STUDIER AV KALCIUMHOMEOSTAS OCH VITAMIN D VID OBESITAS OCH PREEKLAMPSI
Diarienummer : RFR-31061
Ny ansökan RFR oktober 2008
Ansökan påbörjad av : Per Hellman, 2008-09-25
Yrkestitel vid ansökningstillfället : Professor
Arbetsplats vid ansökningstillfället : Institutionen för kirurgiska vetenskaper, Uppsala universitet
Senast ändrad/åtgärdad av : Marianne Omne-Pontén, 2009-02-27
Ansökan inkommen till : Regionala forskningsrådet i Uppsala- och Örebroregionen
Beslutad - beviljad, kostnadsställe redovisat

Sökanden: Per Hellman
Läkare, Institutionen för kirurgiska vetenskaper, Uppsala universitet

A Övergripande projektinformation

Kön på huvudsökanden

man

Sammanfattning

Primär hyperparathyreoidism (pHPT) förekommer hos ca 1-2% av vuxna. Klassisk symtombild inkluderar njursten och frakturer, men s.k. ”icke-klassiska manifestationer”, med ökad risk för kardiovaskulära sjukdomar, typ 2 diabetes och osteoporos har på senare år påvisats. Nya studier har påvisat att kirurgi för pHPT kan korrigera flera av dessa metabola rubbningar. Symtom vid pHPT (dyslipidemi, ofta övervikt, hypertoni, nedsatt insulinkänslighet) föreligger också vid det metabola syndromet, vilket också är starkt associerat till hjärt-kärlsjukdom. Vitamin D har en central roll i kalciumregleringen, och vitamin D receptor-genen (VDR) kan förekomma i olika polymorfa varianter, vilket kopplats till olika funktion. Vid sekundär HPT pga njursjukdom har vitamin D länge varit viktig vid medicinsk behandling. Vitamin D kan också påverka insulinkänsligheten i perifera vävnader, vilket innebär en koppling mellan pHPT och det metabola syndromet.

Störd kalciummetabolism har påvisats vid obesitas, med normalt serum kalcium men högt parathormon (PTH), vilket korrelerar till BMI. Vitamin D brist har ansetts vara en viktig orsak till detta. Insulinresistens (IRS) och eventuellt diabetes mellitus typ II, starkt kopplat till BMI, föreligger vid obesitas, men också vid högre serum kalcium i sig. IRS är dock reversibelt efter parathyreoideakirurgi vid pHPT. Således tycks obesitas, kalcium och vitamin D vara förenat med nedsatt insulinkänslighet och risk för diabetesutveckling.
Patienter, som opererats på grund av övervikt, med gastric bypass eller duodenal switch, har även postoperativt symtom på sekundär HPT, trots viktnedgången.

Preeklampsi är en vanlig orsak till morbiditet och mortalitet för den gravida kvinnan, men etiologin är okänd. Det finns en koppling mellan preeklampsi och det metabola syndromet, men också en association mellan vitamin D status och uttryck av VDR och kalciumrubbning vid preeklampsi.

Projektet syftar till att klarlägga kalciumhomeostasen hos individer med olika BMI, särskilt de som lider av morbid obesitas, men också hos kvinnor som drabbas av preeklampsi. För att belysa detta undersöks obesa individer före och efter överviktskirurgi, samt kvinnor som drabbats av preeklampsi under graviditet. Vid samtliga dessa tillstånd kan vitamin D metabolismen vara påverkad, antingen via upplagring i fettvävnad, genom förekomst av speciell polymorf VDR eller genom förändringar i andra nukleära receptorers aktivitet via andra hormonförändringar (östrogen, hCG).

---

Medarbetare/Medsökande

Hella Hultin
Läkare, Kirurgkliniken, Akademiska sjukhuset

Länstillhörighet:

X, Gävle Sjukhus, Uppsala Universitet

Projektledning:

Medarbetaren är doktorand i detta projekt, innebärande att under handledning ha ett stort ansvar för hypotesskapande, planering och genomförande av arbetet.

Patientrekrytering:

Patienter rekryteras från överviktsenheten vid Samariterhemmet i Uppsala och kirurgkliniken i Gävle, samt kvinnokliniken, Akademiska Sjukhuset och Gävle sjukhus. Medarbetaren är direkt ansvarig och styrande för denna punkt.

Arbetsenhet:

Gävle sjukhus Akademiska Sjukhuset

Matts Olovsson
Lärare, Inst för Kvinnors och Barns Hälsa, Akademiska sjukhuset

Länstillhörighet:

C, Akademiska Sjukhuset, Uppsala Universitet

Projektledning:

Ja - de delar av projektet som handlar om preeklampsi

Patientrekrytering:

Ja - bidrar till att rekrytera patienter från hela regionen

Arbetsenhet:

Akademiska Sjukhuset

Utbildning

doktorandutbildning

Översikt av projektorganisation

---

Projektstart

2006-01-01

Beräknat projektslut

2011-12-31

---

B Projektbeskrivning

Bakgrund

Bakgrund: Primär hyperparathyreoidism (pHPT) är en vanlig endokrin sjukdom med en prevalens om cirka 1 (-2) % i vuxen befolkning. Nya studier, som utnyttjat nya och känsligare mätmetoder för fr.a. parathormon (PTH), har indikerat än högre siffror (Åkerström 2005). Sjukdomen är vanligast hos kvinnor efter menopaus, men förekommer hos båda könen och i alla åldrar. Symtombilden, som är associerad till pHPT, har klassiskt innefattat njursten och frakturer. Dessa manifestationer har dock blivit mer sällsynta, kanske beroende på tidigare upptäckt eller att mildare varianter av sjukdomen blivit vanligare under de senaste decennierna.
I stället har redovisats s.k. ”icke-klassiska manifestationer”, med ökad risk för sjukdom och för tidig död i kardiovaskulära sjukdomar, samt typ 2 diabetes, hypertoni och osteoporos - även för patienter med milda former av sjukdomen. Nya studier har påvisat att kirurgi, som innebär borttagande av patologisk bisköldkörtelvävnad, kan korrigera flera av dessa metabola rubbningar (Hagström 2002, 2006).

Orsaken till kopplingen mellan pHPT och hjärt-kärlsjukdom är ofullständigt känd. Det metabola syndromet är starkt associerat till morbiditet i hjärt-kärlsjukdom och tidigare arbeten har påvisat en association mellan pHPT och flera av de parametrar, som ingår i det metabola syndromet, t.ex. dyslipidemi, övervikt, hypertoni och nedsatt insulinkänslighet. Association till hjärt-kärlsjukdom kan bland annat förklaras av en påverkan på kärlens endotelceller, medförande en rubbad vasodilaterande funktion, något som påvisats i experimentella arbeten och mindre patientserier (Nilsson 1999). Den rubbningen synes vara reversibel efter framgångsrik bisköldkörteloperation. Kalciumnivån i blodet är i sig en riskfaktor för hjärt-kärlsjukdom och också kopplad till insulinkänslighet. Vitamin D har en central roll i kalciumregleringen och är viktig för bisköldkörtelcellernas funktion. Genen till den i cellerna uttryckta vitamin D receptorn (VDR) kan förekomma i olika polymorfa varianter med olika effektivitet (Carling 1995). Vitamin D nedreglerar uttrycket av PTH mRNA, vilket framkallar en negativ feedback. Vid sekundär HPT pga njursjukdom har vitamin D därför länge varit en av hörnpelarna vid medicinsk behandling. Forskningsgruppen har tidigare visat att parathyreoideacellen uttrycker enzymen 1-alfa-hydroxylas, 24-hydroxylas och 25-hydroxylas (Segersten 2002), och därmed alltså har förutsättningar för endogen produktion av vitamin D. Vitamin D kan vidare påverka insulinkänsligheten i perifera vävnader, vilket också innebär en koppling mellan pHPT och det metabola syndromet.

Kalciumbalansen hos obesa individer
Flertalet studier har påvisat störd kalciummetabolism och ett tillstånd som liknar en variant av sekundär HPT hos obesa individer. Det verkar inte som det föreligger några uppenbara rubbningar i serumkalciumnivåerna, men flera studier påvisar generellt högre halter av parathormon (PTH) hos obesa jämfört med normalviktiga (Hamoui 2004). Dessutom finns en stark positiv korrelation mellan PTH och graden av övervikt. Serumnivåerna av 25-hydroxy-vitamin D3 har rapporterats vara låga vid obesitas, vilket förklarats bidra till den uppkomna situationen liknande sekundär HPT (Parikh 2004). I experimentella system tycks normala nivåer av aktivt vitamin D3 (1,25-dihydroxy vitamin D3) hämma adipogenesen, medan låga nivåer stimulerar densamma. Detta är medierat via i adipocyter uttryckt VDR (Blumberg 2006). Å andra sidan har vid in vitrostudier av adipocyter visats en ökning av intracellulärt kalcium, en av detta stimulerad lipogenes och inhiberad lipolys, genom bindning av aktivt vitamin D3 till dess receptor. En högre nivå av aktivt vitamin D3 skulle alltså kunna stimulera triglyceridansamling hos överviktiga och i sig orsaka övervikt.
Insulinresistens (IRS) hör till bilden vid obesitas och är starkt korrelerat till BMI. Rubbningen kan uppnå sådan grad att diabetes mellitus typ II uppstår. IRS, som egentligen borde betecknas nedsatt insulinkänslighet, har i egna studier också påvisats vid pHPT hos normalviktiga. IRS är reversibelt efter parathyreoideakirurgi (Hagström, i manuskript). Kalcium är också associerat med nedsatt insulinkänslighet för en normokalcemisk kohort (Hagström 2006). Således tycks såväl obesitas, som kalcium och vitamin D, vara förenat med nedsatt insulinkänslighet och risk för diabetesutveckling.
Patienter, som opererats på grund av övervikt, med gastric bypass eller sk duodenal switch, har även postoperativt symtom på sekundär HPT, trots viktnedgången, och de har vidare förhöjd PTH-nivå, osteoporos och ökad frakturrisk. Detta har hänförts till den oftast uttalade och snabba viktminskningen (ofta mer än 30 % minskning på ett år), postoperativt lågt energi-intag, otillräcklig substitution av kalcium och vitamin D, och malabsorption i den förändrade gastrointestinalkanalen.

Kalciumbalansen vid pre-eklampsi
Preeklampsi är en av de vanligaste orsakerna till både morbiditet och mortalitet för såväl den gravida kvinnan (utgör 15 % av graviditetsrelaterad död hos modern och förekommer i 3-5% av alla graviditeter), som fostret och är en rubbning i flera organsystem med koppling till bland annat hypertoni, ödembildning, proteinuri, neurologiska manifestationer, koagulopati med trombocytopeni och hemolys, samt njursvikt. Ökad risk föreligger vid bl a förstagångsgraviditet, hypertoni, IRS, diabetes och övervikt. (Duckitt 2005, Schlembach 2003).
Trots omfattande forskningsarbete är etiologin okänd. Sjukdomen förefaller närmast utgöras av ett multifaktoriellt syndrom med både genetiska, vaskulära, metabola och immunologiska komponenter. Främst förklaras sjukdomsbilden av en bristande implantation av placenta, medförande ischemi i densamma. Dessutom bidrar en onormal invasion av cytotrofoblaster i spiralartärerna, som leder till sämre blodflöde mellan uterus och placenta och en obalans mellan olika vaso-aktiva substanser i kärlen, samt oxidativ stress (Schlembach 2003; Sibai 2005).
Preeklampsi kan egentligen anses bestå av två varianter, en form som är ovanligare, med sämre prognos för såväl mor som barn och debut tidigt i graviditeten, medan en andra variant är vanligare, med bättre prognos, mildare förlopp och debut senare i graviditeten.
Det finns alltså en koppling mellan preeklampsi och olika delar av det metabola syndromet både vid analys av riskfaktorer för att utveckla preeklampsi och i efterförloppet efter genomgången preeklampsi (kardiovaskulär sjukdom är vanligare och debuterar tidigare hos patienter med tidigare genomgången preeklampsi). Dessutom finns eventuellt en association mellan vitamin D status och uttryck av VDR och kalciumrubbningen vid preeklampsi.

Syfte/frågeställning/hypotes

Målsättning. Denna forskningsplan syftar till att klarlägga kalciumhomeostasen hos individer med olika BMI, särskilt de som lider av morbid obesitas, men också hos kvinnor som drabbas av preeklampsi. För att belysa detta undersöks obesa individer före och efter överviktskirurgi, samt kvinnor som drabbats av preeklampsi under graviditet. Vid samtliga dessa tillstånd kan vitamin D metabolismen vara påverkad, antingen via upplagring i fettvävnad, genom förekomst av speciell polymorf VDR eller genom förändringar i andra nukleära receptorers aktivitet via andra hormonförändringar (östrogen, hCG).

Hypoteser:
Överviktiga individer har störd kalciumhomeostas, möjligen beroende på låga vitamin D nivåer. Graden av BMI korrelerar till graden av insulinresistens och till graden av dysreglering av kalcium och PTH.

Vitamin D receptor polymorfism, fr.a. förekomst av den s.k. baT-haplotypen, vilken är associerad till högre kalcium och PTH nivåer och kan medföra utveckling av pHPT, är överrepresenterad vid preeklampsi och obesitas.

Det föreligger en association mellan pHPT och risk för utveckling av preeclampsi.

Design och urval (ex. urval, gruppindelning)

Arbetsplan:
1. Obesa individer karakteriseras i relation till BMI avseende insulinkänslighet med euglykemisk insulinklamp och insulinsekretion med OGTT, samt kalciumreglering med citrat-kalcium-belastning, s.k. Cica-klamp. Undersökningar görs före och efter viktnedgång, däribland efter obesitaskirurgi. Dessa individers grad av osteoporos och relation till BMI och kalciumhomeostas klarläggs.
2. Preeklampsi och pHPT. Epidemiologisk studie av pHPT och graviditetshändelser / preeklampsi slutförs i avsikt att klarlägga samband. Kalciumhomeostas hos friska gravida kvinnor jämförs med den hos kvinnor med preeklampsi. Häri ingår analys av vitamin D receptorn för att påvisa eventuell polymorfism i densamma.

Redovisning av interventionen

ingen intervention sker

Metod och datainsamling/ -bearbetning

Epidemiologiska och statistiska tekniker för registerstudier och statistisk expertis utnyttjas för studien av samband mellan HPT och preeklampsi. För denna frågeställning och för studierna av förhållandena vid obesitas används DNA-analys (VDR polymorfism) och databearbetning av serumvärden uppmätta vid de olika belastningsundersökningarna (insulinklamp, OGTT, CiCa-klamp). Här används sedvanliga statistiska metoder för signifikansanalys av skillnader mellan olika grupper. Data insamlas av medarbetarna och analyseras.

Studiens genomförande

Material. Två studiepopulationer används: Obesa individer, som planeras för överviktskirurgi samt kvinnor som genomgått pre-eklampsi. Som kontroller används individer med normalt BMI samt friska gravida kvinnor.
Metoder.
Cicaklamp. CiCaklamp är en undersökningsteknik för kvantifiering av PTH-sekretion där infusion av citrat resp. kalcium utförs standardiserat varefter halterna av serum kalcium och PTH mäts. Set-point för joniserat kalcium i blod, dvs. den kalciumnivå där 50 % av den maximala PTH-sekretionen är inhiberad, fastställs. Set-point korrelerar till graden av pHPT, ju mer okänsliga cellerna i bisköldkörtlarna är för kalcium, desto högre är set-point. För individer med pHPT är denna variabel mycket känslig.
Insulinklamp. Denna belastning uppmäter graden av insulinkänslighet genom infusion av glukos/insulin-lösning så att glukosvärdet hålls på konstant nivå, klampas.
Oral glukostoleranstest: En sockerlösning drickes och blodprover tas med regelbundna intervaller efteråt. Detta estimerar insulinsekretionsförmågan hos betacellerna.
Från helblod prepareras DNA fram, vilket används som templat vid PCR för att undersöka förekomst av polymorfismer i VDR.

---

Forskningsetiska överväganden

För de obesa individerna handlar de etiska övervägandena fr.a. om risk-nytta förhållandet att genomföra studien ofta inkluderande något tidsödande och lätt smärtsamma belastningsundersökningar i förhållande till att kunna klargöra kalk- och glukosrubbningar, och därmed få ett underlag till rekommendation av behandling. Etisk ansökan är inskickad och godkänd (Dnr 2005:295)

Etisk prövning

Ansökan till etikprövningsnämnden är gjord eller planeras

Datum för beslut från etikprövningsnämnden

2006-01-25

Diarienummer på beslut från etikprövningsnämnden

2005:295

Etisk prövning behövs ej

Ansvarig forskningsledare bedömer att etisk prövning ej behövs.

---

Referenser

Bilezikian JP, Potts JT, Jr., Fuleihan Gel H, Kleerekoper M, Neer R, Peacock M, Rastad J, Silverberg SJ, Udelsman R, Wells SA. 2002, Summary statement from a workshop on asymptomatic primary hyperparathyroidism: a perspective for the 21st century. J Clin Endocrinol Metab 87:5353

Blumberg JM, Tzameli I, Astapova I, Lam FS, Flier JS, Hollenberg AN. 2006, Complex role of the vitamin D receptor and its ligand in adipogenesis in 3T3-L1 cells. J Biol Chem 281:11205

Carling T, Kindmark A, Hellman P, Lundgren E, Ljunghall S, Rastad J, Åkerström G, Melhus H. 1995, Vitamin D genotypes in hyperparathyroidism. Nature Med 1:1309

Duckitt K et al. 2005, Risk factors for pre-eclampsia at antenatal booking. BMJ Mar 12;330(7491):565

Hagstrom E, Lundgren E, Lithell H, Berglund L, Ljunghall S, Hellman P, Rastad J. 2002, Normalized dyslipidaemia after parathyroidectomy in mild primary hyperparathyroidism: population-based study over five years. Clin Endocrinol (Oxf) 56:253

E.Hagström, J.Ärnlöv, A. Hänni, L.Lind, P.Hellman. 2006, Calcium as a predictor for insulin resistance in a population based cohort. Accepted in Diabetologia

Hagstrom E, Lundgren E, Mallmin H, Rastad J, Hellman P. 2006, Positive effect of parathyroidectomy on bone mineral density in mild asymptomatic primary hyperparathyroidism. J Intern Med 259:191

Hamoui N, Anthone G, Crookes PF. 2004, Calcium metabolism in the morbidly obese. Obes Surg 14:9

Jorde R, Kaare H, Bonaa, Sundsfjord J. 2000, Primary hyperparathyroidism detected in a health screening: The Tromsö study. J Epidemiology 53:1164

Lind L, Fors N, Hall J, Marttala K, Stenborg A. 2005, A comparison of three different methods to evaluate endothelium-dependent vasodilation in the elderly: the Prospective Investigation of the Vasculature in Uppsala Seniors (PIVUS) study. Arterioscler Thromb Vasc Biol 25:2368

Lundgren, E ,MD, Rastad J,MD, Thurfjell E, MD, Åkerström G,MD. 1997, Population-based screening for primary hyperparathyroidism with serum calcium and parathyroid hormone values in menopausal women. Surgery Mar;121(3):287

Nilsson IL, Aberg J, Rastad J, Lind L.1999, Endothelial vasodilatory dysfunction in primary hyperparathyroidism is reversed after parathyroidectomy. Surgery 126:1049

Parikh SJ, Edelman M, Uwaifo GI, Freedman RJ, Semega-Janneh M, Reynolds J, Yanovski JA. 2004, The relationship between obesity and serum 1,25-dihydroxy vitamin D concentrations in healthy adults. J Clin Endocrinol Metab 89:1196

Schlembach D. Pre-eclampsia-still a disease of theories. Fukushima J. 2003, Med. Sci., Vol 49:2

Service GJ, Thompson GB, Service FJ, Andrews JC, Collazo-Clavell ML, Lloyd RV. 2005, Hyperinsulinemic hypoglycemia with nesidioblastosis after gastric-bypass surgery. N Engl J Med 353:249

Sibai B et al. 2005, Pre-eclampsia. Lancet Feb 26;365 (9461):785

Wortsman J, Matsuoka LY, Chen TC, Lu Z, Holick MF. 2000, Decreased bioavailability of vitamin D in obesity. Am J Clin Nutr 72:690

Åkerstrom G, Hellman P, Hessman O, Segersten U, Westin G. 2005 Parathyroid glands in calcium regulation and human disease. Ann N Y Acad Sci 1040:53

C Bilagor

---

D Sammanfattande kostnadsbeskrivning / budget för projektet

Total budget

Total summa

1 925 000

Andra bidragsgivare

---

Äskade medel från Regionala forskningsrådet i Uppsala- och Örebroregionen

Personal

Personalkostnaderna avser doktorandtid för Hella Hultin, kirurgkliniken, Gävle, för att kunna arbeta med projektet. Hon har också sökt doktorandmedel i annan ansökan. En del av kostnaderna avser också anställning av en forskningssköterska som visat sig vara oumbärlig för att koordinera undersökningar och delta i datainsamlingen.

Medicinsk service

Kostnad för blodprover (vitamin D, PTH, kalcium etc)

Övrigt

kemikalier för preparation av DNA, primers för PCR, restriktionsenzymer för DNA-fragment klyvning, buffertar och enzymer för respektive reaktioner.

E Projektledarens egen bedömning

Bedömning i vad mån projektet är patientnära

Projektet är synnerligen patientnära, en större andel av patienter i vården idag har övervikt, vilket leder till ökad morbiditet. Det aktuella projektet avser att kart- och klarlägga rubbningar i kalcium- och glukosbalansen hos dessa individer, för att ge direkt återkoppling till deras behandling. På motsvarande sätt är projektet patientnära vad avser preeklampsidelen.

Bedömning av projektets kliniska betydelse

Att klarlägga kalciumrubbningen och koppling till hjärt-kärlsjukdom torde få stor klinisk betydelse, för att kunna förebygga folksjukdomar som typ II diabetes och hypertoni, genom relativt sätt enkla medel (normalisera kalciumbalansen). Projektet avser att skaffa fram grundläggande förutsättningar för förståelse av detta, vilket torde innebära en avsevärd klinisk betydelse genom den möjlighet till intervention som uppstår.

Bedömning av det regionala samarbetet och dess betydelse

Genom samarbete mellan Gävle och Uppsala utnyttjas länssjukvårdens viktiga roll som de som har kontakt med dessa patienter i stor utsträckning, och den vetenskapliga kompetens som finns i Uppsala. Övervikt - och även preeklamspi - förekommer i alla landsändar - så också i Gävleborg - och det är viktigt att alla typer av dessa patienter, dvs inte bara de som har en speciell typ av obesitas (t.ex s.k. "superobesa") eller speciell typ av preeklamspi - dvs gravt selekterade patienter - inkluderas i denna studie. En förutsättning för detta är regional samarbete.

Publicering

Resultaten planeras att publiceras i referee-granskade internationella tidskrifter

---