Diabete mellito Gruppo di disordini metabolici caratterizzati da : IPERGLICEMIA MALATTIA CARDIOVASCOLARE Dovuta all’azione combinata di più geni e di fattori ambientali

Diabete mellito Malattie diverse per eziologia e patogenesi presenza di un disordine metabolico caratterizzato da IPERGLICEMIA e da alterazioni del metabolismo glicidico, lipidico e proteico per carenza reale o funzionale di insulina Clinicamente caratterizzato da: poliuria, polifagia e polidipsia Eziologia multifattoriale: genetica e ambientale legata alle risposte dell’organismo Patologia cronica progressivamente invalidante Può portare a rischio di coma da chetoacidosi o da iperosmolarità

Morbilità e Mortalità del Diabete Causa principale di cecità nell’adulto Malattia cardiovascolare e ictus Amputazioni Causa principale di nefropatia end-stage 4a causa principale di morte per malattia 7a causa principale di morte negli USA

Tipo 1 Tipo 2 Distruzione delle cellule beta pancreatiche Patologia autoimmune associata al HLA Compare in età giovanile Sviluppo di insulino-dipendenza e chetoacidosi Tipo 2 Gruppo eterogeneo di malattie Forma familiare con distribuzione recessiva Compare in età adulta con intolleranza al glucosio Difettosa increzione di insulina Insulino-resistenza, spesso associata ad obesità

L’Epidemia Diabete 1995 1997 2000 2025 Paesi in Via di Sviluppo 50.974 52.508 54.810 72.248 Paesi Sviluppati 84.313 90.030 99.582 227.725 Globale 135.287 142.538 154.392 299.973 Pazienti con DM (x1000) Questo incremento è visibilmente maggiore nei Paesi sviluppati. 3 A

NIDDM manifestatosi in età giovanile Definizione IDDM e NIDDM obsoleta: Molti individui DM2 richiedono trattamento insulinico per il controllo della glicemia Età di insorgenza

4% delle gravidanze 40-60% svilupperanno diabete

Iperglicemia a digiuno Poliuria con glicosuria Senso di sete e di fame Diabete conclamato: Iperglicemia a digiuno Poliuria con glicosuria Senso di sete e di fame Aumentato catabolismo proteico Chetosi e acidosi

Importanza della diagnosi precoce

Stimoli alla secrezione di insulina Livelli di glucosio Chetoni Nutrienti Peptidi gastrointestinali Influenze ormonali e nervose Insulinemia:10-20µU/ml; 0.4-0.8ng/ml Dosaggio peptide C: 0.9-3.5ng/ml Aumenta fino a 10 volte dopo un pasto standard

Il glucosio entra nelle cellule β per diffusione facilitata tramite il suo trasportatore GLUT 2 e attiva la G-6-P La concentrazione di ATP controlla il canale del Ca L’aumento intracellulare del Ca porta alla liberazione di insulina Incretina Il tempo per il picco di insulina è variabile 10min (80-150min) Ritorna a livelli basali dopo 150 min dal pasto

Recettore per l'insulina

Recettore per l'insulina Effetti metabolici e mitogenici Il recettore è costituito da due subunità alfa (con i siti leganti) connesse da ponti disolfuro a due subunità beta (sporgenti verso l’interno della cellula) 1- il recettore viene fosforilato dall’interazione con il ligando 2- trasduzione del segnale con internalizzazione del complesso 3- riciclo del recettore sulla membrana della cellula 4- degradazione proteolitica dell’insulina (forse non da lisosomi) 5- riinizio del processo di interazione ed endocitosi del complesso

Regolazione fisiologica dell’insulina Controllo assunzione di cibo Controllo secrezione ormoni iperglicemizzanti ACTH e GH Impulsi vagali inibiscono la produzione di glucosio epatica Partecipa alla secrezione di insulina e mantenimento massa cellule beta Ipoglicemia: (moderata)sudorazione, cefalea, tremore (elevata) convulsioni e coma

Distribuzione dei recettori per l’insulina: Eritrociti Fegato Pancreas Rene Fibroblasti Granulociti Linfociti Monociti Piastrine Musc. Scheletrico Musc. Cardiaco Tes. Adiposo SNC Placenta Musc. Scheletrico e Tes. Adiposo il recettore è essenziale per internalizzare glucosio

Musc. Scheletrico e Tes. Adiposo il recettore è essenziale per internalizzare glucosio

Tessuti periferici insulino-dipendenti (muscolo e adiposo): Necessitano di insulina per permettere al glucosio di penetrare nelle cellule Tessuti periferici insulino-indipendenti (fegato, SNC, eritrociti): Possono usare il glucosio senza limitazioni

Glut 1 Glut 2 Glut 3 Glut 4 Glut 5 Trasportatore Tessuto Affinità per il glucosio Glut 1 ubiquitario elevata Glut 2 Celluleβ, fegato, rene, piccolo intestino bassa Glut 3 rene, placenta, cervello ed altri tes Glut 4 Muscolo scheletrico e cardiaco, tes adiposo media Glut 5 piccolo intestino

Liberazione di insulina: Aumento del prelievo del glucosio nel muscolo scheletrico e nel tessuto adiposo Aumento dell’utilizzo del glucosio e inibizione della produzione di glucosio nel fegato L’insulina liberata dopo il pasto viene subito degradata Diminuzione dei livelli di insulina e aumento glucagone: Immissione di glucosio in circolo da parte del fegato Attivazione della glicogenolisi Attivazione della gluconeogenesi (utilizzo di diversi substrati: aa, glicerolo, ac grassi Riduzione dell’utilizza del glucosio

Differenti ruoli e funzioni del recettore insulinico glucosio IRS-1 Grb2 Ras Raf MAPK IRS-1,2 IRS-1,2 PI-3K PI-3K Attivazione dei canali del calcio e dei recettori neuronali cPD3B PDK Akt/PKB Aumento del rilascio dei neurotrasmettitori Inibizione dell’apoptosi Trascrizione dei geni Sopravvivenza cellulare Crescita cellulare, sviluppo delle sinapsi, riparazione e rigenerazione Sviluppo neuronale, neuroprotezione, formazione della memoria

Aspetti metabolici Alterato metabolismo del glucosio causa: Iperglicemia Aumento della diuresi Aumento della sensazione di sete Perdita di peso Lipomobilizzazione Accresciuta produzione di corpi chetonici

Iperglicemia causa

Chetoacidosi è la conseguenza della carenza di insulina associata all’eccesso di glucagone

Ossidazione degli ac.grassi nel Fegato eccesso di acetilCoA insulina glucagone Iperglicemia 170mg/dl Glicosuria Poliuria Diminuzione pCO2 Diminuzione pH plasma Ossidazione degli ac.grassi nel Fegato eccesso di acetilCoA Aumento di acetoacetato Ac. Β-idrossibutirrico acetone

Patogenesi della chetoacidosi diabetica

I corpi chetonici

Disturbi della coscienza: Confusione Delirio confuso Sonnolenza Stupore Coma

Coma iperosmolare non chetosico Iperglicemia 1000mg/dl Glicosuria Poliuria E’ dovuta all’emoconcentrazione L’iperosmolarità dei liquidi extra cellulari causa disidratazione delle cellule e fuoriuscita di K L’insulina residua contrasta Il glucagone K

gradiente osmotico ai due lati della barriera ematoencefalica Iperglicemia gradiente osmotico ai due lati della barriera ematoencefalica Compenso con produzione di osmoliti: Mio-inositolo e sorbitolo Metilammine taurina Queste sostanze vengono metabolizzate lentamente Se la correzione dell’iperosmolarità plasmatica è troppo rapida EDEMA CEREBRALE

Glicosilazione della HbA

Vie di conversione del glucosio in tessuti ricchi di aldosoreduttasi.

glucosio Glucosi-6-P In tessuti insulino-indipendenti (retina , cristallino, tessuto nervoso, cellule endoteliali e dei glomeruli) elevati livelli di glucosio vengono metabolizzati dalla glucochinasi glucosio Glucosi-6-P UDP-glucosio UDP-galattosio Vengono incorporati nelle membrane ISPESSIMENTO

DM1 DM2

Diabete mellito insulino dipendente IDDM DM tipo I iposecrezione di insulina per distruzione delle cellule b del pancreas Diabete mellito insulino dipendente IDDM Immunità Fattori ambientali Fattori genetici Insulite Autoimmune Distruzione ß cell Carenza di insulina Eziopatogenesi Predisposizione genetica sulla quale si innestano fattori esogeni di varia natura DM Tipo I

Modello di sviluppo temporale del Diabete Tipo I Le caratteristiche del Diabete iniziano a manifestarsi quando ~80% delle cellule sono distrutte

Aplotipi DR3 e DR4 sono più frequenti nei DM1 Oltre MHC II almeno altri 17 loci genetici sono stati associati a DM1 DRQA e DRQB sono estremamente rari CTLA-4 Cytotoxic T Lymphocyte-Associate Protein 4TLA-4 VNTRL della regione non tradotta del gene dell’insulina

Numerosi agenti ambientali sono stati proposti come possibili scatenanti la risposta immune Coxackie Rosolia, Morbillo, Parotite, Varicella, Mononucleosi Proteine del latte vaccino Composti con nitrosuree

Anomalie della risposta immune: Anticorpi anti-isola Linfociti attivati nei linfonodi Rilascio di citochine (TNF, IFN, IL-1) Infiltrato di linf T (insulite) Quando le cellule beta sono distrutte, Le isole diventano atrofiche I marker immunologici scompaiono

Come muore la cellule beta? Ruolo dei Linf Th1 e CD8+ Le cellule β sembrano essere sensibili ad alcune citochine: TNF, INFγ e IL-1 e risultano vulnerabili all’azione tossica di radicali Prodotti dalla risposta flogistica La morte delle cellule β può coinvolgere inoltre: 1- L’apoptosi delle cellule β sarebbe mediata da a) sostanze in grado di indurre in tali cellule l’espressione di Fas (IL-1b e ossido nitrico) b) interazione delle cellule β con cellule FasL+ (tipo macrofagi attivati da citochine) e relativa apoptosi 2-Citotossicità diretta CD8+

Patogenesi del DM2 DM tipo II Insulina Deficienza Secrezione anormale Difetti genetici delle cellule beta Fattori ambientali Secrezione anormale di insulina Resistenza all’ insulina Insulina Deficienza DM tipo II

Malattia poligenica e multifattoriale Diabete mellito tipo 2 I fattori GENETICI svolgono nel tipo II un ruolo ancora più rilevante Familiarità Concordanza in gemelli identici si approssima, progressivamente, al 100% (70-90% vs 50 % del tipo I) Non è facile stabilire con precisione il meccanismo di trasmissione genetica probabilmente ne esistono diversi Malattia poligenica e multifattoriale Attività fisica e nutrizione possono modulare la componente genetica

Marker dell’infiammazione: IL-6 e PCR sono spesso elevati nel DM2 Fisiopatologia: 1.Incapacità di incrementare adeguatamente la secrezione di insulina in condizioni nelle quali è aumentato il suo fabbisogno 2.Resistenza periferica all’insulina 3.Eccessiva produzione epatica di glucosio Marker dell’infiammazione: IL-6 e PCR sono spesso elevati nel DM2 (danno cellule beta)

Resistenza all'insulina Ridotta capacità dell’insulina di agire sugli organi bersaglio Prodotto di secrezione delle cellule β anomalo Presenza di antagonisti dell’insulina Alterazioni a livello dei tessuti bersaglio Deficit dei ‘GLUT’ Ridotta efficienza dei mitocondri 1 2 Obesità Adipochine: Insulino resistenza Stato infiammatorio 2

Iperglicemia Aumento liberazione di insulina Disfunzione delle Cellule Beta Iperglicemia Aumento resistenza all’insulina diabete

Meccanismi di distruzione delle Cellule Beta Aumento numero/volume Compensazione Aumento produzione di insulina INIZIO: Stress Ossidativo/ROS Glucolipotossicità PROGRESSIONE Formazione di Amiloide Infiammazione dell’isola

MORTE Disfunzione mitocondriale con produzione di ROS • Aumento del metabolismo del Glucosio • Aumento del metabolismo degli Acidi grassi Aumentata esposizione della cellula ai ROS Aumento del potenziale di membrana Produzione di Superossidi I livelli di espressione degli enzimi detossificanti nelle Cellule Beta sono particolarmente bassi Le Cellule Beta hanno limitate difese contro la produzione di ROS MORTE

Formazione di Tessuto Amiloide Sostituzione progressiva delle cellule beta con le fibrille In studi post mortem Soggetti con DM tipo II presentavano una riduzione dal 40 al 60% delle cellule β

Fattori genetici

Nel DM sono presenti alterazioni del metabolismo delle lipopotreine: Aumneto TG, Aumento colesterolo, Diminuzione HDL Dislipidemia DM: carenza insulina Insulino-resistenza Azione dell’insulina nel fegato: Aumenta attività lipoprotein-chinas endoteliale Diminuisce attività lipoprotein-chinasi cellulare Favorisce la captazione delle lipoproteine Inibisce captazione Apo B100 Carenza di insulina provoca: inibizione della lipoprotein-lipasi attivazione della lipasi ormono-sensibile e una massiccia liberazione di acidi grassi da parte delle cellule adipose

Aumento endotelina, diminuzione iNO: IPERTENSIONE

Complicazioni acute

Chetoacidosi diabetica DM 1 1- Carenza di insulina associata all’eccesso di glucagone 2- Iperglicemia con carenza di glucosio intracellulare 3- Incremento della lipolisi mediata dall’azione di glucagone e adrenalina (non antagonizzati dall’insulina) 4- Aumento degli acidi grassi liberi nel plasma (NEFA) 5- Aumento dell’ossidazione epatica degli acidi grassi 6- Iperproduzione di acetil-CoA (anche per azione della carnitina) 7- Iperproduzione di bidrossibmetilglutaril-CoA (da cui deriva l’acetoacetato) 8- Produzione dei corpi chetonici 9- Iperchetonemia, chetonuria, acidosi e liberaz. di idrogenioni 10- Alterazioni degli elettroliti nel sangue 11- Chetoacidosi metabolica

Formazione dei corpi chetonici

Alterazioni degli elettroliti nella chetoacidosi 1- L’accumulo di CC ematici causa chetoacidosi e liberazione di H+ 2- I CC (acidi) alle condizioni di basso pH dell’urina vengono prevalentemente eliminati come sali sodici 3- Iposodiemia: perché Na viene richiamato dagli H+ nelle urine 4- Iperpotassemia: il K (spiazzato dagli H+ che si combinano al suo posto con le proteine) passa dalle cellule al sangue NB- IpoNaemia ed IperKemia sono facilitate rispettivamente dai fenomeni concomitanti: il vomito (perdita di Na) ed una ridotta secrezione renale di K con disidratazione ed emoconcentrazione Correzione della IperKemia: introduzione di insulina e di liquidi provoca riaccumulo di glicogeno e di K da parte delle cellule Correzione della IpoNaemia: il bilancio negativo è normalizzabile previa introduzione di acetato o bicarbonato di sodio

Aspetti clinici della chetoacidosi: Nausea e vomito Dolori addominali Iperglicemia 250 Glicosuria, deplezione dei liquidi e ipotensione (dovuta anche a vasodilatazione) Tachicardia Respiro di Kussmaul Letargia per depressione del SNC Edema cerebrale Infezioni possono precipitare il quadro, così come ischemia cardiaca e cerebrale.

Coma iperosmolare non chetosico Fisiopatologia NIDDM Coma iperosmolare non chetosico DM 2 Nel tipo II non si ha tendenza ad aumentare la formazione di Corpi Chetonici. L’insulina viene comunque prodotta (seppur non adeguatamente utilizzata) Il rapporto insulina/glucagone è tale da non favorire l’eccessiva produzione di corpi chetonici nel fegato Lo stato metabolico e la limitata la capacità di assumere liquidi Impossibilità di compenso delle perdite idriche (poliuria) dovute alla diuresi osmotica conseguente all’iperglicemia si sviluppa iperosmolarità plasmatica Consegue una grave sindrome neurologica dovuta a disidratazione intracellulare con stato confusionale e possibili sintomi neurologici associati (convulsioni e deficit motori) fino al coma iperosmolare non chetosico Esami di LAB: iperglicemia fino a 1000 mg/dl, glicosuria in assenza di CC, iperosmolalità plasmatica (370 mOsm/l >20% vn), in presenza di sodiemia normale, potassiemia moderatamente elevata.

iperosmolarità plasmatica coma iperosmolare non chetosico Lo stato metabolico e la limitata la capacità di assumere liquidi Impossibilità di compenso delle perdite idriche (poliuria) dovute alla diuresi osmotica conseguente all’iperglicemia inducono lo sviluppo iperosmolarità plasmatica Consegue una grave sindrome neurologica dovuta a disidratazione intracellulare con stato confusionale e possibili sintomi neurologici associati (convulsioni e deficit motori) fino al coma iperosmolare non chetosico Esami di LAB: iperglicemia fino a 1000 mg/dl, glicosuria in assenza di CC, iperosmolalità plasmatica (370 mOsm/l >20% vn), in presenza di sodiemia normale, potassiemia moderatamente elevata.

Complicanze a lungo termine per danno dei vasi che segue all'infiltrazione del glucosio e all’alterato metabolismo dello stesso: -microangiopatia (glomerulopatie e retinopatie) -macroangiopatia (coronaropatie, disturbi vascolari e ischemie cerebrali) -neuropatie (con lesioni articolari e della sensibilitá) -ulcere agli arti inferiori (aree di gangrena secca) -dermopatie (placche, necrobiosi e xantomatosi) -aumentata tendenza alle infezioni batteriche e virali

Complicanze a lungo termine Retinopatia, per microangiopatia con aneurismi, emorragie, edema Nefropatia, per microangiopatia dei glomeruli renali, con perdita della funzione renale Neuropatia sensitiva cioè formicolii, perdita del tatto, del calore ecc. Neuropatia motoria cioè incapacità a deambulare, stringere la mano ecc. Arteriosclerosi per lo scompenso metabolico con aumenti di trigliceridi e colesterolo Infezioni, parodontopatia, gengiviti, cistiti, pieliti ecc. Macrosomia fetale e nascituro con complicanze e/o malformato

Compaiono nella seconda decade della malattia Le complicazioni microvascolari del diabete sono correlate all’iperglicemia Compaiono nella seconda decade della malattia

Glicosilazione delle proteine 1 AGE: Prodotti finali di glicazione avanzata: legame tra i gruppi dicarbonilici del glucosio e i gruppi amminici liberi delle proteine Aumento della glicazione non enzimatica delle proteine cellulari ed extracellulari interazione del glucosio con il gruppo amminico delle proteine IPERGLICEMIA Glicosilazione dell’emoglobina Glicosilazione delle proteine della membrana eritrocitaria Glicosilazione del cristallino CATARATTA Glicosilazione del collageno Ostacolo dei legami trasversali meno stabile Facilita l’aggregazione piastrinica TROMBOSI Ispessimento della membrana basale dei piccoli vasi MICROANGIOPATIA

2.Formazione di ROS a livelli dell’endotelio AGE Macrofagi Linf T RAGE 1.Rilascio di citochine pro-infiammatorie e fattori di crescita (M intimali) 2.Formazione di ROS a livelli dell’endotelio 3.Aumento dell’attività pro-coagulante 4.Proliferazione delle cellule della muscolatura liscia e sintesi MEC

Aumento del sorbitolo 2 Nei tessuti, insulino-indipendenti, ricchi di aldoso-reduttasi il glucosio viene convertito a sorbitolo Utilizzo di NADPH Aumento del sorbitolo provoca: alterazioni del potenziale redox Aumento dell’osmolarità cellulare Genera ROS ecc Tessuti ricchi di aldoso-reduttasi: Nervi (cellule di Schwann) Glomeruli renali Cristallino Meno NADPH minore GSH minore protezione

Aumento del diacilglicerolo 3 Aumento del diacilglicerolo Attiva PKC (protein chinasi C) PKC altera: La trascrizione di geni per la fibronectina, collageno tipo IV, proteine contrattili e proteine della matrice extracellulare nelle cellule endoteliali e nei neuroni Aumenta endotelina e diminuisce iNO Aumenta la trascrizione di citochine pro-infiammatorie Produzione di fattori profibrogenici, TGFβ aumento della MEC Produzione di PAI-1 riduzione fibrinolisi Produzione di molecole proangiogeniche (VEGF)

glucosio Glucosi-6-P 4 In tessuti insulino-indipendenti (retina , cristallino, tessuto nervoso, cellule endoteliali e dei glomeruli) elevati livelli di glucosio vengono metabolizzati dalla glucochinasi glucosio Glucosi-6-P UDP-glucosio UDP-galattosio Formazione di proteoglicani Vengono incorporati nelle membrane ISPESSIMENTO

Aumento ROS nei mitocondri Teoria unificatrice IPERGLICEMIA Aumento ROS nei mitocondri 1:ACE 2:sorbitolo 3:PCK 4:Fattori di crescita Microangiopatia Macroangiopatia Neuropatia

Controllo diabete: Glicemia e HbA1: 4-6% Controllo glicemia e HbA1 entro il 7% riduzione del 35% della microangiopatia Le complicanze cardiovascolari sono ridotte soltanto dal simultaneo controllo della pressione

Retinopatia

anomalie del microcircolo retinico Complicanze oftalmologiche DM principale causa di cecità tra i 24 e i 74 anni Fisiopatologia: perdita dei periciti, aumento della permeabilità vascolare, alterazioni del flusso, anomalie del microcircolo retinico

Nefropatia La nefropatia diabetica è la causa principale che porta ad insuf renale Albuminemia Aumento della pressione 20-40% dei soggetti con DM sviluppa Nefropatia Importanza di altri fattori non ancora identificati

Iperestesia, parestesia, debolezza muscolare Neuropatia Accompagna il 50% del DM1 e DM2 Demielinizzazione e perdita dei neuroni Iperestesia, parestesia, debolezza muscolare

Disturbi gastrointestinali Neuropatia Disfunzioni genitourinarie

DM e patologia cardiovascolare Iperglicemia e ipercolesterolemia DM è la causa principale di malattia cardiocircolatoria, Il rischio di infarto, è 5 volte maggiore Incide: Sulla formazione di ateromi, Sulla coagulazione Sull’ipertensione LDL sono più facilmente ossidate Controllo pressione:125/77

Complicazioni alle estremità Principale causa di amputazioni non traumatiche negli USA Le ulcere ai piedi e le infezioni sono tra le complicanze più frequenti del diabete Diabetic Gangrene Neuropatia Alterazioni delle arterie periferiche Scarsa riparazione delle ferite

L’individuo diabetico ha una minore resistenza alle infezioni deficit dell’attività fagocitaria e dei sistemi citocidici

Niente dolci, niente zucchero, più pasti, ma piccoli e frequenti Molto moto, il muscolo assorbe glucosio a prescindere dall’ insulina dopo 30 minuti, la lipoproteinlipasi funziona meglio quando il sangue scorre nei vasi: il colesterolo o i trigliceridi accumulati si smaltiscono