Aivoverenkierron hallinnan mekanismit

Johdanto On yleisesti hyväksyttyä, että MetSynin insuliiniresistenssi lisää aivoverisuonitaudin (CVD) ja aivohalvauksen riskiä. Lisäksi MetSyn liittyy kognitiivisiin häiriöihin ja lisääntyneeseen hermostoa rappeutuvien sairauksien riskiin. Huolimatta vahvasta yhteydestä heikkoon aivoverisuonien terveyteen MetSynissä, aivoverenkierron (CBF) vaste ihmisten akuutteihin insuliinipiikkeihin on edelleen suurelta osin tutkimatta. Aivoverenkierron toimintahäiriö vasteena insuliinille ja mahdollisille mekanismeille, jotka heikentävät CBF:ää, eivät välttämättä vain korosta aivohalvauksen ja sydän- ja verisuonitautien patofysiologian keskeisiä perusteita, vaan se voi tarjota keskeisiä oivalluksia kognitiivisen heikkenemisen ymmärtämiseen, joka liittyy vahvasti MetSyn-potilaisiin. Siksi insuliinivälitteisen aivoverenkierron hallinnan mekanismien luominen ei ole tärkeää vain MetSynin kuolleisuuden vähentämiseksi, vaan se voi olla erittäin tärkeää aivojen terveyden ylläpitämisen kannalta. Insuliinivälitteinen vasodilataatio on suurelta osin verisuonten endoteelistä riippuvainen prosessi. Eläinmalleilla tehdyt tyylikkäät kokeet viittaavat siihen, että insuliiniresistenssi katkaisee kuusi endoteelin signaalireittiä, ja vahvimmat todisteet viittaavat typpioksidin (NO) vasodilataatioon ja liialliseen endoteliinin (ET-1) supistumiseen. Kirjallisuus osoittaa, että MetSynissä insuliinipiikki johtaa vasokonstriktioon ja aivojen hypoperfuusioon. Nämä löydökset ovat suunnassa päinvastaisia ​​kuin kirjallisuudessa raportoitu ei muutosta tai insuliinivälitteinen vasodilataatio ja CBF:n lisääntyminen. Todisteet viittaavat siihen, että typpioksidisyntaasin (NOS) kytkemätön toiminta johtaa epäsuotuisaan tasapainoon NO:n, reaktiivisten happilajien ja ET-1:n välillä. Normaalisti insuliinireseptorin stimulaation verisuonten endoteelissä pitäisi tarjota ympäristö, jossa NOS tuottaa NO:ta, mikä johtaa vasodilataatioon ja ET-1:n inhibitioon. Sen sijaan MetSynissä insuliini stimuloi verisuonia supistavaa ET-1:tä suuremmassa määrin, kun taas NOS irrotetaan muodostaen enemmän reaktiivisia happilajeja, jotka pyyhkäisevät syntyvän NO:n, mikä johtaa suurempaan verisuonia supistavaan signaaliin vasodilataatioon sijaan.

Erityistavoitteet/Opiskelutavoitteet

Erityiset tavoitteet:

Keskeinen hypoteesi on, että insuliinin verisuonia laajentavat vaikutukset ovat jo heikentyneet metabolisessa oireyhtymässä johtuen laajentajan häviämisestä ja supistavien signaalien lisääntymisestä. Aivojen verisuonten laajentuminen insuliiniksi on suurelta osin endoteelistä riippuvaista. Eläinmalleissa uusia todisteita viittaavat siihen, että insuliiniresistenssi häiritsee vähintään kuutta endoteelin signaalireittiä, jotka voivat olla mahdollisia kohteita, ja tämä ehdotus keskittyy kahteen, jotka todennäköisimmin vähentävät CBF:tä MetSynissä: 1) typpioksidin (NO) vasodilataatioon meneminen ja 2) liioiteltu. endoteliinin (ET-1) supistuminen. Nämä kokeet koskevat kolmea erityistä tavoitetta:

Tavoite 1: Testaa hypoteesi, jonka mukaan insuliinin fysiologiset nousut lisäävät akuutisti CBF:tä nuorilla aikuisilla, mutta aikuisilla, joilla on MetSyn, esiintyy paradoksaalista insuliinivälitteistä vasokonstriktiota.

Tavoite 2: Testaa hypoteeseja, joiden mukaan keskeiset mekanismit, jotka ovat vastuussa huonosta CBF:stä MetSynissä, ovat NO- ja ET-1-signaloinnin siirtymät. Tarkemmin sanottuna terveissä verrokeissa NO välittää voimakasta laajentumista, mutta ET-1:n supistuminen on vähäistä tai ei ollenkaan. Sitä vastoin aikuisilla, joilla on MetSyn, esiintyy kytkemätöntä NO-syntaasi (NOS) ja liioiteltua ET-1:n supistumista.

Tavoite 3: Testaa hypoteesia, että CBF:n insuliinisäätely on alueellisesti erilaista (esim. MCA-reaktiivinen kuin ACA tai basilar), ja IR:n negatiiviset vaikutukset ovat samoin alueellisesti spesifisiä.

Hypoteesit:

• Metabolista oireyhtymää sairastavilla aikuisilla on vähentynyt aivojen vasodilataatio vasteena OGTT:lle
• NOS:n esto vähentää CBF-vasteita (ΔCVC/Δ-insuliini) laihoissa verrokeissa metabolisen oireyhtymän tasolle, kun taas se lisää CBF-vasteita metabolisessa oireyhtymässä, mikä viittaa siihen, että metabolisella oireyhtymällä on erillinen NOS-toiminto.
• ET-1:n esto lisää CBF-vasteita (Δ Cerebral Vascular Conductance Index (CVCi) / Δ insuliini) laihoissa kontrolleissa ja metabolisessa oireyhtymässä. Se kuitenkin lisääntyy huomattavasti enemmän metabolisessa oireyhtymässä.
• MCA on reaktiivisempi insuliinipiikkiin kuin muut aivovaltimot

Tutkimuksen päätepisteet: Muutos aivoverisuonikonduktanssissa (CVC, ml/min/100 mmHg) suhteessa veren insuliinipitoisuuden muutokseen glukoosin kulutuksen jälkeen.

Aiheet Rekrytoidaan 60 osallistujaa (30 per ryhmä). Tukikelpoisuuden määrittäminen on kaksivaiheinen prosessi. Ensimmäinen askel on, että kaikki osallistujat suorittavat alustavan seulonnan määrittääkseen, ovatko he oikeutettuja seulontakäynnille. Alustavasti kelvolliset koehenkilöt kutsutaan tutkimuslaboratorioon tietoon perustuvaa suostumusta ja muodollista seulontaa varten.

Tutkimuslaboratorion seulontakäynnin aikana koehenkilöt täyttävät tietoisen suostumuksen, terveyshistoriakyselyn, MRI-turvallisuusseulontalomakkeen ja fyysisen aktiivisuuden kyselylomakkeen. Myös pituus, paino, verenpaine sekä vyötärön ja lantion ympärysmitta otetaan huomioon. Lisäksi otetaan laskimoverinäyte glukoosi- ja lipiditestausta varten kelpoisuuden määrittämiseksi. Jos seulontakäynnillä ilmenee, että osallistumiselle on poikkeavuus tai vasta-aihe, joka sisältyy tai ei kata tiivistetyt poissulkemiskriteerit, mahdollinen tutkittava ei voi osallistua. Yhteenvetona voidaan todeta, että koehenkilöt kokevat seuraavat toiminnot laboratorion sisäisen seulontakäynnin aikana:

Menetelmät Alkuseulonnan ja seulontakäynnin jälkeen osallistuminen tähän tutkimukseen sisältää kaksi erillistä MRI-tutkimuskäyntiä (suolaliuos-infuusio lumelääkkeenä, vs. L-NMMA-infuusio NOS:n TAI Ambrisentaanin estämiseksi suun kautta (vain miespuoliset osallistujat), vs. laktoosi-plasebo oraalisesti ET:n estämiseksi -1). Koehenkilöt ohjataan kokeelliseen tilaan (plasebo/L-NMMA tai lumelääke/ambrisentaani) sen perusteella, kuinka monta koehenkilöä tarvitsee säilyttää tilastollinen teho. Ambrisentan-tutkimuksessa koehenkilöiden on oltava miehiä lääkkeen mahdollisten haitallisten vaikutusten vuoksi sikiöön. Kun kokeellinen tilaryhmä on määritetty, lääkejärjestys (plasebo/lääke) suoritetaan satunnaisesti jaetulla, vastapainotetulla yksittäissokkomenetelmällä. Koemenettelyt ovat identtisiä kaikkina testauspäivinä lukuun ottamatta sitä, mitä lääkettä infusoidaan. Jokaisen käynnin aikana koehenkilöiltä seurataan sykettä, verenpainetta, vuoroveden loppuvaiheessa olevaa hiilidioksidia ja haitallisten oireiden suullista viestintää (miten tutkittava tuntee) ollessaan magneettikuvauslaitteella.

Raskaustesti: Kaikilla naispuolisilla koehenkilöillä on oltava negatiivinen virtsaraskaustesti ennen tutkimuskäyntiä (plasebo tai lääke), jotta he eivät ole raskaana jokaisen tutkimuskäynnin aikana. Naisia ​​ei oteta mukaan Ambrisentan-tutkimukseen, vaikka heidän raskaustestinsä olisi negatiivinen.

Suonenpunktioverinäyte: Seulontakäynnin aikana otetaan verta (enintään 20 ml) laskimopunktiolla ja analysoidaan paastoglukoosin ja seerumin lipidien suhteen.

Koehenkilöt pidättäytyvät harjoituksesta, kofeiinista ja tulehduskipulääkkeistä sekä paastoavat ≥ 10 tuntia ennen kaikkia kokeita.

Laskimonsisäinen katetri: Koulutettu henkilökunta asettaa kaksi suonensisäistä katetria. Katetrit sijoitetaan mihin tahansa käsivarren suoniin, jotka katsotaan parhaiten käsiksi pääsyn helpottamiseksi. Yksi asetetaan kuitenkin vastakkaisen käsivarren kyynärpäähän (infuusio) ja toinen kyynärpäähän, käsi- tai ranteeseen (verinäyte) kummallakin kahdella tutkimuskäynnillä. Verinäytteiden IV katetria käytetään ottamaan enintään 15 ml verinäytteitä tiettyinä ajankohtina jokaisen tutkimuskäynnin aikana glukoosi- ja insuliinipitoisuuksien sekä tulehduksen ja oksidatiivisen stressin merkkiaineiden mittaamiseksi. Kaikki menettelyt ovat identtisiä kunkin kokeen aikana (plasebo/L-NMMA/BQ123). Tarkat ajankohdat, jotka ovat likimääräisiä MRI-skannausaikojen pienistä vaihteluista johtuen, ovat seuraavat:

• Perustaso, ennen lähtötilanteen PC VIPR -skannausta
• Ennen PC:n VIPR-skannausta 1 OGTT:n jälkeen
• Ennen PC:n VIPR-skannausta 2 OGTT:n jälkeen
• Ennen PC:n VIPR-skannausta 3 OGTT:n jälkeen
• Ennen PC:n VIPR-skannausta 4 OGTT:n jälkeen
• Ennen PC:n VIPR-skannausta 5 OGTT:n jälkeen
• Ennen PC:n VIPR-skannausta 6 OGTT:n jälkeen
• Ennen PC:n VIPR-skannausta 7 OGTT:n jälkeen
• Ennen PC:n VIPR-skannausta 8 OGTT:n jälkeen
• Ennen PC:n VIPR-skannausta 9 OGTT:n jälkeen

Suonensisäinen infuusio:

I. NOS:n esto: L - NMMA on voimakas ei-selektiivinen NOS-inhibiittori, jota käytetään verisuonifysiologian tutkimiseen. L-NMMA:ta infusoidaan 3 mg/kg ruumiinpainoa/tunti boluksena (yli 10 min), jota seuraa ylläpitoinfuusio 1 mg/kg/h kokeen ajan. L-NMMA:n systeemisen annostelun on osoitettu nostavan verenpainetta ~8-15 mmHg, mikä on harjoituksen aikana havaittujen rajojen sisällä.

II. Plasebo: lumelääke-infuusionopeudet määritetään käyttämällä samoja kaavoja L-NMMA-infuusiolle, käyttämällä potilaan viimeisintä seulontapainoa. Ihannetapauksessa suolaliuosta infusoidaan samalla nopeudella ja määrällä kuin vastaava lääkekäynti. Potilailla, jotka seulotaan uudelleen ja joiden paino on muuttunut, suolaliuoksen infuusionopeus voi kuitenkin poiketa hieman L-NMMA-infuusionopeudesta.

Pieni ero suolaliuoksen ja lääkkeen infuusionopeudessa on merkityksetön tieteellisestä näkökulmasta, koska koehenkilön saamassa suolaliuoksen määrässä on jo vaihtelua, koska sitä käytetään huuhtelemaan suonensisäinen (1-5 ml) jokaisen verenoton yhteydessä (jopa 10 verikoetusta).

ET-1 - Estotutkimukset (15 kontrollia, 15 MetSyn) (Ambrisentan Arm):

I. ET-1:n esto: Ambrisentaani on ETA-reseptorin antagonisti. Koehenkilöt saavat 10 mg ambrisentaania pillerimuodossa 90-150 minuuttia ennen OGTT:tä. Tätä lääkeryhmää on käytetty ET-1-signaloinnin tutkimiseen diabeteksessa, liikalihavuudessa ja verenpainetaudissa (Bruno, Sudano, Ghiadoni, Masi ja Taddei, 2010; Lteif, Vaishnava, Baron ja Mather, 2007; Mather, Mirzamohammadi, Lteif , Steinberg ja Baron, 2002). ETA-reseptorit välittävät todennäköisimmin liiallista supistumista MetSyn-potilailla. Ambrisentaania otetaan suun kautta. Endoteliiniantagonistin systeemisen antamisen on osoitettu kroonisella annostuksella alentavan systolista verenpainetta 4,5 ± 10 mmHg ja diastolista 3 ± 7,5 mmHg hypertensiivisillä eikä muuta keskimääräistä valtimopainetta liikalihavuudessa (Bruno et al., 2010; Mather et al., 2010; Spratt et ai., 2001).

II. Plasebo: Plasebo-pillereitä, jotka ovat kooltaan ja muodoltaan samanlaisia ​​kuin Ambrisentan, käytetään lumelääkekontrollina.

Magneettiresonanssikuvaus (MRI): 3 Teslan MRI:tä käytetään aivojen verenvirtauksen kvantifiointiin ja aivosuonirakenteen mittaamiseen määrättyinä ajankohtina koko tutkimuskäyntien ajan (perustilanteessa ja hoitoolosuhteiden aikana). Varjoainetta ei käytetä missään vaiheessa. Kohde on skannerissa alkuperäistä perusskannausta varten ja kokeellisten kokeiden aikana. Kaikki skannaukset suoritetaan kokeellisten kokeiden ehdotetun aikajanan mukaisesti. Skannerissa koehenkilöiden sykettä, EKG:tä, hengityksen loppuvaiheen hiilidioksidia (CO2) ja verenpainetta seurataan. Skanneri pystyy keräämään nämä tiedot lukuun ottamatta vuoroveden lopun CO2:ta, joka kerätään kohteen monitorin avulla. Kliinisiin tarkoituksiin yleisesti hankittujen standardipulssisekvenssien lisäksi (lokalisaattorit, standardi MR-angiografia verisuonen anatomiaa varten (ilman varjoainetta), 2D-faasikontrasti MRI nopeuskoodattuja mittauksia varten), mm. 'perussekvenssit'), käytetään Wisconsin-Madisonin yliopistossa kehitettyä hankintajärjestelmää. Tämä järjestelmä, PC VIPR (faasikontrasti huomattavasti alinäytteistetty isotrooppinen projektiorekonstruktio) on ainutlaatuinen kyvystään hankkia volumetrisiä tietojoukkoja kolmisuuntaisella nopeuskoodauksella ja korkealla avaruudellisella resoluutiolla melko lyhyissä skannausajoissa. Kaikki tässä tutkimuksessa käytetyt pulssisekvenssit on suunniteltu pysymään FDA:n asettamien dB/dt:n nykyisten ohjeiden sisällä.

Suun glukoositoleranssitesti (OGTT): Tutkittava juo tislattua deionisoitua vettä (300 ml), joka sisältää 75 grammaa glukoosia 5 minuutin kuluessa. Tämä on OGTT:n vakiohallinto.

Uudelleenilmoittautuminen: Miespuoliset koehenkilöt, jotka ovat suorittaneet tutkimuksen kokonaan, voivat ilmoittautua uudelleen ja suorittaa tutkimuksen siiven, johon he eivät osallistuneet. Koehenkilöt seulotaan uudelleen kelpoisuuden määrittämiseksi, ja heidän välillään on vähintään 1 viikko tutkimuksen päättymisestä. Lisäksi he osallistuvat vain L-NMMA- tai Ambrisentaan-tutkimukseen (mitä he eivät ole suorittaneet tutkimuksen toisessa siivessä), heidän ei tarvitse toistaa kontrolli-/suolaliuoskäyntiä.