Використання та зловживання моделюванням діабету HOMA

Анотація

Оцінка гомеостатичної моделі (HOMA) - це метод оцінки функції β-клітин та інсулінорезистентності (ІР) від концентрації базальної (натще) глюкози та інсуліну або С-пептиду. Про це повідомляється в> 500 публікацій, що в 20 разів частіше для оцінки ІЧ, ніж функція β-клітин.

У цій статті підсумовуються фізіологічні основи HOMA, структурна модель стаціонарних доменів інсуліну та глюкози, побудована на основі фізіологічних реакцій на дозу поглинання та виробництва інсуліну. Печінковий та периферичний відплив та поглинання глюкози моделювались залежно від концентрації глюкози та інсуліну у плазмі крові. Зниження функції β-клітин моделювали шляхом зміни відповіді β-клітин на концентрацію глюкози в плазмі крові. Оригінальна модель HOMA була описана в 1985 р. Із формулою для приблизної оцінки. Комп’ютерна модель доступна, але не використовувалася настільки широко, як формули наближення. HOMA підтверджено на основі різних фізіологічних методів.

Ми розглядаємо використання та звітування про HOMA в літературі та даємо вказівки щодо його відповідного використання (наприклад, когортних та епідеміологічних досліджень) та невідповідного використання (наприклад, вимірювання функції β-клітин ізольовано). Модель HOMA вигідно порівнює з іншими моделями і має ту перевагу, що вимагає лише одного зразка плазми, аналізованого на інсулін та глюкозу.

На закінчення, модель HOMA стала широко використовуваним клінічним та епідеміологічним інструментом, і при відповідному застосуванні вона може дати цінні дані. Однак, як і у всіх моделях, первинні вхідні дані повинні бути надійними, а дані потрібно ретельно інтерпретувати.

CIGMA, оцінка безперервної інфузійної моделі глюкози
FPG, глюкоза в плазмі натще
FPI, інсулін у плазмі натще
HOMA, оцінка гомеостатичної моделі
IGT, порушення толерантності до глюкози
ІЧ, інсулінорезистентність
IRAS, Дослідження атеосклерозу резистентності до інсуліну
IVGTT, внутрішньовенний тест на толерантність до глюкози
NGT, нормальна толерантність до глюкози
OGTT, пероральний тест на толерантність до глюкози
QUICKI, Кількісний індекс перевірки чутливості до інсуліну
RIA, радіоімуноаналіз
UKPDS, Великобританія Проспективне дослідження діабету

Оцінка гомеостатичної моделі (HOMA) функції β-клітин та інсулінорезистентності (ІР) була вперше описана в 1985 р. (1). Ця методика є методом оцінки функції β-клітин та ІР за концентрацією базальної глюкози та інсуліну або С-пептиду. Модель широко застосовується з моменту її першої публікації, і ми представляємо тут огляд моделі та її відповідне використання та обмеження в клінічній науці.

Види моделі

На відміну від підгонки кривих або "мінімальних моделей", таких як описані Бергманом та Кобеллі (2), HOMA є однією з сімейства "моделей парадигми". Два типи моделі побудовані на різній основі, і їх використання вимагає помітно різної вибірки. Мінімальні моделі беруть окремі динамічні дані та використовують рівняння, що відповідають кривим, для визначення оптимального (хоча і не завжди унікального) математичного рішення для опису даних (тобто для кожного набору даних потрібно обчислення). Моделі парадигми - це фізіологічно засновані структурні моделі з теоретичними рішеннями, пристосованими до норм популяції; таким чином, дані людей можуть бути використані для отримання оцінок функції β-клітин та чутливості до інсуліну з розчину без подальших обчислень.

Мінімальна модель Бергмана та Кобеллі, яка використовує рівняння, що відповідають кривим, обмежена невеликою кількістю змінних, вимагає значного часового ряду даних тесту на толерантність до глюкози плюс додатковий стимул від толбутаміду або інсуліну для отримання унікального розчину. Навпаки, модель HOMA отримана з математичної оцінки взаємодії між функцією β-клітин та ІЧ в ідеалізованій моделі, яка потім використовується для обчислення рівноважних концентрацій інсуліну та глюкози. Вихід моделі відкалібровано, щоб отримати нормальну функцію β-клітин 100% і нормальну ІЧ 1. Після того, як цей взаємозв’язок розрахований, можна оцінити функцію β-клітин та ІЧ для будь-якої пари концентрацій глюкози та інсуліну в плазмі без необхідності переобладнати модель.

Фізіологічні основи моделі HOMA

Модель HOMA використовується для отримання оцінки чутливості до інсуліну та функції β-клітин на основі концентрацій інсуліну та глюкози в плазмі натще (1). Взаємозв'язок між глюкозою та інсуліном у базальному стані відображає баланс між виходом глюкози в печінці та секрецією інсуліну, що підтримується за допомогою циклу зворотного зв'язку між печінкою та β-клітинами (3). Прогнози, використані в моделі, випливають із експериментальних даних для людей та тварин. Крива відповіді β-клітин (рис. 1А) спочатку була побудована на основі базової швидкості продукування 10 мО/хв (74 пмоль/хв) (4) при рівні глюкози в плазмі 4 ммоль/л в інсулін простір 13 л із періодом напіввиведення інсуліну з плазми крові 4 хв (5). Виплив та поглинання печінкової глюкози моделюються залежно від концентрації глюкози та інсуліну у плазмі крові (рис. 1B) (6). Інсулін моделюється для розпаду з періодом напіввиведення 3,8 хв з додатковим повільним компонентом (5,7); концентрація інсуліну контролює засвоєння глюкози в жирі та м’язах (рис. 1C та D). Передбачається, що базальний витік глюкози 0,8 ммоль/хв (8,9) потрапляє в простір 17 л (9,10). У нормальних людей 50% базального обороту глюкози припадає на нервову систему, і це глюкозозалежний процес (рис. 1E) (11). Решта поглинання глюкози м’язами (12–14) та жиром залежать як від глюкози, так і від інсуліну (рис. 1C та D) (15).

Зниження функції β-клітин моделювали шляхом зміни відповіді β-клітин на концентрацію глюкози в плазмі крові. Чутливість до інсуліну моделювали пропорційно зменшуючи вплив концентрації інсуліну в плазмі крові як на печінку, так і на периферію (3). У будь-якій ситуації оборот глюкози в моделі залишається постійним. Не розрізняють чутливість до печінкового інсуліну та периферичну чутливість до інсуліну.

HOMA1: оригінальна модель HOMA

HOMA1, оригінальна модель від Matthews et al. (1) (рис. 2А), містив просте математичне наближення вихідного нелінійного рішення ітераційних рівнянь (це пояснення експоненціальних функцій, які у цій статті скасовано). Рівняння широко використовуються та спрощуються до: HOMA1-IR = (FPI × FPG) /22,5 HOMA1-% B = (20 × FPI)/(FPG - 3,5) відповідно для функції ІЧ та β-клітин, де FPI голодує концентрація інсуліну в плазмі (мО/л) і FPG - глюкоза в плазмі натще (ммоль/л).