L'effetto della vasopressina sulla regolazione del glucosio (HYPERGlu)

Introduzione L'ormone neuroipofisario arginina vasopressina (AVP), noto anche come ormone antidiuretico, è stato uno dei primi ormoni identificati per le sue proprietà vasopressine nel 1895 da Oliver e Schäfer. Hanno dimostrato che l'estratto della ghiandola pituitaria aumentava la pressione sanguigna nei cani anestetizzati. L'AVP è sintetizzato principalmente nel nucleo paraventricolare e sopraottico dell'ipotalamo. L'ormone viene trasferito al lobo neurale dell'ipofisi posteriore dove viene rilasciato nella circolazione. Gli organi bersaglio percepiscono gli stimoli ormonali attraverso tre diversi recettori: V1a, V1b e V2. Il recettore V1a è espresso principalmente nella parete vascolare ed è responsabile della vasocostrizione. Il recettore V1b si trova principalmente nell'ipofisi anteriore, mediando la secrezione dell'ormone corticotropina surrenale, mentre il recettore V2 è espresso principalmente nei tubuli del nefrone innescando il riassorbimento di acqua. Sin dalla scoperta dell'AVP, sia la vasopressina che le proprietà antidiuretiche sono state molto ben studiate e documentate.

Oltre agli effetti dell'AVP sulla pressione sanguigna e sull'omeostasi dell'acqua, l'ormone è implicato in una varietà di altre funzioni tra cui dolore, metabolismo osseo e lipidico, ipertensione, comportamento sociale, invecchiamento, funzione cognitiva, proliferazione cellulare, infiammazione, infezioni, omeostasi, ipotalamo -asse ipofisario-surrenale e diabete. Tutti questi effetti potrebbero fornire informazioni utili su molte malattie. Pertanto, l'obiettivo di questa applicazione è sugli effetti dell'AVP sulla regolazione del glucosio negli esseri umani sani.

È noto che l'AVP migliora la glicogenolisi epatica mediante l'attivazione dei recettori V1a e aumentando il rilascio di glucagone, con conseguente aumento dei livelli di glucosio negli animali da esperimento. Anche quando i recettori del glucagone nel fegato sono bloccati, l'AVP aumenta ancora la glicemia. I recettori V1b sono stati identificati sia nelle cellule alfa che in quelle beta delle isole di Langerhans. Pertanto, l'AVP stimola la secrezione di insulina contrastando l'aumento della glicemia. In un esperimento con topi knockout per i recettori AVP V1a e V1b, sono state osservate alterazioni nel metabolismo del glucosio e dei grassi, suggerendo che l'AVP potrebbe svolgere un ruolo nella regolazione del glucosio e nei disordini metabolici. Gli studi sugli esseri umani con una variazione genetica del recettore AVP V1a hanno mostrato un aumento della prevalenza del diabete nei soggetti in sovrappeso o con una dieta ricca di grassi. Recentemente, uno studio su ratti inclini a disfunzioni metaboliche, ha esaminato l'effetto dell'influenza a lungo termine della vasopressina sull'omeostasi del glucosio. Ha riferito che l'alta vasopressina ha migliorato l'iperinsulemia e l'intolleranza al glucosio nei ratti obesi, mentre il trattamento con l'antagonista del recettore V1a della vasopressina ha ridotto l'intolleranza al glucosio.

In uno studio epidemiologico francese, una coorte di 3.615 uomini e donne con normale glicemia a digiuno è stata seguita per 9 anni. Ha indicato che l'assunzione di acqua era inversamente e indipendentemente associata al rischio di sviluppare iperglicemia. Gli autori hanno ipotizzato che i loro risultati fossero dovuti all'aumento correlato all'ipoidratazione della vasopressina plasmatica. Più recentemente, una coorte svedese di 2.064 soggetti dello studio sulla dieta e sul cancro di Malmo è stata analizzata dopo 15,8 anni con un test di tolleranza al glucosio orale. Hanno scoperto che la copeptina (un marker surrogato affidabile e clinico dell'AVP) prediceva in modo indipendente il diabete mellito e l'adiposità addominale.

È interessante notare che l'ipoidratazione e il basso consumo di acqua sono collegati all'aumento cronico di AVP. In uno studio recente con adulti a vita libera, un basso consumo abituale di acqua ha portato a un AVP significativamente elevato rispetto agli adulti con un elevato consumo di acqua.

Disegno sperimentale Saranno reclutati nello studio sessanta soggetti di età compresa tra 30 e 55 anni con assenza di insulino-resistenza. Trenta degli adulti saranno con indice di massa corporea normale (BMI; 15 maschi e 15 femmine, 18,5 kg∙m-2 < BMI ≤25 kg∙m-2) e trenta adulti in sovrappeso o obesi (15 maschi e 15 femmine, 28 kg∙m-2 ≤ BMI ≤35 kg∙m-2) saranno reclutati per partecipare allo studio. La stima della dimensione del campione ha mostrato che 60 soggetti forniranno una potenza di 0,8 con un livello alfa impostato a 0,05. L'effetto della vasopressina sul metabolismo del glucosio sarà studiato attraverso la stimolazione osmotica della vasopressina (AVP) utilizzando l'infusione di soluzione salina ipertonica seguita da un test orale di tolleranza al glucosio. Ogni soggetto eseguirà due esperimenti identici, diversi solo per il contenuto di cloruro di sodio (NaCl) dell'infusione (soluzione salina isotonica vs. ipertonica). Tutti i soggetti di sesso femminile eseguiranno entrambe le prove durante la loro fase follicolare iniziale, circa 2-6 giorni dopo l'inizio delle mestruazioni per garantire bassi livelli endogeni di estrogeni e progesterone. Dopo aver riposato in posizione seduta per 30 minuti, ai soggetti verrà infusa per via endovenosa NaCl al 3% (soluzione salina ipertonica, quindi HYPER) o NaCl allo 0,9% (soluzione salina isotonica, quindi ISO) per un periodo di 120 minuti a una velocità di infusione di 0,1 ml/min /kg di peso corporeo in modalità single-blind e in ordine controbilanciato. Questa infusione salina ipertonica aumenta l'osmolalità plasmatica da 285 ad almeno 300 mmol/kg. Da un catetere venoso separato, verranno prelevati campioni di sangue ogni 30 min. Dopo l'infusione, i soggetti riposeranno per un periodo di equilibrio di 30 minuti prima di iniziare un test di tolleranza al glucosio orale di 4 ore.

Preparazione del soggetto per il test di tolleranza al glucosio orale (OGTT): i soggetti devono seguire una dieta normale per 3 giorni prima del test e svolgere una normale attività fisica. La cena sarà standardizzata il giorno prima e non saranno ammessi alcolici. I soggetti saranno istruiti a digiunare almeno 10 ore prima del test.

Procedura per OGTT: Il test OGTT consisterà in un'ingestione di 75 g di glucosio seguita da un periodo di campionamento del sangue, con campioni raccolti ogni 30 min per 240 min. I campioni di urina saranno raccolti al termine dell'infusione e al termine dell'OGTT. La pressione sanguigna verrà registrata tramite uno sfigmomanometro automatico dopo ogni prelievo di sangue. L'assorbimento di ossigeno e il tasso di scambio respiratorio saranno valutati ogni ora tramite calorimetria indiretta, per un totale di sette volte per prova. Durante il prelievo di sangue, la percezione della sete e la secchezza della bocca saranno valutate anche tramite scale analogiche visive.

Analisi dei campioni Un totale di quattordici campioni di sangue saranno raccolti in ogni prova sperimentale e analizzati per: ematocrito (Hct), emoglobina (Hb), osmolalità (Osm), sodio (Na) e potassio (K), proteine ​​plasmatiche totali, glucosio, insulina, c-peptide, glucagone, copeptina, attività della renina plasmatica, ormone di rilascio della corticotropina (CRF), cortisolo, trigliceridi e acidi grassi liberi (FFA).

I campioni di urina saranno analizzati per l'osmolalità e il peso specifico delle urine fresche. I campioni di backup di siero, plasma e urina verranno conservati, congelati a -80°C, nel caso siano necessarie ulteriori analisi o in sostituzione di fiale rotte.

Gestione e analisi dei dati Per garantire la qualità e l'integrità dei dati raccolti, verranno utilizzati i moduli di segnalazione dei casi. I moduli di segnalazione dei casi (CRF) saranno progettati per registrare i dati raccolti in un modo che soddisfi gli standard più elevati. Il CRF sarà sviluppato, testato e approvato prima dell'iscrizione di qualsiasi soggetto. Lo scienziato coinvolto nella raccolta dei dati dello studio sarà formato sull'uso del CRF prima dell'inizio della raccolta dei dati. Una biblioteca cartacea e digitale per tutti i CRF sarà istituita e mantenuta durante l'esperimento e almeno per altri 2 anni dopo la pubblicazione dei manoscritti. Il responsabile del database e il ricercatore principale saranno le uniche persone che avranno accesso alle informazioni sui soggetti identificabili. Tutti gli altri documenti saranno codificati per garantire l'anonimato del soggetto. Il piano di monitoraggio dei dati e della sicurezza comprende: quadro generale per il monitoraggio dei dati e della sicurezza, parte responsabile del monitoraggio e procedure per la segnalazione di eventi avversi/problemi imprevisti. Dopo la raccolta dei dati, l'inserimento dei dati avverrà da parte di due scienziati autorizzati. I dati della diagnostica Quest sono disponibili in formato PDF e anche l'inserimento dei dati sarà eseguito e verificato da due scienziati. L'integrazione dei dati e la pulizia del database saranno eseguite in un software statistico tramite analisi e visualizzazione.

La risposta primaria del metabolismo del glucosio variabile sarà catturata da 4 variabili (glucosio, insulina, C-Peptide e glucagone) tutte misurate su una scala di rapporto e in 14 occasioni.

Gli esiti secondari saranno: Hb, Hct, Proteine ​​totali, Osmolalità, Na, K, Copeptina, ormone di rilascio della corticosteropina surrenale (ACTH), CRH, Angiotensina II, attività della renina plasmatica (PRA), Aldosterone, Trigliceridi, FFA.

Ulteriori risultati continui ripetuti saranno: (1) Pressione sanguigna che sarà misurata in 14 occasioni; (2) assorbimento di ossigeno e tasso di scambio respiratorio che saranno valutati in 7 diverse occasioni; e (3) percezione della sete e secchezza della bocca che saranno misurate in 14 occasioni.

Misurazioni delle covariate I gruppi di trattamento (soluzione salina isotonica vs. ipertonica) saranno il confronto principale di interesse. Altre covariate includeranno il sesso (femmine vs. maschi) e lo stato di peso (peso normale vs. sovrappeso/obesi), l'età (30-55) e il tempo (1-14).

Per esaminare se i profili di risposta media sono simili nei gruppi, ovvero se i modelli di cambiamento nel tempo nella risposta media variano in base al gruppo, il presente studio esplorerà ulteriormente gli effetti di interazione di gruppo in base al tempo: (ad es. trattamento per interazione temporale; interazione peso per tempo; sesso per interazione temporale).

Piano di analisi dei dati

• Per questo quasi-sperimentale con disegno a misura ripetuta, i ricercatori condurranno un'analisi longitudinale per descrivere i cambiamenti nella risposta media nel tempo e come questi cambiamenti sono correlati alle covariate di interesse.
• La normalità di queste variabili continue sarà valutata conducendo il test di normalità di Shapiro-Wilk.
• Per tutti i risultati continui, le statistiche riassuntive (media e deviazioni standard) saranno condotte ogni volta e per sequenza. Inoltre, verranno effettuate correlazioni tra le misure del metabolismo del glucosio.
• Le percentuali saranno calcolate per le covariate misurate su una scala nominale, e medie e ± deviazioni standard presentate per quelle misurate su una scala continua.
• Saranno valutate le distribuzioni degli indici di sensibilità all'insulina e le aree sotto la curva.

Modellazione statistica Per studiare come i cambiamenti nella risposta media si relazionano alle covariate nel tempo, verrà impiegata la modellazione a effetti misti lineari generalizzati, con intercettazioni e pendenze casuali, utilizzando la stima della massima verosimiglianza ristretta. Si presume che la risposta media di ciascun gruppo cambierà linearmente nel tempo. Tuttavia, se la risposta media nel tempo non è lineare, verranno esplorate tendenze polinomiali di ordine superiore.

Il ricercatore adatterà il modello di modello di covarianza appropriato per tenere conto delle correlazioni tra le misure ripetute in modo che vengano fatte le inferenze appropriate.

La significatività statistica sarà determinata a un alfa di 0,05. Tutte le analisi statistiche verrebbero effettuate con i seguenti software statici STATA©, JMP© o SAS©.

Risultati attesi e conclusioni Durante la prova di infusione di soluzione salina ipertonica l'equilibrio idrico sarà manipolato artificialmente (ipervolemia ipertonica). L'aumento dell'osmolalità plasmatica stimolerà la secrezione di vasopressina. Si prevede che la stimolazione dell'AVP eleverà l'insulina in misura maggiore rispetto al glucosio, determinando una maggiore insulino-resistenza. Si prevede inoltre che una grande osmolalità urinaria sia una risposta a livelli elevati di vasopressina e a una minore produzione urinaria.

Importanza del progetto Il diabete, insieme all'obesità, è una delle principali malattie non trasmissibili nei paesi sviluppati e in via di sviluppo. Più di 29 milioni di americani sono diabetici e altri 86 milioni sono in uno stato pre-diabetico. Il costo del diabete nel 2012 è stato di 245 miliardi di dollari ed è in crescita. L'ipoidratazione, invece, è un fenomeno abbastanza comune legato a molti problemi di salute come infezioni del tratto urinario, calcoli renali, malattie cardiovascolari, stato dell'umore e prestazioni cognitive. Uno dei potenziali meccanismi alla base degli effetti dell'ipoidratazione è l'elevato livello di AVP. Recenti dati epidemiologici ed esperimenti sugli animali indicano che l'ipoidratazione e l'alta vasopressina sono collegate sia al diabete che alla disregolazione del glucosio. Tuttavia, non esistono dati sperimentali da uno studio controllato sugli esseri umani. Lo scopo dello studio proposto è quello di eseguire una prova controllata su esseri umani sani per esaminare l'effetto della vasopressina elevata sulla regolazione del glucosio.