Mechanismen van cerebrovasculaire controle

Inleiding Het is algemeen aanvaard dat insulineresistentie in MetSyn het risico op cerebrovasculaire aandoeningen (CVD) en beroerte verhoogt. Bovendien wordt MetSyn geassocieerd met cognitieve stoornissen en een verhoogd risico op neurodegeneratieve ziekten. Ondanks een sterke associatie van een slechte cerebrovasculaire gezondheid in MetSyn, blijft de reactie van de cerebrale bloedstroom (CBF) op acute insulinepieken bij mensen grotendeels onontgonnen. Cerebrovasculaire disfunctie als reactie op insuline en potentiële mechanismen die CBF verzwakken, kunnen niet alleen de centrale onderbouwing van de pathofysiologie van beroerte en HVZ benadrukken, het kan ook belangrijke inzichten opleveren voor het begrijpen van cognitieve achteruitgang die sterk verband houdt met oudere personen met MetSyn. Daarom is het vaststellen van de mechanismen van insuline-gemedieerde cerebrovasculaire controle niet alleen belangrijk voor het verminderen van de mortaliteit bij MetSyn, het kan ook van groot belang zijn voor het behoud van de gezondheid van de hersenen. Door insuline gemedieerde vasodilatatie is grotendeels een vasculair endotheelafhankelijk proces. Elegante experimenten met diermodellen suggereren dat insulineresistentie zes endotheliale signaalroutes verstoort, met het sterkste bewijs dat een verlies van stikstofmonoxide (NO) vasodilatatie en overdreven endotheline (ET-1) vernauwing impliceert. De literatuur geeft aan dat bij MetSyn een piek in insuline leidt tot vasoconstrictie en cerebrale hypoperfusie. Deze bevindingen zijn tegengesteld aan de in de literatuur gerapporteerde geen verandering of insuline-gemedieerde vasodilatatie en toename van CBF. Er zijn aanwijzingen dat de ontkoppelde functie van stikstofoxidesynthase (NOS) leidt tot een ongunstige balans tussen NO, reactieve zuurstofsoorten en ET-1. Normaal gesproken zou stimulatie van de insulinereceptor op het vasculaire endotheel een omgeving moeten bieden waarin NOS NO produceert, wat leidt tot vasodilatatie en remming van ET-1. In plaats daarvan stimuleert insuline in MetSyn de vasoconstrictor ET-1 in grotere mate, terwijl NOS wordt ontkoppeld en meer reactieve zuurstofspecies genereert die de gegenereerde NO wegvangen, wat leidt tot een groter vasoconstrictorsignaal in plaats van vasodilatatie.

Specifieke doelen / studiedoelen

Specifieke doelstellingen:

De centrale hypothese is dat de vaatverwijdende werking van insuline al verminderd is bij het metabool syndroom als gevolg van verlies van dilatator en versterking van constrictorsignalen. Cerebrale vasodilatatie tot insuline is grotendeels afhankelijk van het endotheel. Opkomend bewijs in diermodellen suggereert dat insulineresistentie ten minste zes endotheliale signaalroutes verstoort die potentiële doelwitten zouden kunnen zijn, en dit voorstel richt zich op twee die hoogstwaarschijnlijk CBF in MetSyn verminderen: 1) verlies van stikstofmonoxide (NO) vasodilatatie, en 2) overdreven endotheline (ET-1) vernauwing. Deze experimenten hebben betrekking op drie specifieke doelen:

Doel 1: De hypothese testen dat fysiologische pieken van insuline de CBF acuut verhogen bij jonge volwassenen, maar dat volwassenen met MetSyn een paradoxale door insuline gemedieerde vasoconstrictie vertonen.

Doel 2: de hypothesen testen dat de belangrijkste mechanismen die verantwoordelijk zijn voor slechte CBF in MetSyn verschuivingen zijn in NO- en ET-1-signalering. Met name bij gezonde controles zorgt NO voor robuuste dilatatie, met weinig tot geen ET-1-vernauwing. Daarentegen vertonen volwassenen met MetSyn ontkoppelde NO-synthase (NOS) en overdreven ET-1-vernauwing.

Doel 3: Testen van de hypothese dat insulineregulatie van CBF regionaal verschillend is (bijv. MCA reactief dan ACA of basilair), en de negatieve effecten van IR zijn eveneens regionaal specifiek.

Hypothesen:

• Volwassenen met metabool syndroom zullen verminderde cerebrale vasodilatatie vertonen als reactie op een OGTT
• NOS-remming zal de CBF-responsen (Δ CVC/Δ insuline) bij magere controles verminderen tot niveaus van metabool syndroom, terwijl het de CBF-responsen bij metabool syndroom zal verhogen, wat suggereert dat het metabool syndroom een ​​ontkoppelde NOS-functie heeft
• ET-1-remming zal CBF-responsen verhogen (Δ Cerebral Vascular Conductance Index (CVCi)/Δ insuline) bij magere controles en metabool syndroom. Het zal echter aanzienlijk meer toenemen bij het metabool syndroom.
• De MCA reageert sneller op insulinepieken dan andere hersenslagaders

Studie-eindpunten: verandering in cerebrale vasculaire geleiding (CVC, ml/min/100 mmHg) ten opzichte van de verandering in de concentratie van insuline in het bloed na consumptie van glucose.

Onderwerpen Er worden zestig deelnemers (30 per groep) geworven. Het bepalen van de geschiktheid zal een proces in twee stappen zijn. De eerste stap is dat alle deelnemers een eerste scherm invullen om te bepalen of ze in aanmerking komen voor het screeningsbezoek. Proefpersonen die voorlopig in aanmerking komen, worden uitgenodigd in het onderzoekslaboratorium voor geïnformeerde toestemming en formele screening.

Tijdens het screeningsbezoek aan het onderzoekslaboratorium zullen de proefpersonen geïnformeerde toestemming, een vragenlijst over de gezondheidsgeschiedenis, een MRI-veiligheidsscreeningsformulier en een vragenlijst over lichamelijke activiteit invullen. Ook worden lengte, gewicht, bloeddruk en taille- en heupomtrek gemeten. Bovendien zal er een veneus bloedmonster worden afgenomen voor glucose- en lipidetesten om te bepalen of u in aanmerking komt. Als uit het screeningsbezoek blijkt dat er een afwijking of contra-indicatie is voor deelname, die al dan niet valt onder de samengevatte uitsluitingscriteria, wordt de potentiële proefpersoon niet toegelaten tot deelname. Samenvattend zullen proefpersonen de volgende activiteiten ervaren tijdens het screeningbezoek in het laboratorium:

Methoden Na de eerste screening en een screeningsbezoek zal deelname aan deze studie twee afzonderlijke MRI-onderzoeksbezoeken inhouden (Saline-infusie als placebo, versus L-NMMA-infusie om NOS te remmen OF Ambrisentan oraal (alleen mannelijke deelnemers), versus Lactose-placebo oraal om ET te remmen -1). Proefpersonen zullen worden geleid naar een experimentele toestand (placebo/L-NMMA of placebo/Ambrisentan) op basis van het aantal proefpersonen dat nodig is om statistisch vermogen te behouden. Voor de Ambrisentan-studie moeten proefpersonen mannelijk zijn, vanwege mogelijke schadelijke effecten van het geneesmiddel op de foetus. Zodra een groep met experimentele condities is toegewezen, wordt de medicijnbestelling (placebo/medicijn) op een willekeurig toegewezen, tegengebalanceerde enkelblinde manier uitgevoerd. De experimentele procedures zullen op alle testdagen identiek zijn, met uitzondering van het geneesmiddel dat via een infuus wordt toegediend. Tijdens elk bezoek worden de proefpersonen gecontroleerd op hartslag, bloeddruk, koolstofdioxide aan het eind van de tijd en verbale communicatie van ongunstige symptomen (hoe voelt de proefpersoon zich) in de MRI-scanner.

Zwangerschapstest: Alle vrouwelijke proefpersonen moeten een negatieve urine-zwangerschapstest hebben voorafgaand aan studiebezoeken (placebo of medicijn) om er zeker van te zijn dat ze niet zwanger zijn op het moment van elk studiebezoek. Vrouwen zullen niet worden toegewezen aan de Ambrisentan-studie, zelfs niet als hun zwangerschapstest negatief is.

Venapunctie Bloedmonster: tijdens het screeningsbezoek wordt bloed (tot 20 ml) afgenomen met behulp van venapunctie om te worden geanalyseerd op nuchtere glucose, serumlipiden.

Proefpersonen onthouden zich van lichaamsbeweging, cafeïne en NSAID's, en vasten gedurende ≥ 10 uur voorafgaand aan alle experimentele onderzoeken.

Intraveneuze katheter: Getraind personeel plaatst twee intraveneuze katheters. Plaatsing van de katheters vindt plaats in elke armader die het meest geschikt wordt geacht voor gemakkelijke toegang. Voor elk van de twee studiebezoeken zal er echter één in de antecubitale fossa (infusie) en één in de antecubitale, hand- of polsader (bloedmonster) van de andere arm worden geplaatst. De IV-katheter voor bloedafname zal worden gebruikt om tijdens elk studiebezoek op specifieke tijdstippen tot 15 ml bloedmonsters af te nemen om concentraties van glucose en insuline te meten, evenals voor markers van ontsteking en oxidatieve stress. Alle procedures zijn tijdens elk onderzoek identiek (placebo/L-NMMA/BQ123). De specifieke tijdstippen, die bij benadering zijn vanwege kleine variaties in MRI-scantijden, zijn als volgt:

• Baseline, voorafgaand aan baseline PC VIPR-scan
• Voor PC VIPR-scan 1 na OGTT
• Voor pc VIPR-scan 2 na OGTT
• Voor pc VIPR-scan 3 na OGTT
• Voor pc VIPR-scan 4 na OGTT
• Voor pc VIPR-scan 5 na OGTT
• Voor pc VIPR-scan 6 na OGTT
• Voor pc VIPR-scan 7 na OGTT
• Voor pc VIPR-scan 8 na OGTT
• Voor PC VIPR-scan 9 na OGTT

Intraveneuze infusie:

I. NOS-remming: L-NMMA is een krachtige niet-selectieve NOS-remmer die wordt gebruikt om vasculaire fysiologie te bestuderen. L-NMMA zal worden geïnfundeerd met een bolus van 3 mg/kg lichaamsgewicht/uur (gedurende 10 minuten), gevolgd door een onderhoudsinfusie van 1 mg/kg/uur gedurende de duur van het experiment. Er is aangetoond dat systemische afgifte van L - NMMA de bloeddruk verhoogt met ~ 8-15 mmHg, wat binnen het bereik ligt dat wordt waargenomen tijdens inspanning.

II. Placebo: Placebo-infusiesnelheden worden bepaald met behulp van dezelfde formules voor L-NMMA-infusie, waarbij het meest recente screeninggewicht van de patiënt wordt gebruikt. Idealiter wordt zoutoplossing toegediend met dezelfde snelheid en hoeveelheid als het overeenkomstige medicijnbezoek. Proefpersonen die opnieuw worden gescreend en een gewichtsverandering hebben, kunnen echter een zoutoplossing-infusiesnelheid hebben die enigszins verschilt van de L-NMMA-infusiesnelheid.

Een kleine discrepantie in de infusiesnelheid van zoutoplossing en geneesmiddel is onbeduidend vanuit een wetenschappelijk perspectief, aangezien er al een variabiliteit is in de hoeveelheid zoutoplossing die de proefpersoon krijgt, aangezien deze wordt gebruikt om het infuus (1-5 ml) door te spoelen bij elke bloedafname (tot maximaal 10 bloedafnames).

ET-1 - Remmingsonderzoeken (15 controle, 15 MetSyn) (Ambrisentan-arm):

I. ET-1-remming: Ambrisentan is een antagonist van de ETA-receptor. Proefpersonen krijgen 10 mg Ambrisentan in pilvorm 90-150 minuten voorafgaand aan de OGTT. Deze klasse geneesmiddelen is gebruikt om ET-1-signalering bij diabetes, obesitas en hypertensie te onderzoeken (Bruno, Sudano, Ghiadoni, Masi, & Taddei, 2010; Lteif, Vaishnava, Baron, & Mather, 2007; Mather, Mirzamohammadi, Lteif , Steinberg, & Baron, 2002). ETA-receptoren zijn de meest waarschijnlijke oorzaak van overmatige vernauwing bij MetSyn-patiënten. Ambrisentan wordt oraal ingenomen. Er is aangetoond dat systemische toediening van endotheline-antagonisten bij chronische dosering de systolische bloeddruk verlaagt met 4,5 ± 10 mmHg en de diastolische bloeddruk met 3 ± 7,5 mmHg bij hypertensiva, en de gemiddelde arteriële druk bij obesitas niet verandert (Bruno et al., 2010; Mather et al., 2010; Spratt et al., 2001).

II. Placebo: Placebo-pil vergelijkbaar in grootte en vorm met Ambrisentan zal worden gebruikt als placebocontrole.

Magnetic Resonance Imaging (MRI): Een 3 Tesla MRI zal worden gebruikt om de cerebrale bloedstroom te kwantificeren en de cerebrale vaatstructuur vast te leggen op aangewezen tijdstippen tijdens de studiebezoeken (bij baseline en tijdens behandelingsomstandigheden). Er wordt op geen enkel moment contrastmiddel gebruikt. Het onderwerp bevindt zich in de scanner voor een eerste basislijnscan en tijdens de experimentele proeven. Alle scans zullen worden uitgevoerd in de voorgestelde tijdlijn van experimentele proeven. In de scanner worden proefpersonen gecontroleerd op hartslag, ECG, end-tidal kooldioxide (CO2) en bloeddruk. De scanner heeft de mogelijkheden om deze gegevens te verzamelen, met uitzondering van end-tidal CO2, die zal worden verzameld met een subjectmonitor. Naast standaard pulsreeksen die gewoonlijk worden verkregen voor klinische doeleinden (localizers, standaard MR-angiografie voor vatanatomie (zonder contrastmiddel), 2D-fasecontrast-MRI voor snelheidsgecodeerde metingen), enz.; 'basic sequences'), zal een acquisitieschema worden gebruikt dat is ontwikkeld aan de Universiteit van Wisconsin-Madison. Dit schema, PC VIPR (fasecontrast enorm onderbemonsterde isotrope projectie-reconstructie) is uniek in zijn vermogen om volumetrische datasets te verwerven met drierichtingssnelheidscodering en hoge ruimtelijke resolutie in vrij korte scantijden. Alle pulsreeksen die in deze studie worden gebruikt, zijn ontworpen om binnen de huidige richtlijnen voor dB/dt te blijven die zijn vastgesteld door de FDA.

Orale glucosetolerantietest (OGTT): de proefpersoon drinkt binnen 5 minuten gedestilleerd gedeïoniseerd water (300 ml) met 75 gram glucose. Dit is de standaard administratie van OGTT.

Herinschrijving: Mannelijke proefpersonen die de studie volledig voltooien, hebben de keuze om zich opnieuw in te schrijven en de vleugel van de studie af te ronden waaraan ze niet hebben deelgenomen. Proefpersonen zullen opnieuw worden gescreend om te bepalen of ze in aanmerking komen, met een tussenpoos van ten minste 1 week na voltooiing van het onderzoek. Bovendien nemen ze alleen deel aan de L-NMMA of Ambrisentan (welke ze ook niet hebben voltooid in de andere vleugel van het onderzoek), ze hoeven het controle-/zoutoplossingbezoek niet te herhalen.