Wpływ wazopresyny na regulację glukozy (HYPERGlu)

Wstęp Neuroprzysadkowy hormon wazopresyna argininowa (AVP), znany również jako hormon antydiuretyczny, był jednym z pierwszych hormonów zidentyfikowanych ze względu na swoje właściwości wazopresyny w 1895 roku przez Olivera i Schäfera. Wykazali, że ekstrakt z przysadki mózgowej zwiększał ciśnienie krwi u znieczulonych psów. AVP jest syntetyzowany głównie w jądrze przykomorowym i nadwzrokowym podwzgórza. Hormon jest przenoszony do płata nerwowego tylnego płata przysadki, gdzie jest uwalniany do krążenia. Narządy docelowe odbierają bodźce hormonalne przez trzy różne receptory: V1a, V1b i V2. Receptor V1a ulega ekspresji głównie w ścianie naczynia i jest odpowiedzialny za zwężanie naczyń. Receptor V1b znajduje się głównie w przednim płacie przysadki mózgowej i pośredniczy w wydzielaniu hormonu kortykotropiny nadnerczy, podczas gdy receptor V2 ulega ekspresji głównie w kanalikach nefronu, wyzwalając reabsorpcję wody. Od czasu odkrycia AVP zarówno właściwości wazopresyny, jak i antydiuretyczne zostały bardzo dobrze zbadane i udokumentowane.

Poza wpływem AVP na ciśnienie krwi i homeostazę wody, hormon bierze udział w wielu innych funkcjach, w tym w bólu, metabolizmie kości i lipidów, nadciśnieniu, zachowaniach społecznych, starzeniu się, funkcjach poznawczych, proliferacji komórkowej, zapaleniu, infekcjach, homeostazie, podwzgórzu oś przysadka-nadnercza i cukrzyca. Wszystkie te efekty mogą zapewnić użyteczny wgląd w wiele chorób. Dlatego niniejsze zastosowanie koncentruje się na wpływie AVP na regulację glukozy u zdrowych ludzi.

Wiadomo, że AVP zwiększa glikogenolizę w wątrobie poprzez aktywację receptorów V1a i zwiększenie uwalniania glukagonu, co powoduje wzrost poziomu glukozy u zwierząt doświadczalnych. Nawet gdy receptory glukagonu w wątrobie są zablokowane, AVP nadal zwiększa poziom glukozy we krwi. Receptory V1b zidentyfikowano zarówno w komórkach alfa, jak i beta wysepek Langerhansa. W ten sposób AVP stymuluje wydzielanie insuliny przeciwdziałając wzrostowi poziomu glukozy we krwi. W eksperymencie z myszami z nokautem receptorów AVP V1a i V1b zaobserwowano zmiany w metabolizmie glukozy i tłuszczów, co sugeruje, że AVP może odgrywać rolę w regulacji glukozy i zaburzeniach metabolicznych. Badania na ludziach z genetyczną zmiennością receptora AVP V1a wykazały zwiększoną częstość występowania cukrzycy u osób z nadwagą lub osób stosujących dietę wysokotłuszczową. Niedawno w badaniu na szczurach ze skłonnością do dysfunkcji metabolicznych zbadano wpływ długotrwałego wpływu wazopresyny na homeostazę glukozy. Doniesiono, że wysoka wazopresyna nasila hiperinsulemię i nietolerancję glukozy u otyłych szczurów, podczas gdy leczenie antagonistą receptora wazopresyny V1a zmniejsza nietolerancję glukozy.

We francuskim badaniu epidemiologicznym kohortę 3615 mężczyzn i kobiet z prawidłowym poziomem glukozy we krwi na czczo obserwowano przez 9 lat. Wykazano, że spożycie wody było odwrotnie i niezależnie związane z ryzykiem rozwoju hiperglikemii. Autorzy postawili hipotezę, że ich wyniki były spowodowane związanym z hipohydratacją wzrostem wazopresyny w osoczu. Niedawno szwedzka kohorta 2064 osób z diety malmo i badania nad rakiem została przeanalizowana po 15,8 roku za pomocą doustnego testu tolerancji glukozy. Odkryli, że kopeptyna (wiarygodny i kliniczny zastępczy marker AVP) niezależnie przewidywała cukrzycę i otyłość brzuszną.

Co ciekawe, odwodnienie i picie małej ilości wody są powiązane z przewlekłym podwyższonym AVP. W niedawnym badaniu z udziałem wolno żyjących dorosłych niskie spożycie wody nawykowe doprowadziło do znacznie podwyższonego AVP w porównaniu z dorosłymi z dużym spożyciem wody.

Schemat eksperymentu Do badania zostanie włączonych 60 osób w wieku od 30 do 55 lat bez insulinooporności. Trzydziestu dorosłych będzie miało prawidłowy wskaźnik masy ciała (BMI; 15 mężczyzn i 15 kobiet, 18,5 kg∙m-2 < BMI ≤25 kg∙m-2) oraz trzydziestu dorosłych z nadwagą lub otyłością (15 mężczyzn i 15 kobiet, 28 kg∙m-2 ≤ BMI ≤35 kg∙m-2) zostaną zrekrutowani do udziału w badaniu. Oszacowanie liczebności próby wykazało, że 60 osób zapewni moc 0,8 przy poziomie alfa ustawionym na 0,05. Wpływ wazopresyny na metabolizm glukozy będzie badany poprzez stymulację osmotyczną wazopresyny (AVP) z użyciem hipertonicznej infuzji soli fizjologicznej, po której nastąpi doustny test obciążenia glukozą. Każdy badany przeprowadzi dwa identyczne eksperymenty, różniące się jedynie zawartością chlorku sodu (NaCl) w infuzji (izotoniczna vs. hipertoniczna sól fizjologiczna). Wszystkie pacjentki przejdą oba badania we wczesnej fazie folikularnej, około 2-6 dni po wystąpieniu miesiączki, aby zapewnić niski endogenny poziom estrogenu i progesteronu. Po odpoczynku w pozycji siedzącej przez 30 minut, pacjentom zostanie podany dożylny wlew 3% NaCl (hipertoniczny roztwór soli, stąd HYPER) lub 0,9% NaCl (izotoniczny roztwór soli, stąd ISO) przez okres 120 minut z szybkością wlewu 0,1 ml/min /kg masy ciała metodą pojedynczej ślepej próby i w kolejności z przeciwwagą. Ten hipertoniczny wlew soli zwiększa osmolalność osocza z 285 do co najmniej 300 mmol/kg. Z oddzielnego cewnika żylnego próbki krwi będą pobierane co 30 min. Po infuzji pacjenci odpoczywają przez 30 minut, zanim rozpoczną 4-godzinny doustny test obciążenia glukozą.

Przygotowanie pacjenta do doustnego testu obciążenia glukozą (OGTT): Osoby badane powinny spożywać normalną dietę przez 3 dni przed badaniem i podejmować normalną aktywność fizyczną. Kolacja zostanie ujednolicona dzień wcześniej i nie będzie można spożywać alkoholu. Osoby badane zostaną poinstruowane, aby pościły co najmniej 10 godzin przed testem.

Procedura OGTT: Test OGTT będzie się składał z przyjęcia 75 g glukozy, po którym następuje okres pobierania krwi, z próbkami pobieranymi co 30 min przez 240 min. Próbki moczu zostaną pobrane pod koniec wlewu i na koniec OGTT. Ciśnienie krwi będzie rejestrowane za pomocą automatycznego sfigmomanometru po każdej próbce krwi. Pobór tlenu i szybkość wymiany oddechowej będą oceniane co godzinę za pomocą kalorymetrii pośredniej, w sumie siedem razy na próbę. Podczas pobierania krwi za pomocą wizualnej skali analogowej oceniane będzie również odczuwanie pragnienia i suchość w ustach.

Analiza próbek W każdym badaniu eksperymentalnym zostanie pobranych łącznie czternaście próbek krwi, które zostaną przeanalizowane pod kątem: hematokrytu (Hct), hemoglobiny (Hb), osmolalności (Osm), sodu (Na) i potasu (K), całkowitego białka osocza, glukozy, insulina, peptyd c, glukagon, kopeptyna, aktywność reninowa osocza, hormon uwalniający kortykotropinę (CRF), kortyzol, trójglicerydy i wolne kwasy tłuszczowe (FFA).

Próbki moczu będą analizowane pod kątem osmolalności i ciężaru właściwego moczu świeżego. Zapasowe próbki surowicy, osocza i moczu będą przechowywane, zamrożone w temperaturze -80°C na wypadek, gdyby potrzebna była dodatkowa analiza lub jako zamienniki uszkodzonych fiolek.

Przetwarzanie i analiza danych Aby zapewnić jakość i integralność zebranych danych, zostaną wykorzystane formularze opisów przypadków. Formularze opisów przypadków (CRF) zostaną zaprojektowane tak, aby rejestrować zebrane dane w sposób spełniający najwyższe standardy. CRF zostanie opracowany, przetestowany i zatwierdzony przed zapisaniem się na jakikolwiek przedmiot. Naukowiec zaangażowany w gromadzenie danych do badania zostanie przeszkolony w zakresie stosowania CRF przed rozpoczęciem gromadzenia danych. W trakcie eksperymentu i co najmniej przez kolejne 2 lata po opublikowaniu manuskryptów zostanie utworzona i utrzymywana papierowa i cyfrowa biblioteka dla wszystkich CRF. Kierownik bazy danych i główny badacz będą jedyną osobą, która będzie miała dostęp do informacji umożliwiających identyfikację podmiotu. Wszystkie pozostałe dokumenty zostaną zaszyfrowane, aby zapewnić anonimowość podmiotu. Plan monitorowania danych i bezpieczeństwa obejmuje: Ogólne ramy monitorowania danych i bezpieczeństwa, stronę odpowiedzialną za monitorowanie oraz procedury zgłaszania zdarzeń niepożądanych/nieprzewidzianych problemów. Po zebraniu danych wprowadzanie danych będzie odbywać się przez dwóch upoważnionych naukowców. Dane z diagnostyki Quest są dostępne w formacie PDF, a wprowadzanie danych będzie również przeprowadzane i weryfikowane przez dwóch naukowców. Integracja danych i czyszczenie bazy danych zostanie przeprowadzone w oprogramowaniu statystycznym poprzez analizę i wizualizację.

Podstawowa zmienna odpowiedzi, metabolizm glukozy, będzie ujmowana przez 4 zmienne (glukoza, insulina, peptyd C i glukagon), wszystkie mierzone na skali proporcji i 14 razy.

Wyniki drugorzędowe to: Hb, Hct, białka ogółem, osmolalność, Na, K, kopeptyna, hormon uwalniający kortykosteropinę nadnerczy (ACTH), CRH, angiotensyna II, aktywność reninowa osocza (PRA), aldosteron, triglicerydy, FFA.

Dodatkowymi powtarzającymi się ciągłymi wynikami będą: (1) Ciśnienie krwi, które będzie mierzone 14 razy; (2) Pobór tlenu i tempo wymiany oddechowej, które będą oceniane przy 7 różnych okazjach; oraz (3) odczuwanie pragnienia i suchość w ustach, które będą mierzone 14 razy.

Pomiary współzmiennych Grupy leczenia (izotoniczna vs. hipertoniczna sól fizjologiczna) będą podstawowym porównaniem będącym przedmiotem zainteresowania. Inne towarzyszące zmienne będą obejmować płeć (kobiety vs. mężczyźni) i status wagi (normalna waga vs. nadwaga/otyłość), wiek (30-55) i czas (1-14).

Aby zbadać, czy średnie profile odpowiedzi są podobne w grupach, tj. czy wzorce zmian średniej odpowiedzi w czasie różnią się w zależności od grupy, niniejsze badanie będzie dalej badać efekty interakcji grup po czasie: (np. leczenie przez interakcję w czasie; interakcja wagi w czasie; seks w zależności od czasu).

Plan analizy danych

• W ramach tego quasi-eksperymentalnego projektu z powtarzanymi pomiarami naukowcy przeprowadzą analizę podłużną, aby opisać zmiany średniej odpowiedzi w czasie oraz sposób, w jaki te zmiany są powiązane ze współzmiennymi będącymi przedmiotem zainteresowania.
• Normalność tych zmiennych ciągłych zostanie oceniona przez przeprowadzenie testu normalności Shapiro-Wilka.
• Dla wszystkich ciągłych wyników statystyki podsumowujące (średnie i odchylenia standardowe) będą przeprowadzane za każdym razem i według kolejności. Ponadto zostaną przeprowadzone korelacje między pomiarami metabolizmu glukozy.
• Procenty zostaną obliczone dla współzmiennych mierzonych na skali nominalnej, a średnia i ± odchylenia standardowe zostaną przedstawione dla zmiennych mierzonych na skali ciągłej.
• Ocenione zostaną rozkłady wskaźników wrażliwości na insulinę oraz pola pod krzywą.

Modelowanie statystyczne W celu zbadania, w jaki sposób zmiany średniej odpowiedzi odnoszą się do współzmiennych w czasie, zostanie zastosowane uogólnione liniowe modelowanie efektów mieszanych — z losowymi punktami przecięcia i nachylenia — przy użyciu oszacowania ograniczonego maksymalnego prawdopodobieństwa. Zakłada się, że średnia odpowiedź każdej grupy będzie zmieniać się liniowo w czasie. Jeśli jednak średnia odpowiedź w czasie nie jest liniowa, zbadane zostaną trendy wielomianowe wyższego rzędu.

Badacz dopasuje odpowiedni model wzorca kowariancji, aby uwzględnić korelacje między powtarzanymi pomiarami, aby wyciągnąć odpowiednie wnioski.

Istotność statystyczna zostanie określona na poziomie alfa równym 0,05. Wszystkie analizy statystyczne byłyby przeprowadzane za pomocą oprogramowania statycznego STATA©, JMP© lub SAS©.

Oczekiwane wyniki i wnioski Podczas próbnej hipertonicznej infuzji soli fizjologicznej równowaga wodna zostanie sztucznie zmanipulowana (hiperwolemia hipertoniczna). Wzrost osmolalności osocza będzie stymulował wydzielanie wazopresyny. Przewiduje się, że stymulacja AVP podniesie poziom insuliny w większym stopniu niż poziom glukozy, co spowoduje wyższą oporność na insulinę. Oczekuje się również, że duża osmolalność moczu jest odpowiedzią na podwyższone poziomy wazopresyny i mniejsze wydalanie moczu.

Znaczenie projektu Cukrzyca obok otyłości jest jedną z wiodących chorób niezakaźnych w krajach rozwiniętych i rozwijających się. Ponad 29 milionów Amerykanów cierpi na cukrzycę, a kolejne 86 milionów jest w stanie przedcukrzycowym. Koszt cukrzycy w 2012 roku wyniósł 245 miliardów dolarów i rośnie. Z drugiej strony niedowodnienie jest dość powszechnym zjawiskiem związanym z wieloma problemami zdrowotnymi, takimi jak infekcje dróg moczowych, kamienie nerkowe, choroby układu krążenia, stan nastroju i funkcje poznawcze. Jednym z potencjalnych mechanizmów powstawania skutków odwodnienia jest podwyższony poziom AVP. Ostatnie dane epidemiologiczne i eksperymenty na zwierzętach wskazują, że odwodnienie i wysoka wazopresyna są powiązane zarówno z cukrzycą, jak i zaburzeniami regulacji glukozy. Jednak nie istnieją żadne dane eksperymentalne z kontrolowanego badania na ludziach. Celem proponowanego badania jest przeprowadzenie kontrolowanej próby na zdrowych ludziach w celu zbadania wpływu podwyższonej wazopresyny na regulację glukozy.