Mécanismes de contrôle cérébrovasculaire

Introduction Il est largement admis que la résistance à l'insuline dans MetSyn augmente le risque de maladie cérébrovasculaire (MCV) et d'accident vasculaire cérébral. De plus, MetSyn est associé à des troubles cognitifs et à un risque accru de maladies neurodégénératives. Malgré une forte association d'une mauvaise santé cérébrovasculaire dans MetSyn, la réponse du flux sanguin cérébral (CBF) aux poussées aiguës d'insuline chez l'homme reste largement inexplorée. Le dysfonctionnement cérébrovasculaire en réponse à l'insuline et le(s) mécanisme(s) potentiel(s) qui atténuent le CBF peuvent non seulement mettre en évidence les fondements centraux de la physiopathologie de l'AVC et des MCV, mais peuvent également fournir des informations clés pour comprendre le déclin cognitif fortement lié aux personnes âgées atteintes de MetSyn. Par conséquent, l'établissement des mécanismes de contrôle cérébrovasculaire médié par l'insuline n'est pas seulement important pour réduire la mortalité dans MetSyn, il peut être profondément important pour maintenir la santé du cerveau. La vasodilatation médiée par l'insuline est en grande partie un processus dépendant de l'endothélium vasculaire. Des expériences élégantes utilisant des modèles animaux suggèrent que la résistance à l'insuline perturbe six voies de signalisation endothéliales, les preuves les plus solides impliquant une perte de vasodilatation de l'oxyde nitrique (NO) et une constriction exagérée de l'endothéline (ET-1). La littérature indique que dans MetSyn, un pic d'insuline entraîne une vasoconstriction et une hypoperfusion cérébrale. Ces résultats sont directionnellement opposés à l'absence de changement ou à la vasodilatation médiée par l'insuline et à l'augmentation du DSC rapportée dans la littérature. Les preuves suggèrent que la fonction découplée de l'oxyde nitrique synthase (NOS) conduit à un équilibre défavorable entre le NO, les espèces réactives de l'oxygène et l'ET-1. Normalement, la stimulation du récepteur de l'insuline sur l'endothélium vasculaire devrait fournir un environnement dans lequel la NOS fabrique du NO conduisant à une vasodilatation et à l'inhibition de l'ET-1. Au lieu de cela, dans MetSyn, l'insuline stimule davantage le vasoconstricteur ET-1, tandis que la NOS est découplée, générant des espèces d'oxygène plus réactives qui récupèrent le NO généré, ce qui entraîne un signal vasoconstricteur plus important plutôt qu'une vasodilatation.

Buts spécifiques / objectifs de l'étude

Objectifs spécifiques :

L'hypothèse centrale est que les actions vasodilatatrices de l'insuline sont déjà altérées dans le syndrome métabolique en raison de la perte de dilatateur et du gain de signaux constricteurs. La vasodilatation cérébrale à l'insuline est largement dépendante de l'endothélium. Des preuves émergentes dans des modèles animaux suggèrent que la résistance à l'insuline perturbe au moins six voies de signalisation endothéliales qui pourraient être des cibles potentielles, et cette proposition se concentre sur deux qui réduisent très probablement le CBF dans MetSyn : 1) la perte de vasodilatation de l'oxyde nitrique (NO) et 2) l'exagération constriction de l'endothéline (ET-1). Ces expérimentations répondront à trois objectifs spécifiques :

Objectif 1 : tester l'hypothèse selon laquelle les pics physiologiques d'insuline augmentent de manière aiguë le CBF chez les jeunes adultes, mais les adultes atteints de MetSyn présentent une vasoconstriction paradoxale médiée par l'insuline.

Objectif 2 : tester les hypothèses selon lesquelles les mécanismes clés responsables d'un mauvais CBF dans MetSyn sont des changements dans la signalisation NO et ET-1. Plus précisément, chez les témoins sains, NO médie une dilatation robuste, avec peu ou pas de constriction ET-1. En revanche, les adultes atteints de MetSyn présentent une NO synthase découplée (NOS) et une constriction ET-1 exagérée.

Objectif 3 : tester l'hypothèse selon laquelle la régulation de l'insuline du DSC est régionalement distincte (par ex. MCA réactif que ACA ou basilaire), et les effets négatifs de l'IR sont également spécifiques à la région.

Hypothèses:

• Les adultes atteints du syndrome métabolique présenteront une vasodilatation cérébrale réduite en réponse à une HGPO
• L'inhibition de la NOS réduira les réponses CBF (Δ CVC/Δ insuline) chez les témoins maigres à des niveaux de syndrome métabolique alors qu'elle augmentera les réponses CBF dans le syndrome métabolique, ce qui suggère que le syndrome métabolique a une fonction NOS découplée
• L'inhibition de l'ET-1 augmentera les réponses CBF (Δ Cerebral Vascular Conductance Index (CVCi)/Δ insuline) chez les témoins maigres et le syndrome métabolique. Cependant, il augmentera beaucoup plus dans le syndrome métabolique.
• Le MCA sera plus réactif aux poussées d'insuline que les autres artères cérébrales

Critères d'évaluation de l'étude : modification de la conductance vasculaire cérébrale (CVC, ml/min/100 mmHg) par rapport à la modification de la concentration d'insuline dans le sang après consommation de glucose.

Sujets Soixante participants (30 par groupe) seront recrutés. La détermination de l'admissibilité sera un processus en deux étapes. La première étape est que tous les participants rempliront un premier examen pour déterminer s'ils sont admissibles à la visite de sélection. Les sujets éligibles préliminaires seront invités au laboratoire de recherche pour un consentement éclairé et un dépistage formel.

Au cours de la visite de dépistage au laboratoire de recherche, les sujets rempliront un consentement éclairé, un questionnaire sur les antécédents médicaux, un formulaire de dépistage de sécurité IRM et un questionnaire sur l'activité physique. La taille, le poids, la tension artérielle et le tour de taille et de hanche seront également pris en compte. De plus, un échantillon de sang veineux sera prélevé pour des tests de glucose et de lipides afin de déterminer l'éligibilité. Si la visite de sélection révèle qu'il existe une anomalie ou une contre-indication à la participation, qui est couverte ou non dans les critères d'exclusion résumés, le sujet potentiel ne sera pas autorisé à participer. En résumé, les sujets expérimenteront les activités suivantes lors de la visite de dépistage en laboratoire :

Méthodes Après le dépistage initial et une visite de dépistage, la participation à cette étude impliquera deux visites d'étude IRM distinctes (perfusion saline comme placebo, versus perfusion de L-NMMA pour inhiber la NOS OU ambrisentan par voie orale (participants masculins uniquement), versus placebo de lactose par voie orale pour inhiber l'ET -1). Les sujets seront dirigés vers une condition expérimentale (placebo/L-NMMA ou placebo/Ambrisentan) en fonction du nombre de sujets nécessaires pour maintenir la puissance statistique. Pour l'essai Ambrisentan, les sujets doivent être de sexe masculin, en raison des effets nocifs potentiels du médicament sur le fœtus. Une fois attribué un groupe de conditions expérimentales, la commande de médicaments (placebo/médicament) sera effectuée de manière aléatoire et à simple insu contrebalancée. Les procédures expérimentales seront identiques tous les jours de test à l'exception du médicament qui sera perfusé. Tout au long de chaque visite, les sujets seront surveillés pour la fréquence cardiaque, la pression artérielle, le dioxyde de carbone de fin d'expiration et la communication verbale des symptômes indésirables (comment se sent le sujet) pendant qu'ils sont dans le scanner IRM.

Test de grossesse : Toutes les femmes doivent avoir un test de grossesse urinaire négatif avant l'une ou l'autre des visites d'étude (placebo ou médicament) pour s'assurer qu'elles ne sont pas enceintes au moment de chaque visite d'étude. Les femmes ne seront pas affectées à l'essai Ambrisentan, même si leur test de grossesse est négatif.

Échantillon de sang par ponction veineuse : lors de la visite de dépistage, du sang (jusqu'à 20 ml) sera prélevé par ponction veineuse pour être analysé pour la glycémie à jeun et les lipides sériques.

Les sujets s'abstiendront de faire de l'exercice, de la caféine et des AINS, ainsi que de jeûner pendant ≥ 10 heures avant tous les essais expérimentaux.

Cathéter intraveineux : Le personnel formé placera deux cathéters intraveineux. Le placement des cathéters se fera dans toutes les veines du bras jugées les plus appropriées pour faciliter l'accès. Cependant, un sera placé dans la fosse antécubitale (perfusion) et un dans la veine antécubitale, de la main ou du poignet (échantillon de sang) du bras opposé pour chacune des deux visites d'étude. Le cathéter IV de prélèvement sanguin sera utilisé pour prélever jusqu'à 15 mL d'échantillons de sang à des moments précis tout au long de chaque visite d'étude afin de mesurer les concentrations de glucose et d'insuline ainsi que les marqueurs d'inflammation et de stress oxydatif. Toutes les procédures sont identiques lors de chaque essai (placebo/L-NMMA/BQ123). Les points de temps spécifiques, qui sont approximatifs en raison de petites variations dans les temps d'examen IRM, sont les suivants :

• Ligne de base, avant l'analyse PC VIPR de base
• Avant PC VIPR scan 1 après OGTT
• Avant PC VIPR scan 2 après OGTT
• Avant PC VIPR scan 3 après OGTT
• Avant PC VIPR scan 4 après OGTT
• Avant PC VIPR scan 5 après OGTT
• Avant PC VIPR scan 6 après OGTT
• Avant PC VIPR scan 7 après OGTT
• Avant PC VIPR scan 8 après OGTT
• Avant PC VIPR scan 9 après OGTT

Perfusion intraveineuse:

I. Inhibition de la NOS : L - NMMA est un puissant inhibiteur non sélectif de la NOS utilisé pour étudier la physiologie vasculaire. La L-NMMA sera perfusée à raison de 3 mg/kg de poids corporel/h en bolus (sur 10 min) suivi d'une perfusion d'entretien de 1 mg/kg/h pendant la durée de l'expérience. Il a été démontré que l'administration systémique de L - NMMA élève la pression artérielle d'environ 8 à 15 mmHg, ce qui se situe dans la plage observée pendant l'exercice.

II. Placebo : les taux de perfusion de placebo seront déterminés en utilisant les mêmes formules pour la perfusion de L-NMMA, en utilisant le poids de dépistage le plus récent du sujet. Idéalement, la solution saline sera perfusée au même débit et en même quantité que la visite médicamenteuse correspondante. Cependant, les sujets qui sont retestés et qui ont un changement de poids peuvent avoir un débit de perfusion de solution saline légèrement différent du débit de perfusion de L-NMMA.

Une petite différence entre le taux de perfusion de solution saline et de médicament est insignifiante d'un point de vue scientifique car il existe déjà une variabilité dans la quantité de solution saline que le sujet reçoit puisqu'elle est utilisée pour rincer l'IV (1-5 ml) à chaque prise de sang (jusqu'à 10 prises de sang).

ET-1 - Études d'inhibition (15 contrôles, 15 MetSyn) (Bras Ambrisentan) :

I. Inhibition de l'ET-1 : L'ambrisentan est un antagoniste du récepteur ETA. Les sujets recevront 10 mg d'ambrisentan sous forme de comprimé 90 à 150 minutes avant l'HGPO. Cette classe de médicaments a été utilisée pour rechercher la signalisation ET-1 dans le diabète, l'obésité et l'hypertension (Bruno, Sudano, Ghiadoni, Masi et Taddei, 2010 ; Lteif, Vaishnava, Baron et Mather, 2007 ; Mather, Mirzamohammadi, Lteif , Steinberg et Baron, 2002). Les récepteurs ETA sont les plus susceptibles de provoquer une constriction excessive chez les patients MetSyn. L'ambrisentan sera pris par voie orale. Il a été démontré que l'administration systémique d'un antagoniste de l'endothéline à un dosage chronique diminue la pression artérielle systolique de 4,5 ± 10 mmHg et diastolique de 3 ± 7,5 mmHg chez les hypertendus, et ne modifie pas la pression artérielle moyenne chez les obèses (Bruno et al., 2010 ; Mather et al., 2010 ; Spratt et al., 2001).

II. Placebo : une pilule placebo de taille et de forme similaires à l'ambrisentan sera utilisée comme témoin placebo.

Imagerie par résonance magnétique (IRM) : Une IRM de 3 Tesla sera utilisée pour quantifier le flux sanguin cérébral et capturer la structure des vaisseaux cérébraux à des moments précis tout au long des visites d'étude (au départ et pendant les conditions de traitement). Aucun agent de contraste ne sera utilisé à aucun moment. Le sujet sera dans le scanner pour une analyse de base initiale et pendant les essais expérimentaux. Toutes les numérisations seront effectuées dans le calendrier proposé des essais expérimentaux. Pendant qu'ils sont dans le scanner, les sujets seront surveillés pour la fréquence cardiaque, l'ECG, le dioxyde de carbone (CO2) et la pression artérielle. Le scanner a la capacité de collecter ces données, à l'exception du CO2 de fin de marée, qui sera collecté avec un moniteur sujet. En plus des séquences d'impulsions standard couramment obtenues à des fins cliniques (localisateurs, IRM standard pour l'anatomie des vaisseaux (sans agent de contraste), IRM à contraste de phase 2D pour les mesures codées de vitesse), etc. ; 'séquences de base'), un schéma d'acquisition développé à l'Université du Wisconsin-Madison sera utilisé. Ce schéma, PC VIPR (reconstruction de projection isotrope à contraste de phase largement sous-échantillonné) est unique dans sa capacité à acquérir des ensembles de données volumétriques avec un codage de vitesse tridirectionnel et une résolution spatiale élevée dans des temps de balayage assez courts. Toutes les séquences d'impulsions utilisées dans cette étude sont conçues pour respecter les directives actuelles en matière de dB/dt établies par la FDA.

Test oral de tolérance au glucose (OGTT) : le sujet boira de l'eau distillée déminéralisée (300 ml) contenant 75 grammes de glucose dans les 5 minutes. Il s'agit de l'administration standard de l'OGTT.

Réinscription : les sujets masculins qui terminent complètement l'étude auront le choix de se réinscrire et de terminer l'aile de l'étude à laquelle ils n'ont pas participé. Les sujets seront re-sélectionnés pour déterminer leur éligibilité et seront séparés d'au moins 1 semaine à compter de la fin de l'étude. De plus, ils ne participent qu'au L-NMMA ou à l'Ambrisentan (ce qu'ils n'ont pas terminé dans l'autre volet de l'étude), ils n'auront pas besoin de répéter la visite de contrôle/solution saline.