Troca de substrato cerebral para cetonas e lactato (BSS)

Objetivos.

Primário:

• Determinar se o metabolismo cerebral da cetona e do lactato causa as respostas neurotróficas benéficas associadas ao jejum e ao exercício, respectivamente.

Secundário:

• Determinar se o jejum e o exercício melhoram a absorção cerebral de glicose, cetonas e lactato.

Pontos finais:

Primário:

• Fator neurotrófico derivado do cérebro (BDNF)
• Proteína-alfa precursora de beta-amilóide secretada (sAPPA)

Secundário:

• Extração de glicose cerebral
• Extração de cetona cerebral
• Extração de lactato cerebral
• Aumento da extração de glicose cerebral em resposta à administração de insulina intranasal

Hipótese:

1. O jejum e o exercício de alta intensidade aumentarão a liberação de BDNF e sAPPA pelo cérebro, e essas respostas serão as mesmas quando as cetonas e o lactato são infundidos passivamente na circulação no estado alimentado e descansado.
2. O jejum aumentará o metabolismo da cetona cerebral além do alcançado quando as cetonas são infundidas passivamente na circulação no estado alimentado.
3. O exercício de alta intensidade aumentará o metabolismo do lactato cerebral além do alcançado quando o lactato é infundido passivamente na circulação no estado de repouso.
4. O exercício de alta intensidade melhora a sensibilidade à insulina do cérebro à glicose, conforme demonstrado pelo aumento da captação de glicose cerebral em resposta à insulina intranasal.

Projeto

Este será um projeto cruzado de medidas repetidas com os participantes completando duas condições separadas por 4-6 semanas:

1. Exercício alimentado e infusões passivas de lactato e cetonas
2. Exercício em jejum de 72 horas e infusões passivas de lactato e cetonas

Em ambas as visitas, os participantes serão instrumentados com cateteres arteriais (radiais) e venosos (jugular interna) para quantificar o metabolismo cerebral oxidativo e substrato (glicose, cetonas, lactato) em resposta a: 1) jejum, 2) 6 minutos de alta intensidade exercício, 3) uma infusão passiva graduada de cetonas (para imitar o jejum); e 4) uma infusão passiva graduada de lactato (para imitar o exercício). A sensibilidade da insulina cerebral à glicose será quantificada nos estados alimentado e em jejum antes e após o exercício por uma dose única de insulina intranasal. Nos estados alimentado e em jejum em repouso, uma amostra de líquido cefalorraquidiano será coletada da coluna lombar para quantificar a metabolômica e a produção e liberação de fatores neurotróficos (BDNF e sAPPa) do cérebro.

Locais de teste Todos os testes serão realizados no Edifício ARTs (sala 184) no laboratório de pesquisa do Centro de Coração, Pulmão e Saúde Vascular em Kelowna, British Columbia, Canadá.

Participantes Tamanho da amostra Coletaremos dados em 12 sujeitos com ambos os sexos incluídos. Um cálculo do tamanho da amostra (poder > 0,8, significância < 0,05) com base em nossos dados preliminares indica que são necessários 8 participantes (12); pretendemos recrutar 12 voluntários de ambos os sexos para melhor representar a população, não para investigar as diferenças entre os sexos. O consentimento informado e por escrito será obtido dos participantes. Prevemos uma taxa de abandono de <5%.

Critério de inclusão

• De 19 a 40 anos
• Regularmente ativo fisicamente, conforme determinado por meio de questionários

Critério de exclusão

• Fumantes atuais
• Asma brônquica aguda, vias aéreas obstrutivas crônicas ou estado asmático
• Obeso (índice de massa corporal maior que 30 kg m-2)
• Exigindo prescrição diária de medicamentos que podem afetar as respostas ao exercício, por exemplo, anti-hipertensivos, anti-arritmogênicos, inaladores
• Histórico de doença/disfunção que pode causar complicações com o exercício, por ex. doenças cardiovasculares, respiratórias, neurológicas ou musculoesqueléticas
• Ciclo menstrual irregular ou ausente (mulheres)
• Grávida ou suspeita de gravidez ou pós-menopausa (mulheres)
• Quaisquer respostas adversas inesperadas a testes de exercício pré-experimentais
• Qualquer contra-indicação para um acesso subaracnóideo lombar

Triagem/avaliação de linha de base

Os critérios de inclusão e exclusão acima serão examinados por meio de um questionário de triagem de saúde e uma triagem clínica realizada por um médico. Esta triagem incluirá:

• Pressão arterial em repouso,
• eletrocardiograma de 12 derivações,
• Teste de exercício cardiopulmonar,
• Glicemia em jejum.

Critérios de descontinuação

• Qualquer resposta adversa a procedimentos invasivos, ou seja, cateterismo e amostragem de líquido cefalorraquidiano (consulte os riscos abaixo)

Além do acima e de acordo com as diretrizes do Conselho de Ética em Pesquisa Clínica da UBC, todos os participantes da pesquisa podem se retirar do estudo a qualquer momento e sem motivo.

Procedimentos experimentais

Os participantes visitarão o laboratório em duas ocasiões. Os detalhes das visitas experimentais são descritos abaixo:

1. Exercício alimentado e infusões passivas de lactato e cetonas

   Os participantes chegarão ao laboratório 1 hora depois de comer uma refeição leve de sua escolha. Os participantes ficarão deitados em uma cama e serão instrumentados com cateteres internos de artéria radial e veia jugular interna. Uma hora após os cateterismos, o fluxo sanguíneo cerebral será medido de forma não invasiva por ultrassom Duplex das artérias carótida interna e vertebral. Amostras de sangue serão coletadas das circulações arterial e venosa para medidas de repouso do metabolismo cerebral oxidativo e substrato (glicose, cetonas e lactato). Uma única amostra de líquido cefalorraquidiano será coletada da coluna lombar entre L4 e L5. Este procedimento será realizado por um médico altamente treinado que usa essas técnicas rotineiramente para cuidar do paciente quase diariamente. Posteriormente, a cetona primária, beta-hidroxibutirato (Bhb), será infundida por meio de uma veia antecubital (braço) de maneira gradual para induzir concentrações circulantes de 1, 3 e 5 mmol/L. Após uma recuperação completa, ou seja, o retorno da concentração de Bhb aos valores de repouso, o lactato intravenoso será infundido de maneira gradual para induzir concentrações circulantes de 5, 10 e 15 mmol/L. Após uma recuperação completa dos níveis de lactato sanguíneo, uma infusão intravenosa combinada (Bhb e lactato) será administrada para induzir concentrações circulantes de 3 e 10 mmol/L, respectivamente. Os participantes receberão uma refeição padronizada leve e 1 hora para descansar e digerir. Por fim, os participantes irão auto-administrar uma única dose de insulina intranasal antes e depois de completar 6 minutos de intervalos de ciclismo de alta intensidade. Após a última dose de insulina intranasal, os participantes serão desinstrumentados marcando o final da visita. O tempo total para esta visita é estimado em 3-4 horas.

2. Exercício em jejum de 72 horas e infusões passivas de lactato e cetonas

Esta visita é idêntica à condição 1, exceto que os participantes chegarão ao laboratório em jejum de 72 horas e não receberão uma refeição leve até a conclusão de todos os procedimentos experimentais. Antes de iniciar o jejum, os participantes serão equipados com um monitor contínuo de glicose para que os pesquisadores possam monitorar sua glicose no sangue durante o jejum. Como tal, o tempo total para esta visita também é estimado em 3-4 horas.

Protocolo de exercícios de alta intensidade. Os participantes irão completar seis séries de 40 s de ciclismo a uma taxa de trabalho que elicia 100% da potência aeróbica máxima (V̇O2max) seguida de 20 s de recuperação ativa a 25% VO2max. Mostramos que esta sessão de exercícios aumenta o lactato > 5 vezes tanto no estado alimentado quanto no estado de jejum (12).

Randomização das condições. A ordem das condições, ou seja, alimentado ou jejuado, será aleatória. É impossível cegar os participantes quanto às condições de alimentação e jejum, pois o jejum requer abstinência antes de visitar o laboratório. Os pesquisadores não ficarão cegos porque estarão monitorando os sujeitos enquanto estão em jejum antes de visitar o laboratório.