Mekanismer for cerebrovaskulær kontrol

Introduktion Det er almindeligt accepteret, at insulinresistens i MetSyn øger risikoen for cerebrovaskulær sygdom (CVD) og slagtilfælde. Derudover er MetSyn forbundet med kognitive svækkelser og øget risiko for neurodegenerative sygdomme. På trods af en stærk sammenhæng mellem dårlig cerebrovaskulær sundhed i MetSyn, forbliver den cerebrale blodgennemstrømnings (CBF) reaktion på akutte insulinstigninger hos mennesker stort set uudforsket. Cerebrovaskulær dysfunktion som reaktion på insulin og potentielle mekanismer, der dæmper CBF, kan ikke kun fremhæve de centrale fundamenter for patofysiologien af ​​slagtilfælde og CVD, det kan give nøgleindsigt til forståelse af kognitiv tilbagegang, der er stærkt forbundet med ældre individer med MetSyn. Derfor er etablering af mekanismerne for insulin-medieret cerebrovaskulær kontrol ikke kun vigtigt for at reducere dødeligheden i MetSyn, det kan være dybt vigtigt for at opretholde hjernens sundhed. Insulin-mediteret vasodilatation er stort set en vaskulær endotheliumafhængig proces. Elegante eksperimenter med dyremodeller tyder på, at insulinresistens forstyrrer seks endoteliale signalveje, hvor de stærkeste beviser implicerer et tab af nitrogenoxid (NO) vasodilatation og overdreven endotelin (ET-1) indsnævring. Litteraturen indikerer, at i MetSyn fører en stigning i insulin til vasokonstriktion og cerebral hypoperfusion. Disse resultater er retningsmæssigt modsatte af ingen ændring eller insulin-medieret vasodilatation og stigning i CBF rapporteret i litteraturen. Beviser tyder på, at ukoblet funktion af nitrogenoxidsyntase (NOS) fører til ugunstig balance mellem NO, reaktive oxygenarter og ET-1. Normalt bør stimulering af insulinreceptor på det vaskulære endotel tilvejebringe et miljø, hvori NOS fremstiller NO, hvilket fører til vasodilatation og inhibering af ET-1. I MetSyn stimulerer insulin i stedet vasokonstriktoren ET-1 i højere grad, mens NOS er afkoblet og genererer mere reaktive oxygenarter, der fjerner det NO, der genereres, hvilket fører til et større vasokonstriktorsignal frem for vasodilatation.

Specifikke mål/studiemål

Specifikke mål:

Den centrale hypotese er, at insulins vasodilatoriske virkninger allerede er svækket i metabolisk syndrom på grund af tab af dilatator og forstærkning af constrictor-signaler. Cerebral vasodilatation til insulin er stort set endotelafhængig. Nye beviser i dyremodeller tyder på, at insulinresistens forstyrrer mindst seks endoteliale signalveje, der kunne være potentielle mål, og dette forslag fokuserer på to, der højst sandsynligt reducerer CBF i MetSyn: 1) Tab af nitrogenoxid (NO) vasodilatation og 2) overdrevet endotelin (ET-1) indsnævring. Disse eksperimenter vil adressere tre specifikke mål:

Mål 1: At teste hypotesen om, at fysiologiske stigninger af insulin akut øger CBF hos unge voksne, men voksne med MetSyn udviser paradoksal insulin-medieret vasokonstriktion.

Mål 2: At teste hypoteserne om, at nøglemekanismer, der er ansvarlige for dårlig CBF i MetSyn, er skift i NO og ET-1 signalering. Specifikt, i raske kontroller, medierer NO robust udvidelse med ringe eller ingen ET-1-konstriktion. I modsætning hertil udviser voksne med MetSyn ukoblet NO-syntase (NOS) og overdrevet ET-1-konstriktion.

Mål 3: At teste hypotesen om, at insulinregulering af CBF er regionalt forskellig (f.eks. MCA reaktiv end ACA eller basilar), og de negative virkninger af IR er tilsvarende regionalt specifikke.

Hypoteser:

• Voksne med metabolisk syndrom vil udvise reduceret cerebral vasodilatation som reaktion på en OGTT
• NOS-hæmning vil reducere CBF-reaktionerne (Δ CVC/Δ-insulin) i magre kontroller til niveauer af metabolisk syndrom, hvorimod den vil øge CBF-reaktionerne i metabolisk syndrom, hvilket tyder på, at metabolisk syndrom har ukoblet NOS-funktion
• ET-1-hæmning vil øge CBF-responser (Δ Cerebral Vascular Conductance Index (CVCi)/Δ insulin) i magre kontroller og metabolisk syndrom. Det vil dog stige væsentligt mere i ved metabolisk syndrom.
• MCA vil være mere reaktiv over for insulinstigninger end andre cerebrale arterier

Undersøgelsens endepunkter: Ændring i cerebral vaskulær konduktans (CVC, ml/min/100 mmHg) i forhold til ændringen i koncentrationen af ​​insulin i blodet efter indtagelse af glukose.

Emner Tres deltagere (30 pr. gruppe) vil blive rekrutteret. Fastlæggelse af berettigelse vil være en to-trins proces. Det første trin er, at alle deltagere vil gennemføre en indledende skærm for at afgøre, om de kvalificerer sig til screeningsbesøget. Foreløbige kvalificerede forsøgspersoner vil blive inviteret til forskningslaboratoriet for informeret samtykke og formel screening.

Under screeningsbesøget på forskningslaboratoriet vil forsøgspersonerne udfylde informeret samtykke, et sundhedshistoriespørgeskema, en MR-sikkerhedsscreeningsformular og et spørgeskema til fysisk aktivitet. Højde, vægt, blodtryk og talje- og hofteomkreds vil også blive taget. Derudover vil der blive udtaget en venøs blodprøve til glukose- og lipidtestning for at bestemme egnethed. Hvis screeningsbesøget afslører, at der er en abnormitet eller kontraindikation for deltagelse, som er dækket eller ikke dækket af de opsummerede eksklusionskriterier, vil den potentielle forsøgsperson ikke få lov til at deltage. Som en opsummering vil forsøgspersoner opleve følgende aktiviteter under screeningsbesøget i laboratoriet:

Metoder Efter indledende screening og et screeningsbesøg vil deltagelse i denne undersøgelse involvere to separate MRI-studiebesøg (saltvandsinfusion som placebo, versus L-NMMA infusion for at hæmme NOS ELLER Ambrisentan oralt (kun mandlige deltagere), versus laktose placebo oralt for at hæmme ET -1). Forsøgspersoner vil blive ledt ind i en eksperimentel tilstand (placebo/L-NMMA eller placebo/Ambrisentan) baseret på antallet af forsøgspersoners behov for at opretholde statistisk styrke. Til Ambrisentan-studiet skal forsøgspersonerne være mænd på grund af lægemidlets potentielle skadelige virkning på fosteret. Når først tildelt en eksperimentel tilstandsgruppe, vil lægemiddelrækkefølgen (placebo/lægemiddel) blive udført på en tilfældigt tildelt, modbalanceret enkeltblind måde. De eksperimentelle procedurer vil være identiske på alle testdage med undtagelse af hvilket lægemiddel der skal infunderes. Under hvert besøg vil forsøgspersoner blive overvåget for puls, blodtryk, kuldioxid i slutningen af ​​tidevandet og verbal kommunikation af uønskede symptomer (hvordan føler individet det), mens de er i MR-scanneren.

Graviditetstest: Alle kvindelige forsøgspersoner skal have en negativ uringraviditetstest før enten studiebesøg (placebo eller lægemiddel) for at sikre, at de ikke er gravide på tidspunktet for hvert studiebesøg. Hunnerne vil ikke blive tildelt Ambrisentan-forsøget, selvom deres graviditetstest er negativ.

Venepunktur Blodprøve: Under screeningsbesøget vil der blive udtaget blod (op til 20 ml) ved hjælp af venepunktur, der skal analyseres for fastende glukose, serumlipider.

Forsøgspersoner vil afholde sig fra motion, koffein og NSAIDS samt faste i ≥ 10 timer før alle eksperimentelle forsøg.

Intravenøst ​​kateter: Uddannet personale vil placere to intravenøse katetre. Placering af katetrene vil være i alle armvener, der anses for at være mest egnede for at lette adgangen. En vil dog blive placeret i den antecubitale fossa (infusion) og en i antecubital-, hånd- eller håndledsvenen (blodprøve) i den modsatte arm for hvert af de to studiebesøg. Blodprøvetagnings IV-kateteret vil blive brugt til at tage op til 15 ml blodprøver på bestemte tidspunkter under hvert studiebesøg for at måle koncentrationer af glukose og insulin samt for markører for inflammation og oxidativt stress. Alle procedurer er identiske under hvert forsøg (placebo/L-NMMA/BQ123). De specifikke tidspunkter, som er omtrentlige på grund af små variationer i MR-scanningstider, er som følger:

• Baseline, før baseline PC VIPR-scanning
• Før PC VIPR-scanning 1 efter OGTT
• Før PC VIPR-scanning 2 efter OGTT
• Før PC VIPR-scanning 3 efter OGTT
• Før PC VIPR-scanning 4 efter OGTT
• Før PC VIPR-scanning 5 efter OGTT
• Før PC VIPR scan 6 efter OGTT
• Før PC VIPR scan 7 efter OGTT
• Før PC VIPR scan 8 efter OGTT
• Før PC VIPR scan 9 efter OGTT

Intravenøs infusion:

I. NOS-hæmning: L - NMMA er en potent ikke-selektiv NOS-hæmmer, der bruges til at studere vaskulær fysiologi. L-NMMA vil blive infunderet med 3 mg/kg legemsvægt/time bolus (over 10 min) efterfulgt af en vedligeholdelsesinfusion på 1 mg/kg/time i hele forsøgets varighed. Systemisk levering af L - NMMA har vist sig at hæve blodtrykket ~8-15 mmHg, hvilket er inden for det interval, der observeres under træning.

II. Placebo: Placebo-infusionshastigheder vil blive bestemt ved hjælp af de samme formler for L-NMMA-infusion, ved hjælp af forsøgspersonens seneste screeningsvægt. Ideelt set vil saltvand blive infunderet med samme hastighed og mængde som det tilsvarende lægemiddelbesøg. Forsøgspersoner, der genscreenes og har en vægtændring, kan dog have en saltvandsinfusionshastighed, der afviger lidt fra L-NMMA-infusionshastigheden.

En lille uoverensstemmelse i saltvands- og lægemiddelinfusionshastighed er ubetydelig fra et videnskabeligt perspektiv, da der allerede er variation i mængden af ​​saltvand, som forsøgspersonen modtager, da det bruges til at skylle IV (1-5 ml) med hver blodudtagning (op til 10 blodprøver).

ET-1 - Hæmningsundersøgelser (15 kontrol, 15 MetSyn) (Ambrisentan Arm):

I. ET-1-hæmning: Ambrisentan er en antagonist af ETA-receptoren. Forsøgspersonerne vil modtage 10 mg Ambrisentan i en pilleform 90-150 minutter før OGTT. Denne klasse af lægemidler er blevet brugt til at forske i ET-1-signalering i diabetes, fedme og hypertension (Bruno, Sudano, Ghiadoni, Masi, & Taddei, 2010; Lteif, Vaishnava, Baron, & Mather, 2007; Mather, Mirzamohammadi, Lteif , Steinberg, & Baron, 2002). ETA-receptorer er de mest tilbøjelige til at mediere overdreven konstriktion hos MetSyn-patienter. Ambrisentan vil blive indtaget oralt. Systemisk levering af endotelinantagonist har vist sig ved kronisk dosering at sænke det systoliske blodtryk 4,5±10 mmHg og diastolisk 3 ± 7,5 mmHg hos hypertensive patienter og ikke ændre det gennemsnitlige arterielle tryk ved fedme (Bruno et al., 2010; Mather et al., 2010; Spratt et al., 2001).

II. Placebo: Placebo-piller, der i størrelse og form svarer til Ambrisentan, vil blive brugt som placebokontrol.

Magnetisk resonansbilleddannelse (MRI): En 3 Tesla MRI vil blive brugt til at kvantificere cerebral blodgennemstrømning og fange cerebral karstruktur på bestemte tidspunkter under studiebesøgene (ved baseline og under behandlingsbetingelser). Der vil ikke blive brugt kontrastmiddel på noget tidspunkt. Forsøgspersonen vil være i scanneren til en indledende baseline-scanning og under de eksperimentelle forsøg. Al scanning vil blive udført inden for den foreslåede tidslinje for eksperimentelle forsøg. Mens de er i scanneren, vil forsøgspersoner blive overvåget for puls, EKG, kuldioxid (CO2) og blodtryk. Scanneren har evnerne til at indsamle disse data, undtagen end-tidal CO2, som vil blive indsamlet med en emnemonitor. Ud over standardpulssekvenser, der almindeligvis opnås til kliniske formål (lokalisatorer, standard MR-angiografi til karanatomi (uden kontrastmiddel), 2D-fasekontrast-MRI til hastighedskodede målinger), a.s.o.; 'grundlæggende sekvenser'), vil en opkøbsordning udviklet ved University of Wisconsin-Madison blive brugt. Denne ordning, PC VIPR (fasekontrast enormt undersamplet isotrop projektionsrekonstruktion) er unik i sin evne til at erhverve volumetriske datasæt med tre-retningshastighedskodning og høj rumlig opløsning på forholdsvis korte scanningstider. Alle pulssekvenser, der anvendes i denne undersøgelse, er designet til at holde sig inden for de nuværende retningslinjer for dB/dt fastsat af FDA.

Oral glucosetolerancetest (OGTT): Forsøgspersonen vil drikke destilleret deioniseret vand (300 ml) indeholdende 75 gram glucose inden for 5 minutter. Dette er standardadministrationen af ​​OGTT.

Gentilmelding: Mandlige forsøgspersoner, der fuldfører undersøgelsen, vil have valget mellem at gentilmelde sig og fuldføre den fløj af undersøgelsen, de ikke deltog i. Forsøgspersoner vil blive genscreenet for at bestemme egnethed og vil blive adskilt med mindst 1 uge fra afslutningen af ​​undersøgelsen. Desuden deltager de kun i L-NMMA eller Ambrisentan (hvilket nogensinde de ikke har gennemført i den anden fløj af undersøgelsen), de behøver ikke at gentage kontrol-/saltvandsbesøget.