Vasodilatazione periferica negli esseri umani obesi (ObeseDilate)

Questo studio è iniziato inizialmente nel giugno 2011 (IND 122211). L'obiettivo 1 originale è stato completato e ha mostrato che i gruppi magri e obesi non differivano nella dilatazione endoteliale dipendente (EDD) e nelle risposte di dilatazione all'esercizio. L'obiettivo 2 originale era subordinato alla presenza di una differenza tra gruppi magri e obesi nell'obiettivo 1 e pertanto non è stato perseguito.

I ricercatori ora pianificano di continuare questo studio valutando 2 obiettivi aggiuntivi che sono coerenti con lo scopo originale dello studio e sono discussi di seguito:

Si prevede che la crescente popolazione di adulti obesi creerà un grande onere per la salute pubblica nei prossimi decenni. Gli esseri umani obesi mostrano anche una ridotta capacità di esercizio e un flusso sanguigno muscolare inferiore. L'obiettivo generale di questo programma di ricerca è studiare i cambiamenti correlati all'obesità nella funzione microvascolare che contribuiscono al flusso sanguigno muscolare alterato. Questa proposta cerca di testare direttamente il controllo vascolare nelle arterie di resistenza del muscolo scheletrico umano nell'esercizio umano. I ricercatori propongono di studiare gli adulti obesi più giovani, senza confondere gli effetti dell'età, della sindrome metabolica o del diabete, prima che gli effetti negativi dell'obesità possano esercitare il loro pieno impatto negativo. L'ipotesi generale è che la dilatazione endotelio-dipendente (EDD) e la vasodilatazione funzionale (esercizio) siano compromesse dallo spostamento dalla biodisponibilità dell'ossido nitrico e dallo spostamento verso una maggiore dipendenza dalla vasodilatazione mediata dal potassio (K+).

Obiettivo primario Determinare se il ruolo della vasodilatazione mediata da K+ differisce tra adulti magri e obesi.

Obiettivi Obiettivo 1: Testare l'ipotesi che l'obesità induca un cambiamento del fenotipo endoteliale che crea un ambiente sia per l'EDD che per la disfunzione dell'esercizio. I ricercatori propongono che l'obesità alteri gli enzimi endoteliali, che aiutano a spiegare i cambiamenti meccanicistici nella vasodilatazione.

Obiettivo 2: Testare l'ipotesi che l'obesità induca un'alterata vasodilatazione endoteliale-dipendente (EDD) e funzionale a causa dell'alterata segnalazione funzionale del canale del potassio. I ricercatori propongono che la funzione del canale del potassio (K+) sia responsabile delle differenze inspiegabili nell'EDD e nella vasodilatazione funzionale. Più specificamente, i ricercatori ipotizzano che l'inibizione dell'iperpolarizzazione mediata da K+ (Inward Rectifying K+ channels-KIR) identificherà meccanismi vasodilatatori differenziali tra adulti magri e obesi.

Disegno dello studio e panoramica delle procedure Questo studio è progettato per testare il controllo cardiovascolare in esseri umani clinicamente sani. Ci saranno 2 prove sperimentali separate e scientificamente distinte che saranno condotte in soggetti magri e obesi: 1) EDD o 2) Rapid Onset Vasodilator (ROV), che studia l'aumento immediato del flusso sanguigno all'inizio dell'esercizio.

Procedure comuni tra i protocolli: dopo lo screening per determinare l'idoneità, i soggetti visitano il laboratorio per la visita dello studio EDD o Rapid Onset Vasodilator (ROV). Tutte le procedure di pre-screening e pre-visita saranno identiche. Un medico inserirà un catetere arterioso brachiale nel braccio non dominante per l'infusione locale del farmaco. I cambiamenti nel flusso sanguigno saranno quantificati mediante ecografia Doppler all'arteria brachiale. Il monitoraggio dell'emodinamica del soggetto (frequenza cardiaca, pressione sanguigna, ossigeno nel sangue) è identico.

Esperimenti EDD: gli agonisti EDD sono farmaci che causano vasodilatazione per aumentare temporaneamente il flusso sanguigno. Gli investigatori useranno 4 diversi agonisti per testare la funzione EDD da diverse prospettive. Dopo le infusioni di agonisti dell'EDD di controllo, i soggetti ripeteranno gli agonisti dell'EDD in condizioni di inibizione del canale K+, e di nuovo sotto canali K+ più ossido nitrico e inibizione delle prostaglandine. Quest'ultima fase dello studio è volta a testare i meccanismi vasodilatatori acuti compensatori/ridondanti. Questi studi riguarderanno l'infusione di agonisti endoteliali, con e senza inibizione di specifici meccanismi vasodilatatori. Gli agonisti includono: ATP, bradichinina (BK), isoproterenolo (ISO) e acetilcolina (Ach), saranno infusi 3 volte ciascuno (ordine randomizzato). Gli agonisti saranno infusi nelle seguenti condizioni: 1) Da soli (controllo) 2) in combinazione con cloruro di bario (BaCl2) 3) in combinazione con BaCl2, L-N-monometil arginina acetato (L-NMMA) e Ketorolac. Ciascuno degli agonisti dell'EDD provoca un aumento temporaneo del flusso sanguigno dell'avambraccio, che ritorna al valore basale entro pochi minuti dall'interruzione dell'infusione. Gli antagonisti (BaCl2, L-NMMA e ketorolac) probabilmente ridurranno le risposte EDD agli agonisti e possono anche ridurre il flusso sanguigno dell'avambraccio a riposo o aumentare la pressione sanguigna (ad es. L-NMMA può ridurre il flusso sanguigno dell'avambraccio del 30-50% e aumentare la pressione arteriosa di 5-10 mmHg). L'intera visita di studio EDD sarà di circa 5 ore (1 ora di configurazione e 4 ore di procedure sperimentali). Il protocollo EDD è ulteriormente descritto qui:

I farmaci (approvazione IND) vengono utilizzati per testare la funzione vascolare scientifica di base e i meccanismi associati in volontari sani. Farmaci non utilizzati per migliorare una condizione di salute.

Droghe: acetilcolina, isoproterenolo, bradichinina, adenosina trifosfato, cloruro di bario, L-N-monometil arginina acetato, ketorolac.

1. 5 minuti di infusione salina insieme a 2 minuti di infusione di ATP,
2. lavaggio in 10 minuti,
3. 5 minuti di soluzione salina insieme a 2 minuti di infusione di BK,
4. lavaggio in 10 minuti,
5. 5 minuti di soluzione salina insieme a 2 minuti di infusione ISO,
6. lavaggio in 10 minuti,
7. 5 minuti di infusione di soluzione fisiologica insieme a 2 minuti di infusione di ACh,
8. lavaggio in 10 minuti,
9. 5 minuti di infusione di BaCl2 e 2 minuti di infusione di ATP,
10. lavaggio in 10 minuti,
11. 5 minuti di infusione di BaCl2 insieme a 2 minuti di infusione di ACh,
12. lavaggio in 10 minuti,
13. 5 minuti di infusione di BaCl2 insieme a 2 minuti di infusione di ISO,
14. lavaggio in 10 minuti,
15. 5 minuti di infusione di BaCl2 insieme a 2 minuti di infusione di BK,
16. lavaggio in 10 minuti,
17. 10 minuti di infusione di L-NMMA e ketorolac (infusione continua per tutto il resto del protocollo) insieme a 5 minuti di infusione di BaCl2 e 2 minuti di infusione di ACh,
18. lavaggio in 10 minuti,
19. 5 minuti di infusione di BaCl2 insieme a 2 minuti di infusione di ISO,
20. lavaggio in 10 minuti,
21. 5 minuti di infusione di BaCl2 insieme a 2 minuti di infusione di ATP,
22. lavaggio in 10 minuti,
23. 5 minuti di infusione di BaCl2 insieme a 2 minuti di infusione di BK.

Esperimenti ROV: dopo aver controllato le singole contrazioni muscolari dell'avambraccio, i soggetti ripeteranno singole contrazioni in condizioni di inibizione del canale K+, e ancora sotto canale K+ più ossido nitrico e inibizione delle prostaglandine. Quest'ultima fase dello studio è volta a testare i meccanismi vasodilatatori acuti compensatori/ridondanti. Questa prova consiste in tre serie di 6 contrazioni muscolari singolari (tre al 30%, tre al 60% dello sforzo massimo), ciascuna contrazione della durata di meno di 3 secondi con ~90 secondi di riposo in mezzo. Queste singole contrazioni evocano un aumento robusto (aumento del 100-600%) e rapido (3-6 battiti cardiaci dopo la contrazione) del flusso sanguigno che ritorna alla normalità in genere in circa 30 secondi. Questa risposta rapida e robusta è il motivo per cui queste singole contrazioni muscolari sono denominate "vasodilatazione ad insorgenza rapida". 3 minuti di riposo prima di ogni prova consentiranno le misurazioni di base e il caricamento degli inibitori della vasodilatazione mediata da K+. Durante questi 3 minuti, i soggetti eseguiranno una singola contrazione a 15, 30 e 45 secondi del periodo di carico/riposo di 3 minuti per facilitare il rilascio del farmaco ai tessuti attivi (questo aggiunge altre 18 contrazioni. La prima serie sperimentale di singole contrazioni sarà completata senza farmaci (controllo salino). Successivamente, verrà utilizzata anche un'infusione di ATP (senza esercizio) per testare l'efficacia farmacologica del successivo inibitore (BaCl2). La prima infusione di ATP verrà eseguita senza altri farmaci. Successivamente, verrà condotta una seconda serie di singole contrazioni con infusione di BaCl2. Questo è poi seguito da una seconda infusione di ATP per determinare l'efficacia di BaCl2. La serie finale di singole contrazioni inizierà e verrà eseguita con l'infusione simultanea di tutti e tre gli inibitori (BaCl2, L-NMMA e Ketorolac). Quest'ultima fase dello studio è volta a testare i meccanismi vasodilatatori acuti compensatori/ridondanti. Gli studi ROV (esercizio) dureranno ~ 4 ore (1 ora di configurazione e 3 ore di procedure sperimentali). Il protocollo ROV è ulteriormente descritto qui:

Farmaci: adenosina trifosfato, cloruro di bario, acetato di arginina L-N-monometil, ketorolac

1. 3 contrazioni muscolari durante 3 minuti di infusione salina seguite da 3 contrazioni muscolari aggiuntive,
2. Ripetere 3 contrazioni muscolari durante 3 minuti di infusione salina seguite da 3 contrazioni muscolari aggiuntive,
3. lavaggio in 10 minuti,
4. Due minuti di infusione di ATP,
5. lavaggio in 10 minuti,
6. 3 contrazioni muscolari durante 3 minuti di infusione di BaCl2 seguite da 3 contrazioni muscolari aggiuntive,
7. 3 contrazioni muscolari durante 3 minuti di infusione di BaCl2 seguite da 3 contrazioni muscolari aggiuntive,
8. lavaggio in 10 minuti,
9. Infusione di BaCl2 (3 minuti) e ATP (2 minuti),
10. lavaggio in 10 minuti,
11. 3 contrazioni muscolari durante l'infusione di BaCl2 (3 minuti) e l'infusione di L-NMMA e ketorolac (5 minuti) seguite da 3 contrazioni muscolari aggiuntive,
12. L-NMMA e ketorolac saranno infusi per tutto il resto del protocollo a un dosaggio inferiore
13. 3 contrazioni muscolari durante l'infusione di BaCl2 (3 minuti) e L-NMMA e ketorolac (5 minuti) seguite da 3 contrazioni muscolari aggiuntive.

Obiettivo 3: Testare l'ipotesi che l'obesità induca un cambiamento del fenotipo endoteliale che crea un ambiente sia per l'EDD che per la disfunzione dell'esercizio. Proponiamo che l'obesità alteri gli enzimi endoteliali che aiutano a spiegare i cambiamenti meccanicistici nella vasodilatazione.

Obiettivo 4: Testare l'ipotesi che l'obesità induca un EDD alterato e una vasodilatazione funzionale a causa dell'alterata segnalazione funzionale dei canali del potassio. Proponiamo che la funzione del canale K+ rappresenti differenze inspiegabili nell'EDD e nella vasodilatazione funzionale. Più specificamente, ipotizziamo che l'inibizione dell'iperpolarizzazione mediata da K+ (tramite canali K+ rettificanti verso l'interno (KIR)) identificherà meccanismi vasodilatatori differenziali tra adulti magri e obesi.