Mechanismy cerebrovaskulární kontroly

Úvod Všeobecně se uznává, že inzulinová rezistence u MetSyn zvyšuje riziko cerebrovaskulárního onemocnění (CVD) a mrtvice. Kromě toho je MetSyn spojen s kognitivními poruchami a zvýšeným rizikem neurodegenerativních onemocnění. Navzdory silnému spojení špatného cerebrovaskulárního zdraví u MetSyn zůstává reakce cerebrálního krevního toku (CBF) na akutní návaly inzulínu u lidí do značné míry neprozkoumaná. Cerebrovaskulární dysfunkce v reakci na inzulín a potenciální mechanismus (mechanismy), které zeslabují CBF, nemusí pouze zdůrazňovat centrální základy patofyziologie cévní mozkové příhody a CVD, mohou poskytnout klíčové poznatky k pochopení kognitivního poklesu silně spojeného se staršími jedinci s MetSyn. Proto stanovení mechanismů cerebrovaskulární kontroly zprostředkované inzulínem není důležité pouze pro snížení úmrtnosti u MetSyn, může být velmi důležité pro udržení zdraví mozku. Inzulinem zprostředkovaná vazodilatace je z velké části proces závislý na vaskulárním endotelu. Elegantní experimenty na zvířecích modelech naznačují, že inzulinová rezistence narušuje šest endoteliálních signálních drah, přičemž nejsilnější důkazy implikují ztrátu vazodilatace oxidu dusnatého (NO) a přehnanou konstrikci endotelinu (ET-1). Literatura uvádí, že u MetSyn vede prudký nárůst inzulinu k vazokonstrikci a mozkové hypoperfuzi. Tyto nálezy jsou přímo opačné než žádná změna nebo inzulínem zprostředkovaná vazodilatace a zvýšení CBF uváděné v literatuře. Důkazy naznačují, že nevázaná funkce syntázy oxidu dusnatého (NOS) vede k nepříznivé rovnováze mezi NO, reaktivními formami kyslíku a ET-1. Normálně by stimulace inzulínového receptoru na vaskulárním endotelu měla poskytovat prostředí, ve kterém NOS produkuje NO vedoucí k vazodilataci a inhibici ET-1. Místo toho v MetSyn inzulin stimuluje vazokonstrikční látku ET-1 ve větší míře, zatímco NOS je nevázaný a vytváří reaktivnější formy kyslíku, které vychytávají generovaný NO, což vede k většímu vazokonstrikčnímu signálu spíše než k vazodilataci.

Specifické cíle/cíle studia

Konkrétní cíle:

Ústřední hypotézou je, že vazodilatační účinky inzulínu jsou již narušeny u metabolického syndromu v důsledku ztráty dilatátoru a zisku konstrikčních signálů. Mozková vazodilatace na inzulín je do značné míry závislá na endotelu. Objevující se důkazy na zvířecích modelech naznačují, že inzulínová rezistence narušuje alespoň šest endoteliálních signálních drah, které by mohly být potenciálními cíli, a tento návrh se zaměřuje na dvě, které s největší pravděpodobností snižují CBF v MetSyn: 1) ztráta vazodilatace oxidu dusnatého (NO) a 2) přehnaná konstrikce endotelinu (ET-1). Tyto experimenty se zaměří na tři konkrétní cíle:

Cíl 1: Otestovat hypotézu, že fyziologické nárůsty inzulínu akutně zvyšují CBF u mladých dospělých, ale dospělí s MetSyn vykazují paradoxní vazokonstrikci zprostředkovanou inzulínem.

Cíl 2: Otestovat hypotézy, že klíčové mechanismy odpovědné za špatné CBF v MetSyn jsou posuny v signalizaci NO a ET-1. Konkrétně u zdravých kontrol NO zprostředkovává robustní dilataci s malou nebo žádnou konstrikcí ET-1. Naproti tomu dospělí s MetSyn vykazují nevázanou NO syntázu (NOS) a přehnanou konstrikci ET-1.

Cíl 3: Otestovat hypotézu, že regulace CBF inzulínem je regionálně odlišná (např. MCA reaktivní než ACA nebo bazilární) a negativní účinky IR jsou podobně regionálně specifické.

hypotézy:

• Dospělí s metabolickým syndromem budou vykazovat sníženou cerebrální vazodilataci jako odpověď na OGTT
• Inhibice NOS sníží reakce CBF (Δ CVC/Δ inzulín) u hubených kontrol na úroveň metabolického syndromu, zatímco zvýší reakce CBF u metabolického syndromu, což naznačuje, že metabolický syndrom má nepropojenou funkci NOS
• Inhibice ET-1 zvýší reakce CBF (A index cerebrální vaskulární vodivosti (CVCi)/A inzulín) u hubených kontrol a metabolického syndromu. Výrazně více se však zvýší u metabolického syndromu.
• MCA bude reaktivnější na rázy inzulínu než jiné mozkové tepny

Koncové body studie: Změna cerebrální vaskulární vodivosti (CVC, ml/min/100 mmHg) ve vztahu ke změně koncentrace inzulínu v krvi po konzumaci glukózy.

Předměty Bude přijato 60 účastníků (30 na skupinu). Určení způsobilosti bude dvoufázový proces. Prvním krokem je, že všichni účastníci absolvují úvodní obrazovku, aby zjistili, zda se kvalifikují na screeningovou návštěvu. Předběžně způsobilé subjekty budou pozvány do výzkumné laboratoře za účelem informovaného souhlasu a formálního screeningu.

Během screeningové návštěvy ve výzkumné laboratoři subjekty vyplní informovaný souhlas, dotazník o zdravotní anamnéze, bezpečnostní screeningový formulář MRI a dotazník o fyzické aktivitě. Měří se také výška, váha, krevní tlak a obvod pasu a boků. Kromě toho bude odebrán vzorek žilní krve pro testování glukózy a lipidů, aby se určila způsobilost. Pokud screeningová návštěva odhalí, že existuje abnormalita nebo kontraindikace účasti, která je nebo není zahrnuta v souhrnných kritériích vyloučení, potenciálnímu subjektu nebude umožněna účast. Stručně řečeno, subjekty během screeningové návštěvy v laboratoři zažijí následující aktivity:

Metody Po úvodním screeningu a screeningové návštěvě bude účast v této studii zahrnovat dvě samostatné návštěvy MRI studie (fyziologický roztok jako placebo, versus L-NMMA infuze k inhibici NOS NEBO Ambrisentan perorálně (pouze mužští účastníci), versus laktóza, placebo perorálně k inhibici ET -1). Subjekty budou nasměrovány do experimentálního stavu (placebo/L-NMMA nebo placebo/Ambrisentan) na základě počtu subjektů, které potřebují k udržení statistické síly. Pro studii Ambrisentan musí být subjekty mužského pohlaví, kvůli potenciálním škodlivým účinkům léku na plod. Jakmile je přiřazena skupina s experimentálními podmínkami, pořadí léku (placebo/lék) bude provedeno náhodně přiděleným, vyváženým jednoduchým slepým způsobem. Experimentální postupy budou stejné ve všech testovacích dnech s výjimkou toho, který lék bude podáván infuzí. Během každé návštěvy budou subjekty monitorovány na srdeční frekvenci, krevní tlak, oxid uhličitý na konci přílivu a verbální sdělení nepříznivých příznaků (jak se subjekt cítí) v MRI skeneru.

Těhotenský test: Všechny ženské subjekty musí mít negativní těhotenský test z moči před každou studijní návštěvou (placebo nebo lék), aby se zajistilo, že nejsou těhotné v době každé studijní návštěvy. Ženy nebudou zařazeny do studie Ambrisentan, i když bude jejich těhotenský test negativní.

Vzorek krve z venepunkce: Během screeningové návštěvy bude pomocí venepunkce odebrána krev (až 20 ml), aby byla analyzována glukóza nalačno a sérové ​​lipidy.

Subjekty se zdrží cvičení, kofeinu a nesteroidních protizánětlivých léků, stejně jako hladovění po dobu ≥ 10 hodin před všemi experimentálními zkouškami.

Intravenózní katétr: Vyškolený personál zavede dva intravenózní katétry. Umístění katétrů bude v jakékoli žíle paže, která bude považována za nejvhodnější pro snadný přístup. Jeden však bude umístěn do předloktní jamky (infuze) a jeden do předloktní žíly, vény na ruce nebo zápěstí (vzorek krve) na opačné paži pro každou ze dvou studijních návštěv. IV katétr pro odběr krve bude použit k odběru až 15 ml krevních vzorků ve specifických časových bodech během každé studijní návštěvy pro měření koncentrací glukózy a inzulínu, jakož i pro markery zánětu a oxidačního stresu. Všechny postupy jsou během každé studie identické (placebo/L-NMMA/BQ123). Konkrétní časové body, které jsou přibližné kvůli malým odchylkám v dobách MRI skenování, jsou následující:

• Základní linie před skenováním PC VIPR základní linie
• Před skenováním PC VIPR 1 po OGTT
• Před skenováním PC VIPR 2 po OGTT
• Před skenováním PC VIPR 3 po OGTT
• Před skenováním PC VIPR 4 po OGTT
• Před skenováním PC VIPR 5 po OGTT
• Před skenováním PC VIPR 6 po OGTT
• Před skenováním PC VIPR 7 po OGTT
• Před skenováním PC VIPR 8 po OGTT
• Před skenováním PC VIPR 9 po OGTT

Intravenózní infuze:

I. Inhibice NOS: L - NMMA je silný neselektivní inhibitor NOS používaný ke studiu fyziologie cév. L-NMMA se bude podávat infuzí v bolusu 3 mg/kg tělesné hmotnosti/h (během 10 minut), poté bude následovat udržovací infuze 1 mg/kg/h po dobu trvání experimentu. Bylo prokázáno, že systémové podávání L-NMMA zvyšuje krevní tlak ~8-15 mmHg, což je v rozmezí pozorovaném během cvičení.

II. Placebo: Rychlost infuze placeba bude stanovena pomocí stejných vzorců pro infuzi L-NMMA, s použitím poslední screeningové hmotnosti subjektu. V ideálním případě bude fyziologický roztok podáván stejnou rychlostí a množstvím jako odpovídající návštěva léku. Subjekty, které jsou znovu vyšetřeny a mají změnu hmotnosti, však mohou mít rychlost infuze fyziologického roztoku, která se mírně liší od rychlosti infuze L-NMMA.

Malý rozdíl v rychlosti infuze fyziologického roztoku a léku je z vědeckého hlediska nevýznamný, protože již existuje variabilita v množství fyziologického roztoku, který subjekt dostává, protože se používá k propláchnutí IV (1–5 ml) při každém odběru krve (až do výše 10 odběrů krve).

ET-1 - Inhibiční studie (15 kontrolních, 15 MetSyn) (Ambrisentan Arm):

I. Inhibice ET-1: Ambrisentan je antagonista receptoru ETA. Subjekty dostanou 10 mg Ambrisentanu ve formě pilulek 90-150 minut před OGTT. Tato třída léků byla použita k výzkumu signalizace ET-1 u diabetu, obezity a hypertenze (Bruno, Sudano, Ghiadoni, Masi a Taddei, 2010; Lteif, Vaishnava, Baron a Mather, 2007; Mather, Mirzamohammadi, Lteif , Steinberg, & Baron, 2002). ETA receptory s největší pravděpodobností zprostředkovávají nadměrnou konstrikci u pacientů s MetSyn. Ambrisentan se bude užívat perorálně. Ukázalo se, že systémové podávání antagonisty endotelinu při chronickém dávkování snižuje systolický krevní tlak o 4,5±10 mmHg a diastolický o 3±7,5 mmHg u hypertoniků a nemění průměrný arteriální tlak u obezity (Bruno et al., 2010; Mather et al., 2010; Spratt a kol., 2001).

II. Placebo: Placebo pilulky podobné velikosti a tvaru jako Ambrisentan budou použity jako kontrola placeba.

Zobrazování magnetickou rezonancí (MRI): 3 Tesla MRI se použije ke kvantifikaci průtoku krve mozkem a zachycení struktury mozkových cév v určených časových bodech během návštěv studie (na začátku a během podmínek léčby). V žádném případě nebude použita žádná kontrastní látka. Subjekt bude ve skeneru pro počáteční základní skenování a během experimentálních zkoušek. Veškeré skenování bude provedeno v navrhované časové ose experimentálních zkoušek. Ve skeneru budou subjekty monitorovány na srdeční frekvenci, EKG, oxid uhličitý na konci výdechu (CO2) a krevní tlak. Skener má schopnosti shromažďovat tato data, s výjimkou CO2 na konci přílivu, který bude shromažďován subjektem monitorujícím. Kromě standardních pulzních sekvencí běžně získávaných pro klinické účely (lokalizátory, standardní MR Angiografie pro anatomii cév (bez kontrastní látky), 2D fázový kontrastní MRI pro měření s kódováním rychlosti), a.s.o.; 'základní sekvence'), bude použito akviziční schéma vyvinuté na University of Wisconsin-Madison. Toto schéma, PC VIPR (rekonstrukce fázového kontrastu značně podvzorkované izotropní projekce) je jedinečné ve své schopnosti získávat objemové datové sady s třísměrným rychlostním kódováním a vysokým prostorovým rozlišením v poměrně krátkých dobách skenování. Všechny pulzní sekvence použité v této studii jsou navrženy tak, aby zůstaly v rámci aktuálních směrnic pro dB/dt stanovených FDA.

Orální test glukózové tolerance (OGTT): Subjekt vypije destilovanou deionizovanou vodu (300 ml) obsahující 75 gramů glukózy během 5 minut. Toto je standardní administrace OGTT.

Opětovný zápis: Muži, kteří plně dokončí studii, budou mít možnost se znovu zapsat a dokončit část studie, které se neúčastnili. Subjekty budou znovu vyšetřeny, aby se určila způsobilost, a budou odděleny alespoň 1 týdnem od dokončení studie. Kromě toho se účastní pouze L-NMMA nebo Ambrisentanu (který neabsolvovali v druhém křídle studie), nebudou muset opakovat kontrolu/návštěvu fyziologického roztoku.