Modelli per la stima del tasso di comparsa del glucosio nel sangue in soggetti sottoposti a chirurgia bariatrica

Obesity is a rather critical disease condition that affects about 10% of the world's population. In addition to aesthetic factors, this disease brings with it several other disorders, including diabetes, high cholesterol, and cardiovascular disease. There are multiple treatments to contrast obesity, whether behavioral or pharmacological. However, in the long term, the most effective solution becomes bariatric surgery, which includes sleeve gastrectomy and gastric bypass as the most common procedures. Despite the multiple positive effects associated with these types of surgeries, many patients develop postprandial hypoglycemia a few years after the intervention. Therefore, it becomes essential to try to quantify, using specific mathematical models, the individual's own metabolic response, to better understand the pathophysiology of this disorder and test the effectiveness of possible cures and treatments. The available database collects the rate of glucose occurrence at meal (Ra) in addition to glucose and insulin concentration in 32 operated and unoperated subjects. Four different mathematical models were tested to identify parameters related to carbohydrate transit through the intestinal tract, with the goal of identifying the one that best approximates Ra. Two of the four models performed best: a linear model, which describes Ra profiles, and the classical minimal model of glucose kinetics, with which a parametric description of Ra is provided. Using the latter, it was possible to estimate glucose appearance rates from glucose and insulin data only. Both selected models described the Ra data well, and their parameters were estimated with good precision. This result has an important impact: it demonstrates that it is possible to use the oral minimal model to quantify the metabolic response of individuals in post-bariatric subjects, without employing tracer experiments that are very expensive and difficult to perform.

L’obesità è una condizione patologica piuttosto critica che ad oggi riguarda circa il 10% della popolazione mondiale. Oltre all’aspetto estetico, questa malattia porta con sé numerosi altri disturbi, tra cui diabete, colesterolo elevato e malattie cardiovascolari. Esistono molteplici trattamenti per contrastare l’obesità, siano essi comportamentali o farmacologici. Nel lungo termine però, la soluzione più efficace diventa la chirurgia bariatrica, che tra gli interventi più diffusi ritrova la sleeve gastrectomy ed il bypass gastrico. Nonostante i numerosi effetti positivi legati a questo tipo di interventi, diversi pazienti hanno sviluppato condizioni di ipoglicemia post-prandiale a qualche anno dall’intervento stesso. Diventa quindi fondamentale cercare di quantificare, tramite l’uso di specifici modelli matematici, la risposta metabolica propria dell’individuo, in modo tale da comprendere meglio la fisiopatologia di tale disturbo e testare l’efficacia di eventuali cure e trattamenti. Il database a disposizione consiste in 32 soggetti, operati e non, per cui sono disponibili misure del tasso di comparsa del glucosio dopo un pasto (Ra) e le concentrazioni di glucosio e insulina. Sono stati testati quattro diversi modelli matematici per identificare i parametri legati al transito dei carboidrati attraverso il tratto intestinale, con l’obiettivo di individuare quello che meglio approssima il tasso di comparsa del glucosio. Dei quattro modelli testati, i migliori sono stati un modello lineare, in grado di descrivere i profili di Ra presenti nel database, e il classico modello minimo della cinetica del glucosio, a cui è stata associata una descrizione parametrica di Ra. Tramite quest’ultimo è stato possibile stimare i tassi di comparsa di glucosio a partire dai soli profili di glucosio e insulina. Entrambi i modelli selezionati descrivono bene i dati di Ra e i loro parametri sono stimati con una buona precisione. Questo risultato è importante: dimostra che è possibile utilizzare il modello minimo orale per quantificare la risposta metabolica in individui sottoposti a chirurgia bariatrica senza l’impiego di traccianti ed esperimenti dispendiosi in termini di risorse impiegate e difficili da realizzare.