Changes of endothelial glycocalyx, arterial elastic properties and coronary flow reserve (CFR) during oral glucose tolerance test in dysglycaemics and first-degree relatives of diabetic patients

Introduction: Insulin resistance is linked to endothelial dysfunction. We investigated whether first - degree relatives of type-2 diabetes patients (FDR) present differences in vascular function, glycocalyx thickness and LV deformation at baseline and during postprandial hyperglycemia compared to dysglycaemic or normoglycaemic subjects. Methods: We studied 40 FDR with normal oral glucose test (OGTT), 40 subjects with abnormal OGTT (dysglycaemic) and 20 subjects with normal OGTT without parental history of diabetes (normoglycaemic) with similar clinical characteristics. Glucose, insulin, pulse wave velocity (PWV), central systolic blood pressure (cSBP) and augmentation index (AIx) were measured at 0, 30, 60, 90 and 120min during OGTT. At 0 and 120min of OGTT we measured: a) Coronary flow reserve (CFR) was assessed using Doppler echocardiography b) LV longitudinal strain (LS) of subendocardial, mid-myocardial and subepicardial layers, global LS (GLS), peak twisting (pTw), twisting (pTwVel) and untwisting velocity (pUtwVel), by speckle tracking echocardiography c) perfused boundary region (PBR) of the sublingual arterial microvessels; high PBR values represent reduced glycocalyx thickness. Insulin sensitivity was evaluated using Matsuda and insulin sensitivity index (ISI). Results: FDR and dysglycaemics had higher fasting insulin and PBR, reduced ISI, Matsuda index as well as reduced CFR (2.54 ± 0.5 vs. 2.45 ± 0.3 vs. 2.74 ± 0.5), GLS (- 18.4 ± 2.6 and - 16.8 ± 2.0 vs. - 19.2 ± 2.4%), subendocardial LS (- 19.0 ± 4.2 and - 17.9 ± 3.0 vs. - 20.1 ± 3.4%), pTw (14.4 ± 4.4 and 15.6 ± 6.4 vs. 16.9 ± 6.5 deg) and pUtwVel and increased PWV (8.9 ± 1.1 vs. 10.3±2.4 vs. 8.0 ± 1.5 m/sec), AIx (23.8 ± 13.6 vs. 26.5 ± 14.4 vs.17.7 ± 14%) and cSBP than normoglycaemics (p < 0.05 for all comparisons). During OGTT, AIx was similarly reduced in both normoglycaemic and FDR (p < 0.05) at peak insulin levels (60 min) though FDR had 2 - fold higher insulin than normoglycaemics. AIx was increased in dysglycaemics after peak glucose levels, at 120 min (p < 0.05). CFR was reduced by 10% and 15% at 120 min in FDR and dysglycaemic respectively, while remained unchanged in normoglycaemics (p < 0.05). The percent reduction of CFR was related with the percent increase of glucose levels, ISI and Matsuda index (p < 0.05). ISI was related with baseline PBR, GLS and pTw in all subjects (p < 0.05). Compared to baseline, GLS and the sudendocardial LS decreased while pTw, pTwVel, pUtwVel increased in FDR and dysglycaemics post - OGTT (p < 0.05) indicating prevalence of the motion of the subepicardial over a dysfunctioning subendocardial myocardial helix. Increased PBR was related with impaired deformation markers at 0 and 120 min of OGTT (p < 0.05).Conclusions: First - degree relatives and dysglycaemic patients have impaired arterial and coronary microcirculatory function and reduced glycocalyx thickness related with impaired LV longitudinal, twisting - untwisting function. Insulin resistance determines acute vascular responses during postprandial hyperglycemia. Postprandial hyperglycemia when combined with insulin resistance causes LV longitudinal dysfunction leading to increased LV twisting.Εισαγωγή: Η αντίσταση στην ινσουλίνη συνδέεται με την ενδοθηλιακή δυσλειτουργία. Διερευνήσαμε αν οι συγγενείς πρώτου βαθμού ασθενών με σακχαρώδη διαβήτη τύπου 2 (FDR) παρουσιάζουν διαφορές στην αγγειακή λειτουργία, στο πάχος του γλυκοκάλυκα και στη παραμόρφωση της αριστερής κοιλίας (ΑΚ) πριν και στη διάρκεια της μεταγευματικής υπεργλυκαιμίας σε σύγκριση με δυσγλυκαιμικά ή ευγλυκαιμικά άτομα. Μέθοδοι: Μελετήσαμε 40 FDR με φυσιολογική από του στόματος δοκιμασία ανοχής στη γλυκόζη (OGTT), 40 άτομα με παθολογική OGTT (δυσγλυκαιμικοί) και 20 άτομα με φυσιολογική OGTT χωρίς οικογενειακό ιστορικό διαβήτη (ευγλυκαιμικοί) με παρόμοια κλινικά χαρακτηριστικά. Στα 0, 30, 60, 90 και 120 min της OGTT μετρήσαμε την γλυκόζη, την ινσουλίνη, την ταχύτητα του σφυγμικού κύματος (PWV) και τον δείκτη ενίσχυσης (AIx) του σφυγμικού κύματος. Στα 0 και 120 min της OGTT μετρήσαμε: α) την στεφανιαία εφεδρεία ροής (CFR) με την Doppler ηχωκαρδιογραφία, β) την επιμήκη παραμόρφωση (LS) της υπενδοκαρδιακής, μέσης-μυοκαρδιακής και υποεπικαρδιακής στιβάδας της ΑΚ, την συνολική LS (GLS), την μέγιστη συσπείρωση (pTw) και την ταχύτητα της μέγιστης συσπείρωσης (pTwVel) και αποσυσπείρωσης (pUtwVel) με την τεχνική speckle tracking και γ) το perfused boundary region του υπογλώσσιου τριχοειδικού δικτύου. Υψηλές τιμές PBR αντιστοιχούν σε μειωμένο πάχος γλυκοκάλυκα. Η αντίσταση στην ινσουλίνη εκτιμήθηκε με τους δείκτες Matsuda και ISI.Αποτελέσματα: Συγκριτικά με τους ευγλυκαιμικούς, οι FDR και οι δυσγλυκαιμικοί είχαν υψηλότερες τιμές ινσουλίνης νηστείας, PBR, μειωμένες τιμές δεικτών ISI και Matsuda καθώς και μειωμένη CFR (2,54 ± 0,5 και 2,45 ± 0,3 έναντι 2,74 ± 0,5), GLS (- 18,4 ± 2,6 και - 16,8 ± 2,0 έναντι - 19,2 ± 2,4%), υπενδοκαρδιακή LS (- 19,0 ± 4,2 και - 17,9 ± 3,0 έναντι - 20,1 ± 3,4%), pTw (14,4 ± 4,4 και 15,6 ± 6,4 έναντι 16,9 ± 6,5 deg) και pUtwVel και αυξημένη PWV (8,9 ± 1,1 και 10,3 ± 2,4 έναντι 8,0 ± 1,5 m/s), AIx (23,8 ± 13,6 και 26,5 ± 14,4 έναντι 17,7 ± 14%) και cSBP (p < 0,05 για όλες τις συγκρίσεις). Κατά τη διάρκεια της OGTT, o AIx ήταν παρόμοια μειωμένος στους ευγλυκαιμικούς και στους FDR (p < 0,05) στο χρονικό σημείο που καταγράφηκαν τα μέγιστα επίπεδα ινσουλίνης (60 min) αν και οι FDR είχαν 2 φορές υψηλότερη τιμή ινσουλίνης από τους ευγλυκαιμικούς. Ο AIx αυξήθηκε στους δυσγλυκαιμικούς μετά την επίτευξη των μέγιστων επιπέδων γλυκόζης στα 120 min (p < 0,05). H CFR μειώθηκε κατά 10% και 15% στα 120 min στους FDR και τους δυσγλυκαιμικούς αντίστοιχα, ενώ παρέμεινε αμετάβλητη στους ευγλυκαιμικούς (p < 0,05). Η εκατοστιαία μείωση της CFR συσχετίστηκε με την εκατοστιαία αύξηση των επιπέδων της γλυκόζης και τους δείκτες ISI και Matsuda (p < 0,05). Ο ISI συσχετίστηκε με τις αρχικές τιμές PBR, GLS και pTw σε όλα τα άτομα (p < 0,05). Συγκριτικά με τις αρχικές τιμές, η GLS και η ενδοκαρδιακή LS μειώθηκαν, ενώ η pTw, pTwVel και pUtwVel αυξήθηκαν στους FDR και στους δυσγλυκαιμικούς μετά την OGTT (p < 0,05) υποδηλώνοντας την επικράτηση της κίνησης της υποεπικαρδιακής έναντι της δυσλειτουργικής υπενδοκαρδιακής μυικής έλικας. Το αυξημένο PBR συσχετίστηκε με τους παθολογικούς δείκτες παραμόρφωσης της ΑΚ στα 0 και 120 min της OGTT (p < 0,05).Συμπεράσματα: Οι FDR και οι δυσγλυκαιμικοί παρουσιάζουν δυσλειτουργία στην αγγειακή και στεφανιαία μικροκυκλοφορία καθώς και μειωμένο πάχος γλυκοκάλυκα, που συνδέεται με διαταραχή της επιμήκους παραμόρφωσης, της συσπείρωσης και της αποσυσπείρωσης του μυοκαρδίου της ΑΚ. Η αντίσταση στην ινσουλίνη καθορίζει την οξεία αγγειακή απάντηση στη μεταγευματική υπεργλυκαιμία. Η τελευταία όταν συνδυάζεται με την αντίσταση στην ινσουλίνη προκαλεί δυσλειτουργία της επιμήκους μυοκαρδιακής παραμόρφωσης και οδηγεί σε αυξημένη συσπείρωση του μυοκαρδίου της ΑΚ