Inovace předmětů biochemie a klinické biochemie v rámci spektra oborů lékařské fakulty a fakulty zdravotnických věd směrem k lepšímu uplatnění absolventů v oblasti vědy, výzkumu i praxe
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
Ústav lékařské chemie a biochemie Lékařské fakulty UP Olomouc
Diabetes mellitus, ketoacidoza , modelová situace diagnostiky a léčby Doc. MUDr. J. Bartek, CSc.
Jedna z prvních pacientek, u níž byla v roce 1992 úspěšně zahájena léčba prvním izolovaným inzulínem Banting, Best, Toronto
Patobiochemie sacharidů Doc. MUDr. J. Bartek, CSc.
Patobiochemie sacharidů 2006
Program přednášky • • • • • • • •
Metabolismus glukozy-obecná charakteristika Glukóza – současné metody stanovení glukózy Hypogkykemie Hyperglykemie Diabetes mellitus, typy diabetu DM 1 typu DM 2 typu Laboratorní soubory pro diagnostiku, monitorování kompenzace a pro vyhledávání a monitorování komplikací DM
Obecná charakteristika metabolismu glukózy Sacharidy:40-45% příjmu energie ,vláknina Parenterální výživa: 5g S : 1,5g T : 1g A Spotřeba glukózy/hod: 38 mmol = 6,8 g Produkce v játrech/hod: 39 mmol = 7,0 g Referenční hodnoty fSP-glukóza: 3,3 - 5,6 mmol/l • hypoglykemie< 2,5 mmol/l 5,6
Regulace metabolismu sacharidů a lipidů insulinem ( ) a glukagonem ( ) tuková tkáň TAG glykogen 2
glycerol ↓ glycerol-3-P
1
glukóza ← → glukóza-6-P
acyl-CoA
3
malonyl-CoA NADPH ribosa-5-P
PEP
mastné kyseliny acyl-CoA
pyruvát
9
citrát
→ oxalacetát
acetyl-CoA → HMG-CoA
4
laktát ← → pyruvát
6
↓
GRAP, DHAP
↓
3
cholesterol
7
acyl-CoA 5
acetoacetát ketolátky
HGM-CoA
acetyl-CoA citrátový cyklus
NADH FADH2
ADP
ATP
Regulace metabolismu sacharidů a lipidů insulinem ( ) a glukagonem ( ) tuková tkáň TAG glykogen 2
7
glycerol ↓ glycerol-3-P
1
← → glukóza-6-P 3
malonyl-CoA NADPH ribosa-5-P
PEP
mastné kyseliny acyl-CoA
pyruvát
9
citrát
→ oxalacetát
acetyl-CoA → HMG-CoA
4
← pyruvát →
6
↓
GRAP, DHAP
↓
3
acyl-CoA
acyl-CoA 5
HGM-CoA
acetyl-CoA citrátový cyklus
NADH FADH2
ADP
ATP
Koncentrace glukózy v tělních
tekutinách • Dospělí : hodnoty platné ve FN Olomouc Referenční rozmezí v krvi : 3 – 6 mmol/l odběry s inhibitorem glykolýzy Laboratorní manuál 2004, vydalo OKB FN Olomouc
•
3,3 – 5,6 mmol/l
odběry s NaF
Přehled laboratorních vyšetření Peprla,Kuklínek, 1995, Lachema
Kapilární odběr glykemie
6Odběrový systém krve S – Monovette® Kapilární odběr • • • • •
Odběr z prstu, u dětí z ušního lalůčku,patičky Dezinfekce místa vpichu (event. dezinfekční mýdlo) Vpich lanzetou Setřít první kapku krve Odběr do Microvette
Nikdy násilím netlačíme na zakončení prstu, v takovém případě je krev většinou hemolytická Vzhledem k možné kontaminaci je nutné používat rukavice!
Koncentrace glukózy v tělních
tekutinách • Novorozenci nedonošení Referenční rozmezí v krvi : 3,0 – 5,7 mmol/l odběry s inhibitorem glykolýzy Gozzo MI. Reference intervals for 18 clinical chemistry analytes in fetal plasma samples between 18 and 40 weeks of pregnancy. Clin. Chem. 1998, 44, 683-5
Koncentrace glukózy v tělních tekutinách • Novorozenci referenční rozmezí v krvi : >6h 2,2 - 3,3 mmol/l >5d 2,8 - 4,4 mmol/l odběry s protiglykolytickým prostředkem Witt I, Trendelenburg C. Gemeinsame Studie zur Erstellung von Richtwerten fur klinisch-chemische Kenngrossen im Kindesalter. J Clin chem clin Biochem 1982, 20, 235-42
Koncentrace glukózy v tělních tekutinách • Novorozenci referenční rozmezí v krvi : 1- 2 r 1,8 - 6,2 mmol/l 3- 4 r 2,9 - 5,4 mmol/l 5- 6 r 3,8 - 5,5 mmol/l Keller H. Klinisch-chemische Labordiagnostik fur die Praxis. Stuttgart, New York, Thieme 2nd edition, 1991
Koncentrace glukózy v tělních tekutinách • Dospělí referenční rozmezí v krvi, séru, plazmě: 4,2 - 6,1 mmol/l
Reflotron ( Roche Diagnostics )
Roche Diagnostics, Pack inserts, 2004
Koncentrace glukózy v tělních tekutinách • Moč referenční rozmezí: 0 mmol/l resp. : < 1,1 mmol/l < 0,8 mmol/l Roche Diagnostic, Pack inserts, 2004
první ranní moč během dne
Koncentrace glukózy v tělních tekutinách • Mozkomíšní mok referenční rozmezí : < 16 r 1,8 - 4,6 mmol/l Roche Diagnostics, Pack inserts, 2004
dospělí
2,2 - 4,2 mmol/l ( CSF-glukóza =
cca 60% P-glukózy )
Rick W. Klinische Chemie und Mikroskopie. Berlin, Heidelberg, New York, Springer, 6th edition, 1990
Koncentrace glukózy v tělních tekutinách • Referenční rozmezí: Plodová voda Žluč < Lymfa Pleurální tekutina Synoviální tekutina Pot
2,5 - 4,2 mmol/l 0,3 - 0,4 mmol/l 2,7 - 11,1 mmol/l totožná s plazmou totožná s plazmou 4,2 - 16,0 mmol/l
Heil W., Koberstein R., Zawta B. Reference ranges for adults and Children, Roche Diagnostics GmbH, Nov.2004
Koncentrace glukózy v tělních tekutinách • Intersticiální tekutina - ISF Friedrich A.M.,Pediatrics, 2001: long-time mikrodialýza: 13 dětí-novorozenci, doba sledování 4-16 dní, subkutánní mikrodialyzační katetr, vzorky manuálně transferovány do analyzátoru VITROS 250,Ortho-Clinical Diagnostics, Germany B-glukóza = 0,18 + 0,81 glukóza v dialyzátu reflexe „pravé“ ICF hladiny glukozy není dosaženo, proto vyrovnání pomocí relativního recovery močoviny Friedrich A.M., Glucose Monitoring With long-Term Subcutaneous Microdialysis in Neonates, Pediatrics 108,5, 2001, 1187-92
Koncentrace glukózy v tělních tekutinách Schmidt FJ.Diabetes care, 1993: Během glukozového clampu nalezeno v ultrafiltrátu z podkoží: ISF = 46 ± 9% P-glukózy Měření senzorem kalibrovaným in vitro: subkutánní ISF = 44 ± 8% P-glukózy Schmidt FJ. Glucose concentration in subcutaneous extracellular space. Diabetes Care, 16,5, 1993,695-700
Koncentrace glukózy v tělních tekutinách • Intersticiální tekutina – ISF Tiessen RG, Life Sci.2002 subkutánní ultra-slow mikrodialýza s nanolitrovým glukozovým senzorem v tukové tkáni: ISF = 55% fB-glukózy v pojivové tkáni : ISF = fB-glukóza (r=0.962) Tiessen RG. Glucose gradient differences in subcutaneous tissue of healthy volunters assessed with altraslow microdialysis and a nanolitre glucose senzor. Life Sci.2002,70 (21),2457-66
Měřené hladiny ISF –glukózy systémem CGMS (Bartek a spol., VII.sjezd čs. společnosti klinické biochemie, 2005, Olomouc)
Ohlédnutí do minulosti –monitorování glykemie pomocí odběrů krve + inzulinoterapie peny, pumpami
Ohlédnutí do minulosti V r. 1986 získalo diabetologické pracoviště IKEM první zkušenosti s přístroji Autosyringe Travenol AS 8 MP. V r.1989 - MiniMed 504 S
1983 MiniMed 502
1984 MiniMed 5021
1987 MiniMed 504s Historie inzulínové pumpy: První pumpy vznikaly v 70. letech, vážily kolem 400 g. Koncem 70. let zkonstruoval ve Fyziologickém ústavu ČSAV první českou inzulínovou pumpu ing. Pavel Hirš.
dále pak IP 506, 507, 507E, 507C, 508
Procházka současností-selfmonitorink, CGSM + moderní pumpa
Vlastnosti moderní inzulinové pumpy: nutné ovládnutí znalostí a údajů o metabolismu glukózy
EASY BOLUS, WIZARD BOLUS, AUDIO BOLUS, DÁLKOVÉ OVLÁDÁNÍ, DUAL / SQUARE BOLUS, BG REMINDRER BAZÁL 48 PROFILŮ x 3 (stand., A, B), POUZE PO 0,05J U100 DOČASNÝ BAZÁL V J/hod. nebo % (0-200%, 0 – 24 HOD.) AUTOMATICKÉ PLNĚNÍ PŘEDPLNITELNÝCH ZÁSOBNÍKŮ VIBRACE, PODSVÍCENÍ DISPLEJE, PŘIPOMÍNKY (6x), ROZSÁHLÁ PAMĚŤ, KOMUNIKACE S PC, PALM, GLUKOMETR, VARIABILITA POUŽITÍ (OFF – ON)
Bolus wizard MiniMed 512/712 předkládá výpočet potřeby inzulinu při plánovaném požití x gramů glukózy (ukázka současného reálného algoritmu)
měrné jednotky (gramy karbohydrátů nebo výměnné jednotky) poměr karbohydrátů nebo výměnných jednotek k 1U mmol/l nebo mg/dl citlivost na inzulín 0,5 – 13,9 mmol/l (snížení gl. při 1U – 30min.) cílové glykémie (4,4 – 8,9 mmol/l) bolus wizard může být použit i při aplikaci korekčního bolusu např. z důvodu hyperglykémie Všechny údaje potřebné k použití bolus kalkulátoru edituje zástupce firmy po dohodě s ošetřujícím lékařem. Bolus kalkulátor je omezen nastavenými ochrannými limity pro bolus.
Hodnota tzv. aktivního inzulínu, v grafu farmakokinetika současných inzulinů Jednou z nejdůležitějších informací pro bolus kalkulátor je hodnota tzv. aktivního inzulínu. zohledňuje POUZE aplikované bolusy a při výpočtu vychází z nastaveného typu používaného inzulínu (fast nebo regular) - není závislý na aktuální bazální dávce Insulin Pharmacodynamic Data
700 Fast Acting Regular
600
500
400
300
200
100
0 0
1
2
3
4
Time (hrs)
5
6
7
8
Insulin, glukagon - peptidové hormony struktura: insulin: 51 aminokyselin, 2 polypeptidové řetězce spojené disulfidovými můstky syntéza: b-buňky pankreatických ostrůvků inaktivní prekurzor (preproinsulin, lineární řetězec – RER)
↓ štěpení
(proinsulin - odštěpení signální sekvence, tvorba –S-Svazeb – ER, odštěpení C-peptidu – Golgi systém)
↓ aktivní hormon ↓ skladování v cytosolových granulech ↓ sekrece:exocytóza (po stimulaci)
degradace insulinu: cirkulující insulin - játra, ledviny - insulinasa (biol. poločas ~ 6 min.) tkáně - po internalizaci s receptorem - lysosomy (biol. poločas ~ 7- 12 hod)
CGMS Continuous Glucose Monitoring System Hardware
1. Senzor 2. Kabel 3. Monitor 4. Komunikační stanice (5. Počítač) Software
CGSM systém používaný v současnosti: senzor + monitor, pak převod do počítače
CGMS - senzor Glukosoxidázová mikroelektroda
Zavádění senzoru do podkoží břicha pomocí Sen-serteru
manuální zavedení
CGMS - kabel a monitor Hodnoty P-glukózy lze zobrazit pouze přes PC.
CGMS - komunikační stanice s vloženým monitorem
Senzor a monitor při měření
Signifikantní zlepšení kompenzace pomocí CGMS
Pohled do budoucnosti
Kontinuální měření glykemie pomocí glukozooxidázového senzoru s telemetrickým vysíláním naměřené glykémie
KONTINUÁLNÍ MONITORING KONCENTRACE GLUKÓZY Dosah senzoru cca 2m
1.
Strategie uzavřených okruhů
externí uzavřený okruh – externí senzor & externí pumpa
2. Zcela implantovaný uzavřený okruh – IV senzor & IP pumpa
3.
Hybridní uzavřený okruh
– IV senzor & externí pumpa
r. 2006 - první reálný „UMĚLÝ PANKREAS“ zcela implantovaný
HYBRID
CGMS - popis zařízení • Transmitter
• Sensor
• • • Monitor
• •
kontinuální monitor koncentrace glukózy zabraňuje exkurzím do hypo- i do hyperglykémie senzor vyžaduje pouze dvě zadané hodnoty z osobního glukometru trvanlivost senzoru je cca. 7 dnů monitor aktualizuje zobrazenou hodnotu glykémie každých 5 minut volitelný alarm pro hypo- i pro hyperglykémii data mohou být transportována do PC k dalšímu vyhodnocení pacient není limitován kabelem
Hypoglykemie < 2,5 mmol/l • • • •
< 2,0 < 2,5 < 3,5 mmol/l fSP- glukóza ( i rychlý pokles ) novorozenci < 1,7 mmol/l nedonošení novorozenci < 1,1 mmol/l Centrální příznaky hypoglykemie: nedostatečné energetické zásobení CNS - pocit hladu, bolest hlavy (migrény), usínání, mentální zmatenost ,ztráta orientace, halucinace, křeče, koma • Periferní příznaky hypoglykemie:aktivace adrenergního sy • (katecholaminy): palpitace, úzkost, chvění, pocení
Hypoglykemie při lačnění • Nesidiom-Ca,adenom β-buněk Langerhans. ostrůvků),hyperplasie,Tu extrapankreatický • Endokrinopatie: panhypopituitarismus,nebo jednotlivý deficit kontrainsulinových hormonů:deficit růstového hormonu, adrenokortikotropinu, hypoadrenalismus,hypothyreoidismus,defekt glukagonu
stp.hepatitis, (steatoza jater), ( městnání v játrech při srdeční nedostatečnosti)
• Jaterní cirhosa:
• Glykogenozy (typ I,VII,IX) s defektem enzymů glukoneogese • Nedostatek prekursorů glukózy(alanin): těhotenská
hypoglykemie, ketózová hypoglykemie kojenců, uremie, těžká malnutrice
Hypoglykemie při lačnění hypoglykemie u novorozenců a kojenců • Neonatální hypoglykemie < 1,7 < 1,1 mmol/l bez klinických projevů a většinou přechodná : nedonošení, sy dechové tísně, DM u matky, těhotenská toxémie, podchlazení, polycytémia • Kojenecká hypoglykemie: - dědičné metabolické poruchy: galaktosemie,glykogenozy,intolerace - ketózová hypoglykemie : hladovění, horečnaté stavy - jiné stavy: přecitlivělost na leucin, nesidiom, Reyův sy, idiopatická hypoglykemie ( Mc Quarrieho sy)
fruktózy
Hypoglykemie postprandiální • • • • •
alimentární (gastroektomie,gastrojejunostomie) v časné fázi diabetes mellitus funkční idiopatická hypoglykemie leucinem indukovaná hypoglykemie fruktosou indukovaná hypoglykemie deficit fruktosa-1-fosfát aldolázy nebo fruktosa-1,6-bifosfát aldolásy
Hypoglykemie navozená léky • • • •
insulin perorální antidiabetika salyciláty, propranolon alkohol ( ethanol inhibuje glukoneogenesu)
Reaktivní hypoglykemie • klinický syndrom (postprandiální): P-glukóza < 2,5 – 2,77 mmol/l slabost, třes, studený pot, nauzea, pocit hladu, epigastrický dyskomfort během „dlouhého“ oGTT (5 – 6 hodin) již pokles během 3. hod oGTT označován jako reaktivní hypoglykemie laboratorní
„nonhypoglykemie“ • Příznaky hypoglykemie: slabost, třes, studený pot, nauzea, pocit hladu, epigastrický dyskomfort, resp. i svalové spasmy, otupělost, bolesti bez nálezu laboratorní hypoglykemie < 3,5 mmol/l
Dělení hypoglykemie dle příčiny A. Snížený přísun •
↓ jaterní glukoneogenese
•
dědičné poruchy metabolismu
• • • •
intoxikace alkoholem otravy malabsorpce Hladovění
B. Zvýšená utilizace • ↑ tělesná aktivita • hyperinzulinismus • nádor β buněk
• nedostatek antagonistů insulinu ( např. M. Addison) • léčba sulfonylureou,insulinem viz příklad
Patobiochemie sacharidů
Epidemiologie diabetes mellitus • • • •
v ČR evidováno v r. 2004 cca 700 000 diabetiků 7,6% DM 1. typu, 91,2% DM 2. typu, 2,2% jiné (sekundární, gestační ) dieta : 39%, PAD: 41,8%, inzulin: 15,6% kombinovaná terapie : 3,6% orgánové komplikace v 80% ( DM 2.typu) : nefropatie – 7,2%, retinopatie – 11,1% diabetická noha – 6,4%
Diabetes mellitus 1 typu - etiologie • • •
•
polygenní autoimunní virová inzulitis destrukce 60 – 70% β-buněk : manifestace dědičnost: sourozenec cca 12%, otec 6%, matka 2%, (nepoznaný DM 10%) diabetes mellitus typu LADA ( pomalu progredující autoimunní diabetes mellitus) antiGAD65 (protilátky proti dekarboxyláze kyseliny glutamové), anti insulin protilátky, protilátky proti ostrůvkům anti IA-2 (islet cell antigen-2 antibody), anti
tyrosin fosfatasa-like protein,
•
nejvhodnější predikce: 3 markery - diagnostická senzitivita 40 – 80% - diagnostická specifita 99 %
mají jen diagnostický význam
th.: ihned převedení na inzulin benefit: záchrana života
Diabetes mellitus 1 typu - genetika asociace s genetickými markery • chromozom 6: HLA DR3-DQ2,DQ8 (DQB1*0302*A1*0301) • chromozom 11: gen pro inzulin,regulační sekvence upstream od 1.axonu-tandemové opakování: 1.třída alel 26-36 repetic –výrazná predispozice k DM, III.třída alel 140-200 a víc repetic –dominantně protektivní charakter • gen pro CTLA-4 (cytotoxický T-lymfocytový antigen) cave: čtení genetické mapy člověka není (prozatím) součástí testů lék.chemie
Diabetes mellitus 1 typu: diagnostická kritéria hodnoty P-glukózy v mmol/l • 1.
diabetes mellitus Náhodná glykemie > 11,1 2. glykemie nalačno > 7,0 3.
glykemie ve 120 min během oGTT ≥ 11,1
• 1.
hraniční poruchy IFG zvýšená glukóza nalačno
(prediabetes)
glykemie nalačno ( 5,6 - 7,0 ]
2.
IGT porušená glukózová tolerance během oGTT (impaird glucose tolerance)
glykemie ve 120 min během oGTT [8,0-11) dleWHO [7,8- 11] dle ADA
(3. norma ≤ 5,6 )
Klasifikace diabetu • Diabetes mellitus 1. typu
dle ADA
(destrukce β-buněk)
autoimunní idiopatický
• Diabetes mellitus 2.typu • Jiné specifické typy DM
(inzulinová rezistence)
genetické defekty β-buněk (typ MODY) genetické defekty působení inzulinu onemocnění pankreatu (pankreatitis, nádory, cystická fibroza) endokrinopatie ( akromegalie, m.Cushing, feochromocytom, hypertyreóza aj.) léky, infekce jiné genetické sy
• Gestační DM
Biochemická vyšetření u DM • pro diagnostické účely glykemie, oGTT, C-peptid, spec.protilátky (antiGAD,antiINZULIN,..)
• sledování kompenzace DM glykemie (profily), hemoglobin A1C, glykovaný protein, mikroalbuminurie, lipidové markery, AGE produkty,renální fn.testy
• hodnocení komplikací DM a léčby DM glykemie (profily), hemoglobin A1C, glykovaný protein, mikroalbuminurie, lipidové markery, AGE produkty, (insulin?-ne)
Kazuistika 1 • • • • •
•
Žena, 21 roků s diabetem typu 1 Pacientka přijata v obluzeném stavu s tachypnoe. V dechu je cítit ovocný zápach. V anamnéze akutní infekce dýchacích cest. Laboratorní nález: P-glukóza: 22mmol/l, S-urea: 11,8mmol/l,BE: -15mmol/l, (B-HCO3-: 7,5mmol/l), S-Na:136 mmol/l, S-K: 5,9 ( event. S-K: 2,3mmol/l) Diabetické ketoacidotické koma Nízké BE potvrzuje metabolickou acidozu z hromadění ketokyselin, z důvodu nedostatku glukozy v buňce (nedostatečná fn inzulinu) se stupňuje glukoneogeneza z aminokyselin a beta-oxidací z lipidů bez možností metabolizace ketonových kyselin v citrátovém cyklu Zvýšená S-urea dehydratací po osmotické diuréze (glykosurie) a odbourání aminokyselin.Hyperkalemie v metabolické acidoze z výstupu ECT-K z buněk. Hypokalemie při protrahované osmotické diuréze při glykosurii.
Kazuistika 2 • Pacient s nadváhou, hypertenzí, DM2 • 49 let dlouhá anamnéza obezity bez snahy o dietu a redukci váhy(v pase 130 cm), zvýšený krevní tlak 140/100, fP-glukoza: 11mmol/l, S-urea: 24 mmol/l, kreatininová clearance: 0,9 ml/s, mikroalbuminurie: U-albumin: 70 mg/l, S-TG: 4 mmol/l, S-HDL-cholesterol: 0,7 mmol/l • Přítomný glukagon usnadňuje glykolýzu a glukoneogenezu z bílkovin. Mikroalbuminurie je markerem probíhající mikroangiopatie. Obezita, hypertenze, snížená senzitivita na inzulin(tj.vyšší glykemie nalačno), zvýšené S- TG,SHDL = metabolický syndrom
Kazuistika 3 • Zdravotní sestra, 24 let • Dlouhodobě opakované stavy hypoglykemie. Hledán nesidiom, pro susp. sono nález na oblouku duodena provedena operace s odstraněním útvaru, histologie negativní. • Laboratoř: P-glukoza: 0,8 - 1,0 mmol/l S-C-peptid: 0,01 pmol/l až 0 Diferenciální diagnostika: ?
Kazuistika 3 • Zdravotní sestra, 24 let • Dlouhodobě opakované stavy hypoglykemie. Hledán nesidiom, pro susp. sono nález na oblouku duodena provedena operace s odstraněním útvaru, histologie negativní. • Laboratoř: P-glukoza: 0,8 - 1,0 mmol/l S-C-peptid: 0,01 pmol/l až 0 Diferenciální diagnostika: pro nepřítomnost insulinomu(nesidiom) s aktivní produkcí vlastního inzulinu svědčí nízká hladina C-peptidu. V šuplíku pacientky nalezeny natažené inzulínky, sestra si hypoglykemie sama navozovala aplikací inzulínu. Syndrom sebepoškozování.
Děkuji za pozornost
