Wirkung von Zytokinen, die von Fettleibigkeit stammen, auf den Proteinumsatz und den Kohlenhydratstoffwechsel in der menschlichen Skelettmuskulatur

Rekrutierung von Fächern:

24 fettleibige (aber ansonsten gesunde) Teilnehmer mit erhöhten Zytokinspiegeln und 24 nicht fettleibige Probanden mit normalen Zytokinspiegeln werden rekrutiert. Nach dem ersten Versuchsbesuch (siehe unten) werden die Teilnehmer doppelblind in vier Gruppen (n=12) eingeteilt. In früheren Studien, in denen ähnliche niedriggradige Entzündungszustände verwendet wurden, bei denen Thiazolidindione verabreicht wurden, wurden signifikante Unterschiede (P < 0,05) in den untersuchten Prozessen bei Gruppengrößen von 10 beobachtet. Daher wurden Gruppengrößen von 12 ausgewählt, um den erwarteten 15 %-Dropout zu berücksichtigen, der in Langzeitstudien beobachtet wird. Die Teilnehmer sind männlich, gleichaltrig (>55 Jahre), Nichtraucher, sitzend und sind keine Vegetarier. Vor der Teilnahme an der Studie werden alle Probanden einem medizinischen Screening unterzogen und füllen einen allgemeinen Gesundheitsfragebogen aus. Dazu gehören Messungen des Blutdrucks, der Herzfrequenz, des 12-Kanal-Elektrokardiogramms (EKG), der Blutbiochemie und eines Blutgerinnungsprofils. Bei Nicht-Kontrollpersonen wird die Aufnahme in die Studie anhand des Taillenumfangs (> 100 cm) und des Entzündungsstatus (nicht fettleibige Personen mit C-reaktiven Proteinen (CRP) Plasmaspiegeln < 1,35 μg.ml-1 und Tumornekrosefaktor-alpha (TNFα)-Plasmaspiegel <3,3 pg.ml-1 und fettleibige Personen mit einem CRP >1,35 μg.ml-1 und TNFα >4,1 pg.ml-1). Nach einer Erklärung der Studie und der damit verbundenen Verfahren wird eine schriftliche Zustimmung eingeholt und die Probanden darauf hingewiesen, dass sie jederzeit zurücktreten können. Die Probanden werden über Presseanzeigen aus der lokalen Bevölkerung rekrutiert.

Experimentelle Versuche:

Zu Beginn einer 12-wöchigen Studie werden die Muskelproteinsynthese und der Proteinabbau in den Beinen bei allen Probanden durch die Verabreichung von stabilen Isotopen von Leucin und Phenylalanin, begleitend zu einer zweistufigen Insulinklemme, bestimmt, um den Übergang vom Fasten zum simulierten Zustand zu simulieren gefütterter Zustand. Dadurch werden die Basiswerte für diese Maßnahmen vor dem 12-wöchigen Interventionszeitraum festgelegt. Diese Maßnahmen werden in einem einzigen Besuch mit der Durchführung eines etablierten Protokolls zur Bestimmung der Muskelproteinsynthese und des Beinproteinabbaus erreicht. Um dies zu erreichen, wird zusammenfassend Folgendes durchgeführt: Eine Basalmuskelbiopsie aus dem Oberschenkel wird erhalten, wonach die Seruminsulinkonzentrationen auf Nüchternniveau gehalten werden und eine weitere Muskelbiopsie erhalten wird; Nach der Einnahme werden die Seruminsulinkonzentrationen erhöht und gemischte Aminosäuren verabreicht, um eine Nahrungsaufnahme zu simulieren, gefolgt von der Entnahme einer dritten und letzten Muskelbiopsie. Die Entnahme von Biopsien ermöglicht die Bestimmung des Isotopeneinbaus und damit die Bestimmung der Muskelproteinsynthese und der Beinproteinabbauraten.

Nach dem ersten Versuchsbesuch beginnen die Probanden mit einer 12-wöchigen Behandlung mit entweder Pioglitazon (30 mg·Tag-1) oder einem Placebo, das doppelblind verabreicht wird. Die Probanden werden während des gesamten Zeitraums in regelmäßigen Abständen überwacht, um die Einhaltung sicherzustellen und unerwünschte Nebenwirkungen zu melden. Nach 12 Wochen Verabreichung des Medikaments oder Placebos kehren die Probanden ins Labor zurück, um die Messungen zu wiederholen, die beim ersten Versuchsbesuch bestimmt wurden (Muskelproteinsynthese und Beinproteinabbau als Reaktion auf simulierte Ernährung). Die zirkulierenden Spiegel ausgewählter Zytokine werden zusätzlich in Blutproben untersucht, die den Probanden zu Beginn der beiden Versuchsbesuche (vor und nach dem 12-wöchigen Zeitraum der Arzneimittelintervention) entnommen wurden, wodurch eine Bewertung etwaiger damit verbundener Änderungen zwischen systemischen Zytokinkonzentrationen und ermöglicht wird Muskelproteinsynthese und Beinproteinabbau.

Studienprotokoll:

Die Studie umfasst zwei Besuche, die durch einen 12-wöchigen Zeitraum der medikamentösen Intervention getrennt sind. Bei jedem der beiden Besuche sind die Muskelproteinsynthese- und Beinproteinabbauraten als Reaktion auf die simulierte Ernährung unter Verwendung eines etablierten experimentellen Protokolls, das unten beschrieben wird, zu bewerten:

Die Probanden werden gebeten, vor jedem experimentellen Besuch 48 Stunden lang auf Alkohol und Bewegung zu verzichten und am Morgen des experimentellen Besuchs in einem nüchternen Zustand anzukommen. Die Probanden werden gebeten, sich in einer halb auf dem Rücken liegenden Position auszuruhen, während eine Kanüle retrograd in eine oberflächliche Vene auf der dorsalen Oberfläche der nicht dominanten Hand zur Blutentnahme eingeführt wird. Die Hand wird in einem Handwärmgerät (Lufttemperatur 50-55°C) gehalten, um den venösen Abfluss der Hand zu arterialisieren. Eine Kanüle wird in eine antecubitale Vene in jedem Unterarm für die Infusion von Insulin, Octreotid, Glucose, Aminosäuren und stabilen Isotopen-Infusionen von Leucin und Phenylalanin platziert, um die Nahrungsaufnahme auf präzise Weise zu simulieren; Ein in der Femoralvene platzierter Katheter ermöglicht in Verbindung mit arterialisierten venösen (A-V) Blutproben eine arterielle und venöse Blutentnahme über das Bein. Um die Muskelproteinsynthese und Beinproteinabbauraten als Reaktion auf die Nahrungsaufnahme zu beurteilen, wird das Seruminsulin zunächst durch die Verabreichung von Insulin (0,6 mU•m-2•min-1) für 120 Minuten auf Nüchternkonzentrationen gehalten, um endogenes Insulin zu verhindern Produktion, Octreotid (30 ng•kg-1•min-1). Dann werden, um eine Nahrungsaufnahme zu simulieren, die Seruminsulinkonzentrationen entsprechend dem Nahrungszustand für 120 Minuten erhöht (~40 mU•l-1) und 20 g gemischte Aminosäuren (Glamin® Fresenius-Kabi, UK) werden durch Infusion in Verbindung mit verabreicht Glukose zur Stabilisierung der Blutzuckerkonzentration (~4,5 mmol.l-1). Während des gesamten Versuchsbesuchs werden Infusionen stabiler Isotopenversionen von Phenylalanin und Leucin aufrechterhalten. Anfänglich wird eine einzelne Anfangsdosis von [2H5]Phenylalanin (0,33 mg·kg-1 Körpermasse, 98 Atom-% Überschuss) und [1-13C]Leucin (0,8 mg·kg-1 Körpermasse, 99 Atom-% Überschuss) verabreicht verabreicht, gefolgt von einer Dauerinfusion von 0,5 mg•kg-1•h-1 Phenylalanin und 1,0 mg•kg-1•h-1 Leucin. Die Verwendung dieser beiden stabilen Isotope in Kombination mit Muskelbiopsien aus dem Vastus lateralis-Muskel des Beins bei t = 0, 120 und 240 min und Blutentnahmen während des gesamten Besuchs ermöglichen die Muskelproteinsynthese und die Beinproteinabbauraten als Reaktion zu füttern berechnet werden. In regelmäßigen Abständen während des Versuchszeitraums wird der Atemgasaustausch überwacht, indem die Sauerstoffaufnahme (O2) und die Kohlendioxidproduktion (CO2) mit einem indirekten Kalorimeter mit belüfteter Haube (NutrEn, UK) gemessen werden, um das Atemaustauschverhältnis zu berechnen.

Nach Abschluss des ersten Besuchs, bei dem Basismessungen der Muskelproteinsynthese und des Proteinabbaus in den Beinen als Reaktion auf die Ernährung festgelegt wurden, beginnt die 12-wöchige Phase der medikamentösen Intervention. Nach Abschluss der 12-wöchigen Intervention wird der oben beschriebene Studienbesuch wiederholt, um die Auswirkungen der Intervention auf die aufgeführten Ergebnismaße zu bestimmen.

Beispielsammlung:

Zu Beginn jedes Versuchsbesuchs werden 8 ml Blut aus einer Venenkanüle in Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA)-Vacutainer entnommen. Nach der Zentrifugation bei 4 °C wird das extrahierte Plasma bei -80 °C gelagert, um die spätere Bestimmung der zirkulierenden Konzentrationen ausgewählter Zytokine zu ermöglichen. Während der Insulinklemme wird alle 5 min 1 ml AV-Blut zur Überwachung der Blutglukosekonzentration entnommen (YSI 2300 STATplus, Yellow Springs Instruments, USA). AV-Blut (5 ml) wird zu Studienbeginn und bei +30, +75, +90, +105, +120, +150, +195, +210, +225, +240 min entnommen, gerinnen gelassen, zentrifugiert, und das in flüssigem Stickstoff gelagerte Serum. Insulin wird in diesen Proben zu einem späteren Zeitpunkt mit einem Radioimmunoassay-Kit (Coat-a-Count Insulin, USA) gemessen. Femorale venöse und AV-Blutproben (2 ml) werden für Blutindikatormessungen bei –5, +75, +90, +105, +120, +195, +210, +225, +240 min entnommen und bei 4° zentrifugiert C und bei -80°C gelagert. Muskelbiopsien werden aus dem Musculus vastus lateralis bei 0, +120 und +240 min unter Verwendung der perkutanen Nadelbiopsietechnik erhalten. Muskelproben werden vor der Bestimmung des [1-13C]Leucineinbaus in flüssigem Stickstoff schockgefroren.

Nachsorge der Fächer:

Die Überprüfung früherer Studien des Prüfarztes mit Muskelbiopsien und Kanülierungsverfahren hat gezeigt, dass die Verfahren von den Probanden gut vertragen werden und nur wenige signifikante Komplikationen aufweisen. Die Vernarbung der Haut ist minimal und nach einigen Monaten nicht mehr sichtbar. Alle Muskelbiopsien werden unter sterilen Bedingungen von medizinisch qualifiziertem Personal und nach Injektion eines Lokalanästhetikums entnommen. Alle Probanden werden vor, während und nach dem Eingriff sorgfältig überwacht, um sicherzustellen, dass sie sich jederzeit wohl fühlen. Nach jeder Biopsie wird die Haut mit einem sterilen Klebestreifen verschlossen und mit einem wasserfesten Klebeverband abgedeckt. Beim Entfernen der Kanülen wird Druck ausgeübt, um die Blutung zu stoppen, und die Stellen werden mit einem wasserfesten Klebeverband verbunden. Die Probanden erhalten eine Broschüre, bevor sie das Labor verlassen, die Informationen zur Nachsorge und die Kontaktdaten unserer Kliniker enthält, falls sie Rat benötigen. Darüber hinaus werden die Probanden in den Wochen 2, 6 und 10 telefonisch kontaktiert, um das Fehlen von Nebenwirkungen der Arzneimittelverabreichung zu bestätigen. Den Probanden werden auch Kontaktdaten zur Verfügung gestellt, die sie verwenden können, wenn sie Bedenken haben.

Messungen und Analysen:

Muskelbiopsieproben und Blutproben sind auf Tracer-Inkorporation zu messen, was die Berechnung der Synthese- und Abbauraten von Muskelprotein ermöglicht. Gesammelte Blutproben werden auf zirkulierende Zytokinspiegel analysiert. Durch die Durchführung dieser Messungen vor und nach der Pioglitazon-Behandlung werden die Folgen einer Entzündung bei älteren Menschen auf den Muskelstoffwechsel bestimmt. Die statistische Analyse ist mittels Varianzanalyse (ANOVA) durchzuführen.