Mekanismer for cerebrovaskulær kontroll

Innledning Det er allment akseptert at insulinresistens i MetSyn øker risikoen for cerebrovaskulær sykdom (CVD) og hjerneslag. I tillegg er MetSyn assosiert med kognitive svekkelser og økt risiko for nevrodegenerative sykdommer. Til tross for sterk assosiasjon av dårlig cerebrovaskulær helse i MetSyn, er den cerebrale blodstrømmen (CBF)-responsen på akutte insulinstigninger hos mennesker stort sett uutforsket. Cerebrovaskulær dysfunksjon som respons på insulin og potensielle mekanismer som demper CBF kan ikke bare fremheve de sentrale grunnlagene for patofysiologien til hjerneslag og CVD, det kan gi nøkkelinnsikt for å forstå kognitiv nedgang sterkt knyttet til eldre individer med MetSyn. Derfor er etablering av mekanismene for insulinmediert cerebrovaskulær kontroll ikke bare viktig for å redusere dødeligheten i MetSyn, det kan være svært viktig for å opprettholde hjernens helse. Insulinmeditert vasodilatasjon er i stor grad en vaskulær endotelavhengig prosess. Elegante eksperimenter med dyremodeller antyder at insulinresistens forstyrrer seks endoteliale signalveier, med de sterkeste bevisene som impliserer tap av nitrogenoksid (NO) vasodilatasjon og overdreven endotelin (ET-1) innsnevring. Litteraturen indikerer at i MetSyn fører en økning i insulin til vasokonstriksjon og cerebral hypoperfusjon. Disse funnene er retningsmessig motsatte av ingen endring eller insulinmediert vasodilatasjon og økning i CBF rapportert i litteraturen. Bevis tyder på at ukoblet funksjon av nitrogenoksidsyntase (NOS) fører til ugunstig balanse mellom NO, reaktive oksygenarter og ET-1. Normalt bør stimulering av insulinreseptor på det vaskulære endotelet gi et miljø der NOS produserer NO som fører til vasodilatasjon og hemming av ET-1. I MetSyn stimulerer insulin i stedet vasokonstriktoren ET-1 i større grad, mens NOS kobles fra og genererer mer reaktive oksygenarter som fjerner NO som genereres, og fører til et større vasokonstriktorsignal i stedet for vasodilatasjon.

Spesifikke mål/studiemål

Spesifikke mål:

Den sentrale hypotesen er at vasodilaterende virkninger av insulin allerede er svekket ved metabolsk syndrom på grunn av tap av dilatator og økning av constrictor-signaler. Cerebral vasodilatasjon til insulin er i stor grad endotelavhengig. Nye bevis i dyremodeller tyder på at insulinresistens forstyrrer minst seks endoteliale signalveier som kan være potensielle mål, og dette forslaget fokuserer på to som mest sannsynlig reduserer CBF i MetSyn: 1) Tap av nitrogenoksid (NO) vasodilatasjon og 2) overdrevet endotelin (ET-1) innsnevring. Disse eksperimentene vil ta for seg tre spesifikke mål:

Mål 1: Å teste hypotesen om at fysiologiske bølger av insulin øker CBF akutt hos unge voksne, men voksne med MetSyn viser paradoksal insulinmediert vasokonstriksjon.

Mål 2: Å teste hypotesene om at nøkkelmekanismer som er ansvarlige for dårlig CBF i MetSyn er skift i NO og ET-1 signalering. Nærmere bestemt, i friske kontroller, medierer NO robust dilatasjon, med liten eller ingen ET-1-innsnevring. I kontrast viser voksne med MetSyn ukoblet NO-syntase (NOS) og overdrevet ET-1-innsnevring.

Mål 3: Å teste hypotesen om at insulinregulering av CBF er regionalt distinkt (f.eks. MCA reaktiv enn ACA eller basilar), og de negative effektene av IR er tilsvarende regionalt spesifikke.

Hypoteser:

• Voksne med metabolsk syndrom vil vise redusert cerebral vasodilatasjon som respons på en OGTT
• NOS-hemming vil redusere CBF-responsene (Δ CVC/Δ-insulin) i magre kontroller til nivåer av metabolsk syndrom, mens det vil øke CBF-responsene ved metabolsk syndrom, noe som tyder på at metabolsk syndrom har ukoblet NOS-funksjon
• ET-1-hemming vil øke CBF-responser (Δ Cerebral Vascular Conductance Index (CVCi)/Δ insulin) i magre kontroller og metabolsk syndrom. Det vil imidlertid øke betydelig mer i ved metabolsk syndrom.
• MCA vil være mer reaktiv på insulinstigninger enn andre cerebrale arterier

Studiens endepunkter: Endring i cerebral vaskulær konduktans (CVC, ml/min/100 mmHg) i forhold til endringen i konsentrasjonen av insulin i blodet etter inntak av glukose.

Emner Seksti deltakere (30 per gruppe) vil bli rekruttert. Fastsettelse av kvalifikasjon vil være en to-trinns prosess. Det første trinnet er at alle deltakere vil fullføre en innledende skjerm for å avgjøre om de kvalifiserer for screeningbesøket. Foreløpige kvalifiserte personer vil bli invitert til forskningslaboratoriet for informert samtykke og formell screening.

Under screeningbesøket ved forskningslaboratoriet vil forsøkspersonene fylle ut informert samtykke, et spørreskjema for helsehistorie, et MR-sikkerhetsscreeningsskjema og et spørreskjema om fysisk aktivitet. Høyde, vekt, blodtrykk og midje- og hofteomkrets vil også bli tatt. I tillegg vil en venøs blodprøve bli tatt for glukose- og lipidtesting for å avgjøre kvalifisering. Hvis screeningbesøket avdekker at det er en abnormitet eller kontraindikasjon for deltakelse, som dekkes eller ikke dekkes av de oppsummerte eksklusjonskriteriene, vil den potensielle forsøkspersonen ikke få delta. Som en oppsummering vil forsøkspersonene oppleve følgende aktiviteter under screeningbesøket i laboratoriet:

Metoder Etter innledende screening og et screeningbesøk, vil deltakelse i denne studien involvere to separate MR-studiebesøk (saltvannsinfusjon som placebo, versus L-NMMA infusjon for å hemme NOS ELLER Ambrisentan oralt (kun mannlige deltakere), versus laktose placebo oralt for å hemme ET -1). Forsøkspersonene vil bli rettet inn i en eksperimentell tilstand (placebo/L-NMMA eller placebo/Ambrisentan) basert på antall forsøkspersoner som trenger for å opprettholde statistisk kraft. For Ambrisentan-studien må forsøkspersonene være menn på grunn av potensielle skadelige effekter av stoffet på fosteret. Når en eksperimentell tilstandsgruppe er tildelt, vil medikamentrekkefølgen (placebo/medikament) bli utført på en tilfeldig tildelt, motbalansert enkeltblind måte. De eksperimentelle prosedyrene vil være identiske på alle testdager med unntak av hvilket medikament som skal infunderes. Gjennom hvert besøk vil forsøkspersonene bli overvåket for hjertefrekvens, blodtrykk, karbondioksid i endetiden og verbal kommunikasjon av uønskede symptomer (hvordan føler personen seg) mens de er i MR-skanneren.

Graviditetstest: Alle kvinnelige forsøkspersoner må ha en negativ uringraviditetstest før enten studiebesøk (placebo eller medikament) for å sikre at de ikke er gravide på tidspunktet for hvert studiebesøk. Kvinner vil ikke bli tildelt Ambrisentan-studien, selv om graviditetstesten deres er negativ.

Venepunkturblodprøve: Under screeningbesøket vil det bli tatt blod (opptil 20 ml) ved hjelp av venepunktur for å analyseres for fastende glukose, serumlipider.

Forsøkspersonene vil avstå fra trening, koffein og NSAIDS, samt faste i ≥ 10 timer før alle eksperimentelle forsøk.

Intravenøst ​​kateter: Opplært personale vil plassere to intravenøse katetre. Plassering av katetrene vil være i alle armårer som anses best egnet for enkel tilgang. En vil imidlertid bli plassert i antecubital fossa (infusjon), og en i antecubital, hånd- eller håndleddsvene (blodprøve) på motsatt arm for hvert av de to studiebesøkene. Blodprøvetaking IV-kateteret vil bli brukt til å ta opp til 15 ml blodprøver på bestemte tidspunkter gjennom hvert studiebesøk for å måle konsentrasjoner av glukose og insulin samt for markører for betennelse og oksidativt stress. Alle prosedyrer er identiske under hver studie (placebo/L-NMMA/BQ123). De spesifikke tidspunktene, som er omtrentlige på grunn av små variasjoner i MR-skanningstider, er som følger:

• Baseline, før baseline PC VIPR-skanning
• Før PC VIPR skanning 1 etter OGTT
• Før PC VIPR-skanning 2 etter OGTT
• Før PC VIPR skanning 3 etter OGTT
• Før PC VIPR skanning 4 etter OGTT
• Før PC VIPR skanning 5 etter OGTT
• Før PC VIPR skanning 6 etter OGTT
• Før PC VIPR skanning 7 etter OGTT
• Før PC VIPR skanning 8 etter OGTT
• Før PC VIPR skanning 9 etter OGTT

Intravenøs infusjon:

I. NOS-hemming: L - NMMA er en potent ikke-selektiv NOS-hemmer som brukes til å studere vaskulær fysiologi. L-NMMA vil bli infundert med 3 mg/kg kroppsvekt/time bolus (over 10 minutter) etterfulgt av en vedlikeholdsinfusjon på 1 mg/kg/time i løpet av eksperimentet. Systemisk levering av L - NMMA har vist seg å øke blodtrykket ~8-15 mmHg som er innenfor området observert under trening.

II. Placebo: Placebo-infusjonshastigheter vil bli bestemt ved å bruke de samme formlene for L-NMMA-infusjon, ved å bruke forsøkspersonens siste screeningsvekt. Ideelt sett vil saltvann infunderes med samme hastighet og mengde som det tilsvarende legemiddelbesøket. Personer som er rescreenet og har en vektendring, kan imidlertid ha en saltvannsinfusjonshastighet som avviker litt fra L-NMMA-infusjonshastigheten.

Et lite avvik i saltvanns- og medikamentinfusjonshastighet er ubetydelig fra et vitenskapelig perspektiv siden det allerede er variasjon i mengden saltvann pasienten mottar siden den brukes til å skylle IV (1-5 ml) med hver blodprøvetaking (opp til 10 blodprøver).

ET-1 - Inhiberingsstudier (15 kontroll, 15 MetSyn) (Ambrisentan Arm):

I. ET-1-hemming: Ambrisentan er en antagonist av ETA-reseptoren. Pasienter vil få 10 mg Ambrisentan i en pilleform 90-150 minutter før OGTT. Denne klassen av medikamenter har blitt brukt til å forske på ET-1-signalering ved diabetes, fedme og hypertensjon (Bruno, Sudano, Ghiadoni, Masi, & Taddei, 2010; Lteif, Vaishnava, Baron, & Mather, 2007; Mather, Mirzamohammadi, Lteif , Steinberg og Baron, 2002). ETA-reseptorer er de mest sannsynlige for å mediere overdreven innsnevring hos MetSyn-pasienter. Ambrisentan vil bli tatt oralt. Systemisk levering av endotelinantagonist har vist seg ved kronisk dosering å redusere systolisk blodtrykk 4,5±10 mmHg og diastolisk 3 ± 7,5 mmHg hos hypertensive personer, og ikke endre gjennomsnittlig arterielt trykk ved fedme (Bruno et al., 2010; Mather et al., 2010; Spratt et al., 2001).

II. Placebo: Placebo-piller som i størrelse og form ligner Ambrisentan vil bli brukt som placebokontroll.

Magnetic Resonance Imaging (MRI): En 3 Tesla MR vil bli brukt til å kvantifisere cerebral blodstrøm og fange opp cerebral karstruktur på angitte tidspunkter gjennom studiebesøkene (ved baseline og under behandlingsforhold). Ingen kontrastmidler vil bli brukt på noe tidspunkt. Personen vil være i skanneren for en innledende baseline-skanning og under de eksperimentelle forsøkene. All skanning vil bli utført i den foreslåtte tidslinjen for eksperimentelle forsøk. Mens de er i skanneren, vil forsøkspersonene bli overvåket for hjertefrekvens, EKG, karbondioksid (CO2) og blodtrykk. Skanneren har kapasitet til å samle inn disse dataene, bortsett fra endetidal CO2, som vil bli samlet inn med en motivmonitor. I tillegg til standard pulssekvenser som vanligvis oppnås for kliniske formål (lokalisatorer, standard MR-angiografi for karanatomi (uten kontrastmiddel), 2D-fasekontrast-MR for hastighetskodede målinger), a.s.o.; 'grunnleggende sekvenser'), vil en anskaffelsesplan utviklet ved University of Wisconsin-Madison bli brukt. Denne ordningen, PC VIPR (fasekontrast enormt undersamplet isotropisk projeksjonsrekonstruksjon) er unik i sin evne til å skaffe volumetriske datasett med treveis hastighetskoding og høy romlig oppløsning på ganske korte skannetider. Alle pulssekvenser som brukes i denne studien er designet for å holde seg innenfor gjeldende retningslinjer for dB/dt fastsatt av FDA.

Oral glukosetoleransetest (OGTT): Personen vil drikke destillert avionisert vann (300 ml) som inneholder 75 gram glukose innen 5 minutter. Dette er standardadministrasjonen til OGTT.

Reregistrering: Mannlige forsøkspersoner som fullfører studien vil ha valget mellom å melde seg inn på nytt og fullføre den fløyen av studien de ikke deltok i. Forsøkspersoner vil bli screenet på nytt for å avgjøre kvalifisering og vil bli adskilt med minst 1 uke fra fullføring av studien. Videre deltar de bare i L-NMMA eller Ambrisentan (som noen gang de ikke har fullført i den andre fløyen av studien), de trenger ikke å gjenta kontroll-/saltvannsbesøket.