Aivojen substraatti Vaihda ketoneihin ja laktaattiin (BSS)

Tavoitteet:

Ensisijainen:

• Selvittää, aiheuttavatko aivojen ketoni- ja laktaattiaineenvaihdunta hyödyllisiä neurotrofisia vasteita, jotka liittyvät paastoon ja harjoitukseen.

Toissijainen:

• Selvittää, parantavatko paasto ja liikunta aivojen glukoosin, ketonien ja laktaatin ottoa.

Päätepisteet:

Ensisijainen:

• Aivoista peräisin oleva neurotrofinen tekijä (BDNF)
• Erittynyt amyloidi-beeta-prekursoriproteiini-alfa (sAPPA)

Toissijainen:

• Aivojen glukoosin uuttaminen
• Aivojen ketonien uuttaminen
• Aivojen laktaatin uutto
• Lisääntynyt aivojen glukoosin uuttaminen vasteena intranasaaliseen insuliinin antoon

Hypoteesi:

1. Paasto ja intensiivinen harjoittelu lisäävät aivojen BDNF:n ja sAPPA:n vapautumista, ja nämä vasteet ovat samat, kun ketoneja ja laktaattia infusoidaan passiivisesti verenkiertoon ruokitussa ja levossa.
2. Paasto lisää aivojen ketoniaineenvaihduntaa enemmän kuin se saavutetaan, kun ketoneja infusoidaan passiivisesti verenkiertoon syömistilassa.
3. Korkean intensiteetin harjoittelu lisää aivojen laktaattiaineenvaihduntaa enemmän kuin saavutetaan, kun laktaattia infusoidaan passiivisesti verenkiertoon levossa.
4. Korkean intensiteetin harjoittelu parantaa aivojen insuliiniherkkyyttä glukoosille, mikä näkyy lisääntyneenä aivojen glukoosinottona vasteena nenänsisäiselle insuliinille.

Design

Tämä on toistuvien toimenpiteiden jakosuunnitelma, jossa osallistujat täyttävät kaksi ehtoa 4–6 viikon välein:

1. Syötetty harjoitus ja passiiviset laktaatin ja ketonien infuusiot
2. 72 tunnin paastoharjoitus ja passiiviset laktaatin ja ketonien infuusiot

Molemmilla vierailuilla osallistujat varustetaan valtimoiden (säteittäisten) ja laskimoiden (sisäinen kaula) katetrilla aivojen oksidatiivisen ja substraattiaineen (glukoosi, ketonit, laktaatti) aineenvaihdunnan kvantifioimiseksi vastauksena: 1) paasto, 2) 6 minuutin korkea intensiteetti. harjoitus, 3) ketonien passiivinen asteittainen infuusio (matkimaan paastoa); ja 4) passiivinen asteittainen laktaattiinfuusio (matkimaan harjoittelua). Aivojen insuliiniherkkyys glukoosille mitataan ruokailun ja paaston aikana ennen ja jälkeen harjoituksen kerta-annoksella intranasaalista insuliinia. Ruokitussa ja paastotilassa levossa aivo-selkäydinnestenäyte kerätään lannerangasta metabolomiikan sekä neurotrofisten tekijöiden (BDNF ja sAPPa) tuotannon ja vapautumisen määrittämiseksi aivoista.

Kokeilupaikat Kaikki testaukset suoritetaan ARTs-rakennuksessa (huone 184) Center for Heart, Lung and Vascular Health -tutkimuslaboratoriossa Kelownassa, Brittiläisessä Kolumbiassa, Kanadassa.

Osallistujat Otoskoko Keräämme tietoja 12 henkilöstä, mukaan lukien molemmat sukupuolet. Otoskoon laskelma (teho > 0,8, merkitsevyys < 0,05), joka perustuu alustaviin tietoihimme, osoittaa, että vaaditaan 8 osallistujaa (12); Pyrimme rekrytoimaan 12 vapaaehtoista molempia sukupuolia edustamaan paremmin väestöä, emme tutkimaan sukupuolieroja. Osallistujilta hankitaan kirjallinen, tietoinen suostumus. Odotamme alle 5 prosentin keskeyttämisasteen.

Sisällyttämiskriteerit

• Ikä 19-40 vuotta
• Säännöllisesti fyysisesti aktiivinen kyselylomakkeiden perusteella

Poissulkemiskriteerit

• Nykyiset tupakoitsijat
• Akuutti keuhkoastma, krooninen obstruktiivinen hengitystie tai status astmaattinen
• Liikalihava (painoindeksi yli 30 kg m-2)
• Vaaditaan päivittäisiä reseptilääkkeitä, jotka voivat vaikuttaa rasituksen vasteisiin, esim. verenpainelääkkeet, rytmihäiriölääkkeet, inhalaattorit
• Aiempi sairaus/häiriö, joka voi aiheuttaa komplikaatioita liikunnan yhteydessä, esim. sydän- ja verisuoni-, hengitys-, neurologiset tai tuki- ja liikuntaelinten sairaudet
• Epäsäännöllinen tai poissaoleva kuukautiskierto (naiset)
• Raskaana oleva tai epäilevä raskaus tai postmenopausaalinen (naiset)
• Kaikki odottamattomat haitalliset reaktiot esikoetta edeltävissä rasitustesteissä
• Kaikki vasta-aiheet lannerangan subaraknoidisen pääsylle

Seulonta/perusarviointi

Yllä olevat sisällyttämis- ja poissulkemiskriteerit tutkitaan terveysseulontakyselyllä ja lääkärin suorittamalla kliinisellä seulonnalla. Tämä seulonta sisältää:

• Lepoverenpaine,
• 12-kytkentäinen EKG,
• Kardiopulmonaalinen rasitustesti,
• Paastoveren glukoosi.

Lopetuskriteerit

• Kaikki haitalliset vasteet invasiivisiin toimenpiteisiin, kuten katetrointiin ja aivo-selkäydinnesteen näytteenottoon (katso Riskit alla)

Edellä mainittujen lisäksi ja UBC Clinical Research Ethics Boardin ohjeiden mukaisesti kaikki tutkimukseen osallistujat voivat vetäytyä tutkimuksesta milloin tahansa ja ilman syytä.

Kokeelliset menettelyt

Osallistujat vierailevat laboratoriossa kahdesti. Kokeilukäyntien yksityiskohdat on kuvattu alla:

1. Syötetty harjoitus ja passiiviset laktaatin ja ketonien infuusiot

   Osallistujat saapuvat laboratorioon tunnin kuluttua valitsemansa kevyen aterian syömisestä. Osallistujat makaavat sängyllä, ja heillä on pysyvä säteittäinen valtimo ja sisäinen kaulalaskimokatetri. Tunti katetrointien jälkeen aivojen verenvirtaus mitataan ei-invasiivisesti sisäisen kaula- ja nikamavaltimoiden duplex-ultraäänellä. Valtimo- ja laskimoverenkierrosta otetaan verinäytteitä aivojen oksidatiivisen ja substraattiaineen (glukoosi, ketonit ja laktaatti) aineenvaihdunnan lepomittauksia varten. Yksi aivo-selkäydinnestenäyte otetaan lannerangan L4 ja L5 väliltä. Tämän toimenpiteen suorittaa korkeasti koulutettu lääkäri, joka käyttää näitä tekniikoita rutiininomaisesti potilaiden hoidossa lähes päivittäin. Sen jälkeen primaarinen ketoni, beeta-hydroksibutyraatti (Bhb), infusoidaan kyynärpäälaskimon (käsivarren) kautta vaiheittain 1, 3 ja 5 mmol/l:n verenkierron pitoisuuksien indusoimiseksi. Täydellisen toipumisen, ts. Bhb-konsentraation palautumisen jälkeen lepoarvoihin, suonensisäistä laktaattia infusoidaan vaiheittain 5, 10 ja 15 mmol/l:n kiertävien pitoisuuksien indusoimiseksi. Kun veren laktaattitasot ovat palautuneet täydellisesti, annetaan suonensisäinen yhdistetty infuusio (Bhb ja laktaatti) 3 ja 10 mmol/l:n pitoisuuksilla verenkierrossa. Osallistujille annetaan sitten kevyt standardoitu ateria ja 1 tunti aikaa levätä ja sulattaa. Lopuksi osallistujat antavat itse kerta-annoksen intranasaalista insuliinia ennen 6 minuutin intensiivisten pyöräilyjaksojen suorittamista ja sen jälkeen. Viimeisen intranasaalisen insuliiniannoksen jälkeen osallistujilta poistetaan instrumentit käynnin päättyessä. Vierailun kokonaisajaksi on arvioitu 3-4 tuntia.

2. 72 tunnin paastoharjoitus ja passiiviset laktaatin ja ketonien infuusiot

Tämä käynti on identtinen ehdon 1 kanssa, paitsi että osallistujat saapuvat laboratorioon 72 tunnin paastona eivätkä he saa kevyttä ateriaa ennen kuin kaikki kokeelliset toimenpiteet on suoritettu. Ennen paaston aloittamista osallistujat varustetaan jatkuvalla glukoosimittarilla, jotta tutkijat voivat seurata verensokeria paaston aikana. Sellaisenaan myös tämän käynnin kokonaisajaksi on arvioitu 3-4 tuntia.

Korkean intensiteetin harjoitusprotokolla. Osallistujat suorittavat kuusi 40 sekuntia pyöräilyä työnopeudella, joka saa aikaan 100 % maksimaalisen aerobisen tehon (V̇O2max), jota seuraa 20 s aktiivista palautumista 25 % VO2max:lla. Olemme osoittaneet, että tämä harjoitus lisää laktaattia > 5-kertaiseksi sekä ruokailun että paaston aikana (12).

Olosuhteiden satunnaistaminen. Olosuhteiden järjestys, eli ruokittu tai paasto, satunnaistetaan. On mahdotonta sokeuttaa osallistujia syömis- ja paastoolosuhteilta, koska paasto vaatii pidättymistä syömisestä ennen laboratoriossa käyntiä. Tutkijoita ei sokeuteta, koska he tarkkailevat koehenkilöitä paaston aikana ennen laboratorioon menoa.