Μελέτη του μεταβολισμού της γλυκόζης σε περιφερικούς ιστούς, σε ασθενείς με διαταραχή της θυρεοειδικής λειτουργίας

Abstract

Background: Although clinical hyper- and hypothyroidism are associated with insulin resistance, the information on insulin action and on glucose homeostasis in subclinical hyper- and hypothyroidism, is limited. The impairment of insulin action is a major pathogenic mechanism in states of hyperglycemia. Even though there is much information concerning the regulation of glucose metabolism from insulin in whole body level, the cellular or molecular mechanisms that are responsible for the impairment of insulin action are not very well detected. This is due to the difficulty in getting samples of the insulin-sensitive tissues of the human body (skeletal muscle, adipose tissue). Thus, it is necessary to find an easily accessible cell type, in order to determine the insulin action in cellular level. White blood cells/monocytes are chosen as a model for studying the insulin action in peripheral tissues because they are easily accessible, they have insulin receptors, that quickly respond to changes in insulin concentrations and they express all GLUT isoforms found in muscle and adipose tissue. Aim: The aim of this study was to investigate the sensitivity of glucose metabolism to insulin, both in vivo, by an oral glucose tolerance test, and in vitro, by measuring the insulin-stimulated rates of glucose transport in isolated monocytes in patients with thyroid disorders and in euthyroid subjects. Materials-Methods: To investigate this, we studied 21 euthyroid subjects, 16 patients with hyperthyroidism, 10 with subclinical hyperthyroidism, 12 patients with hypothyroidism and 13 with subclinical hypothyroidism. They all underwent a 5-hour oral glucose tolerance test (OGTT-75gr glucose), during which blood samples were drawn every 30 minutes for the measurement of glucose and insulin. Additionally, in time -30 min, 30ml of blood were drawn for the measurement of thyroid hormones levels and for the isolation of monocytes. These monocytes were then used to assess i) GLUT-3 and GLUT-4 glucose transporter levels on the monocyte plasma membrane in response to insulin and IGF-I, ii) insulin stimulated rates of glucose transport. Results: Clinical and subclinical hyperthyroidism: (1) Patients with clinical and subclinical hyperthyroidism had higher postprandial glucose levels, versus euthyroid. (2) In clinical, but not in subclinical hyperthyroidism, there were higher postprandial insulin levels, compared to euthyroid. (3) HOMA index was increased in both groups, while Matsuda and Belfiore indices were increased, compared to healthy subjects. (4) At 100 μU/ml insulin, i) GLUT-3 levels on the monocyte plasma membrane were increased in both groups, ii) glucose transport rates were decreased in patients with clinical hyperthyroidism, compared to euthyroid subjects, (5) In hyperthyroidism, during the stimulation of monocytes with IGF-I, there is increased sensitivity of the recruitment of GLUT-3 and GLUT-4 in the cell membrane. Clinical and subclinical hypothyroidism: (1) Plasma glucose levels were comparable in healthy subjects and in patients with clinical and subclinical hypothyroidism, whereas insulin levels were increased in both groups of patients, compared to healthy subjects. (2) HOMA index was increased in clinical and subclinical hypothyroidism, whereas Matsuda and Belfiore indices were decreased. (3) At 100 μυ/ml insulin i) GLUT-4 levels in the monocyte plasma membrane were decreased in clinical and subclinical hypothyroidism and, ii) glucose transport rates in monocytes from both groups of patients, were decreased versus euthyroid subjects. In the groups of clinical and subclinical hypothyroidism, there were statistically significant differences compared to the healthy group, concerning the expression of GLUT-3 and GLUT-4, in response to IGF-I. Conclusions: All groups of patients with thyroid disorders (clinical and subclinical states) were characterized by comparable insulin resistance. Insulin- stimulated glucose transport in isolated monocytes of patients with clinical hyperthyroidism was decreased. The same phenomenon was found m isolated monocytes of patients with clinical hypothyroidism, probably due to impaired translocation of GLUT-4 glucose transporters on the plasma membrane.

Εισαγωγή: Παρόλο που ο κλινικός υπέρ- και υποθυρεοειδισμός συσχετίζονται με αντίσταση των ιστών στην ινσουλίνη, οι πληροφορίες σχετικά με τη δράση της ινσουλίνης και την εν γένει ομοιοστασία της γλυκόζης στις καταστάσεις υποκλινικού υπέρ- και υποθυρεοειδισμού, είναι περιορισμένες. Η διαταραχή στη δράση της ινσουλίνης είναι κυρίαρχος παθογενετικός μηχανισμός σε καταστάσεις υπεργλυκαιμίας. Παρόλ' αυτά, αν και υπάρχει πλήθος πληροφοριών διαθέσιμο όσον αφορά στη ρύθμιση του μεταβολισμού της γλυκόζης από την ινσουλίνη σε ολοσωματικό επίπεδο, οι κυτταρικοί ή μοριακοί μηχανισμοί που ευθύνονται για τη διαταραχή στη δράση της ινσουλίνης δεν έχουν επαρκώς μελετηθεί. Το γεγονός αυτό οφείλεται κυρίως στη δυσκολία λήψης δειγμάτων από ινσουλινοευαίσθητους ιστούς στον άνθρωπο (σκελετικός μυς, λιπώδης ιστός). Έτσι, είναι αναγκαία η εύρεση εύκολα διαθέσιμων κυττάρων για να προσδιοριστεί η δράση της ινσουλίνης. Τα λευκά αιμοσφαίρια επιλέγονται ως πρότυπο μελέτης της δράσης της ινσουλίνης σε περιφερικούς ιστούς διότι είναι εύκολα προσβάσιμα, έχουν υποδοχείς, τόσο ινσουλίνης, οι οποίοι απαντούν γρήγορα σε αλλαγές της συγκέντρωσης της ινσουλίνης και εκφράζουν όλες τις ισόμορφες των μεταφορέων γλυκόζης GLUT. Σκοπός: Σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν να μελετηθεί η ευαισθησία του μεταβολισμού της γλυκόζης στην ινσουλίνη, τόσο in vivo, μέσω της δοκιμασίας ανοχής στη γλυκόζη, όσο και in vitro, μετρώντας το ρυθμό ινσουλινο-διεγειρόμενης μεταφοράς γλυκόζης σε απομονωμένα μονοκύτταρα, σε ασθενείς με διαταραχή της θυρεοειδικής λειτουργίας, αλλά και σε υγιείς. Υλικό-Μέθοδοι: Για το σκοπό αυτό μελετήθηκαν 21 υγιείς, 16 ασθενείς με υπερθυρεοειδισμό, 10 με υποκλινικό υπερθυρεοειδισμό, 12 ασθενείς με υποθυρεοειδισμό και 13 με υποκλινικό υποθυρεοειδισμό. Όλοι οι ανωτέρω υπεβλήθησαν σε πεντάωρη δοκιμασία από του στόματος ανοχής στη γλυκόζη (OGTT), με χορήγηση 75gr γλυκόζης, κατά τη διάρκεια της οποίας γινόταν λήψη δείγματος αίματος από καθετηριασμένη φλέβα του αντιβραχίου ανά μισή ώρα, προκειμένου να μετρηθούν οι τιμές γλυκόζης και ινσουλίνης. Επιπλέον, στον χρόνο -30min, γινόταν λήψη επιπλέον δείγματος αίματος (30ml) προκειμένου να γίνει μέτρηση των θυρεοειδικών ορμονών, αλλά και για την απομόνωση των περιφερικών μονοκυττάρων. Τα μονοκύτταρα αυτά χρησιμοποιούνταν στη συνέχεια για την εκτίμηση των επιπέδων GLUT-3 και GLUT-4 στην επιφάνεια των κυττάρων, σε απάντηση στην ινσουλίνη και στον IGF-I, καθώς και για τη μελέτη του ρυθμού ινσουλινο-διεγειρόμενης μεταφοράς γλυκόζης. Αποτελέσματα: Κλινικός και υποκλινικός υπερθυρεοειδισμός: (1) Στον κλινικό και υποκλινικό υπερθυρεοειδισμό, οι ασθενείς παρουσιάζουν υψηλότερα επίπεδα γλυκόζης κατά τη διάρκεια της καμπύλης, συγκριτικά με τους υγιείς. (2) Οι ασθενείς με κλινικό, αλλά όχι και αυτοί με υποκλινικό υπερθυρεοειδισμό, παρουσιάζουν αυξημένα επίπεδα ινσουλίνης μεταγευματικά, συγκριτικά με τους ευθυρεοειδικούς. (3) Ο δείκτης ινσουλινοαντίστασης ΗΟΜΑ ήταν αυξημένος στον κλινικό και υποκλινικό υπερθυρεοειδισμό, ενώ οι δείκτες Matsuda και Belfiore ήταν μειωμένοι και στις δύο ομάδες, σε σχέση με τους υγιείς. (4) Σε συγκέντρωση ινσουλίνης 100μU/ml, τα επίπεδα των GLUT-3 στη μεμβράνη των μονοκυττάρων ήταν αυξημένα στους ασθενείς με κλινικό και υποκλινικό υπερθυρεοειδισμό, συγκριτικά με τους υγιείς και ο ρυθμός μεταφοράς γλυκόζης ήταν μειωμένος στην ομάδα των ασθενών με κλινικό υπερθυρεοειδισμό. (5) Στον υπερθυρεοειδισμό, κατά τη διέγερση των μονοκυττάρων με IGF-I, παρατηρείται αυξημένη ευαισθησία στη συσσώρευση των υποδοχέων γλυκόζης GLUT-3 και GLUT-4 στην κυτταρική μεμβράνη. Κλινικός και υποκλινικός υποθυρεοειδισμός: (1) Τα επίπεδα γλυκόζης ήταν παρόμοια στους υγιείς και στους ασθενείς με κλινικό και υποκλινικό υποθυρεοειδισμό, ενώ τα επίπεδα ινσουλίνης ήταν αυξημένα στις ομάδες των κλινικών και υποκλινικών υποθυρεοειδικών, συγκριτικά με τους υγιείς. (2) Ο δείκτης ινσουλινοαντίστασης ΗΟΜΑ ήταν αυξημένος στον κλινικό και υποκλινικό υποθυρεοειδισμό, ενώ οι δείκτες Matsuda και Belfiore ήταν μειωμένοι. (3) Σε συγκέντρωση ινσουλίνης 100μU/ml, τα επίπεδα των GLUT-4 στη μεμβράνη των μονοκυττάρων ήταν μειωμένα στους ασθενείς με κλινικό και υποκλινικό υποθυρεοειδισμό, ενώ η μεταφορά γλυκόζης στα κύτταρα αυτά ήταν επίσης μειωμένη, συγκριτικά με τους υγιείς. (4) Στις ομάδες των ασθενών με κλινικό και υποκλινικό υποθυρεοειδισμό, δεν ανεδείχθησαν στατιστικά σημαντικές διαφορές συγκριτικά με τους υγιείς, όσον αφορά στην έκφραση των υποδοχέων γλυκόζης GLUT-3 και GLUT-4, υπό την επίδραση του IGF-I. Συμπεράσματα: Όλες οι ομάδες των ασθενών με διαταραχή της θυρεοειδικής λειτουργίας (κλινικές και υποκλινικές μορφές) παρουσιάζουν συγκρίσιμη αντίσταση των ιστών στην ινσουλίνη. Η ινσουλινοδιεγειρόμενη μεταφορά γλυκόζης σε απομονωμένα μονοκύτταρα ασθενών με κλινικό υπερθυρεοειδισμό ήταν μειωμένη. Το ίδιο διαπιστώθηκε και στα μονοκύτταρα ασθενών με κλινικό υποθυρεοειδισμό, πιθανώς ως αποτέλεσμα της διαταραγμένης μετατόπισης των μεταφορέων γλυκόζης GLUT-4 στην πλασματική τους μεμβράνη.