Effekten av akutt tryptofandeplesjon (ATD) på spiserørsfølsomhet hos friske frivillige

1. INNLEDNING Gastroøsofageal reflukssykdom (GERD), definert som tilstedeværelsen av symptomer eller lesjoner som kan tilskrives refluks av mageinnhold i spiserøret, er en stadig mer utbredt tilstand i vestlige samfunn. Typiske reflukssymptomer er halsbrann og oppstøt, men GERD kan manifestere seg gjennom en rekke esophageale og ekstra-esophageale (atypiske) symptomer (f. kronisk hoste).

   Hos mennesker er smerte en multimodal opplevelse som består av sensoriske, fysiologiske og psykologiske aspekter. For å etterligne den kliniske situasjonen, bør eksperimentelle modeller være basert på multimodale testregimer der ulike reseptorer og sentralnervesystemmekanismer aktiveres.

   Fremskritt innen esophageal sensorisk stimulering har fastslått at både typiske og atypiske symptomer ikke bare kan oppstå fra sur refluks, men også fra reflukshendelser med mindre sur pH (pH 4-7). Hos GERD-pasienter med vedvarende symptomer til tross for behandling med protonpumpehemmer (PPI) (ildfast GERD), er pågående svakt sur refluks godt etablert som den viktigste underliggende faktoren.

   Grunnlaget for symptomgenerering under svakt sure reflukshendelser gjenstår å belyse, men syrefølsomhet i pH-området 4-7, mekanisk oppblåsthet (forsterket av luft i refluksatet), følsomhet for andre kjemiske faktorer (f.eks. galle) og spiserørsoverfølsomhet overfor fysiologiske nivåer av refluks har alle blitt foreslått.

   Etterforskerne spekulerer i at visceral overfølsomhet spiller en viktig rolle i esophageal symptomoppfatning. Dette antydes av refluksparametrene som er vanlige innenfor det fysiologiske tallet under PPI-behandling. Tidligere studier har også vist at refraktære GERD-pasienter på PPI-behandling har økt visceral overfølsomhet for termisk, kjemisk og mekanisk esophageal stimulering sammenlignet med friske personer.

   Serotonin eller 5-hydroksytryptamin (5-HT) er en viktig nevrotransmitter som hovedsakelig finnes i sentralnervesystemet og i mage-tarmkanalen (slimhinne enterokromaffinceller). 5-HT er avledet fra tryptofan og spiller en sentral rolle i reguleringen av GI-sekresjon, motilitet og har lenge vært assosiert med emosjonsregulering og psykologiske problemer som depresjon, angst og fobi.

   Akutt tryptofan-deplesjon (ATD), som midlertidig reduserer tilgjengeligheten av den essensielle aminosyren tryptofan (TRP), reduserer 5-HT-syntesen og er en validert teknikk for å akutt senke sentrale og perifere 5-HT-konsentrasjoner. Dette oppnås ved administrering av en aminosyreblanding som mangler TRP.

   ATD er mye brukt i psykiatrisk forskning for å undersøke rollen til sentral 5-HT i affektive lidelser, men videre forskning viste at ATD også påvirker GI-fysiologien ved å forsinke magetømming og forbedre visceral smerteoppfatning under rektal ballongutvidelse. Videre har ATD vist seg å endre gastrisk postprandial motorisk funksjon og distensjon-indusert kvalme. Disse funnene fastslår involvering av 5-HT i kontrollen av gastrisk innkvartering og sensitivitet.

2. RASIONAL OG MÅL Flere studier viser at 5-HT er en viktig aktør i hjerne-tarm-aksen, men den nøyaktige rollen er foreløpig ikke klar. Det er tidligere vist at akutt administrering av citalopram, en selektiv serotoninreopptakshemmer (SSRI), reduserer kjemisk og mekanisk følsomhet betydelig hos overfølsomme friske frivillige. Buspiron, en delvis 5-HT1A-reseptoragonist, er i stand til å modifisere esophageal motilitet. Målet med denne studien er å undersøke effekten av akutt tryptofan-deplesjon (ATD) på esophageal sensitivitet hos en gruppe friske frivillige og å evaluere dens rolle i symptomoppfatning.
3. GENERELL BESKRIVELSE AV STUDIEN Alle deltakere vil motta og signere det informerte samtykket før oppstart av studien. Spiserørsfølsomhet vil bli testet ved multimodal stimulering på to økter (etter placebo aminosyreløsning og etter ATD), med et intervall på minst en uke.
4. MATERIALER OG METODER Studier vil bli utført ved bruk av en multimodal esophageal stimuleringssonde som tillater termiske, mekaniske, elektriske og kjemiske stimuleringer av spiserøret.

Under hver stimulering vil forsøkspersonene bli instruert til å registrere oppfatning av symptomer ved hjelp av et elektronisk Visual Analogue Scale (VAS) system. Denne enheten lar motivet skalere persepsjon og smerte på en skala fra 0 til 10.

Første persepsjon (VAS=1), smertepersepsjonsterskel (VAS=5) og smertetoleranseterskel (VAS=7) vil bli registrert. Alle typer esophageal stimulering vil bli avsluttet umiddelbart når smertetoleranseterskelen er nådd. På tidspunktet når smertetoleranseterskelen er nådd (VAS=7), vil forsøkspersonene bli bedt om å tegne det refererte smerteområdet, for å identifisere stedet og henvisningsområde for smerten.

Termisk stimulering vil bli utført ved å resirkulere en saltvannsløsning (NaCl 0,09%), oppvarmet av et vannbad, gjennom ballongen montert på sonden. Stimuleringstemperaturen vil økes jevnt ved å øke strømningshastigheten fra vannbadet til ballongen. Strømningshastigheten vil bli kontrollert av en datamaskindrevet pumpe. Volumet i ballongen vil holdes konstant på 5 ml for å unngå mekanisk stimulering av spiserøret. En temperatursensor tilstede i ballongen vil kontinuerlig overvåke stimuleringstemperaturen, som vil vises online på en dataskjerm gjennom hele studien.

Mekanisk stimulering vil bli utført ved utspiling av ballongen montert på sonden. Strømmen av saltvann (NaCl 0,09%) inn i ballongen, som induserer oppblåsthet, reguleres av en datamaskinstyrt pumpe. Volumet i ballongen vises online på dataskjermen gjennom hele stimuleringen. Mekaniske stimuleringer vil bli utført med vann på 37°C, for å unngå termisk stimulering av spiserøret.

Mekanisk stimulering vil bli innledet av en prekondisjoneringsperiode hvor ballongen vil bli utvidet til smertepersepsjonsterskelen (VAS=5) er nådd. Denne prekondisjoneringsperioden brukes til å prekondisjonere esophageal-vevet og for å la forsøkspersonen venne seg til følelsen av mekanisk oppblåsthet.

Elektrisk stimulering vil bli utført av 2 stimuleringselektroder montert proksimalt til ballongen. Elektriske blokkpulser vil bli gitt ved hjelp av en standard elektrisk stimulator. Enkeltburstpulser vil bli gitt med en varighet på 1ms ved 200Hz. Amplituden til pulsene vil øke jevnt, med trinn på 0,5mA og et intervall på 15 sekunder. For sikkerhets skyld er maksimal intensitet begrenset til 50 mA. EKG-overvåking vil bli utført som et sikkerhetstiltak under de elektriske stimuleringene av spiserøret.

Kjemisk stimulering vil bli utført i den distale spiserøret ved å tilføre en sur løsning (HCl 0,1N) i spiserøret. Infusjonshastigheten kontrolleres av en peristaltisk infusjonspumpe med en strømningshastighet på 2 ml/min. Stimuleringen vil vare i maksimalt 30 minutter.

Akutt utarming av tryptofan

Effekten av ATD på esophageal sensitivitet vil bli studert. Aminosyreblandingen vil bli tilberedt i henhold til en protokoll som tidligere ble brukt av etterforskerne. Alle substrater er kommersielt tilgjengelige med en isotopisk og kjemisk renhet på minimum 99 %. Identiteten til produktene vil bli bekreftet ved bruk av gasskromatografi - massespektrometri (GC-MS, GC-kolonne: AT5-MS 30m x 0,25 mm ytre diameter; 0,25µm film (Grace)). Aminosyreblandingen består av 15 aminosyrer, (4,1 g L-alanin, 2,4 g glycin, 2,4 g L-histidin, 6,0 g L-isoleucin, 10,1 g L-leucin, 6,7 g L-lysin, 4,3 g L-fenylalanin , 9,2 g L-prolin, 5,2 g L-serin, 4,3 g L-treonin, 5,2 g L-tyrosin, 6,7 g L-valin, 3,7 g L-argin, 2,0 g L-cystein, 3,0 g L-metionin og 3,0 g g L-trypyofan). Den TRP-mangelfulle aminosyreblandingen består av de samme 15 aminosyrene, men mangler tryptofan.

Aminosyreblandingen vil bli administrert via en nasogastrisk sonde for å unngå kvalme på grunn av den ubehagelige smaken og lukten av blandingen. Under placebo-økter brukes en kontrollaminosyreblanding som inneholder de samme aminosyrene beriket med TRP for å forhindre en reduksjon i TRP-nivåer. Over tid vil hver deltaker motta placebo eller ATD i den første økten i en tilfeldig sekvens. I den andre økten vil forsøkspersonen motta det andre produktet som han/hun ikke mottok første gang. Fordi aminosyreblandingen vil påvirke nivåene av 5-HT i HV, vil vi først utføre Mini International Neuropsychiatric Interview (nederlandsk, versjon 5.0.0, DSM-IV) under rekrutteringen av de frivillige for å evaluere deres psykiatriske tilstand.

STUDIEOVERSIGT Etter en natt raskt vil forsøkspersonene komme til endoskopienheten til UZ Gasthuisberg, hvor studien vil bli utført. To økter vil bli planlagt for hvert emne: én placebo- og én ATD-økt, med minst én ukes intervall mellom hver av øktene. Økter vil kjøre på en enkeltblind måte, rekkefølgen på placebo og ATD vil bli randomisert.

Siden maksimal TRP-depletering oppnås ca. 5 timer etter inntak av aminosyreblandingen, vil aminosyren administreres gjennom nasogastrisk infusjon 5 timer før den faktiske starten av esophageal-stimuleringene.

I løpet av tiden mellom administrering av aminosyreblandingen og selve starten av esophageal stimuleringer, vil forsøkspersonene bli bedt om å se standardiserte filmer med et nøytralt følelsesmessig innhold. Fem timer etter administrering av aminosyreblandingen vil den multimodale stimuleringssonden plasseres gjennom munnen. Etter at sonden er plassert i spiserøret (10 cm over den nedre spiserørsfinkteren), vil den festes til haken og forsøkspersonen vil forbli i halvt tilbakelent stilling i hele studieperioden. Før oppstart av stimuleringene vil det være en tilpasningsperiode på 15 minutter for forsøkspersonene, for å venne seg til følelsen av sonden og for å gi instruksjoner for riktig bruk av VAS-måleren.

VAS-skåre vil bli overvåket under hver type stimulering. Alle stimuleringer vil umiddelbart stoppes i det øyeblikket personen når smertetoleranseterskelen (VAS=7) bortsett fra den elektriske stimuleringen, hvor vi vil stoppe stimuleringen etter å ha nådd VAS 5, av sikkerhetsmessige årsaker.