Studier om adaptive responser på hypoksi (HYKRAND)

Komplikasjoner av diabetes representerer hovedproblemet for moderne diabetesbehandling, og det har blitt en prioritet å karakterisere de patofysiologiske mekanismene til disse komplikasjonene ytterligere for å sikre utviklingen av nye rasjonelle terapeutiske strategier.

Selv om langvarig eksponering av vev for hyperglykemi er den primære årsaksfaktoren for kroniske diabeteskomplikasjoner, har det nylig blitt stadig mer tydelig at hypoksi også spiller en viktig rolle i alle diabeteskomplikasjoner. En lav vevskonsentrasjon av oksygen ved diabetes er konsekvensen av flere mekanismer (f.eks. mangelfull blodtilførsel på grunn av mikro- og makrovaskulær sykdom, dårlig lokal oksygendiffusjon på grunn av lokalt ødem, eller som et resultat av økt oksygenforbruk).

Adaptive responser fra celler på hypoksi formidles av Hypoxia-Inducible Factor 1 (HIF), som er en heterodimer transkripsjonsfaktor som er sammensatt av og underenheter, som begge er konstitutivt uttrykt i pattedyrceller. Reguleringen av HIF-aktivitet er kritisk avhengig av underenhetsnedbrytning i normoksi. Under hypoksiske forhold stabiliseres HIF-1, binder seg til HRE (hypoksisk responsive elementer) og oppregulerer en genserie som er involvert i angiogenese, glykolytisk energimetabolisme, celleproliferasjon og overlevelse, noe som gjør at cellene kan tilpasse seg redusert oksygentilgjengelighet. . Det er anslått at mer enn 800 gener er direkte HIF-mål. HIF-1 er sentral for ekspresjon av flere angiogene vekstfaktorer (gjennomgått av [6]), rekruttering av endotelceller (EPC). Nylig har det blitt foreslått at mikroRNA (f.eks. mir210) formidler også noen HIF-1-funksjoner.

Flere bevis peker på en defekt respons av diabetisk vev på hypoksi. En svekket hypoksirespons er tilstede i alt vev som undersøkes hos diabetiske dyr og diabetespasienter. Hyperglykemi undertrykker direkte HIF-stabilitet og funksjon på flere nivåer, en mekanisme som ikke er fullstendig forstått.

En svekket reaksjon på hypoksi ved diabetes kan ha viktige konsekvenser ved akutte hypoksiske utfordringer som akutt hjerteinfarkt, hjerneslag, iskemi i ekstremiteter, men også i subtil regulering av kardiovaskulært og respiratorisk system som en konsekvens av autonom nevropati med potensiell alvorlig prognostisk effekt på sene kardiovaskulære hendelser. Intervensjonsstudier har adressert kardiovaskulære responser på intermitterende hypoksi (IH) sammenlignet med normoksieksponering hos pasienter med diabetes. For å fastslå hensiktsmessigheten av den kardiovaskulære reaksjonen på hypoksi ved diabetes er det imidlertid et behov for å undersøke kardiorespiratoriske responser mot IH hos pasienter med diabetes sammenlignet med matchede ikke-diabetiske kontrollpersoner. Dessuten er det i hovedsak å etablere den angiogenetiske responsen i samme eksperimentelle design. Hypotesen for denne studien er at både den kardiorespiratoriske reaksjonen mediert gjennom det autonome nervesystemet og angiogenetisk respons er svekket hos pasienter med diabetes som en konsekvens av en svekket HIF-reaksjon som ses i andre vev.

Etterforskerne planlegger å studere effekten av intermitterende hypoksi (IH) som vil bestå av fem hypoksiske perioder (13 % O2-inspirert brøk av oksygen) som hver varer 6 minutter, med fem normoksiske intervaller av samme varighet hos 15 pasienter med type 1 diabetes uten klinisk tegn på nevropati og i 15 ikke-diabetiske kontroller matchet for kjønn, BMI, alder. Studien vil bli utført i løpet av en dag.

Metoder:

Grunnlinjedata vil bli innhentet om morgenen hver testdag minst 2 timer etter frokost. Pasienter anbefales å avstå fra koffeinholdige drikker i 12 timer og fra alkohol i 36 timer før testing.

Blodtrykk og hjertefrekvens og arteriell oksygenmetning vil bli målt kontinuerlig. I tilfelle en reduksjon i oksygenmetning på 80 % eller forekomst av symptomer, ville hypoksi ha blitt avbrutt inntil oksygennivået nådde minst 80 %. En tekniker vil regulere og kontrollere pusteperiodene under tilsyn av en lege på en måte at inngrepet ikke kunne observeres av noen pasient. Deretter vil tre måleøkter utføres: umiddelbart etter (t2), etter 3 timer (t3), og etter 6 timer (t4). Etter t2 vil hver pasient få et individuelt måltid i henhold til diettbehovet.

Kardiovaskulær og respiratorisk testing.

Hypoksisk ventilasjonsrespons (HVR) og hyperkapnisk ventilasjonsrespons (HCVR) vil bli evaluert for å bestemme respirasjonssystemets aktivitet. Alle pasienter vil bli testet i liggende stilling i et stille rom ved behagelig temperatur. Før deltakerne kobles til en gjenåndingskrets gjennom et munnstykke med et antibakterielt filter, vil spontan pusting av romluft i hvile bli utført i 4 minutter for å få baselinedata.

Under hver tilstand vil etterforskerne utføre kontinuerlig måling av oksygenmetning (SaO2) med et pulsoksymeter og endetidal CO2 (CO2-et) ved hjelp av en kapnograf koblet til et munnstykke. Registreringer av elektrokardiogram vil bli utført av brystkabler, og kontinuerlig ikke-invasivt blodtrykk vil bli registrert ved bruk av mansjettmetoden. En oppvarmet Fleish-pneumotakograf vil kobles til en differensialtrykktransduser og settes inn i serie til ekspirasjonskomponenten til respirasjonssystemet for å måle luftveisstrømmen. For måling av responsen på hypoksi vil deltakerne bli koblet til en gjenåndingskrets som induserer progressiv reduksjon i SaO2 mens CO2-et-verdiene opprettholdes på konstante nivåer, inntil SaO2 vil nå 80 %, og måle pust-til-pust endringer i minuttventilasjon . Responsen på hyperkapni vil bli evaluert av ventilasjonsendringer indusert av progressiv økning i CO2-et-nivåer (opptil 13 mmHg over hvilenivåer), mens SaO2 vil opprettholdes 98 % av oksygen ved svært lav strømning.

Kardiovaskulær autonom funksjon vil bli bestemt ved å utføre fire tester i henhold til nyere retningslinjer: dyp pusting, 30:15-forhold, Valsalva-manøver og systolisk blodtrykksrespons på stående. Kardiovaskulær autonom nevropati vil bli definert som "tilstedeværelsen av to eller flere unormale tester".

Måling av kjemorefleksfølsomhet: Helningen til den lineære regresjonslinjen for minuttventilasjon versus SaO2 eller CO2-et indikerer i hvert tilfelle kjemorefleksfølsomheten for hypoksi eller hyperkapni. I den hyperkapniske testen indikerer punktet der ventilasjonen begynner å øke som respiratorrekrutteringsterskel til CO2 (VRT-CO2). VRT-CO2 vil bli identifisert ved å interpolere ventilasjon/CO2-et plottet med en fjerdeordens polynomfunksjon.

Vurdering av baroreflekssensitivitet: Baroreflekssensitiviteten (BRS) vil bli målt ved spontan pusting ved hver måleøkt. Siden tidligere studier ikke dokumenterte en bedre ytelse av én metode i forhold til de andre, vil etterforskerne beregne gjennomsnittet av syv forskjellige metoder: positive og negative sekvenser, a-koeffisienten i lav- og høyfrekvensbåndene og dens gjennomsnitt, overføringsfunksjonsteknikk, og forholdet mellom SD-er av R-R-intervall og systoliske blodtrykkvariasjoner. I tillegg til BRS, vil SD av R-R-intervallet (SDNN) brukes for å bestemme en global indeks for hjertefrekvensvariabilitet. Dette utvalget er gjort basert på det faktum at normalfordelingen er mer uttalt i denne variabelen sammenlignet med andre variasjonsindekser (f.eks. varians). Hypoksisk ventilasjonsrespons (HVR) og hyperkapnisk ventilasjonsrespons (HCVR), baroreflekssensitivitet (BRS) vil bli evaluert før (t1), umiddelbart etter (t2), 3 timer (t3) og 6 timer (t4) etter IH.

Det angiogenetiske potensialet vil bli evaluert ved de samme endepunktene ved å måle i serum relevante cytokiner som er genmål for HIF-1 (dvs. VEGFA, SDF-1a, erytropoietin etc). Den direkte responsen til HIF-signalering vil bli evaluert av serumnivåene til mir210 som utelukkende reguleres av HIF.

Den absolutte endoteliale forløpercellekonto (EPC)-responsen vil bli evaluert på samme tidspunkt ved FACS-analyse av antall CD34+/CD133+/KDR+