Stima degli indici di responsività beta-cellulare in soggetti obesi prediabetici sottoposti a dieta

Blood glucose is a variable of crucial clinical relevance, regulated by various organs and tissues. Among the numerous pathologies affecting the glucose regulation system, the most well-known is diabetes mellitus. This metabolic disorder is characterized by hyperglycemia and reduced glucose tolerance as a consequence of alterations in normal insulin response, insulin action, or both. One of the main risk factors for the development of type 2 diabetes is obesity, a condition that affects more and more people every year. The increasing numbers associated with global obesity have led the World Health Organization to present the spread of this pathology as an epidemic phenomenon. Mathematical modeling of the physiological processes regulating glucose metabolism is a valuable tool for obtaining information regarding the organism's health status. This thesis illustrates the C-peptide-Insulin Oral Minimal Model, a mathematical model that allows estimating the secretion and kinetics of C-peptide and insulin, as well as insulin extraction by the liver, from a mixed meal tolerance test (MTT) or an oral glucose tolerance test (OGTT). The primary parameters of interest that can be estimated using this model are the responsiveness of β-cells to glucose. The thesis presents the application of the model to real data from a database of prediabetic obese patients undergoing dietary intervention in preparation for bariatric surgery. Twenty subjects followed two different diets: a standard diet and a low-carbohydrate diet. The experimental protocol for both groups included an OGTT conducted during a pre-dietary intervention visit and an OGTT conducted during a post-dietary intervention visit. The collected data were the plasma concentrations of glucose, insulin, and C-peptide for each subject. For each subject, C-peptide secretion and insulin kinetics parameters were estimated, and beta-cell responsiveness indices were calculated. Finally, a statistical analysis was performed to compare the parameters obtained for the two groups and to evaluate the impact of the diets.

La glicemia è una variabile di fondamentale rilevanza clinica al cui controllo sono adibiti diversi organi e tessuti. Tra le numerose patologie che interessano il sistema di regolazione del glucosio, la più nota è il diabete mellito. Si tratta di un disturbo metabolico caratterizzato da iperglicemia e ridotta tolleranza al glucosio come conseguenza di alterazioni della normale risposta insulinica, azione insulinica o di entrambe. Uno dei principali fattori di rischio per lo sviluppo del diabete di tipo 2 è rappresentato dall’obesità, condizione in cui versano sempre più persone ogni anno. Il crescere dei numeri associati all’obesità a livello globale ha indotto l’Organizzazione Mondiale di Sanità a presentare il dilagare della patologia come un fenomeno di proporzioni epidemiche. La modellizzazione matematica dei processi fisiologici che regolano il metabolismo del glucosio è un prezioso strumento per trarre informazioni relative allo stato di salute dell’organismo. In questa tesi viene illustrato il Modello Minimo Orale del C-peptide e dell’Insulina (C-peptide-Insulin Oral Minimal Model), un modello matematico che permette di stimare la secrezione e la cinetica di C-peptide ed insulina, oltre che l’estrazione dell’insulina da parte del fegato, da un mixed meal tolerance test (MTT) o un test di tolleranza al glucosio orale (OGTT). I parametri di maggiore interesse che è possibile stimare grazie al modello sono la responsività delle cellule β delle isole di Langherhans. La tesi presenta l’applicazione del modello a dati reali, provenienti da un database di pazienti obesi prediabetici sottoposti a terapie dietistiche in previsione di un intervento di chirurgia bariatrica. Venti soggetti hanno seguito due diete di differente composizione: una dieta standard e una dieta povera di carboidrati. Il protocollo sperimentale, per entrambi i gruppi di soggetti, si è costituito di un OGTT effettuato in una visita pre-intervento dietetico e un OGTT effettuato in una visita post-intervento dietetico. I dati raccolti sono le concentrazioni plasmatiche di glucosio, insulina e C-peptide, di ciascun soggetto. Per ciascun soggetto sono stati stimati parametri della secrezione del C-peptide e della cinetica dell’insulina e calcolati gli indici di responsività beta-cellulare. Infine, si è eseguita un’analisi statistica per confrontare i parametri ottenuti per i due gruppi e valutare l’impatto delle diete.