Substrát mozku Přepněte na ketony a laktát (BSS)

Cíle:

Hlavní:

• Zjistit, zda metabolismus mozkových ketonů a laktátu způsobuje prospěšné neurotrofické reakce spojené s hladověním a cvičením.

Sekundární:

• Zjistit, zda půst a cvičení zlepšují vychytávání glukózy, ketonů a laktátu mozkem.

Koncové body:

Hlavní:

• Neurotrofický faktor odvozený z mozku (BDNF)
• Vylučovaný amyloid-beta prekurzorový protein-alfa (sAPPA)

Sekundární:

• Extrakce glukózy z mozku
• Extrakce mozkových ketonů
• Extrakce laktátu z mozku
• Zvýšená extrakce mozkové glukózy v reakci na intranazální podání inzulínu

Hypotéza:

1. Půst a vysoce intenzivní cvičení zvýší uvolňování BDNF a sAPPA v mozku a tyto reakce budou stejné, když jsou ketony a laktát pasivně infundovány do oběhu v nasyceném a klidovém stavu.
2. Půst zvýší metabolismus ketonů v mozku nad rámec toho, kterého se dosáhne, když jsou ketony pasivně infundovány do oběhu v nasyceném stavu.
3. Vysoce intenzivní cvičení zvýší metabolismus laktátu v mozku nad rámec toho, kterého se dosáhne, když je laktát pasivně infundován do oběhu v klidovém stavu.
4. Cvičení s vysokou intenzitou zlepší citlivost mozku na inzulin ke glukóze, jak ukazuje zvýšení vychytávání glukózy v mozku v reakci na intranazální inzulín.

Design

Půjde o křížový design s opakovanými opatřeními, kdy účastníci splní dvě podmínky oddělené 4–6 týdny:

1. Cvičení nakrmené a pasivní infuze laktátu a ketonů
2. 72hodinové cvičení nalačno a pasivní infuze laktátu a ketonů

Při obou návštěvách budou účastníkům vybaveni arteriální (radiální) a venózní (vnitřní jugulární) katétry pro kvantifikaci cerebrálního oxidativního a substrátového (glukóza, ketony, laktát) metabolismu v reakci na: 1) hladovění, 2) 6 minut vysoké intenzity cvičení, 3) pasivní stupňovaná infuze ketonů (k napodobení půstu); a 4) pasivní stupňovaná infuze laktátu (k napodobení cvičení). Inzulinová citlivost mozku na glukózu bude kvantifikována ve stavu nasycení a nalačno před a po cvičení jednorázovou dávkou intranazálního inzulínu. Ve stavu nasycení a nalačno v klidu bude odebrán vzorek mozkomíšního moku z bederní páteře pro kvantifikaci metabolomiky a produkce a uvolňování neurotrofických faktorů (BDNF a sAPPa) z mozku.

Zkušební místa Veškeré testování bude probíhat v budově ARTs (místnost 184) ve výzkumné laboratoři Center for Heart, Lung and Vascular Health v Kelowna, Britská Kolumbie, Kanada.

Účastníci Velikost vzorku Budeme sbírat data u 12 subjektů včetně obou pohlaví. Výpočet velikosti vzorku (síla >0,8, významnost < 0,05) na základě našich předběžných údajů ukazuje, že je zapotřebí 8 účastníků (12); budeme usilovat o nábor 12 dobrovolníků obou pohlaví, abychom lépe reprezentovali populaci, ne abychom zkoumali rozdíly mezi pohlavími. Od účastníků bude získán písemný informovaný souhlas. Očekáváme, že míra opuštění bude < 5 %.

Kritéria pro zařazení

• Ve věku 19 - 40 let
• Pravidelně fyzicky aktivní, jak bylo zjištěno pomocí dotazníků

Kritéria vyloučení

• Současní kuřáci
• Akutní bronchiální astma, chronická obstrukční dýchací cesty nebo status astmaticus
• Obézní (index tělesné hmotnosti vyšší než 30 kg m-2)
• Vyžadování denních léků na předpis, které mohou ovlivnit reakce na cvičení, např. antihypertenziva, antiarytmogenika, inhalátory
• Anamnéza onemocnění/dysfunkce, která by mohla způsobit komplikace při cvičení, např. kardiovaskulární, respirační, neurologická nebo muskuloskeletální onemocnění
• Nepravidelný nebo chybějící menstruační cyklus (ženy)
• Těhotná nebo s podezřením na těhotenství nebo po menopauze (ženy)
• Jakékoli neočekávané nepříznivé reakce na předexperimentální zátěžové testy
• Jakákoli kontraindikace bederního subarachnoidálního přístupu

Screening/Základní hodnocení

Výše uvedená kritéria pro zařazení a vyloučení budou zkoumána prostřednictvím zdravotního screeningového dotazníku a klinického screeningu provedeného lékařem. Toto promítání bude zahrnovat:

• krevní tlak v klidu,
• 12svodový elektrokardiogram,
• vyšetření kardiopulmonální zátěže,
• Hladina glukózy v krvi nalačno.

Kritéria ukončení

• Jakákoli nepříznivá reakce na invazivní postupy, tj. katetrizaci a odběr mozkomíšního moku (viz Rizika níže)

Kromě výše uvedeného a podle pokynů Rady pro etiku klinického výzkumu UBC mohou všichni účastníci výzkumu kdykoli a bez důvodu odstoupit ze studie.

Experimentální postupy

Účastníci navštíví laboratoř při dvou příležitostech. Podrobnosti o experimentálních návštěvách jsou uvedeny níže:

1. Cvičení nakrmené a pasivní infuze laktátu a ketonů

   Účastníci dorazí do laboratoře 1 hodinu po konzumaci lehkého jídla dle vlastního výběru. Účastníci budou ležet na lůžku a budou jim zavedeny katétry radiální tepny a vnitřní jugulární žíly. Hodinu po katetrizacích bude neinvazivně měřen cerebrální průtok krve duplexním ultrazvukem vnitřních karotid a vertebrálních tepen. Vzorky krve budou odebírány z arteriálního a venózního oběhu pro klidová měření mozkového oxidačního a substrátového (glukóza, ketony a laktát) metabolismu. Jeden vzorek mozkomíšního moku bude odebrán z bederní páteře mezi L4 a L5. Tento postup bude provádět vysoce vyškolený lékař, který tyto techniky běžně používá pro péči o pacienty téměř denně. Poté bude primární keton, beta-hydroxybutyrát (Bhb), podán infuzí přes antekubitální (ramenní) žílu postupným způsobem, aby se indukovaly koncentrace v oběhu 1, 3 a 5 mmol/l. Po úplném zotavení, tj. návratu koncentrace Bhb na klidové hodnoty, bude intravenózní infuze laktátu podávána postupně, aby se vyvolaly koncentrace v oběhu 5, 10 a 15 mmol/l. Po úplném obnovení hladin laktátu v krvi bude podána intravenózní kombinovaná infuze (Bhb a laktát) k navození cirkulujících koncentrací 3 a 10 mmol/l. Účastníci pak dostanou lehké standardizované jídlo a 1 hodinu na odpočinek a trávení. Nakonec si účastníci sami aplikují jednu dávku intranazálního inzulínu před a po dokončení 6minutových intervalů s vysokou intenzitou cyklování. Po poslední dávce intranazálního inzulinu budou účastníci deinstrumentováni a návštěva bude ukončena. Celková doba této návštěvy se odhaduje na 3-4 hodiny.

2. 72hodinové cvičení nalačno a pasivní infuze laktátu a ketonů

Tato návštěva je identická s podmínkou 1, kromě toho, že účastníci dorazí do laboratoře 72 hodin nalačno a nebude jim poskytnuto lehké jídlo, dokud nebudou dokončeny všechny experimentální postupy. Před zahájením půstu budou účastníci vybaveni kontinuálním monitorem glukózy, aby mohli výzkumníci během půstu sledovat svou glykémii. Celková doba této návštěvy se také odhaduje na 3–4 hodiny.

Protokol cvičení s vysokou intenzitou. Účastníci absolvují šest 40sekundových cyklů při pracovním tempu, které vyvolá 100% maximální aerobní výkon (V̇O2max), po kterém následuje 20 s aktivní regenerace při 25% VO2max. Ukázali jsme, že toto cvičení zvyšuje laktát >5krát jak ve stavu nasycení, tak nalačno (12).

Randomizace podmínek. Pořadí podmínek, tj. nasycení nebo nalačno, bude náhodné. Je nemožné zaslepit účastníky vůči podmínkám sytosti a hladovění, protože půst vyžaduje abstinenci před jídlem před návštěvou laboratoře. Výzkumníci nebudou oslepeni, protože budou před návštěvou laboratoře sledovat subjekty, když se postí.