Die Wirkung von Vasopressin auf die Glukoseregulation (HYPERGlu)

Einleitung Das neurohypophysäre Hormon Arginin-Vasopressin (AVP), auch bekannt als antidiuretisches Hormon, war eines der ersten Hormone, das 1895 von Oliver und Schäfer aufgrund seiner Vasopressin-Eigenschaften identifiziert wurde. Sie zeigten, dass ein Extrakt aus der Hypophyse den Blutdruck bei anästhesierten Hunden erhöhte. AVP wird hauptsächlich im paraventrikulären und supraoptischen Kern des Hypothalamus synthetisiert. Das Hormon wird in den Neurallappen der hinteren Hypophyse übertragen, wo es an den Kreislauf abgegeben wird. Zielorgane nehmen die hormonellen Reize über drei verschiedene Rezeptoren wahr: V1a, V1b und V2. Der Rezeptor V1a wird hauptsächlich in der Gefäßwand exprimiert und ist für die Vasokonstriktion verantwortlich. Der Rezeptor V1b findet sich hauptsächlich im Hypophysenvorderlappen und vermittelt die Sekretion des adrenalen Corticotropin-Hormons, während der V2-Rezeptor hauptsächlich in den Nephrontubuli exprimiert wird und die Wasserreabsorption auslöst. Seit der Entdeckung von AVP wurden sowohl die Vasopressin- als auch die antidiuretischen Eigenschaften sehr gut untersucht und dokumentiert.

Abgesehen von den Wirkungen von AVP auf den Blutdruck und die Wasserhomöostase ist das Hormon an einer Vielzahl anderer Funktionen beteiligt, darunter Schmerzen, Knochen- und Fettstoffwechsel, Bluthochdruck, Sozialverhalten, Alterung, kognitive Funktion, Zellproliferation, Entzündungen, Infektionen, Homöostase, Hypothalamus -Hypophysen-Nebennieren-Achse und Diabetes. All diese Effekte könnten nützliche Einblicke in viele Krankheiten geben. Daher liegt der Fokus dieser Anmeldung auf den Wirkungen von AVP auf die Glukoseregulation bei gesunden Menschen.

Es ist bekannt, dass AVP die hepatische Glykogenolyse durch Aktivierung von V1a-Rezeptoren und durch Erhöhung der Freisetzung von Glucagon verstärkt, was zu erhöhten Glucosespiegeln bei Versuchstieren führt. Selbst wenn die Glukagonrezeptoren in der Leber blockiert sind, erhöht AVP immer noch den Blutzuckerspiegel. Die V1b-Rezeptoren wurden sowohl in Alpha- als auch in Betazellen der Langerhans-Inseln identifiziert. Somit stimuliert AVP die Insulinsekretion, was dem Anstieg des Blutzuckers entgegenwirkt. In einem Experiment mit AVP V1a- und V1b-Rezeptor-Knockout-Mäusen wurden Veränderungen im Glukose- und Fettstoffwechsel beobachtet, was darauf hindeutet, dass AVP eine Rolle bei der Glukoseregulation und Stoffwechselstörungen spielen könnte. Studien an Menschen mit einer genetischen Variation des AVP-V1a-Rezeptors zeigten eine erhöhte Prävalenz von Diabetes bei übergewichtigen oder Personen mit fettreicher Ernährung. Kürzlich untersuchte eine Studie an Ratten, die anfällig für Stoffwechselstörungen waren, die Wirkung des langfristigen Einflusses von Vasopressin auf die Glukosehomöostase. Es wurde berichtet, dass ein hoher Vasopressin-Gehalt die Hyperinsulinämie und Glukoseintoleranz bei fettleibigen Ratten verstärkte, während die Behandlung mit dem Vasopressin-Rezeptor-V1a-Antagonisten die Glukoseintoleranz verringerte.

In einer französischen epidemiologischen Studie wurde eine Kohorte von 3.615 Männern und Frauen mit normalem Nüchternblutzucker 9 Jahre lang beobachtet. Es zeigte sich, dass die Wasseraufnahme umgekehrt und unabhängig mit dem Risiko der Entwicklung einer Hyperglykämie assoziiert war. Die Autoren stellten die Hypothese auf, dass ihre Ergebnisse auf einen hypohydratationsbedingten Anstieg des Plasma-Vasopressins zurückzuführen seien. Vor kurzem wurde eine schwedische Kohorte von 2.064 Probanden aus der Malmo-Ernährungs- und Krebsstudie nach 15,8 Jahren mit einem oralen Glukosetoleranztest analysiert. Sie fanden heraus, dass Copeptin (ein zuverlässiger und klinischer Ersatzmarker für AVP) Diabetes mellitus und abdominale Adipositas unabhängig vorhersagte.

Interessanterweise sind Hypohydratation und geringes Wassertrinken mit chronisch erhöhtem AVP verbunden. In einer kürzlich durchgeführten Studie mit frei lebenden Erwachsenen führte eine geringe gewohnheitsmäßige Wasseraufnahme zu einem signifikant erhöhten AVP im Vergleich zu Erwachsenen mit hoher Wasseraufnahme.

Experimentelles Design Sechzig Probanden im Alter zwischen 30 und 55 Jahren ohne Insulinresistenz werden in die Studie aufgenommen. Dreißig der Erwachsenen haben einen normalen Body-Mass-Index (BMI; 15 Männer und 15 Frauen, 18,5 kg∙m-2 < BMI ≤25 kg∙m-2) und dreißig übergewichtige oder fettleibige Erwachsene (15 Männer und 15 Frauen, 28 kg∙m-2 ≤ BMI ≤35 kg∙m-2) werden rekrutiert, um an der Studie teilzunehmen. Die Schätzung der Stichprobengröße ergab, dass 60 Probanden eine Power von 0,8 bei einem auf 0,05 eingestellten Alpha-Level liefern. Die Wirkung von Vasopressin auf den Glukosestoffwechsel wird durch osmotische Stimulation von Vasopressin (AVP) unter Verwendung einer hypertonischen Kochsalzinfusion, gefolgt von einem oralen Glukosetoleranztest, untersucht. Jeder Proband führt zwei identische Experimente durch, die sich nur im Natriumchlorid (NaCl)-Gehalt der Infusion (isotonische vs. hypertonische Kochsalzlösung) unterscheiden. Alle weiblichen Probanden werden beide Studien während ihrer frühen Follikelphase durchführen, ungefähr 2-6 Tage nach Einsetzen der Menstruation, um niedrige endogene Östrogen- und Progesteronspiegel sicherzustellen. Nach 30-minütigem Ruhen in einer sitzenden Position wird den Probanden intravenös entweder 3 % NaCl (hypertonische Kochsalzlösung, daher HYPER) oder 0,9 % NaCl (isotonische Kochsalzlösung, daher ISO) über einen Zeitraum von 120 min mit einer Infusionsrate von 0,1 ml/min infundiert /kg Körpergewicht einfach verblindet und in ausbalancierter Reihenfolge. Diese hypertone Kochsalzinfusion erhöht die Plasmaosmolalität von 285 auf mindestens 300 mmol/kg. Aus einem separaten Venenkatheter werden alle 30 min Blutproben entnommen. Nach der Infusion ruhen sich die Probanden für eine Äquilibrierungsperiode von 30 Minuten aus, bevor sie mit einem 4-stündigen oralen Glukosetoleranztest beginnen.

Probandenvorbereitung für den oralen Glukosetoleranztest (OGTT): Die Probanden sollten sich 3 Tage vor dem Test normal ernähren und sich normal körperlich betätigen. Das Abendessen wird am Vortag standardisiert und es ist kein Alkohol erlaubt. Die Probanden werden angewiesen, mindestens 10 Stunden vor dem Test zu fasten.

Verfahren für OGTT: Der OGTT-Test besteht aus einer Einnahme von 75 g Glukose, gefolgt von einer Blutentnahmeperiode, wobei Proben alle 30 Minuten für 240 Minuten entnommen werden. Am Ende der Infusion und am Ende des OGTT werden Urinproben entnommen. Der Blutdruck wird nach jeder Blutprobe über ein automatisches Blutdruckmessgerät aufgezeichnet. Die Sauerstoffaufnahme und die Atmungsaustauschrate werden stündlich mittels indirekter Kalorimetrie bewertet, insgesamt sieben Mal pro Versuch. Während der Blutentnahme werden auch das Durstempfinden und die Mundtrockenheit über visuelle Analogskalen bewertet.

Probenanalyse In jedem experimentellen Versuch werden insgesamt vierzehn Blutproben entnommen und auf Folgendes analysiert: Hämatokrit (Hct), Hämoglobin (Hb), Osmolalität (Osm), Natrium (Na) und Kalium (K), Gesamtplasmaprotein, Glukose, Insulin, C-Peptid, Glucagon, Copeptin, Plasma-Renin-Aktivität, Corticotropin-Releasing-Hormon (CRF), Cortisol, Triglyceride und freie Fettsäuren (FFA).

Urinproben werden frisch auf Osmolalität und spezifisches Gewicht des Urins analysiert. Reserveproben von Serum, Plasma und Urin werden gelagert und bei -80 °C eingefroren, falls zusätzliche Analysen erforderlich sind, oder als Ersatz für zerbrochene Fläschchen.

Datenverarbeitung und -analyse Um die Qualität und Integrität der gesammelten Daten zu gewährleisten, werden Fallberichtsformulare verwendet. Die Fallberichtsformulare (CRF) werden so konzipiert, dass die gesammelten Daten so aufgezeichnet werden, dass sie den höchsten Standards entsprechen. CRF wird entwickelt, getestet und genehmigt, bevor ein Proband eingeschrieben wird. Der an der Datenerhebung der Studie beteiligte Wissenschaftler wird vor Beginn der Datenerhebung in der Anwendung von CRF geschult. Eine Papier- und digitale Bibliothek für alle CRFs wird eingerichtet und während des Experiments und mindestens für weitere 2 Jahre nach der Veröffentlichung der Manuskripte gepflegt. Der Datenbankmanager und der Hauptforscher sind die einzigen Personen, die Zugang zu identifizierbaren Subjektinformationen haben. Alle anderen Dokumente werden kodiert, um die Anonymität des Probanden zu gewährleisten. Der Daten- und Sicherheitsüberwachungsplan umfasst: Gesamtrahmen für die Daten- und Sicherheitsüberwachung, verantwortliche Partei für die Überwachung und Verfahren zur Meldung unerwünschter Ereignisse/unvorhergesehener Probleme. Nach der Datenerhebung erfolgt die Dateneingabe durch zwei autorisierte Wissenschaftler. Daten von Quest Diagnostics sind im PDF-Format verfügbar und die Dateneingabe wird ebenfalls von zwei Wissenschaftlern durchgeführt und verifiziert. Datenintegration und Datenbankbereinigung werden in statistischer Software über Analyse und Visualisierung durchgeführt.

Die Primärreaktionsvariable Glukosestoffwechsel wird durch 4 Variablen (Glukose, Insulin, C-Peptid und Glukagon) erfasst, die alle auf einer Verhältnisskala und bei 14 Gelegenheiten gemessen werden.

Sekundäre Ergebnisse sind: Hb, Hct, Gesamtproteine, Osmolalität, Na, K, Copeptin, adrenales Corticosteropin-Releasing-Hormon (ACTH), CRH, Angiotensin II, Plasma-Renin-Aktivität (PRA), Aldosteron, Triglyceride, FFA.

Zusätzliche wiederholte kontinuierliche Ergebnisse sind: (1) Blutdruck, der 14 Mal gemessen wird; (2) Sauerstoffaufnahme und Atmungsaustauschrate, die bei 7 verschiedenen Gelegenheiten bewertet werden; und (3) Durstwahrnehmung und Mundtrockenheit, die bei 14 Gelegenheiten gemessen werden.

Kovariatenmessungen Behandlungsgruppen (isotonische vs. hypertonische Kochsalzlösung) sind der primäre Vergleich von Interesse. Andere Kovariaten umfassen Geschlecht (Frauen vs. Männer) und Gewichtsstatus (Normalgewicht vs. Übergewicht/Adipositas), Alter (30-55) und Zeit (1-14).

Um zu untersuchen, ob die durchschnittlichen Reaktionsprofile in den Gruppen ähnlich sind, d. h. ob sich die Muster der zeitlichen Veränderung der durchschnittlichen Reaktion je nach Gruppe unterscheiden, wird die vorliegende Studie die Interaktionseffekte von Gruppe zu Zeit weiter untersuchen: (z. B. Behandlung durch Zeitinteraktion; Gewicht-Zeit-Wechselwirkung; Sex-by-Time-Interaktion).

Datenanalyseplan

• Für dieses Quasi-Experiment mit wiederholtem Messdesign führen die Forscher eine Längsschnittanalyse durch, um Änderungen in der mittleren Antwort über die Zeit zu beschreiben und zu beschreiben, wie diese Änderungen mit den interessierenden Kovariaten zusammenhängen.
• Die Normalität dieser kontinuierlichen Variablen wird durch die Durchführung des Shapiro-Wilk-Normalitätstests bewertet.
• Für alle kontinuierlichen Ergebnisse werden zusammenfassende Statistiken (Mittelwert und Standardabweichungen) zu jedem Zeitpunkt und nacheinander durchgeführt. Darüber hinaus werden Korrelationen zwischen Messungen des Glukosestoffwechsels durchgeführt.
• Prozentsätze werden für Kovariaten berechnet, die auf einer nominalen Skala gemessen werden, und Mittelwerte und ± Standardabweichungen werden für diejenigen angegeben, die auf einer kontinuierlichen Skala gemessen werden.
• Die Verteilungen der Insulinempfindlichkeitsindizes und Flächen unter der Kurve werden bewertet.

Statistische Modellierung Um zu untersuchen, wie sich Änderungen in der mittleren Antwort auf Kovariaten im Laufe der Zeit beziehen, wird eine verallgemeinerte lineare Mixed-Effects-Modellierung – mit zufälligen Abschnitten und Steigungen – unter Verwendung der eingeschränkten Maximum-Likelihood-Schätzung eingesetzt. Es wird angenommen, dass sich die mittlere Antwort jeder Gruppe im Laufe der Zeit linear ändert. Wenn die mittlere Antwort über die Zeit jedoch nicht linear ist, werden Polynomtrends höherer Ordnung untersucht.

Der Forscher passt das geeignete Kovarianzmustermodell an, um die Korrelationen zwischen den wiederholten Messungen zu berücksichtigen, so dass geeignete Schlussfolgerungen gezogen werden können.

Die statistische Signifikanz wird bei einem Alpha von 0,05 bestimmt. Alle statistischen Analysen würden mit der folgenden statischen Software STATA©, JMP© oder SAS© durchgeführt.

Voraussichtliche Ergebnisse und Schlussfolgerungen Während des hypertonen Kochsalzinfusionsversuchs wird der Wasserhaushalt künstlich manipuliert (hypertonische Hypervolämie). Die Erhöhung der Plasmaosmolalität stimuliert die Vasopressinsekretion. Es wird erwartet, dass die AVP-Stimulation das Insulin stärker ansteigen lässt als Glucose, was zu einer höheren Insulinresistenz führt. Es wird auch erwartet, dass eine große Urinosmolalität als Reaktion auf erhöhte Vasopressinspiegel und eine niedrigere Urinausscheidung vorliegt.

Bedeutung des Projekts Diabetes ist zusammen mit Adipositas eine der führenden nichtübertragbaren Krankheiten in Industrie- und Entwicklungsländern. Mehr als 29 Millionen Amerikaner sind Diabetiker und weitere 86 Millionen befinden sich in einem prädiabetischen Zustand. Die Kosten von Diabetes beliefen sich 2012 auf 245 Milliarden US-Dollar, Tendenz steigend. Hypohydratation auf der anderen Seite ist ein recht häufiges Phänomen, das mit vielen Gesundheitsproblemen wie Harnwegsinfektionen, Nierensteinen, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Stimmungslage und kognitiver Leistungsfähigkeit verbunden ist. Einer der möglichen Mechanismen hinter den Auswirkungen der Hypohydratation ist der erhöhte AVP-Spiegel. Jüngste epidemiologische Daten und Tierversuche weisen darauf hin, dass Hypohydratation und hohe Vasopressinwerte sowohl mit Diabetes als auch mit Glukose-Dysregulation in Verbindung stehen. Es liegen jedoch keine experimentellen Daten aus einer kontrollierten Studie am Menschen vor. Der Zweck der vorgeschlagenen Studie ist es, eine kontrollierte Studie an gesunden Menschen durchzuführen, um die Wirkung von erhöhtem Vasopressin auf die Glukoseregulation zu untersuchen.