Mikrovaskulær dysfunktion ved fedme

Femogtyve stillesiddende klasse 2 og derover overvægtige [body mass index (BMI) >35 kg/m2, taljeomkreds >40 tommer (mænd) eller >35 tommer (kvinder)] mænd og kvinder (18-45 år) vil deltage i disse eksperimenter. Personer under 18 år vil ikke blive undersøgt på grund af protokollens invasive karakter. Personer over 45 år vil ikke blive undersøgt på grund af det aldersrelaterede fald i endotelfunktionen. Der vil ikke være begrænsninger med hensyn til race, køn eller socioøkonomisk status. Kvinder vil være præmenopausale, vil være i kombineret østrogen/progestin hormonpræventionsterapi (pille, depotplaster eller vaginal ring) og vil blive undersøgt inden for den syv dages inaktive (placebo) fase af hormonel præventionsbehandling (sammenlignelig med den tidlige follikulære fase i den normale menstruationscyklus; verificeret ved blodestradiolanalyser). Det er vigtigt at sikre konsistens i undersøgelsen af ​​kvinderne i fasen af ​​hormonal præventionsbehandling med laveste plasmaestradiolkoncentrationer på grund af de kendte positive virkninger af østradiol på endotelfunktionen. Stillesiddende overvægtige personer vil have været vægtstabile i de foregående 6 måneder og vil have det metaboliske syndrom. Det metaboliske syndrom vil blive defineret i henhold til de mest udbredte kriterier for det metaboliske syndrom fra den tredje rapport fra det nationale kolesteroluddannelsesprograms ekspertpanel om påvisning, evaluering og behandling af forhøjet kolesterol i blodet hos voksne (Voksenbehandlingspanel III). Personer med det metaboliske syndrom har mindst tre af følgende: 1) Central fedme målt ved taljeomkreds (mænd >40 tommer; kvinder >35 tommer); 2) Fastende blodtriglycerider > 150 mg/dL; 3) Blod HDL-kolesterol hos mænd <40 mg/dL og kvinder <50 mg/dL; 4) Blodtryk > 130/85 mmHg; 5) Fastende blodsukker > 110 mg/dL, og (ikke pr. ATP III) en 2-timers GTT glucose på 140-200 mg/dl.

Før de deltager i denne undersøgelse, vil forsøgspersonerne gennemgå en sygehistorie, fysisk undersøgelse og screening for hjerte-kar-sygdomme og type 2-diabetes. Evalueringer består af en gradueret løbebåndsstresstest, en blodkemi, kropssammensætningsanalyse ved Dual X-ray Absorptiometry (DXA) og et minimums taljemål (mellem xiphoid-processen og navlen).

Ekskluderinger Forsøgspersoner, der deltager i målrettet udholdenhedstræning (>20 min/dag, >1 dag/uge), vil blive udelukket. Præmenopausale kvindelige forsøgspersoner må ikke være gravide eller ammende og skal have haft regelmæssige menstruationscyklusser det seneste år. Alle forsøgspersoner vil blive screenet for kardiovaskulær og perifer vaskulær sygdom. Personer, der tager medicin, der kan påvirke det centrale eller perifere kredsløb, er på ikke-steroide antiinflammatoriske midler eller serotoningenoptagelseshæmmere, som ryger eller tygger tobak, har diabetes (fastende blodsukker >125 mg/dL), hypertension >160/95 mmHg (individer). med diabetes og høj grad af hypertension vil blive udelukket for at holde en mere ensartet gruppe af individer med det metaboliske syndrom), kongestiv hjertesvigt, angina eller perifer vaskulær sygdom. Personer med tegn på alvorlige arytmier og/eller akut myokardieiskæmi afspejlet i ST-segmentdepression på 1 mm eller mere i hvile eller under træning vil blive udelukket. Personer med kroniske infektioner, lammelser på grund af slagtilfælde, fremskreden Parkinsons sygdom, svær leddegigt eller andre alvorlige ortopædiske problemer, der ville forhindre udførelsen af ​​træningsopgaverne, vil blive udelukket. Forsøgspersoner vil ikke få lov til at tage antioxidant-, urte- eller vitamintilskud i mindst 2 uger før undersøgelsen, da nogle af disse midler har vist sig at forbedre endotelafhængig vasodilatation. Forsøgspersoner vil ikke få lov til at indtage koffein på dagen for forsøget. Forsøgspersoner vil blive udelukket, hvis vægten ændrer sig med mere end 5 % under træningsprogrammet, eller hvis deres træningsoverholdelse er under 90 % af træningspas eller den samlede træningstid.

Tidsramme: Emner vil blive rekrutteret, screenet, tilmeldt og testet i månederne 3-28 af denne bevilling. Emneansættelsesprocedurer og indkøb af nødvendige forsyninger vil finde sted i løbet af de første 2 måneder af projektet. Yderligere rekruttering samt screening og test af forsøgspersoner vil finde sted i 1-måneders cyklusser over de efterfølgende 25 måneder med en hastighed på ca. 1 pr. cyklus. Der vil derfor blive udført 25 mikrodialyseforsøg på deltagere både før og efter 8 ugers træningstræning, i alt 50 mikrodialyseforsøg. Denne plan vil derfor kræve 2 mikrodialysetest om måneden i gennemsnit i testmånederne. Testning af disse emner omfatter seks timer til mikrodialyseproceduren. Biokemisk analyse af prøver kræver cirka seks timer pr. eksperiment, og datareduktion yderligere fem timer pr. eksperiment. Der kræves ekstra tid (fem timer om ugen) til fagrekruttering, indledende test og opfølgning. Rekrutterings- og testmålene er derfor realistiske i lyset af den afsatte personale- og procentsats, kombineret med personale og ressourcer, der ikke belastes bevillingen.

Mikrodialyse (før og efter træning):

Forsøgspersoner vil rapportere til Hickner-laboratoriet efter faste natten over. Mens forsøgspersonerne hviler stille, vil der blive taget en blodprøve, der faster natten over, fra en antecubital vene, der skal analyseres for traditionel (insulin, glucose, lipider, c-reaktivt protein) og ikke-traditionelle [(cytokiner TNF-alfa, IL-6, IL-13, intercellulært adhæsionsmolekyle-1 (ICAM-1), vaskulært adhæsionsmolekyle-1 (VCAM-1) og P-selectin] kardiometaboliske sygdomsrisiko/inflammatoriske markører i blod ved hjælp af ELISA'er fra EMD Millipore eller vores kliniske analysator (Beckman Access-systemer). Derudover vil plasmaglutathion (GSH/GSSG) blive analyseret som en markør for systemisk oxidativ stress ved hjælp af et kit fra Percipio Biosciences (Bioxytech GSH/GSSG).

Mikrodialyseprocedure Syv mikrodialyseprober (CMA 20: 10 mm * 0,5 mm 20 kilodalton cutoff-membran, 5 cm sondeskaftlængde, indløbsslange og udløbsslange 20 cm; CMA/mikrodialyse, Stockholm, Sverige) vil blive indsat perkutant, 3 cm fra hinanden. lateralis af muskelgruppen quadriceps femoris (3-4 prober pr. ben) ved brug af steril teknik under lokalbedøvelse (1 % lidokain). Proberne vil blive perfunderet med den passende opløsning med en hastighed på 2,0 µL/min ved hjælp af CMA/102 mikroinfusionspumper (CMA/Microdialysis, Stockholm, Sverige) i henhold til skemaet i tabel 2.

Kontrolperfusionsopløsningen vil bestå af en steril saltvandsopløsning indeholdende 5 mM ethanol (til blodgennemstrømning/mikrovaskulære udvekslingsforanstaltninger). To af proberne vil indledningsvis blive perfunderet med denne kontrolopløsning, mens de andre prober vil blive perfunderet med NADPH-oxidasehæmmere. Forsøgspersonerne vil hvile mens de sidder i 60 minutter for at muliggøre restitution fra probeindsættelse og ækvilibrering af perfusatet med det lokale miljø. Fase 1: Tre 10-minutters dialysatprøver vil blive opsamlet i løbet af de efterfølgende 30 minutter i hætteglas med 150 µL polyethylenopsamlingshætteglas for at bestemme basal ernæringsflow i fravær (probe 1) og tilstedeværelse (prober 3-7) af NADPH-oxidasehæmmere, og at tjene som en intra-probe-kontrolperiode før SNP-perfusion (probe 2). Fase 2: Perfusatopløsningerne i den anden probe vil derefter blive ændret til at indeholde kontrolopløsningen plus 50 mM natriumnitroprussid (SNP: til kontrol for ikke-endotelafhængige ændringer). 100 µM Amplex UltraRed og 1 U/mL peberrodsperoxidase (HRP) vil blive tilsat til perfusatet i de andre prober til måling af in vivo H2O2-produktion. Tre tyve minutters dialysatprøver vil derefter blive opsamlet i løbet af de efterfølgende 60 minutter for at give disse målinger i fravær af superoxiddismutase. Fase 3: 10 U/mL superoxiddismutase (SOD) vil derefter blive tilsat til Amplex UltraRed/HRP-holdige perfusater. Tre tyve minutters dialysatprøver vil derefter blive indsamlet i løbet af de efterfølgende 60 minutter for at give mål for virkningerne af SNP, 1 mM apocynin, 100 nM MitoTempo, 100 nM MitoTempo+Apocynin, 100 nM GKT 137831 i abc 137831, eller 810 nM G31031 i abc 100 sek. SOD. Fase 4: Perfusatopløsningerne i prober to til syv vil derefter blive ændret til at indeholde kontrolopløsningen plus enten 50 mM Ach (for at bestemme endotelafhængige ændringer) eller 50 mM ACh + enten 1 mM apocynin, 100 nM MitoTempo, 100uM MitoTempo+ Apocynin, 100nM GKT 137831 eller 100nM GKT 137831+Apocynin (for at bestemme, om inhibering af NADPH-oxidase eller mitokondriel ROS-produktion forbedrer det endotelafhængige respons). Sonderne vil derefter blive perfunderet i 60 minutter for at muliggøre ækvilibrering med det lokale miljø. Tre 10-minutters prøver vil derefter blive indsamlet i løbet af de efterfølgende 30 minutter for at bestemme næringsfloweffekterne af ACH i nærvær og fravær af NADPH-oxidase eller mitokondriel ROS-hæmning. For hver prøve, hvor Amplex UltraRed og HRP tilsættes til perfusionsmediet, vil der straks blive målt 30 µL dialysat for H2O2 i laboratoriets fluorometer. For hver prøve, hvor blodgennemstrømningen måles, vil dialysat blive opbevaret ved 4 °C og analyseret for ethanol (til blodgennemstrømning/mikrovaskulær udveksling) inden for 24 timer. Alle perfusater og dialysater vil være beskyttet mod lyspåvirkning.

Mikrodialyse ethanol udstrømning/tilstrømning forhold Ethanol (5 mM) vil blive inkluderet i perfusionsmediet for at overvåge ernæringsmæssig blodgennemstrømning/mikrovaskulær udveksling i området af mikrodialysesonden som beskrevet i vores tidligere publikationer 30-32.

Bestemmelse af maksimal aerobe kapacitet (før og efter træning):

Alle forsøgspersoner vil udføre en standardiseret maksimal træningstest på et løbebånd ved tilmelding til studiet og igen efter afslutning af træningsprogrammet. Forsøgspersoner vil individuelt justere hastighed og hældning (3-6 km·t-1, 0-5%) i en 5-minutters opvarmningsperiode. Efter opvarmningsperioden vil forsøgspersonens udløbne O2 og CO2 løbende blive overvåget via spirometri med åbent kredsløb (TrueOne 2400; Parvomedics; Salt Lake City, UT). VO2peak-testen vil blive udført ved hjælp af en rampeprotokol, hvor hastigheden vil være konstant, og hældningen øges 2 % hvert andet minut, indtil VO2peak er nået. Starthastigheden vil blive individuelt justeret baseret på opvarmningshastigheder og puls, med den hensigt at opnå VO2peak inden for 8-12 minutter.

Træningsprotokol Alle deltagere vil udføre aerob intervaltræning tre gange om ugen på ikke-sammenhængende dage i otte uger. Motion vil bestå af at gå/løbe op ad en skråning på et løbebånd. Forsøgspersonerne vil varme op i 10 minutter ved 70 % af maksimal hjertefrekvens (HRmax som bestemt under VO2peak-testen), før de udfører fire 4-minutters intervaller ved 90 % af HRmax med en 3-minutters aktiv restitution ved 70 % af HRmax mellem intervaller og en 5-minutters nedkølingsperiode, hvilket giver en samlet træningstid på 40 minutter.

Bestemmelse af kropssammensætning Fedtfri masse, fedtmasse og procent kropsfedt vil blive bestemt ved hjælp af dobbelt-energi røntgenabsorptiometri (DXA; GE Lunar Prodigy Advance, Madison WI). Kropsmasse og højde vil blive målt til beregning af kropsmasseindeks (BMI: kg/m2). Minimum talje og maksimal hofteomkreds vil også blive målt for potentielt at blive brugt som en kovariat i statistiske analyser på grund af sammenhængen mellem vægt/h-forhold og taljeomkreds med risiko for kardiometabolisk sygdom.

Muskelmarkører for oxidativt stress:

Biopsier vil derfor blive taget i hviletilstand før og efter træning af de deltagere, der accepterer biopsiproceduren. Perkutane muskelbiopsier vil blive opnået fra vastus lateralis af muskelgruppen quadriceps femoris (undergår tilpasninger til den foreslåede træningstræning) ved hjælp af sterile procedurer og efter administration af lokalbedøvelse (1 % lidokain).