Effekten av vasopressin på glukoseregulering (HYPERGlu)

Innledning Det nevrohypofysiske hormonet arginin vasopressin (AVP), også kjent som antidiuretisk hormon, var et av de første hormonene som ble identifisert for sine vasopressinegenskaper i 1895 av Oliver og Schäfer. De viste at ekstrakt av hypofysen økte blodtrykket hos bedøvede hunder. AVP syntetiseres hovedsakelig i den paraventrikulære og supraoptiske kjernen i hypothalamus. Hormonet overføres til nevrallappen i den bakre hypofysen hvor det frigjøres til sirkulasjonen. Målorganer oppfatter hormonstimuliene av tre forskjellige reseptorer: V1a, V1b og V2. Reseptoren V1a kommer hovedsakelig til uttrykk i karveggen og er ansvarlig for vasokonstriksjon. Reseptoren V1b finnes hovedsakelig i hypofysen fremre, og medierer utskillelsen av binyrekortikotropinhormonet, mens V2-reseptoren hovedsakelig kommer til uttrykk i nefrontubuli som utløser vannreabsorpsjon. Siden oppdagelsen av AVP har både vasopressin- og antidiuretiske egenskaper blitt veldig godt studert og dokumentert.

Bortsett fra AVP-effektene på blodtrykk og vannhomeostase, er hormonet involvert i en rekke andre funksjoner, inkludert smerte, ben- og lipidmetabolisme, hypertensjon, sosial atferd, aldring, kognitiv funksjon, celleproliferasjon, betennelse, infeksjoner, homeostase, hypotalamus. -hypofyse-binyreaksen, og diabetes. Alle disse effektene kan gi nyttig innsikt i mange sykdommer. Derfor er fokuset i denne søknaden på effekten av AVP på glukoseregulering hos friske mennesker.

AVP er kjent for å forbedre hepatisk glykogenolyse ved aktivering av V1a-reseptorer og ved å øke frigjøringen av glukagon, noe som resulterer i økte glukosenivåer hos forsøksdyr. Selv når glukagonreseptorer i leveren er blokkert, øker AVP fortsatt blodsukkeret. V1b-reseptorene er identifisert i både alfa- og beta-celler på holmene i Langerhans. Dermed stimulerer AVP insulinsekresjon og motvirker økningen i blodsukker. I et eksperiment med AVP V1a og V1b reseptor knockout mus ble det observert endringer i glukose og fettmetabolisme, noe som tyder på at AVP kan spille en rolle i glukoseregulering og metabolske forstyrrelser. Studier på mennesker med en genetisk variasjon av AVP V1a-reseptor viste økt forekomst av diabetes hos overvektige eller personer med kosthold med høyt fettinnhold. Nylig undersøkte en studie på rotter utsatt for metabolsk dysfunksjon effekten av langsiktig påvirkning av vasopressin på glukosehomeostase. Den rapporterte at høyt vasopressin økte hyperinsulemi og glukoseintoleranse hos overvektige rotter, mens behandling med vasopressinreseptor V1a-antagonist reduserte glukoseintoleranse.

I en fransk epidemiologisk studie ble en kohort på 3615 menn og kvinner med normalt fastende blodsukker fulgt i 9 år. Det indikerte at vanninntak var omvendt og uavhengig assosiert med risikoen for å utvikle hyperglykemi. Forfatterne antok at resultatene deres skyldtes hypohydreringsrelatert økning i plasmavasopressin. Nylig ble en svensk kohort på 2064 forsøkspersoner fra malmødiett- og kreftstudien analysert etter 15,8 år med en oral glukosetoleransetest. De fant at copeptin (en pålitelig og klinisk surrogatmarkør for AVP) uavhengig predikerte diabetes mellitus og abdominal fett.

Interessant nok er hypohydrering og lite vanndrikking knyttet til kronisk forhøyet AVP. I en fersk studie med frittlevende voksne førte lavt vanlig vanninntak til betydelig forhøyet AVP sammenlignet med voksne med høyt vanninntak.

Eksperimentell design Seksti forsøkspersoner mellom 30 og 55 år med fravær av insulinresistens vil bli rekruttert i studien. Tretti av de voksne vil ha normal kroppsmasseindeks (BMI; 15 menn og 15 kvinner, 18,5 kg∙m-2 < BMI ≤25 kg∙m-2) og tretti overvektige eller overvektige voksne (15 menn og 15 kvinner, 28 kg∙m-2 ≤ BMI ≤35 kg∙m-2) vil bli rekruttert til å delta i studien. Prøvestørrelsesberegning viste at 60 forsøkspersoner vil gi kraft på 0,8 med alfanivå satt til 0,05. Effekten av vasopressin på glukosemetabolismen vil bli studert via osmotisk stimulering av vasopressin (AVP) ved bruk av hypertonisk saltvannsinfusjon etterfulgt av en oral glukosetoleransetest. Hvert forsøksperson vil utføre to identiske eksperimenter, som kun skiller seg i natriumkloridinnholdet (NaCl) i infusjonen (isotonisk vs. hypertonisk saltvann). Alle kvinnelige forsøkspersoner vil utføre begge forsøkene i sin tidlige follikulære fase, ca. 2-6 dager etter menstruasjonsstart for å sikre lave endogene nivåer av østrogen og progesteron. Etter å ha hvilet i sittende stilling i 30 minutter, vil forsøkspersonene bli infundert intravenøst ​​enten 3 % NaCl (Hyperton saltvann, derav HYPER) eller 0,9 % NaCl (isotonisk saltvann, derav ISO) over en 120 minutters periode med en infusjonshastighet på 0,1 ml/min. /kg kroppsvekt på en enkeltblind måte og i balansert rekkefølge. Denne hypertoniske saltvannsinfusjonen øker plasmaosmolaliteten fra 285 til minst 300 mmol/kg. Fra et eget venekateter vil det bli tatt blodprøver hvert 30. min. Etter infusjon vil forsøkspersonene hvile i en ekvilibreringsperiode på 30 minutter før de starter en 4-timers oral glukosetoleransetest.

Forberedelse for oral glukosetoleransetest (OGTT): Forsøkspersonene bør spise en normal diett i 3 dager før testen, og gjennomføre normal fysisk aktivitet. Middagen vil bli standardisert dagen før og ingen alkohol er tillatt. Forsøkspersonene vil bli bedt om å faste minst 10 timer før testen.

Prosedyre for OGTT: OGTT-testen vil bestå av 75 g glukoseinntak etterfulgt av blodprøveperiode, med prøver tatt hvert 30. minutt i 240 minutter. Urinprøver vil bli tatt ved slutten av infusjonen og ved slutten av OGTT. Blodtrykket vil bli registrert via et automatisk blodtrykksmåler etter hver blodprøve. Oksygenopptak og respiratorisk utveksling vil bli vurdert hver time via indirekte kalorimetri, totalt syv ganger per forsøk. Ved blodprøvetaking vil også tørsteoppfatning og munntørrhet bli vurdert via visuelle analoge skalaer.

Prøveanalyse Totalt fjorten blodprøver vil bli samlet inn i hvert eksperimentelle forsøk og analysert for: hematokrit (Hct), hemoglobin (Hb), osmolalitet (Osm), natrium (Na) og kalium (K), totalt plasmaprotein, glukose, insulin, c-peptid, glukagon, copeptin, plasmareninaktivitet, kortikotropinfrigjørende hormon (CRF), kortisol, triglyserider og frie fettsyrer (FFA).

Urinprøver vil bli analysert for osmolalitet og fersk urin egenvekt. Reserveprøver av serum, plasma og urin vil bli lagret, frosset ved -80°C, i tilfelle ytterligere analyse er nødvendig, eller som erstatning for ødelagte hetteglass.

Datahåndtering og analyse For å sikre kvalitet og integritet til dataene som samles inn, vil saksrapportskjemaer bli brukt. Saksrapportskjemaene (CRF) vil være utformet for å registrere data som er samlet inn på en måte som oppfyller de høyeste standardene. CRF vil bli utviklet, testet og godkjent før enhver fagpåmelding. Forskeren som er involvert i datainnsamlingen av studien vil bli opplært i bruk av CRF før datainnsamlingen begynner. Et papir- og digitalbibliotek for alle CRF-er vil bli etablert og vedlikeholdt under forsøket og minst i 2 år til etter publisering av manuskriptene. Databaselederen og hovedetterforskeren vil være den eneste personen som vil ha tilgang til identifiserbar emneinformasjon. Alle resten av dokumentene vil bli kodet for å sikre subjektets anonymitet. Data- og sikkerhetsovervåkingsplan inkluderer: Overordnet rammeverk for data- og sikkerhetsovervåking, ansvarlig for overvåking og prosedyrer for rapportering av uønskede hendelser/uventede problemer. Etter datainnsamling vil datainntasting finne sted av to autoriserte forskere. Data fra Quest-diagnostikk er tilgjengelig i PDF-format, og dataregistrering vil også bli utført og verifisert av to forskere. Dataintegrasjon og databaserydding vil bli utført i statistisk programvare via analyse og visualisering.

Den primære responsvariabelen glukosemetabolisme vil bli fanget opp av 4 variabler (glukose, insulin, C-peptid og glukagon) alle målt på en forholdsskala, og ved 14 anledninger.

Sekundære utfall vil være: Hb, Hct, Totalproteiner, Osmolalitet, Na, K, Copeptin, binyrekortikosteropinfrigjørende hormon (ACTH), CRH, Angiotensin II, plasmareninaktivitet (PRA), Aldosteron, Triglyserider, FFA.

Ytterligere gjentatte kontinuerlige utfall vil være: (1) Blodtrykk som vil bli målt ved 14 anledninger; (2) Oksygenopptak og respirasjonskurs som vil bli vurdert ved 7 separate anledninger; og (3) tørsteoppfatning og munntørrhet som vil bli målt ved 14 anledninger.

Kovariater Målinger Behandlingsgrupper (isotonisk vs. hypertonisk saltvann) vil være den primære sammenligningen av interesse. Andre kovariater vil inkludere kjønn (Kvinner vs. menn) og vektstatus (normal vekt vs. overvekt/fedme), alder (30-55) og tid (1-14).

For å undersøke om de gjennomsnittlige responsprofilene er like i gruppene, dvs. om endringsmønstre over tid i den gjennomsnittlige responsen varierer fra gruppe til gruppe, vil denne studien ytterligere utforske gruppe for tid interaksjonseffekter: (f. behandling ved tidsinteraksjon; vekt etter tid interaksjon; sex etter tidsinteraksjon).

Dataanalyseplan

• For dette kvasi-eksperimentelle med gjentatte mål-design, vil forskerne gjennomføre en longitudinell analyse for å beskrive endringer i gjennomsnittlig respons over tid, og hvordan disse endringene er relatert til kovariatene av interesse.
• Normaliteten til disse kontinuerlige variablene vil bli vurdert ved å utføre Shapiro-Wilk-testen for normalitet.
• For alle kontinuerlige utfall vil oppsummerende statistikk (gjennomsnitt og standardavvik) bli utført til hver tid og etter sekvens. I tillegg vil korrelasjoner mellom målinger av glukosemetabolisme bli utført.
• Prosentandeler vil bli beregnet for kovariater som er målt på en nominell skala, og gjennomsnitt og ± standardavvik presentert for de målt på en kontinuerlig skala.
• Fordelingen av insulinfølsomhetsindekser og arealer under kurven vil bli vurdert.

Statistisk modellering For å studere hvordan endringer i gjennomsnittlig respons relaterer seg til kovariater over tid, vil generalisert lineær modellering med blandede effekter -med tilfeldige avskjæringer og helninger- bli brukt ved å bruke begrenset maksimal sannsynlighetsestimasjon. Det antas at hver gruppes gjennomsnittlige respons vil endre seg lineært over tid. Imidlertid, hvis den gjennomsnittlige responsen over tid ikke er lineær, vil høyere ordens polynomtrender bli utforsket.

Forskeren vil tilpasse den passende kovariansmønstermodellen for å gjøre rede for korrelasjonene mellom de gjentatte målene, slik at passende slutninger blir gjort.

Statistisk signifikans vil bli bestemt til en alfa på 0,05. Alle statistiske analyser vil bli utført med følgende statiske programvare STATA©, JMP© eller SAS©.

Forventede funn og konklusjoner Under den hypertoniske saltvannsinfusjonsforsøket vil vannbalansen bli kunstig manipulert (hyperton hypervolemi). Økningen i plasmaosmolalitet vil stimulere vasopressinsekresjon. Det er forventet at AVP-stimulering vil øke insulin i større grad enn glukose, noe som resulterer i høyere insulinresistens. Det forventes også stor urinosmolalitet som en respons på forhøyede vasopressinnivåer og lavere urinproduksjon.

Prosjektets betydning Diabetes sammen med fedme er en av de ledende ikke-smittsomme sykdommene i utviklede land og utviklingsland. Mer enn 29 millioner amerikanere er diabetikere og ytterligere 86 millioner er i en pre-diabetisk tilstand. Kostnaden for diabetes i 2012 var 245 milliarder dollar, og den vokser. Hypohydrering på den andre siden er et ganske vanlig fenomen knyttet til mange helseproblemer som urinveisinfeksjoner, nyrestein, kardiovaskulære sykdommer, humørstilstand og kognitiv ytelse. En av de potensielle mekanismene bak effekten av hypohydrering er det forhøyede nivået av AVP. Nyere epidemiologiske data og eksperimenter på dyr indikerer at hypohydrering og høyt vasopressin er knyttet til både diabetes og glukosedysregulering. Det finnes imidlertid ingen eksperimentelle data fra en kontrollert studie på mennesker. Formålet med den foreslåtte studien er å utføre en kontrollert studie på friske mennesker for å undersøke effekten av forhøyet vasopressin på glukoseregulering.