Substrato cerebrale Passa a chetoni e lattato (BSS)

Obiettivi:

Primario:

• Determinare se il metabolismo dei chetoni cerebrali e del lattato causano le benefiche risposte neurotrofiche associate rispettivamente al digiuno e all'esercizio fisico.

Secondario:

• Determinare se il digiuno e l'esercizio fisico migliorano l'assorbimento da parte del cervello di glucosio, chetoni e lattato.

Endpoint:

Primario:

• Fattore neurotrofico derivato dal cervello (BDNF)
• Proteina-alfa secreta del precursore dell'amiloide-beta (sAPPA)

Secondario:

• Estrazione del glucosio cerebrale
• Estrazione di chetoni cerebrali
• Estrazione del lattato cerebrale
• Aumento dell'estrazione di glucosio dal cervello in risposta alla somministrazione intranasale di insulina

Ipotesi:

1. Il digiuno e l'esercizio ad alta intensità aumenteranno il rilascio da parte del cervello di BDNF e sAPPA, e queste risposte saranno le stesse quando i chetoni e il lattato vengono infusi passivamente nella circolazione nello stato nutrito e riposato.
2. Il digiuno aumenterà il metabolismo dei chetoni cerebrali oltre a quello raggiunto quando i chetoni vengono infusi passivamente in circolazione nello stato di alimentazione.
3. L'esercizio ad alta intensità aumenterà il metabolismo del lattato nel cervello oltre quello raggiunto quando il lattato viene infuso passivamente nella circolazione nello stato di riposo.
4. L'esercizio ad alta intensità migliorerà la sensibilità all'insulina del cervello al glucosio, come dimostrato dall'aumento dell'assorbimento di glucosio nel cervello in risposta all'insulina intranasale.

Progetto

Questo sarà un progetto incrociato di misure ripetute con i partecipanti che completano due condizioni separate da 4-6 settimane:

1. Esercizio alimentato e infusioni passive di lattato e chetoni
2. Esercizio a digiuno di 72 ore e infusioni passive di lattato e chetoni

In entrambe le visite, i partecipanti saranno dotati di cateteri arterioso (radiale) e venoso (giugulare interno) per quantificare il metabolismo cerebrale ossidativo e del substrato (glucosio, chetoni, lattato) in risposta a: 1) digiuno, 2) 6 minuti di alta intensità esercizio, 3) un'infusione graduata passiva di chetoni (per imitare il digiuno); e 4) un'infusione graduata passiva di lattato (per imitare l'esercizio). La sensibilità dell'insulina cerebrale al glucosio sarà quantificata negli stati di alimentazione e digiuno prima e dopo l'esercizio mediante una singola dose di insulina intranasale. Negli stati di riposo a stomaco pieno ea digiuno, verrà prelevato un campione di liquido cerebrospinale dalla colonna lombare per quantificare la metabolomica e la produzione e il rilascio di fattori neurotrofici (BDNF e sAPPa) dal cervello.

Siti di sperimentazione Tutti i test si svolgeranno nell'ARTs Building (Room 184) nel laboratorio di ricerca Center for Heart, Lung and Vascular Health a Kelowna, British Columbia, Canada.

Partecipanti Dimensione del campione Raccoglieremo i dati in 12 soggetti con entrambi i sessi inclusi. Un calcolo della dimensione del campione (potenza >0,8, significatività <0,05) basato sui nostri dati preliminari indica che sono richiesti 8 partecipanti (12); mireremo a reclutare 12 volontari di entrambi i sessi per rappresentare meglio la popolazione, non per indagare sulle differenze di sesso. Il consenso scritto e informato sarà ottenuto dai partecipanti. Prevediamo un tasso di abbandono <5%.

Criterio di inclusione

• Età compresa tra 19 e 40 anni
• Regolarmente fisicamente attivi, come determinato tramite questionari

Criteri di esclusione

• Attuali fumatori
• Asma bronchiale acuto, ostruzione cronica delle vie aeree o stato asmatico
• Obeso (indice di massa corporea superiore a 30 kg m-2)
• Richiedere la prescrizione giornaliera di farmaci che possono influenzare le risposte all'esercizio, ad esempio antipertensivi, antiaritmogeni, inalatori
• Anamnesi di malattia/disfunzione che potrebbe causare complicazioni con l'esercizio, ad es. malattie cardiovascolari, respiratorie, neurologiche o muscoloscheletriche
• Ciclo mestruale irregolare o assente (femmine)
• Incinta o sospetta gravidanza o post-menopausa (femmine)
• Eventuali risposte avverse inaspettate ai test da sforzo pre-sperimentali
• Qualsiasi controindicazione a un accesso subaracnoideo lombare

Screening/Valutazione di riferimento

I suddetti criteri di inclusione ed esclusione saranno esaminati tramite un questionario di screening sanitario e uno screening clinico eseguito da un medico. Questa proiezione includerà:

• Pressione sanguigna a riposo,
• elettrocardiogramma a 12 derivazioni,
• Test da sforzo cardiopolmonare,
• Glicemia a digiuno.

Criteri di sospensione

• Qualsiasi risposta avversa a procedure invasive, ad esempio cateterizzazione e campionamento del liquido cerebrospinale (vedere Rischi di seguito)

In aggiunta a quanto sopra e secondo le linee guida dell'UBC Clinical Research Ethics Board, tutti i partecipanti alla ricerca possono ritirarsi dallo studio in qualsiasi momento e senza motivo.

Procedure sperimentali

I partecipanti visiteranno il laboratorio in due occasioni. Di seguito il dettaglio delle visite sperimentali:

1. Esercizio alimentato e infusioni passive di lattato e chetoni

   I partecipanti arriveranno al laboratorio 1 ora dopo aver consumato un pasto leggero a loro scelta. I partecipanti giaceranno su un letto e saranno strumentati con arteria radiale a permanenza e cateteri della vena giugulare interna. Un'ora dopo le cateterizzazioni, il flusso sanguigno cerebrale sarà misurato in modo non invasivo mediante ecografia Duplex delle arterie carotidi interne e vertebrali. Verranno prelevati campioni di sangue dalla circolazione arteriosa e venosa per misure a riposo del metabolismo cerebrale ossidativo e del substrato (glucosio, chetoni e lattato). Verrà prelevato un singolo campione di liquido cerebrospinale dalla colonna lombare tra L4 e L5. Questa procedura verrà eseguita da un medico altamente qualificato che utilizza queste tecniche di routine per la cura del paziente quasi quotidianamente. Successivamente, il chetone primario, beta-idrossibutirrato (Bhb), verrà infuso attraverso una vena antecubitale (braccio) in modo graduale per indurre concentrazioni circolanti di 1, 3 e 5 mmol/L. Dopo un completo recupero, cioè, la concentrazione di Bhb ritorna ai valori di riposo, il lattato per via endovenosa sarà infuso in modo graduale per indurre concentrazioni circolanti di 5, 10 e 15 mmol/L. Dopo un completo recupero dei livelli di lattato nel sangue, verrà somministrata un'infusione endovenosa combinata (Bhb e lattato) per indurre concentrazioni circolanti rispettivamente di 3 e 10 mmol/L. Ai partecipanti verrà quindi fornito un pasto standardizzato leggero e 1 ora per riposare e digerire. Infine, i partecipanti autoamministreranno una singola dose di insulina intranasale prima e dopo aver completato 6 minuti di intervalli di ciclismo ad alta intensità. Dopo l'ultima dose di insulina intranasale, i partecipanti verranno destrumentati segnando la fine della visita. Il tempo totale per questa visita è stimato in 3-4 ore.

2. Esercizio a digiuno di 72 ore e infusioni passive di lattato e chetoni

Questa visita è identica alla condizione 1, tranne per il fatto che i partecipanti arriveranno al laboratorio 72 ore a digiuno e non riceveranno un pasto leggero fino al completamento di tutte le procedure sperimentali. Prima di iniziare il digiuno, i partecipanti saranno dotati di un monitor continuo del glucosio in modo che i ricercatori possano monitorare la glicemia durante il digiuno. Pertanto, anche il tempo totale per questa visita è stimato in 3-4 ore.

Protocollo di esercizio ad alta intensità. I partecipanti completeranno sei periodi di 40 secondi di ciclismo a una velocità di lavoro che suscita il 100% della potenza aerobica massima (V̇O2max) seguita da 20 secondi di recupero attivo al 25% VO2max. Abbiamo dimostrato che questo esercizio aumenta il lattato > 5 volte sia a stomaco pieno che a digiuno (12).

Randomizzazione delle condizioni. L'ordine delle condizioni, cioè nutrito o a digiuno, sarà randomizzato. È impossibile accecare i partecipanti alle condizioni nutrite e digiunate poiché il digiuno richiede l'astensione dal mangiare prima di visitare il laboratorio. I ricercatori non saranno accecati perché monitoreranno i soggetti mentre sono a digiuno prima di visitare il laboratorio.