Meccanismi di controllo cerebrovascolare

Introduzione È ampiamente riconosciuto che l'insulino-resistenza in MetSyn aumenta il rischio di malattia cerebrovascolare (CVD) e ictus. Inoltre, MetSyn è associato a disturbi cognitivi e aumento del rischio di malattie neurodegenerative. Nonostante la forte associazione di scarsa salute cerebrovascolare in MetSyn, la risposta del flusso sanguigno cerebrale (CBF) ai picchi di insulina acuta negli esseri umani rimane in gran parte inesplorata. La disfunzione cerebrovascolare in risposta all'insulina e i potenziali meccanismi che attenuano il CBF possono non solo evidenziare le basi centrali della fisiopatologia di ictus e CVD, ma possono fornire intuizioni chiave per comprendere il declino cognitivo fortemente legato agli individui più anziani con MetSyn. Pertanto, stabilire i meccanismi del controllo cerebrovascolare insulino-mediato non è solo importante per ridurre la mortalità in MetSyn, ma può essere profondamente importante per mantenere la salute del cervello. La vasodilatazione insulino-meditata è in gran parte un processo dipendente dall'endotelio vascolare. Eleganti esperimenti che utilizzano modelli animali suggeriscono che la resistenza all'insulina interrompe sei vie di segnalazione endoteliale, con la prova più forte che implica una perdita di vasodilatazione dell'ossido nitrico (NO) e un'esagerata costrizione dell'endotelina (ET-1). La letteratura indica che in MetSyn, un picco di insulina porta a vasocostrizione e ipoperfusione cerebrale. Questi risultati sono direzionalmente opposti rispetto a nessun cambiamento o vasodilatazione insulino-mediata e aumento del CBF riportato in letteratura. L'evidenza suggerisce che la funzione disaccoppiata dell'ossido nitrico sintasi (NOS) porta a un equilibrio sfavorevole tra NO, specie reattive dell'ossigeno ed ET-1. Normalmente, la stimolazione del recettore dell'insulina sull'endotelio vascolare dovrebbe fornire un ambiente in cui NOS produce NO portando alla vasodilatazione e all'inibizione di ET-1. Invece, in MetSyn l'insulina stimola il vasocostrittore ET-1 in misura maggiore mentre il NOS viene disaccoppiato generando più specie reattive dell'ossigeno che eliminano l'NO che viene generato portando a un segnale vasocostrittore maggiore piuttosto che alla vasodilatazione.

Scopi specifici/obiettivi di studio

Obiettivi specifici:

L'ipotesi centrale è che le azioni vasodilatatrici dell'insulina siano già compromesse nella sindrome metabolica a causa della perdita del dilatatore e dell'aumento dei segnali costrittori. La vasodilatazione cerebrale all'insulina è in gran parte dipendente dall'endotelio. Prove emergenti nei modelli animali suggeriscono che la resistenza all'insulina interrompe almeno sei percorsi di segnalazione endoteliale che potrebbero essere potenziali bersagli, e questa proposta si concentra su due che molto probabilmente riducono il CBF in MetSyn: 1) Perdita di vasodilatazione dell'ossido nitrico (NO) e 2) Esagerata costrizione dell'endotelina (ET-1). Questi esperimenti affronteranno tre obiettivi specifici:

Obiettivo 1: Testare l'ipotesi che i picchi fisiologici di insulina aumentino acutamente il CBF nei giovani adulti, ma gli adulti con MetSyn mostrano vasocostrizione insulino-mediata paradossale.

Obiettivo 2: Testare l'ipotesi che i meccanismi chiave responsabili della scarsa CBF in MetSyn siano cambiamenti nella segnalazione di NO e ET-1. Nello specifico, nei controlli sani, NO media una robusta dilatazione, con una costrizione ET-1 minima o assente. Al contrario, gli adulti con MetSyn mostrano NO sintasi (NOS) disaccoppiata e costrizione ET-1 esagerata.

Obiettivo 3: Testare l'ipotesi che la regolazione insulinica del CBF sia distinta a livello regionale (ad es. MCA reattivo rispetto ad ACA o basilare) e gli effetti negativi di IR sono similmente specifici a livello regionale.

Ipotesi:

• Gli adulti con sindrome metabolica mostreranno una ridotta vasodilatazione cerebrale in risposta a un OGTT
• L'inibizione del NOS ridurrà le risposte del CBF (Δ CVC/Δ insulina) nei controlli magri ai livelli della sindrome metabolica mentre aumenterà le risposte del CBF nella sindrome metabolica, suggerendo che la sindrome metabolica ha una funzione NOS disaccoppiata
• L'inibizione di ET-1 aumenterà le risposte CBF (Δ indice di conduttanza vascolare cerebrale (CVCi)/Δ insulina) nei controlli magri e nella sindrome metabolica. Tuttavia, aumenterà significativamente di più nella sindrome metabolica.
• L'MCA sarà più reattivo ai picchi di insulina rispetto ad altre arterie cerebrali

Endpoint dello studio: variazione della conduttanza vascolare cerebrale (CVC, ml/min/100 mmHg) relativa alla variazione della concentrazione di insulina nel sangue dopo il consumo di glucosio.

Soggetti Saranno reclutati sessanta partecipanti (30 per gruppo). La determinazione dell'ammissibilità sarà un processo in due fasi. Il primo passo è che tutti i partecipanti completeranno una schermata iniziale per determinare se si qualificano per la visita di screening. I soggetti idonei preliminari saranno invitati al laboratorio di ricerca per il consenso informato e lo screening formale.

Durante la visita di screening presso il laboratorio di ricerca, i soggetti completeranno il consenso informato, un questionario sull'anamnesi, un modulo di screening sulla sicurezza della risonanza magnetica e un questionario sull'attività fisica. Verranno rilevati anche altezza, peso, pressione sanguigna e circonferenza vita e fianchi. Inoltre, verrà prelevato un campione di sangue venoso per il test del glucosio e dei lipidi per determinare l'idoneità. Se la visita di screening rivela che c'è un'anomalia o una controindicazione alla partecipazione, che è coperta o non coperta dai criteri di esclusione riepilogati, il potenziale soggetto non sarà autorizzato a partecipare. In sintesi, i soggetti sperimenteranno le seguenti attività durante la visita di screening in laboratorio:

Metodi Dopo lo screening iniziale e una visita di screening, la partecipazione a questo studio comporterà due visite di studio MRI separate (infusione di soluzione salina come placebo, rispetto all'infusione di L-NMMA per inibire NOS o Ambrisentan per via orale (solo partecipanti di sesso maschile), rispetto a placebo di lattosio per via orale per inibire ET -1). I soggetti verranno indirizzati a una condizione sperimentale (placebo/L-NMMA o placebo/Ambrisentan) in base al numero di soggetti necessari per mantenere il potere statistico. Per lo studio con Ambrisentan, i soggetti devono essere maschi, a causa dei potenziali effetti dannosi del farmaco sul feto. Una volta assegnato un gruppo di condizioni sperimentali, l'ordine del farmaco (placebo/farmaco) verrà eseguito in un singolo cieco controbilanciato assegnato in modo casuale. Le procedure sperimentali saranno identiche in tutti i giorni di test ad eccezione di quale farmaco verrà infuso. Durante ogni visita, i soggetti verranno monitorati per frequenza cardiaca, pressione sanguigna, anidride carbonica di fine espirazione e comunicazione verbale di sintomi avversi (come si sente il soggetto) mentre si trova nello scanner MRI.

Test di gravidanza: tutti i soggetti di sesso femminile devono avere un test di gravidanza sulle urine negativo prima di entrambe le visite di studio (placebo o farmaco) per assicurarsi che non siano gravide al momento di ciascuna visita di studio. Le femmine non saranno assegnate alla sperimentazione con Ambrisentan, anche se il loro test di gravidanza è negativo.

Campione di sangue da venipuntura: durante la visita di screening, il sangue (fino a 20 ml) verrà prelevato mediante venipuntura da analizzare per glucosio a digiuno, lipidi sierici.

I soggetti si asterranno da esercizio fisico, caffeina e FANS, nonché digiuneranno per ≥ 10 ore prima di tutte le prove sperimentali.

Catetere endovenoso: il personale addestrato posizionerà due cateteri endovenosi. Il posizionamento dei cateteri avverrà in qualsiasi vena del braccio ritenuta più idonea per un facile accesso. Tuttavia, uno verrà posizionato nella fossa antecubitale (infusione) e uno nella vena antecubitale, della mano o del polso (campione di sangue) del braccio opposto per ciascuna delle due visite di studio. Il catetere IV per il prelievo di sangue verrà utilizzato per prelevare fino a 15 ml di campioni di sangue in punti temporali specifici durante ogni visita di studio per misurare le concentrazioni di glucosio e insulina, nonché per marcatori di infiammazione e stress ossidativo. Tutte le procedure sono identiche durante ogni prova (placebo/L-NMMA/BQ123). I punti temporali specifici, che sono approssimativi a causa di piccole variazioni nei tempi di scansione MRI, sono i seguenti:

• Basale, prima della scansione PC VIPR basale
• Prima della scansione PC VIPR 1 dopo OGTT
• Prima della scansione PC VIPR 2 dopo OGTT
• Prima di PC VIPR scansione 3 dopo OGTT
• Prima della scansione PC VIPR 4 dopo OGTT
• Prima di PC VIPR scansione 5 dopo OGTT
• Prima della scansione PC VIPR 6 dopo OGTT
• Prima di PC VIPR scansione 7 dopo OGTT
• Prima di PC VIPR scansione 8 dopo OGTT
• Prima di PC VIPR scansione 9 dopo OGTT

Infusione endovenosa:

I. Inibizione NOS: L - NMMA è un potente inibitore NOS non selettivo utilizzato per studiare la fisiologia vascolare. L-NMMA sarà infuso a 3 mg/kg di peso corporeo/ora in bolo (oltre 10 minuti) seguito da un'infusione di mantenimento di 1 mg/kg/ora per la durata dell'esperimento. È stato dimostrato che la somministrazione sistemica di L - NMMA eleva la pressione sanguigna ~ 8-15 mmHg che rientra nell'intervallo osservato durante l'esercizio.

II. Placebo: le velocità di infusione del placebo saranno determinate utilizzando le stesse formule per l'infusione di L-NMMA, utilizzando il peso di screening più recente del soggetto. Idealmente, la soluzione salina verrà infusa alla stessa velocità e quantità della visita farmacologica corrispondente. I soggetti sottoposti a nuovo screening e con un cambiamento di peso, tuttavia, possono avere una velocità di infusione di soluzione fisiologica leggermente diversa dalla velocità di infusione di L-NMMA.

Una piccola discrepanza nella velocità di infusione della soluzione fisiologica e del farmaco è insignificante da un punto di vista scientifico poiché esiste già una variabilità nella quantità di soluzione fisiologica che il soggetto riceve poiché viene utilizzata per irrigare la flebo (1-5 ml) ad ogni prelievo di sangue (fino a 10 prelievi di sangue).

ET-1 - Studi di inibizione (15 controlli, 15 MetSyn) (braccio Ambrisentan):

I. Inibizione di ET-1: Ambrisentan è un antagonista del recettore ETA. I soggetti riceveranno 10 mg di Ambrisentan in forma di pillola 90-150 minuti prima dell'OGTT. Questa classe di farmaci è stata utilizzata per ricercare la segnalazione ET-1 nel diabete, nell'obesità e nell'ipertensione (Bruno, Sudano, Ghiadoni, Masi e Taddei, 2010; Lteif, Vaishnava, Baron e Mather, 2007; Mather, Mirzamohammadi, Lteif , Steinberg, & Barone, 2002). I recettori ETA sono i più propensi a mediare un'eccessiva costrizione nei pazienti con MetSyn. Ambrisentan sarà assunto per via orale. È stato dimostrato che la somministrazione sistemica di antagonisti dell'endotelina a dosi croniche riduce la pressione arteriosa sistolica di 4,5 ± 10 mmHg e quella diastolica di 3 ± 7,5 mmHg negli ipertesi e non altera la pressione arteriosa media nell'obesità (Bruno et al., 2010; Mather et al., 2010; Spratt et al., 2001).

II. Placebo: come controllo placebo verrà utilizzata una pillola placebo simile per dimensioni e forma all'Ambrisentan.

Imaging a risonanza magnetica (MRI): verrà utilizzata una risonanza magnetica da 3 Tesla per quantificare il flusso sanguigno cerebrale e catturare la struttura dei vasi cerebrali in punti temporali designati durante le visite di studio (al basale e durante le condizioni di trattamento). Nessun agente di contrasto verrà utilizzato in qualsiasi momento. Il soggetto sarà nello scanner per una scansione di base iniziale e durante le prove sperimentali. Tutte le scansioni saranno eseguite nella sequenza temporale proposta delle prove sperimentali. Mentre si trovano nello scanner, i soggetti verranno monitorati per la frequenza cardiaca, l'ECG, l'anidride carbonica di fine espirazione (CO2) e la pressione sanguigna. Lo scanner ha la capacità di raccogliere questi dati, ad eccezione della CO2 di fine espirazione, che verrà raccolta con un monitor soggetto. Oltre alle sequenze di impulsi standard comunemente ottenute per scopi clinici (localizzatori, angiografia RM standard per l'anatomia del vaso (senza mezzo di contrasto), risonanza magnetica a contrasto di fase 2D per misurazioni codificate della velocità), ecc.; 'sequenze di base'), verrà utilizzato uno schema di acquisizione sviluppato presso l'Università del Wisconsin-Madison. Questo schema, PC VIPR (ricostruzione della proiezione isotropica ampiamente sottocampionata a contrasto di fase) è unico nella sua capacità di acquisire set di dati volumetrici con codifica della velocità tridirezionale e alta risoluzione spaziale in tempi di scansione piuttosto brevi. Tutte le sequenze di impulsi utilizzate in questo studio sono progettate per rimanere all'interno delle attuali linee guida per dB/dt stabilite dalla FDA.

Test orale di tolleranza al glucosio (OGTT): il soggetto berrà acqua distillata deionizzata (300 ml) contenente 75 grammi di glucosio entro 5 minuti. Questa è l'amministrazione standard di OGTT.

Nuova iscrizione: i soggetti di sesso maschile che completano completamente lo studio potranno scegliere di iscriversi nuovamente e completare l'ala dello studio a cui non hanno partecipato. I soggetti verranno nuovamente sottoposti a screening per determinare l'idoneità e saranno separati da almeno 1 settimana dal completamento dello studio. Inoltre, partecipano solo a L-NMMA o Ambrisentan (che mai non hanno completato nell'altra ala dello studio), non avranno bisogno di ripetere la visita di controllo/salina.