Blodtrykksregulering - Kaliums rolle

Prosjekttittel: Oralt kaliumtilskudd hos friske menn - interaksjoner med renin-angiotensin-aldosteronsystemet og det sympatiske nervesystemet Protokollnummer: KARAASS-1 EudraCT nummer: 2013-004460-66

Objektiv

Målet med studien er å undersøke hvordan et oralt kaliumtilskudd, administrert i form av legemidlet Kaleorid®, regulerer blodtrykket hos mennesker. Mer spesifikt er målet å teste hvordan et oralt kaliumtilskudd interagerer med:

• Renin-angiotensin-aldosteron-systemet og
• Det sympatiske nervesystemet

For å gjøre dette planlegger vi å gjennomføre en randomisert klinisk placebokontrollert dobbeltblindet crossover-studie for å teste hvordan stoffet Kaleorid® påvirker komponenter i renin-angiotensin-aldosteronsystemet og det sympatiske nervesystemet sammenlignet med placebo hos friske menn.

Bakgrunn Den globale byrden av hypertensjon er enorm. Det estimerte antallet voksne med hypertensjon i år 2000 var 972 millioner og dette tallet forventes å øke med omtrent 60 % til et totalt antall på 1,56 milliarder i 2025 på verdensbasis (1). I Danmark ligger den estimerte prevalensen av hypertensjon blant den voksne befolkningen mellom 26 % og 40 % (2). Hypertensjon er således en utbredt sykdom og det er videre kjent at hypertensjon er en av de viktigste modifiserbare risikofaktorene for hjerte- og karsykdommer, cerebrovaskulær og nyresykdom (3;4). I denne studien undersøker vi rollen til kalium i reguleringen av menneskelig blodtrykk.

Det er akseptert kunnskap at et kaliumrikt kosthold senker blodtrykket, som vist i den godt konstruerte DASH-studien (Dietary Approaches to Stop Hypertension) (5). I tillegg til et høyt kaliumnivå inneholdt DASH-dietten også høye nivåer av magnesium, kalsium og magre meieriprodukter og et lavt nivå av mettet fett, så om den blodtrykkssenkende effekten av DASH-dietten kun var et resultat av den høye kaliumnivå eller et resultat av den kombinerte dietten er vanskelig å si. Ikke desto mindre viste en metaanalyse en signifikant systolisk og diastolisk blodtrykkssenkende effekt av administrering av høydose oralt kaliumtilskudd sammenlignet med placebo eller administrering av lavdose oralt kaliumtilskudd (6). Risikoen for hjerneslag, det viktigste uønskede resultatet av langvarig hypertensjon, har også vist seg å være redusert med høyt kaliuminntak i kosten (7). Og en studie viste at behovet for antihypertensiv medisin hos hypertensive personer kan reduseres etter en økning i kosttilskuddet av kalium fra naturlig mat (8). Et høyt kaliuminntak i kosten virker derfor fordelaktig.

Dessuten ser ut til at kaliummangel har motsatt effekt av kaliumtilskudd. Både hos normotensive menn og hos pasienter med essensiell hypertensjon økte blodtrykket ved kaliummangel (9;10).

Samlet er det pålitelig bevis for en omvendt korrelasjon mellom kaliuminntak og nivået av blodtrykk. Likevel er mekanismen bak denne tilsynelatende inverse korrelasjonen fortsatt en gåte. Ulike hypoteser er utviklet, for det meste på grunnlag av dyrestudier. I rottenyrene forventes kaliumdepletering å fremkalle retensjon av natrium og derved hypertensjon. På nivået av arterieveggen forventes kaliumutarming å senke det intracellulære kaliumnivået i glatte muskelceller, noe som vil føre til en depolarisering av membranen og derved fremkalle sammentrekning, økt perifer vaskulær motstand og hypertensjon. På den annen side forventes en diett med høyt kalium å fremkalle en endotelavhengig vasodilatasjon. En annen postulert mekanisme er at høye kaliumnivåer i cerebrospinalvæsken vil redusere den sympatiske utstrømningen fra hjernen og dermed blodtrykket. De nevnte teoriene (11) er hovedsakelig basert på dyrestudier.

Det er kjent at et høyt kaliuminntak hos mennesker gir økt aldosteronnivå i blodet (12). Det økte aldosteronnivået sikrer kroppen mot hyperkalemi under kaliumbelastning. I teorien skulle denne økningen i aldosteron også fremkalle en upassende natrium- og volumretensjon og dermed hypertensjon. Men det gjør det ikke. Blodtrykket forblir uendret (12) eller synker etter en økning i kaliuminntaket.

Så spørsmålet er - Hvorfor resulterer ikke den kaliumstimulerte aldosteronsekresjonen i hypertensjon?

I laboratoriet for molekylærbiologi ved Nefrologisk avdeling P, Rigshospitalet, har vi funnet noen interessante resultater vedrørende kalium og aldosteron. Ved å arbeide med en in vitro modell av aldosteronsekresjon i form av den humane binyrebarkcellelinjen H295R, som har vist seg å være en modell for å studere funksjonen til den humane binyrebarken (13;14), fant vi interaksjoner mellom ekstracellulært kalium og komponenter i renin-angiotensin-aldosteron-systemet (RAAS). H295R-cellelinjen er en modell av de humane binyrebarkene zona glomerulosa-cellene, som normalt er stedet for syntese og sekresjon av aldosteron i menneskekroppen. Aldosteronsekresjon fra disse cellene stimuleres hovedsakelig av angiotensin II (Ang II), som en del av aktiveringen av RAAS, og av ekstracellulært kalium i situasjoner med økende nivåer av ekstracellulært kalium. Disse to sekretagogene blir tradisjonelt sett på som uavhengige. Men studiene våre viste interaksjoner mellom de to systemene. Det ble funnet at stimulering av H295R-cellene med høye nivåer av ekstracellulært kalium reduserte mengden av Ang II type 1-reseptorer i membranen til cellene, målt som et fall i den spesifikke bindingen av radioaktivt merket Ang II til cellene (15) . Denne reduksjonen i spesifikk binding av radioaktivt merket Ang II ble fulgt av en kaliumindusert reduksjon i ekspresjonen av Ang II type 1-reseptorgenet (AGTR1) (15). Dette betyr at Ang II-sensitiviteten til humane aldosteronproduserende celler reduseres av høye nivåer av ekstracellulært kalium in vitro, og hypotesen er at høye nivåer av ekstracellulært kalium dermed modulerer renin-angiotensin-aldosteronsystemet.

Inspirert av resultatene våre i laboratoriet, er målet med denne nåværende studien å verifisere eksistensen av slike hemmende interaksjoner mellom høye kaliumnivåer og RAAS in vivo. Det overordnede formålet er å klargjøre rollen til kalium i reguleringen av menneskelig blodtrykk.

Hypoteser I denne studien testes 4 ukers behandling med legemidlet Kaleorid®, 750 mg, 3 tabletter 3 ganger daglig, tilsvarende 90 mmol kalium daglig, mot 4 ukers behandling med placebo, 3 tabletter 3 ganger daglig i en crossover-design. På slutten av hver behandlingsperiode utføres tester for å undersøke komponenter i renin-angiotensin-aldosteron-systemet og det sympatiske nervesystemet.

Primærhypotese og primært endepunkt:

Den primære hypotesen er at behandling med Kaleorid® vil redusere Ang II-følsomheten til den menneskelige binyrebarken og dermed redusere den Ang II-stimulerte aldosteronsekresjonen. Denne hypotesen vil bli testet med en intravenøs Ang II infusjon og måling av følgende aldosteronrespons i blodprøver. Testen vil bli utført to ganger hos hver studiedeltaker, etter behandling med Kaleorid® og etter behandling med placebo.

Primært endepunkt: Ang II stimulert S-aldosteron

Sekundær hypotese:

Den sekundære hypotesen er at behandling med Kaleorid® også vil redusere Ang II-følsomheten til de glatte muskelcellene i de menneskelige vaskulære motstandskarene gjennom en nedregulering av Ang II-reseptorene i membranen til de glatte muskelcellene. Dette vil fremkalle vasodilatasjon og blodtrykksfall For å teste dette vil vi måle blodtrykket og evaluere vaskulær tonus før, under og etter den ovennevnte intravenøse Ang II-infusjonen. Blodtrykket før, under og etter den intravenøse Ang II-infusjonen vil bli målt med fingerpletysmografi og konvensjonell brachial blodtrykksmåling. Vaskulær tonus før, under og etter den intravenøse Ang II-infusjonen vil bli evaluert ved bruk av impedansekardiografi, fingerpletysmografi og dopplerultralydmålinger av blodstrøm. Impedanskardiografi og fingerpletysmografi vil bli brukt for å estimere total perifer motstand (TPR). Doppler-ultralyd vil bli brukt til å måle blodstrøm og beregne motstandsindeks (RI) i nyrearterien, cøliakiarterien og mesenterialarterien superior.

Til slutt vil vi ta en fettbiopsi fra glutealregionen til studiedeltakerne etter hver behandlingsperiode. I disse biopsiene forventer vi å finne vaskulære motstandskar, som vi vil undersøke for reseptorfunksjon og reseptoruttrykk. Ulike reseptorer vil bli undersøkt, blant dem Ang II type 1-reseptoren.

Tertiær hypotese:

Den tertiære hypotesen er at behandling med Kaleorid® vil samhandle med aktivitet i det sympatiske nervesystemet.

For å teste denne potensielle interaksjonen planlegger vi å måle P-epinefrin og P-noradrenalin i blod og måle innholdet av adrenalin og noradrenalin i en urinprøve ved slutten av hver behandlingsperiode. Vi planlegger videre å måle P-epinefrin og P-noradrenalin i blod før, under og etter den ovennevnte intravenøse Ang II-infusjonen.

Metoder

Design:

Dette er en randomisert klinisk placebokontrollert dobbeltblindet crossover-studie designet for å teste hvordan stoffet Kaleorid® påvirker komponenter i renin-angiotensin-aldosteronsystemet og det sympatiske nervesystemet sammenlignet med placebo hos friske menn.

Etter inkludering og baseline-screening vil en gruppe friske menn med normalt kontorblodtrykk bli randomisert til enten 4 ukers behandling med legemidlet Kaleorid®, 750 mg, 3 tabletter 3 ganger daglig eller til 4 ukers behandling med placebotabletter, 3 tabletter 3 ganger daglig.

På dag 26 i den første behandlingsperioden møtes studiedeltakerne på sykehuset og mottar utstyret for å måle et 24-timers ambulant blodtrykk og ta en 48-timers urinprøve. Samme dag vil det bli tatt en blodprøve, et elektrokardiogram (EKG) og en fettbiopsi fra seteregionen.

På dag 28 i den første behandlingsperioden møtes studiedeltakerne på sykehuset igjen. Denne dagen skal testes ytterligere med intravenøs Ang II-infusjon etterfulgt av kontinuerlig måling av blodtrykk og aldosteronrespons (ved hjelp av blodprøver). Før, under og etter den intravenøse Ang II infusjonen vil blodtrykket bli målt med fingerpletysmografi og konvensjonell brachial blodtrykksmåling. Vaskulær tonus før, under og etter den intravenøse Ang II-infusjonen vil bli evaluert ved bruk av impedansekardiografi, fingerpletysmografi og dopplerultralydmålinger av blodstrøm.

Etter denne første perioden med behandling og testing settes det inn en utvaskingsperiode på to uker. Etter to ukers utvasking går studiedeltakerne over og starter behandlingen igjen (andre behandlingsperiode). De tidligere Kaleorid®-behandlede individene blir placebobehandlede individer, og de tidligere placebobehandlede individene blir Kaleorid®-behandlede individer. Etter ytterligere 4 ukers behandling gjentas de samme testene som gjort etter første behandlingsperiode.

Etterforskningsmedisiner, randomisering, blinding og statistikk:

Legemidlet Kaleorid® og placebotablettene utgjør undersøkelsesmedisinene i denne kliniske studien på mennesker. Legemidlet Kaleorid® kjøpes og leveres av det regionale apoteket i Hovedstadsregionen. Placebotablettene produseres og leveres av det regionale apoteket i Hovedstadsregionen. Samme apotek har ansvaret for randomisering av behandlingen, pakking av undersøkelsesmidlene og merking av undersøkelsesmidlene. De leverte nettbrettbeholderne er ikke merket med innhold, så behandlingen er planlagt blindet for både studiedeltakere og etterforskere – så bevisst dobbeltblindet.

Siden utformingen av studien er et cross-over-design, planlegges statistikk for sammenkoblede data brukt for evaluering av resultatene. En kraftberegning på det primære endepunktet er gjort i henhold til standardkriterier og 25 studiedeltakere er tilstrekkelig.

Eksperimentelle prosedyrer:

Dag 7 På dag 7 i begge behandlingsperiodene får studiedeltakerne tatt en blodprøve for å måle kalium, natrium, kreatinin og eGFR. Dette er bare en sikkerhetsblodprøve for å teste at studiedeltakerne kan tolerere undersøkelsesmedisinene og ikke utvikler hyperkalemi.

Dag 26 På dag 26 i begge behandlingsperiodene møtes studiedeltakerne på sykehuset og mottar utstyr for å måle et 24-timers ambulant blodtrykk og ta en 48-timers urinprøve. Samme dag vil det bli tatt en blodprøve, et elektrokardiogram (EKG) og en fettbiopsi fra seteregionen.

Fettbiopsiene vil bli utført av en kirurgisk dyktig lege. Etter fjerning overføres biopsiene umiddelbart til iskald fysiologisk buffer og transporteres til laboratoriet ved Glostrup Forskningsinstitutt. På laboratoriet dissekeres små arterioler i biopsiene fri for fett og bindevev ved hjelp av et mikroskop. De dissekerte arteriolene seksjoneres i sylindriske segmenter på 1-2 mm som enten umiddelbart brukes til vasomotoriske responsstudier eller lagres ved -80°C for molekylære studier. For vasomotoriske responsstudier er de isolerte arteriolesegmentene montert i en Mulvany-Halpern wire-myograf, hvorved det er mulig å teste karets fysiologiske respons etter tilsetning av forskjellige hormoner, f.eks. Ang II. De molekylære studiene består av kvantitativ sanntids-PCR for å kvantifisere mRNA-ekspresjonen av de relevante reseptorgenene, western blot for å analysere reseptorproteinekspresjon og immunhistokjemi for å analysere reseptorlokalisering.

Dag 28 På dag 28 i begge behandlingsperiodene møtes studiedeltakerne på sykehuset igjen. Etter å ha levert tilbake utstyret som ble brukt til det 24-timers ambulerende blodtrykket og urinprøven, blir studiedeltakerne testet med den intravenøse Ang II-infusjonen. Ang II-infusjonen gjøres med studiedeltakeren i liggende stilling. Ang II-infusjonen gis intravenøst ​​i en dosering på 5 ng/kg/min i 30 minutter. Den valgte doseringen og varigheten er basert på andre studier og er trygg (16-18). Før, under og etter Ang II-infusjonen tas det blodprøver fra en annen intravenøs tilgang for å analysere blodet for S-aldosteron, P-angiotensin II, plasmareninaktivitet, P-epinefrin, P-noradrenalin og N-PRO-ANP.

Før, under og etter infusjonen overvåkes studiedeltakerne nøye. Blodtrykket måles med konvensjonell brachial blodtrykksmåling, men også med fingerpletysmografi, som gir en kontinuerlig blodtrykksvurdering. Kontinuerlig impedanskardiografi gir en kontinuerlig vurdering av hjertevolum og sammen med blodtrykket er vi i stand til å estimere total perifer motstand under Ang II infusjonen. I tillegg måles blodstrømmen i de sentrale arteriene i magen ved hjelp av Doppler-ultralyd.

Praktisk gjennomførbarhet Dette er en klinisk utprøving med legemidler på mennesker. Forsøket er godkjent av det danske helse- og legemiddeltilsynet og forsøket er registrert i EudraCT-databasen med EudraCT-nummer: 2013-004460-66.

I henhold til eksisterende lovgivning må kliniske studier med legemidler på mennesker følge reglene i GCP (Good Clinical Practice). I samsvar med dette overvåkes forsøket av GCP-enheten ved Københavns Universitetssykehus.

Forsøket er godkjent av Komiteene for helseforskningsetisk i Hovedstadsregionen.

Avslutningsvis har alle nødvendige myndigheter godkjent rettssaken.

Finansiering Denne studien er støttet av The Danish Heart Foundation.