PATHOPHYSIOLOGY PATHOPHYSIOLOGY OF CARBOHYDRATE OF CARBOHYDRATE METABOLISM METABOLISM

, MD, PhD   Prof. J. Hanacacekek, MD, PhD   Prof. J. Han

urinováá

Technical co-operative: L.ŠŠurinov Technical co-operative: L.

Carbohydrates are present   in

in food in

various forms:: food in various forms

A. Physiologic remarks: A. Physiologic remarks:                  Carbohydrates are present

­ monosaccharides simple sugars  ­ monosaccharides

1. 1. simple sugars

­ disaccharides complex chemical units    ­ disaccharides

2. 2. complex chemical units

­ polysaccharides           ­ polysaccharides

(cid:0) (cid:0)

(cid:0)

cleaving proces(cid:0)   cleaving proces  stomach,   absorbtion in  stomach,   absorbtion in

Processing of carbohydrates in GIT                   Ingested carbohydrates (cid:0)   Ingested carbohydrates  (cid:0) monosaccharides  monosaccharides (cid:0)     (cid:0) duodenum and  proximal jejunum     duodenum and  proximal jejunum

Disturbancies in Carbohydrate Resorbtion B. B. Disturbancies in Carbohydrate Resorbtion

1.1.  Disaccharidase deficiency syndrome Disaccharidase deficiency syndrome

= enzyme which hydroly

saccharase

saccharase =                  saccharose

enzyme which hydrolysesses disaccharide   disaccharide  (to fructose and glucose)) saccharose  (to fructose and glucose

laktase        = = enzyme which splits disaccharide lactose  laktase         enzyme which splits disaccharide lactose   galactose) glucose and and galactose)

((to to glucose

maltase       =        = enzyme which splits disaccharide maltose maltase  enzyme which splits disaccharide maltose (to two molecule of glucose)                                          (to two molecule of glucose)

(cid:0)

(cid:0) (cid:0) decreased decreased decreased resorbtion of substrate  (cid:0)   decreased resorbtion of substrate

(cid:0)

(cid:0)

Pathomechanismss Pathomechanism                     Activity of disaccharidase is decreased  (cid:0) a)a) Activity of disaccharidase is decreased f disaccharide    (cid:0) hydrolysis o of disaccharide             hydrolysis increased concentration of disaccharide in small intestine   increased concentration of disaccharide in small intestine lumen (cid:0)   increased osmotic activity of  the lumen        lumen  increased osmotic activity of  the lumen  fluidfluid             (cid:0)

diarrhea  diarrhea

(cid:0) increased  increased

(cid:0)

(cid:0) (cid:0)

(cid:0) (cid:0) increased concentration of disaccharide in large intestine  (cid:0) increased concentration of disaccharide in large intestine   disaccharide  disaccharide fermentation by bacteria  (cid:0) fermentation by bacteria increased  increased

(cid:0)

(cid:0) abdominal cramps,   abdominal cramps,

Activity of disaccharidase is decreased  (cid:0) b)b)  Activity of disaccharidase is decreased concentration of disaccharide in small intestine lumen  (cid:0)         concentration of disaccharide in small intestine lumen     (cid:0)          (cid:0)      concentration of lactic acid and fatty acids (cid:0)     concentration of lactic acid and fatty acids       (cid:0) stimulation of intestine wall stimulation of intestine wall  (cid:0)     (cid:0)      bloating, diarrhea,  acidic stools, explosive diarrhea     bloating, diarrhea,  acidic stools, explosive diarrhea

Lactase deficiency syndrome       Lactase deficiency syndrome                         Causes of lactase deficiency

Causes of lactase deficiency::

(primary) ­ genetic defect (primary) ­ genetic defect

­ secondary to a wide variety of gastrointesti diseases  ­ secondary to a wide variety of gastrointestinal nal diseases

that damage the mucosa of the that damage the mucosa of the small small  intestine (secondary) intestine (secondary)

Disaccharide lactose Disaccharide lactose  is the principal carbohydrate in milk.. is the principal carbohydrate  in milk

, Asians, and Bantus population African ­ Americanss, Asians, and Bantus population

­ ­ Many persons showing milk intolerance prove to be lactase Many persons showing milk intolerance prove to be lactase  – –  deficient       deficient                 ­ ­ Primary lactase deficiency incidence is as high as 80 % to 90 %  Primary lactase deficiency incidence is as high as 80 % to 90 %  among  African ­ American       among                 ­ ­ Milk intolerance may not become clinically apparent until  Milk intolerance may not become clinically apparent until  adolescence       adolescence

Causes of secondary lactase deficiency::   Causes of secondary lactase deficiency

­ ­ nontropical nontropical (celiac disease) (celiac disease)and tropical sprue, and tropical  sprue,

regional enteritis,          ­­ regional enteritis,

­ ­ viral and bacterial infections of the intestina tract, viral and bacterial infections of the intestinal l tract,

giardiasis, cystic fibrosis, ulcerative colitis,          ­­ giardiasis, cystic fibrosis, ulcerative colitis,

kwashiorkor, coeliac disease          ­ ­ kwashiorkor, coeliac disease

previous page Symptoms and signs ­ are mentioned at previous page Symptoms and signs ­ are mentioned at

Monosaccharides malabsorbtion Monosaccharides malabsorbtion

Small intestine ability to resorb glucose and galactose is Small intestine ability to resorb glucose and galactose is

decreased       decreased                            Specific transport system for galactose and glucose Cause:  Specific transport system for galactose and glucose Cause:

absorbtion in cells of small intestine is insufficient absorbtion in cells of small intestine is insufficient                                  Symptoms and signs similar to disaccharidase Results:  Symptoms and signs similar to disaccharidase Results:

deficiency syndrome               deficiency syndrome

Glycogenosis (glycogen storage disease) Glycogenosis (glycogen storage disease)

Autosomal recessive disease          emzymopathy)           emzymopathy)                                        There are defects in degradation

(inborn errors of metabolism, Autosomal recessive disease (inborn errors of metabolism,

of glycogen.  There are defects in degradation  of glycogen.

The  disturbances  result in storage of abnormal glycogen,  The  disturbances  result in storage of abnormal  glycogen,            or storage of abnormal amount of glycogen in various           or storage of abnormal amount of glycogen in various            organs of the body          organs of the body

Example:    Hepatorenal glycogenosis (Morbus Gierke) von Gierke)

Example:                                         Cause: Hepatorenal glycogenosis (Morbus von   Deficit of glucose­6­fosfatase in liver and kidney Cause: Deficit of glucose­6­fosfatase in liver and kidney

Results:  Hypoglycemia in fasting individuals,  Results: Hypoglycemia in fasting individuals,                               hyperlipemia, ketonemia                                           hyperlipemia, ketonemia                                                                        There are other types of glycogenosis There are 9 9 other types of glycogenosis

DIABETES MELLITUS

DIABETES MELLITUS

DM – complex chronic metabolic disorder leading            to multiorgan complications

Main pathophysiological questions related to DM

Why and how the DM develops?

Why and how develop the complications of DM?

What are the mechanisms involved in manifestation of diabetic symptoms and signs

Regulation of the blood glucose level depends on liver: Regulation of the blood glucose level depends on liver:

from blood 1. extracting glucose from blood 1. extracting glucose

2. synthesizing glycogen 2. synthesizing glycogen

3. performing glycogenolysis 3. performing glycogenolysis

(muscle and adipocytes) use glucose  peripheral tissues (muscle and adipocytes) use glucose

4. performing gluconeogenesis             4. performing gluconeogenesis              To a lesser extent peripheral tissues To a lesser extent  for their energy needs, thus contributing to maintinance of normal blood  for their energy needs, thus contributing to maintinance of normal blood

glucose level glucose level

lucose  by by

(cid:0) s uptake and output of glucose and the use of  The liver(cid:0) s uptake and output of glucose and the use of gglucose The liver peripheral tissues depend on the physiologic balance of several  peripheral tissues depend on the physiologic balance of several

­ glucagon, epinephrine,  GH, GH,

hormones that: hormones that:  ­ insulin 1. lower blood glucose level ­ insulin 1. lower blood glucose level 2. rise blood glucose  level ­ glucagon, epinephrine, 2. rise blood glucose  level glucocorticoids...                                                    glucocorticoids...

Definition of DM Definition of DM

or relative complex syndrome induced by induced by absolute or

DM is a chronic  complex syndrome DM is a chronic deficit of insuline which is characterized by which is characterized by metabolic disorders of  metabolic disorders of

carbohydrates, lipids and proteins.   carbohydrates, lipids and proteins.

The metabolic disturbances are accompanied by loss of carbohydrate  loss of carbohydrate  The metabolic disturbances are accompanied by

tolerance, fasting hyperglycemia, ketoacidosis, decreased  tolerance, fasting hyperglycemia, ketoacidosis, decreased

and some  lipogenesis, increased lipolysis, increased proteolysis  and some  lipogenesis, increased lipolysis, increased proteolysis

other metabolic  disorders other metabolic  disorders

CClassification of DM lassification of DM

(according to International Expert Committee, 1997) (according to International Expert Committee, 1997)

Base for the classification are etiopathogenetic mechanisms etiopathogenetic mechanisms Base for the classification are  involved in onset and development of DM involved in onset and development of DM

Types of DM Types of DM

Diabetes mellitus ­ type 1:  due to destruction of beta   I. I. Diabetes mellitus ­ type 1: due to destruction of beta   of pancreatic  islets                                                              cellcellss  of pancreatic  islets

Consequence:  absolute deficit of insulin Consequence: absolute deficit of insulin

subtype:  induced by autoimmunity processes induced by autoimmunity processes

A. A. subtype:

subtype: idiopathic mechanism idiopathic mechanism

B. B. subtype:

at the beginning­­predominance predominance

(normo­ or  relative deficit of insulin(normo­ or and relative deficit of insulin

combination of impa red insulin  impaiired insulin

(hypoinsulinemia, ,

insulin resistance

II.II.Diabetes mellitus ­type 2: Diabetes mellitus ­type 2:  at the beginning of insulin  resistance  resistance  and        of insulin      hyper ­insulinemia), later on  ­ ­ combination of       hyper ­insulinemia), later on       secretion and simultaneous insulin resistance  (hypoinsulinemia      secretion and simultaneous insulin resistance       insulin resistance))

III. Other specific types of DM   III. Other specific types of DM

(cid:0)   DM due to

(cid:0)               to

of pancreas islets and due  of beta cells of pancreas islets and due genetic defects  of beta cells

DM due to genetic defects to genetic defect of insulin function genetic defect of insulin function

(cid:0)   DM due to diseases influencing exocrine functions of pancreas – – DM due to diseases influencing exocrine functions of pancreas

(cid:0)               ­ ­ secondary is damaged endocrine function, too. secondary is damaged endocrine function,  too.

(cid:0)   DM due to infections,  endocrinopathies, drugs, chemicals,  infections,

(cid:0) DM due to endocrinopathies, drugs, chemicals,       metabolic and genetic disturbances         metabolic and genetic disturbances

glucose intolerance which onset

glucose intolerance which onsetss

IV. Gestational DM IV.

Gestational DM ­  ­

first time  during pregnancy       fofor r thethe  first time  during pregnancy

(cid:0) Main differences between “old” and “new” classification Main differences between “old” and “new” classification of diabetes mellitus of diabetes mellitus    (cid:0)   In new classification of DM In new classification of DM::

terms IDDM and NIDDM are not used ­­  terms IDDM and NIDDM are not used

term DM due to malnutrition is not used ­­  term DM due to malnutrition is not used

­ terms ­ primary and secondary DM are not used ­ terms ­ primary and secondary DM are not used

(cid:0) New termss w wereere introduced to new classification of DM:  introduced ininto new classification of DM:

(cid:0)   New term              **  impaired fasting impaired fasting plasma plasma glucose FPG) glucose((FPG)

impaired glucose tolerance(IGT)       ** impaired glucose tolerance(IGT)                                                                                                         WhyWhy??

(cid:0)   Normal fasting value of plasmatic glucose concentration: Normal fasting value of plasmatic glucose concentration:

(cid:0) (cid:0)

(cid:0)

6.1 mmol/l   6.1 mmol/l

(cid:0) ●●   Normal value of PGTT –  Normal value of PGTT – blood glucose concentration        of test (cid:0) after beginning of test          after beginning blood glucose concentration 2 h2 hss    7.8 mmol/l  7.8 mmol/l

(cid:0)

(cid:0)   New criteria for diagnose of DM New criteria for diagnose of DM

(polyuria,  classic symptoms and signs of DM are present (polyuria,  polydipsia, weeight loss),  blood glucose  increased day­time  blood glucose  concentration to  11.1 mmol/l

11stst: : classic symptoms and signs of DM are present      ight loss), and            polydipsia, w and increased day­time            and more 11.1 mmol/l  and more            concentration to                    oror

fasting glucose level  isis  7.0 mmol/l and more 7.0 mmol/l  and more

22ndnd: : fasting glucose level                  oror                  33rdrd: : 2 hours glucose level in 2 hours glucose level in PGTT is PGTT is  11.1 mmol/l 11.1 mmol/l  and and   moremore

itivity each of the mentioned  For confirmation of diagnosis DM p poossitivity each of the mentioned  For confirmation of diagnosis DM parameters have to be cconfirmed parameters have to be itivity any of  next day by possitivity any of onfirmed  next day by po

the mentioned parametereter the mentioned param

(cid:0) glucose:  plasma glucose:

(cid:0)   Impaired fasting Impaired fasting plasma

(cid:0) (cid:0) (cid:0) 6.1 but (cid:0)   6.1 but 7.0 mmol/l  7.0 mmol/l

(cid:0)

(cid:0)   Impaired glucose tolerance  (IGT):: Impaired glucose tolerance (IGT)

Glucose tolerance test shows abnormal values but these                Glucose tolerance test shows abnormal values but these                  and they do not meet the criteria       patients are asymptomatic patients are asymptomatic and they do not meet the criteria

for diagnosis of DM.      for diagnosis of DM.

than normal (from 7.87.8mmol/l intake glucose is plasma glucose mmol/l to 11.1 level higher  glucose is plasma glucose  level higher  mmol/l) to 11.1mmol/l)

IGT criteria:        IGT criteria:             ­ fasting plasma glucose level can be normal ­ fasting plasma glucose level can be normal              ­ 2 hours after  ­ 2 hours after intake                  than normal (from                        The individuals with IGT  The individuals higher risk than the  are recognized as being at   higher risk than the

with IGT are recognized as being at   4.0 % of  ation for the  development of DM (about 1.5 ­­ 4.0 % of

(cid:0) general popullation for the  development of DM (about 1.5  general popu patients with IGT (cid:0) patients with IGT

DM).     DM).

Syndrome X (metabolic X syndrome) Syndrome X (metabolic X syndrome)

­ ­ frequently occurs in people suffering form

frequently occurs in people suffering form  visceral obesity visceral obesity

Characteristic features:: Characteristic features

(cid:0)

(cid:0)

(cid:0)

(cid:0) (cid:0)  LDL,   LDL, (cid:0) (cid:0)  TG,   TG, (cid:0) (cid:0)  HDL)  HDL)

(cid:0) (cid:0)   insuline resistance insuline resistance (cid:0)   compensatory hyperinsulinemia compensatory hyperinsulinemia (cid:0)   visceral obesity visceral obesity (cid:0)   dyslipidemia ( dyslipidemia ((cid:0) (cid:0)   systemic hypertension systemic hypertension

Increased probability of DM­type2 development Increased probability of DM­type2 development

(IR) Insuline Resistance (IR)

IR is one of  the mechanisms mechanisms involved in pathogenesis of IGT   involved in pathogenesis of IGT

Insuline Resistance                            IR is one of  the                and DM,

and DM, especially in DM type 2  especially in DM type 2

Causes of insuline resistance: Causes of insuline resistance:

1. autoimmune reactions 1. autoimmune reactions

­ development of anti­insulin antibodies ­ development of anti­insulin antibodies

­ development of anti­insulin receptor antibodies                ­ development of anti­insulin receptor antibodies                                                 2. defects in the insulin receptor at the cell surface 2. defects in the insulin receptor at the cell surface

a)  defect in receptor processing                a)  defect in receptor processing

decrease in receptor number                 b) b)   decrease in receptor number

3. defective signal transduction   3. defective signal transduction

(from the receptor to the plasma of cell)      (from the receptor to the plasma of cell)

4. postreceptor defect 4. postreceptor defect

5.  increased concentration of anti­­insulin 5.  increased concentration of anti hormones insulinicic hormones

Etiopathogenesis of DM       Etiopathogenesis of DM

Type 1 DM ­ characteristics Type 1 DM ­ characteristics

of age (juvenile DM) under 30 years of age (juvenile DM) ­ it is most typical in individuals under 30 years

­ it is most typical in individuals                    ­ ­ 80 % ­ 90 % of beta cells in the islets of Langerhans  80 % ­ 90 % of beta cells in the islets of Langerhans  destroyed       areare  destroyed                               Possible mechanisms of beta cells destruction: Possible mechanisms of beta cells destruction:                                  a) by islet cell antibodies  of the IgG class a) by islet cell antibodies  of the IgG class                             b) by non­immune mechanism (idiopathic up to now)          b) by non­immune mechanism (idiopathic up to now)

rocess    DM is caused by a gradual pprocess Evidence suggest that type 11 DM is caused by a gradual  Evidence suggest that type  ooff  autoimmune destruction of beta cells in genetically susceptive  individuals

he result of beta cells destruction:   TThe result of beta cells destruction:

is produced almost no or absolute no functional  insulin    is produced

­ ­ almost no or absolute no functional  insulin                         ­­  glucagon is present in relative excess glucagon is present in relative excess

­ ­ individuals are prone to ketoacidosis                        ­ ­ insulin resistance is rare insulin resistance is rare                        ­ ­ patients are patients are  insulin dependentt   insulin dependen

Type 2 DM ­ characteristics

1. Primary disturbance:        ­ (cid:0)  biological activity of insuline

2. Compensatory hyperinsulinemia        ­ due to (cid:0) concentration of blood glucose

3. Insulinoresistentia:       ­ (cid:0)  ability of insuline to inhibit production of glucose in          liver (cid:0) (cid:0) glucose production

Type 2 DM ­characteristics Type 2 DM ­characteristics

­ is rare in populations not affected by urban modernization ­ is rare in populations not affected by urban modernization

­ adult onset (mostly after 40 years of age, slow, insidious  ­ adult onset (mostly after 40 years of age, slow, insidious  onset)      onset)

abnormal genes genes ;  ­ inherited   ;  ­ inherited

­ results from the action of several abnormal      ­ results from the action of several       susceptibility, familial tendency stronger than for type susceptibility, familial tendency stronger than for type 1 DM1 DM

­ associated with long ­ duration obesity (mainly visceral) ­ associated with long ­ duration obesity (mainly visceral)

­ islet of Langerhans cells antibodies ­ islet of Langerhans cells antibodies are are rarerare

­ increased insulin resistance     ­ increased insulin resistance

­ nonspecific changes ­ nonspecific changes (damage) of islet cells     (damage) of islet cells

­ usually not insulin dependent     ­ usually not insulin dependent

under stress)  bodies  under stress) ­ individuals are not ketosis prone (but they may form  ­ individuals are not ketosis prone (but they may form  keton bodies      keton

Main symptomes and signs of DM and mechanisms  Main symptomes and signs of DM and mechanisms

of their onset of their onset

(cid:0) (cid:0)  transport of   (cid:0)  transport of

(cid:0) (cid:0)

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)  glycemia  glycemia (cid:0)  gluconeogenesis in liver   gluconeogenesis in liver (cid:0) (cid:0)  blood level of   blood level of

(cid:0) Hyperglycemia: Hyperglycemia: (cid:0)   relative or absolute deficiency of insulin effect  relative or absolute deficiency of insulin effect (cid:0) glucose to muscle and fat cells (cid:0)       glucose to muscle and fat cells  (cid:0)   (cid:0) (cid:0)   insulin effect  insulin effect (cid:0) glucose       glucose (cid:0)   glycogenolysis (cid:0)   (cid:0) (?) glycogenolysis (?)

(cid:0) hyperglycemia (8­15 mmol/l) (cid:0) Glycosuria:  hyperglycemia (8­15 mmol/l)  Glycosuria: glycosuria  glycosuria

(cid:0)

high blood level of glucose (cid:0) Polyuria: high blood level of glucose  Polyuria: filtered by the glomeruli of the kidney (cid:0)                 filtered by the glomeruli of the kidney                   of renal tubules for glucose is exceeded  (cid:0)                  of renal tubules for glucose is exceeded increased amount of glucose   increased amount of glucose  (cid:0) absorbtion capacity absorbtion capacity (cid:0) glycosuria results glycosuria results,,

amounts of water lost in the urine  accompanied by large  amounts of water lost in the urine

accompanied by large                     (osmotic effect of glucose)                 (osmotic effect of glucose)

(cid:0)

(cid:0) hyperosmolality of  hyperosmolality of  to ECF (IVF) (cid:0) water moves from cells  to ECF (IVF) (cid:0) water moves from cells

(cid:0)

(cid:0) (cid:0) of thirst feeling hypothalamus) ) (cid:0)  feeling  ((inin  hypothalamus

(cid:0) high blood level of glucose (cid:0) Polydipsia : high blood level of glucose  Polydipsia : plasma (cid:0)                     plasma                                           (cid:0)(cid:0)                               (cid:0)                                (cid:0) intracellular dehydratation  (cid:0)   intracellular dehydratation creation of thirst   creation  (cid:0) intake of fluids   (cid:0) intake of fluids

depletion of cellular stores of carbohydrates, fats,  Polyphagia: depletion of cellular stores of carbohydrates, fats,  Polyphagia:

and proteins results  in and proteins results  in cellular starvation and a  cellular starvation and a

corresponding increase in hunger corresponding increase in hunger

Weight loss :  fluid loss Weight loss : fluid loss in in osmotic diuresis loss of body tissue   osmotic diuresis, , loss of body tissue

as fats and proteins are used for energy creation as fats and proteins are used for energy creation

Fatigue :  metabolic changes result in  Fatigue :

(cid:0) lethargy and fatique   lethargy and fatique

metabolic changes result in poor use of food  poor use of food  products (cid:0)                  products

Complications of Diabetes Mellitus Complications of Diabetes Mellitus

Acute complications A.A. Acute complications Hypoglycemia       ••  Hypoglycemia        Ketoacidosis       ••  Ketoacidosis        Hyperosmolar hyperglycemic nonketotic coma         ••  Hyperosmolar hyperglycemic nonketotic coma

Chronic complications   B.B.  Chronic complications

••  Diabetic micro­ and macro

Diabetic micro­ and macrovascular

changes vascular changes

Diabetic neuropathy       ••  Diabetic neuropathy        Diabetic retinopathy       ••  Diabetic retinopathy        Diabetic nephropathy       ••  Diabetic nephropathy        Other complications       ••  Other complications

(cid:0) ) ­ results from: mmol/l of blood glucose) ­ results from:

Acute complications A.A. Acute complications 1. Hypoglycemia ( ((cid:0) 1. Hypoglycemia

3.33.3mmol/l of blood glucose

a) exogenous causes

exercise a) exogenous causes   ­ overdose of insuline plus inadequate   ­ overdose of insuline plus inadequate  food intake,  increasedd exercise food intake,  increase

­ overdose of oral hypoglycemi  agents ­ overdose of oral hypoglycemicc agents                                              ­ alcohol                                               ­ alcohol                                              ­ other agents (e.g. salicylates)                                               ­ other agents (e.g. salicylates)

b) endogenous causes  ­ insulinoma (neoplasm of beta cells  b) endogenous causes ­ insulinoma (neoplasm of beta cells            of islet of Langerhans)                                                     of islet of Langerhans)                                                      ­ extrapancreatic neoplasm (hepatomas,                                                ­ extrapancreatic neoplasm (hepatomas,                                               tumor of  GIT)                                                 tumor of  GIT)                                                                                                 ­ inborn errors of metabolism (fructose  ­ inborn errors of metabolism (fructose                                                intolerance)              intolerance)

Symptoms and signs of hypoglycemia  are caused b epinephrine  Symptoms and signs of hypoglycemia  are caused by y epinephrine

(sweating, shakiness, headache, palpitation)  and by and by lack lack  of of

release (sweating, shakiness, headache, palpitation) release    glucose in the brain (bizarre behavio glucose in the brain (bizarre behaviouur, dullness coma).   r, dullness, , coma).

Hypoglycemia unawareness (HU)

Cause: antihypoglycemic mechanisms are insufficient

Result: hypoglycemia develops without warning               symptoms and signs

Pathomechanism involved in HU development:

• Primary defect is localised to the CNS

­ (cid:0)  or loss of neurotransmiter production on                 hypoglycemic stimulus

­ (cid:0)  reactivity of peripheral tissues counterregulatory                hormones

Consequences: Deep hypoglycemia (cid:0) hypoglycemic coma (cid:0)

(cid:0) death

2.2. Diabetic ketoacidosis Diabetic ketoacidosis  ­ ­ the most serious metabolic  the most serious metabolic  complication of DM    complication of DM

(cid:0) glycosuria   hyperglycemia and  glycosuria   hyperglycemia and

– – It develops when there is  It develops when there is severe insulin insufficiency severe insulin insufficiency       Insulin insufficiency triggers a complex metabolic reactions      – Insulin insufficiency triggers a  complex metabolic reactions        –  which involve:         which involve:          ­ decreased  glucose utilisation  (cid:0)           ­ decreased  glucose utilisation

(cid:0) hyperglycemia  hyperglycemia acceleration of gluconeogenesis    (cid:0)     ­­  acceleration of gluconeogenesis

(cid:0) increase  increase

(cid:0) production of ketone bodies production of ketone  bodies

(cid:0) hyperketonemia hyperketonemia

(cid:0) (cid:0) ­ decreased lipogenesis and increased lipolysis(cid:0)     ­ decreased lipogenesis and increased lipolysis free  fatty acids (cid:0) oxidation of  free  fatty acids      oxidation of      (aceto­­acetate, hydroxy            (aceto           metabolic acidosis  (cid:0)              (cid:0)   metabolic acidosis butyrate, and acetone) ) (cid:0) acetate, hydroxy­­butyrate, and acetone   coma coma

3.3. Hyperosmolar hyperglycemic nonketotic coma (HHNC)   Hyperosmolar hyperglycemic nonketotic coma(HHNC) (hyperosmolar  hyperglycemic syndrome)      (hyperosmolar  hyperglycemic syndrome)

(cid:0) ­ insulin is present to some degree  (cid:0) a)a)  ­ insulin is present to some degree it inhibits fat    it inhibits fat

(cid:0) breakdown  (cid:0)        breakdown lack of ketosis   lack of ketosis

(cid:0) ­ insulin is present to some degree  (cid:0) b)b)  ­ insulin is present to some degree its effectivity is    its effectivity is

(cid:0)

(cid:0) (cid:0) glycosuria and polyuria (cid:0)   glycosuria and polyuria body fluids   body fluids

(cid:0) (cid:0) less than needed for  effective glucose transport (cid:0)        less than needed for  effective glucose transport          hyperglycemia  (cid:0)        hyperglycemia         depletion (cid:0)                    depletion intracellular dehydration (cid:0)  intracellular dehydration neurologic   neurologic

disturbancies (stupor , coma)) disturbancies (stupor, coma

Chronic complications   B.B. Chronic complications              Today, long­term survival of patient suffering from DM is the  Today, long­term survival of patient suffering from DM is the  neuropathy, microvascular rule. As a  result,  the problems of  neuropathy, microvascular     rule. As a  result,  the problems of

have become important disease, and macrovascular disease  have become important

probably the most common  (DN) ­ ­ probably the most common

Pathogenesis: disease, and macrovascular disease                         1.1.  Diabetic  neuropathies Diabetic  neuropathies(DN)       complication in DM           complication in DM                      Pathogenesis:

of vasa nervorum a) vascular damage of vasa nervorum a) vascular damage

b) metabolic damage  of nerve cels b) metabolic damage of nerve cels                          c)  non­enzymatic glycation of proteins                         c)  non­enzymatic glycation of proteins

The very first The very first morphologic morphologic and functional and functional change changess: :

axonal degeneration preferentially involved unmyelinated fibers ­ ­ axonal degeneration preferentially involved unmyelinated fibers (in spinal cord, the posterior root ganglia, peripheral nerves))     (in spinal cord, the posterior root ganglia, peripheral nerves

Functional consequences:        Functional consequences:

­ abnormalities in motor nerve function        ­ abnormalities in motor nerve function         (in advanced stages of DM)         (in advanced stages of DM)

­ sensory nerve conduction is impaired       ­ sensory nerve conduction is impaired

....)) hypotension....

­ autonomic neuropathy (diabetic diarrhea, orthostatic        ­ autonomic neuropathy (diabetic diarrhea, orthostatic                 hypotension                           Possible mechanisms Possible mechanisms involved in development involved in development ofof DN DN

­ blood supply to nerves is decreased because of microvascular        ­ blood supply to nerves is decreased because of microvascular

damage damage (vasa nervorum may be damaged)          (vasa nervorum may be damaged)

­ energy source for normal rest membrane potential maintain is         ­ energy source for normal rest membrane potential maintain is        insufficient         insufficient

­ increased accumulation of sorbitol and fructose, decreased        ­ increased accumulation of sorbitol and fructose, decreased           concentration of myoinositol          concentration of myoinositol

­ non­enzymatic glycation of protein ­ non­enzymatic glycation of proteins s

2. Diabetic micro­ and macroangiopathies

Main functions of vascular endotelium

• regulates vascular tone and permeability

• regulates the balance between coagulation and fibrinolysis

• regulation of subendothelial matrix composition

• influences extravasation of leucocytes

• influences the proliferation of vascular smooth muscle    and renal mesangial cells

To curry out these functions, the endothelium produces   components of extracellular matrix and variety of   regulatory mediators

Microvascular disease ­ ­  specific lesion of DM that affect A)A) Microvascular disease capillaries   specific lesion of DM that affect  capillaries        and arterioles of the retina, renal glomeruli, peripheral nerves, muscles and arterioles of the retina, renal glomeruli,  peripheral nerves, muscles         and skin         and skin

of the capillary   basement membrane  basement membrane

Characteristic lesion :       Characteristic lesion :                 ­ ­ thickening        thickening   of the capillary         ­ ­ increased accumulation of glycoprotein in wall of small  increased accumulation of glycoprotein in wall of small       arteries and capillaries          arteries and capillaries

a)a)Retinopathy

microangiopathy

Retinopathy ­  ­ it is the result of retinal ischemia caused by  it is the result of retinal ischemia caused by                                                                microangiopathy

involved in retinopathy occurence::

Pathomechanisms involved in retinopathy occurence     ­ increased retinal capillary permeability, vein dilation ­ increased retinal capillary permeability, vein dilation ­ microaneurism formation and hemorrhages      ­ microaneurism formation and hemorrhages      ­ narrowing of small arteries lumen ­ narrowing of small arteries lumen      ­ neovasculari

ation and fibrous tissue formation within  ­ neovascularissation and fibrous tissue formation within

(cid:0) Pathomechanisms                                                                               the retina               the retina                  ­ retinal scars formation  (cid:0)      ­ retinal scars formation

blindness   blindness

Vessels in retina in healthy man

Diabetic retinopathy – hard exudates, dot­and­blot hemorrhages, hard exudates attacks the fovea, cotton­wool patches,microaneurysms

Diabetic retinopathy – neovascularisation of neural target

caused

nephropathy: Pathologic processes involved in diabetic diabetic nephropathy:

diffuse intercapillary                            ­ glomerular enlargement                  ­ ­ diffuse intercapillary

b) Nephropathy ­ ­  it is the result of glomerular changes b) Nephropathy it is the result of glomerular changes caused  by DMby DM                                                                                                              Pathologic processes involved in                                           ­ glomerular enlargement

­ glomerular basement membrane

glomerulosclerosis        glomerulosclerosis

(cid:0) (cid:0)

­ glomerular basement membrane      thickening          thickening                                                                                proteinuria                                                                         proteinuria        (more than 0.3g/day)) hypertension often occurs       (more than 0.3g/day     ­ ­ systemic  systemic hypertension often occurs          ­ neuropathy ­ see at B1.      ­ neuropathy ­ see at B1.

Diabetic nephropathy ­ nodular glomerulosclerosis  and hyalinic atherosclerosis of small artery

Diabeti changes of glomerulus – advanced changes  of the glomerulus

Macrovascular disease  ­­  atherosclerotic lesion atherosclerotic lesion   of larger arteries  (coronary arteries, brain arteries,

(coronary arteries, brain arteries,   peripheral arteries) peripheral  arteries)

B)B) Macrovascular disease      of larger arteries                     Main biochemical disturbancies leading to macrovascular Main biochemical disturbancies leading to macrovascular

disease::         disease

(cid:0)

by thrombus,  occlusion by thrombus,

(cid:0)

­ accumulation of sorbitol in the vascular intima ­ accumulation of sorbitol in the vascular intima         ­ hyperlipoproteinemia (cid:0)        ­ hyperlipoproteinemia    vascular abnormality in blood          vascular abnormality in blood                                                            coagulation coagulation,, occlusion                                                            accelerated  atherosclerosis                                                           accelerated  atherosclerosis                                                                                      Coronary artery disease    (cid:0)        a)a)  Coronary artery disease         acute or chronic  myocardial   acute or chronic myocardial  infarction ischemia and/or infarction                                                             ischemia and/or

(cid:0) cerebral ischemia acute or chronic  cerebral ischemia   acute or chronic

(cid:0)

Stroke  (cid:0)        b)b)  Stroke         Peripheral vascular disease  (cid:0)        c)c)  Peripheral vascular disease gangrene and amputation gangrene and amputation (diabetic foot)         (diabetic foot)

Infection 3. 3. Infection

at increased risk for infection  with DM are are at increased risk for infection

Persons       Persons with DM  throughout the body.                                                                                       throughout the body.

(cid:0)

(cid:0)

(cid:0) Causes:     Causes:       senses (neuropathy, retinopathy)  (cid:0)            ­ ­ disturbancies disturbancies of of senses (neuropathy, retinopathy)               decreasing the function of early  warning system (cid:0)               decreasing the function of early  warning system                 breaks in skin integrity               breaks in skin integrity                                          ­ tissue hypoxia (macro­ and microangiopathy)            ­ tissue hypoxia (macro­ and microangiopathy) pathogens   pathogens

­ increased level glucose in body fluids (cid:0) ­ increased level glucose in body fluids  to multiply rapidly     areare  ableable  to multiply rapidly

­ white blood cells supply to the tissue is decreased ­ white blood cells supply to the tissue is decreased

­ function of white blood cells is impaired   ­ function of white blood cells is impaired

Diabetic nephropathy­ infection present in renal pelvis