Microvasculaire disfunctie bij obesitas

Vijfentwintig personen met obesitas klasse 2 en hoger [body mass index (BMI) >35 kg/m2, middelomtrek >40 inch (mannen) of >35 inch (vrouwen)] mannen en vrouwen (18-45 jaar) zullen deelnemen aan deze experimenten. Personen jonger dan 18 jaar zullen niet worden onderzocht vanwege de invasieve aard van het protocol. Personen ouder dan 45 jaar zullen niet worden onderzocht vanwege de leeftijdsgerelateerde achteruitgang van de endotheliale functie. Er zullen geen beperkingen zijn met betrekking tot ras, geslacht of sociaaleconomische status. Vrouwen zullen premenopauzaal zijn, zullen gecombineerde oestrogeen/progestageen hormonale anticonceptietherapie krijgen (orale pil, transdermale pleister of vaginale ring) en zullen worden onderzocht binnen de zeven dagen durende inactieve (placebo) fase van hormonale anticonceptietherapie (vergelijkbaar met de vroege folliculaire fase in de normale menstruatiecyclus; geverifieerd door bloedoestradiolanalyses). Het waarborgen van consistentie bij het bestuderen van de vrouwen tijdens de fase van hormonale anticonceptietherapie met de laagste oestradiolconcentraties in het plasma is belangrijk vanwege de bekende positieve effecten van oestradiol op de endotheliale functie. Sedentaire zwaarlijvige personen zullen de voorgaande 6 maanden gewichtsstabiel zijn geweest en zullen het metabool syndroom hebben. Het metabool syndroom zal worden gedefinieerd volgens de meest gebruikte criteria voor het metabool syndroom uit het derde rapport van het National Cholesterol Education Program Expert Panel on Detection, Evaluation, and Treatment of High Blood Cholesterol in Adults (Adult Treatment Panel III). Personen met het metabool syndroom hebben ten minste drie van de volgende kenmerken: 1) Centrale zwaarlijvigheid, gemeten aan de hand van de middelomtrek (mannen >40 inch; vrouwen >35 inch); 2) Nuchtere bloedtriglyceriden > 150 mg/dL; 3) HDL-cholesterol in het bloed bij mannen <40 mg/dL en vrouwen <50 mg/dL; 4) Bloeddruk > 130/85 mmHg; 5) Nuchtere bloedglucose > 110 mg/dl, en (niet volgens ATP III) een 2-uurs GTT-glucose van 140-200 mg/dl.

Alvorens aan dit onderzoek deel te nemen, ondergaan proefpersonen een medische geschiedenis, lichamelijk onderzoek en screening op hart- en vaatziekten en diabetes type 2. Evaluaties bestaan ​​uit een trapsgewijze stresstest op de loopband, een bloedchemie, analyse van de lichaamssamenstelling door Dual X-ray Absorptiometry (DXA) en een meting van de minimale middelomtrek (tussen het processus xiphoid en de navel).

Uitsluitingen Proefpersonen die deelnemen aan doelgerichte duurtraining (>20 min/dag, >1 dag/week) worden uitgesloten. Vrouwelijke proefpersonen in de pre-menopauze mogen niet zwanger zijn of borstvoeding geven en moeten het afgelopen jaar een regelmatige menstruatiecyclus hebben gehad. Alle proefpersonen zullen worden gescreend op cardiovasculaire en perifere vasculaire aandoeningen. Personen die medicijnen gebruiken die de centrale of perifere bloedsomloop kunnen beïnvloeden, niet-steroïde anti-inflammatoire middelen of serotonineheropnameremmers gebruiken, die roken of pruimen, diabetes hebben (nuchtere bloedglucose >125 mg/dL), hypertensie >160/95 mmHg (personen met diabetes en een hoge mate van hypertensie worden uitgesloten om een ​​meer uniforme groep van personen met het metabool syndroom), congestief hartfalen, angina pectoris of perifere vaatziekte te behouden. Personen met tekenen van ernstige aritmieën en/of acute myocardischemie, weerspiegeld in ST-segmentdepressie van 1 mm of meer in rust of tijdens inspanning, worden uitgesloten. Personen met chronische infecties, verlamming als gevolg van een beroerte, gevorderde ziekte van Parkinson, ernstige reumatoïde artritis of andere ernstige orthopedische problemen die het uitvoeren van de oefentrainingstaken zouden verhinderen, worden uitgesloten. Proefpersonen mogen gedurende ten minste 2 weken voorafgaand aan het onderzoek geen antioxidant-, kruiden- of vitaminesupplementen gebruiken, aangezien van sommige van deze middelen is aangetoond dat ze de endotheelafhankelijke vasodilatatie verbeteren. Proefpersonen mogen op de dag van het experiment geen cafeïne innemen. Onderwerpen worden uitgesloten als het gewicht tijdens het trainingsprogramma met meer dan 5% verandert of als hun therapietrouw minder is dan 90% van de trainingssessies of de totale trainingstijd.

Tijdschema: proefpersonen worden geworven, gescreend, ingeschreven en getest gedurende de maanden 3-28 van deze beurs. De wervingsprocedures voor het onderwerp en de aanschaf van de benodigde benodigdheden vinden plaats tijdens de eerste 2 maanden van het project. Aanvullende werving, evenals screening en testen van proefpersonen zal plaatsvinden in cycli van 1 maand gedurende de volgende 25 maanden met een snelheid van ongeveer 1 per cyclus. Er zullen daarom vijfentwintig microdialyse-experimenten worden uitgevoerd op deelnemers, zowel voor als na 8 weken training, voor een totaal van 50 microdialyse-experimenten. Dit plan vereist daarom gemiddeld 2 microdialysetesten per maand tijdens de testmaanden. Het testen van deze proefpersonen omvat zes uur voor de microdialyseprocedure. Biochemische analyse van monsters vergt ongeveer zes uur per experiment en datareductie nog eens vijf uur per experiment. Er is extra tijd (vijf uur per week) nodig voor de werving van proefpersonen, voorbereidende tests en follow-up. De wervings- en testdoelstellingen zijn dan ook realistisch in het licht van het toegewezen personeel en procentuele inzet, in combinatie met het personeel en de middelen die niet ten laste van de subsidie ​​komen.

Microdialyse (voor en na inspanningstraining):

De proefpersonen zullen zich na een nacht vasten melden bij het Hickner-laboratorium. Terwijl proefpersonen rustig aan het rusten zijn, zal er 's nachts nuchter bloed worden afgenomen uit een antecubitale ader om te worden geanalyseerd op traditionele (insuline, glucose, lipiden, c-reactieve proteïne) en niet-traditionele [(cytokines TNF-alpha, IL-6, IL-13, intercellulaire adhesiemolecule-1 (ICAM-1), vasculaire adhesiemolecule-1 (VCAM-1) en P-selectine] cardio-metabolische ziekterisico-/ontstekingsmarkers in bloed met behulp van ELISA's van EMD Millipore, of onze klinische analysator (Beckman Access-systemen). Daarnaast zal plasmaglutathion (GSH/GSSG) worden geanalyseerd als een marker van systemische oxidatieve stress met behulp van een kit van Percipio Biosciences (Bioxytech GSH/GSSG).

Microdialyseprocedure Zeven microdialysesondes (CMA 20: 10 mm * 0,5 mm 20 kilodalton afsnijmembraan, sondeschachtlengte 5 cm, inlaatslang en uitlaatslang 20 cm; CMA/Microdialysis, Stockholm, Zweden) worden percutaan ingebracht, 3 cm uit elkaar, in de vastus lateralis van de quadriceps femoris-spiergroep (3-4 sondes per been) met steriele techniek onder plaatselijke verdoving (1% lidocaïne). De sondes worden geperfundeerd met de juiste oplossing met een snelheid van 2,0 µl/min met behulp van CMA/102 micro-infusiepompen (CMA/Microdialysis, Stockholm, Zweden) volgens het schema in tabel 2.

De controleperfusieoplossing zal bestaan ​​uit een steriele zoutoplossing die 5 mM ethanol bevat (voor metingen van de bloedstroom/microvasculaire uitwisseling). Twee van de sondes zullen aanvankelijk worden geperfuseerd met deze controleoplossing, terwijl de andere sondes zullen worden geperfuseerd met NADPH-oxidaseremmers. De proefpersonen zullen 60 minuten zittend rusten om te herstellen van het inbrengen van de sonde en om het perfusaat in evenwicht te brengen met de lokale omgeving. Fase 1: Drie dialysaatmonsters van 10 minuten zullen gedurende de daaropvolgende 30 minuten worden verzameld in afgesloten 150 µL polyethyleen verzamelflesjes om de basale voedingsstroom te bepalen in afwezigheid (sonde 1) en aanwezigheid (sondes 3-7) van de NADPH-oxidaseremmers, en om te dienen als een controleperiode binnen de sonde voorafgaand aan SNP-perfusie (sonde 2). Fase 2: De perfusaatoplossingen in de tweede sonde worden vervolgens vervangen om de controleoplossing plus 50 mM natriumnitroprusside te bevatten (SNP: ter controle voor niet-endotheelafhankelijke veranderingen). 100 µM Amplex UltraRed en 1 E/ml mierikswortelperoxidase (HRP) zullen worden toegevoegd aan het perfusaat in de andere sondes voor het meten van de in vivo H2O2-productie. Vervolgens worden gedurende de daaropvolgende 60 minuten drie dialysaatmonsters van twintig minuten verzameld om deze metingen te verrichten in afwezigheid van superoxidedismutase. Fase 3: 10 U/ml superoxidedismutase (SOD) wordt vervolgens toegevoegd aan de Amplex UltraRed/HRP-bevattende perfusaten. Vervolgens worden gedurende de daaropvolgende 60 minuten drie dialysaatmonsters van twintig minuten verzameld om de effecten van SNP, 1 mM apocynine, 100 nM MitoTempo, 100 uM MitoTempo+Apocynine, 100 nM GKT 137831 of 100 nM GKT 137831+Apocynine bij afwezigheid van ZODE. Fase 4: De perfusaatoplossingen in sondes twee tot en met zeven worden vervolgens gewijzigd om de controleoplossing plus ofwel 50 mM Ach (om endotheelafhankelijke veranderingen te bepalen), of 50 mM ACh + ofwel 1 mM apocynine, 100 nM MitoTempo, 100 uM MitoTempo+ te bevatten Apocynin, 100nM GKT 137831 of 100nM GKT 137831+Apocynin (om te bepalen of remming van NADPH-oxidase of mitochondriale ROS-productie de endotheelafhankelijke respons verbetert). De sondes worden vervolgens gedurende 60 minuten geperfundeerd om equilibratie met de lokale omgeving mogelijk te maken. Vervolgens worden gedurende de daaropvolgende 30 minuten drie monsters van tien minuten verzameld om de voedingsstroomeffecten van ACH te bepalen in aanwezigheid en afwezigheid van NADPH-oxidase of mitochondriale ROS-remming. Voor elk monster waarbij Amplex UltraRed en HRP aan het perfusiemedium worden toegevoegd, wordt onmiddellijk 30 µL dialysaat gemeten voor H2O2 in de laboratoriumfluorometer. Voor elk monster waarbij de bloedstroom wordt gemeten, wordt het dialysaat bij 4 °C bewaard en binnen 24 uur geanalyseerd op ethanol (voor bloedstroom/microvasculaire uitwisseling). Alle perfusaten en dialysaten worden beschermd tegen blootstelling aan licht.

Microdialyse ethanol uitstroom/instroomverhouding Ethanol (5 mM) zal in het perfusiemedium worden opgenomen om voedingsbloedstroom/microvasculaire uitwisseling in het gebied van de microdialysesonde te controleren, zoals beschreven in onze eerdere publicaties 30-32.

Bepaling van de maximale aërobe capaciteit (voor en na inspanningstraining):

Alle proefpersonen zullen een gestandaardiseerde maximale inspanningstest op een loopband uitvoeren na inschrijving in het onderzoek en opnieuw na voltooiing van het trainingsprogramma. De proefpersonen passen hun snelheid en helling individueel aan (3-6 km·uur-1, 0-5%) gedurende een opwarmperiode van 5 minuten. Na de opwarmperiode worden de uitgeademde O2 en CO2 van de proefpersoon continu gecontroleerd via spirometrie met open circuit (TrueOne 2400; Parvomedics; Salt Lake City, UT). De VO2peak-test wordt uitgevoerd met behulp van een hellingsprotocol waarbij de snelheid constant is en de helling elke twee minuten met 2% wordt verhoogd totdat VO2peak is bereikt. De startsnelheid wordt individueel aangepast op basis van de opwarmingssnelheden en hartslagen, met de bedoeling om binnen 8-12 minuten VO2peak te bereiken.

Trainingsprotocol Alle deelnemers zullen gedurende acht weken driemaal per week op niet-opeenvolgende dagen aerobe intervaltraining uitvoeren. De training bestaat uit het lopen/rennen van een helling op een loopband. De proefpersonen zullen gedurende 10 minuten opwarmen bij 70% van de maximale hartslag (HRmax zoals bepaald tijdens de VO2peak-test) voordat ze vier intervallen van 4 minuten uitvoeren bij 90% van HRmax met een actief herstel van 3 minuten bij 70% van HRmax tussen intervallen en een cool-downperiode van 5 minuten, wat een totale trainingstijd van 40 minuten oplevert.

Bepaling van de lichaamssamenstelling De vetvrije massa, de vetmassa en het percentage lichaamsvet worden bepaald met behulp van dual-energy x-ray absorptiometrie (DXA; GE Lunar Prodigy Advance, Madison WI). Lichaamsmassa en lengte worden gemeten voor de berekening van de body mass index (BMI: kg/m2). Minimale taille- en maximale heupomtrek zullen ook worden gemeten om mogelijk te worden gebruikt als een covariabele in statistische analyses vanwege de relatie tussen de w/h-ratio en de middelomtrek met het risico op cardio-metabole ziekten.

Spiermarkers van oxidatieve stress:

Biopsieën zullen daarom voor en na de training in rust worden genomen bij de deelnemers die akkoord gaan met de biopsieprocedure. Percutane spierbiopten zullen worden verkregen uit de vastus lateralis van de quadriceps femoris-spiergroep (ondergaat aanpassingen aan de voorgestelde oefentraining) met behulp van steriele procedures en na toediening van lokale anesthesie (1% lidocaïne).