1

FIZIOPATOLOGIA DIABETULUI ZAHARAT

Glicemia

Nivelul glicemiei (concentraţia plasmatică a glucozei) este menţinut în

limite normale (50-100 mg/dl) de echilibrul dintre:

- absorbţia intestinală în urma digestiei carbohidraţilor;

- catabolismul glucozei la nivel celular;

- glicogenoliză (glicogenul reprezintă forma de depozit a glucozei);

- gluconeogeneză (formarea de glucoză din aminoacizi, în special alanină

şi glutamină, precum şi din acizi graşi, lactat şi glicerol.

Postprandial, catabolizarea glucozei la nivel celular presupune:

- 50 % din totalul glicemic este catabolizat prin glicoliză, cu formare de

piruvat care pătrunde în ciclul Krebs şi generează energie (ATP) ;

- 40 % din totalul glicemic postprandial participă la formarea depozitelor

adipoase ;

- 5 % din totalul glicemic se depozitea sub formă de glicogen.

# Ficatul poate prelua glucoza din plasmă şi o poate depozita sub formă de

glicogen sau o poate transforma în acizi graşi (AG). Aceştia pot fi

depozitaţi în ficat sau transportaţi, sub formă de VLDL, la nivelul

ţesuturilor.

2

În acelaşi timp, ficatul este sursa principală de glucoză endogenă,

producând glucoză prin glicogenoliză şi gluconeogeneză.

# La nivel renal sunt prezente, de asemenea, enzimele necesare pentru

realizarea gluconeogenezei şi glicogenolizei. Doar ficatul şi rinichiul

prezintă glucozo-6-fosfataza, enzimă cu rol în eliberarea glucozei de la

nivel celular în circulaţie (glucozo-6-fosfataza transformă glucozo-6-

fosfatul în glucoză).

# Muşchii pot folosi glucoza ca sursă energetică sau o pot depozita sub

formă de glicogen.

# Ţesutul adipos poate utiliza glucoza pentru sinteza de acizi graşi sau

pentru formarea de glicerol-3-fosfat care esterifică acizii graşi (proveniţi în

special din VLDL) pentru a forma trigliceride (forma de depozitare a

lipidelor).

# La nivel cerebral, în condiţii fiziologice, glucoza este principalul

substrat energetic. Doar în condiţii de post alimentar prelungit corpii

cetonici pot asigura necesarul energetic al celulelor cerebrale.

Glucoza ajunge la nivelul celulelor cerebrale direct prin difuziune

facilitată de concentraţia plasmatică a glucozei (menţinerea nivelului

plasmatic normal al glucozei este foarte importantă pentru

supravieţuirea celulelor cerebrale). Mecanismele fiziologice de

prevenire a hipoglicemiei sunt atât de dezvoltate încât aceasta este un

eveniment clinic relativ rar.

3

La un adult de talie medie, glicogenul nu poate asigura glucoza necesară

mai mult de 8 ore de repaus alimentar. Dacă repausul alimentar se

prelungeşte, principala sursă de glucoză devine gluconeogeneza (în

principal din aminoacizi).

Concentraţia plasmatică a glucozei este menţinută in limite normale prin

acţiunea factorilor glucoreglatori (în special hormonali).

Insulina este principalul hormon hipoglicemiant care se sintetizează la

nivelul celulelor beta-pancreatice.

Hormonii hiperglicemianţi sunt:

- glucagonul (secretat de celulele alfa-pancreatice);

- epinefrina (secretată de medulosuprarenală);

- cortizolul (secretat de corticosuprarenală);

-hormonul de creştere (secretat de hipofiză).

Insulina şi efectele ei metabolice

Insulina este un hormon anabolizant, principalul său rol fiind acela de a

stimula depozitarea elementelor nutritive.

Rolul insulinei în metabolismul glucidic

În condiţii de repaus alimentar (peste 5-6 ore de la ultimul prânz), glucoza

plasmatică se distribuie astfel:

-50% la nivel cerebral

4

Principala sursă de energie la nivel cerebral este glicoliza. Ţesutul cerebral

este dependent de nivelul glicemiei, deoarece, acesta nu poate sintetiza

glucoză. Transportul intracelular al glucozei la acest nivel este insulino-

independent.

- 25% la nivel splahnic (ficat şi ţesut gastrointestinal)

Transportul intracelular al glucozei la acest nivel este insulino-independent.

În condiţii de repaus alimentar, ficatul îşi asigură necesarul energetic prin

beta-oxidarea AG.

- 25 % la nivel muscular

La acest nivel, transportul intracelular al glucozei este insulino-dependent.

În condiţii de repaus alimentar, la nivelul ţesutului muscular preluarea de

glucoză poate fi redusă până aproape de zero, necesarul energetic

asigurându-se prin oxidarea AG.

Prin glicogenoliză se generează glucozo-6-fosfat. Deoarece la nivel

muscular glucozo-6-fosfataza (care transformă glucozo-6-fosfatul în

glucoză) lipseşte, glucoza nu poate fi eliberată în circulaţie. Glucozo-6-

fosfatul pătrunde în calea glicolizei şi se transformă în piruvat care poate lua

următoarele căi metabolice:

- transformare în Acetil-coA care :

- poate fi oxidat în ciclul Krebs pentru generarea de energie (ATP);

- poate participa la sinteza de acizi graşi;

- poate participa la formarea de corpi cetonici;

- transaminare cu formarea de alanină;

- reducere la lactat.

5

Alanina şi lactatul asigură suportul gluconeogenezei hepatice.

În condiţii de repaus alimentar, homeostazia glicemică este asigurată prin

producţia endogenă de glucoză care se bazează în principal pe glicogenoliză

şi gluconeogeneză hepatică din aminoacizi (în special alanină), glicerol şi

lactat.

Postprandial, glicemia creşte şi stimulează secreţia de insulină. Insulina

secretată asigură un nivel plasmatic normal de glucoză prin:

- stimularea transportului de glucoză la nivel muscular, unde, prin

stimularea glicogenogenezei sunt refăcute depozitele de glicogen, iar prin

stimularea glicolizei este asigurat necesarul energetic; insulina activează

hexokinazele care preiau glucoza, o fosforilează şi o introduc în celulă sub

formă de glucozo-6-fosfat;

- stimularea glicogenogenezei hepatice (depunerea glucozei la nivel

hepatic sub formă de glicogen) prin activarea glicogensintetazei;

- inhibarea gluconeogenezei şi glicogenolizei hepatice (prin inactivarea

fosforilazelor care iniţiază acest proces);

- stimularea transportului de glucoză la nivelul adipocitelor.

Rolul insulinei în metabolismul lipidic

În concentraţii plasmatice normale, insulina are efecte anabolizante:

- inhibă lipoliza la nivelul ţesutului adipos periferic (inhibă lipaza

hormonosensibilă);

- stimulează sinteza de trigliceride din AG (acizi graşi) şi glicerol

(activează triglicerid-sintetaza);

6

- stimulează sinteza de AG (activează acetil-coenzima A- carboxilaza),

favorizată şi de formarea NADPH (pe calea şuntului pentozo-fosfaţilor

stimulată de insulină);

- stimulează sinteza de colesterol, prin activarea hidroximetil-glutaril-

coenzima A-reductazei (HMG-CoA-reductaza);

- inhibă degradarea oxidativă (β-oxidarea) a AG la nivelul ficatului

(inactivează acilcarnitin-transferaza care transportă acizii graşi prin

membrana mitocondrială) şi orientează metabolizarea AG pe calea sintezei

de trigliceride;

- stimulează sinteza hepatică de lipoproteine, prin activarea sintezei

de apoproteine (componentele proteice ale complexelor lipoproteice);

- insulina stimulează metabolizarea periferică a lipoproteinelor (prin

activarea sintezei receptorilor celulari specifici pentru lipoproteine şi

prin activarea lipoproteinlipazei), astfel încât, deşi insulina stimulează

sinteza hepatică de lipoproteine, nivelul plasmatic al acestora este menţinut

în limite normale.

Rolul insulinei în metabolismul proteic

Insulina stimulează sintezele proteice, prin:

- favorizarea pătrunderii aminoacizilor în celule;

- favorizarea formării de legături peptidice între aminoacizi;

- stimularea sintezei de acizi nucleici (ADN şi ARN), datorită

- stimulării unor enzime (ADN- şi ARN-polimeraza);

- stimulării şuntului pentozo-fosfaţilor (asigură necesarul de

ribozo-fosfaţi).

7

Fig. 2 – Beta oxidarea acizilor graşi

CAT - carnitin-acil-transferaza = carnitin-palmitoil-transferaza (CPT)

HMG-coA - β hidroxi-β metil-glutaril-coA

Malonil – coA inhibă CAT I

ATP Ciclul Krebs

CAT II CAT I

Acid gras-acil-coA

Citoplasmă Mitocondrie

Acid gras-acil-coA

Beta-oxidare

Acetil-coA

Ciclul HMG - coA

Corpi cetonici

Colesterol

membrană mitocondrială

8

Biosinteza şi secreţia insulinei

Insulina este un hormon peptidic cu rol anabolizant secretat de celulele beta

ale pancreasului endocrin.

Insulina derivă dintr-un precursor numit proinsulină. Proinsulina se

formează din pre-proinsulină la nivelul reticulului endoplasmic al celulelor

beta-pancreatice. De la acest nivel, proinsulina este transportată la nivelul

aparatului Golgi unde este înglobată în granulele secretorii.

Granulele secretorii sunt eliberate in citoplasmă. În interiorul acestora, sub

acţiunea proteazelor, proinsulina este clivată în insulină şi peptid C.

Granulele secretorii intracitoplasmatice conţin cantităţi echimolare de

insulină şi peptid C.

# Glucoza plasmatică este principalul stimul al secreţiei de insulină.

Glucoza este transportată prin difuziune pasivă în interiorul celulelor beta-

pancreatice cu ajutorul transportorului de glucoză GLUT2 (Glucose

Transporter). Concentraţia extracelulară de glucoză este în echilibru cu

concentraţia intracelulară de glucoză. Creşterea glicemiei are drept

consecinţă creşterea transportului de glucoză în interiorul celulei beta-

pancreatice.

Intracelular, glucoza stimulează activitatea enzimei glucokinază (hexokinaza

IV) care transformă glucoza în glucozo-6-fosfat, cu declanşarea procesului

de glicoliză.

9

In urma glicolizei se produce ATP. Creşterea concentraţiei intracelulare a

ATP determină închiderea canalelor de potasiu ATP- dependente (KATP) de

la nivelul membranei celulelor beta-pancreatice.

Canalele de potasiu ATP- dependente (KATP) aparţin sub-familiei Kir , (ir –

inward rectifier), implicate în facilitarea transportul intracelular al ionilor de

K+, cu rol în menţinerea potenţialul membranar de repaus.

Închiderea canalelor KATP duce la depolarizarea membranelor celulelor beta-

pancreatice ceea ce are drept rezultat deschiderea canalelor de calciu voltaj

dependente. Prin aceste canalele membranare are loc influxul ionilor de

calciu, cu creşterea concentraţiei intracitoplasmatice a acestora.

Ionii de calciu stimulează exocitoza granulelor secretorii care conţin

insulină şi peptid C şi, astfel, se produce secreţia insulinei.

# Glucoza este şi principalul reglator al biosintezei de insulină. Glucoza

stimulează creşterea concentraţiei intracelulare de AMPc (adenozin

monofosfat ciclic) ce determină activarea proteinkinazei A.

Proteinkinaza A este o enzimă implicată într-o serie de procese de

fosforilare a unor proteine cu rol în creşterea translaţiei şi transcripţiei

ARNm (acidul ribonucleic mesager) al insulinei.

10

Fig 6 Secreţia de insulină

Celula β pancreatică

Glucoza din sânge

GLUT 2

Glucoza Glicoliza

Hexokinaza

IV

ATP

Canalele de K

ATP dependente

se închid

Scade K

Depolarizare

membranară

Canalele de Calciu

se deschid

Creşte Ca

intracitoplasmatic

Insulină

Peptid C

Proinsulină

Granule secretorii în

citoplasmă

Ca

11

# Alţi stimulatori ai secreţiei de insulină sunt glucagonul secretat de celulele

alfa ale pancreasului endocrin şi incretinele.

S-a observat că administrarea orală de glucoză stimulează mai puternic

secreţia de insulină decât administrarea intravenoasă. Această observaţie a

condus la evidenţierea unor substanţe cu rol în favorizarea răspunsul

insulinosecretor la glucoza administrată oral. Aceste substanţe au fost

denumite incretine.

Au fost identificate două substanţe (incretine) secretate de celulele

endocrine de la nivelul duodenului şi jejunului, ca răspuns la încărcarea

orală cu glucoză:

- polipeptidul insulinotropic glucozo-dependent.

- peptidul glucagon – like-1, GLP -1.

# Inhibitori ai secreţiei de insulină sunt:

- catecolaminele care acţionează la nivelul receptorilor adrenergici de la

suprafaţa celulelor beta-pancreatice;

- somatostatina, hormon secretat de celulele delta-pancreatice.

Secreţia de insulină în 24 de ore se realizează „pulsatil”.

# În condiţii bazale (de repaus alimentar), insulina este eliberată de la

nivelul celulelor beta-pancreatice, la intervale de 8-15 minute, sub forma

unor oscilaţii rapide de mică amplitudine peste care se suprapun, la

intervale de 80-150 minute, oscilaţii lente cu amplitudine mai mare.

Grafice

12

# Postprandial, secreţia insulinică este bifazică:

- o primă fază se caracterizează prin creşterea rapidă a insulinemiei; această

fază durează aproximativ 5 minute şi este urmată de un declin rapid al

secreţiei de insulină;

- o a doua fază se caracterizează prin creşterea mai lentă a insulinemiei, iar

„platoul” acestei faze secretorii se menţine aproximativ 2 ore postprandial.

Din secreţia zilnică de insulină (în 24 de ore), 50% este secretată în condiţii

de repaus alimentar şi 50% este secretată postprandial.

Importanţa fiziologică a acestui tip de secreţie „pulsatilă” a insulinei nu este

pe deplin elucidată, dar se cunoaşte faptul că în DZ de tip 2 acest patern este

modificat.

Peptidul C nu are activitate biologică cunoscută. Peptidul C, care nu este

metabolizat la nivelul ficatului, se elimină direct la nivel renal, ceea ce face

ca nivelurile sale plasmatice să reflecte fidel secreţia endogenă a acestuia.

Peptidul C este co-secretat în cantităţi echimolare cu insulina. Determinarea

nivelului plasmatic al peptidului C este utilizată pentru aprecierea secreţiei

endogene de insulină la pacienţi diabetici trataţi cu insulină exogenă,

deoarece, dozarea peptidului C nu interferă cu dozarea insulinei plasmatice.

Odată cu secreţia de insulină şi peptid C se secretă şi mici cantităţi de

proinsulină. Proinsulina are activitate biologică redusă (5% din activitatea

hipoglicemiantă a insulinei).

13

Dozarea insulinei plasmatice poate conduce la rezultate false, deoarece, în

condiţiile utilizării unor tehnici uzuale de determinare, proinsulina

reacţionează încrucişat cu insulina.

Acţiunea insulinei la nivel celular

În condiţii fiziologice, o moleculă de insulină se leagă specific de un

receptor pentru insulină situat la nivelul membranei celulare.

Receptorul pentru insulină este o glicoproteină heterotetramerică formată

din două subunităţi alfa situate extracelular şi două subunităţi beta situate

transmembranar şi intracelular, legate prin legături disulfurice.

Numărul receptorilor pentru insulină este reglat de gene situate pe

cromozomul 19 şi depinde de stări fiziologice, precum exerciţiul fizic şi

ingestia de alimente. Ingestia de alimente este însoţită de creşterea

insulinemiei, care, prin feed-back negativ (down regulation), determină

scăderea numărului şi activităţii receptorilor insulinici.

Fiecare subunitate beta prezintă un domeniu cu activitate de tip tirozin-

kinază. Cele două domenii se află în juxtapoziţie ceea ce permite

autofosforilarea reziduurilor de tirozină.

14

Fig 13 Semnalul insulinic celular

Gene

Lipogeneză

Nucleu celular

Glicogenogeneza

mTOR Sintezele

proteice

PI3 kinaza

PDK1

AKT

FKHR

Gene implicate în glicoliză şi

gluconeogeneză

SREBP

IRS

Transfosforilare

Translocare

GLUT

Shc

Grb2

Ras

Raf

MEK

MAP kinaza

Gene implicate în creşterea şi

diferenţierea celulară

Receptor insulină α

α

β

β

Autofosforilare

Tirozină

Insulinorezistenţa

Membrana celulară

15

Transportul glucozei implică pătrunderea acesteia în celulă prin difuziune

mediată (cu ajutorul “moleculelor transportatoare de glucoză” - GLUT).

Primul eveniment în acţiunea celulară a insulinei este legarea acesteia la

nivelul subunităţilor alfa ale receptorului pentru insulină, legare ce

stimulează autofosforilarea domeniilor cu activitate de tip tirozin-kinază.

Prin fosforilare are loc activarea kinazei de la nivelul subunităţilor beta ale

receptorului pentru insulină. După acest eveniment, urmează o serie de

fosforilări ale mai multor tipuri de substrate proteice intracelulare,

evenimente care vor constitui baza efectelor biologice ale insulinei.

După legarea insulinei la nivelul receptorului celular specific, complexul

insulină-receptor este internalizat, insulina fiind, astfel, îndepărtată din

circulaţie. După degradarea insulinei din complexul insulină-receptor la

nivel lizozomal, receptorul celular specific pentru insulină poate fi reciclat.

Expunerea prelungită în timp la cantităţi plasmatice mari de insulină induce

fenomenul de ’’down-regulation’’ a receptorilor celulari specifici.

Importanţa clinică a acestui fenomen constă în faptul că hiperinsulinemia

prezentă la pacienţii cu DZ tip 2 poate determina scăderea numărului de

receptori membranari pentru insulină contribuind, astfel, la fenomenul

insulinorezistenţei.

După activarea receptorului pentru insulină, prin autofosforilare tirozin-

kinazică, acesta, la rândul său, transfosforilează (tot tirozinic) următoarele

substrate:

16

- IRS (insulin receptor substrate), substratul pentru receptorul insulinei,

care, ulterior activării, declanşează efectele metabolice ale insulinei;

- C-Cbl cu rol în translocarea GLUT4 (Glucose Transporters) la nivelul

adipocitelor;

- SHC şi Grb2 (growth factor receptor-bound protein 2), care, ulterior,

mediază efectele mitogenice ale insulinei pe calea MAP-kinazei (Mitogen-

activated protein kinases).

# IRS (insulin receptor substrate) –substratul pentru receptorul insulinei

IRS este reprezentat de proteine multifuncţionale care prezintă mai multe

domenii prin intermediul cărora acestea interacţionează cu alte tipuri de

proteine pentru a media semnalul insulinic.

Există mai multe tipuri de IRS, fiecare tip având distribuţie tisulară

specifică:

- IRS-1 se găseşte la nivel muscular;

- IRS-2 se găseşte la nivel hepatic.

După ce substratul pentru receptorul insulinei (IRS) este fosforilat tirozinic

de către receptorul insulinic autofosforilat, acesta (IRS) poate interacţiona

cu subunitatea proteică 85-kDa (subunitate reglatorie cu greutatea

moleculară 85 kilodaltoni) a fosfatidilinozitol-3-kinazei (PI3-kinaza), ceea

ce induce activarea acestei enzime.

Activarea PI3-kinazei are un rol „pivot” în exercitarea efectelor metabolice

şi mitogenice ale insulinei.

17

PI3-kinaza fosforilează substratul fosfatidil-inozitol generând fosfolipide cu

rol de mesageri secunzi:

- fosfatidil-inozitol 3 fosfatul;

- fosfatidil-inozitol 3,4 bifosfatul;

- fosfatidil-inozitol 3,4,5 trifosfatul.

Aceşti mesageri secunzi au rol în fosforilarea PDK1 (kinaza serină/treonină

dependentă de PI3–kinaza ), care activează enzima Akt (protein-kinaza B).

Akt (protein-kinaza B) activată are următoarele roluri:

- este implicată în translocarea membranară a GLUT (transportori de

glucoză);

- stimulează glicogenogeneza prin inhibarea GSK3 (glicogen-sintetaza-

kinaza 3) şi stimularea PP1 (protein fosfataza 1) şi inhibă glicogenoliza;

- stimulează sintezele proteice prin activarea mTOR (mammalian target of

rapamycin, o serin/treonin protein kinază) sau prin inhibarea GSK3;

- stimulează glicoliza şi inhibă gluconeogeneza prin fosforilarea FKHR

(forkhead family of transcription factors), care controlează expresia unor

gene implicate în aceste procese (gena enzimei fosfoenol-piruvat-

carboxikinaza şi gena enzimei glucozo-6-fosfataza);

- inhibă apoptoza celulară.

Activarea PI3 kinazei stimulează sinteza de SREBP1c (Sterol Regulatory

Element Binding Protein, izoforma 1c), stimulând, astfel, lipogeneza.

SREBP1c este un factor transcripţional care se găseşte la nivelul

adipocitelor şi care stimulează biosinteza sterolilor şi a AG prin activarea

unor gene lipogenice (vezi ,,profilul lipidic în DZ’’).

18

# Efectele mitogenice ale insulinei – calea MAP-kinazei.

IRS fosforilat tirozinic interacţionează cu Grb2 fosforilat tirozinic ceea ce

duce la activarea Raf (kinază cu activitate serină/treonină), care apoi

activează MEK (kinaza kinazei MAP).

MEK activată fosforilează ERK (Extracellular signal Regulated Kinase),

care este o MAP-kinază.

ERK este translocată la nivel nuclear unde catalizează fosforilarea factorilor

transcripţionali ce promovează creşterea şi diferenţierea celulară.

O cale de activare a MAP-kinazei, independentă de IRS, este prin

fosforilarea Shc care ulterior se asociază cu Grb 2 şi activează Raf. În DZ

tip 2, această cale de acţiune a insulinei rămâne intactă.

Diabetul zaharat (DZ)

DZ reprezintă un grup de boli metabolice caracterizate prin hiperglicemie

cronică şi alte tulburări metabolice, apărute ca rezultat al unor defecte în

secreţia şi/sau acţiunea insulinei.

Clasificarea etiopatogenică a diabetului zaharat

1. Diabet zaharat tip 1

19

A – deficitul absolut de insulină prin distrucţie autoimună a celulelor beta-

pancreatice

B – idiopatic (În cazul DZ tip 1 idiopatic, deficitul absolut de insulină cu

cetoacidoză este un deficit apărut episodic. Pacientul prezintă episoade de

insulinodependenţă alternând cu episoade fără insulinodependenţă.

Afecţiunea apare la asiatici şi africani, nu este asociată cu modificări HLA,

nu are evidenţe de implicare imunologică şi este foarte rară).

2. Diabetul zaharat tip 2

3. Diabetul gestaţional

4. Defecte monogenice ale funcţiei celulelor beta-pancreatice

În această categorie se încadrează tipurile MODY (maturity onset diabetes

of young), afecţiuni caracterizate prin hiperglicemie apărută la vârste tinere

(sub 25 de ani), secundară afectării insulinosecreţiei.

Există mai multe tipuri MODY:

- MODY 3, cel mai frecvent tip (mutaţie a cromozomului 12, gena pentru

HNF-1α (hepatocyte nuclear factor-1alfa);

- MODY2 (mutaţia genei glucokinazei).

5. Defecte ale acţiunii insulinei

- Sindromul Rabson-Mendenhall

- leprechaunism (mutaţii ale genei receptorului pentru insulină)

6. Afectare difuză a ţesutului pancreatic în:

- traumatisme severe;

- pancreatită;

20

- fibroză chistică pancreatică;

- hemocromatoză;

- pancreatectomie etc.

7. Endocrinopatii (hipersecreţia de hormoni cu rol hiperglicemiant, cu

anatagonizarea efectelor insulinei):

- Sindrom Cushing (glucocorticoizi în exces);

- Acromegalie (hormonul de creştere în exces);

- Feocromocitom (catecolamine în exces).

De obicei, diabetul se dezvoltă la pacienţii care au un defect preexistent al

secreţiei de insulină. După tratarea endocrinopatiei, tolernaţa la glucoză se

îmbunătăţeşte.

8. Diabet zaharat indus medicamentos sau prin alte substanţe chimice :

- Vacor (otravă pentru şobolani care determină o distrucţie ireversibilă a

celulelor beta-pancreatice);

- Glucocorticoizi, acid nicotinic (induc DZ în special la pacienţi cu

insulinorezistenţă periferică preexistentă);

- Interferon α (induce DZ cu elemente autoimune; se constată prezenţa de

anticorpi anticelule insulare).

9. Sindroame genetice care se pot asocia şi cu diabet zaharat:

- Sindrom Down;

- Sindrom Klinefelter;

- Sindrom Turner;

- Sindrom Laurence – Moon – Bidel;

- Sindrom Prader - Wili etc.

21

Diabetul zaharat tip 1A

Diabetul zaharat tip 1A este o afecţiune autoimună, caracterizată de

distrucţia progresivă a tuturor celulelor beta-pancreatice.

Epidemiologie

Acest tip de diabet reprezintă aproximativ 5-10% din totalitatea formelor de

DZ. Afecţiunea poate apărea la orice vârstă, un numar aproximativ egal de

copii şi adulţi dezvoltând DZ tip 1A.

La copiii caucazieni este principala formă de diabet. La copii aparţinând

rasei africane DZ tip 2 şi DZ tip 1 apar în proporţii relativ egale.

Aproximativ 5 % din femeile cu diabet gestaţional au o formă de DZ tip 1A.

Anatomie-patologică

Examenele anatomopatogice efectuate la pacienţii cu DZ tip 1A

simptomatic de mai mulţi ani evidenţiază insule endocrine pancreatice fără

celule beta secretoare de insulină (aspect pseudoatrofic). Absenţa necrozei

sugerează o dezvoltare progresivă a bolii.

La pacienţii cu DZ tip 1A aspectul anatomo-patologic la debutul

simptomatologiei este unul heterogen, insulele endocrine fiind de 3 tipuri:

a) insule pseudoatrofice, fără celule beta-pancreatice;

b) insule normale, cu un număr normal de celule beta-pancreatice

22

c) insule cu aspect de insulită, cu un număr variabil de celule beta (insule

aflate în plin proces de distrucţie mediată imun; insulita constă într-un

infiltrat majoritar limfocitar, cu limfocite T).

La debutul clinic al DZ tip 1A, majoritatea insulelor (aproximativ 70%) au

aspect pseudo-atrofic.

Aspectul heterogen al leziunilor la debutul clinic al bolii demonstrează

faptul că DZ tip 1A este o afecţiune cu evoluţie patogenică cronică, deşi din

punct de vedere clinic debutul bolii este perceput ca fiind acut.

Manifestări clinice

Diagnosticul DZ tip 1 se face de cele mai multe ori în urgenţă, pacientul

prezentându-se cu stare generală alterată, poliurie, polidipsie, scădere

ponderală cu polifagie.Deficitul sever de insulină are numeroase consecinţe

fiziopatologice.

a) Principalele ţesuturi ţintă ale insulinei (ficat, celule musculare, ţesut

adipos) nu mai pot prelua elementele nutritive absorbite din alimente. În

aceste condiţii, apare un deficit energetic la nivel celular (vezi „insulina şi

efectele ei metabolice”) care poate explica şi prezenţa asteniei.

b) Consumul depozitelor existente la nivelul celulelor musculare, hepatice şi

al ţesutului adipos explică persistenţa deficitului energetic (scădere

ponderală şi polifagie).

23

c) Datorită deficitului de insulină apar alterări ale metabolismului lipidic, cu

stimularea cetogenezei. Cetogeneza depăşeşte capacitate de metabolizare şi

consum a corpilor cetonici, cu acumularea acestora şi apariţia cetoacidozei

diabetice.

d) Hiperglicemia secundară deficitului insulinic determină creşterea

osmolarităţii plasmatice, cu deshidratare celulară şi stimularea setei

(polidpisie).

Depăşirea pragului renal de reabsorbţie a gluozei (180 mg/dl) determină

apariţia glicozuriei şi a poliuriei (glucoza este un element osmotic activ), cu

deshidratare extracelulară hipertonă şi deshidratare intracelulară (menţinerea

unui cerc polidipsie-poliurie).

Evoluţia naturală a diabetului zaharat tip 1A

Chiar dacă din punct de vedere clinic debutul DZ tip 1A este perceput ca un

eveniment acut (cu hiperglicemie severă, cetoacidoză etc.), studiile efectuate

până în prezent arătă o evoluţie de lungă durată a procesului patogen.

Durata evoluţiei bolii în stadii preclinice este diferită pentru fiecare pacient

(mai rapidă pentru cei care dezvoltă DZ tip 1A înainte de vărsta de 5 ani )

dar în momentul diagnosticării aproape toţi pacienţii prezintă valori

plasmatice crescute ale hemoglobinei glicozilate (hiperglicemie cronică).

24

Din momentul debutului clinic, lipsa insulinoterapiei în timp scurt (10-15

zile pentru copii şi 30 de zile pentru adulţi) se poate solda cu decesul

pacientului prin cetoacidoză severă.

După introducerea insulinoterpiei, evoluţia pacientului este variabilă în

funcţie de corectitudinea terapiei şi complianţa pacientului. Până în prezent,

nu există nici o formă de insulinoterapie care să asigure o substituţie perfect

fiziologică a secreţiei de insulină. De aceea, pacienţii cu DZ tip 1A dezvoltă,

în timp, complicaţiile cronice secundare hiperglicemiei cronice, insulino-

deficienţei, complicaţii asemănătoare cu cele întâlnite la pacienţii cu DZ tip

2.

Există pacienţi la care evoluţia bolii este foarte lentă în timp. Aceştia

prezintă hiperglicemie în stadii variabile (aspect clinic asemănător DZ tip

2), precum şi markeri de autoimunitate, iar în cursul evoluţiei devin

insulinodependenţi (cu cetoacidoză severă în absenţa insulinoterapiei).

Această formă de DZ tip 1A este cunoscută sub denumirea de LADA (latent

autoimmune diabetes of adults).

Evoluţia DZ tip 1A, înainte de debutul clinic al bolii şi după debut, poate fi

stadializată astfel :

1. predispoziţia genetică pentru distrucţie autoimună a celulelor beta-

pancreatice;

2. apariţia unui eveniment (factor) extern precipitant al procesului

autoimun ;

3. prezenţa autoanticorpilor (proces autoimun în desfăşurare) în condiţiile

unei secreţii normale de insulină ;

25

4. proces autoimun în desfăşurare (autoanticorpi detecatabili) cu pierdere

progresivă a secreţiei de insulină (apoptoza progresivă a celulelor beta-

pancreatice), iniţial cu păstrare glicemiei în limite normale;

5. debutul clinic al DZ tip 1A (pierdere a 70% din celulele beta-

pancreatice); în acest moment, majoritatea pacienţilor prezintă încă o

secreţie reziduală de insulină (insuficientă însă pentru menţinerea

homeostaziei glicemice şi pentru inhibarea cetogenezei), fapt dovedit prin

detectarea peptidului C în plasmă (în timp, peptidul C dispare, ceea ce

sugerează continuarea procesului autoimun, cu distrugerea tuturor celulelor

beta-pancreatice).

# Predispoziţia genetică pentru distrucţia autoimună a celulelor beta-

pancreatice

Prezenţa susceptibilităţii genetice este necesară pentru dezvoltarea DZ tip

1A, dar nu suficientă. Studiile efectuate până în prezent au demonstrat şi

implicarea unor variaţii neereditare sau a factorilor de mediu pentru apariţia

clinică a DZ tip 1A.

Majoritatea pacienţilor cu DZ tip 1A nu prezintă rude de gradul 1 cu acest

diagnostic. Rata de concordanţă pentru gemenii monozigoţi este de 70%

dacă un geamăn dezvoltă DZ tip 1A înainte de vârsta de 5 ani, şi doar de 10

% dacă debutul bolii la un frate este după vârsta de 25 de ani.

Maniera în care sistemul imun distruge celulele beta pancreatice nu este pe

deplin cunoscută. Ipoteza acceptată în prezent este aceea conform căreia

26

apoptoza celulelor beta pancreatice este indusă de interacţiunea cu

limfocitele T care au o afinitate modificată faţă de celulele beta-pancreatice.

Limfocitele T sunt o clasă heterogenă (limfocite T helper, supresoare,

citotoxice, contrasupresoare) care modulează răspunsul imun împotriva

peptidelor non-self (virusuri, bacterii etc.) şi a celor tumorale.

Din punct de vedere genetic, există mai multe forme de DZ tip 1, respectiv

forme monogenice, oligogenice şi poligenice.

Au fost identificate şi în prezent sunt studiate 18 regiuni ale genomului al

căror polimorfism se asociază cu risc crescut pentru DZ tip 1A. Fiecare

regiune este denumită IDDM (insulin dependent diabetes mellitus).

Regiunile IDDM sunt numerotate de la 1 la 18 şi conţin una sau mai multe

gene.

Regiunea IDDM 1 care conţine genele HLA (human leucocyte antigen) este

considerată în prezent ca având cea mai mare prevalenţă a modificărilor

asociate cu risc crescut pentru DZ tip 1A.

Totodată, DZ tip 1A prezintă ca particularitate existenţa unor variaţii (alele)

HLA cu caracter protectiv faţă de această boală.

Genele HLA, situate la nivelul regiunii 21 ale braţului scurt al

cromozomului 6, codifică complexul major de histocompatibilitate (CMH),

proteine heterodimerice cu rol de receptor existent pe suprafaţa tuturor

celulelor. Aceşti receptori prezintă peptide self (antigene, rezultate din

27

proteinele proprii ale pacientului) şi peptide non-self (antigene) către

celulele sistemului imun.

Există 2 clase CMH, clasa I care prezintă peptide din interiorul celulei

(peptide endogene) şi clasa II care prezintă peptide exogene, self şi non-self.

CMH I se găseşte pe suprafaţa tuturor celulelor din organism (excepţie,

eritrocitele) şi interacţionează cu glicoproteina CD8 (receptor situat, în

principal, pe suprafaţa limfocitelor T supresoare şi a limfocitelor T

citotoxice).

CMH II se găseşte pe suprafaţa celulelor care participă la realizarea

răspunsului imun, respectiv a celulelor prezentatoare de antigen (macrofage,

celule dendritice), limfocite T, limfocite B şi interacţionează cu

glicoproteina CD 4 (receptor situat, în principal, pe suprafaţa limfocitelor T

helper).

Deci, complexul major de histocompatibilitate (CMH) are rol în procesul de

distingere, de către sistemul imun, între self şi non-self.

Există mai multe genotipuri ale complexului major de histo-compatibilitate

clasa II (CMH II) care se asociază cu risc crescut de DZ tip 1A, cele mai

importante dintre acestea fiind constituite din haplotipuri ale alelelor HLA

DR şi DQ.

95% din cauaczienii cu DZ tip 1A prezintă cel puţin o alelă HLA-DR3 sau

HLA-DR4. Totuşi, acest genotip este prezent şi la 40% din populaţia

28

generală, fără DZ tip 1A, ceea ce susţine ipoteza conform căreia în

patogenia afecţiunii sunt implicaţi şi anumiţi factori de mediu.

Cel mai mare risc pentru dezvoltarea DZ tip 1A îl au heterozigoţii HLA-

DR3-DQ2 şi HLA-DR4-DQ8.

Efectul protectiv faţă de DZ tip 1A pare să fie datorat prezenţei alelei HLA-

DR 2, în special a genotipului DQA1-DQB1*0602 constatat la mai puţin de

3% din pacienţii cu DZ tip 1A.

O altă regiune a genomului asociată cu prezenţa DZ tip 1A este IDDM2,

regiunea genei care codifică sinteza insulinei (situată pe braţul scurt al

cromozomului 11). Se pare că este vorba despre o alelă care determină o

transcriere scăzută a genei insulinei la nivelul timusului în perioada

intrauterină, afectând, astfel, procesul de selecţie (maturare) a timocitelor.

Până în prezent nu a fost identificată nici o alelă (nici combinaţii de alele)

care să prezinte specificitate absolută pentru prezenţa DZ tip 1A.

# Apariţia unui eveniment (factor) extern precipitant al procesului

autoimun implicat în patogenia DZ

În utimii ani, incidenţa DZ tip 1A este în creştere, în special la copiii cu

vârstă mai mică de 5 ani, ceea ce sugerează implicarea în patogenia acestei

afecţiuni a unor modificări ale mediului extern.

29

Deoarece procesul distructiv la nivelul celulelor beta-pancreatice se

desfăşoară în timp şi nu poate fi stabilit momentul debutului procesului

autoimun, este dificil de studiat legătura între anumiţi factori de mediu şi

apariţia DZ tip 1A.

Până în prezent, a fost stabilită cu certitudine legătura între DZ tip 1A şi

rubeola congenitală (la aceşti pacienţi sunt prezenţi anticorpi anti– antigene

ale celulelor beta-pancreatice).

Au fost efectuate studii legate de asocierea între apariţia DZ tip 1A şi

infecţia cu enterovirusuri (Coxsakie), retrovirusuri etc., aceste studii fiind,

până în prezent, neconcludente.

Există, de asemenea, studii care analizează implicarea factorilor alimentari

în apariţia DZ tip 1 (lipsa alăptării cu lapte matern în primele luni de viaţă,

carenţa de vitamina D, creşterea conţinutului de nitraţi în alimentaţie etc.).

Chiar dacă în trecut se considera că există o legătură intre virusul urlian şi

apariţia DZ tip 1A, în prezent se consideră că infecţia cu acest virus are în

foarte puţine cazuri efect citopatic direct asupra celulelor beta-pancreatice

(deci, nu poate fi vorba de apariţia unui DZ tip 1A, definit în prezent ca

proces autoimun).

Mecanismele prin care factorii de mediu iniţiază procesul autoimun nu sunt

cunoscute. Se cunoaşte doar faptul că nu toţi pacienţii cu genotip asociat cu

risc crescut pentru DZ tip 1A dezvoltă această afecţiune.

30

O ipoteză ar putea fi posibilitatea apariţiei unor modificări în procesul

dezvoltării sistemului imun, ca urmare a acţiunii mediului extern (creşterea

factorilor de risc sau scăderea factorilor protectori). Această ipoteză este

sugerată de creşterea, în general, a afecţiunilor mediate imun (astm bronşic,

mediat prin limfocitele T helper 2, DZ tip 1, mediat prin limfocitele T helper

1 etc.).

# Procesul autoimun – distrucţia celulelor beta-pancreatice

În prezent, au fost identificate trei tipuri principale de autoanticorpi asociaţi

cu riscul crescut de apariţie a DZ tip 1 clinic manifest :

- Anticorpi anti-celule insulare, ICA-512 (Islet Cell Antibodies);

- GAD-65 (Glutamic Acid Decarboxylase), enzimă prezentă la nivelul

celulelor beta-pancreatice;

- IAA (insulin autoantibody, anticorpi antiinsulină).

Apariţia autoanticorpilor precede cu mult timp înainte (uneori ani) apariţia

DZ tip 1A clinic manifest. Totuşi, prezenţa unui singur tip de autoanticorp

este asociată cu un risc relativ mediu de apariţie a DZ tip 1A (aproximativ

20%). Prezenţa a doi sau mai mulţi autoanticorpi creşte riscul de apariţie a

afecţiunii la peste 75%.

Rolul autoanticorpilor în patogenia DZ tip 1A nu este pe deplin cunoscut,

aceştia putând fi iniţiatorii procesului autoimun sau doar „martorii” unui

proces autoimun.

31

O problemă legată de prezenţa autoanticorpilor şi susceptibilitatea genetică

este prezenţa acestor anticorpi la pacienţii cu haplotip protectiv pentru DZ

tip 1A (DQA1-DQB1*0602). Dintre pacienţii care asociază ambele

elemente, s-a constatat că un mic procent dezvoltă totuşi DZ tip 1A. Această

observaţie sugerează faptul că haplotipul DQA1-DQB1*0602 nu este unul

protectiv ci, mai degrabă, unul care întârzie evoluţia bolii.

Principalul mecanism efector implicat în distrucţia imună a celulelor beta-

pancreatice este mediat de limfocitele T, DZ tip 1A putând apărea şi în

absenţa activării limfocitelor B. Modificarea răspunsului imun pare să fie

reprezentată de lipsa selecţiei negative a limfocitelor T.

În cursul procesului fiziologic de formare şi maturare a limfocitelor T la

nivelul timusului, o etapă este reprezentată de selecţia negativă

(îndepărtarea, prin inducerea apoptozei, a limfocitelor T cu afinitate mare

pentru complexele CMH-proteine self). Aceste modificări se datorează

probabil şi modificărilor genice ale complexului major de

histocompatibilitate.

Apoptoza celulelor beta-pancreatice în cursul insulitei carecteristice DZ tip

1A se datorează fie contactului direct dintre limfocitele T şi aceste celulele,

fie expunerii celulelor beta-pancreatice la mediatori solubili secretaţi de

limfocitele T (Interleukina 1, Interferonul-gama, TNFα, radicali liberi de

oxigen, oxid nitric etc.).

În concluzie, DZ tip 1A este o afecţiune autoimună cu evoluţie cronică.

Iniţial, nu există manifestări clinice dar ulterior apar manifestări clinice

32

acute, ameninţătoare de viaţă, moment în care pacientul devine

insulinodependent. În lipsa administrării de insulină, survine decesul

pacientului prin cetoacidoză severă.

Până în prezent, nu există o terapie care să ducă la vindecarea bolii sau la o

substituţie insulinică perfectă, astfel încăt, pacientul cu DZ tip 1A să

redevină o persoană cu risc identic cu cel al populaţiei generale (populaţia

sănătoasă) pentru dezvoltarea anumitor afecţiuni (cardiovasculare,

retinopatie, nefropatie, neuropatie etc.).

Transplantul de pancreas prezintă riscul asociat intervenţiei chirurgicale,

complicaţiilor caracteristice transplantării, precum şi complicaţiilor

secundare terapiei imunosupresive pe care pacientul o va urma toată viaţa.

Diabetul zaharat tip 2

DZ tip 2 este o afecţiune a metabolismului glucidic, lipidic şi proteic cu

etiopatogenie insuficient elucidată.

În prezent, prevalenţa DZ tip 2 a atins proporţii „epidemice”. Estimările

făcute la începutul secolului 21 arătau că 150 milioane de oameni suferă de

DZ tip 2. Numărul persoanelor aflate în status prediabetic este necunoscut

dar se consideră a fi foarte mare. DZ tip 2 reprezintă 90% din totalul

formelor de DZ.

33

Datorită complicaţiilor cronice vasculare ce însoţesc DZ tip 2, în ţările

dezvoltate această maladie reprezintă a treia cauză de deces, după bolile

cardiovasculare şi cancer.

DZ tip 2 poate apărea la orice vârstă. În ultimii ani, datorită „epidemiei” de

obezitate, se înregistrează o creştere a incidenţei acestei forme de diabet

zaharat la copii si adolescenţi.

DZ tip 2 poate evolua mulţi ani nediagnosticat, deoarece, modificările

metabolice se dezvoltă progresiv, asimptomatic, de cele mai multe ori

pacientul fiind diagnosticat ca urmare a apariţiei unei complicaţii.

Simptomele clasice ale hiperglicemiei (poliurie si polidipsie) pot apărea şi la

pacienţii cu DZ tip 2, dar mult mai insidios, glicemia crescând progresiv.

Factori etiopatogenici

DZ tip 2 este o afecţiune poligenică. În etiopatogenia acestei afecţiuni,

prezenţa defectelor genetice necesită şi coexistenţa factorilor de mediu,

dintre care, cei mai cunoscuţi sunt obezitatea şi sedentarismul. 80% dintre

pacienţii cu DZ tip 2 sunt obezi.

1. factorii genetici

Ereditatea este bine exprimată în DZ tip 2, cu o concordanţă de apariţie de

100% pentru gemenii monozigoţi. Defectele genetice nu aparţin sistemului

HLA şi sunt încă insuficient cunoscute.

34

DZ de tip 2 este considerat o boală poligenică. În etiopatogenia acestei boli

sunt implicate mai multe gene, în special dintre cele care controlează:

- acţiunea insulinei

a) afectarea legării insulinei la nivelul receptorilor specifici ;

b) modificări ale receptorilor insulinici ;

c) modificări intracelulare (defect post-receptor) ;

- sinteza/secreţia insulinei la nivelul celulelor β-pancreatice (deficit

hormonal).

Acest tip de afectare poligenică induce o susceptibilitate genetică ce se

poate exprima ca DZ tip 2 prin interacţiunea cu factorii dobândiţi.

2. factorii dobândiţi

Stilul de viaţă nesănătos, precum şi alţi factori dobândiţi, au rol în apariţia

DZ prin:

- alimentaţia hipercalorică (bogată în grăsimi saturate de origine animală

sau glucide rafinate) induce obezitatea (în special de tip abdominal) cu rol

cert în apariţia DZ tip 2;

- sedentarismul duce la apariţia DZ tip 2, în special prin faptul că acesta

favorizează obezitatea;

- stresul sever şi prelungit.

Cu certitudine factorii genetici şi factorii dobândiţi acţionează în sens

diabetogen determinând insulinorezistenţă şi/sau scăderea sintezei de

insulină. Este dificil de stabilit cu exactitate care este factorul de risc iniţial

(care dintre aceste mecanisme apare primul): insulinorezistenţa sau scăderea

35

sintezei de insulină. Cei mai mulţi specialişti consideră că defectul primar în

DZ tip 2 este insulinorezistenţa, iar hipoinsulinismul apare secundar.

Fiziopatologia DZ tip 2

Din punct de vedere fiziopatologic, DZ tip 2 poate fi definit ca asociere

între:

- insulinorezistenţa periferică (scăderea acţiunii insulinei la nivelul

ţesuturilor ţintă), în principal la nivelul ţesutului muscular, hepatic şi

adipos;

- secreţia inadecvată de insulină de către celulele beta-pancreatice, ca

răspuns la hiperglicemia secundară insulinorezistenţei periferice.

Insulinorezistenţa periferică

Insulinorezistenţa poate fi:

a) de tip prereceptor (insulină anormală sau existenţa anticorpilor

antiinsulinici);

b) de tip receptor, cu număr scăzut de receptori insulinici sau defect de

legare a insulinei la nivelul receptorului specific datorită obezităţii şi

hiperinsulinismului (în aceste condiţii, receptorii pentru insulină au o

activitate redusă);

c) de tip postreceptor, cu defect postlegare (defect intracelular) care induce,

printre altele, scăderea transportului glucozei prin membrane (transmiterea

anormală a semnalului, în special datorită scăderii capacităţii de activare a

tirozinkinazei).

36

Aceaste tulburări explică scăderea captării glucozei de către ţesuturile

insulinodependente.

În obezitate, cauza cea mai comună a rezistenţei la insulină, scăderea

numărului de receptori specifici insulinici este asociată cu un defect

postreceptor (scăderea activităţii tirozinkinazei).

În mod normal, insulinosensibilitatea este diferită pentru fiecare tip de

celulă dar şi pentru fiecare cale metabolică (metabolism glucidic, lipidic

etc.)

Insulinorezistenţa periferică reprezintă condiţia în care la niveluri

plasmatice normale de insulină răspunsul ţesuturilor este scăzut datorită

diminuării sensibilităţii celulelor insulinodependente ( adipocit, celula

musculară, celula hepatică) la acţiunea insulinei.

Etiopatogenia insulinorezistenţei periferice în DZ tip 2 nu este complet

elucidată, aceasta fiind probabil rezultatul interacţiunii între factori genetici

şi factori de mediu. Dintre factorii de mediu, insulinorezistenţa se corelează

cu îmbătrânirea, scăderea activităţii fizice şi, mai ales, cu obezitatea de tip

central (creşterea cantităţii de ţesut adipos intra-abdominal).

Insulinorezistenţa periferică însoţeşte numeroase afecţiuni:

- obezitate;

- diabet zaharat tip 2;

- sindrom metabolic;

- sindrom Cushing;

37

- acromegalie;

- sindromul ovarelor polichistice;

- sindroame lipodistrofice

- genetice

- sindrom Dunnigan (lipodistrofie parţială familială);

- sindrom Berardinelli–Seip (lipodistrofie generalizată

congenitală);

- dobândite (lipodistrofia pacienţilor infectaţi HIV).

Insulinorezistenţa periferică duce la hiperglicemie şi la creşterea nivelului

plasmatic al AG, modificări metabolice caracteristice diabetului zaharat.

Aceste modificări sunt consecinţa instalării insulinorezistenţei periferice la

nivelul principalelor ţesuturi insulino-dependente (muscular, hepatic şi

adipos). Insulinorezistenţa precede cu mulţi ani diagnosticul DZ tip 2.

Insulinorezistenţa la nivelul celulei musculare în DZ tip 2

În condiţii fiziologice, postprandial, muşchiul preia 80% din cantitatea de

glucoză plasmatică.

Glucoza este transportată în celula musculară cu ajutorul transportorului

GLUT 4. După ce pătrunde intracelular, glucoza este fosforilată de

hexokinaza II şi convertită în glucozo-6- fosfat. Glucozo-6-fosfatul este

transformat în glicogen (prin glicogenogeneză, sub acţiunea glicogen-

sintetazei) sau ia calea glicolizei pentru generare de energie.

38

La pacienţii cu DZ tip 2, încărcarea postprandială cu glucoză a celulei

musculare este mult redusă, fenomen datorat insulinorezistenţei musculare.

S-au evidenţiat numeroase disfuncţii la nivelul celulei musculare legate de

transportul intracelular al glucozei, dar şi de metabolizarea acesteia.

Mecanismele fiziopatologice care stau la baza insulinorezistenţei musculare

sunt încă insuficient definite.

Principalele disfuncţii evidenţiate la nivel muscular

1. Expresia ARNm al GLUT4 şi, în consecinţă, numărul de transportori de

glucoză GLUT4 la nivel muscular sunt normale, dar translocarea

transportorilor de la nivel intracelular la nivelul membranei celulare este

redusă.

2. Fosforilarea glucozei de către hexokinaza II este marcat redusă ceea ce

determină scăderea cantităţii de glucozo-6-fosfat intracelular şi creşterea

glucozei libere care părăseşte celula. Această modificare se datorează

scăderii activităţii insulin-stimulate a hexokinazei II. În plus, expresia ARNm

al hexokinazei II este redusă.

3. Glicogenogeneza musculară la pacienţii cu DZ tip 2 scade cu 50% faţă de

normal. Pe lângă scăderea preluării musculare de glucoză, la acest fenomen

contribuie şi scăderea activităţii glicogen-sintetazei, ca urmare a scăderii

capacităţii insulinei de a activa PP1 (protein fosfataza-1 = fosfataza

glicogen-sintetazei) musculară. La scăderea activităţii glicogen-sintetazei

contribuie şi creşterea nivelului plasmatic al AGL, cu acumularea acestora

în celula musculară.

39

4. Glicoliza aerobă la nivel muscular este scăzută, dar calea metabolică

(activitatea enzimelor „cheie” ale glicolizei) este normală. Afectarea

glicolizei se datorează excesului de AG de la nivelul celulei musculare.

Acumularea AG în celula musculară contribuie la instalarea

insulinorezistenţei musculare. La nivel muscular, s-a evidenţiat o expresie

crescută a CD36, proteina transportoare a AG în celulă.

Toate aceste modificări celulare, precum şi altele insuficient studiate,

conduc la instalarea insulinorezistenţei musculare şi au drept rezultat

hiperglicemia.

Insulinorezistenţa la nivelul ţesutului adipos în DZ tip 2

DZ tip 2 se defineşte ca incapacitatea insulinemiei de a menţine o glicemie

normală dar şi ca incapacitatea insulinemiei de a menţine niveluri

plasmatice normale ale AG.

Pacienţii cu DZ tip 2 prezintă atât hiperglicemie, cât şi dislipidemie

caracterizată prin creşterea AGL, a trigliceridelor şi a VLDL.

Insulinorezistenţa periferică la acest nivel are drept consecinţă scăderea

transportului mediat de insulină al glucozei plasmatice în adipocit dar, mai

ales, scăderea efectului antilipolitic al insulinei. Secundar lipolizei

accentuate, se produce o creştere a nivelului plasmatic al AGL. Creşterea

nivelului plasmatic al AGL inhibă preluarea glucozei de către celula

musculară, rezultatul fiind hiperglicemia.

40

O manifestare timpurie a insulinorezistenţei este scăderea efectului inhibitor

al insulinei asupra lipolizei. De aceea, prin creşterea lipolizei, pacienţii cu

DZ tip 2 prezintă niveluri plasmatice crescute de AGL.

80% dintre pacienţii cu DZ tip 2 prezintă obezitate caracterizată prin

creşterea masei de ţesut adipos visceral. Ţesutul adipos visceral este mai

activ decât cel cutanat din punct de vedere lipolitic datorită numărului mai

mare de receptori adrenergici şi, prin urmare, este mai rezistent la acţiunea

antilipolitică a insulinei.

Deoarece creşterea AGL se întâlneşte şi la pacienţii cu DZ tip 2 fără

obezitate, rezultă că insulinorezistenţa ţesutului adipos la acţiunile insulinei

este determinată şi de alte mecanisme decât prezenţa obezităţii.

Chiar dacă preluarea postprandială a glucozei de către adipocit contribuie la

doar 5% din valoarea glicemiei, s-a dovedit că în DZ tip 2 această preluare

este şi mai redusă datorită insulinorezistenţei adipocitare. La astfel de

pacienţi, s-a evidenţiat o scădere a expresiei ARNm al GLUT4 la nivel

adipocitar (spre deosebire de ţesutul muscular unde expresia ARNm este

normală, fiind afectată doar translocarea transportorului de glucoză).

Creşterea nivelului plasmatic al AGL determină acumulare de derivaţi

metabolici ai AGL la nivelul celulelor musculare, hepatice şi beta-

pancreatice, ceea ce contribuie la insulinorezistenţa musculară şi hepatică,

precum şi la scăderea funcţiei secretorii a celulelor beta-pancreatice.

41

# Relaţia între creşterea nivelului plasmatic al AGL şi metabolismul

glucozei la nivel muscular

La nivel tisular există o competiţie între oxidarea glucozei şi a AG. Produşii

rezultaţi din oxidarea AG (NADH, acetil-coA, ATP) inhibă preluarea

intracelulară a glucozei şi glicoliza, iar produşii rezultaţi din oxidarea

glucozei (malonil-coA, alfa-glicerofosfat, citrat) inhibă transportul

intramitocondrial al AGL şi stimulează lipogeneza.

Acumularea în celula musculară de AG creşte oxidarea acestora şi scade

oxidarea glucozei. Acest fenomen a fost evidenţiat prima oară de Randle şi

colaboratorii săi.

Ipoteza Randle (1963):

- în urma oxidării AG se acumulează în celulă acetil-coA care este un

inhibitor al piruvatdehidrogenazei, enzimă „cheie” în glicoliză; în plus,

creşte raportul NADH/NAD ceea ce încetineşte ciclul Krebs şi determină

creşterea intracelulară a citratului;

schema

- creşterea citratului intracelular inhibă fosfofructokinaza, enzimă „cheie” în

glicoliză; inhibarea glicolizei duce la acumularea intracelulară de glucozo-6-

fosfat şi, astfel, la inhibarea activităţii hexokinazei.

42

Fig 1 GLICOLIZA

GLUCOZA

GLUCOZO 6 FOSFAT

FRUCTOZO-6-FOSFAT

FRUCTOZO-1,6-BIFOSFAT

GLICERALDEHID 3 FOSFAT

1, 3 BIFOSFOGLICERAT

3 FOSFOGLICERAT

2 FOSFOGLICERAT

FOSFOENOL PIRUVAT

PIRUVAT

Hexokinaza

Fosfoglucozizomeraza

FosfofructoKinaza

Aldolaza

Gliceraldehid-3-fosfatdehidrogenaza

Fosfoglicerat Kinaza

Fosfoglicerat Mutaza

Enolaza

Piruvat Kinaza

NAD+

NADH

ADP

ATP

ADP

ATP

43

În prezent, mai multe studii au evidenţiat faptul că la pacienţii cu DZ tip 2,

la nivel muscular există niveluri scăzute de glucozo-6-fosfat şi citrat, ceea ce

a dus la ipoteza că alte mecanisme decât cele propuse de Randle stau la baza

inhibării glicolizei de către acizii graşi.

Creşterea intracelulară a AG determină acumularea de produşi intermediari

ai metabolismului AG (diacilglicerolul şi derivaţi acil-coA ai acizilor graşi

cu lanţ lung). Aceşti produşi intermediari stimulează proteinkinaza C (PKC)

care realizează fosforilarea de tip serină/treonină a receptorului pentru

insulină.

Acest tip de fosforilare inhibă acţiunea insulinei la nivel celular. Pentru ca

acţiunea insulinei să fie normală trebuie să se producă autofosforilarea

tirozinică a receptorului pentru insulină.

Datorită scăderii acţiunii intracelulare a insulinei:

- scade fosforilarea IRS-1 (insulin receptor substrate), substratul

receptorului pentru insulină);

- scade activarea PI3-kinazei (fosfatidilinozitol-3-kinaza), deci scade

translocarea GLUT4.

În plus, acumularea intracelulară de derivaţi acil-coA ai AG cu lanţ lung

creşte sinteza de ceramide (moleculă lipidică alcătuită din acizi graşi şi

sfingozină, moleculă semnal în reglarea diferenţierii, proliferării şi

apoptozei celulare), ceea ce are ca efect activarea proteinkinazei B, cu

inhibarea glicogen-sintetazei la nivel muscular şi scăderea

glicogenogenezei.

44

În concluzie, creşterea oxidării AG la nivel muscular scade preluarea

musculară de glucoză prin inducerea insulinorezistenţei musculare, ceea ce

contribuie la hiperglicemie.

# Efectul modificărilor metabolismului glucidic asupra metabolismului

lipidic

Chiar în condiţii de insulinorezistenţă musculară, datorită hiperglicemiei, o

cantitate destul de mare de glucoză este preluată de celulele musculare.

În urma glicolizei se generează acetil-coA care pătrunde în ciclul Krebs

unde se generează citrat. Citratul stimulează ACC (acetil-coA-carboxilaza),

enzimă care acţionează asupra acetil-coA, cu formare de malonil-coA.

Malonil-coA inhibă CPT-I (carnitin-palmitoil-transferaza-I) care stimulează

transportul derivaţilor acil-coA ai AG la nivel mitocondrial unde are loc

beta-oxidarea AG. Prin inhibarea CPT-I este inhibată oxidarea AG, cu

acumularea intracitoplasmatică de derivaţi acil-coA ai AG.

Acumularea intracitoplasmtică de diacilglicerol activează proteinkinaza C,

care, la rândul ei, declanşează fosforilarea de tip serină / treonină a

receptorului pentru insulină şi induce insulinorezistenţă.

Astfel, prin inhibarea oxidării AG, hiperglicemia contribuie la instalarea

insulinorezistenţei.

45

# Secreţia de adipokine

Ţesutul adipos reprezintă o formă de depozit a lipidelor dar este, în acelaşi

timp, un organ metabolic activ. Adipocitul secretă numeroase molecule

semnal (adipokine) care s-au dovedit a avea un rol important în inducerea

sau prevenirea instalării insulinorezistenţei.

* Adipokine cu rol în declanşarea insulinorezistenţei

- TNF-alfa (Tumor Necrosis Factor-alfa) este o citokină inflamatorie ce

prezintă expresie crescută la pacienţii cu DZ tip 2.

TNF-alfa stimulează fosforilarea de tip serină/treonină a IRS-1 şi IRS-2,

contribuind, astfel, la instalarea insulinorezistenţei la nivel muscular şi

hepatic.

TNF-alfa inhibă PPAR-gama (peroxisome proliferator-activated receptor),

inhibând, astfel, lipogeneza şi favorizând lipoliza. PPAR-gama este un

receptor nuclear cu rol de factor transcripţional ce stimulează lipogeneza.

* Adipokine cu rol protector faţă de insulinorezistenţă

- Adiponectina (Acrp30) se găseşte în cantitate mică la pacienţii cu DZ tip 2.

PPAR-gama stimulează expresia adiponectinei.

Adiponectina stimulează activitatea AMPk (kinazei-AMP-dependente).

AMPk inhibă ACC (acetil-coA-carboxilaza), rezultatul fiind scăderea

46

malonil-coA la nivel intracelular. Existenţa unui nivel redus de malonil-coA

stimulează beta-oxidarea AG la nivel mitocondrial.

În plus, AMPk stimulează translocarea GLUT4 la nivelul membranei

celulare şi glicogen-sintetaza.

- Leptina este o citokină care stimulează activitatea AMPk şi, deci,

translocarea transportorilor de glucoză, glicogen-sintetaza, precum şi

oxidarea AG. În plus, leptina acţionează la nivelul hipotalamusului inducând

starea de saţietate.

La pacienţii cu DZ tip 2 există niveluri circulatorii scăzute de leptină.

Insulinorezistenţa şi ţesutul hepatic în DZ tip 2

În condiţii de repaus alimentar, glicemia se menţine în limite normale prin

producţia hepatică (endogenă) de glucoză. Ficatul contribuie la menţinerea

glicemiei prin glicogenoliza depozitelor de glicogen existente şi prin

gluconeogeneză (cu cât intervalul de timp măsurat de la ultimul prânz este

mai mare, cu atât ponderea gluconeogenezei este mai mare).

În condiţiile insulinorezistenţei hepatice, caracteristică DZ tip 2, producţia

endogenă de glucoză continuă şi postprandial, cele două surse de glucoză

(exogenă şi endogenă) explicând hiperglicemia postprandială. De asemenea,

hiperglicemia este un inhibitor al producţiei hepatice de glucoză. În DZ tip

2 există şi o rezistenţă hepatică la acţiunea glicemiei.

47

În DZ tip 2 principalul mecanism de producere hepatică de glucoză este

gluconeogeneza, datorită creşterii plasmatice de precursori ai acesteia

(lactat, alanină, glicerol) şi prin creşterea sensibilităţii hepatice la acţiunea

glucagonului. Precursorii gluconeogenezei apar în cantităţi crescute prin

efectul catabolic a insulinorezistenţei.

În condiţii normale, glucagonul este un stimulator al glicogenolizei şi

gluconeogenezei hepatice, cu rol în menţinerea glicemiei timpul repausului

alimentar. Glucagonul antagonizează efectele insulinei pentru a preveni

apariţia hipoglicemiei după acţiunea postprandială a acesteia.

În DZ tip 2, magnitudinea hiperglicemiei nu se explică numai prin

insulinodeficienţă şi insulinorezistenţă ci şi prin hiperglucagonemie.

Aceasta se datorează deficitului insulinosecretor (insulina inhibă secreţia de

glucagon la nivelul celulelor alfa-pancreatice) dar şi modificării răspunsului

celulelor alfa-pancreatice la stimulii alimentari (proteine).

Un factor cauzal important al producţiei hepatice crescute de glucoză este

creşterea nivelului plasmatic al AG. Creşterea cantităţii de AG disponibili

pentru beta-oxidare la nivelul celulelor hepatice duce la creşterea de acetil-

coA, cu stimularea piruvat-carboxilazei, enzimă reglatoare a

gluconeogenezei. În plus, acetil-coA stimulează şi glucozo -6-fosfatza,

enzimă esenţială pentru eliberarea glucozei din celula hepatică.

Şi la nivel hepatic, creşterea intracelulară a AG duce la acumularea de

produşi intermediari ai metabolismului acestora, produşi care promovează

fosforilarea de tip serină/treonină a receptorului pentru insulină. Acest tip de

48

fosforilare inhibă acţiunea insulinei. Datorită scăderii acţiunii intracelulare a

insulinei scade fosforilarea IRS 2 (substratul receptorului hepatic pentru

insulină), scade activarea PI3kinazei (fosfatidilinozitol-3-Kinaza) şi, astfel,

este afectată calea metabolică normală a insulinei.

În concluzie, insulinorezistenţa periferică la nivel hepatic se manifestă prin

scăderea efectului insulinei de inhibare a producţiei endogene de glucoză.

În mod normal, la nivel hepatic insulina inhiba glicogenoliza si

gluconeogeneza.

Rezultatul insulinorezistenţei hepatice este hiperglicemia prin creşterea

producţiei hepatice de glucoză. În plus, creşterea nivelului plasmatic al

AGL, secundară insulinorezistenţei ţesutului adipos, stimulează producţia

hepatică de glucoză prin stimularea gluconeogenezei.

# Hiperglicemia şi insulinorezistenţa

Hiperglicemia participă în mod direct la instalarea insulinorezistenţei prin

creşterea metabolizării glucozei pe calea hexozaminelor.

Calea hexozaminelor

Glucoza se transformă în glucozo-6-fosfat sub acţiune hexokinazei.

Glucozo-6-fosfatul, sub acţiunea fosfoglucozizomerazei, se transformă în

fructozo-6-fosfat. Fructozo-6-fosfatul poate continua calea glicolizei sau se

poate transforma în glucozamină sub acţiunea GFAT (glutaminfructoză-6-

fosfat-amidotransferaza).

49

Fig 7 Calea hexozaminelor

GFAT - (glutaminfructoză-6-fosfat-amidotransferaza)

În DZ tip 2, datorită hiperglicemiei, această cale de metabolizare are un

aport crescut, cu supraproducţia de glucozamină. Glucozamina reduce

capacitatea insulinei de a stimula translocarea la nivelul membranei celulare

a GLUT 4, cu accentuarea insulinorezistenţei periferice.

# Insulinorezistenţa şi semnalul intracelular al insulinei

Cele 2 căi de acţiune intracelulară a insulinei sunt:

- calea PI3-kinaza (fosfatidilinozitol-3-kinaza), calea metabolică a insulinei;

Glucoza

Fructozo – 6 – fosfat

Glucozo - 6 - fosfat

Glucozamin-6-fosfat

UDP-N-acetil-glucozamina (urindifosfat- N-acetil-glucozamina)

GFAT

50

- calea MAP-kinaza (mitogen activated protein-kinaza), calea ce modulează

expresia genelor implicate în reglarea proceselor de creştere tisulară.

În DZ tip 2, în timp ce calea PI3-kinazei este inhibată prin fosforilarea de

tip serină/treonină a receptorului insulinic, calea MAP-kinazei rămâne

intactă. Acest fapt se datorează diferenţei între semnalele de amplificare ale

celor două căi.

Insulinemia plasmatică din DZ tip 2 este suficientă pentru activarea MAP-

kinazei şi, astfel, insulinorezistenţa periferică se rezumă doar la nivelul PI3-

kinazei.

Păstrarea intactă a căii MAP-kinazei (chiar hiperstimularea ei prin

hiperinsulinismul caracteristic DZ tip 2) duce la apariţia complicaţiilor

vasculare caracteristice bolii şi, în plus, accentuează insulinorezistenţa

periferică.

În această cale se activează ERK (extracellular signal-regulated kinase =

MAP-kinaza) care poate fosforila IRS. Este o fosforilare de tip serină care

accentuează insulinorezistenţa (o activitate insulinică normală pe calea PI3-

kinazei necesită o fosforilare de tip tirozină a IRS).

# Alte mecanisme care contribuie la insulinorezistenţa periferică

Hiperinsulinemia caracteristică DZ tip 2, încă din stadii incipiente, poate

contribui la insulinorezistenţă prin fenomenul ’’down-regulation’’ exercitat

51

asupra receptorilor insulinici, ceea ce determină scăderea numărului de

receptori la nivelul membranei celulare.

Ca răspuns la hiperglicemie, celulele beta–pancreatice îşi cresc secreţia de

insulină, cu apariţia hiperinsulinemiei ce are ca scop depăşirea

insulinorezistenţei periferice şi menţinerea glicemiei în limite normale.

Hiperinsulinismul este o caracteristică timpurie a pacienţilor cu risc crescut

de a dezvolta DZ tip 2. Nivelul hiperinsulinismului se corelează cu gradul

insulinorezistenţei periferice.

Acest hiperinsulinism compensator are o durată limitată datorită:

- reducerii în timp a capacităţii secretorii a celulelor β-pancreatice

(determinată de factorul genetic), astfel încât, nivelul insulinemiei

plasmatice raportat la gradul de insulinorezistenţă devine insuficient pentru

menţinerea echilibrului metabolic;

- persistenţei factorilor care induc insulinorezistenţă (obezitatea).

Hiperglicemia stimulează prin feed-back pozitiv secreţia pancreatică de

insulină (prin stimularea glucoreceptorilor), cu apariţia hiperinsulinismului

iniţial. Acesta, prin feed-back negativ (down regulation), determină

scăderea sintezei şi expresiei receptorilor celulari pentru insulină, în special

la nivelul membranei adipocitare.

Se instalează, astfel, un cerc vicios în care insulina în exces nu se mai poate

lega de receptori, glicemia creşte şi mai mult, secreţia de insulină este mai

mult stimulată până când se ajunge la o scădere a capacităţii pancreasului de

52

a sintetiza insulină (“epuizarea” pancreasului). De la hiperinsulinismul

iniţial se ajunge la hipoinsulinism final, caracteristic DZ tip 2.

Se instalează progresiv o stare de tolerantă alterată la glucoză, definită ca

prediabet, care asociază insulinorezistenţa periferică cu niveluri ale

glicemiei a jeun şi postprandiale la limita superioară a normalului. Raportat

la populaţia sănătoasă, fără insulinorezistenţă periferică, insulinemia este

crescută dar insuficientă pentru a menţine o tolerantă normală la glucoză.

Apariţia DZ tip 2 presupune scăderea secreţiei celulelor beta-pancreatice la

niveluri insuficiente pentru a depăşi insulinorezistenţa periferică.

În termeni absoluţi, raportat la populaţia sănătoasă, nivelul insulinemiei la

pacienţii cu DZ tip 2 poate fi crescut, normal sau scăzut dar cu siguranţă

insuficient pentru a menţine funcţionarea normală a căilor metabolice

insulino-dependente.

Fiziopatologia secreţiei inadecvate de insulină în DZ tip 2

Secreţia inadecvată de insulină (insuficientă pentru a menţine o toleranţă

normală la glucoză) este un element principal în dezvoltarea DZ tip 2.

Această tulburare apare ca urmare a interacţiunii complexe între factori de

mediu şi predispoziţie genetică ce determină atât modificări ale funcţiei

secretorii, cât şi modificări morfologice ale celulelor beta-pancreatice.

# Modificări morfologice care stau la baza secreţiei inadecvate de insulină

53

Cantitatea de insulină secretată de pancreas depinde de numărul de celule

beta-pancreatice funcţionale existente. Populaţia celulelor beta-pancreatice

este o populaţie celulară dinamică, dependentă de echilibrul între procesele

de apoptoză şi cele de regenerare celulară.

La persoanele obeze cu insulinorezistenţă şi fără DZ tip 2 există

hiperinsulinism cu glicemie normală. Acest hiperinsulinism apare ca urmare

a creşterii sensibilităţii la glucoză (principalul stimulator al secreţiei de

insulină) a celulelor beta-pancreatice.

Sensibilitate crescută are la bază două elemente: în primul rând, o creştere a

masei celulelor beta-pancreatice şi în al doilea rând o creştere a expresiei

hexokinazei pancreatice care modifică relaţia doză-răspuns între insulină şi

glucoză, cu creşterea secreţiei de insulină pentru un interval mai larg al

nivelurilor glicemiei.

Studii morfopatologice efectuate postmortem la pacienţi cu DZ tip 2 au

evidenţiat o reducere cu 25-50% faţă de normal a masei celulelor beta-

pancreatice. Nu au fost evidenţiate leziuni de tip insulită. Nu se poate

preciza dacă această reducere a numărului de celulele este congenitală sau

este dobândită pe parcursul vieţii.

În condiţiile în care reducerea masei celulelor beta-pancreatice este

dobândită, nu se cunoaşte dacă aceasta se datorează unui deficit de creştere

a masei celulelor beta- pancreatice indusă de insulinorezistenţă sau unei

pierderi progresive a celulelor beta-pancreatice.

54

Hiperglicemia cronică şi nivelurile plasmatice crescute ale AGL, elemente

paraclinice caracteristice DZ, modifică echilibrul între procesele de

apoptoză şi cele de regenerare celulară.În prezent, se acceptă ideea conform

căreia expunerea celulelor beta- pancreatice la niveluri plasmatice crescute

ale glucozei şi AGL induce apoptoza acestora.

La nivel celular, reticulul endoplasmic are un rol major în sinteza de

proteine. La nivelul celulelor beta-pancreatice sintezele proteice sunt foarte

intense şi de aceea reticulul endoplasmic este foarte bine dezvoltat.

Celula beta-pancreatică depinde de integritatea reticulului endoplasmic.

Hiperglicemia şi creşterea AGL întâlnite în stările de prediabet şi în DZ

induc modificări ale homeostaziei reticulului endoplasmic. Aceste

modificări generează un set de răspunsuri adaptative cunoscute sub

denumirea de reacţia la stres a reticulului endoplasmic (endoplasmic

reticulum-stress response) şi care au rolul de a restabili echilibrul

morfofuncţional al reticulului endoplasmic.

Persistenţa reacţiei la stres, prin persistenţa factorului declanşator (în situaţia

DZ, hiperglicemie şi creşterea AGL) declanşează procesul de moarte

programată a celulei (apoptoza).

Studiile anatomopatologice, la pacienţii cu DZ tip 2 au evidenţiat depozite

extracelulare de amiloid crescute. Aceste depozite sunt formate din amilină

(IAPP- islet amyloid polypeptide), peptid produs de celulele beta-

pancreatice şi co-secretat cu insulina în spaţiul sinusoidal.

55

După secreţie, amilina se depozitează extracelular în contact strâns cu

membrana celulelor beta-pancreatice. Studiile efectuate au ridicat ipoteza

implicării depozitelor de amiloid în disfuncţia secretorie a celulelor beta-

pancreatice, fie prin inducerea apoptozei (datorită interferării transportului

de substanţe plasmatice către celula beta-pancreatică), fie printr-un efect

toxic direct.

# Modificări ale funcţiei secretorii a celulelor beta-pancreatice

În DZ tip 2 se întâlnesc modificări ale modelului normal de secreţie

insulinică.

Pierderea primei faze a răspunsului insulinosecretor după stimularea cu

glucoză este o modificare caracteristică şi timpurie (apare din stadiul de

prediabet).

În plus, în DZ tip 2, amplitudinea pulsurilor secretorii ale insulinei care apar

postprandial (oscilaţiile lente) este redusă. De asemenea, oscilaţiile rapide

sunt anormale, apărând în cicluri de scurtă durată şi neregulat.

Deşi importanţa fiziopatologică a acestor modificări nu este pe deplin

cunoscută, totuşi, se cunoaşte faptul că secreţia de tip „pulsatil” a insulinei

are efect hipoglicemiant superior unei secreţii de tip continuu.

Pierderea primei faze a răspunsului insulinosecretor contribuie la supresia

ineficientă a producţiei hepatice de glucoză.

56

În DZ tip 2, în afara răspunsului insulinosecretor inadecvat la hiperglicemie,

se întâlneşte şi o întârziere a răspunsului insulinosecretor la hipoglicemie,

ceea ce contribuie la apariţia fenomenelor de hipoglicemie întâlnite la

persoanele cu prediabet sau DZ fără tratament medicamentos.

O altă modificare întâlnită în DZ tip 2 este modificarea raportului plasmatic

insulină / proinsulină, cu creşterea nivelului de proinsulină.

Deoarece în tehnicile obişnuite de determinare proinsulina reacţionează

încrucişat cu insulina, o componentă importantă a hiperinsulinismului

constatat la pacienţi cu DZ tip 2 se poate datora de fapt creşterii nivelului

plasmatic al proinsulinei. Proinsulina are activitate biologică redusă ( 5%

din activitatea hipoglicemiantă a insulinei).

În prezent, se consideră că la aceste modificări contribuie predispoziţia

genetică (insuficient cunoscută), precum şi efectele de glucotoxicitate şi

lipotoxicitate secundare hiperglicemiei cronice şi nivelurilor plasmatice

crescute ale AGL.

Expunerea prelungită a celulelor beta-pancreatice la hiperglicemie modifică

transcripţia genei insulinei, cu scăderea sintezei şi secreţiei de insulină.

Creşterea nivelului plasmatic al AGL este unul dintre principalele defecte

patogenice întâlnite în DZ tip 2. Efectul creşterii nivelului plasmatic al AGL

asupra diverselor ţesuturi este denumit lipotoxicitate.

57

Expunerea cronică a celulelor beta-pancreatice la niveluri plasmatice

crescute de AGL creşte, prin stimularea beta-oxidării, nivelul intracelular al

derivaţilor acil-coA ai AG. Această creştere stimulează sinteza de ceramide

la acest nivel, ceea ce duce la creşterea activităţii sintetazei oxidului nitric

de tip II (iNOS- inducible nitric oxide synthetases , sintetaza oxidului nitric

inductibilă).

Rezultatul acestei activări enzimatice este creşterea de oxid nitric şi citokine

inflamatorii (interleukina1 şi TNF-alfa), ceea ce determină disfuncţii ale

celulelor beta-pancreatice şi apoptoza acestora.

În plus, există studii recente care susţin ipoteza că nivelurile crescute de

AGL induc formarea depozitelor extracelulare de amiloid.

La pacienţii cu DZ tip 2 s-a evidenţiat o scădere a numărului de transportori

de glucoză GLUT 2 (implicaţi în transportul glucozei în celulele beta-

pancreatice). Scăderea numărului de transportori explică deficitul

răspunsului insulinosecretor la creşterea bruscă a glicemiei plasmatice,

precum şi episoadele de hipoglicemie întâlnite la pacienţii cu prediabet sau

cu diabet zaharat incipient.

Odată cu scăderea glicemiei, glucoza ar trebui să părăsească celula beta-

pancreatică dar, datorită numărului scăzut de transportori, acest lucru nu se

întâmplă suficient de rapid. Glucoza existentă în celula beta-pancreatică se

metabolizează în continuare pe calea glicolizei ceea ce stimulează în

continuare insulinosecreţia.

58

Un alt mecanism implicat în disfuncţia secretorie a celulelor beta-

pancreatice este deficitul de incretine (GIP, GLP-1) sau rezistenţa celulelor

beta-pancreatice la efectul incretinelor. La pacienţii cu DZ tip 2 a fost

demonstrat un răspuns mai redus la administrarea orală de glucoză,

comparativ cu administrarea intravenoasă.

Deficitul de secreţie a celulelor beta-pancreatice, precum şi gradul de

insulinorezistenţă sunt diferite pentru fiecare pacient, aceste tulburări

influenţând severitatea hiperglicemiei a jeun şi a celei postprandiale în mod

particular pentru fiecare caz în parte.

Deoarece tulburările metabolice caracteristice DZ tip 2 apar progresiv,

asimptomatic, această afecţiune poate evolua mulţi ani, de cele mai multe

ori pacientul fiind diagnosticat ca urmare a apariţiei unei complicaţii.

Terapia în DZ tip 2 are drept scop menţinerea unui echilibru metabolic cât

mai apropiat de normal pentru a preveni apariţia sau pentru a încetini

evoluţia complicaţiilor micro şi macrovasculare caracteristice.

Tratamentul DZ tip 2 depinde de severitatea disfuncţiei secretorii insulinice

şi a insulinorezistenţei şi poate fi reprezentat de un anumit regim alimentar,

asociat sau nu cu medicaţie antidiabetică orală, iar în cazurile cu disfuncţie

secretorie severă chiar şi insulinoterapie.

Deoarece iniţierea insulinoterapiei este necesară pentru un control metabolic

mai bun, pacienţii pot fi consideraţi insulinonecesitanţi, spre deosebire de

59

pacienţii cu DZ tip 1, insulinodependenţi, la care administrarea de insulină

este necesară pentru oprirea unei evoluţii accelerate a bolii spre deces.

Complicaţiile diabetului zaharat

A. Complicaţii acute

1. Cetoacidoza diabetică şi coma cetoacidotică

2. Coma diabetică hiperosmolară, hiperglicemică,

noncetoacidotică

B. Complicaţii cronice

I. Complicaţii microvasculare (microangiopatia diabetică)

1. retinopatia diabetică (poate evolua spre orbire)

2. nefropatia diabetică (poate evolua spre diferite stadii

de insuficienţă renală cronică)

3. neuropatia diabetică

II. Complicaţii macrovasculare (macroangiopatia diabetică) se

datorează unei forme accelerate de ateroscleroză care creşte riscul de

apariţie pentru infarct miocardic acut, accident vascular cerebral sau

arteriopatie la nivelul membrelor inferioare, cu gangrenă şi necesitatea

amputaţiei).

A. Complicaţii acute ale DZ

1. Cetoacidoza diabetică şi coma cetoacidotică

Cetoacidoza diabetică este o acidoză metabolică determinată de:

- supraproducţia de corpi cetonici (CC)

60

- hipoinsulinismul duce la intensificarea lipolizei periferice prin

activarea lipazei hormonosensibile, cu mobilizare crescută a

AGL;

- metabolizarea hepatică a AGL este orientată preferenţial pe

calea β-oxidării, cu apariţia unor cantităţi crescute de acetil-

CoA din care se formează CC (celelalte căi de metabolizare a

acetil-CoA sunt insulinodependente);

- incapacitatea organismului de metabolizare şi eliminare urinară a

excesului de CC rezultaţi din supraproducţia hepatică.

Cauza cetoacidozei diabetice este deficitul sever de insulină, relativ

(hiperproducţia de hormoni antagonişti insulinei) sau absolut (cetoacidoza

diabetică inaugurală sau întreruperea insulinoterapiei).

Concentraţia plasmatică normală a CC este de aproximativ 1mEq/l. În

cetoacidoza diabetică aceasta depăşeşte 5mEq/l (poate ajunge până la 15-

20mEq/l).

Coma diabetică cetoacidotică se defineşte prin scăderea pH-ului sanguin

sub 7,20 şi/sau scăderea bicarbonatului plasmatic sub 10 mEq/l, cu

hiperglicemie necorelată cu severitatea acidozei.

Cetoacidoza diabetică este o urgenţă metabolică ce poate duce la decesul

pacientului. Aceasta poate fi declanşată de factori care accentuează deficitul

insulinic:

- întreruperea tratamentului cu insulină;

- boli infecţioase acute;

61

- infarct acut de miocard;

- accidente vasculare cerebrale;

- sarcină;

- stres etc.

Acest tip de acidoză poate apărea chiar la debutul DZ de tip 1 (cetoacidoză

diabetică “inaugurală”);

În DZ, cetoacidoza metabolică este iniţial compensată, astfel încât, pH-ul

plasmatic se menţine în limite normale prin intervenţia mecanismelor de tip

compensator:

- activitatea sistemelor tampon celulare şi extracelulare (ex: sistemul

tampon bicarbonat/acid carbonic);

- activitatea rinichiului, prin care se elimină cantităţi crescute de valenţe

acide şi se reabsorb cantităţi importante de bicarbonat; într-o deshidratare

severă (poate fi prezentă la pacienţi cu DZ), gradul de compensare renală

este redus datorită scăderii presiunii de perfuzie renală (filtrarea glomerulară

şi reabsorbţia tubulară scad);

- activitatea aparatului respirator; creşterea concentraţiei plasmatice a

ionilor de hidrogen stimulează chemoreceptorii de la nivelul centrilor

respiratori bulbari, cu polipnee (creşterea frecvenţei şi amplitudinii

mişcărilor respiratorii) şi hiperventilaţie alveolară.

62

În condiţii de cetoacidoză, se elimină o cantitate crescută de bioxid de

carbon (acid potenţial, care împreună cu apa formează acid carbonic). Apare

respiraţia acidotică (Kussmaul) cu miros de acetonă (corp cetonic volatil,

eliminat respirator).

Când mecanismele de tip compensator sunt depăşite, în condiţiile unei

producţii permanent crescută de CC, apare cetoacidoza diabetică

decompensată, cu scăderea pH-ului sanguin. Efectele negative ale acesteia,

care pot explica apariţia comei diabetice cetoacidotice, sau chiar decesul

pacientului, sunt:

1) scăderea tonusului vascular (acidoza scade afinitatea proteinelor

contractile pentru calciu) determină hipotensiune arterială şi stază sanguină

în circulaţia periferică (acidoza induce vasodilataţie), cu scăderea întoarcerii

venoase, a umplerii ventriculare şi scăderea debitului cardiac; scăderea

debitului cardiac determină hipoperfuzie tisulară generalizată, inclusiv la

nivel cerebral;

2) scăderea contractilităţii miocardice contribuie la scăderea debitului

cardiac (alături de deshidratare, scăderea întoarcerii venoase şi modificările

potasiului);

3) inhibiţia unor sisteme enzimatice determină grave tulburări metabolice

celulare, inclusiv la nivel cerebral, amplificate de deshidratare (apa este

mediul de reacţie al proceselor biochimice);

63

4) inhibiţia pompelor de Na/K, inclusiv la nivel cerebral, tulbură procesele

electrofiziologice; Na extracelular pătrunde în celule, iar K intracelular iese

din celule; hiponatremia şi hiperpotasemia determină grave tulburări de ritm

ce duc la scăderea debitului cardiac.

Ca urmare a acestor efecte, cetoacidoza diabetică decompensată determină

afectarea severă a funcţiilor cerebrale, cu pierderea stării de conştienţă şi

instalarea comei cetoacidotice. Dispariţia senzaţiei de sete duce la

accentuarea deshidratării globale, până la şoc hipovolemic, ce accentuează

tulburările fizopatologice.

2. Coma diabetică hiperosmolară, hiperglicemică, noncetoacidotică

Coma diabetică hiperosmolară, hiperglicemică, noncetoacidotică se

defineşte prin absenţa cetoacidozei, în condiţii de hiperosmolaritate

plasmatică exclusiv hiperglicemică sau mixtă (hiperglicemică şi

hipernatremică).

Criterii de diagnostic:

- hiperosmolaritate plasmatică peste 350 mOsm/l;

- hiperglicemie peste 600 mg/dl;

- pH plasmatic peste 7,25; HCO3- peste 15 mEq/l;

- deshidratare masivă;

- absenţa cetozei.

Acest tip de comă apare la un pacient cu DZ tip 2 incorect tratat, cu semne

de ateroscleroză. Ateroscleroza cerebrală explică alterarea osmoreglării, cu

64

instalarea toleranţei crescute pentru hiperosmolaritate (absenţa senzaţiei de

sete). Pe acest fond, pot acţiona factorii declanşatori ai comei (factori care

accentuează deshidratarea hipertonă realizată prin pierderi de lichide

hipotone). Deshidratarea duce la hiperosmolaritate plasmatică,

hiperglicemică şi hipernatremică (peste 350 mOsm/l).

Factori care pot accentua tendinţa la deshidratare sunt:

- boli febrile;

- infarct miocardic acut şi accidente vasculare cerebrale;

- medicamente cu acţiune hiperglicemiantă;

- nerespectarea regimului hipoglucidic.

În DZ tip 2, insulinemia plasmatică, suficientă pentru inhibiţia cetogenezei,

este insuficientă pentru prevenirea hiperglicemiei (este inhibată utilizarea

periferică a glucozei datorită modificărilor hemodinamice periferice, ca

efect al hiperosmolarităţii şi deshidratării). Astfel, poate fi explicată absenţa

cetoacidozei în coma diabetică hiperosmolară din DZ tip 2.

În coma diabetică hiperosmolară fără cetoacidoză poate apărea o acidoză

metabolică prin hiperproducţie de acid lactic (hipovolemia, rezultat al

deshidratării, explică hipoperfuzia şi hipoxia tisulară), în condiţiile scăderii

eliminării renale de acid lactic (insuficienţă renală funcţională prin scăderea

irigaţiei renale datorită hipovolemiei).

Alături de deshidratarea severă, acidoza lactică severă determină suferinţă

metabolică cerebrală, în special prin inhibiţia sistemelor enzimatice

neuronale şi poate contribui la instalarea comei.

65

B. Complicaţii cronice ale DZ

I. Complicaţii microvasculare (microangiopatia diabetică)

1. Retinopatia diabetică

Retinopatia diabetică este principala cauză de orbire în ţările dezvoltate.

Retinopatia are o evoluţie progresivă şi gravitatea acesteia depinde de

mărimea intervalului de timp măsurat de la debutul bolii, de existenţa unui

slab control metabolic al DZ, precum şi de instalarea hipertensiunii arteriale.

După 15 ani de evoluţie a DZ tip 1, retinopatia este prezentă la 100% dintre

pacienţi, iar la pacienţii cu DZ tip 2 aceasta se constată la 2/3 dintre pacienţi.

În schimb, dată fiind evoluţia uneori insidioasă a DZ tip 2, retinopatia poate

fi prezentă la aceşti pacienţi încă din momentul diagnosticării bolii.

Din punct de vedere morfologic, retinopatia prezintă următoarele stadii

evolutive:

- retinopatia simplă caracterizată prin prezenţa de microanevrisme ale

capilarelor, microhemoragii şi exsudate;

- retinopatie simplă cu maculopatie în care se constată edem macular;

- retinopatie preproliferativă caracterizată prin prezenţa de microtromboze

vasculare şi hemoragii importante la nivelul corpului vitros;

- retinopatia proliferativă caracterizată prin apariţia vaselor de neogeneză la

nivel retininian, hemoragii importante, precum şi prin existenţa de sechele

66

ale vechilor hemoragii (proliferare fibroasă extinsă), cu apariţia riscului

crescut pentru dezilipirea de retină.

Din punct de vedere histopatologic, retinopatia, în diverse stadii evolutive,

se caracterizează prin:

- pierderea pericitelor (celule mezenchimale de la nivelul vaselor mici);

- microanevrisme care se pot constitui ca puncte de plecare pentru apariţia

hemoragiilor şi constituirea edemului;

- îngroşarea membranei bazale capilare;

- neovascularizaţia implicată în pierderea vederii;

- hemoragii;

- edem;

- tromboze.

Pericitele sunt celule periendoteliale (la nivel retinian, raportul pericite

/celule endoteliale este 1:1) cu multiple roluri în homeostazia

microvasculară:

- inhibă proliferarea celulelor endoteliale;

- sunt celule cu funcţie contractilă, cu rol în reglarea permeabilităţii

joncţiunii interendoteliale ;

- secretă componente ale matricei extracelulare (colagen I, laminină).

Pierderea vederii în retinopatia non-prolifertivă se datorează :

- edemului macular, cu apariţia disfuncţiei fotoreceptorilor de la nivelul

centrului macular şi foveei; edemul macular apare ca urmare a creşterii

permebilităţii vasculare;

- trombozelor capilare, cu apariţia ischemiei maculare.

67

Pierederea vederii în retinopatia proliferativă se datorează:

- hemoragiilor la nivelul corpului vitros apărute ca urmare a

neovascularizaţiei;

- dezlipirii de retină ca urmare a tracţiunilor fibrovasculare apărute în

urma schelelor hemoragice şi neovascularizaţiei.

2. Nefropatia diabetică

Nefropatia diabetică este cea mai frecventă cauza de insuficienţă renală

cronică (IRC) în stadiu terminal care necesită hemodializă sau transplant

renal pentru supravieţuire.

Nefropatia diabetică este caracterizată prin scăderea progresivă a ratei de

filatrare glomerulară şi gravitatea acesteia depinde de valoarea intervalului

de timp măsurat de la debutul bolii, de existenţa unui slab control metabolic

al DZ, precum şi de instalarea hipertensiunii arteriale (HTA).

În stadiile incipiente, nefropatia diabetică se poate manifesta ca

microalbuminurie (30-300 mg de albumină în urina din 24 de ore).

Microalbuminuria evoluează în timp spre macroalbuminurie (peste 300 mg

de albumină în urina din 24 de ore).

Din punct de vedere histopatologic, nefropatia diabetică se caracterizează

prin:

- îngroşarea membranei bazale glomerulare;

68

- proliferare mezangială prin expansiunea matricei extracelulare (colagen IV

şi VI, laminină, fibronectină), precum şi prin proliferarea celulelor

mezangiale.

Pe măsură ce boala evoluează, tot mai mulţi glomeruli se sclerozează, iar

glomerulii rămaşi intacţi se hipertrofiază şi devin hiperfiltranţi (teoria

Brenner). Hiperfiltrarea modifică homeostazia hemodinamică

intraglomerulară prin creşterea presiunii intraglomerulare. Aceste modificări

hemodinamice de la nivelul glomerulilor intacţi generează distrucţii celulare

şi accelerează evoluţia glomerulosclerozei.

3. Neuropatia diabetică

Această afecţiune se prezintă sub mai multe forme clinice:

* neuropatie senzitivă;

* neuropatie motorie;

* neuropatie vegetativă, ce poate fi exprimată prin:

- tahicardie;

- hiperperistaltism gastrointestinal (vărsături şi diaree);

- atonie intestinală (constipaţie);

- atonia vezicii urinare (retenţie de urină);

- tulburări de dinamică sexuală (impotenţă).

Cel mai frecvent, neuropatia diabetică se prezintă ca polineuropatie difuză

progresivă, cu reducerea sensibilităţii, ceea ce creşte riscul apariţiei

ulceraţiilor la nivelul membrelor inferioare. Ulceraţiile reprezintă stadiul

premergător instalării gangrenei membrului inferior, neuropatia diabetică

69

fiind responsabilă pentru 50-75% din amputările nontraumatice efectuate la

pacienţii cu DZ.

Funcţia celulelor nervoase este dependentă de fluxul vascular normal, dar şi

fluxul vascular este dependent de funcţia normală a celulelor nervoase.

Patogenia complicaţiilor microvasculare în diabetul zaharat

Patogeneza complicaţiilor microvasculare în diabetul zaharat are la bază

prezenţa următoarelor modificări:

- hiperglicemia;

- dislipidemia;

- insulinorezistenţa;

- hipertensiunea arterială.

Complicaţiile cronice ale DZ pot fi prevenite dacă se corectează cauza lor

esenţială, hiperglicemia. Menţinerea unei glicemii normale previne apariţia

complicaţiilor cronice ale DZ şi încetineşte evoluţia celor care au apărut.

Efectele negative ale hiperglicemiei cronice din DZ pot fi explicate prin

teoria glucotoxicităţii. Conform acestei teorii, complicaţiile cronice ale DZ

sunt consecinţa hiperglicemiei persistente.

Există unele argumente în sprijinul acestei teorii:

- leziunile vasculare din DZ au o gravitate direct proporţională cu nivelul şi

durata hiperglicemiei;

70

- leziunile degenerative cronice specifice apar în diabetul spontan dar şi în

DZ indus prin pancreatectomie totală sau în DZ experimental;

- transplantul unui rinichi normal la un pacient cu DZ şi hiperglicemie

persistentă este urmat de apariţia nefropatiei diabetice (dacă glicemia este

menţinută în limite normale, acest fenomen nu apare);

- transplantul unui rinichi cu nefropatie diabetică la un primitor fără DZ este

urmat de un grad de remisiune a leziunilor caracteristice DZ;

- leziunile specifice DZ nu apar în absenţa hiperglicemiei.

Creşterea nivelului plasmatic al AG (dislipidemia) induce stres oxidativ la

nivelul celulelor endoteliale, celulelor musculare netede vasculare şi

activează proteinkinaza C.

Insulinorezistenţa periferică determină hiperglicemie, creşterea nivelului

plasmatic al AG, creşterea nivelului plasmatic de adipokine cu rol de

citokine proinflamatorii (TNF-alfa, IL-6). Citokinele sunt implicate în

apariţia apoptozei şi aterogenezei.

Toate aceste modificări (hiperglicemie, dislipidemie, insulinorezistenţă,

hipertensiune) conduc independent spre creşterea producţiei de specii

reactive de oxigen, deci stres oxidativ. Creşterea producţiei speciilor

reactive de oxigen determină disfuncţie endotelială.

Celulele endoteliale reprezintă suprafaţa internă a tuturor vaselor de sânge.

Funcţiile celulelor endoteliale sunt:

71

- controlul volumului de fluid şi al electroliţilor de la nivel intra şi

extravascular (formarea unei bariere cu permebilitate selectivă între spaţiul

intra şi extravascular);

- rol în menţinerea unei hemostaze normale;

- rol în menţinerea unui tonus vascular adecvat condiţiilor hemodinamice

locale;

- rol în controlul traficului leucocitar între spaţiul intra şi extravascular.

Complicaţiile microvasculare sunt caracterizate de disfuncţie endotelială,

angiogeneza şi proliferare în exces a matricei extracelulare (îngroşarea

membranei bazale capilare) ceea ce conduce la afectare tisulară prin

ischemie (necroză), hemoragie şi apoptoză.

Rolul hiperglicemiei

Hiperglicemia este un factor patogenic esenţial în apariţia leziunilor cronice

diabetice.

Glucoza nu este un metabolit toxic. Efectele nocive ale hiperglicemiei se

exercită prin “forţarea” unor căi metabolice anormale ce explică apariţia

leziunilor cronice în DZ.

Hiperglicemia induce:

1. stresul oxidativ la nivelul celulelor endoteliale şi celulelor musculare

netede vasculare;

2. metabolizarea în exces a glucozei pe calea poliol;

3. formarea produşilor finali de glicozilare avansată, AGE (advanced

glycation end-products);

72

4. metabolizarea în exces a glucozei pe calea hexozaminelor;

5. formarea în exces a diacilglicerolului, ceea ce determină activarea

proteinkinazei C (PKC).

1) Stres-ul oxidativ

În cursul proceselor metabolice normale apar compuşi oxidanţi foarte

reactivi numiţi radicali oxizi (oxigen atomic, apă oxigenată, radical

hidroxid). Sistemul oxidativ implicat în procesul de îmbătrânire este

implicat şi în apariţia complicaţiilor cronice ale DZ, aceste procese având

numeroase elemente comune.

Hiperglicemia şi dislipidemia favorizează la nivel endotelial instalarea

stresului oxidativ.

Celulele endoteliale şi celulele musculare netede vasculare nu sunt

dependente de insulină pentru preluarea glucozei din circulaţie. În plus, la

nivelul acestor celule nu este posibil fenomenul de down-regulation al

transportorilor de glucoză, astfel încât, hiperglicemia din DZ conduce la

creşterea concentraţiei de glucoză la nivel intracelular.

Creşterea concentraţiei de glucoză duce la creşterea nivelului de acetil-coA

la nivel intracelular, rezultat prin glicoliză. Acetil-coA pătrunde în ciclul

Krebs care în condiţii normale produce NADH şi FADH2, donori de

electroni implicaţi în sinteza de ATP.

73

Acetil-coA în exces generează o cantitate mare de izo-citrat. Se activează

NAD-dependent-izocitrat-dehidrogenaza cu formarea unei cantităţi mari de

NADH la nivel mitocondrial.

NADH în exces nu poate fi consumat pentru sinteza de ATP ceea ce duce la

creşterea gradientului protonic la nivel mitocondrial, cu generarea unei

cantităţi mari de anioni superoxid (O2-).

Creşterea acizilor graşi la nivel celular (datorită creşterii nivelului plasmatic

al AG în DZ) determină creşterea nivelului intracelular de acetil-coA, ca

urmare a beta-oxidării AG.

Ca efect al producerii în exces a speciilor reactive de oxigen se produce un

dezechilibru între producţia crescută a acestora (H2O2, O2-, HOCl, NO etc.)

şi mecanismele de protecţie, cu apariţia stresului oxidativ la nivel endotelial.

Mecanismele de protecţie sunt controlate de activitatea enzimelor

superoxid-dismutaza, catalaza şi glutation-peroxidaza.

# Anionul superoxid activează proteinkinaza C (PKC) şi NF-kB (Nuclear

Factor-kappa B) ceea ce stimulează activitatea enzimei NADPH-oxidaza

(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate-oxidase). Activarea acestei

enzime duce la sinteza de specii reactive de oxigen (ROS, reactive oxigen

species), accentuând, astfel, stresul oxidativ.

NF-kB este un factor transcripţional nuclear ce controlează numeroase

gene implicate în proliferare celulară, inflamaţie, funcţie imună. În plus,

activarea NF-kB şi PKC duce la activarea sintetazei oxidului nitric de tip II

74

(sintetaza inductibilă) cu creşterea producţiei de anion superoxid, scăderea

sintezei de NO (nitric oxide, oxid nitric) şi apariţia disfuncţiei endoteliale.

În condiţii de stres oxidativ, oxidul nitric împreună cu anionul superoxid

generează peroxinitrit (specie reactivă de oxigen).

# Peroxinitritul afectează structura normală a ADN-ului celular, cu activarea

enzimei poli-ADP-ribozo-polimeraza care inhibă glicoliza, ceea ce are ca

efect reducerea ratei de formare a ATP celular şi agravarea stresului

oxidativ prin creşterea disponibilităţii de NADH şi FADH2.

Prin disfuncţie endotelială se înţelege scăderea sintezei de NO de către

celula endotelială.

În condiţii normale, NO este sintetizat de către celula endotelială ca urmare

a acţiunii enzimei NO-sintetaza constitutivă şi are următoarele roluri:

- vasodilataţie;

- antiinflamator prin

- inhibarea NF-kB;

- reducerea expresiei citokinelor proinflamatorii;

- reducerea expresiei MCP-1 (Monocyte chemoattractant protein-

1) şi MCSF (Macrophage colony-stimulating factor);

- antitrombotic;

- inhibarea proliferării celulelor endoteliale (prin inhibarea NF-kB).

Sub acţiunea speciilor reactive de oxigen se activează PKC şi NF-kB care

stimulează expresia NO-sintetazei inductibile şi inhibă NO-sintetaza

75

constitutivă. NO-sintetaza inductibilă produce cantităţi mari de anion

superoxid şi cantităţi reduse de NO. În plus, reacţia între anionul superoxid

şi NO (reacţie în mod fiziologic limitată) este favorizată cu producerea de

peroxinitrit, specie reactivă de oxigen puternic citotoxică.

Activarea excesivă a NF-kB indusă de stresul oxidativ stimulează

angiogeneza prin inducerea sintezei de VEGF (Vascular endothelial growth

factor) principalul factor de creştere stimulator al proliferării endoteliale.

VEGF creşte permeabilitatea endotelială.

Speciile reactive de oxigen determină oxidarea lipidelor şi proteinelor, cu

apariţia de compuşi care activează proteinkinaza C. PKC activată induce

sinteza factorilor de creştere VEGF, PDGF (Platelet-derived growth factor),

TGF-beta (Transforming growth factor-beta).

Sub acţiunea factorilor de creştere, celulele musculare netede vasculare

proliferează şi sintetizează elementele matricei extracelulare (colagen,

proteoglicani etc.). În plus, TGF-beta şi PDGF stimulează expresia

ARNmesager al VEGF.

Celulele endoteliale disfuncţionale sintetizează citokine pro-inflamatorii, IL-

1, TNF-alfa (tumor necrosis factor-alpha), care pot induce apoptoza

celulară prin supraactivare NF-kB şi a Fas (::::::::::). Citokinele

proinflamatorii stimulează sinteza de factori de creştere şi induc exprimarea

la nivelul celulelor endoteliale de molecule de adeziune (VCAM- vascular

cell adhesion molecule, ICAM-intercellular adhesion molecule) pentru

leucocite, limfocite, monocite, cu apariţia inflamaţiei şi aterogenezei.

76

Datorită stresului oxidativ se produc distrucţii celulare. Ca urmare a

distrucţiei celulare, se eliberează molecule cu rol în inducerea inflamaţiei şi

factori de creştere, precum bFGF (basic fibroblast growth factor), implicaţi

în angiogeneză.

Deci, stresul oxidativ indus de hiperglicemie şi de creşterea nivelului

plasmatic al AGL are drept consecinţe:

- disfuncţie endotelială (scăderea cantităţii de NO) prin stimulare NF-kB şi

PKC cu vasoconstricţie, creşterea permeabilităţii endoteliale (edem

interstiţial), creşterea adeziunii intercelulare (inflamaţie, aterogeneză,

tromboze), sinteză de citokine pro-inflamatorii ;

- angiogeneză prin stimularea sintezei factorilor de creştere (VEGF) ;

- proliferare a matricei extracelulare (îngroşarea membranei bazale) prin

stimularea sintezei factorilor de creştere (TGF-beta, PDGF, VEGF);

- distrucţii celulare prin afectarea ADN-ului celular de către speciile reactive

de oxigen, prin inducerea apoptozei datorită sintezei în exces de citokine

proinflamatorii şi modificării expresiei NF-kB.

2) Metabolizarea în exces a glucozei pe calea poliol

În condiţii normale, metabolizarea glucozei pe această cale metabolică

insulino-independentă reprezintă doar un mic procent din totalul de glucoză

metabolizată, deoarece, enzima reglatoare a acestei căi, aldozo-reductaza,

are o afinitate redusă pentru glucoză. Aldozo-reductaza are rolul fiziologic

de a reduce aldehidele toxice (rezultate din acţiunea speciilor reactive de

oxigen asupra lipidelor) la alcooli inactivi.

77

În condiţii de hiperglicemie, creşterea nivelului intracelular al glucozei

determină creşterea metabolizării în calea poliol. Glucoza, sub acţiunea

aldozo-reductazei, se transformă în sorbitol care este apoi oxidat, sub

acţiunea sorbitol-dehidrogenazei şi transformat în fructoză.

Fig 8 Calea poliol

Datorită acivităţii acestei căi metabolice, creşte raportul intracitoplasmatic

NADH/NAD ceea ce are ca efect inhibarea activităţii enzimei gliceraldehid-

3-fosfat-dehidrogenaza, cu creşterea concentraţiei de triozo-fosfat.

Concentraţii crescute ale triozo-fosfatului duc la formarea în exces de

metilglioxal şi diacil-glicerol.

Metilglioxalul este un precursor al produşilor de glicozilare avansată.

GLUCOZA

SORBITOL

FRUCTOZĂ

Aldozo-reductaza

Sorbitol-dehidrogenaza

NADPH

NADP

NAD

NADH

78

Fig 10 Produşii de glicozilare avansată

Diacil-glicerolul activează protein-kinaza C care la rândul ei activează

NADPH-oxidaza generând stres oxidativ la nivelul celulelor endoteliale şi

celulelor musculare netede vasculare.

În plus, această cale de metabolizare consumă cofactorul NADPH, cofactor

necesar refacerii de glutation-redus. Scăderea concentraţiei de glutation-

redus exacerbează stresul oxidativ intracelular prin scăderea activităţii

glutation-peroxidază.

Glucoza

Fructozo – 6 – fosfat

Glucozo - 6 - fosfat

Gliceraldehid-3-Fosfat

Metilglioxal

Produşi de glicozilare avansată

79

Fig 9 Glutationul şi stressul oxidativ

O altă ipoteză a contribuţiei căii poliol la dezvoltarea complicaţiilor cronice

în diabet este aceea a stresului osmotic indus de acumularea intracelulară de

sorbitol, substanţă care nu difuzează prin membrana celulară. Totuşi, această

ipoteză s-a putut confirma doar pentru apariţia cataractei, ca urmare a

acumulării de sorbitol la nivelul cristalinului. În celelalte tipuri de ţesut

(vascular, neuronal), cantitatea de sorbitol evidenţiată este insuficientă

pentru inducerea stresului osmotic.

Glutation oxidat

Glutation redus

Glutation-reductaza NADPH

NADP

Glutation oxidat

2 Glutation redus

Glutation-peroxidaza

H2O2

2 H2O

80

Legătura între calea poliol şi fenomenul glicării proteinelor este evidenţiată

în glicarea colagenului, dar şi a altor proteine, de către fructoza generată din

sorbitol. Rata glicării cu fructoză este de 7-8 ori mai rapidă decât cea a

glicării cu glucoză.

3) Formarea produşilor finali de glicozilare avansată, AGE (advanced

glycation end-products)

Adiţia hexozelor (glucoză, fructoză) la proteine (glicarea proteinelor) are loc

proporţional cu nivelul hiperglicemiei şi cu durata acesteia.

Reacţia iniţială este reversibilă. În primele ore (până la 4 săptămâni) de

hiperglicemie se formeză produşii de glicare precoce, produşi reversibili,

numiţi baze Schiff şi produşi Amadori.

Bazele Schiff se formează prin legarea glucozei (dar şi a fructozei) la nivelul

extremităţilor NH2-terminale (în special la nivelul lizinei) din structura

lanţurilor peptidice. Dacă hiperglicemia persistă, bazele Schiff se transformă

în produşi Amadori, compuşi mai stabili dar încă reversibili.

Produşii de glicare precoce nu se acumulează în ţesuturi, iar dacă

hiperglicemia este corectată nivelul lor revine la normal.

În timp, ca urmare a persistenţei hiperglicemiei, se formează produşi stabili

(reacţie ireversibilă) numiţi produşi finali de glicare avansată, AGE

(advanced glycation end-products). Unii dintre aceşti produşi sunt rezultatul

81

unor reacţii care implică şi participarea speciilor reactive de oxigen şi, de

aceea, se numesc produşi de glicoxidare.

Corectare hiperglicemiei nu corectează şi nivelul acestor compuşi care se

acumulează intratisular.

Nivelul intracelular crescut de glucoză duce la formarea AGE prin

următoarele mecanisme:

- auto-oxidarea produşilor Amadori, cu formarea de 3-deoxiglucozona;

- auto-oxidarea glucozei, cu formarea de glioxal;

- formarea de metil-glioxal din gliceraldehid-3-fosfat, rezultat în urma

glicolizei.

3-Deoxiglucozona, glioxalul şi metil-glioxalul sunt produşi dicarbonilici

care pot interacţiona cu grupările amino ale proteinelor, generând, astfel,

AGE.

# Efectul intracelular al AGE

Creşterea concentraţiei intracelulare de AGE alterează funcţiile celulare prin

modificarea complexelor proteice transcripţionale şi implicit prin alterarea

expresiei genice.

Există receptori pentru produşii de glicozilare avansată la nivelul celulelor

endoteliale şi celulelor musculare netede vasculare.

82

Legarea produşilor de glicozilare avansată la receptorii de la nivelul

celulelor endoteliale şi celulelor mueculare netede vasculare induce:

- activarea NF-kB şi a PKC, cu generarea stresului oxidativ;

- activarea PKC cu creşterea sintezei de factori de creştere (VEGF, PDGF,

TGF-beta), molecule de adeziune intercelulară (VACM, ICAM) şi citokine

proinflamatorii.

Macrofagele prezintă receptori pentru AGE. Legarea AGE la nivelul

receptorilor specifici stimulează expresia citokinelor proinflamatorii (IL1,

TNF alfa), endotelinei-1, a factorilor de creştere (TGF-beta, IGF1 – insulin

growth factor, MCSF) şi factorului tisular (cu rol în activarea coagulării).

# Efectul extracelular al produşilor de glicozilare avansată

* Modificarea glicoxidativă a colagenului vascular duce la scăderea

solubilităţii acestuia şi la stimularea formării reţelei de colagen (colagenul

glicat este mai rezistent la acţiunea colagenazelor). În aceste condiţii,

peretele vascular devine mai rigid, cu apariţia HTA şi a turbulenţelor în

fluxul sanguin. Aceste forţe mecanice accentuează microleziunile

endoteliale şi contribuie la formarea plăcilor de aterom.

Glicozilarea neenzimatică a colagenului de tip I determină scăderea

elasticităţii vasculare şi creşterea permeabilităţii peretelui vascular.

Glicozilarea neenzimatică a colagenului de tip IV afectează structura

normală a membranei bazale cu afectare legăturii între colagen şi

proteoglicanul heparansulfat, cu creşterea permeabilităţii peretelui vascular

83

(în nefropatia diabetică această modificare se materializează ca

albuminurie).

* Toate proteinele organismului (structurale sau circulante) pot fi glicate şi

modificate din punct de vedere structural şi funcţional. Glicarea proteinelor

plasmatice favorizează trecerea lor în spaţiul extravascular (factor de edem)

sau în urina primară (proteinurie).

* Glicozilarea hemoglobinei

În clinică, pentru aprecierea controlului glicemic din ultimele 3 luni la

pacienţii cu DZ, se foloseşte dozarea hemoglobinei glicozilate.

Dacă pe perioada celor aproximativ 120 de zile de viaţă a eritrocitului,

acesta este expus la hiperglicemie, glucoza şi hemoglobina se leagă covalent

formând un produs Amadori denumit hemoglobină glicozilată (HbA1c).

Odată glicozilată, hemoglobina rămâne în această formă până la sfârşitul

vieţii eritrocitului.

Nivelul de HbA1c reflectă glicemia medie la care eritrocitul a fost expus pe

perioada vieţii sale. De aceea, nivelul de HbA1c este proprţional cu glicemia

medie a pacientului într-o perioadă anterioară cuprinsă între 4 săptămâni

până la maximum 3 luni.

La un pacient cu DZ, nivelul de produşi Amadori (hemoglobină glicozilată)

la un moment dat nu se corelează cu prezenţa sau severitatea unor eventuale

complicaţii vasculare, dar persistenţa în timp a unor niveluri crescute de

hemoglobină glicozilată sugerează un control metabolic insficient, cu

84

posbilitatea apariţiei complicaţiilor vasculare prin acumularea intra- şi

extracelulară a AGE.

Glicozilarea hemoglobinei duce la creşterea afinităţii acesteia pentru

oxigen, cu instalarea unui grad de hipoxie (O2 plasmatic este cedat mai greu

ţesuturilor) care activează glicoliza anaerobă în ţesuturi insulino-

independente, cu creşterea producţiei de acid lactic. Creşterea afinităţii

hemoglobinei pentru oxigen apare şi datorită scăderii 2,3-difosfogliceratului

eritrocitar, ca urmare a scăderii glicolizei eritrocitare în condiţiile

deficitului de insulină.

Acidul lactic determină vasodilataţie şi creşterea permeabilităţii capilare,

cu încetinirea fluxului sanguin şi extravazarea plasmei. Creşterea

vâscozităţii sanguine reduce şi mai mult viteza de circulaţie în capilare, cu

stază şi accentuarea hipoxiei tisulare. De asemenea, creşterea vâscozităţii

sanguine favorizează agregabilitatea plachetară (amplificată şi de leziunile

endoteliale, inclusiv cele hipoxice), cu formare de microtrombi şi

posibilitatea apariţiei de necroze în diverse organe.

* Glicozilarea proteoglicanilor, cu formarea de glucozaminoglicani, are un

rol important în apariţia complicaţiilor cronice în DZ. Proteoglicanii (vezi şi

« Ateroscleroza ») sunt componente ale structurilor vasculare, nervoase şi

colagenice sintetizate (cu participarea glucozei) pe cale enzimatică.

Biosinteza acestora depinde de nivelul glicemiei. Proteoglicani sunt

purtători de sarcini electrice negative. Modificarea apărută în “structura

electrică” tisulară şi endotelială are efecte negative asupra fenomenelor de

atracţie / respingere dintre molecule. La nivelul glomerulului renal, această

85

leziune electrică membranară poate reprezenta substratul funcţional al

albuminuriei.

* Glicozilarea proteinelor care conţin acid sialic determină scăderea

încărcăturii electronegative la nivel endotelial, cu următoarele consecinţe:

- scade fenomenul de respingere a albuminelor plasmatice electronegative

(proteinurie);

- creşte adezivitatea plachetară şi a factorilor de coagulare plasmatici la

nivelul endoteliilor.

* Glicozilarea colagenului, precum şi a altor molecule proteice, poate avea

loc:

- la nivelul pielii (piele îngroşată şi cu leziuni trofice);

- la nivelul gingiilor (parodontopatia diabetică);

- la nivelul muşchilor şi tendoanelor (scade mobilitatea articulară şi

capacitatea de efort fizic);

- la nivelul cordului (cardiomiopatia diabetică).

Glicozilarea proteinelor poate contribui la apariţia neuropatiei diabetice,

cataractei, hepatopatiei dismetabolice etc.

4) Metabolizarea în exces a glucozei pe calea hexozaminelor

Creşterea glucozei intracelulare activează şi calea hexozaminelor.

UDP-N-acetil-glucozamina modifică expresia factorului transcripţional Sp1,

ceea ce conduce la creşterea expresiei ARN mesager al PAI-1 (plasminogen

activator inhibitor-1) şi TGF-beta.

86

În plus, activarea acestei căi metabolice are un efect de accentuare a

insulinorezistenţei periferice, prin reducerea translocării GLUT4.

5) Formarea în exces de diacilglicerol, cu activarea proteinkinazei C

PKC este activată de:

- creşterea de diacil glicerol ca urmare a creşterii cantităţii de glucoză

intracelulară (în celula endotelială şi celulele musculare netede vasculare) ;

- producţia în exces de AGE ;

- stresul oxidativ indus de hiperglicemie şi creşterea AGL.

Inhibarea gliceraldehid–3-fosfatdehidrogenazei scade transformarea

glucozei în 1,3 - difosfoglicerat şi creşte disponibilitatea glucozei pentru

metabolizarea pe calea poliol, calea hexozaminelor, calea proteinkinazei C

şi calea formării de AGE.

În concluzie, inducerea stresului oxidativ poate fi calea comună a tuturor

mecanismelor implicate în apariţia modificărilor caracteristice

complicaţiilor microvasculare diabetice.

PKC are următoarele roluri:

- stimulează sinteza de endotelină 1 şi inhibă activitatea NO- sintetazei

constitutive, cu scăderea sintezei de NO; ca urmare a creşterii endotelinei 1,

în DZ apar fenomene de vasoconstricţie, fenomene trombotice,

87

proinflamatorii şi de proliferare celulară, (în condiţii normale, aceste

fenomene sunt inhibate de NO);

Fig 11 ProteinKinaza C

- stimulează NADPH-oxidaza şi NO-sintetaza inductibilă, cu generarea în

exces a speciilor reactive de oxigen şi apariţia disfuncţiei endoteliale;

Glucoza

Fructozo – 6 – fosfat

Glucozo - 6 - fosfat

Gliceraldehid-3-Fosfat

Dihidroxiaceton-fosfat

Alfa-glicerol-fosfat

Diacil-glicerol

Protein-kinaza C

NAD H

NAD

88

- stimulează sinteza de factori de creştere (TGF-beta, PDGF) cu rol în

proliferarea celulelor musculare netede vasculare şi sinteza componentelor

matricei extracelulare (îngroşarea membranei bazale capilare);

- stimulează sinteza de VEGF, principalul stimulator al angiogenezei şi al

creşterii permeabilităţii endoteliale;

- stimulează expresia PAI-1 (plasminogen activator inhibitor-1) principalul

inhibitor al fibrinolizei, ceea ce induce o stare de hipercoagulabilitate, cu

creşterea trombozelor vasculare;

- stimulează expresia de molecule de adeziune pentru celulele sistemului

imun, cu apariţia unei stări inflamatorii ce favorizează aterotromboza.

În DZ tip 2, semnalul insulinic pe calea MAP (mitogen activated protein) -

kinaza rămâne intact. PKC promovează fosforilarea de tip serină/treonină a

receptorului pentru insulină, acest tip de fosforilare inhibând acţiunea

insulinei la nivel celular.

Semnalul insulinic este suficient însă pentru fosforilarea substratului Shc

care se asociază cu Grb2 activând proteina Ras şi declanşând, astfel, calea

MAP-kinazei.

Ras Raf MEK ERK (MAP-kinaza)

89

Raf, MEK şi ERK (extracelular signal-regulated kinase) sunt protein-

kinaze care activează mitogeneza (proliferarea celulară) şi pot induce

apoptoza celulară prin controlul expresiei unor factori transcripţionali.

# Stresul oxidativ şi căile de metabolizare a glucozei

Speciile reactive de oxigen, prin afectarea ADN-ului celular, activează

enzima poli-ADP-ribozo-polimeraza care inhibă gliceraldehid-3-fosfat-

dehidrogenaza.

Fig 14 Metabolizarea glucozei şi stresul oxidativ

Glucoza

Fructozo – 6 – fosfat

Glucozo - 6 - fosfat

Fructozo – 1,6 – bifosfat

GLICERALDEHID-3-FOSFAT

1,3 BIFOSFOGLICERAT

Calea poliol

Hexokinaza

Fosfoglucozizomeraza

Calea hexozaminelor

FosfofructoKinaza

Aldolaza

Calea proteinKinazei C

Formarea produşilor de glicozilare avansată

Gliceraldehid-3-fosfat-dehidrogenaza