1. Översiktlig projektbeskrivning

Engelsk titel

Clinical and experimental studies of metabolic alterations in impaired renal function

Sammanfattning av projektet

Albuminuri är en tidig markör för njurskada vid njursjukdom. Vid progress av njurskadan ses oftast en tilltagande albuminuri och en minskad glomerulär filtration (GFR). Kliniskt och i behandlingsriktlinjer används uppmätt eller beräknat GFR som ett mått på graden av njursvikt. Vid både albuminuri och nedsatt GFR har en nedsatt insulinkänslighet, s.k. insulinresistens påvisats. Insulinresistens, försämrad insulinsekretion och förändringar i glukosmetabolismen är välkända vid svår njursvikt, men åtminstone insulinresistens förekommer även vid lätt nedsatt GFR och hos patienter med diabetesnefropati, nefrotiskt syndom och polycystisk njursjukdom utan påverkan på GFR. Insulinresistensen vid njursjukdom karakteriseras av ett nedsatt svar på insulinstimulering med ett nedsatt insulinstimulerat upptag av glukos i insulinkänsliga vävnader, dvs muskel- och fettväv. Dessa fynd antyder att det rör sig om en post-insulinreceptor defekt. Vid njursjukdom skulle även en ökad glukosproduktion och utsöndring från levern kunna bidra till insulinresistensen. Det är i nuläget oklart om även förändringar i njurens egen glukosmetabolism kan bidra till insulinresistensen vid nedsatt njurfunktion. Vid försämring av njurfunktionen ökar insulinresistensen sekundärt. Förhöjda PTH-nivåer och förändringar i D-vitamin-metabolismen kan vara av betydelse. En tänkbar mekanism är att D-vitamin-brist ökar den inflammatoriska aktiviteten vilket via cytokinen TNF-alfa leder till utveckling av insulinresistens.

Insulinresistens en viktig faktor för debut av typ 1 diabetes, utveckling av typ 2 diabetes, för debut och progresstakt av kroniska diabeteskomplikationer samt som en riskfaktor för kardiovaskulärsjukdom. Vid diabetisk njursjukdom kan insulinresistens ses tidigt i sjukdomsförloppet, redan vid stadier med endast mikroalbuminuri eller en subtil nedsättning av GFR. Fyndet av insulinresistens tidigt i sjukdomsförloppet antyder att här finns en genetisk koppling mellan insulinresistens och utveckling av njursjukdom. I vissa fall, som vid polycystisk njursjukdom, kan det röra sig om en gemensam orsak till njursjukdomen och mekanismen för insulinresistens, dvs. en förändring i membranproteiner. Vid försämring av GFR ökar insulinresistensen sekundärt till njurskadan och insulinresistensen kan då, tillsammans med andra faktorer, accelerera det fortsatta sjukdomsförloppet mot terminal njursvikt och behov av aktiv uremibehandling, dvs. dialys eller njurtransplantation. Ett flertal, potentiellt modifierbara, mekanismer bl a cirkulerande insulinantagonistiska hormoner, neuroendokrina förändringar, kronisk inflammation och oxidativ stress, har föreslagits bidra till insulinresistensen. Rubbningar i det autonoma nervsystemet och förändringar i kroppssammansättningen, t ex intraabdominell fettackumulation, kan ses vid njursvikt och skulle kunna bidra till insulinresistens. Vid terminal njursvikt är effekterna av de uremiska toxinerna viktiga. Insulinresistens har associerats till ett flertal riskfaktorer för kardiovaskulärsjukdom. Patienter med kronisk njursjukdom, och särskilt patienter med diabetesnefropati, har en hög dödlighet i kardiovaskulärsjukdom och insulinresistensen kan alltså vara en bidragande faktor.

Genom att undersöka individer med olika grad av både akut (friska njurdonatorer) och kroniskt nedsatt njurfunktion (patienter) undersöker vi när i förloppet insulinresistens utvecklas och om mindre förändringar i njurfunktionen har betydelse för insulinkänsligheten. Med plasmamarkörer, glukosclamp, datortomografi av bukfett och mätning av autonom nervaktivitet studerar vi olika tänkbara mekanismerna som kan bidra till utveckling av insulinresistens. Nivåerna av parathyroidea hormon (PTH) ökar tidigt vid utveckling av kronisk njursvikt, sekundärt till subnormala kalciumnivåer, fosfatretention och en minskad aktivering av D-vitamin i njurarna. Höga PTH-nivåer har associerats till vänsterkammarhypertrofi och kardiovaskulär sjukdom. Förhöjda PTH-nivåer anses också vara av betydelse för utvecklingen av insulinresistens vid njursvikt och insulinresistens vid kronisk njursvikt benämns ofta vara ”PTH-inducerad”. Betydelsen av PTH stöds bl a av en positiv korrelation mellan nivån av intakt PTH (iPTH) och graden av insulinresistens och att insulinresistens ses hos patienter med isolerad primär hyperparathyroidism men i en kliniskt experimentell studie kunde man inte påvisa någon akut direkt effekt på insulinkänsligheten vid infusion av PTH. I stället resulterade intravenös administration av D-vitamin med en sänkning av PTH-nivån hos patienter med grav njursvikt i en förbättring av både insulinsekretionen och insulinkänsligheten. Detta fynd talar för att D-vitamin har direkta eller indirekta effekter på insulinsekretion och insulinkänslighet och att PTH är en markör för låga D-vitamin nivåer. D-vitamin har en välkänd och central betydelse för kalciumomsättningen och skelettmineraliseringen men experimentella djurstudier och humanstudier under senare år har visat att D-vitamin även har betydelse för utveckling och progress av kronisk njursvikt bl a genom effekter på proteinuri och fibrosbildning i njurarna. D-vitamin påverkar flera inflammatoriska faktorer, t ex TNF-α, som har betydelse för utvecklingen av njursvikt men också för utvecklingen av insulinresistens. Intressant är att dessa studier även antyder att olika D-vitaminer skiljer sig när det gäller graden av påverkan på kalciumomsättning och effekter på t ex cellomsättning, celldifferentiering och inflammatorisk aktivitet. Det är det viktigt att inte glömma att det även kan finnas direkt effekter av kalcium på både insulinkänslighet och insulinsekretion och man har funnit en positiv korrelation mellan serum kalcium och graden av insulinresistens.

Sambandet och mekanismerna för utveckling av insulinresistens vid nedsatt GFR är fortfarande ofullständigt kända. Patienter med njursjukdom och kronisk njursvikt har en hög dödlighet i hjärtkärlsjukdom och insulinresistens kan alltså vara en bidragande faktor. En detaljerad förståelse av sambanden mellan njurfunktion och insulinresistens är därför viktig. Flera av de faktorer som föreslagits inducera insulinresistens vid njursvikt är potentiellt modifierbara vid tidig upptäckt och tidig intervention skulle då vara möjlig och prognosen vid njursjukdom skulle på sikt kunna förbättras. Av särskilt intresse är sambanden mellan PTH, D-vitamin och insulinresistens. Med D-vitaminerna paricalcitrol (Zemplar®), alfakalcidol, (Etalpha®), kalcitriol (Rocatrol ®) samt ergokalciferol (extempore beredning) och den kalcimimetiska substansen cinacalcet (Mimpara®), som ffa påverkar PTH-nivån, har vi nu värdefulla redskap att närmare undersöka dessa samband in-vivo, vilket vi planerar att göra i randomiserade interventionsstudier.

1. I fyra kliniska delstudier med 20 icke-diabetiska patienter med måttlig till svår njursvikt (GFR 0-30 (60) ml/min/1.73m2) och sekundär hyperparathyriodism, dvs iPTH över 130 ng/L i varje studie planerar vi att undersöka effekterna behandling med a) cincalcet (Mimpara®) b) paricalcitrol (Zemplar®), c) ergokalciferol (ex tempore beredning som ges intravenöst) och 4) alfakalcidol (Etalpha®) alternativt kalcitriol (Rocatrol ®) på insulinkänslighet och insulinsekretion. I slutet av varje 12-veckors behandlingsperiod kommer förändringen i insulinkänslighet och insulinsekretion att utvärderas med s.k. modiferad Bothnia Clamp, dvs intravenös glukostoleranstest åtföljd av hyperinsulinemisk euglykemisk clamp. Studierna görs med en "cross-over" design där de två behandlingsperioderna (aktiv vs icke-aktiv behandling (placebo)) jämförs hos en och samma individ. Patienterna ska inte tidigare ha stått på D-vitamin eller ha satt ut denna behandling 6 veckor före studiestart. För att undvika "carry-over" effekter kommer vi att ha en 6 veckors "wash-out" period mellan behandlingsperioderna. Hos dessa individer studeras även effekterna av intervention med D-vitamin alternativt PTH-sänkningen med cinacalcet på vaskulär endotelfunktion, autonom nervaktivitet (hjärtfrekvensvariabilitet), blodtryck (24-tim blodtrycksregistrering). I blod- och urinprover mäts även markörer för oxidativ stress och inflammation, insulinantagonistiska hormoner, cytokiner, adipokiner, tillväxtfaktorer, apolipoproteiner och lipider. Under behandlingsperioderna mäts PTH, D-vitamin, kalcium och fosfat vid upprepade tillfällen för att undersöka tidsförloppet och uppnådda nivåer av D-vitamin. Dessa provtagningar är också viktiga för patientsäkerheten.

2. För att studera om insulinkänsligheten, insulinsekretionen och glukosmetabolismen förändras akut vid en kirurgisk nefrektomi hos i övrigt friska individer, planerar vi att i samarbete med Enheten för transplantation och leverkirurgi, Sahlgrenska Universitetssjukhuset, konsekutivt undersöka insulinkänsligheten hos alla njurdonatorer före samt 3 resp. 6-12 mån efter nefrektomi/njurdonation. Insulinkänsligheten kommer att beräknas med s.k. modfierat QUICKI-index (baseras på fastenivåer i blod av insulin, glukos och fria fettsyror). Njurdonatorer från Västra Götalandsregionen kommer även att undersökas med sk modifierad Bothnia Clamp dvs. intravenös glukos toleranstest (IVTT), för att studera första-fasens insulinsekretion, åtföljd av en hyperinsulinemisk euglykemisk clamp, för bestämma insulinkänsligheten (M-värdet), före samt 3 resp. 6-12 mån efter operationen. Kroppssammansättningen bestäms med bioimpedans. GFR-förlusten hos dessa individer har i tidigare undersökningar visat sig vara ca 30 % 6 månader efter nefrektomin (30), vilket motsvarar en lätt-måttlig njurfunktionsnedsättning. Bestämning av GFR kommer att göras före samt 3 resp. 6-12 mån efter njurdonationen i enlighet med kliniska rutiner. Blod- och salivprover för att studera nivåerna av insulinantagonistiska hormoner och cytokiner som kan påverka insulinkänsligheten (PTH, D-vitamin, kortisol, könshormoner, leptin, tillväxthormon/IGF1, TNF-α, IL-6 och högkänsligt CRP) tas också. Patienterna får även fylla i en enkät för bedömning av stressnivån före och efter njurdonationen. Enkätsvaren kommer bl a att korreleras till metabola variabler t ex kortisolnivån och insulinkänsligheten. Njurdonatorer har en ökad risk att utveckla hypertoni på lång sikt och vi planerar därför att även mäta plasmamarkörer för renin-angiotensin-aldosteron-systemet (RAAS) inom ramen för projektet. Förändringar i RAAS kan vara av betydelse för insulinkänsligheten

3. In-vitro undersöker vi om subkutana fettceller från patienter med njursvikt är insulinresistenta med avseende på glukosupptag och om insulinresistensen är reversibel. Vi studerar även om det finns faktorer i patienternas serum som kan inducera insulinresistens in-vitro. Vi planerar initialt att undersöka insulinstimulerat glukosupptag samt insulinsignaleringen (fosforylerat IRS-1 och PKB) hos subkutana adipocyter (nålbiopsier) från 10 predialytiska, uremiska patienter (CKD 4-5, i.e. 0-30 ml/min/1.73m2) och jämföra det med glukosupptaget hos adipocyter från 10 friska ålders-, köns- och BMI-matchade kontroller. Vi mäter basalt och maximalt insulinstimulerat glukosupptag, både akut efter cellisoleringen och sedan efter 24 timmars inkubation i ett fysiologiskt, "icke-uremiskt", medium. För närmare beskrivning av metodiken se Burén et al, Metabolism 2003 och Renström et al, Endocrinology 2005.

För att sedan undersöka om det finns humorala, uremiska faktorer i serum från predialystiska patienter som kan inducera eller bidra till insulinresistensen vid njursvikt kommer 3-4 friska respektive 3-4 predialytiska patienter att donera serum som analyseras med avseende på bl a tänkbara uremiska toxiner, insulinantagonistiska hormoner och cytokiner och sedan fryses. Subkutana nålbiopsier görs sedan på 10 predialytiska, uremiska patienter (CKD 4-5, i.e. 0-30 ml/min/1.73m2) och 10 friska ålders-, köns- och BMI-matchade kontroller. Adipocyterna isoleras sedan och adipocyterna från respektive försöksperson delas sedan upp i två portioner. Adipocyterna inkuberas sedan i de två olika medium där serum från de predialytiska respektive de friska individerna tillsatts. Efter 24 timmars inkubation i respektive medium mäts sedan basalt och maximalt insulinstimulerat glukosupptag hos adipocyterna. För att vidare karakterisera de serumfaktorer som skulle kunna bidra till insulinresistensen kan studier med proteonomics, filtrering etc vara av värde.

För att ytterligare belysa om det finns humorala, uremiska faktorer i serum från predialystiska patienter som kan inducera eller bidra till insulinresistensen vid njursvikt planeras även att göra subkutana nålbiopsier på 10 predialytiska, uremiska patienter före respektive 3-6 mån efter dialysstart och jämföra basalt och maximalt insulinstimulerat glukosupptag, både akut efter cellisoleringen och sedan efter 24 timmars inkubation i ett fysiologiskt, "icke-uremiskt", medium vid dessa tidpunkter. In-vivo studier har tidigare kunnat visa att insulinkänsligheten hos uremiska patienter förbättras efter en tids dialysbehandling men inte av en enstaka dialys.

Typ av projekt

Forskningsprojekt

MeSH-termer för att beskriva ämnesområdet

Inlagda MeSH-termer

Metabolic Diseases

Generic term for diseases caused by an abnormal metabolic process. It can be congenital due to inherited enzyme abnormality (METABOLISM, INBORN ERRORS) or acquired due to disease of an endocrine organ or failure of a metabolically important organ such as the liver. (Stedman, 26th ed)

Projektets delaktighet i utbildning

Avhandling
D-uppsats / Magisterexamen
C-uppsats / Kandidatexamen
ST-läkarutbildning
Annan utbildning
Ej del i utbildning

3. Processen och projektets redovisning

Pågående aktiviteter

Planering och förberedelse före datainsamling
Datainsamling pågår
Analys av insamlade data pågår
Författande av skriftlig redovisning / publikation pågår
En eller flera publikationer från projektet är publicerade
Slutfört och inget mer görs inom ramen för detta projekt

Projektstart (när planeringen påbörjas och börjar dokumenteras skriftligt)

2007-09-01

Datum för påbörjande av datainsamling

2008-03-15

Datum då projektet är slutrapporterat

2010-08-31

Tillämpning av resultat - tidsaspekt (projektledarens bedömning)

Resultaten kommer sannolikt att tillämpas inom 5 år från projektslut.

Tillämpning av resultat - genomslag (projektledarens bedömning)

Hos samma huvudman utanför projektledarens arbetsplats