Einfluß einer 5 Tage anhaltenden hyperkalorischen Glukosezufuhr auf Blutzucker, Insulinsekretion, Freßverhalten und Körpergewicht der Ratte

Abstract

In der vorliegenden Arbeit sollte untersucht werden, wie sich eine permanent (5 Tage) stark erhöhte, hyperkalorische Glukosezufuhr auf die Funktion der B-Zelle auswirkt. Zu diesem Zweck wurde die Methode der Glukosedauerinfusion ( fünftägige Dauerinfusion mit einer 50%tigen Glukoselösung und mit einer Infusionsrate von 2ml/Stunde) angewandt. 24 Stunden nach Infusionsbeginn erreichen die Blutzuckerwerte bei glukoseinfundierten Ratten das Maximum von 475 mg/dl. Sie sinken dann ab und liegen nach 5 Tagen mit 130 mg/dl auf gleichem Niveau wie die der Kontrolltiere. Der Plasmainsulinspiegel ist bei den glukoseinfundierten Ratten während der gesamten Infusionsdauer erhöht. Schon im Inkubationsmedium, welches keine Glukose enthält, ist die Insulinekretion mit 500µU Insulin /5Inseln /60min nach 2 Tagen zehnmal und mit 230µU Insulin /5Inseln /60min nach 5 Tagen noch fast fünfmal stärker erhöht als bei den Kontrolltieren. Dieser Anstieg hält bei einer Stimulation mit Glukosekonzentrationen von 2,8 mM bis 11,1 mM an. Bei weiterer Erhöhung der Glukosekonzentrationen auf bis 28 mM ist die Insulinsekretion nicht mehr steigerbar. Der ATP/ADP-Quotient von 5 schon bei der Inkubation ohne Glukose unterscheidet sich signifikant von dem Quotienten (3,8) der Kontrolltiere. Bei Stimulation mit Glukosekonzentrationen von 2,8 mM bis 28 mM sind die gefundenen ATP/ADP-Quotienten glukose- und kochsalzinfundierter Ratten nicht mehr voneinander signifikant verschieden.Die DNA-Gehalte Langerhans’scher Inseln sowohl bei glukose- als auch kochsalzinfundierten Ratten sind gleich. Bezüglich der Proteingehalte findet sich im Vergleich zu den Kontrollen bei den glukoseinfundierten Tieren eine 80%ige Zunahme. Umgekehrt verhält es sich bei Insulingehalten: Nach 5 Tagen Glukoseinfusion ist der Insulingehalt um 80% vermindert. Bei den glukoseinfundierten Ratten ist während der fünftägigen Dauerinfusion der Futterverbrauch um ein Drittel gesunken. Dagegen fand sich bei denselben Tieren eine Zunahme des Körpergewichtes um 4 g. Eine Glukoseausscheidung im Urin konnte bei den mit Glukose infundierten Ratten nach 5 Tagen Infusion nicht beobachtet werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass der Gesamtorganismus auf die permanent erhöhte Kalorienzufuhr durch Glukose sein Insulinsekretionspotential gesteigert hat und zwar durch Hypertrophie und Sensibilisierung der B-Zellen gegenüber Glukose.

Pancreatic B-cells have the remarkable ability to keep glucose levels in blood within a very narrow range for the lifetime of most individuals, but failure of this capacity is a fundamental part of the pathogenesis of all forms of diabetes. Type 2 diabetes is characterized by diminished or inappropriate secretion of insulin. And hyperglycemia does exist for a long term before onset of this disease. In this study the method of glucose infusion was used to investigate the effects of glucose oversupply on insulin secretion in rats. Chronic catheters were inserted via the right jugular vein into the right atrium. The free end was routed subcutaneously, externalized between the shoulders and connected to a Perfusor syringe pump. After receiving an infusion 0.9% NaCl (0.5ml/h) for a recovery period of 48h, rats continuously obtained a 50% glucose solution (GIR = glucose infused rats) or 0.45% saline (SIR = saline infused rats) at a rate of 2.0ml/h for 48h or extended to 120h. Blood samples were collected from the tail vein. After successful infusions pancreases were separated and Langerhans islets were collected for further experiments. Plasma glucose strongly increased after 24h glucose infusion and slowly declined to euglycemia after 120h. Insulin secretion of islets from 48h glucose infused rats was tenfold higher compared with control. The islets of 120h glucose infused rats still showed a fivefold higher insulin release than control group. ATP/ADP ratio of GIR significantly increased even in incubation solution without glucose. Both groups had the same DNA contents whereas 80% more protein were found in islets from GIR. Insulin content of islets from GIR dropped to as little as 20% compared with SIR. Consumption of diet was reduced to 35% whereas 4g more weight were found in GIR after 120h of infusion. Glucose could not be detected in urine in both groups after 120 of infusion. The data suggest that the GIR group has tried to cope with the glucose oversupply by sensitizing the B-cells. Moreover, the fact that the DNA content from GIR remained unchanged whereas about 80% more protein were found shows the hypertrophy of B-cells to increase their insulin secretory capacity.