Leptine-infusie en endotheliale vasomotorische respons (LIVARM)

Inleiding Een hoge BMI en met name de vetmassa-index worden in verband gebracht met een verhoogd risico op coronaire hartziekte en andere cardiovasculaire aandoeningen, maar de onderliggende mechanismen zijn niet goed begrepen. Endotheeldisfunctie gaat vooraf aan atherosclerose en vormt een belangrijk verband tussen obesitas en cardiovasculaire gebeurtenissen.

Het vetweefsel produceert cytokines en hormonen (adipokines), die in overmaat hart- en vaatziekten kunnen bevorderen door pro-inflammatoire, protrombotische, dyslipidemische en atherosclerotische effecten.

Leptine is een adipokine met pleiotrope effecten en circulerende leptinespiegels zijn positief geassocieerd met de hoeveelheid lichaamsvet. Hoge leptinespiegels in plasma (hyperleptinemie) gaan gepaard met de ontwikkeling van atherosclerose, hypertensie en coronaire hartziekte (CAD). Leptine activeert specifieke leptinereceptoren die onder andere tot expressie worden gebracht in vasculaire cellen, wat suggereert dat leptine kan bijdragen aan de ontwikkeling van endotheliale disfunctie en atherosclerose.

Het netto-effect van leptine op de vasomotorische functie blijft echter onduidelijk, aangezien zowel vasodilatatie als vasoconstrictie zijn gemeld. Leptine induceert in vitro afgifte van stikstofmonoxide (NO) en wekt endotheelafhankelijke vasodilatatie op bij muizen door endotheliale expressie van NO-synthase te induceren. Bovendien hebben studies bij mensen aangetoond dat leptine-infusie vasodilatatie uitoefent. Anderen daarentegen hebben in vitro door leptine geïnduceerde vasoconstrictie en verminderde vasodilatatie bij honden aangetoond. Er zijn verschillende mechanismen voorgesteld die een verhoogde perifere vasculaire weerstand veroorzaken, zoals vasculaire ontsteking, verhoogde activiteit van het sympathische zenuwstelsel (SNS), verhoogde productie van endotheline-1 (ET-1) en verminderde biologische beschikbaarheid van stikstofmonoxide (NO).

Hyperleptinemie is in verband gebracht met toestanden van veranderde fibrinolyse, wat gebruikelijk is bij diabetes, hart- en vaatziekten en obesitas. Of leptine de endogene fibrinolytische functie rechtstreeks beïnvloedt, blijft echter onduidelijk.

Het doel van deze studies was om de rol van leptine op de endotheliale functie bij mensen te evalueren. Hiertoe werden de vasomotorische en de fibrinolytische functies beoordeeld bij gezonde mannen tijdens een toestand van farmacologisch geïnduceerde hyperleptinemie. In een parallel onderzoek werd de endotheliale functie beoordeeld bij patiënten met vastgestelde CAD en gerelateerd aan leptinespiegels in het plasma.

Materiaal en methoden

Proefpersonen Zeventien gezonde, niet-rokende mannelijke vrijwilligers die geen reguliere medicatie gebruikten, werden geworven in Umeå, Zweden (drie mannen namen deel aan zowel protocol 1 als aan protocol 2). Drieëntachtig patiënten met vastgestelde CAD werden gerekruteerd uit de polikliniek cardiologie van de Royal Infirmary, Edinburgh, Schotland, en de kenmerken van dit cohort zijn eerder gerapporteerd. Deze patiënten hadden stabiele angina pectoris en hadden een eerdere angiografische documentatie van ≥50% luminale stenose van ten minste één groot epicardiaal coronair vat. Van elke proefpersoon werd schriftelijke geïnformeerde toestemming verkregen en de onderzoeken werden uitgevoerd in overeenstemming met de Verklaring van Helsinki.

Veneuze occlusieplethysmografie Proefpersonen onthielden zich gedurende 24 uur van alcohol en van voedsel, tabak en cafeïnehoudende dranken gedurende ten minste 4 uur vóór elk studiebezoek. Alle onderzoeken werden uitgevoerd in een stille kamer met temperatuurregeling die op 22-25 graden Celsius (ºC) werd gehouden. Een 17-G veneuze canule werd ingebracht in de antecubitale ader van elke arm en de armslagader van de niet-dominante arm werd gecanuleerd met een 27-G naald (Cooper's Needle Works Ltd, VK). De bilaterale doorbloeding van de onderarm werd gemeten door veneuze occlusieplethysmografie met behulp van kwik-in-silastic spanningsmeters. Bloeddruk en hartslag werden gemeten met behulp van een semi-automatische niet-invasieve bloeddrukmeter. Om acute vasomotorische effecten te voorkomen, werden alle medicijnen onthouden op de ochtend van elk onderzoek.

Studie ontwerp

Protocol 1 Bij tien gezonde mannelijke vrijwilligers werd recombinant humaan leptine (Sigma-Aldrich, Saint-Louis, Missouri, VS) intra-arterieel toegediend met oplopende doses van 80, 800 en 8000 ng/min (elk 6 minuten). Hartslag, bloeddruk, doorbloeding van de onderarm, leptine, tissue plasminogen activator (tPA) antigeen en plasminogeen activator remmer type 1 (PAI-1) antigeenconcentraties werden bepaald aan het einde van elke dosis.

Protocol 2 In een dubbelblind gerandomiseerd cross-overonderzoek ontvingen tien gezonde mannelijke vrijwilligers intra-arteriële infusies van leptine (800 ng/min) of zoutoplossing op twee afzonderlijke gelegenheden met een tussenpoos van ten minste 2 weken. De doorbloeding van de onderarm werd gemeten in de geïnfundeerde en niet-geïnfundeerde armen bij aanvang en met regelmatige tussenpozen tijdens de een uur durende leptine/zoutoplossing-infusie. Daarna werden vier vasodilatatoren gelijktijdig toegediend met intra-arteriële leptine/zoutoplossing-infusies; bradykinine (endotheelafhankelijke vasodilatator die tPA afgeeft) bij 100, 300 en 1.000 pmol/min (Clinalfa Ltd, Zwitserland), acetylcholine (endotheelafhankelijke vasodilatator die geen tPA afgeeft) bij 5, 10 en 20 µg/min (Clinalfa Ltd , Zwitserland), natriumnitroprusside (endotheelonafhankelijke vasodilatator) bij 2, 4 en 8 µg/min (David Bull laboratories, VK) en verapamil (endotheelonafhankelijke vasodilatator) bij 10, 30, 100 µg/min (Abbott UK Ltd) gedurende 6 minuten bij elke concentratie. Vasodilatatoren werden in een willekeurige volgorde geïnfundeerd met een uitwasperiode van 15 minuten met zoutoplossing tussen elk geneesmiddel. Verapamil werd altijd aan het einde toegediend vanwege de langdurige vasomotorische effecten.

Veneus bloed werd verkregen uit de geïnfundeerde en niet-geïnfundeerde armen bij baseline, voor en tijdens infusie van bradykinine, na 60 minuten en aan het einde van het onderzoeksprotocol.

Protocol 3 Bij patiënten met CAD (n=83) werd de bilaterale doorbloeding van de onderarm gemeten voor en tijdens intra-arteriële infusies van substantie P (endotheelafhankelijke vasodilatator die tPA afgeeft) bij 2, 4 en 8 pmol/min (Clinalfa Ltd, Zwitserland), acetylcholine bij 5, 10 en 20 µg/min (zoals hierboven) en natriumnitroprusside bij 2, 4 en 8 µg/min (zoals hierboven) gedurende 6 minuten bij elke concentratie. Bradykinine werd niet toegediend omdat veel proefpersonen werden behandeld met remming van het angiotensine-converterende enzym en dit versterkt de vaatverwijdende en fibrinolytische effecten aanzienlijk. De vasodilatatoren werden toegediend in een willekeurige volgorde met een uitwasperiode van 15 minuten met zoutoplossing tussen elk geneesmiddel. Voor en tijdens intra-arteriële infusie van substantie P werden veneuze bloedmonsters genomen om fibrinolytische markers te meten.

Veneuze bemonstering en assays Nuchtere veneuze bloedmonsters werden afgenomen in buisjes die aangezuurd gebufferd citraat of trinatriumcitraat bevatten. Monsters werden onmiddellijk op ijs verzameld en gedurende 30 minuten bij 2000 g gecentrifugeerd. Bloedplaatjesvrij plasma en serum werden voorafgaand aan de test bij -80°C bewaard. Hersennatriuretisch peptide (BNP), cholesterol- en glucoseconcentraties werden bepaald volgens klinische routine, en hooggevoelig C-reactief proteïne (hsCRP) met een zeer gevoelige test met behulp van deeltjesversterkte immunonefelometrie (Behring BN II-nefelometer). Leptineconcentraties in plasma werden gemeten met behulp van een dubbel-antilichaam radioimmunoassay (Millipore, Billerica, Massachusetts, VS). Variatiecoëfficiënten binnen en tussen assays waren minder dan 5% bij zowel lage (2-4 ng/ml) als hoge (10-15 ng/ml) leptineconcentraties. Plasma tPA- en PAI-1-antigeenconcentraties werden bepaald met behulp van enzym-gekoppelde immunosorbentassays (Coaliza®, Chromogenix Ltd) en plasma tPA-activiteit met behulp van een fotometrische methode (Coatest tPA, Chromogenix Ltd). De variatiecoëfficiënten voor fibrinolytische assays waren respectievelijk 5,9% en 12% voor tPA-antigeen en activiteit, en 6,2% voor PAI-1-antigeen. Geschatte netto afgifte van tPA (antigeen en activiteit) werd berekend zoals eerder beschreven na elke dosis bradykinine of substantie P, als het product van de geïnfundeerde plasmastroom van de onderarm en het verschil in plasmaspiegels tussen de geïnfundeerde en niet-geïnfundeerde onderarmen.