IL DIABETE MELLITO

1. IL DIABETE MELLITO Definizione: AUMENTO DELLA CONCENTRAZIONE EMATICA DI GLUCOSIO A DIGIUNO G.D.

2. COLUI CHE EMETTE URINA CHE E' ECCESSIVAMENTE DOLCE, FREDDA, VISCIDA E CHE ASSOMIGLIA AL SUCCO DELLA CANNA DA ZUCCHERO SOFFRE DI GLICOSURIA. CI SONO DUE TIPI DI DISORDINI URINARI, UNO DOVUTO A FATTORI NATURALI, E L'ALTRO DOVUTO A ECCESSI DIETETICI. IL PAZIENTE CHE SOFFRE DEL PRIMO E' MAGRO, PALLIDO, MANGIA POCO E BEVE MOLTO IL PAZIENTE CHE SOFFRE DEL SECONDO E' GENERALMENTE OBESO, MANGIA MOLTO, BEVE MOLTO, HA ABITUDINI SEDENTARIE E DORME MOLTO. CHARAKA SAMHITA E SUSHNITA AYURVEDA ( 200-100 A.C.} G.D.

3. DIABETE MELLITO Diabete: aumentato passaggio di liquidi attraverso il rene (poliuria) Mellito: presenza di glucosio nelle urine (glicosuria) Diabete insipido: poliuria non accompagnata da glicosuria D.M.: aumento della glicemia a digiuno cui conseguono alterazioni vascolari, retinopatia, nefropatia ecc. Il D.M. comprende varie malattie geneticamente e clinicamente eterogenee con in comune l'intolleranza al glucosio D.M. Primario: iperglicemia da insufficienza relativa o assoluta di insulina ed eccesso relativo o totale di glucagone D.M. secondario: tutti gli altri stati iperglicemici (D.M. tipo l = IDDM D.M. D.M. tipo Il = NIDDM) Diabete tipo I: Chetoacidosi se manca insulina- substrato genetico permissivo + fattore esterno (virale); riscontro di Abs antinsulina formati per perdita di Ag cellulari da parte della beta cellula Diabete tipo ll: Determinato da fattori genetici- assenza di Abs anticellula; resistenza all'insulina; le beta cellule producono insulina alterata G.D.

4. IL DIABETE MELLITO: NUOVA CLASSIFICAZIONE • I. Tipo 1 (distruzione β-cellulare fino a insulino resistenza assoluta) • A) IMMUNOMEDIATO • B) IDIOPATICO • Tipo 2 ( da predominante insulino resistenza con associato deficit β- • cellulare relativo ad un difetto predominante di secrezione • associato ad insulino-resistenza) • Altre forme ad eziologia nota: • 1) Mutazioni note della funzione β_cellulare • 2) Mutazioni note della azione insulinica • 3) Malattie del pancreas esocrino • 4) Altre endocrinopatie • 5) Secondario a chimici o a farmaci • 6) Infezioni • 7) Forme rare immunomediate • 8) Altre malattie genetiche associate al diabete • IV. Gravidico G:D:

5. IL DIABETE MELLITO: NUOVI CRITERI DIAGNOSTICI DIABETE: Glicemia a digiuno > 126 mg/dl Glicemia causale >200 mg/dl + segni e sintomi Glicemia dopo OGTT > 200 mg/dl IFG ( alterata glicemia adigiuno): Glicemia adigiuno >110 e < 126 mg/dl IGT (alterata tolleranza glucidica): Glicemia dopo OGTT >140 e < 200 mg/dl NORMALITA’: Glicemia a digiuno < 110 mg/dl Glicemia dopo OTGG < 140 mg dl

6. DIABETE MELLITO DI TIPO II 85.90 % DEI CASI DI DIABETE SEMBRA LEGATO A FATTORI AMBIENTALI, SOCIALI (ALIMENTAZIONE , SEDENTARIETA' OBESITA' ECC.) INIZIO INTORNO AI 40 ANNI (70-90% OBESI) IPERGLICEMIA, POLIURIA, POLIDIPSIA, POLIFAGIA PATOGENESI NON DEL TUTTO DEFINITA: INFLUENZA EREDITARIA CON DIFETTO GENETICO SPECIFICO SCONOSCIUTO I DIABETICI DI TIPO II POSSONO ESSERE CLASSIFICATI IN BASE ALL 'ETROGENEITA‘ METABOLICA: A) SOGGETTI CON ALTERATA RISPOSTA DELLE β- CELLULE AL GLUCOSIO PER ALTERATA SENSIBILITA' DEL RECETTORE DEL GLUCOSIO B) RESISTENZA PERIFERICA ALL 'INSULINA (DIFETTO DEI RECETTORI TISSUTALI ALL 'INSULINA): IPOINSULINEMIA G.D. IPERGLICEMIA

7. Patologia insulare nel Diabete di Tipo 2 Massa β-cellule :Ridotta, 60% del normale cambiamenti Longitudinale :inizialmente ipertrofia tardivamente marcata riduzione Diabete non si instaura senza una secrezione insulinica che non compensa a lungo un’ insulina resistenza Deposizione di amiloide nelle insule: Effetti tossici sulle cell β residue. G.D.

8. G.D.

9. P P P P P P P Shc P P - - IRS-2 Shc Recettore Insulina Glucosio PI-3K IRS-1 IRS-2 CELLULA NORMALE GLUT-4 Glicolisi Sintesi di Glicogeno TNF-a PC-1 Recettore Glucosio Insulina PI-3K IRS-1 GLUT-4 Glicolisi Sintesi di Glicogeno CELLULA INSULINO-RESISTENTE NEL DIABETE TIPO 2 G.D.

10. FATTORI ESTERNI CHE INFLUENZANO LA RISPOSTA CELLULARE CONDIZIONI FISIOLOGICHE Pubertà Gravidanza Invecchiamento STRESS Traumi Interventi chirurgici CONDIZIONI PATOLOGICHE Cirrosi epatica, Uremia M. infiamm. croniche, Neoplasie maligne, Scompenso cardiaco FARMACI Glucocorticoidi Diuretici tiazidici Beta-bloccanti Cause di Insulino-resistenza IPERPRODUZIONE DI SPECIFICI ORMONI GH (Acromegalia) Cortisolo (Sn. di Cushing) Catecolamine (Feocromocitoma) Somatostatinoma Glucagonoma Ipertiroidismo SN. MONOGENICHE CHE DETERMINANO DIFETTI CELLULARI INTRINSECI Insulino-resistenza tipo A e tipo B, Lepreconismo, Sn. di Rabson-Mendenhall, Diabete lipoatrofico IGT, Diabete tipo 2, Obesità, Ipertensione arteriosa, PCO, Aterosclerosi, Sn X

11. FFA Insulino-resistenza Diabete tipo 2 CIRCOLIVIZIOSI FISIOPATOLOGICI Muscolo:Ridotta captazione postprandiale di glucosio Iperglicemia Fegato:Ridotta inibizione produzione postprandiale di glucosio Glucotossicità Tessuto adiposo: Ridotta inibizione lipolisi Difetto di secrezione insulinica Lipotossicità Riduzione secrezione glucosio-indotta Iperinsulinemia Aumento produzione epatica di glucosio a digiuno Intolleranza glicidica Riduzione secrezione a digiuno G.D.

12. FFA Clearance degli acidi grassi liberi (FFA) da chilomicroni e VLDL FFA LIPOTOSSICITÀ INSULINO-RESISTENZA NORMALE SENSIBILITÀ INSULINICA G.D.

13. Insulina Sintesi di VLDL Estrazione di Insulina Produzione di glucosio FFA GLICEROLO G.D.

14. LEPTINA TNFa ADIPOCITA Resistina Adiponectina G.D.

15. Insulina Insulina TNF-a Tir-P Tir-P - Tir-P Tir-P + Tir-P Ser-P Ser-P Tir-P + IRS-1 IRS-1 Ser-P Ser-P Tir-P Tir-P TNF-a : TUMOR NECROSIS FACTOR-a G.D.

16. G.D.

17. IKK: I-Kappa-bKinase L’infiammazione ha un ruolo importante nell’induzione di insulino-resistenza, probabilmente per motivi di protezione del sistema nervoso centrale e di ridistribuzione dei substrati energetici in condizioni di stress. È possibile che questo sia un meccanismo di adattamento che, nelle forme croniche, diviene di maladattamento. Di recente è stato dimostrato che che sia il TNF che gli FFA stimolano una chinasi denominata IKK la quale è coinvolta nel controllo dell’attivazione di NF-Kappa-B, molecola effettrice terminale degli stimoli infiammatori. IKK fosforila Ik, che in condizioni basali lega e trattiene a livello citoplasmatico NF-Kappa-B, e ne induce la sua degradazione con conseguente traslocazione di NF-Kappa-B nel nucleo dove svolge la sua azione di fattore di trascrizione proinfiammatorio. IKK inoltre è in grado di fosforilare in serina IRS1 e quindi rappresenta il mediatore degli effetti di inibizione del “signalimg” dell’insulina di TNF e FFA. G.D.

18. Maggiore insulino-resistenza nell’obesità centrale • (androide) che in quella periferica (ginoide). DEPOSITI DI GRASSO E INSULINO-RESISTENZA • Maggiore concentrazione di recettori dei corticosteroidi nel grasso viscerale rispetto a quello sottocutaneo. • Ridotto effetto anti-lipolitico dell’insulina nel grasso viscerale rispetto a quello sottocutaneo, con aumento delle concentrazioni portali di FFA. G.D.

19. La SCOPERTA delle ISOLE di LANGERHANS Paul Langerhans - 1847-1888 Paul Langerhans, qui con i fratelli medici e il padre, nella sua tesi di laurea, a 22 anni, parlò per la prima volta delle isole che poi porteranno il suo nome, e che egli vide nel pancreas, distinte e totalmente diverse dal tessuto circostante. Egli le chiamò "Haufchen", mucchietti.Egli peraltro non seppe dare spiegazioni sulla funzione di queste strutture fino ad allora sconosciute. G.D.

20. PRIMI TRATTAMENTI CON ESTRATTO PANCREATICO Ferdinando Battistini - 1867-1920 Ferdinando Battistini, Medico, ebbe l'intuizione e il coraggio di trattare giovani diabetici con estratto pancreatico artigianale.Questo molti anni prima che Banting e Best scoprissero l'insulina, nel 1921. G.D.

21. LA SCOPERTA DELL'INSULINA: L'ESPERIMENTO DI BANTING   Dopo la fine della Prima Guerra Mondiale il Dottor Frederick Grant Banting incominciò l'attività di medico in Ontario. Mentre stava facendo delle ricerche sulla relazione tra il pancreas ed il diabete si accorse di alcuni studi che ritenne particolarmente interessanti. In particolare colpì la sua attenzione un articolo di  Moses Barron; l'articolo era incentrato sull'analogia tra i cambiamenti degenerativi che seguivano la legatura dei dotti pancreatici e la loro ostruzione a seguito dei calcoli. Dopo la lettura di questo articolo Banting capì che c'era una correlazione tra le isole di Langerhans del pancreas ed il diabete clinico. Pensò quindi di realizzare il seguente esperimento: legare i dotti pancreatici di un cane, aspettare sei, otto settimane fino ad ottenere una degenerazione delle cellule e rimuovere il residuo. Presentò questa sua idea al Professor Miller, esperto del metabolismo dei carboidrati. L'ipotesi del Dottor Banting era che ci fosse una secrezione interna al pancreas che era critica per il metabolismo del glucosio. Le sue idee erano basate sul fatto che quando il pancreas viene rimosso il diabete si sviluppa rapidamente. Per eseguire il suo esperimento Banting chiese l'uso di 10 cani, un assistente per otto settimane e attrezzature per effettuare analisi del sangue e delle urine per verificare la concentrazione degli zuccheri. Il lavoro cominciò il 16 Maggio 1921. Il suo assistente fu Charles Herbert Best.Il primo passo dell'esperimento fu di legare i dotti pancreatici dei cani, aspettare sei settimane durante le quali il pancreas si sarebbe dovuto atrofizzare lasciando le isole del Langerhans intatte. Alcune settimane dopo il pancreas fu rimosso da un cane e il tessuto venne posto in una soluzione salina a bassa temperatura, questo tessuto venne poi omogenizzato e iniettato in un cane diabetico. La concentrazione di glucosio nel sangue passò da 0,2 a 0,11 in due ore. Questo significava che l'estratto che avevano iniettato induceva l'organismo a metabolizzare il glucosio. Le condizioni cliniche di questo cane migliorarono notevolmente, era stata scoperta l'insulina. L'estratto fu poi purificato e testato nell'uomo l'11 gennaio 1922. G.D.

22. STRUTTURA TRIDIMENSIONALE DELL’INSULINA Struttura dell’ insulina. A sinistra :modellino tridimensionale del monomero di insulina, nella forma biologicamente attiva. Carbonio inverde, idrogen in bianco, ossigeno in rosso, azoto in blue. A destra: modello a nastro dell’ esamero,. Unità monomerica con la catena A in blu e la catena B in azzurro. In Giallo i ponti disolfuro e in magenta gli ioni zinco. G.D.

23. PATOGENESI DIABETE TIPO I A- Aspetto genetico: familiarità (concordanza <50%) condizione più permissiva che causale B- relazione con il sistema di antigeni umani leucocitari (HLA) ABCD Locus HLA- 88 e/o B15, presenti nel 65% dei diabetici con insorgenza giovanile Locus HLA-DR3 e DR4 presenti nel 85% dei diabetici con insorgenza giovanile l soggetti con DR3 e DR4 sviluppano diabete da 3 a 5 volte più facilmente degli altri Locus HLA-DR2 ha funzione protettiva C- Autoimmunità: ipotesi derivante dall'associazione con altre malattie endocrine a patologia auto immune (Addison, Tiroiditi, Anemia perniciosa). Bottazzo in Addison---> Abs antisurrene ed anti beta cellule prima dell'insorgenza della malattia diabetica ICA= inslet cell antibodies= IGG contro tutte le cellule dell'insula La riduzione delle cellule è progressiva, inizialmente le beta cellule residue aumentano la loro attività fino ad esaurirsi Studi su pazienti con ICA hanno portato alla distinzione: a) portatori di alleli D4. B15 (formano anticorpi in risposta ad agenti esterni come virus ecc. che provocano la perdita di Ag tissutali b) portatori di alleli D3.B8 (diabete solo auto immune) Cromosoma 6 HLA G.D.

24. G.D.

25. G.D.

26. CHETOGENESI Nel soggetto normale o nel diabetico controllato I'ipoinsulinemia mobilita gli acidi grassi che sono riesterificati a trigliceridi e trasportati per via ematica come LDL. Dopo lungo digiuno o nel diabete non controllato la carenza di insulina e l'aumento di glucagone provocano ossidazione degli ac. grassi con produzione di corpi chetonici in eccesso= causa primaria della chetoacidosi COMPLICANZE ACUTE :CHETOACIDOSI--->COMA > MORTE 1- Chetosi diabetica= accumulo ematico di corpi chetonici (acetone, ac. acetoacetico, ac. OH butirrico) La chetosi e dovuta a aumentata lipolisi -diminuita lipogenesi- diminuita disponibilità di acido ossalacetico - diminuita formazione di NADPH+ L'aumento di questi acidi organici forti viene prima dell'escrezione urinaria bilanciata dalla riserva alcalina, ma per esaurimento, si instaura l'acidosi stabile >vomito, perdita di elettroliti, coma -morte 2 -Acidosi lattica = per eccessiva formazione di acido lattico dal muscolo e dal fegato COMPLICANZE CRONICHE Alterazioni a livello delle arteriole e capillari per ispessimento della membrana basale da glicoproteine e mucopolisaccaridi:- glomerulosclerosi (nodulare e diffusa): -retinopatia diabetica(70% dopo i 40 anni) -neuropatia diabetica e nefropatia diabetica G.D.

27. L 'IPERGLlCEMIA DIABETICA E' DOVUTA AD AUMENTO DI PRODUZIONE DI GLUCOSIO NEL FEGATO ED ALLA DIMINUITA UTILIZZAZIONE PERIFERICA A SCAPITO DELLE SCORTE DI GLICOGENO IN FASE INIZIALE E PER NEOGLUCOGENESI INSULINA E GLUCAGONE SI INTEGRANO RECIPROCAMENTE PER IL CONTROLLO DELL'OMEOSTASI GLICIDICA E PER LA PRODUZIONE DI CORPI CHETONICI NELLE ISOLE DI LANGHERA NS L'INSULINA INIBISCE IL RILASCIO DI GLUCAGONE, MENTRE QUEST’ULTIMO NE STIMOLA LA SECREZIONE G.D.

28. Organizzazione delle insule Islet B Cell A Cell Epitelio dei dotti pancreatici: Tessuto Esocrino Insule endocrine G.D.

29. Massa insulare e dibete 1-2% della massa pancreatica Insulina totale: 200 U Dinamica:misura e livello d’ attività Crescita insulare Massa insulare:aumenta dal periodo embrionale alla vita adulta - neogenesi -sviluppo delle cellule - replicazione di celllule esistenti Insule adulte: bassa capacità di crescita e rigenerazione G.D.

30. Composizione delle insule Cellule endocrine b : 60-80%- Insulina (TRH, CGRP, IAPP, Prolactina) a : 15-20%- Glucagone(TRH, GLP-1, CCK) d : 5-10% - SS(CGRP, met-encefalina) PP: 15-20%-Polipeptide Pancreatico G1: <1% - Gastrina G.D.

31. Cellule-beta e biosintesi dell’insulina Specificità tissutale Esocitosi Preproinsulina Proinsulina Insulina Peptide-C PC Canale del K+ Atp-dipendente Glucosio Canale del Ca++ GLUT-2 K+ - Glucosio Insulina Ca++ GK Glucosio-6-p ATP G.D.

32. Cellule-beta, Secrezione Insulinica e Sulfonilurea Sulfonilurea : Capacità di legame-stimolazione Canali del K+, Atp-dipendenti Glucosio Canali del Ca++ GLUT-2 Su K+ Glucosio - Ca++ GK Depolarizzazione Insulina Glucosio-6-p ATP G.D.

33. Insule e diabete di tipo 1: insulite Normale Insulite precoce Insulite tardiva Disregolazione immune FATTORI AMBIENTALI IAA Interazione tra geni: suscettibilità e resistenza GAD,ICA512A ICA Insulite variabile B cell mass Overt diabete G.D. Prediabete

34. Approcci curativi all’ insufficienza β-cellulare Trapiantopancreatico totale Simultaneo rene-pancreas solo pancreas Trapianto di isole pancreatiche Terapia con il gene dell’insulina G.D.

35. Pancreas (SPK) trapianto: • Indicazioni • 1)Diabete di tipo 1 • 2)Età 18-55 • 3)Documentata nefropatia diabetica • Benefici definitivi • Dipendenza dall’insulina • 2) Complicazioni acute • Risultati :1 Yr GS-85-96% G.D.

36. Trapianto pancreatico (SPK): raccomandazioni 1. Il trapianto pancreatico: migliora la qualità della vita Evidenze: - Prevenzione delle complicanze a lungo termine del diabete - Allungamento della vita 2. Da considerare in pz con malattia renale di lunga data che hanno avuto o hanno in programmazione un trapianto renale 3. Il trapianto di solo pancreas richiede terapia immunosoppressiva per tutta la vita 4. Il trapianto di cellule insulari pancreatiche ha un potenziale vantaggio rispetto al trapianto dell’intera ghiandola G.D.

37. Trapianto pancreatico: Risultati G.D.

38. Trapianto pancreatico Risposta abnorme all’ insulina e differenze biochimiche dai pazienti non diabetici dovute a: -denervazione del pancreas trapiantato -uso di farmaci immunosoppressivi -secrezione di insulina nella circolazione sistemica piuttosto che in quella portale→iperinsulinemia periferica G.D.

39. Trapianto di cellule insulari: secrezione insulinica Trapianto di tutto il pancreas: morbidità & immunosoppressione Trapianto di cellule insulari: Minima morbidità chirurgica assenza di problemi di tipo esocrino riduce l’ immunogenicità Minima immunosoppressione G.D.

40. Trapianto di cellule insulari 1. Isolamento delle insule: umane & animali, sviluppo ex vivo 2. Rigetto: problema maggiore che limita le applicazioni cliniche del trapianto delle insule pancreatiche 3. Immunosuppressione: I convenzionali, non specifici agenti immunosoppresssivi (steroidi, azatioprina, ciclosporina)-non sono efficaci ALS, FK506, RS61443 :sotto studio G.D.

41. Trapianto di cellule insulari 4. Immunomodulazione: per diminuire immunogenecità. Cultura abassa temperatura, UV, anticorpi monoclonali 5. Immunoisolamento: Isolare le insule all’interno di Un Hydrogel o in poli-L- lisina : permeabile a glucosio, arginina, insulina : protege contro gli anticorpi citotossici anti –insule pancreatiche, cell dell’ immunità :Vitali in vitro per molti mesi, Ma non ancora in vivo→speranza per il futuro G.D.

42. 1. Iniettate nella vena porta, s’ impiantano nel fegato 2. Iniettate nell’ arteria splenica , nella milza 3. Impianto nella cavita’ peritoneale 4. Iniettate sotto la capsula renale 5. Altre vie : embolizzazione delle insule dentro il polmone tramite le vene sistemiche, iniezione diretta dentro diversi organi e tessuti (fegato, pancreas, milza, intestino, tessuto sottocutaneo) -meno efficaci Trapianto di cellule insulari G.D.

43. Risultati del trapianto di insule • Il 90% dei soggetti trattati raggiunge un buon compenso metabolico, con scomparsa delle ipoglicemie e un miglioramento del compenso glicemico • Il 70% dei pazienti, a seconda delle casistiche,  sospende la terapia insulinica , anche se la durata di questa condizione ottimale si riduce al 20% a due anni dal trapianto • In un gruppo di pazienti che sono stati sottoposti a trapianto di isole presso l’Istituto San Raffaele, seguendo un particolare protocollo di immunosoppressione che prevedeva il trattamento con farmaci immunosoppressori per qualche mese prima del trapianto, la percentuale di pazienti che mantenevano l’insulino-indipendenza a 2 anni e’ salito al 60%. G.D.

44. Rischi e benefici del trapaianto insulare • I vantaggi sono: normalizzazione del metabolismo glucidico, rappresentati da glicemie normali senza terapia insulinica, miglioramento della qualità di vita, prevenzione delle complicanze croniche • Gli svantaggi sono: l’uso prolungato di farmaci immunosoppressori. Non è al momento quatificabile per quanto riguarda lo schema di trattamento adottato per il trapianto di isole, in quanto l’ esperienza accumulata finora non permette di arrivare a calcoli statistici attendibili, in considerazione del numero esiguo dei pazienti trattati e della ancora breve durata dei controlli post trapianto. • Nell’ambito del bilancio rischi benefici legati al trapianto si deve tenere presente che il fallimento di questa procedura non danneggia il fegato ed è possibile ripeterlo più volte fino al raggiungimento dell’ obiettivo di una funzione valida e duratura.

45. Terapia genica e diabete • Recenti acquisizioni: • Rilascio di glucosio insulina-dipendente da cell K geneticamente modificate • (Science 2000 Cheung AT et al., Univ of Alberta) • Cell non β: gene insulinico umano con 5’- regione regolatoria del gene GIP • 2. Distribuzione dei geni degli analoghi modificati dell’insulina. • (Lee et al., Nature 2001, Yonsei Univ.) G.D.