Effects of Impaired ATP Production and Glucose Sensitivity on Human β-Cell Function: A Simulation Study / Efecto de Alteraciones en la Producción de ATP y la Sensibilidad a la Glucosa en el Funcionamiento de la Célula β Humana: un Estudio de Simulación

ABSTRACT

In this paper we used a mathematical model to explore the effects of impaired ATP production and glucose sensitivity on the electrical response and insulin secretion of human β-cells. The model was extended by the addition of explicit empirical equations that describe recent experimental observations, namely, the increase of ATP as a function of glucose concentration and the oscillations in ATP at high glucose levels. Simulations were performed at selected glucose concentrations from an oral glucose tolerance test in normal subjects to evaluate the response of the human β-cell in normal and pathological scenarios. Our simulations reproduced experimental observations, such as the impaired insulin secretion as a consequence of β-cell dysfunction and restoration of electrical activity by the use of a sulfonylurea. Our results suggest that both reduced glucose sensitivity and impaired ATP production could be related to the pathogenesis of type 2 diabetes.

RESUMEN

En este artículo usamos un modelo matemático para explorar los efectos de alteraciones en la producción de ATP y sensibilidad a la glucosa en la respuesta eléctrica y la secreción de insulina en células β humanas. El modelo fue extendido al añadir ecuaciones empíricas explícitas que describen recientes observaciones experimentales, como el incremento en el ATP como función de la concentración de glucosa y las oscilaciones en el ATP a altos niveles de glucosa. Se realizaron simulaciones a niveles de glucosa alcanzados durante una prueba de tolerancia a la glucosa para evaluar la respuesta de la célula β humana en escenarios normales y patológicos. Nuestras simulaciones reprodujeron varias observaciones experimentales, tales como la secreción de insulina alterada como consecuencia de la disfunción de la célula β y la restauración de la actividad eléctrica al aplicar una sulfonilurea. Nuestros resultados sugieren que tanto una reducción en la sensibilidad a la glucosa como la alteración en la producción de ATP podrían estar relacionadas a la patogénesis de la diabetes tipo 2.