Passage du substrat cérébral aux cétones et au lactate (BSS)

Objectifs:

Primaire:

• Déterminer si le métabolisme cérébral des cétones et des lactates provoque les réponses neurotrophiques bénéfiques associées respectivement au jeûne et à l'exercice.

Secondaire:

• Déterminer si le jeûne et l'exercice améliorent l'absorption cérébrale de glucose, de cétones et de lactate.

Points de terminaison :

Primaire:

• Facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNF)
• Protéine-alpha précurseur amyloïde-bêta sécrétée (sAPPA)

Secondaire:

• Extraction du glucose cérébral
• Extraction des cétones cérébrales
• Extraction du lactate cérébral
• Augmentation de l'extraction du glucose cérébral en réponse à l'administration intranasale d'insuline

Hypothèse:

1. Le jeûne et les exercices de haute intensité augmenteront la libération cérébrale de BDNF et de sAPPA, et ces réponses seront les mêmes lorsque les cétones et le lactate sont infusés passivement dans la circulation à l'état nourri et reposé.
2. Le jeûne augmentera le métabolisme des cétones cérébrales au-delà de celui obtenu lorsque les cétones sont passivement infusées dans la circulation à l'état nourri.
3. L'exercice à haute intensité augmentera le métabolisme cérébral du lactate au-delà de celui obtenu lorsque le lactate est infusé passivement dans la circulation à l'état reposé.
4. L'exercice de haute intensité améliorera la sensibilité du cerveau à l'insuline au glucose, comme le montre l'augmentation de l'absorption cérébrale du glucose en réponse à l'insuline intra-nasale.

Conception

Il s'agira d'une conception croisée à mesures répétées, les participants remplissant deux conditions séparées de 4 à 6 semaines :

1. Exercice nourri et infusions passives de lactate et de cétones
2. Exercice à jeun de 72 heures et infusions passives de lactate et de cétones

Lors des deux visites, les participants seront instrumentés avec des cathéters artériels (radiaux) et veineux (jugulaire interne) pour quantifier le métabolisme cérébral oxydatif et substrat (glucose, cétones, lactate) en réponse à : 1) le jeûne, 2) 6 minutes de haute intensité exercice, 3) une infusion graduée passive de cétones (pour imiter le jeûne); et 4) une infusion passive progressive de lactate (pour imiter l'exercice). La sensibilité de l'insuline cérébrale au glucose sera quantifiée dans les états nourris et à jeun avant et après l'exercice par une dose unique d'insuline intranasale. Dans les états nourris et à jeun au repos, un échantillon de liquide céphalo-rachidien sera prélevé de la colonne lombaire pour quantifier la métabolomique et la production et la libération de facteurs neurotrophiques (BDNF et sAPPa) du cerveau.

Sites d'essai Tous les tests auront lieu dans le bâtiment ARTs (salle 184) du laboratoire de recherche du Centre for Heart, Lung and Vascular Health à Kelowna, en Colombie-Britannique, au Canada.

Participants Taille de l'échantillon Nous collecterons des données sur 12 sujets avec les deux sexes inclus. Un calcul de la taille de l'échantillon (puissance >0,8, signification <0,05) basé sur nos données préliminaires indique que 8 participants sont nécessaires (12) ; nous viserons à recruter 12 volontaires des deux sexes pour mieux représenter la population, et non pour enquêter sur les différences entre les sexes. Un consentement écrit et éclairé sera obtenu des participants. Nous prévoyons un taux d'abandon de <5 %.

Critère d'intégration

• De 19 à 40 ans
• Régulièrement actif physiquement, tel que déterminé par des questionnaires

Critère d'exclusion

• Fumeurs actuels
• Asthme bronchique aigu, obstruction chronique des voies respiratoires ou état de mal asthmatique
• Obèse (indice de masse corporelle supérieur à 30 kg m-2)
• Nécessité quotidienne de médicaments sur ordonnance qui peuvent affecter les réponses à l'exercice, par exemple, les antihypertenseurs, les anti-arythmogènes, les inhalateurs
• Antécédents de maladie/dysfonctionnement pouvant entraîner des complications lors de l'exercice, par ex. maladies cardiovasculaires, respiratoires, neurologiques ou musculo-squelettiques
• Cycle menstruel irrégulier ou absent (femmes)
• Enceinte ou soupçonnant une grossesse, ou post-ménopausique (femmes)
• Toute réponse indésirable inattendue aux tests d'effort pré-expérimentaux
• Toute contre-indication à un accès sous-arachnoïdien lombaire

Dépistage/Évaluation de base

Les critères d'inclusion et d'exclusion ci-dessus seront examinés via un questionnaire de dépistage médical et un dépistage clinique effectué par un médecin. Cette projection comprendra :

• Tension artérielle au repos,
• électrocardiogramme 12 dérivations,
• Test d'effort cardiopulmonaire,
• Glycémie à jeun.

Critères d'arrêt

• Toute réaction indésirable à des procédures invasives, c'est-à-dire cathétérisme et prélèvement de liquide céphalo-rachidien (veuillez consulter les risques ci-dessous)

En plus de ce qui précède et conformément aux directives du comité d'éthique de la recherche clinique de l'UBC, tous les participants à la recherche peuvent se retirer de l'étude à tout moment et sans raison.

Procédures expérimentales

Les participants visiteront le laboratoire à deux reprises. Les détails des visites expérimentales sont décrits ci-dessous :

1. Exercice nourri et infusions passives de lactate et de cétones

   Les participants arriveront au laboratoire 1h après avoir mangé un repas léger de leur choix. Les participants seront allongés sur un lit et seront équipés de cathéters à demeure pour l'artère radiale et la veine jugulaire interne. Une heure après les cathétérismes, le débit sanguin cérébral sera mesuré de manière non invasive par échographie duplex des artères carotides internes et vertébrales. Des échantillons de sang seront prélevés dans les circulations artérielle et veineuse pour des mesures au repos du métabolisme cérébral oxydatif et des substrats (glucose, cétones et lactate). Un seul échantillon de liquide céphalo-rachidien sera prélevé au niveau du rachis lombaire entre L4 et L5. Cette procédure sera effectuée par un médecin hautement qualifié qui utilise ces techniques de manière routinière pour les soins aux patients sur une base quasi quotidienne. Par la suite, la cétone primaire, le bêta-hydroxybutyrate (Bhb), sera perfusée via une veine antécubitale (bras) de manière progressive pour induire des concentrations circulantes de 1, 3 et 5 mmol/L. Après une récupération complète, c'est-à-dire le retour de la concentration de Bhb aux valeurs de repos, le lactate intraveineux sera perfusé de manière progressive pour induire des concentrations circulantes de 5, 10 et 15 mmol/L. Après une récupération complète des taux sanguins de lactate, une perfusion intraveineuse combinée (Bhb et lactate) sera administrée pour induire des concentrations circulantes de 3 et 10 mmol/L, respectivement. Les participants recevront ensuite un repas léger standardisé et 1 heure pour se reposer et digérer. Enfin, les participants s'auto-administreront une dose unique d'insuline intranasale avant et après avoir effectué 6 minutes d'intervalles de cyclisme à haute intensité. Après la dernière dose d'insuline intranasale, les participants seront désinstrumentés marquant la fin de la visite. La durée totale de cette visite est estimée à 3-4 heures.

2. Exercice à jeun de 72 heures et infusions passives de lactate et de cétones

Cette visite est identique à la condition 1, sauf que les participants arriveront au laboratoire 72 heures à jeun et ne recevront pas de repas léger avant la fin de toutes les procédures expérimentales. Avant de commencer le jeûne, les participants seront équipés d'un moniteur de glycémie en continu afin que les chercheurs puissent suivre leur glycémie pendant le jeûne. En tant que tel, le temps total de cette visite est également estimé à 3-4 heures.

Protocole d'exercices à haute intensité. Les participants effectueront six cycles de 40 s de vélo à un rythme de travail qui suscite 100 % de puissance aérobie maximale (V̇O2max) suivis de 20 s de récupération active à 25 % de VO2max. Nous avons montré que cet exercice augmentait le lactate> 5 fois à la fois à l'état nourri et à jeun (12).

Randomisation des conditions. L'ordre des conditions, c'est-à-dire nourri ou à jeun, sera randomisé. Il est impossible d'aveugler les participants sur les conditions d'alimentation et de jeûne car le jeûne nécessite de s'abstenir de manger avant de visiter le laboratoire. Les chercheurs ne seront pas aveuglés car ils surveilleront les sujets pendant qu'ils jeûnent avant de visiter le laboratoire.