Czy leczenie dietą i pochodną sulfonylomocznika wpływa na dokomórkowy transport glukozy u chorych na cukrzycę typu 2?

Introduction: The normalization of cellular glucose assimilation is the basic aim of therapy in diabetes mellitus. This process should be accompanied by a proportional increase of the cellular glucose transport (CGT). The level of CGT should react to therapy typically recommended in Type 2 diabetes mellitus (T2DM), composed of diet and sulfonylurea. In order to explore this clinically significant hypothesis, a clinical-experimental study was undertaken. Its aim was to determine the clinical pharmacotherapeutic significance of CGT measurements. Material and methods: CGT testing was performed on peripheral blood lymphocytes. CGT was assessed with 2-[3H(G)] glucose: before, and after the addition of sulfonylurea or sulfonylurea plus insulin to the incubation medium. Tests were performed at baseline in 28 persons with newly diagnosed, "therapeutically naive" T2DM and in 20 control subjects. In diabetic patients the tests for CGT were repeated after 3 months of routine diet and sulfonylurea therapy. In addition, the level of GLUT4 expression was assessed by flow cytometry before and after this therapy. Results: Before treatment, CGT was significantly decreased in all subjects with T2DM. Incubated in-vitro cells responded directly to the addition of sulfonylurea with a moderate increase of CGT. This response was augmented by the addition of insulin to sulfonylurea in the incubation medium. The monitored three-month routine, controlled therapy with diet and sulfonylurea resulted in a significant increase of CGT process in all types of incubation tests. Conclusions: The basal and reactive CGT is significantly decreased in lymphocytes of persons with T2DM before the introduction of therapy. Effective therapy with diet and sulfonylurea normalizes both types of CGT - basal and reactive. It is related to the near normalization of GLUT4 expression in the studied cells. This phenomenon may be used as a new marker for diabetes mellitus pharmacotherapy. (Pol J Endocrinol 2010; 61 (1): 75-81)Wstęp: Podstawowym celem w leczeniu cukrzycy jest normalizacja komórkowej asymilacji glukozy. Temu procesowi musi towarzyszyć proporcjonalne zwiększenie dokomórkowego transportu glukozy (CGT, cellular glucose transpor). Wielkość CGT powinna zmieniać się w odpowiedzi na leczenie cukrzycy typu 2, które obejmuje dietę i stosowanie pochodnych sulfonylomocznika. Aby zbadać tę istotną z klinicznego punktu widzenia hipotezę, przeprowadzono badanie kliniczno-doświadczalne. Miało ono na celu określenie znaczenia pomiarów CGT w ocenie skuteczności farmakoterapii. Materiał i metody: Dokomórkowy transport glukozy oceniono na podstawie poboru glukozy 2-[3H(G)] przez limfocyty krwi obwodowej badanych osób przed i po dodaniu do medium pochodnej sulfonylomocznika lub pochodnej sulfonylomocznika i insuliny. Pomiar przeprowadzono wyjściowo u 28 chorych z nowo rozpoznaną cukrzycą typu 2, niestosujących wcześniej żadnego leczenia, i u 20 zdrowych ochotników stanowiących grupę kontrolną. W grupie chorych na cukrzycę pomiar CGT powtórzono po 3 miesiącach stosowania diety i pochodnych sulfonylomocznika. Ponadto przed rozpoczęciem terapii i po jej zastosowaniu oceniono poziom ekspresji GLUT4 za pomocą cytometrii przepływowej. Wyniki: Przed leczeniem u wszystkich chorych na cukrzycę typu 2 CGT był istotnie zmniejszony. W komórkach inkubowanych in vitro bezpośrednią odpowiedzią na dodanie do medium pochodnej sulfonylomocznika był umiarkowany wzrost CGT. Odpowiedź ta była silniejsza, kiedy do inkubowanych komórek poza pochodną sulfonylomocznika dodano również insulinę. Po 3 miesiącach kontrolowanego leczenia dietą i pochodną sulfonylomocznika stwierdzono istotne zwiększenie CGT we wszystkich inkubowanych próbkach. Wnioski: Przed zastosowaniem terapii podstawowy i reaktywny CGT w limfocytach osób chorych na cukrzycę typu 2 był istotnie obniżony. Skuteczne leczenie dietą i pochodną sulfonylomocznika spowodowało normalizację CGT - zarówno podstawowego, jak i reaktywnego. Powyższe korzystne zmiany były następstwem znacznej poprawy ekspresji GLUT4 w badanych komórkach. To zjawisko może zostać wykorzystane jako nowy wskaźnik w ocenie farmakoterapii cukrzycy typu 2. (Endokrynol Pol 2010; 61 (1): 75-81

Cellular glucose transport disturbances in the pathogenesis and therapy of type 2 diabetes mellitus

Epidemia cukrzycy typu 2 na świecie wynika z dwóch głównych grup czynników przyczynowych. Jedną z nich jest wpływ czynników środowiskowych, opisywany również jako negatywny wpływ cywilizacji. Szacuje się, że około 30% całkowitej populacji na świecie ma genetyczną predyspozycję do ujawnienia objawów cukrzycy typu 2 pod wpływem czynników zewnętrznych. Zjawisko to jest związane z komórkową i narządową opornością na insulinę. Druga grupa czynników jest związana z dysfunkcją komórek β trzustki. W związku z powyższym badania etiologii insulinooporności mają znaczenie zarówno teoretyczne, jak i praktyczne. Mechanizmem, który prowadzi do wielu zaburzeń metabolicznych, a przede wszystkim do insulinooporności jest spadek dokomórkowego transportu glukozy. Z tego powodu dokomórkowy transport glukozy powinien być uważany jako potencjalny cel postępowania prewencyjnego i terapeutycznego. W opracowaniu przedstawiono postępy badań nad dokomórkowym transportem glukozy w aspekcie patofizjologii insulinooporności i cukrzycy typu 2. Najnowsze doniesienia naukowe podkreślają kluczową rolę dokomórkowego transportu glukozy jako celu prewencji i terapii cukrzycy typu 2. W artykule opisano obecny stan wiedzy na temat wpływu diety, wysiłku fizycznego oraz terapii farmakologicznej na dokomórkowy transport glukozy. (Endokrynol Pol 2010; 61 (3): 292-302)The current world epidemic of type 2 diabetes mellitus results from two general groups of causative factors. One is the influence of strong pathogenetic environmental pressures - also described as negative civilizational influence - on the very large subpopulation, assessed at 30% of the total world population, which is genetically predisposed to react to this external stress with the symptoms of type 2 diabetes mellitus. Such a pathogenetic reaction is based on the appearance of cellular and organ resistance to insulin. A second factor involves the beta cells of the pancreatic islets and their dysfunction. For these reasons, studies on the aetiology of insulin resistance have significance, both theoretical and practical. There are many biological deviations that can produce cellular insulin resistance and underutilization of glucose. The mechanism that is always present is the decrease of cellular glucose transport. For this reason, it should be approached as a potential target for preventive and therapeutic actions. These pathophysiological and clinical circumstances were the motivation for presenting a review of cellular glucose transport pathophysiology, which contributes to the aetiology of insulin resistance, cellular underutilization of glucose, and type 2 diabetes mellitus. They underline the significance of cellular glucose transport as a target for prevention and therapy of type 2 diabetes mellitus and other insulinresistant conditions. This review presents comments about the influence on cellular glucose transport of diet, physical exercise, and pharmacotherapeutic agents, based on the authors’ studies. The review could contribute to an innovative approach to the pathogenesis, prevention, and therapy of type 2 diabetes mellitus and other conditions related to insulin resistance. (Pol J Endocrinol 2010; 61 (3): 292-302

Insulina jako główny regulator komórkowej utylizacji glukozy - etiologiczne aspekty insulinooporności

This review presents the advances in the molecular biology and the pathophysiology of insulin resistance with emphasis on disturbances in cellular glucose transport. New scientific information about the structure and function of glucotransporters from the GLUT4 and SLGT families underline their significance in endocrinopathies and metabolic disease pathogenesis as related to insulin resistance. The new discoveries in this area also contribute to a better understanding of the regulation of insulin receptor and post-receptor reactivity by hormones and by drugs. They refer to the regulation of glycaemia and to its disturbances in diabetes mellitus, particularly of type 2, to metabolic syndrome, and, in general, to the pathogenesis of many syndromes and clinical disturbances caused by insulin resistance. Impairment of cellular glucose transport may be one of the primary aetiological factors in this respect. Therefore, studies of cellular glucotransporters expression and function promise new clinical and pharmacotherapeutic developments. Progress in this area has already been transformed into many practical proposals which are improving clinical practice. (Pol J Endocrinol 2010; 61 (4): 388-394)W opracowaniu przedstawiono postępy biologii molekularnej oraz patofizjologię insulinooporności w aspekcie zaburzeń dokomórkowego transportu glukozy. Najnowsze doniesienia naukowe dotyczące struktury i funkcji transporterów glukozy z rodziny GLUT oraz SGLT podkreślają ich rolę w patogenezie insulinooporności prowadzącej do powstania endokrynopatii oraz chorób metabolicznych. Nowe odkrycia w tej dziedzinie przyczyniają się również do lepszego zrozumienia wielopoziomowego działania insuliny, a także patogenezy cukrzycy typu 2, zespołu metabolicznego oraz wielu schorzeń spowodowanych insulinoopornością. Upośledzenie dokomórkowego transportu glukozy może być jednym z podstawowych czynników etiologicznych insulinooporności. W związku z powyższym badania ekspresji i funkcji glukotransporterów zapowiadają nowe osiągnięcia kliniczne i farmakoterapeutyczne. Postęp w tym zakresie przyczynił się już do powstania wielu praktycznych rozwiązań, które poprawiają praktykę kliniczną. (Endokrynol Pol 2010; 61 (4): 388-394

Molekularna fizjologia dokomórkowego transportu glukozy - potencjalny obszar badań klinicznych dotyczących cukrzycy

The normalization of cellular glucose assimilation is the basic aim of metabolic therapy in type 2 diabetes mellitus (T2DM). It requires parallel changes in the process of cellular glucose transport (CGT). This review presents the pathophysiological and clinical outlines of CGT. Sequentially, the advances in the mechanisms and classification of CGT and their physiological and molecular base are described. The role of CGT pathogenetic significance in diabetes mellitus is stressed. Finally, the opinion is expressed that the CGT study is a potentially important approach to clinical interpretation of glucose metabolism disturbances and their pharmacotherapy. (Pol J Endocrinol 2010; 61 (3): 303-310)Podstawowym celem metabolicznego wyrównania cukrzycy typu 2 jest normalizacja komórkowego pobierania glukozy, która jest możliwa dzięki zmianom w procesie dokomórkowego transportu glukozy (CGT, cellular glucose transport). W opracowaniu przedstawiono zarys patofizjologicznych i klinicznych problemów dokomórkowego transportu glukozy. Kolejno opisano postępy badań dotyczących mechanizmów i rodzajów CGT, ich molekularną fizjologię oraz potencjalną rolę CGT w patogenezie cukrzycy. Wyrażono opinię, że badania CGT stanowią nowy, potencjalnie bardzo istotny sposób ujęcia zaburzeń metabolizmu glukozy oraz farmakoterapii. (Endokrynol Pol 2010; 61 (3): 303-310

Badania transportu glukozy i jego insulinozależnej regulacji w ludzkich limfocytach krwi obwodowej

Introduction: We investigated the effects of insulin on glucose transport in human peripheral lymphocytes using flow cytometry. We hypothesized that lymphocytes could be used as tools to study insulin action at the cellular level and facilitate the investigation of mechanisms that lead to insulin resistance. Material and methods: Blood was withdrawn from 25 healthy subjects. The expression of glucose transporter (GLUT) isoforms in plasma membrane and the rates of glucose transport were determined with and without insulin (10 to 100 mU/L). Anti-CD3 phycoerythrin monoclonal antibody was used for lymphocyte gating. GLUT1, GLUT3, and GLUT4 isoforms were determined after staining cells with specific monoclonal antibodies to GLUT1, 3, and 4. Glucose transport was monitored with deoxy-D-glucose, 2-[3H(G)] - 185&#8211;370 GBq. Results: Insulin increased the uptake of deoxy-D-glucose and the expression of GLUT1, GLUT3, and GLUT4 isoforms in the plasma membrane. The optimal effects were always reached at 50 mU/L of insulin with the increase in GLUT1, 3, and 4 expression of 12%, 44%, and 38%, respectively. Mean baseline values of deoxy-D-glucose uptake were 3409 ccpm at 15 min., 6587 ccpm at 30 min., and 12525 ccpm at 60 min. of investigation. The maximal uptake in insulin-stimulated conditions was reached with 50 mU/L of insulin and went up to 12450 ccpm at 15 min., 37482 ccpm at 30 min., and 37916 ccpm at 60 min. of investigation (p < 0.01). Conclusions: Peripheral blood lymphocytes may become an interesting model system to study the effects of insulin on cellular glucose transport. Flow cytometry is suitable for this investigation and may be used as a method to estimate the influence of insulin on GLUTprotein translocation and the dynamics of glucose uptake by lymphocytes. (Pol J Endocrinol 2010; 61 (2): 182-187)Wstęp: Celem pracy było zbadanie możliwości wykorzystania techniki cytometrii przepływowej do oceny wpływu insuliny na dokomórkowy transport glukozy w limfocytach krwi obwodowej człowieka. Celem badania było również potwierdzenie hipotezy, że limfocyty mogą stanowić interesujący model badawczy do oceny komórkowej aktywności insuliny ułatwiający wykrycie mechanizmu prowadzącego do insulinooporności. Materiał i metody: Krew do badań pobierano na czczo na heparynę od 25 zdrowych ochotników, dotychczas nie leczonych farmakologicznie. Ekspresję izoform transporterów glukozy (GLUT) w błonie komórkowej oraz tempo transportu glukozy oznaczono bez i w obecności insuliny (od 10 do 100 mj./l). W celu oznaczenia obecności limfocytów wykorzystano przeciwciała barwione fikoerytryną anty-CD3. Obecność izoform GLUT ustalono dzięki zastosowaniu przeciwciał monoklonalnych (MoAb) anty: GLUT1, GLUT3 oraz GLUT4. Transport glukozy monitorowano z użyciem deoksy-D-glukozy, 2-[3H(G)] - 185-370 GBq. Wyniki: Insulina spowodowała wzrost wychwytu zarówno deoksy-D-glukozy, jak i ekspresji izoform GLUT1, GLUT3 i GLUT4 w błonie komórkowej. Optymalny efekt reakcji osiągnięto przy stężeniu insuliny 50 mj./l, uzyskując wzrost ekspresji GLUT1, 3 i 4 odpowiednio o 12%, 44% oraz 38%. Ilość pobranej deoksy-D-glukozy w warunkach podstawowych wynosiła średnio 3409 ccpm w 15 min, 6587 ccpm w 30 min oraz 12 525 ccpm w 60 min badania. Przy zastosowanej dawce insuliny 50 mj./l uzyskano maksymalne wartości średnie: 12 450 ccpm w 15 min, 37 482 ccpm w 30 min oraz 37 916 ccpm w 60 min badania (p < 0,01). Wnioski: Limfocyty krwi obwodowej mogą stanowić interesujący model doświadczalny badań wpływu insuliny na transport glukozy. Cytometria przepływowa jest cenną metodą pozwalającą na oszacowanie wpływu insuliny na translokację białek GLUT w błonie komórkowej i wzrost tempa wychwytu glukozy przez limfocyty. (Endokrynol Pol 2010; 61 (2): 182-187

Metabolic syndrome - controversies between academic debate and real world medical practice

Pojęcie zespołu metabolicznego odnosi się do zjawiska współwystępowania charakterystycznych, głównie metabolicznych, czynników ryzyka miażdżycy i jej powikłań. Dotychczas nadal trwają dyskusje dotyczące kolejnych modyfikacji definicji tego zespołu. Łączą się one z wieloskładnikowym charakterem czynników etiologicznych i patogenetycznych. Nie można podać definicji zespołu metabolicznego opartej na znajomości etiologii. Stąd wynikają utrudnienia zarówno diagnostyczne, jak i w formułowaniu planów prewencji i leczenia. Obserwacje kliniczne wskazują, że liczba czynników ryzyka miażdżycy i jej powikłań z reguły jest większa niż ujmują to proponowane definicje; są one dodatkowo ilościowo zmienne. Można sądzić, że ich określenie za pomocą pojęcia &#8222;ryzyka angiometabolicznego&#8221; oraz zwiększenie dążności do indywidualizacji klinicznego postępowania może być bardziej przydatne w praktyce niż akademickie dyskusje dotyczące z reguły zbyt uproszczonych kryteriów. Z tego względu praktycznie istotne jest sprecyzowanie bardziej indywidualnych zasad postępowania diagnostycznego, prewencyjnego i leczniczego w formie algorytmu decyzji klinicznych. W opracowaniu przedstawiono odpowiednie propozycje. Wydaje się, że obecnie w każdym przypadku zespołu metabolicznego konieczna jest ocena insulinooporności. Do pierwotnych działań prewencyjnych i leczniczych należy zmniejszenie insulinooporności - także na drodze farmakologicznej.The expression &#8222;metabolic syndrome&#8221; points to the coexistence of selected, mainly metabolic factors, forming the increased global risk of atherosclerosis and of its complications. However the delineation of such cluster of metabolic, atherogenic risk continue to be under discussion resulting in many not always well evidenced definitions. They are related to selected on different levels of evidence criteria, which are not equivalent. Primary etiological mechanisms of the metabolic syndrome are not known. This fact impairs all actual definition. It is also the cause at many diagnostic, preventive and therapeutic difficulties in clinical practice. The number of the risk factors of atherosclerosis and of its complications is almost always greater than the frames of definitions; the risk factors are also quantitatively different. Therefore their delineation with the more dynamic concept emphasises of &#8220;angiometabolic&#8221; risk could be more practical. It the need for individualization, which could be more useful than the academic discussion about the definitions. It follows that such approach should be based on more individual diagnostic plans. The proposal of such plan is presented

Sercowo-naczyniowe objawy otyłości

Zwiększanie się na świecie i w Polsce wskaźników zapadalności i chorobowości z powodu nadwagi i różnych pod względem patogenetycznym i klinicznym postaci otyłości jest negatywnym miernikiem małej skuteczności prewencji i leczenia. Racjonalne postępowanie, polegające na redukcji nadmiaru masy tkanki tłuszczowej i zapobieganiu nawrotom otyłości, w praktyce jest realizowane w sposób niedostateczny. Z tych powodów powstaje liczna grupa osób z otyłością powikłaną zaburzeniami narządowymi i układowymi. Wśród nich istotną rolę prognostyczną i kliniczną odgrywają powikłania sercowo-naczyniowe. Symptomatologia sercowo-naczyniowych powikłań otyłości ma charakter zaburzeń czynnościowych, które odnoszą się przede wszystkim do hemodynamiki oraz struktury. Charakter tych zaburzeń obejmuje procesy zwyrodnieniowe w sercu i naczyniach, powodując zmiany anatomo-patologiczne. Ich wczesne i planowe rozpoznanie stanowi problem w praktyce klinicznej. Powinno być motywem tworzenia intensywnych, indywidualnych planów zmniejszania inwalidztwa i ryzyka zgonu. W niniejszym artykule przedstawiono przegląd symptomatologii powikłań sercowo-naczyniowych otyłości, sformułowany do celów praktycznych

Oprogramowanie do rekonstrukcji i analizy 3D obrazów diagnostycznych

Background: Recent advances in computer technologies have opened new frontiers in medical diagnostics. Interesting possibilities are the use of three-dimensional (3D) imaging and the combination of images from different modalities. Software prepared in our laboratories devoted to 3D image reconstruction and analysis from computed tomography and ultrasonography is presented. In developing our software it was assumed that it should be applicable in standard medical practice, i.e. it should work effectively with a PC. An additional feature is the possibility of combining 3D images from different modalities. Materials/Methods: The program was tested on a PC using DICOM data from computed tomography and TIFF files obtained from a 3D ultrasound system. The results of the anthropomorphic phantom and patient data were taken into consideration. A new approach was used to achieve spatial correlation of two independently obtained 3D images. The method relies on the use of four pairs of markers within the regions under consideration. The user selects the markers manually and the computer calculates the transformations necessary for coupling the images. Results: The main software feature is the possibility of 3D image reconstruction from a series of twodimensional (2D) images. The reconstructed 3D image can be: (1) viewed with the most popular methods of 3D image viewing, (2) filtered and processed to improve image quality, (3) analyzed quantitatively (geometrical measurements), and (4) coupled with another, independently acquired 3D image. The reconstructed and processed 3D image can be stored at every stage of image processing. The overall software performance was good considering the relatively low costs of the hardware used and the huge data sets processed. The program can be freely used and tested (source code and program available at http://www.biofizyka.cm-uj.krakow.pl). Improvements allowing the processing of new data types and new procedures can be implemented for specific demands. Conclusions: The reconstruction and data processing can be conducted using a standard PC, so low investment costs result in the introduction of advanced and useful diagnostic possibilities

A new method of volume determination in three-dimensional ultrasonography

Background: The aim of this work was to develop a method of volume determination utilizing the grey scale histogram of three-dimensional (3D) ultrasonic (US) image. Volumes are calculated as the product of single voxel volume and the area of histogram peak representing investigated object. The proposed solution performance was compared with two other methods. First utilizes two-dimensional crosssection areas on subsequent image layers while the second allows the volume determination on the basis of one-dimensional measurements. Material/Methods: The 3D US phantoms images were used to test the procedure. The usefulness of the method was also demonstrated on several clinical examples. The ultrasonic 3D images were collected, their histograms calculated and fitted with model curves allowing the volume calculations. The accuracy and precision was assessed and t-test was used for evaluating performance of all considered methods. Results: The accuracy (understood as the difference between real and measured volume) achieved in the proposed solution (3.6%) was the highest comparing to alternative methods (5.2% and 8.4%). Also the p-value (two-tailed t-test) was better in the case of the presented method. The performance increase was due to the elimination of subjective delineation of measured regions of interest. Conclusions: The presented procedure can be successfully used for volume assessment concerning its simplicity, accuracy and time consumption. It should be emphasized that the new method does not require image segmentation, unlike other methods in use. The procedure was tested with 3D US imaging but can be used successfully with any 3D imaging modality