Dysfonctionnement microvasculaire dans l'obésité

Vingt-cinq sédentaires obèses de classe 2 et plus [indice de masse corporelle (IMC) > 35 kg/m2, tour de taille > 40 pouces (hommes) ou > 35 pouces (femmes)] hommes et femmes (18-45 ans) participeront à ces expériences. Les personnes de moins de 18 ans ne feront pas l'objet d'une enquête en raison de la nature invasive du protocole. Les personnes de plus de 45 ans ne seront pas étudiées en raison du déclin de la fonction endothéliale lié à l'âge. Il n'y aura aucune restriction concernant la race, le sexe ou le statut socio-économique. Les femmes seront préménopausées, recevront un traitement contraceptif hormonal combiné oestrogène/progestatif (pilule orale, patch transdermique ou anneau vaginal) et seront étudiées au cours de la phase inactive (placebo) de sept jours du traitement contraceptif hormonal (comparable à la phase folliculaire précoce chez le cycle menstruel normal ; vérifié par des analyses d'œstradiol sanguin). Il est important d'assurer la cohérence de l'étude des femmes pendant la phase de la thérapie contraceptive hormonale avec les concentrations plasmatiques d'estradiol les plus faibles en raison des effets positifs connus de l'estradiol sur la fonction endothéliale. Les personnes obèses sédentaires auront eu un poids stable pendant les 6 mois précédents et auront le syndrome métabolique. Le syndrome métabolique sera défini selon les critères les plus largement utilisés pour le syndrome métabolique du troisième rapport du groupe d'experts du programme national d'éducation sur le cholestérol sur la détection, l'évaluation et le traitement de l'hypercholestérolémie chez les adultes (groupe de traitement pour adultes III). Les personnes atteintes du syndrome métabolique présentent au moins trois des éléments suivants : 1) obésité centrale mesurée par le tour de taille (hommes > 40 pouces ; femmes > 35 pouces) ; 2) Triglycérides sanguins à jeun > 150 mg/dL ; 3) cholestérol HDL sanguin chez les hommes < 40 mg/dL et les femmes < 50 mg/dL ; 4) Tension artérielle > 130/85 mm Hg ; 5) Glycémie à jeun > 110 mg/dL, et (pas selon l'ATP III) une glycémie GTT sur 2 heures de 140-200 mg/dl.

Avant de participer à cette étude, les sujets subiront des antécédents médicaux, un examen physique et un dépistage des maladies cardiovasculaires et du diabète de type 2. Les évaluations consistent en une épreuve d'effort graduée sur tapis roulant, une chimie sanguine, une analyse de la composition corporelle par double absorptiométrie à rayons X (DXA) et une mesure minimale du tour de taille (entre le processus xiphoïde et l'ombilic).

Exclusions Les sujets participant à un entraînement d'endurance ciblé (>20 min/jour, >1 jour/semaine) seront exclus. Les femmes pré-ménopausées ne doivent pas être enceintes ou allaitantes et doivent avoir eu des cycles menstruels réguliers au cours de l'année écoulée. Tous les sujets seront dépistés pour les maladies cardiovasculaires et vasculaires périphériques. Les personnes qui prennent des médicaments susceptibles d'affecter la circulation centrale ou périphérique, qui prennent des anti-inflammatoires non stéroïdiens ou des inhibiteurs de la recapture de la sérotonine, qui fument ou mâchent du tabac, qui souffrent de diabète (glycémie à jeun > 125 mg/dL), d'hypertension > 160/95 mmHg (individus atteints de diabète et d'un degré élevé d'hypertension seront exclus pour conserver un groupe plus uniforme d'individus atteints du syndrome métabolique), d'insuffisance cardiaque congestive, d'angine de poitrine ou de maladie vasculaire périphérique. Les personnes présentant des signes d'arythmie grave et/ou d'ischémie myocardique aiguë reflétée par une dépression du segment ST de 1 mm ou plus au repos ou pendant l'exercice seront exclues. Les personnes souffrant d'infections chroniques, de paralysie due à un accident vasculaire cérébral, de maladie de Parkinson avancée, de polyarthrite rhumatoïde grave ou d'autres problèmes orthopédiques graves qui empêcheraient l'exécution des tâches d'entraînement physique seront exclues. Les sujets ne seront pas autorisés à prendre des suppléments d'antioxydants, de plantes ou de vitamines pendant au moins 2 semaines avant l'enquête, car il a été démontré que certains de ces agents améliorent la vasodilatation dépendante de l'endothélium. Les sujets ne seront pas autorisés à ingérer de la caféine le jour de l'expérience. Les sujets seront exclus si le poids change de plus de 5 % au cours du programme d'entraînement ou si leur adhésion à l'exercice est inférieure à 90 % des séances d'exercice ou de la durée totale de l'exercice.

Calendrier : les sujets seront recrutés, sélectionnés, inscrits et testés au cours des mois 3 à 28 de cette subvention. Les procédures de recrutement des sujets et l'achat des fournitures nécessaires auront lieu au cours des 2 premiers mois du projet. Un recrutement supplémentaire, ainsi que le dépistage et les tests des sujets auront lieu par cycles d'un mois au cours des 25 mois suivants à un rythme d'environ 1 par cycle. Vingt-cinq expériences de microdialyse seront donc réalisées sur les participants avant et après 8 semaines d'entraînement physique, pour un total de 50 expériences de microdialyse. Ce plan nécessitera donc 2 tests de microdialyse par mois en moyenne pendant les mois de test. Le test de ces sujets comprend six heures pour la procédure de microdialyse. L'analyse biochimique des échantillons nécessite environ six heures par expérience et la réduction des données cinq heures supplémentaires par expérience. Du temps supplémentaire (cinq heures par semaine) est nécessaire pour le recrutement des sujets, les tests préliminaires et le suivi. Les objectifs de recrutement et de test sont donc réalistes compte tenu du personnel et du pourcentage d'efforts alloués, couplés au personnel et aux ressources non imputés à la subvention.

Microdialyse (avant et après l'entraînement physique) :

Les sujets feront rapport au laboratoire Hickner après un jeûne nocturne. Pendant que les sujets se reposent tranquillement, une prise de sang à jeun pendant la nuit sera obtenue à partir d'une veine antécubitale pour être analysée pour les traditionnels (insuline, glucose, lipides, protéine c-réactive) et non traditionnels [(cytokines TNF-alpha, IL-6, IL-13, molécule d'adhésion intercellulaire-1 (ICAM-1), molécule d'adhésion vasculaire-1 (VCAM-1) et P-sélectine] risque de maladie cardio-métabolique/marqueurs inflammatoires dans le sang à l'aide d'ELISA d'EMD Millipore ou de notre analyseur clinique (Systèmes d'accès Beckman). De plus, le glutathion plasmatique (GSH/GSSG) sera analysé comme marqueur du stress oxydatif systémique à l'aide d'un kit de Percipio Biosciences (Bioxytech GSH/GSSG).

Procédure de microdialyse Sept sondes de microdialyse (CMA 20 : 10 mm * 0,5 mm membrane de coupure de 20 kilodaltons, longueur de tige de sonde de 5 cm, tubulure d'entrée et tubulure de sortie de 20 cm ; CMA/Microdialyse, Stockholm, Suède) seront insérées par voie percutanée, à 3 cm d'intervalle, dans le vaste lateralis du groupe musculaire quadriceps femoris (3-4 sondes par jambe) en utilisant une technique stérile sous anesthésie locale (lidocaïne 1%). Les sondes seront perfusées avec la solution appropriée à un débit de 2,0 µL/min à l'aide de pompes à micro-perfusion CMA/102 (CMA/Microdialyse, Stockholm, Suède) selon le calendrier du tableau 2.

La solution de perfusion de contrôle consistera en une solution saline stérile contenant 5 mM d'éthanol (pour les mesures de flux sanguin/échange microvasculaire). Deux des sondes seront initialement perfusées avec cette solution de contrôle tandis que les autres sondes seront perfusées avec des inhibiteurs de la NADPH oxydase. Les sujets se reposeront assis pendant 60 minutes pour permettre la récupération après l'insertion de la sonde et l'équilibrage du perfusat avec l'environnement local. Phase 1 : Trois échantillons de dialysat de 10 minutes seront prélevés au cours des 30 minutes suivantes dans des flacons de collecte en polyéthylène de 150 µL bouchés pour déterminer le flux nutritif basal en l'absence (sonde 1) et en présence (sondes 3-7) des inhibiteurs de la NADPH oxydase, et pour servir de période de contrôle intra-sonde avant la perfusion de SNP (sonde 2). Phase 2 : Les solutions de perfusat dans la deuxième sonde seront ensuite modifiées pour contenir la solution de contrôle plus 50 mM de nitroprussiate de sodium (SNP : pour contrôler les modifications non dépendantes de l'endothélium). 100 µM d'Amplex UltraRed et 1 U/mL de peroxydase de raifort (HRP) seront ajoutés au perfusat dans les autres sondes pour mesurer la production de H2O2 in vivo. Trois échantillons de dialysat de vingt minutes seront ensuite prélevés au cours des 60 minutes suivantes pour fournir ces mesures en l'absence de superoxyde dismutase. Phase 3 : 10 U/mL de superoxyde dismutase (SOD) seront ensuite ajoutés à l'Amplex UltraRed/HRP contenant les perfusats. Trois échantillons de dialysat de vingt minutes seront ensuite prélevés au cours des 60 minutes suivantes pour fournir des mesures des effets de SNP, 1 mM d'apocynine, 100 nM de MitoTempo, 100 uM de MitoTempo + Apocynine, 100 nM de GKT 137831 ou 100 nM de GKT 137831 + Apocynine en l'absence de GAZON. Phase 4 : Les solutions de perfusat dans les sondes deux à sept seront ensuite modifiées pour contenir la solution de contrôle plus soit 50 mM d'Ach (pour déterminer les changements dépendant de l'endothélium), soit 50 mM d'ACh + soit 1 mM d'apocynine, 100 nM de MitoTempo, 100 uM de MitoTempo+ Apocynine, 100 nM GKT 137831 ou 100 nM GKT 137831 + Apocynine (pour déterminer si l'inhibition de la NADPH oxydase ou de la production de ROS mitochondriale améliore la réponse dépendante de l'endothélium). Les sondes seront ensuite perfusées pendant 60 minutes pour permettre l'équilibrage avec l'environnement local. Trois échantillons de dix minutes seront ensuite prélevés au cours des 30 minutes suivantes pour déterminer les effets sur le flux nutritif de l'ACH en présence et en l'absence de NADPH oxydase ou d'inhibition des ROS mitochondriales. Pour chaque échantillon où Amplex UltraRed et HRP sont ajoutés au milieu de perfusion, 30 µL de dialysat seront immédiatement mesurés pour H2O2 dans le fluorimètre de laboratoire. Pour chaque échantillon où le débit sanguin est mesuré, le dialysat sera stocké à 4 °C et analysé pour l'éthanol (pour le débit sanguin/l'échange microvasculaire) dans les 24 heures. Tous les perfusats et dialysats seront protégés de l'exposition à la lumière.

Rapport sortie/entrée d'éthanol de microdialyse L'éthanol (5 mM) sera inclus dans le milieu de perfusion pour surveiller le flux sanguin nutritif/l'échange microvasculaire dans la zone de la sonde de microdialyse comme décrit dans nos publications précédentes 30-32.

Détermination de la capacité aérobie maximale (avant et après l'entraînement physique) :

Tous les sujets effectueront un test d'effort maximal standardisé sur un tapis roulant lors de leur inscription à l'étude et à nouveau à la fin du programme d'entraînement. Les sujets régleront individuellement la vitesse et l'inclinaison (3-6 km·h-1, 0-5 %) pendant une période d'échauffement de 5 minutes. Après la période d'échauffement, l'O2 et le CO2 expirés du sujet seront surveillés en continu par spirométrie en circuit ouvert (TrueOne 2400 ; Parvomedics ; Salt Lake City, UT). Le test VO2peak sera effectué à l'aide d'un protocole de rampe où la vitesse sera constante et l'inclinaison sera augmentée de 2 % toutes les deux minutes jusqu'à ce que VO2peak soit atteint. La vitesse de départ sera ajustée individuellement en fonction des vitesses d'échauffement et des fréquences cardiaques, avec l'intention d'obtenir VO2peak dans les 8 à 12 minutes.

Protocole d'entraînement Tous les participants effectueront un entraînement aérobique par intervalles trois fois par semaine sur des jours non consécutifs pendant huit semaines. L'exercice consistera à marcher/courir sur une pente sur un tapis roulant. Les sujets s'échaufferont pendant 10 minutes à 70 % de la fréquence cardiaque maximale (FCmax telle que déterminée lors du test VO2peak) avant d'effectuer quatre intervalles de 4 minutes à 90 % de la FCmax avec une récupération active de 3 minutes à 70 % de la FCmax entre les intervalles et une période de récupération de 5 minutes, ce qui donne un temps d'exercice total de 40 minutes.

Détermination de la composition corporelle La masse maigre, la masse grasse et le pourcentage de graisse corporelle seront déterminés à l'aide de l'absorptiométrie à rayons X à double énergie (DXA ; GE Lunar Prodigy Advance, Madison WI). La masse corporelle et la taille seront mesurées pour le calcul de l'indice de masse corporelle (IMC : kg/m2). Le tour de taille minimum et le tour de hanche maximum seront également mesurés pour éventuellement être utilisés comme covariable dans les analyses statistiques en raison de la relation entre le rapport poids/h et le tour de taille avec le risque de maladie cardio-métabolique.

Marqueurs musculaires du stress oxydatif :

Des biopsies seront donc prises au repos avant et après la formation chez les participants acceptant la procédure de biopsie. Des biopsies musculaires percutanées seront obtenues à partir du vaste latéral du groupe musculaire quadriceps fémoral (sous réserve d'adaptations à l'entraînement physique proposé) en utilisant des procédures stériles et après l'administration d'une anesthésie locale (lidocaïne à 1 %).