Mikrovaskulær dysfunksjon ved fedme

Tjuefem stillesittende klasse 2 og over overvektige [kroppsmasseindeks (BMI) >35 kg/m2, midjeomkrets >40 tommer (menn) eller >35 tommer (kvinner)] menn og kvinner (18-45 år) vil delta i disse eksperimentene. Personer under 18 år vil ikke bli undersøkt på grunn av protokollens invasive natur. Personer over 45 år vil ikke bli undersøkt på grunn av aldersrelatert nedgang i endotelfunksjon. Det vil ikke være noen begrensninger med hensyn til rase, kjønn eller sosioøkonomisk status. Kvinner vil være premenopausale, vil gå på kombinert østrogen/progestin-hormonell prevensjonsbehandling (pille, depotplaster eller vaginalring) og vil bli studert innenfor den syv dager lange inaktive (placebo) fasen av hormonell prevensjonsbehandling (sammenlignbar med den tidlige follikkelfasen i den normale menstruasjonssyklusen; verifisert ved blodestradiolanalyser). Å sikre konsistens i å studere kvinnene i fasen av hormonell prevensjonsbehandling med laveste plasma østradiolkonsentrasjoner er viktig på grunn av de kjente positive effektene av østradiol på endotelfunksjonen. Stillesittende overvektige individer vil ha vært vektstabile de siste 6 månedene, og vil ha Metabolic Syndrome. Metabolsk syndrom vil bli definert i henhold til de mest brukte kriteriene for metabolsk syndrom fra den tredje rapporten fra National Cholesterol Education Program Expert Panel on Detection, Evaluation, and Treatment of High Blood Cholesterol in Adults (Adult Treatment Panel III). Personer med metabolsk syndrom har minst tre av følgende: 1) Sentral fedme målt ved midjeomkrets (menn >40 tommer; kvinner >35 tommer); 2) Fastende blodtriglyserider > 150 mg/dL; 3) HDL-kolesterol i blod hos menn <40 mg/dL og kvinner <50 mg/dL; 4) Blodtrykk > 130/85 mmHg; 5) Fastende blodsukker > 110 mg/dL, og (ikke per ATP III) en 2-timers GTT-glukose på 140-200 mg/dl.

Før de deltar i denne studien, vil forsøkspersonene gjennomgå en sykehistorie, fysisk undersøkelse og screening for hjerte- og karsykdommer og type 2 diabetes. Evalueringer består av en gradert tredemøllestresstest, en blodkjemi, kroppssammensetningsanalyse med Dual X-ray Absorptiometry (DXA) og et minimum midjeomkrets (mellom xiphoid-prosessen og navlen) mål.

Ekskluderinger Forsøkspersoner som deltar i målrettet utholdenhetstrening (>20 min/dag, >1 dag/uke) vil bli ekskludert. Premenopausale kvinnelige forsøkspersoner må ikke være gravide eller ammende, og må ha hatt regelmessige menstruasjonssykluser det siste året. Alle forsøkspersoner vil bli screenet for kardiovaskulær og perifer vaskulær sykdom. Personer som tar medisiner som kan påvirke sentral eller perifer sirkulasjon, bruker ikke-steroide antiinflammatoriske midler eller serotoninreopptakshemmere, som røyker eller tygger tobakk, har diabetes (fastende blodsukker >125 mg/dL), hypertensjon >160/95 mmHg (individer). med diabetes og høy grad av hypertensjon vil bli ekskludert for å beholde en mer enhetlig gruppe individer med metabolsk syndrom), kongestiv hjertesvikt, angina eller perifer vaskulær sykdom. Personer med tegn på alvorlige arytmier og/eller akutt myokardiskemi reflektert i ST-segmentdepresjon på 1 mm eller mer i hvile eller under trening vil bli ekskludert. Personer med kroniske infeksjoner, lammelser på grunn av hjerneslag, fremskreden Parkinsons sykdom, alvorlig revmatoid artritt eller andre alvorlige ortopediske problemer som kan hindre utførelse av treningsoppgavene vil bli ekskludert. Forsøkspersoner vil ikke få lov til å ta antioksidant-, urte- eller vitamintilskudd i minst 2 uker før undersøkelsen, siden noen av disse midlene har vist seg å forbedre endotelavhengig vasodilatasjon. Forsøkspersoner vil ikke få lov til å innta koffein dagen for forsøket. Forsøkspersoner vil bli ekskludert hvis vekten endres med mer enn 5 % i løpet av treningsprogrammet eller hvis treningsoverholdelsen er under 90 % av treningsøktene eller total treningstid.

Tidsramme: Emner vil bli rekruttert, screenet, registrert og testet i løpet av månedene 3-28 av dette stipendet. Emnerekrutteringsprosedyrer og anskaffelse av nødvendige forsyninger vil skje i løpet av de første 2 månedene av prosjektet. Ytterligere rekruttering, samt screening og testing av forsøkspersoner vil skje i 1-måneds sykluser over de påfølgende 25 månedene med en hastighet på omtrent 1 per syklus. Det vil derfor bli utført 25 mikrodialyseforsøk på deltakere både før og etter 8 uker med treningstrening, til sammen 50 mikrodialyseforsøk. Denne planen vil derfor kreve 2 mikrodialysetester per måned i gjennomsnitt i løpet av testmånedene. Testing av disse personene inkluderer seks timer for mikrodialyseprosedyren. Biokjemisk analyse av prøver krever omtrent seks timer per eksperiment, og datareduksjon ytterligere fem timer per eksperiment. Det kreves ekstra tid (fem timer per uke) til fagrekruttering, fortesting og oppfølging. Rekrutterings- og utprøvingsmålene er derfor realistiske sett i lys av tildelt personell og prosentsats, kombinert med personell og ressurser som ikke belastes tilskuddet.

Mikrodialyse (før og etter trening):

Forsøkspersonene vil rapportere til Hickner-laboratoriet etter en faste over natten. Mens forsøkspersonene hviler rolig, vil det bli tatt blodprøver over natten fra en antecubital vene som skal analyseres for tradisjonell (insulin, glukose, lipider, c-reaktivt protein) og ikke-tradisjonelle [(cytokiner TNF-alfa, IL-6, IL-13, intercellulært adhesjonsmolekyl-1 (ICAM-1), vaskulært adhesjonsmolekyl-1 (VCAM-1) og P-selektin] kardiometabolske sykdomsrisiko/inflammatoriske markører i blod ved bruk av ELISA fra EMD Millipore, eller vår kliniske analysator (Beckman Access-systemer). I tillegg vil plasmaglutation (GSH/GSSG) analyseres som en markør for systemisk oksidativt stress ved hjelp av et sett fra Percipio Biosciences (Bioxytech GSH/GSSG).

Mikrodialyseprosedyre Sju mikrodialyseprober (CMA 20: 10 mm * 0,5 mm 20 kilodalton cutoff-membran, 5 cm sondeskaftlengde, innløpsslange og utløpsslange 20 cm; CMA/mikrodialyse, Stockholm, Sverige) vil bli satt inn perkutant, 3 cm fra hverandre lateralis av muskelgruppen quadriceps femoris (3-4 prober per ben) ved bruk av steril teknikk under lokalbedøvelse (1 % lidokain). Probene vil bli perfusert med passende løsning med en hastighet på 2,0 µL/min ved bruk av CMA/102 mikroinfusjonspumper (CMA/Microdialysis, Stockholm, Sverige) i henhold til planen i Tabell 2.

Kontrollperfusjonsløsningen vil bestå av en steril saltvannsløsning som inneholder 5 mM etanol (for blodstrøm/mikrovaskulære utvekslingstiltak). To av probene vil i utgangspunktet bli perfundert med denne kontrollløsningen mens de andre probene vil bli perfusert med NADPH-oksidasehemmere. Forsøkspersonene vil hvile mens de sitter i 60 minutter for å tillate restitusjon fra sondeinnsetting og ekvilibrering av perfusatet med det lokale miljøet. Fase 1: Tre 10-minutters dialysatprøver vil bli samlet i løpet av de påfølgende 30 minuttene i dekkede 150 µL polyetylenoppsamlingsglassene for å bestemme basal næringsflyt i fravær (probe 1) og tilstedeværelse (prober 3-7) av NADPH-oksidasehemmere, og å tjene som en intra-probe-kontrollperiode før SNP-perfusjon (probe 2). Fase 2: Perfusatløsningene i den andre sonden vil deretter endres til å inneholde kontrollløsningen pluss 50 mM natriumnitroprussid (SNP: for å kontrollere for ikke-endotelavhengige endringer). 100 µM Amplex UltraRed og 1 U/mL pepperrotperoksidase (HRP) vil bli tilsatt perfusatet i de andre probene for måling av in vivo H2O2-produksjon. Tre tjue-minutters dialysatprøver vil deretter bli samlet i løpet av de påfølgende 60 minuttene for å gi disse målene i fravær av superoksiddismutase. Fase 3: 10 U/mL superoksiddismutase (SOD) vil deretter bli tilsatt til Amplex UltraRed/HRP-holdige perfusater. Tre tjue-minutters dialysatprøver vil deretter bli samlet inn i løpet av de påfølgende 60 minuttene for å gi mål på effektene av SNP, 1 mM apocynin, 100 nM MitoTempo, 100 nM MitoTempo+Apocynin, 100 nM GKT 137831 i abnc 137831, eller 8 10 KTA31 i abncn, eller SOD. Fase 4: Perfusatløsningene i prober to til syv vil deretter endres til å inneholde kontrollløsningen pluss enten 50 mM Ach (for å bestemme endotelavhengige endringer), eller 50 mM ACh + enten 1 mM apocynin, 100 nM MitoTempo, 100uM MitoTempo+ Apocynin, 100nM GKT 137831, eller 100nM GKT 137831+Apocynin (for å bestemme om hemming av NADPH-oksidase eller mitokondriell ROS-produksjon forbedrer den endotelavhengige responsen). Probene vil deretter bli perfusert i 60 minutter for å tillate likevekt med lokalmiljøet. Tre ti-minutters prøver vil deretter bli samlet i løpet av de påfølgende 30 minuttene for å bestemme næringsflyteffektene av ACH i nærvær og fravær av NADPH-oksidase eller mitokondriell ROS-hemming. For hver prøve hvor Amplex UltraRed og HRP tilsettes perfusjonsmediet, vil 30 µL dialysat umiddelbart bli målt for H2O2 i laboratoriets fluorometer. For hver prøve hvor blodstrømmen måles, vil dialysatet lagres ved 4 °C og analyseres for etanol (for blodstrøm/mikrovaskulær utveksling) innen 24 timer. Alle perfusater og dialysater vil være beskyttet mot lyseksponering.

Mikrodialyse etanol utstrømning/innstrømningsforhold Etanol (5 mM) vil bli inkludert i perfusjonsmediet for å overvåke næringsblodstrøm/mikrovaskulær utveksling i området av mikrodialysesonden som beskrevet i våre tidligere publikasjoner 30-32.

Bestemmelse av maksimal aerob kapasitet (før og etter treningstrening):

Alle forsøkspersoner vil utføre en standardisert maksimal treningstest på en tredemølle ved påmelding til studiet og igjen etter fullført treningsprogram. Forsøkspersonene vil individuelt justere hastighet og stigning (3-6 km·t-1, 0-5%) i en 5-minutters oppvarmingsperiode. Etter oppvarmingsperioden vil forsøkspersonens utløpte O2 og CO2 overvåkes kontinuerlig via spirometri med åpen krets (TrueOne 2400; Parvomedics; Salt Lake City, UT). VO2peak-testen vil bli utført ved hjelp av en rampeprotokoll hvor hastigheten vil være konstant og stigningen økes 2 % hvert annet minutt til VO2peak er nådd. Starthastigheten vil bli individuelt justert basert på oppvarmingshastigheter og hjertefrekvenser, med den hensikt å oppnå VO2peak innen 8-12 minutter.

Treningsprotokoll Alle deltakere vil utføre aerob intervalltrening tre ganger per uke på ikke-sammenhengende dager i åtte uker. Trening vil bestå av å gå/løpe opp en bakke på tredemølle. Forsøkspersonene vil varme opp i 10 minutter ved 70 % av maksimal hjertefrekvens (HRmax som bestemt under VO2peak-testen) før de utfører fire 4-minutters intervaller med 90 % av HRmax med en 3-minutters aktiv restitusjon ved 70 % av HRmax mellom intervaller og en 5-minutters nedkjølingsperiode, noe som gir en total treningstid på 40 minutter.

Bestemmelse av kroppssammensetning Fettfri masse, fettmasse og prosent kroppsfett vil bli bestemt ved bruk av dobbeltenergi røntgenabsorptiometri (DXA; GE Lunar Prodigy Advance, Madison WI). Kroppsmasse og høyde vil bli målt for beregning av kroppsmasseindeks (BMI: kg/m2). Minimum midje- og maksimal hofteomkrets vil også bli målt for potensielt å kunne brukes som en kovariat i statistiske analyser på grunn av sammenhengen mellom w/h-forhold og midjeomkrets med risiko for kardiometabolsk sykdom.

Muskelmarkører for oksidativt stress:

Biopsier vil derfor bli tatt i hviletilstand før og etter trening hos de deltakerne som samtykker til biopsiprosedyren. Perkutane muskelbiopsier vil bli tatt fra vastus lateralis av muskelgruppen quadriceps femoris (gjennomgår tilpasninger til den foreslåtte treningstreningen) ved bruk av sterile prosedyrer og etter administrering av lokalbedøvelse (1 % lidokain).