






















































29

Original Article Journal of College of Medical Sciences-Nepal, 2014, Vol-10, No-3

Correspondence: Dr. Atanu Pan
E-mail: atanu8k@yahoo.co.uk

Status of glucose metabolism including insulin resistance
and beta cell function in overtly iron loaded Thalassemia
patients

Pan A1, Nag SS2, Mondal BC2, Anindya Dasgupta A,3 Piyali Mitra P4

1College of Medical Sciences Department of Paediatrics,Bharatpur,Nepal, 2Department of Pediatrics,
3Department of Biochemistry and 4Department of Pathology, Burdwan Medical College, Burdwan, India.

ABSTRACT

BACKGROUND

Abnormality of glucose metabolism is a frequent complication in Thalassemia patients. Both insulin
deficiency and insulin resistance has been proposed in its pathogenesis. Some form of abnormality in
glucose metabolism is expected at an earlier age in these patients in developing countries like India
and Nepal where iron overload is excessive due to lack of chelation therapy.

MATERIALS AND METHODS

Fasting serum glucose and fasting serum insulin (FSI) were measured in 40 beta-thalassemia major
patients, 40 Ebeta- thalassemia patients and 40 controls, all  aged between 5 and 12 years. 2 hours
after an appropriate dose of oral glucose feed (Children ingested 1.75 g/kg body weight maximum 75
gram dissolved in 250 to 300 ml water) blood samples were drawn again to measure post prandial
serum glucose. Iron overload was assessed by measuring liver size, spleen size, total amount of packed
cells transfused and serum ferritin. Insulin resistance (IR), insulin sensitivity (%S) and beta cell functions
(%B) were derived from the measured laboratory parameters using the latest version of Homeostatic
Model Assessment(HOMA) calculator software.

RESULTS

No one had impaired glucose metabolism or diabetes mellitus beta-thalassemia major patients showed
evidence of insulin resistance in the form of significantly higher fasting serum insulin (p value 0.002),
IR (p value 0.003), %B (p value 0.017) and significantly lower %S (0.002) when compared with controls.
FSI showed positive correlation with total amount of packed cells received (r=0.372, p=0.018), serum
ferritin (r=0.345, p=0.029) and spleen size (r=0.427, p=0.006). Similarly, IR also showed positive correlation
with total amount of packed cells received (r=0.388, p=0.013), serum ferritin (r=0.336, p=0.034) and
spleen size (r=0.425, p=0.005). %S showed negative correlation with all these parameters. %B didn’t
show any statistically significant correlation with these parameters.Ebeta- thalassemia patients didn’t
have any statistically significant difference in FSI, IR, %S and %B than controls.

CONCLUSION

Insulin resistance develops as the earliest abnormality in glucose metabolism in overtly iron loaded
beta thalassemia major patients at an early age. Ebeta- thalassemia patients with milder phenotype
do not develop dysfunction of glucose metabolism at such an early age.

Key words : Glucose metabolism, Insulin resistance, Insulin sensitivity, Beta cell function,beta- thalassemia
major, Ebeta- thalassemia.



Journal of College of Medical Sciences-Nepal, 2014, Vol-10, No-3 Original Article

30

INTRODUCTION

The thalassemias are a heterogenous group of single-

gene  disorder  characterized  by  reduced  rate  of

production of normal haemoglobin due to absent or

reduced synthesis of one or more types of globin

polypeptide chains resulting in chronic haemolytic

anaemia. Blood transfusion is the mainstay of care of

individuals with thalassemia which improves anemia and

suppresses  ineffective  erythropoiesis.  Regular

transfusions have prolonged and improved quality of

life of patients with this disease.1,2 However, in absence

of iron chelation therapy, blood transfusions increase

iron overload. It is pronounced if transfusions are not

optimum and regular due to GDF-15 (secreted from

enormously  expanded  and  active  bone  marrow)

mediated  increase  in  iron  absorption.  So,  blood

transfusions, whether adequate or inadequate, leads

to iron overload in various organs like heart, liver,

pituitary, thyroid, parathyroid, pancreas etc. Sixty

percent of thalassemic patients have hypofunction of

at least one endocrine gland.3Disturbances of glucose

metabolism are frequent in these patients. However,

there is no consensus regarding etiology of abnormal

glucose metabolism. Though insulin deficiency has been

proposed as the causative factor, some studies report

presence of insulin resistance and hyperinsulinemia.

Evidence of insulin resistance has also been noted in

thalassemics without any abnormality in serum glucose.4

In India and Nepal, chelation is suboptimal in most of

the  patients  due  to  economic  constraints.  Even

compliance  to  transfusion  is  often  not  optimal.5

Therefore, there is a possibility that our patients may

develop  some  form  of  derangement  in  glucose

metabolism at an earlier age.E beta thalassemia is a

common variety of thalassemia found in Eastern part

of India, besides beta- thalassemia major; but no study

is available regarding glucose metabolism status in

them.Keeping these in mind, we planned our study to

evaluate the status of glucose metabolism in terms of

incidence of diabetes, impaired glucose tolerance and

parameters related to insulin resistance in thalassemia

patients (both beta thalassemia  major and  E beta

thalassemia) who do not receive chelation therapy.

MATERIALS & METHODS

Thalassemia patients attending Burdwan Medical

College and Hospital and College of Medical Sciences

Bharatpur for treatment were included in this study.

They were divided into two groups – beta thalassemia

major and E beta thalassemia; 40 patients from each

group were selected. Patients aged between 5 and 12

years,  diagnosed  by  electrophoresis  or  High

Performance Liquid Chromatography, were included

in the study. Exclusion criteria were: patients receiving

chelation therapy, patients infected with Hepatitis B

and C viruses and patients whose 1st degree relatives

(non-thalassemic)  and  who  were  suffering  from

diabetes. 40 beta- thalassemia major patients (group

1) and 40 E-beta thalassemia patients (group 2) who

satisfied these criteria were selected for the study. We

also involved 40 controls (group 3), who were selected

randomly  from  healthy  siblings  of  patients  (non-

thalassemic)  attending  Pediatric  Out  Patient

Department  for  minor  ailments.  The  study  was

conducted after obtaining informed consent from

parents of cases and controls and permission from

institutional ethical committee. Following an overnight

fasting  for  8  hours,  a  venous  blood  sample  was

collected next day to estimate fasting plasma glucose,

fasting serum insulin and serum ferritin. Then the patients

were given a feed of glucose solution using dose of



31

Original Article Journal of College of Medical Sciences-Nepal, 2014, Vol-10, No-3

1.75 gm glucose per kg body weight.  After 2 hours,

another blood sample was collected for post prandial

plasma glucose estimation. Blood glucose level was

assayed  by  Glucose  oxidase-  Peroxidase  (GOD-

POD) method, serum insulin and serum ferritin by Non

Competitive ELISA method. Insulin resistance (IR),

insulin sensitivity (%S) and beta cell functions (%B)

were  derived  from  the  measured  laboratory

parameters using the latest versionof HOMA calculator

software.In  our  study,  we  have  used  the  HOMA

Calculator  2.2.2  software  developed  by  Oxford

University. Finally, all the data were analysed using

SPSS software version 17.0.

RESULTS

In our study no one from any group had qualified to be

labeled as suffering from diabetes mellitus (DM) or

having impaired glucose tolerance.

Fasting serum insulin, insulin resistance and beta cell

function (%B) all were significantly higher in group 1,

when  compared  to  group  2  and  group  3.  Insulin

sensitivity (%S) was significantly lower in group 1,

compared to other groups. No significant difference

was noted between groups 2 and 3 in any of these

parameters [Table 1].

Table 1: Demographic, clinical and biochemical parameters among various groups

Pa ra meters Mea n±SD p va lues

Group 1

β tha l. ma jor

Group 2

Eβ tha la ssemia

Group 3

Control

p1-2 p1-3 p2-3

Liver Size(cm) 6.78±2.02 2.61±1.07 <0.001

Spleen Size(cm) 10.60±3.81 5.64±1.27 <0.001

FBS(mg/dl) 89.35±5.71 87.72±5.62 88.27±5.31 0.204 0.386 0.654

PPBS(mg/dl) 118.10±7.06 116.73±6.14 115.97±5.15 0.356 0.128 0.556

SFI(ng/ml) 9.25±1.64 8.09±0.71 8.24±1.07 <0.001 0.002 0.494

IR 1.19±0.22 1.05±0.09 1.07±0.16 <0.001 0.003 0.449

%S 86.02±13.84 96.58±8.29 95.69±12.89 <0.001 0.002 0.713

%B 109.61±14.57 104.88±13.64 101.32±15.95 0.137 0.017 0.287

Serum ferritin 4360.00±1705.01 2036.77±415.84 68.97±15.04 <0.001 <0.001 <0.001

p
1-2

 is p value  when groups 1 and 2 are compared for significance, p
1-3

  between groups 1 and 3 and  p
2-3

between groups 2 and 3.



Journal of College of Medical Sciences-Nepal, 2014, Vol-10, No-3 Original Article

32

DISCUSSION

Result  of  our  study  reflects  the  ground  reality  of

condition  of  most  of  the  thalassemic  patients  in

developing countries including ours where iron chelation

therapy is suboptimal or not done at all. Regular blood

transfusion is also not done in some cases. This is

reflected by very high serum ferritin levels in them.

In our study no one among the cases or controls had

Diabetes  Mellitus(DM)  or  Impaired  Glucose

Tolerance(IGT). The reported incidence of impaired

glucose tolerance and diabetes mellitus vary from 0-

19.5%  (4-11)  to  0-24%    respectively  in  different

studies.4-5, 7-11Though diabetes has been observed as

early as 5.5 years5, but mean age of onset of DM and

IGT is late adolescence onwards, as found in different

studies.9,12 Findings of various studies are given in Table

In group 1, FSI and IR showed positive correlation with some parameters related to iron overload like total

amount of packed cells received, serum ferritin and spleen size. %S showed negative correlation with these

parameters. %B, though, was significantly higher among patients of group 1; it didnot show any correlation with

these parameters [Table 2].

Table 2: Correlation of FSI, IR, %S and %B with various clinical and biochemical parameters among

patients of beta thalassemia major

Total amount of 

packed cells received

liver size spleen size serum ferritin

FSI r 0.372 0.237 0.427 0.345

p 0.018 0.140 0.006 0.029

IR r 0.388 0.248 0.425 0.336

p 0.013 0.123 0.006 0.034

%S r - 0.421 - 0.287 - 0.465 - 0.392

p 0.007 0.073 0.002 0.012

%B r - 0.127 - 0.019 - 0.052 0.009

p 0.434 0.909 0.751 0.955

3.We worked with thalassemic patients with lower age

group of 5 to 12 years. These patients, if followed up,

might eventually turn out to have deranged glucose

metabolism. Apart from iron overload, development

of impaired glucose metabolism is also influenced by

various other factors. Viral hepatitis affects glucose

metabolism in these patients in various ways. Diabetes

has been precipitated shortly after an episode of acute

viral hepatitis in these patients.13 Chronic viral hepatitis

has a diabetogenic effect.14 Some workers have found

that iron induced hepatic damage is accentuated by

HCV infection.15 Hepatic cirrhosis is another liver

related condition implicated as causal factor.14 Besides

these,  other  factors postulated  include  pancreatic

autoimmunity demonstrated by islet cell antibodies,16

possible genetic factors9and family history of diabetes.17

In this study, our aim was to ascertain the sole effect of



33

Original Article Journal of College of Medical Sciences-Nepal, 2014, Vol-10, No-3

that  insulin  resistance  develops  before  any

derangements in glucose level appear. This raised

insulin level helps to counteract insulin resistance and

maintain glucose homeostasis.  With continuation of

disease process, pancreatic beta cell damage starts

leading to lowering of insulin level and increase in

glucose level. Dmochowski K et al21postulated that

decreased hepatic uptake of insulin is the major factor

for developing insulin resistance. Presence of insulin

resistance has been shown also by Hafez M et al10

and Pappas S et al18.However, insulin resistance has

not been found in some studies.

In our study, FSI and IR correlated with parameters

related to iron overload like total amount of packed

cells received, serum ferritin and spleen size revealing

role of iron overload as risk factors for development

of insulin resistance.

In our study, insulin Sensitivity in cases was found to

be significantly lower than the controls (p value 0.001)

by  independent  t  test.  Some  workers  have  found

similar results19, 21. %S correlates negatively with total

amount of packed cells received, spleen size and serum

ferritin. As we know insulin sensitivity is the reverse of

insulin resistance, this finding is expected.

On the other hand, we found beta cell function to be

significantly higher in cases than controls. There is dearth

of literature regarding beta cell function. Jaruratanasirikul

S et al12 showed a higher but not significant beta cell

function  index  in  patients with  a  normal  glucose

tolerance test than those with an abnormal glucose

metabolism having liver and pancreatic cell damage.

Suverna J et al4 found Beta cell function Index to be

higher in cases as compared to controls but was not

statistically significant (p = 0.077). However, to the

contrary  of  our  findings,  Hafez  M  et  al20  found

significantly lower mean HOMA beta cell function

iron overload. So, we excluded these confounding

factors as much as possible during selection of cases

as per inclusion and exclusion criteria. This may be

another reason why we did not find any case with

impaired glucose metabolism. A study from India did

not find any case with DM or IGT in the age group of

8 to 15 years.4This similarity in result may be due to

common genetic factors in this region of world which

needs further exploration. The conventional method

of detecting glucose metabolism abnormalities is

glucose tolerance test. Recently, Soliman AT et al18

used Continuous Glucose Monitoring System and

found  it  to  be  more  sensitive  in  detecting  such

abnormalities.

Though we could not detect DM or IGT among our

patients, evidence of insulin resistance was detected in

the form of higher FSI and IR in patients with beta

thalassemia major, when compared with controls.

Cario H et al19 found that patients with impaired glucose

tolerance had hyperinsulinemia and delayed peak

insulin during glucose tolerance test. Hafez M et al 20did

not mention on fasting plasma insulin levels but found

mean postprandial insulin to be significantly higher

(p<0.0001) in cases with impaired glucose metabolism.

Higher fasting plasma insulin levels were also detected

in the study by Suverna J et al 4 among beta thalassemia

major patients having no derangement in glucose

metabolism. Some other studies also demonstrated

increased  insulin  level  following  oral  glucose  or

intravenous tolbutamide administration. Dmochowski

K et al21 progressively analysed  seven thalassemic

patients with decreased insulin sensitivity and found

that the insulin sensitivity remained the same but the

integrated  insulin  response  decreased.  So  they

postulated that insulin resistance persists but at the same

time a progressive reduction in circulatory insulin level

occur which ultimately lead to diabetes. So, it appears



Journal of College of Medical Sciences-Nepal, 2014, Vol-10, No-3 Original Article

34

(p=0.007) among cases than controls. The present

study not only rules out hyposecretion of insulin in our

patients, but may also indicate beta cell hyperfunction

to explain rise of insulin level in the face of insulin

resistance.  Over  time,  further  iron  overload  may

increase insulin resistance and may also initiate damage

to pancreatic beta cells with subsequent hyposecretion

of insulin to give the full picture of impaired glucose

metabolism.  Unlike  pancreas,  liver  is  rich  in

reticuloendothelial cells where iron is stored. This might

explain earlier liver damage and appearance of insulin

resistance than hyposecretion of insulin.

FSI, IR, %S, %B was found to be significantly lower

among EBT patients compared to BTM. It is known

that EBT is a very heterogenous disease with variable

clinical manifestations ranging from mild thalassemia

intermedia with little or no symptoms to a very severe

transfusion dependent thalassemia major syndrome.

Our pool of E beta thalassemia patients have milder

phenotype reflected by low transfusion requirement and

not very high serum ferritin. So they are not overtly

loaded with iron yet. This may be the reason that they

do not show any statistically significant difference in

terms of insulin related parameters when compared

with control group.

Our beta thalassemia major patients showed evidence

of insulin resistance but did not have overt impaired

glucose tolerance or diabetes mellitus in spite of being

heavily iron overloaded. From our study, it is evident

that  insulin  resistance  develops  as  the  earliest

abnormality in glucose metabolism in beta thalassemia

major patients. Iron overload plays a significant role in

its development. These patients should be monitored

periodically to assess status of glucose metabolism. E

beta thalassemia patients, who form a significant part

of thalassemics in eastern part of India, have milder

clinical manifestation reflected by low transfusion

requirement and low serum ferritin. This group of

patients  does  not  show  any  evidence  of  insulin

resistance or abnormality in serum glucose level.

Chelation therapy should be started in all thalassemia

patients so that iron overload related problems can be

retarded.

Table 3: Findings of some of the related studies

*12 patients were identified having IGM using continuous glucose monitoring system in the same study group.

Insulin resistance found in 3(out of 16) patients.¥ indicates mean age. € indicates lowest age of onset.

Study Study 

group(yrs)

Sample 

size

Ferritin Patients with 

IGM

IGM 

onset(yrs)

IR Reference

Present study 5-12 4 4360±1705 0 - present -

Suverna J et al 8-15 30 7623±2381 0 - present 4

Gulati R et al 3-22 37 4920±2758 3 5.5-18 - 5

Jaruratanasirikul S et al 13.6±3.9 48 5206±3291 6 11 to? - 12

Chern JPS et al 2-36 89 3107.3±2530.7 23 7-27 - 11

Khalifa AS et al 10-31 56 3648±2219 12 18.33¥ 9

Arrigo T et al 17-42 29 - 4 18€ absent 10

Soliman TA et al* 14-22 16 - 5 - absent 18



35

Original Article Journal of College of Medical Sciences-Nepal, 2014, Vol-10, No-3

CONTRIBUTIONS

Dr  Atanu  Pan  and  Dr  Badal  Chandra  Mandal

conceptualized the study and reviewed the manuscript

critically. AP and SSN collected the data, searched

literature and drafted the manuscript. AD and PM

helped in performing the investigations, searching the

literature and also reviewed the manuscript.

ACKNOWLEDGEMENT

The authors are grateful to Kaustav Nayek, Associate

Professor, Department of Pediatrics, Burdwan Medical

College for his inputs during conceptualization of the

study. The authors are also thankful to the institutional

ethical committee for granting permission to carry out

and publish the result of the study.

REFERENCES

1. Pignati  CB,  Rugolotto  S,  De  Stefano  P,Piga A  ,et  al.

Survival and disease complications in thalassemia major.

Ann N Y Acad Sci 1998; 30(850):227-31.

2. Olivieri N , Koren G. survival in medically treated patients

with homozygous thalassemia. New Eng J Med 1994;

331(9):574-8.

3. Aydinok  Y,  Darcan  S,  Polat  A,  et  al.  endocrine

complications in patients with beta thalassemia major. J

Trop Pediatr 2002;48:50-4.

4. Suvarna J,  Ingle  H,  Deshmukh CT.  Insulin  resistance

and beta cell function in chronically transfused patients

of thalassemia major. Indian paediatr 2006; 43(5):313-

400.

5. Gulati R, Bhatia V, Agarwal SS. Early onset of endocrine

abnormalities in beta-thalassemia major in a developing

country. J Pediatr Endocrinol Metab. 2000 Jun;13(6):651-6

6. Italian Working Group on Endocrine Complications in

Non-endocrine  Diseases.  Multicentre  study  on

prevalence of endocrine complications in Thalassaemia

major. Clin Endocrinol 1995; 42: 581-6.

7. Flynn  DM,  Fairney A,  Jackson  D,  et  al.  Hormonal

changes in Thalassaemia major. Arch Dis Child 1976;

51: 828- 36.

8. El-Hazmi MA, Al-Swailem A, Al-Fawaz I,et al. Diabetes

mellitus in children suffering from beta-Thalassaemia. J

Trop Pediatr 1994;40:261-6.

9. Khalifa AS, Salem M, Mounir E, et al. Abnormal glucose

tolerance in Egyptian Beta thalassemic patients: Possible

association in genotyping. Pediatr Diabetes 2004; 5: 126-

32.

10. Arrigo T, Crisafulli G, Meo A, et al. Glucose tolerance,

insulin  secretion  and  per ipheral  sensitivity  in

Thalassaemia major. J Pediatr Endocrinol Metab. 1998;11

Suppl 3: 863-6.

11. Chern JPS,  Lin KH, Lu MY, et al. Abnormal glucose

tolerance  in  transfusion  dependent  beta  thalassemic

patients.Diabetes Care 2001; 24(5):850-4.

12. Jar uratanasirikul  S  ,  Chareonmuang  R,

Wongcharnchailert  M,  et  al.  Prevalence  of  impaired

glucose  metabolism  in  beta-thalassemic  children

receivinghypertransfusions  with  a  suboptimal  dosage

of iron-chelating therapy. Eur J Pediatr 2008; 167:873–6.

13. De Sanctis V, Zurlo MG, Senesi E,et al. Insulin dependent

diabetes in thalassemia. Arch Dis Child 1988; 63:58–62,

14. Labropoulou-Karatza C, Goritsas C, Fragopanagou H,et

al: High prevalence of diabetes mellitus among adult b-

thalassemic  patients  with  chronic  hepatitis  C.  Eur

JGastroenteol Hepatol  1999; 11:1033–6.

15. Piperno A, Fargion S, D’Alba R, et al. Liver damage in

Italian  patients  with  hereditary  hemochromatosis  is

highly influenced by hepatitis B and C virus infection.J

Hepatol 1992; 16:364 –8.



Journal of College of Medical Sciences-Nepal, 2014, Vol-10, No-3 Original Article

36

16. Monge L, Pinach S, Caramellino L,et al. The possible

role of autoimmunity in the pathogenesis of diabetes in

beta-thalassemia major. Diabetes Metab 2001; 27:149-54.

17. Saudek CD, Hemm RM, Peterson CM. Abnormal glucose

tolerance in beta Thalassaemiamajor. Metabolism 1977;

26: 43-52.

18. Soliman AT,  Yasin  M,  El-Awwa  A,et  al.Detection  of

glycemic  abnormalities  inadolescents  with  beta

thalassemia  usingcontinuous  glucose  monitoring  and

oral glucosetolerance in adolescents and young adults

with beta thalassemia major: Pilot study. Indian J Endocr

Metab 2013;17:490-5.

19. Cario H, Holl RW, Debatin KM,et al. Insulin sensitivity

and  beta-cell  secretion  in  thalassaemia  major  with

secondary  haemochromatosis:  assessment  by  oral

glucose tolerance test. Eur J Pediatr 2003; 162: 139-46.

20. Hafez  M,  Youssry  I,  El-Hamed  FA,et  al.  Abnormal

glucose tolerance in beta-thalasemia: assessment of risk

factors.Hemoglobin 2009; 33(2):101-8.

21. Dmochowski  K,  Finegood  DT,  Francombe  W,  et  al.

Factors determining glucose tolerance in patients with

thalassemia major. J Clin Endocrinol Metab 1993; 77:

478-83.


