da Leadership Medica n. 271 del 2008

ABSTRACT
Le donne con pregresso diabete gestazionale [former gestational diabete (fGDM)] presentano spesso carenze sia a livello di insulino-sensitività che di funzionalità beta cellulare, ma non è del tutto chiaro se una delle due carenze abbia un ruolo dominate o compaia per primo. Per verificare l’insulino-sensitività e la funzionalità beta cellulare in soggetti fGDM non complicato da fattori di obesità ed iperglicemia, in un primo studio abitammo analizzato 24 donne magre presentanti fGDM e 23 donne di controllo in salute [control (CNT)] assimilabili per età ed indice di massa corporea, e non distinguibili a livello di glicemia del plasma, sia a digiuno che a 120 minuti. Gli indici di insulino-sensitività e della funzionalità beta cellulare sono stati calcolati in base ad un esame di tolleranza orale al glucosio [oral glucose tolerance test (OGTT)]: un indice di insulino-sensitività chiamato OGIS, ed indici di funzionalità beta cellulare ottenuti usando un modello matematico. L’indice OGIS non si è rivelato significativamente differente nei due gruppi (492,7±6,3 vs. 496,4±9,4 ml·min^-1·m^-2), mentre la sensitività al glucosio beta cellulare ottenuta tramite l’analisi di modelli si è rivelata inferiore in soggetti fGDM (108±14 vs. 165±22 pmol·min^‑1·m^‑2·mM^‑1, P=0.031). In un secondo studio, abbiamo esteso entrambi i gruppi, e pertanto abbiamo analizzato 82 soggetti fGDM normotolleranti, e 38 donne di controllo in salute. In questo nuovo studio, abbiamo analizzato i dati rilevati sia da esami di tolleranza orale che intravenosa al glucosio (IVGTT, OGTT). L’insulino-sensitività e la funzionalità beta cellulare sono stati verificati sia tramite IVGTT che OGTT. Entrambi gli esami hanno rilevato un’insulino-sensitività compromessa già nel gruppo normotollerante rispetto ai soggetti di controllo (IVGTT: 4,2±0,3 vs. 5,4±0,4×10^-4 min^-1×(µU/ml)^-1; OGTT: 440±7 vs. 472±9 ml×min^-1×m^-2). Al contrario, non è stata riscontrata alcuna differenza a livello di funzionalità beta cellulare tramite IVGTT. Tuttavia, alcuni parametri di funzionalità beta cellulare rilevati tramite analisi di modelli OGTT sono stati riscontrati già compromessi: la sensitività al glucosio (106±5 vs. 124±7 pmol×min^-1×m^-2×mM^-1, P=0,0407) e la secrezione di insulina at 5 mM di glucosio (168±9 vs. 206±10 pmol×min^-1×m^-2, P=0,003). Concludiamo che sia l’insulino-sensitività che la funzionalità beta cellulare sono già compromessi nella popolazione fGDM normotollerante in generale, ma se viene selezionato un gruppo specifico di soggetti fGDM molto simile al gruppo di controllo dei soggetti in salute, l’insulino-sensitività si rivela normale, mentre la funzionalità beta cellulare appare essere già compromessa. Pertanto, il deterioramento della funzionalità beta cellulare potrebbe essere la carenza primaria in donne con pregresso diabete gestazionale.

PAROLE CHIAVE
Insulino-sensitività, sensitività al glucosio beta cellulare, azione dell’insulina, rilascio di insulina, secrezione di insulina, diabete gestazionale pregresso, rischio diabete, impiego di modelli matematici.

INTRODUZIONE
Le donne con pregresso diabete gestazionale sono a rischio di un successivo sviluppo di diabete di tipo 2 [1-3]. Il rischio è maggiore quando, alla circostanza del pregresso diabete gestazionale (fGDM), si accompagnano altri fattori che predispongono al diabete anche altre categorie di soggetti, quali abitudini nutrizionali scorrette, stile di vita sedentario, obesità o aumento di peso [4, 5]. Tuttavia, livelli glicemici elevati durante la gravidanza o dopo il parto, sia a digiuno che durante un esame di tolleranza orale al glucosio (OGTT), rimangono probabilmente i più forti fattori di predisposizione per donne con fDGM [6, 7]. Allo stesso tempo, non è completamente chiaro se la circostanza di un pregresso diabete gestazionale in sé possa essere un fattore di rischio indipendente di diabete futuro.
Al fine di investigare le possibili anomalie intrinseche in donne con fDGM indipendentemente da fattori che potessero dare adito a confusione, quali obesità o iperglicemia, abbiamo selezionato un gruppo di donne magre con fGDM e con OGTT normale, ed un gruppo parallelo di donne normali.

PRIMO STUDIO: METODI
In un primo studio, un gruppo di 24 donne con fGDM sono state studiate unitamente a 23 donne di controllo (CNT), che non presentavano alcun rischio conosciuto di diabete e con tolleranza normale al glucosio durante la gravidanza. Tutte le donne erano Caucasiche e sono state sottoposte allo studio 4‑6 mesi dopo il parto. Al momento dello studio, tutte le donne presentavano una tolleranza normale al glucosio. I soggetti fGDM e i soggetti CNT sono stati equiparati all’interno del gruppo per età, indice di massa corporea (BMI), glucosio nel plasma a digiuno, e glucosio nel plasma a 120 minuti (Tabella 1).

Tabella 1 Caratteristiche di donne affette da pregresso diabete gestazionale (soggetti fDGM) e donne di controllo (CNT). I dati sono medi ±SE.

Dopo un periodo di digiuno notturno, tutti i soggetti sono stati sottoposti a standard OGTT 75 g. Campioni di sangue venoso per la determinazione della concentrazione del glucosio nel plasma, insulina e C-peptide sono stati prelevati prima dell’ingestione di glucosio (campione a digiuno, t=0) e 10, 20, 30, 60, 90, 120, 150 e 180 minuti dopo.
Le aree al di sotto della curva di concentrazione di glucosio, insulina e C-peptide durante l’OGTT (rispettivamente AUC_G, AUC_I, AUC_CP) sono state calcolate tramite integrazione trapezoidale. L’insulino-sensitività è stata calcolata dall’OGTT con l’indice di insulino-sensitività orale al glucosio (OGIS) [8].
L’impiego di modelli matematici è stato sfruttato per ottenere parametri più sofisticati che descrivessero il processo di secrezione beta cellulare [9, 10]. Il modello descrive la relazione fra la secrezione di insulina (pmol·min^-1·m^-2) e la concentrazione di glucosio, ed è accoppiato con un modello di cinetica del C-peptide [11]. Un diagramma a blocchi del modello è riportato nella Figura 1.

Figura 1 Diagramma a blocchi del modello matematico per la verifica della funzionalità beta cellulare

In breve, la secrezione di insulina è data dalla somma di due componenti; ovvero S_g(t) e S_d(t). Il primo componente, S_g(t), rappresenta la dipendenza della secrezione di insulina dalla concentrazione assoluta di glucosio (G) in un qualsiasi punto del tempo, ed è caratterizzata da un fattore di reazione alla dose, f(G). La reazione alla dose f(G) è un fattore curvilineo, sebbene la sua forma cambi solo in misura minima nella gamma di glucosio osservata (~5-7 mmol/l). Il valore medio dell’inclinazione di reazione alla dose è calcolato quale il suo integrale medio nella gamma di glucosio 5-7 mmol/l. Questo è un parametro di funzionalità beta cellulare indicato quale sensitività al glucosio. La reazione alla dose è modulata da un fattore di potenziamento a base tempo, P(t); pertanto, S_g(t)=P(t)f(G). Un parametro caratteristico di P(t) è il suo tempo medio, calcolato quale l’integrale del prodotto nell’ambito del periodo della durata dell’OGTT tra il tempo e P(t), diviso per l’integrale di P(t) nello stesso periodo di tempo [9]. Il secondo componente della secrezione di insulina, S_d(t), rappresenta una dipendenza dinamica della secrezione di insulina dall’indice di cambiamento della concentrazione di glucosio ed è denominato componente derivato. S_d(t) è proporzionale al derivato temporale di glucosio (per un derivato positivo, altrimenti S_d(t)=0); la costante di proporzionalità è denominata sensitività di tasso.
Dati e risultati sono stati presentati come media±SE. La significatività statistica della differenza nel valore medio del parametro tra i gruppi è stata valutata tramite l’esame t spaiato. L’analisi di regressione multipla è stata eseguita tra la sensitività al glucosio, l’indice, ed il valore AUC_G. P<0.05 è stato considerato un valore statisticamente significativo.

PRIMO STUDIO: RISULTATI
Le concentrazioni di glucosio nel plasma, insulina e C-peptide durante l’OGTT non erano differenti nei soggetti fGDM e CNT secondo l’analisi OGTT convenzionale, salvo che per il glucosio nel plasma a 60 min, che era ~1 mmol/l più elevato nei soggetti fGDM (P=0,047). Di conseguenza, i valori AUCs si sono presentati anch’essi simili (Tabella 1).
L’insulino-sensitività da OGTT (OGIS) non ha mostrato differenze nei due gruppi (Tabella 2).

Tabella 2 Indici di insulino-sensitività e di funzionalità beta cellulare in donne affette da pregresso diabete gestazionale (soggetti fDGM) e donne di controllo (CNT).

Dall’analisi del modello, la sensitività di tasso ed il tempo medio del fattore di potenziamento non hanno presentato differenze fra i due gruppi. Tuttavia, la sensitività al glucosio (Tabella 2) si è presentata significativamente più bassa nei soggetti fDGM (P=0,031). La differenza nella sensitività al glucosio (quale l’inclinazione media del fattore di reazione alla dose) è mostrata nella rappresentazione delle curve della reazione alla dose (Figura 2).

Figura 2 Curva di reazione alla dose nella secrezione di insulina indotta da glucosio durante l'esame di tolleranza orale al glucosio in 24 donne affette da pregresso diabete gestazionale (linea continua) e 23 donne di controllo (linea tratteggiata).

Nonostante la limitata gamma nella tolleranza al glucosio, espressa dal valore AUC_G (Tabella 1), una porzione significativa di questa variabilità nell’ambito della totalità della gamma è stata spiegata sia dalla insulino-sensitività (OGIS) che dalla sensitività al glucosio (R²=0,35, P<0,0001; regressione multipla). Pertanto, entrambi questi parametri giocano un ruolo nel determinare le variazioni nel valore AUC_G che si verificano nell’ambito della gamma di tolleranza normale al glucosio.

STUDIO IN CORSO: METODI
Nel nuovo studio, il gruppo dei soggetti fDGM normotolleranti è stato esteso ad 82 pazienti, ed il gruppo dei soggetti CNT è stato esteso a 38 soggetti in salute. Tali soggetti sono stati studiati non solo tramite OGTT, ma anche tramite l’esame di tolleranza intravenosa al glucosio (IVGTT). Il glucosio è stato iniettato secondo la tempistica 0-0,5 min (300 mg/kg) e l’insulina (0,03 IU/kg) è stata somministrata per intravenosa secondo la tempistica 20 per 5 min. Campioni di sangue venoso per la determinazione della concentrazione di glucosio, insulina e C-peptide nel plasma sono stati prelevati a digiuno e a 3, 4, 5, 6, 8, 10, 14, 19, 22, 27, 30, 35, 40, 50, 70, 100, 140, 180 minuti dopo la somministrazione di glucosio. L’insulino-sensitività è stata stimata tramite l’analisi del Modello Minimo da IVGTT (parametro S_I) [12]. Per quanto riguarda la funzionalità beta cellulare, un indice ampiamente accettato dall’IVGTT è l’acuta risposta insulinica [acute insulina response (AIR)] nei primi minuti successivi alla somministrazione di glucosio [13], che è stata calcolata quale l’integrale sovrabasale dell’ insulina nel plasma nell’intervallo di 0-8 minuti normalizzato secondo la durata dell’intervallo. Per quanto riguarda l’OGTT, in questo secondo studio abbia derivato un altro parametro di funzionalità beta cellulare dal modello già presentato. Infatti, il valore del fattore di reazione alla dose ad un prescritto livello di glucosio può essere considerato un altro parametro di funzionalità beta cellulare. In genere, viene considerato un livello di glucosio di 5 mM nelle popolazioni non diabetiche, ed il parametro è indicato quale ISR₅. Inoltre, invece del tempo medio del fattore di potenziamento, qui abbiamo considerato la proporzione del fattore di potenziamento a 180 rispetto a quello a zero minuti, che è indicato come PFR. Tutti gli altri aspetti metodologici di questo secondo studio sono rimasti simili a quelli già descritti prima.

STUDIO IN CORSO: RISULTATI
In questo secondo studio, nel gruppo CNT il glucosio medio era più basso che nei soggetti fDGM, sia con l’esame OGTT che con l’esame IVGTT (Tabella 3).

Tabella 3 Età, Indice di Massa Corporea [BMI] e livelli di glucosio in donne affette da pregresso diabete gestazionale (soggetti fDGM) e donne di controllo (CNT).

Con l’OGTT, il campione di glucosio presentante la più elevata differenza fra i soggetti fDGM e CNT era di nuovo quello a 60 min (7,9±0,2 vs. 6,3±0.2 mmol/l, rispettivamente, P<0,0001). Inoltre la glicemia a digiuno era più bassa nei soggetti fDGM che in quelli NGT. Al contrario, i valori medi di insulina e C-peptide durante l’IVGTT e l’OGTT non mostravano differenze fra i due gruppi (non mostrato).

Figura 3 Curva di reazione alla dose nella secrezione di insulina indotta da glucosio durante l'esame di tolleranza orale al glucosio in 82 donne affette da pregresso diabete gestazionale (linea continua) e 38 donne di controllo (linea tratteggiata).

L’insulino-sensitività è riportata nella Tabella 4. L’OGIS nel gruppo CNT si è rivelato più elevato che nei soggetti fDGM. Si sono avuti risultati simili per S_I. Per quanto riguarda la funzionalità beta cellulare, la reazione insulinica acuta avuta con l’IVGTT (AIR) non era significativamente diversa nei soggetti fDGM e CNT (P=0,19). Al contrario, la sensitività al glucosio emersa dall’OGTT si presentava già leggermente carente nei soggetti fDGM rispetto a quelli di CNT (P=0,0407). Inoltre, anche il valore ISR₅ era più basso nei soggetti fDGM rispetto ai soggetti CNT (P=0,003). Pertanto, la reazione beta cellulare alla dose ha mostrato uno spostamento verso il basso e verso destra con il peggioramento della tolleranza al glucosio (Figura 3).

Tabella 4 Indici di insulino-sensitività e di funzionalità beta cellulare, sia da IVGTT che da OGTT, in donne affette da pregresso diabete gestazionale (soggetti fDGM) e donne di controllo (CNT).

CONCLUSIONI
Il primo studio ha dimostrato che quando un gruppo di soggetti normotolleranti affetti da pregresso diabete gestazionale è confrontato ad un gruppo di controllo in salute con simili valori di età, indice di massa corporea BMI e, in particolare, livelli di glucosio, non viene rilevata alcuna differenza nei valori di insulino-sensitività, mentre alcuni parametri di funzionalità beta cellulare (la sensitività al glucosio in questo caso) si evidenziano già in parte compromessi. Quando viene considerato un gruppo più generale di soggetti normotolleranti affetti da pregresso diabete gestazionale, che non sia strettamente accomunato al gruppo di controllo in base alle succitate caratteristiche, sia l’insulino-sensitività che la funzionalità beta cellulare (almeno per alcuni parametri) sembrano compromessi. Ciò potrebbe confermare l’ipotesi che il pregresso diabete gestazionale sia collegato sia alle carenze a livello di insulino-sensitività che di funzionalità beta cellulare, ma che la carenza primaria sembra essere la seconda, poiché è già riscontrata in una popolazione molto simile al gruppo di controllo e con nessuna traccia di carenza a livello di insulino-sensitività. Va anche notato che l’esame OGTT sembra essere più adeguato a rilevare sottili carenze nella funzionalità beta cellulare rispetto all’esame IVGTT, in quanto il parametro della funzionalità beta cellulare derivato da quest’ultimo (AIR) non ha mostrato differenze fra il gruppo dei soggetti affetti da pregresso diabete gestazionale ed il gruppo di controllo, al contrario di alcuni dei parametri derivati dall’esame OGTT.

Andrea Tura
Unità Metabolica, Istituto di Ingegneria Biomedica, CNR, Padova, Italia

BIBLIOGRAFIA

1. Damm P, Kühl C, Bertelsen A, Mølsted-Pedersen L. Predictive factors for the development of diabetes in women with previous gestational diabetes mellitus. Am J Obstet Gynecol 1992;167:607-16.
2. Metzger BE, Cho NH, Roston SM, Radvany R. Prepregnancy weight and antepartum insulin secretion predict glucose tolerance five years after gestational diabetes mellitus. Diabetes Care 1993;16:1598-605.
3. Buchanan TA, Xiang A, Kjos SL, Lee WP, Trigo E, Nader I et al. Gestational diabetes: antepartum characteristics that predict postpartum glucose intolerance and Type 2 diabetes in Latino women. Diabetes 1998;47:1302-10.
4. Kim C, Newton KM, Knopp RH. Gestational diabetes and the incidence of Type 2 diabetes: a systematic review. Diabetes Care 2002;25:1862-8.
5. Pendergrass M, Fazioni E, De Fronzo RA. Non-insulin-dependent diabetes mellitus and gestational diabetes mellitus: same disease, another name? Diabetes Rev 1995;3:566-83.
6. Kjos SL, Buchanan TA, Greenspoon JS, Montoro M, Bernstein GS, Mestman JH. Gestational diabetes mellitus: the prevalence of glucose intolerance and diabetes mellitus in the first two months post partum. Am J Obstet Gynecol 1990;163:93-8.
7. Kjos SL, Peters RK, Xiang A, Henry OA, Montoro M, Buchanan TA. Predicting future diabetes in Latino women with gestational diabetes. Utility of early postpartum glucose tolerance testing. Diabetes 1995;44:586-91.
8. Mari A, Pacini G, Murphy E, Ludvik B, Nolan JJ. A model-based method for assessing insulin sensitivity from the oral glucose tolerance test. Diabetes Care 2001;24:539-48.
9. Mari A, Tura A, Toschi E, Gastaldelli A, Camastra S, Ferrannini E. Assessing insulin secretion by modeling multiple meal tests: role of potentiation. Diabetes 2002;51:S221-6.
10. Mari A, Schmitz O, Gastaldelli A, Oestergaard T, Nyholm B, Ferrannini E. Meal and oral glucose tests for assessment of beta -cell function: modeling analysis in normal subjects. Am J Physiol Endocrinol Metab 2002;283:E1159-66.
11. Van Cauter E, Mestrez F, Sturis J, Polonsky KS. Estimation of insulin secretion rates from C-peptide levels. Comparison of individual and standard kinetic parameters for C-peptide clearance. Diabetes 1992;41:368-77.
12. Pacini G, Tonolo G, Sambataro M, Maioli M, Ciccarese M, Brocco E, Avogaro A, Nosadini R. Insulin sensitivity and glucose effectiveness: minimal model analysis of regular and insulin-modified FSIGT. Am J Physiol Endocrinol Metab 1998;274:E592-E599.
13. Johnston C, Raghu P, McCulloch DK, Beard JC, Ward WK, Klaff LJ, McKnight B, Bergman RN, Palmer JP. Beta-cell function and insulin sensitivity in nondiabetic HLA-identical siblings of insulin-dependent diabetics. Diabetes 1987;36:829-837.