Hypoglycaemia: Studies on central and peripheral nerve function.

Abstract

Hypoglycaemia is an acute complication to insulin-treatment in type 1 diabetes mellitus, which affects many physiological parameters, deteriorates the cognitive function, and may lead to death. The aim of this thesis was to study nerve function, cognitive function and cerebral blood flow during and after hypoglycaemia in healthy subjects and to study certain aspects of a fall in blood glucose in patients with type 1 diabetes mellitus.



In paper I, in patients with type 1 diabetes in a poor glycaemic control an insulin-induced rapid fall in blood glucose (18 to 9 mmol/L during 80 min) induced an increased cerebral blood flow by 17%. This is the same response as elicited in healthy subjects when blood glucose is lowered below 2.5 mmol/L, indicating that there was an adaptation to the high blood glucose level in our patients. In papers II and III, the recovery after hypoglycaemia (2.2-2.5 mmol/L) was studied in healthy subjects. The cognitive function was restored at the teast session starting 15 min after normalisation of blood glucose. The cerebral blood flow however remained elevated by 11% 1.5 hours after hypoglycaemia, indicating that cerebral blood flow is regulated by additional factors besides hypoglycaemia. In paper IV, the verve conduction velocity was decreased in the peroneal nerve after hypoglycaemia in healthy subjects, while it was unchanged in the median nerve and in the sural nerve. Hypoglycaemia may thus aggravate the nerve function in diabetes. In paper V, the QT interval in the electrocardiogram (ECG) was measured during and after hypoglycaemia in healthy subjects. The QT interval was prolonged to the upper normal range during hypoglycaemia, which is known to increase the risk for malignant ventricular arrhythmias. In paper VI, a group of cosecutive patients with type 1 diabetes and rapidly progressive severe retinopathy was compared retospectively with patients matched for age and diabetes duration. The patients with severe retinopathy had higher blood glucose level during the recorded 45 months before diagnosis, but the year before the diagnosis of severe retinopathy their blood glucose level decreased significantly to the same level as that of the control group during the observed time period. The year before the diagnosis they had minimal or no retinopathy. It seems plausible, that in these patients the longstanding high blood glucose level had induced retinal blood flow changes and unfavorable metabolic pathways, and that the decrease in blood glucose was detrimental yo yhe neural tissue, not being able to compensate for the relative hypoglycaemia.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Vid typ 1 diabetes har patienten ingen egen insulinproduktion, utan måste tillföra insulin via injektioner i underhudsfettet. Insulinbehovet är inte konstant, utan varierar beroende på olika faktorer, t.ex. fysisk aktivitet och födointag. Eftersom det är svårt att alltid rätt förutsäga vilken insulinmängd man behöver, varierar blodsockret (blodglukos) mer hos en insulinbehandlad patient än hos en frisk person. Blodsockret hos en icke-diabetiker varierar mellan 3,5-7,0 mmol/L, men kan i enstaka fall vara både högre och lägre. Man tar ett blodprov ca var tredje månad för att få reda på medelnivån på blodsockret. Detta prov anger hur mycket glukos som är bundet på hemoglobinet (HbA1c). Ju högre blodsockernivå, desto mer glukos binds till hemoglobinet. En icke-diabetiker har HbA1c 4-5%, medan en patient med välinställd typ 1 diabetes har 6-7%.



Flera studier har visat att vid typ 1 diabetes minskar risken för skador på ögon, nervbanor och njurar om HbA1c-värdet är nära det som icke-diabetiker har. Men vid lägre HbA1cnivå ökar risken för att blodsockret skall sjunka till under 3 mmol/L, dvs hypoglykemi eller insulinkänning . Hypoglykemi av så allvarlig grad att man behöver hjälp av någon annan för att få i sig socker drabbar ca 10 % av patienterna per år och en liten del (max 4 %) av patienterna avlider pga hypoglykemi.



Patienter med typ 1 diabetes kan vänja sig vid olika blodsockernivåer. En del har mycket låg medelnivå, vilket medför att risken att drabbas av allvarlig hypoglykemi är kraftigt ökad, medan en större andel har för hög medelnivå. De brukar ändå må bra, men har ökad risk att drabbas av allvarliga komplikationer från ögon, nervbanor eller njurar.



Vid hypoglykemi frisätts hormoner som verkar blodsockerhöjande och som hjälper patienten att känna att blodsockret är lågt. De viktigaste hormonerna är glukagon och adrenalin. När adrenalinnivån stiger blir man darrig, får hjärtklappning, känner sig hungrig och blir svettig. Man kan också vid hypoglykemi få symptom i form av svårighet att koncentrera sig, bristande initiativförmåga och svaghetskänsla som beror på att hjärnan pga det låga blodsockret inte får tillräckligt med energi och därför fungerar sämre. Med tiden kommer de hormonberoende symptomen vid hypoglykemi att försvagas och dessutom blir symptomen svagare om patienten ofta har hypoglykemi. Symptomen som beror på att hjärnan får för lite glukos kvarstår, men de är svårare att lägga märke till än de hormonutlösta symptomen.



Hos en person som inte har diabetes ökar nivån av glukagon och adrenalin i blodet när blodsockret sjunker till ca 3,8 mmol/L och man känner att blodsockret är lågt vid ca 3,0 mmol/L. Vid diabetes har medelblodsockret betydelse för när man uppfattar att blodsockret är lågt. Vid högt HbA1c kan en snabb sänkning av blodsockret uppfattas som en hypoglykemi, trots att blodsockret fortfarande är högre än det för friska normala intervallet.



Hypoglykemi framkallar många reaktioner i kroppen, bl.a påverkas blodflödet till olika organ. Blodflödet till hjärnan ökar, medan det minskar till njurarna. Magsäcken tömmer snabbare sitt innehåll till tolvfingertarmen och blodets koagulationsförmåga ökar något.



Reaktionerna vid hypoglykemi har studerats under kontrollerade former i många år både hos patienter med diabetes och hos friska personer. Vid sådana undersökningar ges försökspersonen ett intravenöst dropp med insulin och ett med glukos. Genom att variera dropptakten i de två droppen kan man få försökspersonen att hamna på vilken blodsockernivå som helst.



Experimentellt framkallad hypoglykemi kan inte helt jämföras med hypoglykemi i det dagliga livet, främst pga att insulinnivån i blodet är mycket högre vid experimenten. Det finns undersökningar som tyder på att den höga insulinnivån förstärker hormonreaktionerna vid experimentellt framkallad hypoglykemi.



Syftet med denna avhandling var:



Att studera blodflödet till hjärnan vid snabb blodsockersänkning hos patienter med högt HbA1c. Att följa återhämtningen av hjärnans funktion och blodflödet till hjärnan efter hypoglykemi hos friska personer. Att studera nervledningshastighet och EKG under och efter hypoglykemi Att jämföra HbA1c hos en grupp patienter med allvarliga ögonförändringar med en grupp utan ögonförändringar.



I arbete I sänkte vi blodsockret från 18 till 9 mmol/L på 80 min hos patienter med typ 1 diabetes med högt HbA1c. Blodflödet till hjärnan ökade då i samma grad som hos friska personer som utsätts för hypoglykemi. Reaktionen var långsammare hos diabetikerna än hos friska, vilket är i överensstämmelse med andra undersökningar, där man funnit att förändringar i hjärnans blodflöde är långsammare hos diabetiker. Resultatet tyder på att hjärnan har anpassat sig till den höga blodsockernivån och att därför denna sänkning uppfattas som en brist på glukos, varvid blodflödet ökar för att tillföra mer glukos. I arbete II och III studerades återhämtningsfasen efter hypoglykemi hos friska försökspersoner. Hjärnans funktion följdes med reaktionstidsmätning på så sätt att försökspersonen fick se vita och svarta rektanglar på en datorskärm och så snabbt som möjligt skulle se om det fanns en liggande, svart rektangel. De tryckte på en tangent för ja och en annan för nej. Samtidigt registrerades den svaga elektriska signal som alstras i hjärnan vid denna aktivitet. Denna signal kallas P300 och vid bl.a. hypoglykemi kan denna signal bli fördröjd och minska i styrka. Vid hypoglykemi med blodsocker 2,5 mmol/L under en timme fick försökspersonerna en förlängd reaktionstid och minskning av P300. Redan vid testomgången som startade 15 min efter att blodsockret åter var normalt var resultaten åter normala. Detta tyder på att hjärnan snabbt återhämtar sig efter hypoglykemi. Blodflödet till hjärnan ökade som väntat när blodsockret sänktes till 2,2 mmol/L. I motsats till vad vi hade förväntat oss återgick inte blodflödet till utgångsvärdet, utan kvarstod på en högre nivå under hela försöket. Sista mätningen gjordes drygt 1½ timme efter att blodsockret åter var normalt. Något i vår testsituation kan eventuellt ha påverkat blodflödet. Den mest närliggande hypotesen är att maten som försökspersonerna fick efter hypoglykemin har påverkat blodflödet. Vid en tidigare studie har man dock visat att en liten måltid inte påverkar blodflödet till hjärnan hos friska personer. Tidigare försök har också visat att det inte är ett linjärt förhållande mellan hjärnans aktivitet och ökning av blodflöde vid denna aktivitet, utan det kan vara så, att hypoglykemin startar en reaktion som leder till ökat blodflöde, som endast långsamt avtar.



I arbete IV mättes nervledningshastigheten i underarm och underben hos friska försökspersoner före och 2 tim efter hypoglykemi. Nervledningshastigheten var efter hypoglykemin sänkt i en av nerverna i underbenet, vilket tyder på att hypoglykemi kan vara ytterligare en påfrestning på nervfunktionen som vid diabetes skadas av den förhöjda blodsockernivån.



I arbete V studerades EKG under och efter hypoglykemi hos friska försökspersoner. Vi fann att under hypoglykemi och vid registrering 20 min efter normalisering av blodsockret var den s.k. QT-tiden förlängd. Denna förlängning beror sannolikt på en kombination av låg kaliumnivå i blodet och en egen effekt av det låga blodsockret. En förlängning av QT-tiden ökar risken för snabb hjärtfrekvens av ett speciellt slag (torsade de pointes) som kan leda till kammarflimmer och död. Våra resultat styrker hypotesen att en sådan mekanism kan vara orsaken till plötslig, oväntad död hos personer med typ 1 diabetes utan komplikationer.



I arbete VI jämfördes en grupp unga patienter med allvarlig ögonkomplikation (retinopati) med en grupp med samma ålder och diabetesduration, men utan eller med lindrig retinopati. Jämförelse gjordes av deras HbA1c-värde och blodtryck under 45 mån före och 12 mån efter att diagnosen allvarlig retinopati ställdes. Retinopatigruppen hade fram till ett år före diagnosen väsentligt högre HbA1c-värden än kontrollgruppen. Under det sista året sjönk deras HbA1c från ca 10,5% till ca 8,5%, vilket var i samma storleksordning som kontrollgruppen hade under hela observationstiden. Blodtrycket var också högre i retinopatigruppen och fyra av de 14 patienterna hade blodtrycksbehandling. Andra studier av blodflödet i ögats blodkärl har visat att det förändras vid diabetes och det finns undersökningar som visar både på ökning och minskning av blodfödet med tiden. Högt blodsocker påverkar ämnesomsättningen i ögats nervceller och ökar därmed bildning av ogynnsamma produkter. Hos gruppen med allvarlig retinopati i vår studie har dessa förändringar i näthinnan troligen gått så långt att den permanenta sänkningen av blodsockret blev en ytterligare belastning och ledde till ytterligare skador på blodkärl och nervceller.

• author: Eckert, Bodil
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Docent Berne, Christian, Dept of Internal Medicine, Uppsala
• organization: Medicine, Lund
• publishing date: 1998
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Other Clinical Medicine
• keywords: Endocrinology, severe retinopathy., QT interval, Type 1 diabetes, cerebral blood flow, secreting systems, diabetology, Endokrinologi, sekretion, diabetologi
• pages: 56 pages
• defense location: Wallenberg Neurocentrum, Sölveg 17, Lund.
• defense date: 1998-11-13 10:15:00
• external identifiers: other:ISRN: LUMEDW/MEMA--98 (1051) --SE
• language: English
• LU publication?: yes
• id: 2013c9c4-ddf4-4e4d-97e5-1c45286996aa (old id 39005)
• date added to LUP: 2016-04-04 12:02:42
• date last changed: 2023-04-18 18:20:23