Cukrzyca typu 2. - 8,5% populacji i rośnie
Błonnik zwiększa pasaż jelitowy, zmniejsza carcinogeneze (czas kontaktu szkodliwych czynników z sluzówką jelita)
Skrobia
węglowodan zapasowy u roślin wyższych
amyloza alfa-1,4 (długie proste) - 15-20%
amylopektyna alfa-1,6 (rozgałęzione co 24-30, stąd wolniej metabolizowany) - 80-85%
dostarcza 80% kalorii w diecie
Glukagon
rozgałęziony co 4-8 reszt glukozy przez wiązanie alfa-1,6
wzrost ilości rozgałęzień → zmniejszenie ciśnienia osmotycznego
łatwo uwalnia glukozę
Ślinianki - wydzielają alfa-1,4-endoglikozydazę (izoenzym amylazy)
Żołądek - niewielkie trawienie węglowodanów, niektóre zwierzęta wykorzystują bakterie do trawienia celulozy
Jelito - izoenzym trzustkowy amylazy (w OZT cofa się i wydzielany jest do krwi, wzrost nowotworów, kamicy). Kończy pracę ślinowej amylazy
Enzymy rąbka szczoteczkowego: maltaza, alfa-dekstrynaza.
Rąbek: sukraza, alfa-dekstrynaza, glukoamylaza (maltaza), laktaza, peptydazy
Zazwyczaj niedobory selektywne np. laktazy. Leczenie - dieta eliminacyjna.
Głębokie niedożywienie, pasożyty, leki - powodują zespoły złego wchłaniania (niedobory wieloenzymatyczne). Powstałe niestrawione są wykorzystywane przez bakterie (→ kwasy, maleje pH, rośnie osmotyczność → gazy i biegunka).
Zakwaszenie może być pozytywne, gdyż hamuje rozwój bakterii, ale nie wszystkich i dochodzi do rozwoju flory patogennej. Uszkadza śluzówkę jelita → zespół złego wchłaniania. Wzrost osmotyczności.
Maltoza
2x glukoza,
= cukier słodowy
najpopularniejszy disacharyd
kiełki nasion, syrop kukurydziany, produkt częściowej hydrolizy skrobii
glukoza połączona z tlenem acetalowym w położeniu alfa
Laktoza
7-20% rasy kaukaskiej
80-95% indian północno-amerykańskich
65-75% afroamerykanie
50% latynosi
Czyli wzrasta ze wzrostem stopnia homogennośc rasy
Nietolerancja laktozy - przyczyny
rasa lub grupa etniczna
niedobór genetyczny
rozwojowe (u wcześniaków → niedorozwój enterocytów, poza tym enzymy ulegają indukcji - po długim czasie bez laktozy duża dawka mleka u każdego da objawy niedoboru)
nadmiar bakterii w przewodzie pokarmowym
lamblioza
celiakia
choroby zapalne jelit (np. choroba Crohna)
resekcja jelita
Diagnostyka nietolerancji laktozy
test tolerancji
test wydychania H2 - produkt metabolizmu przez bakterie, oznaczane w wydychanym powietrzu - jest bardzo małe (ppm). Metoda spektrometrii masowej
test wydychania 13CO2 - laktoza (ilości rzedu mg) znakowana C13. Po wchłonięciu zostaje przekształcona i spalona w cyklu krebsa, a powstały tam w dekarboksylacji CO2 pojawia się szybko w powietrzu wydychanym (oznaczanie metodą spektrometrii masowej). Uwaga - po jakimś czasie (rzędu godzin) bakterie działają i też pojawi się 13CO2. Prawidłowo pojawia się w powietrzu po około 1-2 godzinach
testy genetyczne - duża liczba różnych mutacji, więc mało praktyczne.
Oprócz testów genetycznych wszystkie testy wymagają diety eliminacyjnej, żeby ustąpiły objawy niedoboru (trwa to od tygodnia do lat). W celiakii rok diety (regeneracja jelita), inaczej fałszywie dodatnie.
Test tolerancji laktozy
2 g/kg m.c. (maksymalnie 50g ??), a u dzieci 50g
pomiar glikemii w czasie zero, 60 i 120 minut
wzrost glikemii o >20 mg/dl świadczy o poprawnym wchłanianiu
czułość testu 75%, specyficzność 96%
Leczenie
dieta eliminacyjna
suplementacja Ca, witaminy D i innych witamin, gdyż pogarsza się wchłanianie innych związków
syntetyczna laktaza (rzadko)
Transport węglowodanów
Transport aktywny - glukoza, galaktoza
Dyfuzja ułatwiona - fruktoza, mannoza, pentozy (jako metabolit kwasów nukleinowych)
Glukotransportery - nie wszystkie do cukrów. GLUT5 (światło/enterocyt), GLUT2 (enterocyt/naczynie)
SGLT
symporter Na-glukoza (transport wtórnie aktywny)
wykorzystuje gradient elektrochemiczny
SGLT1
2 mole sodu na 1 mol glukozy/galaktozy
transport aktywny, bo stężenie glukozy w enterocycie przewyższa stężenie w świetle
Na+/K+ ATPaza usuwa Na+ do naczyń (antyluminalna powierzchnia komórki)
głównie jelito cienkie
odcinek S3 cewki bliższej
reabsorbcja końcowa (10%) wysokie powinowactwo
w moczu praktycznie brak glukozy. Ma to znaczenie gdyż glukoza jest osmotycznie czynna, powodowałaby utratę wody z moczem.
energetycznie reabsorbcja glukozy wiąże się z utratą energii, a nie zyskiem
przy okazji transport jonów sodowych → reabsorbcja sodu, a z nim wody
sód jest potrzebny do utrzymania równowagi potasu w organizmie
glukoza jest tu czymś zupełnie pomocniczym, co wchłaniamy przy okazji
bierze udział w utrzymaniu równowagi kwasowo-zasadowej - fundamentalne znaczenie SGLT1
serce
alternatywny do GLUT1 i GLUT4 szlak transportu glukozy
regulowany przez leptynę, nie insulinę (konstytutywny transport glukozy do komórki)
znaczenie w cukrzycy
u osób po zawale - aktywacja powoduje napływ glukozy do niedokrwionego serca, a ta umożliwia przeżycie kardiomiocytów w stanie braku tlenu (za mało ATP do skurczu) - hibernacja mięśnia sercowego. W innym przypadku powstanie blizna i po udrożnieniu naczynia skurczu nie będzie.
nieuczynnienie SGLT1 w cukrzycy → blok wchłaniania i wzdęcia, biegunki po słodkich
Mutacje - zaburzenia wchłaniania glukozy, galaktozy (rzadkie, bo letalne), przy tolerancji fruktozy (GLUT5). U noworodka objawy zmniejszonej aktywności SGLT1 to biegunki i odwodnienie z powodu nietolerancji większości węglowodanów (→Glc), ale tolerancja dla fruktozy (GLUT5).
Inhibitor SGLT1/2 - LX4211.
SGLT2
1 mol sodu na 1 mol glukozy (więcej glukozy)
S1 i S2 cewki bliższej nefronu, praktycznie cała reabsorbcja glukozy (90%)
mutacja → łagodna rodzinna glukozuria (10-120 g/DZM bez efektów negatywnych na zdrowiu)
zwiększenie wydalania glukozy może być dobre w cukrzycy - na tej podstawie powstałą nowa grupa leków w cukrzycy:
poprawia FPG,
zmniejsza AUC po OGTT.
zmniejsza HbA1c
Inhibitory:
dapagliflozyna, tofogliflozyna, kanagliflozyna, iprogliflozyna
ISIS 388626 - RNAza H - syntetyczny oligonukleotyd antysensowny (technika RNAi, łączy RNA SGLT2, powodując jego brak na okres tygodnia - wygoda stosowania)
42:30
Poposiłkowe stężenie glukozy
Indeks glikemiczny
stosunek powierzchni AUC cukru w stosunku do AUC dla glukozy
testowa dawka przeliczona na 50g cukrów przyswajalnych
glukoza ma GI 100
umożliwia porównanie wpływu różnych poliomów na glikemię
Niski <55 (co oznacza 2x mniejszy pik glikemii)
Średni 56-69
Wysoki >69
różnice międzyosobnicze - różnica GI rzędu 5-10 nie ma znaczenia
Wykonanie:
podanie badanego produktu w ilości odpowiadającej 50g węglowodanu
oznaczenie glikemii w pierwszej godzinie co 15 minut, później co 30 minut
wyznaczenie AUC i obliczenie stosunku do AUC glukozy
średnia z 10 ochotników = GI
Polski makaron ma wysoki indeks, ziemniaki (56-111), sukroza (58-65), marchewka (surowa 16-92 gotowana), fruktoza 12-25 (wchłanianie trudne, bo GLUT5 ma wysokie* Km)
Fruktoza
czysta fruktoza jest gorsza niż glukoza.
wchodzi w cykl przemian bez regulacji (omija etap fruktokinazy)
biosynteza TG w wątrobie, hipertrójglicerydemia
NADPH - podstawowy substrat do syntezy kwasów tłuszczowych → stłuszczenie wątroby, wzrost VLDL, TG, otyłość
brak stymulacji wydzielania hormonów sytości - brak satysfakcji z jedzenia
syrop kukurydziany - tani w produkcji, zawiera lizat skrobiowy: 55% fruktoza, 45% glukoza - jak sacharoza, ale sacharozy spożywamy kilka gram dziennie, a syrop jest dodawany do wszystkiego (spożycie przekracza 100g dziennie)
Ładunek glikemiczny
GL = (GI * W) / 100, gdzie W - ilość gram węglowodanów w 100g porcji
uwzględnia wielkość porcji
zależy od jakości i ilości
niski <10
średni 11-19
wysoki >19
Indeks insulinowy
podobny do GI, ale mierzy się stężenie insuliny we krwi
AUC po posiłku 1000 kJ
odniesiony jest do białego chleba (zło standardowe indeksu insulinowego)
Glukoza
główny węglowodan krwi
stężenie 65-90 mg/dl:
jeśli mniej - deficyt OUN
więcej - stany cukrzycowe, zawały, miażdzyca, wzrost osmotyczności ?? i śpiączka
Galaktoza
cukier mleczny, działa na niego enzym galaktokinaza (→ galaktozo-1-fosforan)
Gal-1-P ulega izomeryzacji, UDP-glu → UDP-gal + glukoza
galaktikol - podwyższa osmolarność → zaćma, zmętnienie rogówki, uszkodzenie wzroku
Glikacja - przez zasadę Schiffa
fizjologiczna glikemia - Gb ulega niewielkiej glikacji
hiperglikemia - 8-9%
inaktywuje enzymy antyoksydacyjne → wzrost stresu oksydacyjnego
Zapasy:
Narząd | masa w [g] | energia w [kcal] | |
Glikogen | wątroba | 70 | 280 |
mięśnie | 120 | 480 | |
Tłuszcz | tkanka tłuszczowa | 15000 | 135000 |
Białko | mięśnie | 6000 | 24000 |
Glukoza (dziennie 90g) idzie do:
mózg - 15-20g - niezależnie od wysiłku umysłowego pobór glukozy na stałym poziomie
wątroba - 20g - synteza glikogenu
tłuszcz - 20g - synteza triglicerydów
mięśnie szkieletowe - 20-45g, z czego
20g (ATP),
25g (glikogen)
Dieta kwaśniewskiego - bardzo mało węglowodanów, spadek syntezy tłuszczów, wzrost ciał ketonowych (→ działanie euforyzujące w mózgu)
Glukoza we krwi
80-90 mg/dl - euglikemia
<45 mg/dl - hipoglikemia (osobniczo zmienny próg)
<140 mg/dl - w 2. godzinie po posiłku
>200 mg/dl
Hipoglikemia działa euforyzująco, ale też niszczy neurony - u młodych eksperymentatorów, którzy się hipoglikemizują lekami
Glukoza jest polarna, a więc hydrofilna. Dyfuzja ułatwiona GLUT1-5
Glukotransportery
Mają 12 domen transbłonowych, są uniportami
GLUT1 - erytrocyty mózg nerki - wychwyt glukozy
GLUT2 - wątroba, trzustka (beta) - szybki wychwyt/uwalnianie glukozy, niskie powinowactwo (Km ~10 mM)
GLUT3 - mózg nerka - podstawowy transport glukozy
GLUT4 - mięśnie serce tłuszcz - stymulowany insuliną
GLUT5 - jelito cienkie - wchłanianie glukozy i fruktozy (dla Glc niskie powinowactwo)
GLUT1
podstawowy transporter w tkankach, które są glukozależne: erytrocyty, leukocyty, układ nerwowy
zastosowanie jako potencjalny punkt uchwytu - gdy dochodzi do udaru niedokrwiennego problemem jest brak tlenu i zaburzenie energetyki. Dostarczenie dużej ilości glukozy → glikoliza beztlenowa, komórka zostanie przy życiu (choć nie będzie działać) - znaczenie w udarach mózgu, zawale, zmniejszenie ogniska martwicy
bariera krew/mózg, leki w udarach niedokrwiennych utrzymują komórki przy życiu
nadekspresja w wielu nowotworach (duży wychwyt glukozy na własne potrzeby i możliwa hipoglikemia) - możliwe leki blokujące transport glukozy do tych komórek, co zaburzy ich funkcje i może doprowadzić do apoptozy (póki co bez większych efektów)
są punktami uchwytu leków
GLUT2
Km około 17 mM (niskie powinowactwo)
komórki beta, wątroba, jelito, nerki - szybko wyrównują stężenie glukozy
czujnik stężenia glukozy we krwi, sygnał do wydzielenia insuliny
nie jest pożądany wychwyt glukozy przez wątrobę, bo zsyntetyzuje z niego glikogen, triglicerydy
hepatocyty - wyjątkowo transport dwukierunkowy glukozy (do krwi) - z rozpadu glikogenu regulacja glikemii
Patrz: Pytania 2011+
GLUT3
Km około 1,5 mM (25 mg%) więc bardzo wysokie powinowactwo
głównie neurony - ekspresja zależy od aktywatorów
mutacja prowadzi do śmierci zarodka, apoptozy
GLUT4
ekspresja indukowana insuliną
centralna rola w insulinooporności, cukrzycy typu 2 i otyłości
mięśnie szkieletowe, adipocyty - pochłaniają dużą ilość glukozy
występuje w cpl w formie preformowanej - wbudowany w błonę pęcherzyków
skomplikowany mechanizm odpowiedzi na insulinę → przyczyny insulinooporności najczęściej leżą w tej kaskadzie
kinaza aktywowana 5’-AMP (ten w mięśniach powstaje w wysiłku) - niezależnie od insulinooporności w wysiłku dojdzie do fuzji GLUT4
chrom i wanad mają zdolność do hamowania fosfataz (podobieństwo do fosforanu) i w efekcie ta sama ilość insuliny wywoła większy efekt, stosowane jako suplementy diety
GLUT5
ekspresja głównie w enterocytach, a także w nerkach, mózgu, tkance tłuszczowej i mięśniach
główny transporter fruktozy - znaczenie w enterocytach
Km dla fruktozy 10 mM (stężenie fruktozy we krwi nie przekracza 0,01 mM), dlatego rola na obwodzie nieznana
GLUT7
podobny do GLUT5
transport w jelicie fruktozy i glukozy
prawdopodobnie transport innych niskocząsteczkowych węglowodanów
GLUT8
proliferacja neuronów hipokampa
aktywność przedsionka serca
GLUT9
transporter dla glukozy, fruktozy (niskie powinowactwo)
przede wszystkim transporter kwasu moczowego
ekspresja - wątroba, nerki, jelito, chondrocyty
chondrocyty - dna moczanowa, tam gromadzi się kwas moczowy → odczyn zapalny i zniszczenie stawu
nerka - reabsorbcja kwasu moczowego, jest antyoksydantem, dlatego organizm utrzymuje w miare stałe stężenie UA we krwi
mutacje inaktywujące skutkują hipourykemią → brak reabsorbcji UA w nerkach
GLUT13
transporter mioinozytolu w mózgu
symporter sprzężony z H+
punkt uchwytu działania litu w chorobie dwubiegunowej (hamują GLUT13)
polimorfizmy mogąbyć powiązane z różnymi chorobami przebiegającymi ze zmianami nastroju
międzykomórkowe mioinozytole regulują proces wzrostu synaps i rozwój neuronów
Efekt inkretynowy - hormony jelitowe zwiększające sekrecję insuliny
Gen proglukagonu → peptyd i w efekcie alternatywnego splicingu powstają:
komórki L (jelito kręte) wytw. GLP-1
komórki K (jelito czcze) wytw. GIP
zmniejszają glikemię
komórki alfa trzustki - powstaje glukagon, który zwiększa glikemię
Receptory
oba - komórki beta trzustki
GLP-1
serce/naczynia
układ nerwowy
przewód pokarmowy
GIP
adipocyty
mózg
nadnercza
GLP-1
jest wydzielany przez komórki L jelita po posiłku
stymulacja zależnego od glukozy wydzielania insuliny (sama inkretyna nie wystarczy, potrzeba jest glukoza, stąd nie wywołują hipoglikemii)
zwalnia opróżnianie żołądka - sztuczne spowolnienie wchłaniania węglowodanów, ↓GI
zmniejsza ilość spozywanego pokarmu
zwieksza insulinowrażliwość
efekty długoterminowe: zwiększenie masy i poprawa funkcji komórek beta oraz supresja wydzielania glukagonu
GLP-1 jest rozkładany przez DPP-4 → w terapii stosuje się długodziałające analogi odporne na jej działanie oraz inhibitory dipeptydylopeptydazy IV. Bardzo szybki rozkład - połowa jest rozłożona już w pobliżu komórki L, co sugeruje lokalną rolę GLP-1 (i GIP) w ścianie jelita. Następnie rozkład w wątrobie, tylko 20% idzie dalej i może działać obwodowo
Dipeptydylopeptydazy występują np. na powierzchni leukocytów i biorą udział w reakcjach immunologicznych.
Masa komórek beta zależy od ciągłego różnicowania i śmierci komórek w procesach neogenezy i apoptozy
Blokada DPP-4 w T2DM przedłuża działanie inkretyn i poprawia kontrolę glikemii
Leki
analogi z dłuższym okresem półtrwania - injekcje
exenatide
liroglutide
inhibitory DPP4 - leki doustne
sitagliptin
vildagliptin
Hormony trzustkowe:
insulina
amylina
somatostatyna
glukagon
peptydy trzustkowe
Insulina
hormon hipoglikemizujący
wydzielany przez komórki beta
dwa łańcuchy połączone mostkami SS
wiązanie z receptorem - wpływ na białka wewnątrzkomórkowe i transport glukozy
marker o znaczeniu klinicznym
Peptyd C
łatwy w oznaczeniu, tańszy,
marker endogennej biosyntezy insuliny,
insulina egzogenna go nie zawiera
spożywanie pokarmu nie ma na niego większego wpływu
niskie stężenie u pacjentów z T1DM
prawidłowe lub podwyższone stężenie w T2DM
odszczepiany od proinsuliny przez prokonwertazy i karboksypeptydazy,
T1/2 peptydu C wynosi 30 minut (a insuliny 3-5 minut)
klirens nerkowy (a insulina - wątrobowy)
receptor powierzchniowy na wielu komórkach jest sprzężony z białkiem G, prowadzi do wzrostu stężenia wapnia wewnątrz komórki, aktywacji MAPK, PLCg, PKC
aktywacja eNOS
aktywacja Na+K+ ATPazy
wzrost czynników neurotroficznych
Zastosowanie peptydu C
pomiar endogennej syntezy insuliny - zalecany przez ADA w badaniach oceniających zdolność do zachowania funkcji komórek beta
diagnostyka insulinomy i innych guzów hormonalnie czynnych (zespół MEN 1)
diagnostyka hipoglikemii
różnicowanie typu cukrzycy
brak wzrostu w teście stymulacji
Wydzielanie insuliny zwiększa:
GH (akromegalia)
glikokortykoidy (nadczynność nadnerczy)
prolaktyna (laktacja)
laktogen łożyskowy (ciąża)
steroidy płciowe
INSULINA
Metabolizm węglowodanów
zwiększa wychwyt glukozy
nasila syntezę glikogenu
aktywuje glukokinazę
hamuje glukoneogenezę
hamuje wątrobową glikogenolizę
inaktywacja wątrobowej fosforylazy
Metabolizm lipidów
nasilenie syntezy FA
wzrost syntezy fosfoglicerolu
fosfoglicerol + FA-CoA → TG
z TG są syntetyzowane VLDL
odkładanie TG w tkance tłuszczowej
hamowanie lipazy wrażliwej na hormony
obniżenie zużytkowania tłuszczów
Metabolizm białek
nasila transport AA
nasila translację mRNA
nasila syntezę białek
nasila ekspresję wybranych genów - głównie odpowiedzialnych za anabolizm
hamuje katabolizm białek
działanie synergistyczne z hormonami wzrostu
Niedobór insuliny
pomiędzy posiłkami i w cukrzycy (niektóre typy i stadia)
hamowanie dokomórkowego transportu AA i glukozy
aktywacja lipazy wrażliwej na hormony
hydroliza TG i uwolnienie FFA
nasilenie konwersji FFA w wątrobie
rozpad FFA prowadzi do ketozy i kwasicy
- analogi insuliny, nie róbmy se jaj panie docencie -
Kanały potasowe
Klasyczne wewnątrzprostownicze: Ba2+ Cs+
Aktywowane białkami G
Acetylocholina, adenozyna (głównie w przedsionkach)
Modulowane przez ATP
Hamowane przez glibenklamid
Otwierane przez pinacidil, cromakalim, nicorandil
Struktura kanałów KATP
Podjednostki Kir6
Kir6.1 = KCNJ8
Kir6.2 = KCNJ11
Podjednostki regulacyjne SUR
SUR1 = ABCC8
SUR2 = ABCC9
Kir6.2 + SUR1 - trzustka
Kir6.1 + SUR2B - naczyniowe kanały o niskim przewodnictwie
Kir6.2 + SUR2B - naczyniowe o wysokim przewodnictwie
Kir6.2 + SUR2A - serce
Patologie związane z kanałami:
zespół Barttera,
zespół Andersena
angina printzmetala
rodzinna ???
(F)PHHI = (Familial) persistent hyperinsulinemia hypoglicaemia of infancy
nieregulowana sekrecja insuliny
głeboka hipoglikemia i uszkodzenia OUN
objawy przy urodzeniu lub pierwszym roku życia
prawdopodobnie częsta przyczyna niezdiagnozowanych śmierci po urodzeniu
mutacja kanału KATP - kanał pozostaje zamknięty → depolaryzacja → uwalnianie insuliny
leczenie - pankreatektomia (usunięcie ok. 95% trzustki)
Miejsce działania leków hipoglikemizujących
Wątroba - produkcja glukozy
metformina
tiazolidynodienony
Jelito - absorbcja glukozy
inhibitory 4alfa-glukozydazy jak akarboza
Trzustka - wydzielanie insuliny
pochodne sulfonylomocznika:
analogi GLP1 i inhibitory DPP IV:
inne: ??
Tkanka tłuszczowa i mięśnie - obwodowy wychwyt glukozy
metformina
tiazolidynodienony
Insulina - degradacja
okres półtrwania 4-6 minut
50% ulega efektowi pierwszego przejścia przez wątrobę
50% krążącej insuliny i proinsuliny usuwają nerki
Nerki
usuwają także 70% peptydu C i analogi insulin
ultrafiltracja
99% ulega reabsorbcji w cewce bliższej
hydroliza w lizosomach
klirens głównie insuliny egzogennej
niewydolność nerek - zmniejszone zapotrzebowanie na egzogenną insulinę
Wątroba
w fizjologicznych stężeniach wychwyt receptorowy
internalizacja kompleksu z możliwym ponownym uwolnieniem lub proteoliza poprzez zakwaszenie endosomu
IDE - enzym degradujący insulinę
hydroliza łańcucha beta
hydroliza także innych peptydów: glukagon, TNFa, b-endorfin
zmniejszenie klirensu
hiperinsulinemia, cukrzyca - internalizacja receptora
hiperglikemia poposiłkowa - zmniejszenie klirensu
GH, katecholaminy
Receptor insulinowy
powiązany z kinazą tyrozynową
2 podjednostki - insulina wywołuje ich dimeryzację
część wewnątrzkomórkowa ulega autofosforylacji
zwiększa się aktywność kinazy tyrozynowej
IR fosforyluje wewnątrzkomórkowe białka sygnałowe
fuzja GLUT4 z błoną i napływ glukozy
stymulacja biosyntezy glikogenu, kwasów tłuszczowych i białek