Mechanizmy kontroli naczyniowo-mózgowej

Wprowadzenie Powszechnie przyjmuje się, że insulinooporność w MetSyn zwiększa ryzyko choroby naczyniowo-mózgowej (CVD) i udaru mózgu. Dodatkowo MetSyn wiąże się z zaburzeniami funkcji poznawczych i zwiększonym ryzykiem chorób neurodegeneracyjnych. Pomimo silnego związku złego stanu naczyń mózgowych w MetSyn, odpowiedź mózgowego przepływu krwi (CBF) na ostre skoki insuliny u ludzi pozostaje w dużej mierze niezbadana. Dysfunkcja naczyniowo-mózgowa w odpowiedzi na insulinę i potencjalne mechanizmy osłabiające CBF mogą nie tylko uwypuklić główne podstawy patofizjologii udaru i CVD, ale mogą również dostarczyć kluczowych informacji pozwalających zrozumieć spadek funkcji poznawczych silnie powiązany ze starszymi osobami z MetSyn. Dlatego ustalenie mechanizmów kontroli naczyń mózgowych za pośrednictwem insuliny jest nie tylko ważne dla zmniejszenia śmiertelności w MetSyn, ale może być niezwykle ważne dla utrzymania zdrowia mózgu. Rozszerzenie naczyń wywołane insuliną jest w dużej mierze procesem zależnym od śródbłonka naczyniowego. Eleganckie eksperymenty z wykorzystaniem modeli zwierzęcych sugerują, że insulinooporność zaburza sześć śródbłonkowych szlaków sygnałowych, przy czym najsilniejsze dowody wskazują na utratę rozszerzenia naczyń przez tlenek azotu (NO) i przesadne zwężenie endoteliny (ET-1). Literatura wskazuje, że w MetSyn skok insuliny prowadzi do skurczu naczyń i hipoperfuzji mózgowej. Odkrycia te są kierunkowo przeciwne do braku zmian lub rozszerzania naczyń za pośrednictwem insuliny i wzrostu CBF zgłaszanych w literaturze. Dowody sugerują, że niesprzężona funkcja syntazy tlenku azotu (NOS) prowadzi do niekorzystnej równowagi między NO, reaktywnymi formami tlenu i ET-1. Normalnie stymulacja receptora insuliny na śródbłonku naczyniowym powinna zapewnić środowisko, w którym NOS wytwarza NO, co prowadzi do rozszerzenia naczyń i hamowania ET-1. Zamiast tego, w MetSyn insulina w większym stopniu stymuluje czynnik zwężający naczynia krwionośne ET-1, podczas gdy NOS jest odłączony, generując więcej reaktywnych form tlenu, które wychwytują generowany NO, co prowadzi raczej do większego sygnału zwężania naczyń niż do rozszerzenia naczyń.

Konkretne cele/Cele studiów

Cele szczegółowe:

Główną hipotezą jest to, że rozszerzające naczynia działanie insuliny jest osłabione już w zespole metabolicznym z powodu utraty rozszerzacza i wzmocnienia sygnałów zwężających. Rozszerzenie naczyń mózgowych na insulinę jest w dużej mierze zależne od śródbłonka. Pojawiające się dowody na modelach zwierzęcych sugerują, że oporność na insulinę zaburza co najmniej sześć śródbłonkowych szlaków sygnałowych, które mogą być potencjalnymi celami, a ta propozycja koncentruje się na dwóch, które najprawdopodobniej zmniejszają CBF w MetSyn: 1) Utrata rozszerzenia naczyń pod tlenkiem azotu (NO) i 2) Przesadzone zwężenie endoteliny (ET-1). Eksperymenty te będą ukierunkowane na trzy konkretne cele:

Cel 1: Sprawdzenie hipotezy, że fizjologiczne wyrzuty insuliny gwałtownie zwiększają CBF u młodych dorosłych, ale dorośli z MetSyn wykazują paradoksalne zwężenie naczyń, w którym pośredniczy insulina.

Cel 2: Testowanie hipotez, że kluczowymi mechanizmami odpowiedzialnymi za słabe CBF w MetSyn są przesunięcia w sygnalizacji NO i ET-1. W szczególności w zdrowych kontrolach NO pośredniczy w silnym rozszerzeniu, z niewielkim lub zerowym zwężeniem ET-1. Natomiast dorośli z MetSyn wykazują niesprzężoną syntazę NO (NOS) i przesadne zwężenie ET-1.

Cel 3: Sprawdzenie hipotezy, że regulacja CBF przez insulinę jest odrębna regionalnie (np. MCA reaktywny niż ACA lub podstawny), a negatywne skutki IR są podobnie specyficzne regionalnie.

hipotezy:

• Dorośli z zespołem metabolicznym będą wykazywać zmniejszone rozszerzenie naczyń mózgowych w odpowiedzi na OGTT
• Hamowanie NOS zmniejszy odpowiedzi CBF (Δ CVC/Δ insuliny) w chudych kontrolach do poziomów zespołu metabolicznego, podczas gdy zwiększy odpowiedzi CBF w zespole metabolicznym, co sugeruje, że zespół metaboliczny ma niezwiązaną funkcję NOS
• Hamowanie ET-1 zwiększy odpowiedzi CBF (wskaźnik przewodnictwa naczyń mózgowych (CVCi)/Δ insuliny) u szczupłych grup kontrolnych i zespołu metabolicznego. Jednak wzrośnie znacznie bardziej w zespole metabolicznym.
• MCA będzie bardziej reagował na skoki insuliny niż inne tętnice mózgowe

Punkty końcowe badania: zmiana przewodnictwa naczyń mózgowych (CVC, ml/min/100 mmHg) w stosunku do zmiany stężenia insuliny we krwi po spożyciu glukozy.

Przedmioty Zrekrutowanych zostanie sześćdziesięciu uczestników (po 30 na grupę). Określenie kwalifikowalności będzie procesem dwuetapowym. Pierwszy krok polega na tym, że wszyscy uczestnicy przejdą wstępne badanie przesiewowe w celu ustalenia, czy kwalifikują się do wizyty przesiewowej. Wstępnie kwalifikujące się osoby zostaną zaproszone do laboratorium badawczego w celu uzyskania świadomej zgody i formalnego badania przesiewowego.

Podczas wizyty przesiewowej w laboratorium badawczym badani wypełnią świadomą zgodę, kwestionariusz historii zdrowia, formularz badania bezpieczeństwa MRI oraz kwestionariusz aktywności fizycznej. Zmierzony zostanie również wzrost, waga, ciśnienie krwi oraz obwód talii i bioder. Dodatkowo zostanie pobrana próbka krwi żylnej do badania glukozy i lipidów w celu określenia kwalifikowalności. Jeśli wizyta przesiewowa wykaże, że istnieje nieprawidłowość lub przeciwwskazanie do udziału, które jest objęte lub nieuwzględnione w zbiorczych kryteriach wykluczenia, potencjalny uczestnik nie zostanie dopuszczony do udziału. Podsumowując, uczestnicy doświadczą następujących czynności podczas wizyty przesiewowej w laboratorium:

Metody Po wstępnym badaniu przesiewowym i wizycie przesiewowej udział w tym badaniu będzie obejmował dwie oddzielne wizyty w badaniu MRI (wlew soli fizjologicznej jako placebo w porównaniu z wlewem L-NMMA w celu zahamowania NOS LUB Ambrisentanu doustnie (tylko uczestnicy płci męskiej) w porównaniu z placebo z laktozą doustnie w celu zahamowania ET -1). Pacjenci zostaną skierowani do warunków eksperymentalnych (placebo/L-NMMA lub placebo/Ambrisentan) w oparciu o liczbę osobników potrzebną do utrzymania mocy statystycznej. W badaniu Ambrisentan uczestnikami muszą być mężczyźni ze względu na potencjalnie szkodliwy wpływ leku na płód. Po przydzieleniu eksperymentalnej grupy warunkowej kolejność leków (placebo/lek) zostanie przeprowadzona w losowo przydzielonym, zrównoważonym, pojedynczym ślepym stylu. Procedury eksperymentalne będą identyczne we wszystkich dniach testowania, z wyjątkiem tego, który lek będzie podawany we wlewie. Podczas każdej wizyty uczestnicy będą monitorowani pod kątem częstości akcji serca, ciśnienia krwi, końcowo-wydechowego stężenia dwutlenku węgla i werbalnej komunikacji objawów niepożądanych (jak się pacjent czuje) podczas badania rezonansem magnetycznym.

Test ciążowy: Wszystkie uczestniczki muszą mieć negatywny wynik testu ciążowego z moczu przed wizytami w ramach badania (placebo lub lek), aby upewnić się, że nie są w ciąży w czasie każdej wizyty w ramach badania. Kobiety nie zostaną przydzielone do badania Ambrisentan, nawet jeśli ich test ciążowy jest negatywny.

Próbka krwi z nakłucia żyły: Podczas wizyty przesiewowej zostanie pobrana krew (do 20 ml) za pomocą nakłucia żyły w celu analizy pod kątem glukozy na czczo i lipidów w surowicy.

Uczestnicy powstrzymują się od ćwiczeń fizycznych, kofeiny i NLPZ, a także poszczą przez ≥ 10 godzin przed wszystkimi próbami eksperymentalnymi.

Cewnik dożylny: Przeszkolony personel umieści dwa cewniki dożylne. Cewniki zostaną umieszczone w dowolnych żyłach ramienia uznanych za najbardziej odpowiednie dla ułatwienia dostępu. Jednak jedno zostanie umieszczone w dole łokciowym (infuzja), a drugie w żyle łokciowej, dłoni lub nadgarstka (próbka krwi) przeciwnego ramienia podczas każdej z dwóch wizyt badawczych. Cewnik dożylny do pobierania próbek krwi będzie używany do pobierania do 15 ml próbek krwi w określonych punktach czasowych podczas każdej wizyty badawczej w celu pomiaru stężeń glukozy i insuliny, a także markerów stanu zapalnego i stresu oksydacyjnego. Wszystkie procedury są identyczne podczas każdej próby (placebo/L-NMMA/BQ123). Konkretne punkty czasowe, które są przybliżone ze względu na niewielkie różnice w czasach skanowania MRI, są następujące:

• Linia bazowa, przed bazowym skanowaniem PC VIPR
• Przed skanowaniem PC VIPR 1 po OGTT
• Przed skanowaniem PC VIPR 2 po OGTT
• Przed skanowaniem PC VIPR 3 po OGTT
• Przed skanowaniem PC VIPR 4 po OGTT
• Przed skanowaniem PC VIPR 5 po OGTT
• Przed skanowaniem PC VIPR 6 po OGTT
• Przed skanowaniem PC VIPR 7 po OGTT
• Przed skanowaniem PC VIPR 8 po OGTT
• Przed skanowaniem PC VIPR 9 po OGTT

Infuzja dożylna:

I. Hamowanie NOS: L-NMMA jest silnym nieselektywnym inhibitorem NOS stosowanym do badania fizjologii naczyń. L-NMMA będzie podawany we wlewie w dawce 3 mg/kg masy ciała/godz. w bolusie (przez 10 minut), po czym nastąpi wlew podtrzymujący w dawce 1 mg/kg/godz. przez czas trwania doświadczenia. Wykazano, że ogólnoustrojowe dostarczanie L-NMMA podnosi ciśnienie krwi ~8-15 mmHg, które mieści się w zakresie obserwowanym podczas ćwiczeń.

II. Placebo: Szybkości infuzji placebo zostaną określone przy użyciu tych samych wzorów dla infuzji L-NMMA, przy użyciu ostatniej masy ciała osobnika w badaniu przesiewowym. W idealnym przypadku sól fizjologiczna będzie podawana z taką samą szybkością iw takiej samej ilości jak podczas odpowiedniej wizyty lekarskiej. Pacjenci, którzy zostali poddani ponownemu badaniu przesiewowemu i u których nastąpiła zmiana masy ciała, mogą jednak mieć szybkość wlewu soli fizjologicznej, która różni się nieco od szybkości wlewu L-NMMA.

Niewielka rozbieżność w szybkości wlewu soli fizjologicznej i leku jest nieistotna z naukowego punktu widzenia, ponieważ już istnieje zmienność w ilości soli fizjologicznej, którą otrzymuje pacjent, ponieważ jest ona używana do przepłukiwania IV (1-5 ml) przy każdym pobraniu krwi (do 10 pobrań krwi).

ET-1 - Badania hamowania (15 kontrola, 15 MetSyn) (Ramię Ambrisentan):

I. Hamowanie ET-1: Ambrisentan jest antagonistą receptora ETA. Pacjenci otrzymają 10 mg Ambrisentanu w postaci pigułek 90-150 minut przed OGTT. Ta klasa leków została wykorzystana do badania sygnalizacji ET-1 w cukrzycy, otyłości i nadciśnieniu (Bruno, Sudano, Ghiadoni, Masi i Taddei, 2010; Lteif, Vaishnava, Baron i Mather, 2007; Mather, Mirzamohammadi, Lteif , Steinberg i Baron, 2002). Receptory ETA najprawdopodobniej pośredniczą w nadmiernym skurczu u pacjentów z MetSyn. Ambrisentan będzie przyjmowany doustnie. Wykazano, że ogólnoustrojowe dostarczanie antagonisty endoteliny przy długotrwałym dawkowaniu obniża skurczowe ciśnienie krwi o 4,5 ± 10 mmHg i rozkurczowe o 3 ± 7,5 mmHg u osób z nadciśnieniem tętniczym i nie zmienia średniego ciśnienia tętniczego w przypadku otyłości (Bruno i in., 2010; Mather i in., 2010; Spratt i in., 2001).

II. Placebo: Pigułka placebo podobna wielkością i kształtem do ambrisentanu zostanie użyta jako kontrola placebo.

Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI): MRI o natężeniu 3 tesli zostanie użyte do ilościowego określenia przepływu krwi w mózgu i uchwycenia struktury naczyń mózgowych w wyznaczonych punktach czasowych podczas wizyt w ramach badania (na początku badania i podczas warunków leczenia). W żadnym momencie nie zostanie użyty żaden środek kontrastowy. Osoba będzie znajdować się w skanerze podczas wstępnego skanowania podstawowego i podczas prób eksperymentalnych. Całe skanowanie zostanie przeprowadzone w proponowanym harmonogramie prób eksperymentalnych. W skanerze badani będą monitorowani pod kątem tętna, EKG, końcowo-wydechowego dwutlenku węgla (CO2) i ciśnienia krwi. Skaner ma możliwości zbierania tych danych, z wyjątkiem końcowo-wydechowego CO2, które będzie zbierane za pomocą monitora przedmiotowego. Oprócz standardowych sekwencji tętna powszechnie uzyskiwanych do celów klinicznych (lokalizatory, standardowa angiografia MR do anatomii naczyń (bez środka kontrastowego), 2D MRI z kontrastem fazowym do pomiarów z kodowaniem prędkości), a.s.o.; „podstawowe sekwencje”), zastosowany zostanie schemat akwizycji opracowany na Uniwersytecie Wisconsin-Madison. Ten schemat, PC VIPR (kontrast fazowy znacznie niedostatecznie próbkowanej projekcji izotropowej) jest wyjątkowy pod względem zdolności do pozyskiwania zestawów danych wolumetrycznych z trójkierunkowym kodowaniem prędkości i wysoką rozdzielczością przestrzenną w dość krótkich czasach skanowania. Wszystkie sekwencje impulsów użyte w tym badaniu zostały zaprojektowane tak, aby mieściły się w aktualnych wytycznych dotyczących dB/dt ustanowionych przez FDA.

Doustny test tolerancji glukozy (OGTT): Pacjent wypija dejonizowaną wodę destylowaną (300 ml) zawierającą 75 gramów glukozy w ciągu 5 minut. To jest standardowe podawanie OGTT.

Ponowna rejestracja: Mężczyźni, którzy w pełni ukończą badanie, będą mogli ponownie zarejestrować się i ukończyć skrzydło badania, w którym nie brali udziału. Uczestnicy zostaną ponownie przebadani w celu ustalenia, czy kwalifikują się do udziału w badaniu, i zostaną oddzieleni co najmniej 1 tygodniem od zakończenia badania. Co więcej, uczestniczą tylko w L-NMMA lub Ambrisentan (których nie ukończyli w drugim skrzydle badania), nie będą musieli powtarzać wizyty kontrolnej/solnej.