CC BY
2Scholarly Publisher RS Global Sp. z O.O.
ISNI: 0000 0004 8495 2390
Dolna 17, Warsaw, Poland 00-773 Tel: +48 226 0 227 03 Emai l: editori al_offi [email protected]
JOURNAL p-ISSN e-ISSN PUBLISHER
World Science
2413-1032
2414-6404
RS Global Sp. z O.O., Poland
ARTICLE TITLE
AUTHOR(S)
ARTICLE INFO DOI
RECEIVED ACCEPTED PUBLISHED
IMBALANCE BETWEEN OSTEOSYNTHESIS AND ENDOGENOUS CHRONIC STRESS IN PATIENTS WITH TYPE 2 DIABETES
Alla Kovalchuk, Olesia Zinych, Olha Prybyla, Natalia Kushnareva, Volodymyr Kovalchuk, Kateryna Shyshkan-Shyshova
Alla Kovalchuk, Olesia Zinych, Olha Prybyla, Natalia Kushnareva, Volodymyr Kovalchuk, Kateryna Shyshkan-Shyshova (2023) Imbalance Between Osteosynthesis and Endogenous Chronic Stress in Patients with Type 2 Diabetes. World Science. 3(81). doi: 10.31435/rsglobal_ws/30092023/8055
https://doi.org/10.31435/rsglobal_ws/30092023/8055 27 August 2023
29 September 2023
30 September 2023
LICENSE
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
© The author(s) 2023. This publication is an open access article.
IMBALANCE BETWEEN OSTEOSYNTHESIS AND ENDOGENOUS CHRONIC STRESS IN PATIENTS WITH TYPE 2 DIABETES
Alla Kovalchuk
MD PhD, State Institution 'V.P. Komisarenko Institute of Endocrinology and Metabolism of NAMS of Ukraine '
ORCID ID: 0000-0001-6591-1460 Olesia Zinych
MD DrSci, State Institution 'V.P. Komisarenko Institute of Endocrinology and Metabolism of NAMS of Ukraine '
ORCID ID: 0000-0002-0516-0148 Olha Prybyla
MD, State Institution 'V.P. Komisarenko Institute of Endocrinology and Metabolism of NAMS of Ukraine '
ORCID ID: 0000-0003-2212-1172 Natalia Kushnareva
MD PhD, State Institution 'V.P. Komisarenko Institute of Endocrinology and Metabolism of NAMS of Ukraine '
ORCID ID: 0000-0002-5390-6784 Volodymyr Kovalchu
MD PhD, Shupyk National University of Postgraduate Education of Ukraine ORCID ID: 0000-0003-0939-5902
Kateryna Shyshkan-Shyshova
State Institution 'V.P. Komisarenko Institute of Endocrinology and Metabolism of NAMS of Ukraine' ORCID ID: 0000-0003-0939-5902
DOI: https://doi.org/10.31435/rsglobal_ws/30092023/8055
ARTICLE INFO
ABSTRACT
Received: 27 August 2023 Accepted: 29 September 2023 Published: 30 September 2023
KEYWORDS
Osteocalcin, Cortisol/DHEA-S, Visceral Fat, Phenotype, Type 2 Diabetes
Osteocalcin (OC) is a component of phenotypic characteristics, associated with carbohydrate and lipid metabolism. Of interest is the phenotype of type 2 diabetes mellitus (T2DM) without obesity, which may be associated with impaired levels of counter-insulin hormones. 87 patients with T2DM (age 40-78, females/males - 41/46) were examined. Anthropometric parameters and body composition were assessed by the bioelectrical impedance. OC, cortisol, dehydroepiandrosterone sulfate (DHEA-S) blood levels, and the ratio of cortisol/DHEA-S as indicator of the body stress resistance, were measured. Patients were divided into 4 quartiles, depending on the serum OC level, that were significantly different from each other. Cortisol/DHEA-S ratio was significantly different between the first (lowest OC level) and the fourth quartiles (highest OC level) and between the second, third and fourth quartiles. Visceral fat level was the highest in the first OC quartile, and the lowest in the fourth quartile. When comparing the percentage of total fat between quartiles, no significant difference was found, which may indicate the importance of visceral fat in the formation of metabolic phenotypic changes in the presence of T2DM.
The lowest serum OC level was observed in patients with the greatest intensity of chronic endogenous stress, which is manifested by glucocorticoid function increase according to the cortisol/DHEA-S ratio.
It is assumed, that local hypercorticism is the cause of stem cell differentiation into adipocytes, which leads to the formation of a diabetes phenotype with the accumulation of visceral fat without general obesity and the slowing of osteosynthesis with a decrease of the OC level.
Citation: Alla Kovalchuk, Olesia Zinych, Olha Prybyla, Natalia Kushnareva, Volodymyr Kovalchuk, Kateryna Shyshkan-Shyshova. (2023) Imbalance Between Osteosynthesis and Endogenous Chronic Stress in Patients with
Type 2 Diabetes. World Science. 3(81). doi: 10.31435/rsglobal ws/30092023/8055_
Copyright: © 2023 Alla Kovalchuk, Olesia Zinych, Olha Prybyla, Natalia Kushnareva, Volodymyr Kovalchuk, Kateryna Shyshkan-Shyshova. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) or licensor are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms._
Вступ.
Значна увага в останш 15 роюв придшяеться такому нейроендокринному маркеру, як остеокальцин (ОК). Вш е складовою фенотипових характеристик, яю пов'язаш з вуглеводним та лшщним обмшом, а також проявами депресп [1]. Найбшьш поширеним i характерним для багатьох хворих на ЦД 2 е один з варiантiв патолопчних фенотитв, який характеризуемся, як синдром шсулшорезистентносп (1Р). Його шдгрунтям е порушення рiвноваги мiж поглинанням i витраченням енергп, що супроводжуеться вщкладенням надлишку лшщв у жирових депо, ожиршням, компенсаторною гiперiнсулiнемiею [2]. 1нший фенотип у хворих на ЦД 2 можна умовно назвати <^абетом без ожиршня», при якому 1Р та порушення вуглеводного i лшдного обмшу можуть бути асоцiйованi не з ожиршням та гiперiнсулiнемiею, а з порушенням кiлькостi стресових / антистресових та контрiнсулiнових гормонiв (кортикостероiдiв, катехоламшв, глюкагону). За такого фенотипу локальний гшеркортицизм у жировiй тканинi може бути причиною посиленоi диференцiацii адипоципв та посиленоi секрецii вiльних жирних кислот, збiльшення маси вiсцерального жиру, але без ознак загального ожиршня. 1снують данi, що при ЦД 2 спостернаеться пiдвищена активнiсть 11 в - пдроксистерощдепдрогенази 1 типу (11 в-HSD1), яка забезпечуе оборотне перетворення кортизону в кортизол на внутршньоклгтинному рiвнi, що впливае на транспорт i рецептор-залежне поглинання лiпопротеiнiв, сприяе дисбалансу енергетичного обмшу тд дiею кортизолу та порушенню циркадностi метаболiзму глюкокортикостероiдiв [3,4]. В свою чергу, фермент контролюе експресда ОК та його вплив на чутливють до iнсулiну. Разом з тим, зпдно сучасних наукових дослщжень пригнiчення активностi ферменту 11 в-HSDl сприяе кращому перебiгу ЦД та диференщацп остеобластiв [5]. Разом з тим, вважаеться, що стерощи можуть змшювати баланс мiж диференцiюванням стовбурових кттин в адипоцити чи в остеобласти, проте детальш молекулярнi мехашзми невiдомi. ОК дiе, як гормон: посилюе чутливiсть до iнсулiну, стимулюе секрецiю iнсулiну i витрату енергп. В свою чергу, його секрещя регулюеться iнсулiном, симпатичною нервовою системою та глюкокортикощами [6]. Встановлено, що ризик вюцерального ожирiння значно збшьшуеться при зниженнi рiвня ОК [7]. Стутнь зниження ОК корелюе з актившстю 1ф-HSD1 що, в свою чергу, шдукована глюкокортикощами [8], ймовiрно за рахунок субклiнiчного гшеркортицизму внаслiдок хронiчного стресу при ЦД 2 у певних фенотипових групах пащенпв, як будуть дослiдженi. Також юнують свiдчення про незалежний (вщ наявного ЦД) вплив iнсулiнорезистентностi на геометрда кiстковоi тканини [9]. Разом з тим, наявнють змiненоi мшроаритектошки юстки в поеднаннi з низькими рiвнями кiсткових маркерiв, статистично негативно корелюють з рiвнем HbA1c [10].
Матерiали i методи.
Обстежено 87 пащенпв з ЦД 2 типу, середних 41 жшка i 46 чоловЫв вiком вiд 40 до 78 роюв. Визначали антропометричнi параметри та композицiю тiла методом бюелектричного iмпедансу за допомогою аналiзатора TANITA. Визначали загальну м'язову масу та юсткову масу (вмют неорганiчноi речовини в складi кiсток), а також показники вiдсотку загального жиру, рiвня вiсцерального жиру (ВЖ), який оцшювали в iнтервалi вiд 1 до 59 од.; кожна одиниця вщповщае 10 см2 на поверхш внутрiшнiх органiв; нормальний рiвень становить
вщ 1 до 12 од. ВЖ. Визначали вмют в KpoBi остеокальцину, кортизолу, депдроетандростерону сульфату (ДГЕА-с), !х стввщношення кортизол/ДГЕА-с, як показника стресостшкосп органiзму.
Гормональнi показники (вмют кортизолу, дегiдроепiандростерон-сульфату) визначали з використанням сертифшованих дiагностичних наборiв реактивiв для кiлькiсного твердофазного iмуноферментного аналiзу (1ФА) виробництва LDN ® Immunoassays (Шмеччина). Оптичну густину розчинiв в кожнш лунцi пiсля кшцево! шкубацп з субстратом визначали за допомогою автоматичного рiдера мiкропланшетiв Stat Fax 3200 («Awareness Technology» США), при 450 нм. Розрахунок проводився автоматично з використанням стандартно! криво!, побудовано! для кожного набору з використанням вщповщних стандартних розчишв. Для контролю якост та точност процедур лабораторних аналiзiв застосовувались люфшзоваш контрольнi сироватки Lyphochech ® Imunoassay Plus Contrjl (BIO-RAD), виготовленi згiдно з вимогами належно! лабораторно! практики. Референтнi значення кортизолу вранщ пiсля пробудження становлять 5-23 мкг/дл; ДГЕА-с - 39-464 мкг/д.
Обстежених пащенпв було роздшено на 4 квартилi в залежност вiд величини остеокальцину, як основного дослщжуваного показника: I квартиль (n= 22) 1,97 нг/мл [1,112,63], II квартиль (n= 21) 4,13 нг/мл [3,77-4,44], III квартиль (n= 22) 6,62 нг/мл [5,93-8,27], IV квартиль (n= 22) 11,8 нг/мл [9,85-16,47].
Статистичну обробку результата проводили за допомогою статистично! програми MedStat v5.2. Нормальнiсть розподiлу рядiв даних перевiряли за тестом Шапiро-Уiлка. Для порiвняння абсолютних величин в дослщжуваних групах з ненормальним розподiлом використовувався метод множинних порiвнянь за допомогою тесту Краскела-Уоллюа (медiана [нижнiй - верхнш квартиль]). Рiзницю показникiв вважали достовiрними при Р<0,05.
Мета роботи полягала в встановленш можливих взаемозв'язюв мiж вмiстом остеокальцину i напруженням глюкокортико!дно! функцi!, як вiдображенням хрошчного стресу, що мае наслiдком формування певного метаболiчного фенотипу.
Результати та обговорення.
Отримаш значення концентрацi! остеокальцину в сироватщ кровi хворих на цукровий дiабет 2 типу ствставлялись з показниками спiввiдношення кортизол/ДГЕА-с у вщповщних квартилях.
Таблиця 1. - Сшввщношення кортизол/ДГЕА-с в сироватщ кровi пащенпв з цукровим дiабетом 2 типу в залежност вiд квартиля остеокальцина, медiана [нижнiй - верхнш квартиль].
Групи пащен^в Остеокальцин, нг/мл Кортизол/ДГЕА-с
I квартиль (n=22) 1,97 [1,11-2,63] 0,25 [0,16-0,47]
II квартиль (n=21) 4,13 [3,77-4,44] 1 0,32 [0,23-0,54]
III квартиль (n=22) 6,62 [5,93-8,27] 1 2 0,11 [0,06-0,27] 5
IV квартиль (n=22) 11,8 [9,85-16,47] 1 2, 3 0,1 [0,06-0,17] 4, 5
1 - достовiршсть рiзницi показникiв мiж I i II (p<0,05), I i III (p<0,01), I i IV (p<0,01)
квартилями пацieнтiв (p<0,01);
2 - достовiрнiсть рiзницi показниив мiж II i Ш (p<0,05), П i IV (p<0,01) квартилями пацieнтiв;
3 - достовiрнiсть рiзницi показникiв мiж I i IV (p<0,05) квартилями пащенпв;
4 - достовiрнiсть рiзницi показникiв мiж I i IV ф<0,05) квартилями пацieнтiв;
5 - дост^ршстъ рiзницi показниюв мiж II i III (p<0,05), II i IV (p<0,01) квартилями пацieнтiв;
Як i слiд очiкувати, квартилi остеокальцину, визначеш в сироватцi кровi достовiрно вiдрiзнялисъ мiж собою. Спiввiдношення кортизол/ДГЕА-с достовiрно вiдрiзнялосъ мiж першим i четвертим квартилями остекалъцину та мiж другим та третiм i четвертим квартилями, що свщчитъ про найвищий показник хронiчного стресу саме у пащенпв з найменшим вмiстом остеокальцину (табл. 1). Важливо, що тдвищення спiввiдношення кортизол/ДГЕА-с може бути пов'язано i iз зниженням ДГЕА-с, який суттево корелюе з наявною iшемiчною хворобою серця у чоловiкiв середнъого та л^нього вiку з цукровим дiабетом 2 типу [11]. Крiм того, лiтнi пацiенти з цукровим дiабетом 2 типу маютъ високу поширешсть слабкостi та/або саркопенii.
Вважаеться, що саркопешя пов'язана з неузгодженою секрещею гормонiв надниркових залоз кортизолу та депдроешандростерону сульфату. Збiльшення спiввiдношення кортизол/ ДГЕА -с у сироватцi кровi вiдображае вищi значення кортизолу та нижчi значення ДГЕА -с у пащенпв iз саркопенiею порiвняно з пащентами без саркопени. Тобто, вщносне пiдвищення рiвня кортизолу може вщображати наявнiсть стресу та стимулювати катаболiзм м'язiв, тодi як вiдносне зниження рiвня ДГЕА-с може спричинити зниження анаболiчно! дп ДГЕА на м'язи; поеднання цих факторiв може призвести до саркопенй [12].
Варто очшувати, що гормональний дисбаланс може спричинити фенотишчш змiни пацiентiв з цукровим дiабетом 2 типу, якi ми намагались встановити, вимiрюючи показники бюелектричного iмпедансу. Встановлено, що вiдносна величина рiвня вiсцерального жиру послiдовно зменшувалась мiж квартилями, проте отримала достовiрне пiдтвердження рiзницi тiльки в крайшх значеннях, тобто мiж першим i другим квартилями порiвняно з четвертим (табл. 2). Разом з тим, при порiвняннi % загального жиру мiж квартилями достовiрно! рiзницi не знайдено, що може свщчити про значущють саме вiсцерального жиру в формуванш метаболiчних фенотипових змiн за наявност ЦД 2 типу.
Таблиця 2. - Показники величини вюцерального жиру та % загального жиру, вишряних методом бюелектричного iмпедансу в залежност вiд квартиля остекальцину в сироватщ кровi хворих на ЦД 2 типу, М ± т.
Групи пащенпв Вiсцеральний жир, у.од. % загального жиру
I квартиль (n=22) 14,5 ± 0,52 35,03 ± 1,51
II квартиль (n=21) 13,84 ± 1,13 33,24 ± 1,49
III квартиль (n=22) 11,68 ± 0,68 32,52 ± 1,82
IV квартиль (n=22) 10,32 ± 0,74 1 2 31,4 ± 1,413
1 - достовiрнiсть рiзницi показниюв мiж I i IV (р<0,05) квартилями пацiентiв;
2 - достовiрнiсть рiзницi показникiв мiж II i IV (р<0,05) квартилями пацiентiв;
3 - достовiрнiсть рiзницi показникiв мiж I i IV (р<0,1) квартилями пащенпв.
Статевi вiдмiнностi в величинах кютково! i м'язово! маси у чоловЫв i жiнок стали причиною роздшьного обрахування статистичних показниюв. При цьому виявлено достовiрну рiзницю кютково! та м'язово! маси тiла мiж третiм i четвертим квартилями ильки у чоловiкiв. У жшок рiзницi в кiстковiй та м'язовiй масах помiж квартилями не встановлено, можливо внаслщок значно! варiабельностi показникiв (табл. 3).
Таблиця 3. - Показники кютково! та м'язово! маси, вимiрянi методом бюелектричного iмпедансу, в залежиосн вщ квартиля остеокальцину в сироватщ кровi хворих на ЦД 2 типу, медiана [нижнiй - верхнш квартиль].
Групи пащенпв KicTKOBa маса, кг М'язова маса, кг
Чоловши Жшки Чоловши Жшки
I квартиль чоловiки(n=15) ж1нки (n=8) 3,3 [3,0-3,8] 2,75 [2,55-2,95] 63,3 [56,3-73,2] 51,2 [47,65-56,1]
II квартиль чоловiки(n=9) жшки (n=12) 3,4 [3,2-3,7] 2,65 [2,3-2,8] 65,7 [60,4-72,3] 48,8 [42,95-52,5]
III квартиль чоловiки(n=12) ж1нки (n=10) 3,6 [3,4-4,15] 2,7 [2,5-2,8] 69,2 [65,25-80,55] 50,6 [47,6-52,6]
IV квартиль чолов^(П=10) ж1нки (n=11) 3,2 [2,9-3,4] 1 2,7 [2,5-3,0] 61,15 [54,8-64,8] 1 48,9 [43,5-56,4]
1 - достовiрнiсть рiзницi показникiв мiж III i IV (p<0,05) квартилями чоловiкiв;
Таким чином, отримаш результати е свщченням наявного взаемозв'язку мiж вмiстом остеокальцину в сироватщ кровi та напруженютю ендогенного хронiчного стресу, який
проявлясться зростанням сшввщношення кортизол/ДГЕА-с, що над^ провокуе патологiчне формування фенотипу хворих на ЦД 2 типу з накопиченням переважно вюцерального жиру в оргашзм^ Знайдено достовiрну рiзницю мiж III i IV квартилями остеокальцину у чоловЫв в кiстковiй та м'язовш масi, що вказуе на збшьшення вмiсту остеокальцину i3 зменшенням маси згадуваних параметрiв, ймовiрно компенсаторного характеру. Можна припустити, що посилення мiнералiзащ! кютково! тканини i, вiдповiдно збшьшення !! маси, супроводжуеться зменшенням вмюту остеокальцину та пршо! якостi кюток, якi втрачають бiлкову складову. Разом з тим, паралельне зростання м'язово! маси поряд iз зменшенням вмюту остеокальцину може вщбуватися внаслiдок зростання в нш жирово! складово! й приводити до м'язово! iнсулiнорезистентностi. Серед жшок подiбно! закономiрностi виявлено не було, ймовiрно внаслiдок значно! варiабельностi показникiв.
Заключения.
Виявлено, що найнижчий вмют остеокальцину в сироватщ кровi спостернаеться у пацiентiв з найбшьшою напруженiстю хронiчного ендогенного стресу, який проявляеться посиленням глюкокортико!дно! функци за сшввщношенням кортизол/ДГЕА-с. Зниження вмiсту остеокальцину спостернаеться паралельно iз зростанням накопичення вюцерального жиру в органiзмi хворих на цукровий дiабет 2 типу.
Автори заявляють про вiдсутнiсть конфлшту iнтересiв.
REFERENCES
1. Nguyen, M., Anita N., Darwish L. et al. (2020), "Serum osteocalcin is associated with subjective stress in people with depression and type 2 diabetes," Psychoneuroendocrinology, 122, doi: 10.3389/fpsyt.2022.893012.
2. Корпачев, В., Корпачева-Зиныч, О. (2011). Эволюция взглядов в диабетологии. Киев, Книга-плюс.
3. Gregory, S., Hill, D., Grey, B., Ketelbey, W. et al. (2020), "11ß-hydroxysteroid dehydrogenase type 1 inhibitor use in human disease-a systematic review and narrative synthesis," Metabolism Clinical and Experimental, 108, 154246. doi: 10.1016/j.metabol.2020.154246.
4. Jason, Bini, Shivani, Bhatt, Ansel T. Hillmer, Jean-Dominique Gallezot, Nabeel Nabulsi, Richard Pracitto, David Labaree, Michael Kapinos, Jim Ropchan, David Matuskey, Robert S. Sherwin, Ania M. Jastreboff, Richard E. Carson, Kelly Cosgrove & Yiyun Huang. (2020), "Body Mass Index and Age Effects on Brain 11ß-Hydroxysteroid Dehydrogenase Type 1: a Positron Emission Tomography Study," Mol Imaging Biol, 22, 1124-1131. doi: 10.1007/s11307-020-01490-z.
5. Mohd Azmi, N.A.S.; Juliana, N.; Azmani, S. et al. (2021), " Cortisol on Circadian Rhythm and Its Effect on Cardiovascular System," Int. J. Environ. Res. Public Health,18, 676. doi: 10.3390/ijerph18020676.
6. Park, J. Bae, S., Choi, S., Son, Y., Park, S., Rhee, S., Kim, H., Jung, W., Kang, S., Ahn, J., Kim, S., and Kim, K. (2014), " A novel 11ß-HSD1 inhibitor improves diabesity and osteoblast differentiation ," Journal of Molecular Endocrinology, 52, 191-202. doi : 10.1530/JME-13-0177.
7. Ferrona, M., Lacombe, J. (2014), "Regulation of energy metabolism by the skeleton: Osteocalcin and beyond," Archives of biochemistry and biophysics, 561, 137 - 146. doi: 10.1016/j.abb.2014.05.022.
8. Yiting Xu , Xiaojing Ma, Xiaoping Pan , Xingxing He , Yunfeng Xiao , Yuqian Bao. (2018), "Correlations between serum concentration of three bone-derived factors and obesity and visceral fat accumulation in a cohort of middle aged men and women," Cardiovasc Diabetol, 17, 1, 143. doi: 10.1186/s12933-018-0786-9
9. Cooper, M., Blumsohn, A., Goddard, P., Bartlett, W. et al. (2003), "11ß-Hydroxysteroid Dehydrogenase Type 1 Activity Predicts the Effects of Glucocorticoids on Bone," The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism, 88, 3874-3877. doi: 10.1210/jc.2003-022025.
10. Verroken, C., Zmierczak, H., Goemaere, S. , Kaufman, J., Lapauw, B. (2017), "Insulin Resistance Is Associated With Smaller Cortical Bone Size in Nondiabetic Men at the Age of Peak Bone Mass," J Clin Endocrinol Metab, 102, 1807 - 1815. doi: 10.1210/jc.2016-3609.
11. Zhang, X., Xiao, J., Liu, T. et al. (2022), "Low Serum Dehydroepiandrosterone and Dehydroepiandrosterone Sulfate Are Associated With Coronary Heart Disease in Men With Type 2 Diabetes Mellitus," Front Endocrinol (Lausanne), 27;13:890029. doi: 10.3389/fendo.2022.890029.
12. Yanagita, I., Fujihara, Y., Kitajima, Y. et al. (2019), "A High Serum Cortisol/DHEA-S Ratio Is a Risk Factor for Sarcopenia in Elderly Diabetic Patients," JEndocr Soc., 5,3(4),:801-813. doi: 10.1210/js.2018-00271.
