Splanchnic Metabolism and Blood Flow In Man. PET Studies with Reference to Obesity and Diabetes
Honka, Henri (2016-12-16)
Splanchnic Metabolism and Blood Flow In Man. PET Studies with Reference to Obesity and Diabetes
Honka, Henri
(16.12.2016)
Turun yliopisto
Julkaisun pysyvä osoite on:
https://urn.fi/URN:ISBN:978-951-29-6641-7
https://urn.fi/URN:ISBN:978-951-29-6641-7
Kuvaus
Siirretty Doriasta
Tiivistelmä
Splanchnic region comprises the interaction of multiple organs, hormones and neural factors and is a critical regulator of glucose homeostasis during both postabsorptive and absorptive states. While splanchnic functions deteriorate during long-standing obesity predisposing to impaired glucose regulation and type 2 diabetes, many of the aspects of splanchnic metabolism and blood flow (BF) in health and disease are still unknown.
In the present work, validation of positron emission tomography (PET) for the measurement of pancreatic and intestinal metabolism and BF in vivo was carried out and thereafter the method was applied to a total of 62 morbidly obese and 40 healthy individuals. In a set of cross-sectional and longitudinal studies glycemic control and β-cell function, splanchnic glucose and lipid metabolism, and splanchnic vascular responses to a mixed-meal, incretin infusions and glucose loading were explored before and after bariatric surgery and weight loss.
Compared to healthy controls, pancreatic fatty acid (FA) uptake and steatosis were markedly increased in obese patients whereas pancreatic glucose uptake (GU) and BF were impaired. Elevated pancreatic steatosis and inadequate BF were associated with poor insulin secretion rate. In the small intestine, insulin upregulated GU nearly three-fold over the fasting values in healthy controls whereas normally glucose tolerant obese patients were unresponsive to the stimulatory effect of insulin. In lean controls and patients with type 2 diabetes, mixed-meal increased both pancreatic and intestinal BF, whereas GIP infusion decreased and increased pancreatic and intestinal BF, respectively. Bariatric surgery was followed by a prominent weight loss, increase in insulin sensitivity and β-cell function, and decrease in pancreatic FA uptake, rate of steatosis and BF. While the vascular responses of GIP were essentially similar at post-surgery when compared to pre-surgery, splanchnic vascular responses during mixed-meal were enchanced, likely as a result of rapid gastric emptying.
In conclusion, pancreatic and small intestinal metabolism and BF respond to obesity and type 2 diabetes, and to metabolic changes elicited by bariatric surgery. The adequacy of pancreatic BF responses and insulin-dependence of intestinal GU are pivotal concepts in the regulation of glucose homeostasis in humans. Obesity influences both of these physiological concepts, whereas altered gastrointestinal anatomy, incretins responses and weight loss after bariatric surgery are able to reverse these obesity-induced perturbations leading to improved glucose homeostasis. Maha-suolikanavan aineenvaihdunta ihmisellä. PET-tutkimuksia lihavilla ja diabetesta sairastavilla potilailla
Maha-suolikanavan alue käsittää lukuisten elinten, hormonien ja hermostollisten tekijöiden välisen vuorovaikutuksen ja se on keskeinen veren glukoositasapainoa säätelevä kokonaisuus niin paastossa kuin aterianjälkeisessä tilanteessa. Vaikka lihavuuden on osoitettu muuttavan maha-suolikanavan toimintaa altistaen heikentyneelle glukoosinsiedolle ja tyypin 2 diabetekselle, monia tämän alueen aineenvaihdunnallisia ja verenvirtaukseen liittyviä tekijöitä ei tunneta terveessä elimistössä eikä sairaustiloissa. Väitöskirjatyössäni osoitin että positroniemissiotomografia eli PET-kuvaus soveltuu haiman ja suoliston glukoosi- ja rasvahappoaineenvaihdunnan ja verenvirtauksen mittaamiseen ihmisillä kajoamattomasti. Tämän jälkeen hyödynsin PET-menetelmää erilaisissa tutkimusasetelmissa 62 lihavalla ja 40 terveellä koehenkilöllä. Lisäksi tutkimuksissa tarkasteltiin lihavuusleikkauksen vaikutusta koko kehon glukoosiaineenvaihduntaan ja haiman beetasolujen toimintaan.
Tutkimuksessa todettiin että lihavilla koehenkilöillä oli suurentunut haiman rasvahappoaineenvaihdunta ja heidän haimansa olivat rasvoittuneempia kuin terveillä verrokeilla. Lihavien koehenkilöiden haiman glukoosiaineenvaihdunta ja verenvirtaus oli heikentynyt. Terveillä verrokeilla insuliini lisäsi suoliston glukoosinottokykyä lähes kolminkertaisesti paastonaikaiseen tilanteeseen verrattuna. Sen sijaan lihavilla koehenkilöillä insuliinin anto ei vaikuttanut suoliston glukoosinottokykyyn. Terveillä verrokeilla ruokailu lisäsi sekä haiman että suoliston verenvirtausta, kun taas GIP-hormonin annon aikana haiman verenvirtaus laski ja suoliston nousi. Lihavuusleikkauksen myötä haiman rasva-aineenvaihdunta ja verenvirtaus laskivat merkitsevästi. GIP-hormonin vaikutukset maha-suolikanavan verenvirtaukseen olivat samanlaisia sekä ennen leikkausta että sen jälkeen. Sen sijaan leikkauksenjälkeisessä tilanteessa ruokailun aiheuttamat maha-suolikanavan verenvirtausvasteet kiihtyivät johtuen todennäköisesti suurentuneesta mahalaukun tyhjenemisnopeudesta.
Tutkimuksen perusteella maha-suolikanavan alueen elimissä tapahtuu lukuisia muutoksia lihavuuden, tyypin 2 diabeteksen ja lihavuusleikkauksen myötä. Haiman verenvirtausvasteet ja suoliston insuliinista riippuvainen glukoosinottokyky ovat merkittäviä koko kehon aineenvaihduntaa sääteleviä ilmiöitä. Vaikka lihavuus näyttää muuttavan näitä ilmiöitä, lihavuusleikkaus ja sen vaikutukset maha-suolikanavan anatomiaan, suolisto-hormonien eritykseen ja painoon kykenevät palauttamaan haitalliset muutokset johtaen parempaan glukoositasapainoon.
In the present work, validation of positron emission tomography (PET) for the measurement of pancreatic and intestinal metabolism and BF in vivo was carried out and thereafter the method was applied to a total of 62 morbidly obese and 40 healthy individuals. In a set of cross-sectional and longitudinal studies glycemic control and β-cell function, splanchnic glucose and lipid metabolism, and splanchnic vascular responses to a mixed-meal, incretin infusions and glucose loading were explored before and after bariatric surgery and weight loss.
Compared to healthy controls, pancreatic fatty acid (FA) uptake and steatosis were markedly increased in obese patients whereas pancreatic glucose uptake (GU) and BF were impaired. Elevated pancreatic steatosis and inadequate BF were associated with poor insulin secretion rate. In the small intestine, insulin upregulated GU nearly three-fold over the fasting values in healthy controls whereas normally glucose tolerant obese patients were unresponsive to the stimulatory effect of insulin. In lean controls and patients with type 2 diabetes, mixed-meal increased both pancreatic and intestinal BF, whereas GIP infusion decreased and increased pancreatic and intestinal BF, respectively. Bariatric surgery was followed by a prominent weight loss, increase in insulin sensitivity and β-cell function, and decrease in pancreatic FA uptake, rate of steatosis and BF. While the vascular responses of GIP were essentially similar at post-surgery when compared to pre-surgery, splanchnic vascular responses during mixed-meal were enchanced, likely as a result of rapid gastric emptying.
In conclusion, pancreatic and small intestinal metabolism and BF respond to obesity and type 2 diabetes, and to metabolic changes elicited by bariatric surgery. The adequacy of pancreatic BF responses and insulin-dependence of intestinal GU are pivotal concepts in the regulation of glucose homeostasis in humans. Obesity influences both of these physiological concepts, whereas altered gastrointestinal anatomy, incretins responses and weight loss after bariatric surgery are able to reverse these obesity-induced perturbations leading to improved glucose homeostasis.
Maha-suolikanavan alue käsittää lukuisten elinten, hormonien ja hermostollisten tekijöiden välisen vuorovaikutuksen ja se on keskeinen veren glukoositasapainoa säätelevä kokonaisuus niin paastossa kuin aterianjälkeisessä tilanteessa. Vaikka lihavuuden on osoitettu muuttavan maha-suolikanavan toimintaa altistaen heikentyneelle glukoosinsiedolle ja tyypin 2 diabetekselle, monia tämän alueen aineenvaihdunnallisia ja verenvirtaukseen liittyviä tekijöitä ei tunneta terveessä elimistössä eikä sairaustiloissa. Väitöskirjatyössäni osoitin että positroniemissiotomografia eli PET-kuvaus soveltuu haiman ja suoliston glukoosi- ja rasvahappoaineenvaihdunnan ja verenvirtauksen mittaamiseen ihmisillä kajoamattomasti. Tämän jälkeen hyödynsin PET-menetelmää erilaisissa tutkimusasetelmissa 62 lihavalla ja 40 terveellä koehenkilöllä. Lisäksi tutkimuksissa tarkasteltiin lihavuusleikkauksen vaikutusta koko kehon glukoosiaineenvaihduntaan ja haiman beetasolujen toimintaan.
Tutkimuksessa todettiin että lihavilla koehenkilöillä oli suurentunut haiman rasvahappoaineenvaihdunta ja heidän haimansa olivat rasvoittuneempia kuin terveillä verrokeilla. Lihavien koehenkilöiden haiman glukoosiaineenvaihdunta ja verenvirtaus oli heikentynyt. Terveillä verrokeilla insuliini lisäsi suoliston glukoosinottokykyä lähes kolminkertaisesti paastonaikaiseen tilanteeseen verrattuna. Sen sijaan lihavilla koehenkilöillä insuliinin anto ei vaikuttanut suoliston glukoosinottokykyyn. Terveillä verrokeilla ruokailu lisäsi sekä haiman että suoliston verenvirtausta, kun taas GIP-hormonin annon aikana haiman verenvirtaus laski ja suoliston nousi. Lihavuusleikkauksen myötä haiman rasva-aineenvaihdunta ja verenvirtaus laskivat merkitsevästi. GIP-hormonin vaikutukset maha-suolikanavan verenvirtaukseen olivat samanlaisia sekä ennen leikkausta että sen jälkeen. Sen sijaan leikkauksenjälkeisessä tilanteessa ruokailun aiheuttamat maha-suolikanavan verenvirtausvasteet kiihtyivät johtuen todennäköisesti suurentuneesta mahalaukun tyhjenemisnopeudesta.
Tutkimuksen perusteella maha-suolikanavan alueen elimissä tapahtuu lukuisia muutoksia lihavuuden, tyypin 2 diabeteksen ja lihavuusleikkauksen myötä. Haiman verenvirtausvasteet ja suoliston insuliinista riippuvainen glukoosinottokyky ovat merkittäviä koko kehon aineenvaihduntaa sääteleviä ilmiöitä. Vaikka lihavuus näyttää muuttavan näitä ilmiöitä, lihavuusleikkaus ja sen vaikutukset maha-suolikanavan anatomiaan, suolisto-hormonien eritykseen ja painoon kykenevät palauttamaan haitalliset muutokset johtaen parempaan glukoositasapainoon.
Kokoelmat
- Väitöskirjat [2864]