pomiaru poziomu glukozy we krwi (nakłucie żyły brzeżnej ucha) za pomocą glukometru (One Touch II) podanie dożylne 40% roztworu glukozy (0,5g/kg m.c.) pomiar poziomu glukozy we krwi po 10 min oraz dwukrotnie co 15 min   Królik z farmakologiczną blokadą wydzielania insuliny: wykonanie pomiaru poziomu glukozy we krwi (nakłucie żyły brzeżnej ucha) za pomocą glukometru. wywołanie blokady wydzielania insuliny przez podanie domięśniowe roztworu zawierającego: atropinę (0,2 mg/kg m.c.), phentolaminę (0,2 mg/kg m.c.) i propranolol (0,25 mg/kg m.c.) po 30 min dożylne podanie 40% roztworu glukozy (0,5g/kg m.c.) Wykreślenie i porównanie krzywych tolerancji glukozy dla królika kontrolnego oraz dla królika z farmakologiczną blokadą wydzielania insuliny.

Krzywa po dożylnym obciążeniu glukozą królika kontrolnego (kolor czerwony) oraz królika z zastosowaną krótkoterminową blokadą farmakologiczną wydzielania insuliny (kolor zielony)