Mecanismos de Control Cerebrovascular

Introducción Está ampliamente aceptado que la resistencia a la insulina en MetSyn aumenta el riesgo de enfermedad cerebrovascular (ECV) y accidente cerebrovascular. Además, MetSyn está asociado con deterioros cognitivos y un mayor riesgo de enfermedades neurodegenerativas. A pesar de la fuerte asociación de mala salud cerebrovascular en MetSyn, la respuesta del flujo sanguíneo cerebral (FSC) a los picos agudos de insulina en humanos sigue sin explorarse en gran medida. La disfunción cerebrovascular en respuesta a la insulina y los posibles mecanismos que atenúan el CBF no solo pueden resaltar los fundamentos centrales de la fisiopatología del accidente cerebrovascular y la ECV, sino que también pueden proporcionar información clave para comprender el deterioro cognitivo fuertemente relacionado con las personas mayores con MetSyn. Por lo tanto, establecer los mecanismos de control cerebrovascular mediado por insulina no solo es importante para disminuir la mortalidad en MetSyn, sino que puede ser muy importante para mantener la salud del cerebro. La vasodilatación mediada por insulina es en gran medida un proceso dependiente del endotelio vascular. Los experimentos elegantes que utilizan modelos animales sugieren que la resistencia a la insulina interrumpe seis vías de señalización endotelial, y la evidencia más fuerte implica una pérdida de la vasodilatación del óxido nítrico (NO) y una constricción exagerada de la endotelina (ET-1). La literatura indica que en MetSyn, un pico de insulina conduce a vasoconstricción e hipoperfusión cerebral. Estos hallazgos son direccionalmente opuestos a la ausencia de cambios o la vasodilatación mediada por insulina y el aumento en el CBF informados en la literatura. La evidencia sugiere que la función desacoplada de la óxido nítrico sintasa (NOS) conduce a un equilibrio desfavorable entre el NO, las especies reactivas de oxígeno y ET-1. Normalmente, la estimulación del receptor de insulina en el endotelio vascular debería proporcionar un entorno en el que la NOS fabrique NO, lo que conduce a la vasodilatación e inhibición de ET-1. En cambio, en MetSyn la insulina estimula el vasoconstrictor ET-1 en mayor medida mientras que la NOS se desacopla generando más especies reactivas de oxígeno que eliminan el NO que se genera, lo que conduce a una mayor señal vasoconstrictora en lugar de vasodilatación.

Metas Específicas/Objetivos del Estudio

Objetivos específicos:

La hipótesis central es que las acciones vasodilatadoras de la insulina ya están alteradas en el síndrome metabólico debido a la pérdida de dilatador y la ganancia de señales constrictoras. La vasodilatación cerebral a la insulina depende en gran medida del endotelio. La evidencia emergente en modelos animales sugiere que la resistencia a la insulina interrumpe al menos seis vías de señalización endotelial que podrían ser objetivos potenciales, y esta propuesta se enfoca en dos que probablemente reducen el CBF en MetSyn: 1) Pérdida de vasodilatación de óxido nítrico (NO), y 2) Exagerada constricción de endotelina (ET-1). Estos experimentos abordarán tres objetivos específicos:

Objetivo 1: probar la hipótesis de que los picos fisiológicos de insulina aumentan de forma aguda el FSC en adultos jóvenes, pero los adultos con MetSyn presentan una vasoconstricción paradójica mediada por insulina.

Objetivo 2: probar las hipótesis de que los mecanismos clave responsables del CBF deficiente en MetSyn son cambios en la señalización de NO y ET-1. Específicamente, en controles sanos, el NO media una dilatación robusta, con poca o ninguna constricción de ET-1. Por el contrario, los adultos con MetSyn exhiben NO sintasa desacoplada (NOS) y constricción exagerada de ET-1.

Objetivo 3: probar la hipótesis de que la regulación de la CBF por parte de la insulina es regionalmente distinta (p. MCA reactivo que ACA o basilar), y los efectos negativos de IR son igualmente específicos de la región.

Hipótesis:

• Los adultos con síndrome metabólico exhibirán vasodilatación cerebral reducida en respuesta a un OGTT
• La inhibición de la NOS reducirá las respuestas de CBF (Δ CVC/Δ insulina) en los controles magros a niveles del síndrome metabólico, mientras que aumentará las respuestas de CBF en el síndrome metabólico, lo que sugiere que el síndrome metabólico tiene una función de NOS desacoplada
• La inhibición de ET-1 aumentará las respuestas CBF (Δ Índice de Conductancia Vascular Cerebral (CVCi)/Δ insulina) en controles magros y síndrome metabólico. Sin embargo, aumentará significativamente más en el síndrome metabólico.
• La ACM será más reactiva a los picos de insulina que otras arterias cerebrales

Criterios de valoración del estudio: cambio en la conductancia vascular cerebral (CVC, ml/min/100 mmHg) en relación con el cambio en la concentración de insulina en la sangre después del consumo de glucosa.

Temas Se reclutarán sesenta participantes (30 por grupo). La determinación de elegibilidad será un proceso de dos pasos. El primer paso es que todos los participantes completen una evaluación inicial para determinar si califican para la visita de evaluación. Se invitará a los sujetos elegibles preliminares al laboratorio de investigación para obtener su consentimiento informado y una evaluación formal.

Durante la visita de selección en el laboratorio de investigación, los sujetos completarán un consentimiento informado, un cuestionario de historial de salud, un formulario de evaluación de seguridad de MRI y un cuestionario de actividad física. También se tomará la altura, el peso, la presión arterial y la circunferencia de la cintura y la cadera. Además, se extraerá una muestra de sangre venosa para pruebas de glucosa y lípidos para determinar la elegibilidad. Si la visita de selección revela que existe una anormalidad o contraindicación para la participación, que está cubierta o no en los criterios de exclusión resumidos, el sujeto potencial no podrá participar. Como resumen, los sujetos experimentarán las siguientes actividades durante la visita de evaluación en el laboratorio:

Métodos Después de la selección inicial y una visita de selección, la participación en este estudio incluirá dos visitas separadas del estudio de resonancia magnética (infusión de solución salina como placebo, versus infusión de L-NMMA para inhibir la NOS O Ambrisentan por vía oral (solo participantes masculinos), versus placebo de lactosa por vía oral para inhibir la ET -1). Los sujetos serán dirigidos a una condición experimental (placebo/L-NMMA o placebo/Ambrisentan) según la cantidad de sujetos necesarios para mantener el poder estadístico. Para el ensayo de Ambrisentan, los sujetos deben ser hombres, debido a los posibles efectos nocivos del fármaco en el feto. Una vez asignado un grupo de condiciones experimentales, el orden del fármaco (placebo/fármaco) se realizará de forma aleatoria, contrabalanceada, simple ciego. Los procedimientos experimentales serán idénticos en todos los días de prueba con la excepción del fármaco que se infundirá. A lo largo de cada visita, se controlará la frecuencia cardíaca, la presión arterial, el dióxido de carbono al final de la espiración y la comunicación verbal de los síntomas adversos (cómo se siente el sujeto) mientras están en el escáner de resonancia magnética.

Prueba de embarazo: todas las mujeres deben tener una prueba de embarazo en orina negativa antes de las visitas del estudio (placebo o medicamento) para garantizar que no estén embarazadas en el momento de cada visita del estudio. Las mujeres no serán asignadas al ensayo de Ambrisentan, incluso si su prueba de embarazo es negativa.

Muestra de sangre por venopunción: durante la visita de selección, se extraerá sangre (hasta 20 ml) mediante venopunción para analizar la glucosa en ayunas y los lípidos séricos.

Los sujetos se abstendrán de hacer ejercicio, cafeína y AINE, además de ayunar durante ≥ 10 horas antes de todos los ensayos experimentales.

Catéter intravenoso: El personal capacitado colocará dos catéteres intravenosos. La colocación de los catéteres se realizará en cualquier vena del brazo que se considere más adecuada para facilitar el acceso. Sin embargo, se colocará uno en la fosa antecubital (infusión) y otro en la vena antecubital, de la mano o de la muñeca (muestra de sangre) del brazo opuesto para cada una de las dos visitas del estudio. El catéter intravenoso de muestreo de sangre se utilizará para extraer muestras de sangre de hasta 15 ml en puntos de tiempo específicos durante cada visita del estudio para medir las concentraciones de glucosa e insulina, así como los marcadores de inflamación y estrés oxidativo. Todos los procedimientos son idénticos durante cada ensayo (placebo/L-NMMA/BQ123). Los puntos de tiempo específicos, que son aproximados debido a pequeñas variaciones en los tiempos de exploración de MRI, son los siguientes:

• Línea base, antes de la exploración PC VIPR de línea base
• Antes de PC VIPR scan 1 después de OGTT
• Antes de PC VIPR scan 2 después de OGTT
• Antes de PC VIPR scan 3 después de OGTT
• Antes de PC VIPR scan 4 después de OGTT
• Antes de PC VIPR scan 5 después de OGTT
• Antes de PC VIPR scan 6 después de OGTT
• Antes de PC VIPR scan 7 después de OGTT
• Antes de PC VIPR scan 8 después de OGTT
• Antes de PC VIPR scan 9 después de OGTT

Infusión intravenosa:

I. Inhibición de NOS: L - NMMA es un potente inhibidor no selectivo de NOS que se utiliza para estudiar la fisiología vascular. L-NMMA se infundirá en un bolo de 3 mg/kg de peso corporal/h (durante 10 min) seguido de una infusión de mantenimiento de 1 mg/kg/h durante la duración del experimento. Se ha demostrado que la administración sistémica de L-NMMA eleva la presión arterial ~8-15 mmHg, lo que se encuentra dentro del rango observado durante el ejercicio.

II. Placebo: las tasas de infusión de placebo se determinarán usando las mismas fórmulas para la infusión de L-NMMA, usando el peso de selección más reciente del sujeto. Idealmente, la solución salina se infundirá a la misma velocidad y cantidad que la visita correspondiente al medicamento. Sin embargo, los sujetos que se vuelven a examinar y tienen un cambio de peso pueden tener una tasa de infusión de solución salina que difiere ligeramente de la tasa de infusión de L-NMMA.

Una pequeña discrepancia en la tasa de infusión de solución salina y de fármaco es insignificante desde una perspectiva científica, ya que existe una variabilidad en la cantidad de solución salina que recibe el sujeto, ya que se usa para enjuagar la vía intravenosa (1-5 ml) con cada extracción de sangre (hasta 10 extracciones de sangre).

ET-1 - Estudios de inhibición (15 control, 15 MetSyn) (Ambrisentan Arm):

I. Inhibición de ET-1: Ambrisentan es un antagonista del receptor ETA. Los sujetos recibirán 10 mg de Ambrisentan en forma de píldora 90-150 minutos antes de la OGTT. Esta clase de fármacos se ha utilizado para investigar la señalización de ET-1 en diabetes, obesidad e hipertensión (Bruno, Sudano, Ghiadoni, Masi y Taddei, 2010; Lteif, Vaishnava, Baron y Mather, 2007; Mather, Mirzamohammadi, Lteif , Steinberg y Barón, 2002). Los receptores ETA son los más propensos a mediar la constricción excesiva en pacientes con MetSyn. Ambrisentan se tomará por vía oral. Se ha demostrado que la administración sistémica de antagonistas de la endotelina en dosis crónicas disminuye la presión arterial sistólica 4,5±10 mmHg y diastólica 3±7,5 mmHg en hipertensos, y no altera la presión arterial media en la obesidad (Bruno et al., 2010; Mather et al., 2010; Spratt et al., 2001).

II. Placebo: Se usará una píldora de placebo similar en tamaño y forma a Ambrisentan como control de placebo.

Imágenes por resonancia magnética (IRM): se utilizará una IRM de 3 teslas para cuantificar el flujo sanguíneo cerebral y capturar la estructura de los vasos cerebrales en puntos de tiempo designados a lo largo de las visitas del estudio (al inicio del estudio y durante las condiciones de tratamiento). No se utilizará ningún agente de contraste en ningún momento. El sujeto estará en el escáner para una exploración de referencia inicial y durante las pruebas experimentales. Todo el escaneo se realizará en el cronograma propuesto de ensayos experimentales. Mientras estén en el escáner, se controlará la frecuencia cardíaca, el ECG, el dióxido de carbono (CO2) al final de la espiración y la presión arterial de los sujetos. El escáner tiene la capacidad de recopilar estos datos, excepto el CO2 de marea final, que se recopilará con un monitor sujeto. Además de las secuencias de pulso estándar comúnmente obtenidas con fines clínicos (localizadores, angiografía por RM estándar para la anatomía de los vasos (sin agente de contraste), RM de contraste de fase 2D para mediciones codificadas de velocidad), etc.; 'secuencias básicas'), se utilizará un esquema de adquisición desarrollado en la Universidad de Wisconsin-Madison. Este esquema, PC VIPR (reconstrucción de proyección isotrópica enormemente submuestreada de contraste de fase) es único en su capacidad para adquirir conjuntos de datos volumétricos con codificación de velocidad tridireccional y alta resolución espacial en tiempos de exploración bastante cortos. Todas las secuencias de pulsos utilizadas en este estudio están diseñadas para mantenerse dentro de las pautas actuales de dB/dt establecidas por la FDA.

Prueba de tolerancia oral a la glucosa (OGTT): el sujeto beberá agua destilada desionizada (300 ml) que contiene 75 gramos de glucosa en 5 minutos. Esta es la administración estándar de OGTT.

Reinscripción: los sujetos masculinos que completen completamente el estudio tendrán la opción de volver a inscribirse y completar el ala del estudio en el que no participaron. Los sujetos serán evaluados nuevamente para determinar la elegibilidad y estarán separados por al menos 1 semana desde la finalización del estudio. Además, solo participan en L-NMMA o Ambrisentan (cualquiera que no hayan completado en la otra ala del estudio), no necesitarán repetir la visita de control/solución salina.