Механизмы цереброваскулярного контроля

Введение Общепризнано, что резистентность к инсулину при MetSyn увеличивает риск цереброваскулярных заболеваний (ССЗ) и инсульта. Кроме того, MetSyn связан с когнитивными нарушениями и повышенным риском нейродегенеративных заболеваний. Несмотря на сильную связь плохого состояния сосудов головного мозга при MetSyn, реакция мозгового кровотока (CBF) на острые выбросы инсулина у людей остается в значительной степени неизученной. Цереброваскулярная дисфункция в ответ на инсулин и потенциальный механизм (механизмы), которые ослабляют CBF, могут не только выявить центральные основы патофизиологии инсульта и сердечно-сосудистых заболеваний, но и дать ключ к пониманию снижения когнитивных функций, тесно связанного с пожилыми людьми с MetSyn. Следовательно, установление механизмов инсулин-опосредованного цереброваскулярного контроля важно не только для снижения смертности при MetSyn, но и для поддержания здоровья мозга. Инсулин-опосредованная вазодилатация в значительной степени зависит от эндотелия сосудов. Элегантные эксперименты с использованием моделей на животных показывают, что резистентность к инсулину нарушает шесть эндотелиальных сигнальных путей, причем самые убедительные доказательства указывают на потерю вазодилатации оксида азота (NO) и чрезмерное сужение эндотелина (ET-1). В литературе указывается, что при MetSyn всплеск инсулина приводит к вазоконстрикции и гипоперфузии головного мозга. Эти результаты прямо противоположны данным об отсутствии изменений или опосредованной инсулином вазодилатации и увеличении CBF, о которых сообщалось в литературе. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что несвязанная функция синтазы оксида азота (NOS) приводит к неблагоприятному балансу между NO, активными формами кислорода и ET-1. В норме стимуляция рецептора инсулина на эндотелии сосудов должна обеспечивать среду, в которой NOS производит NO, что приводит к расширению сосудов и ингибированию ET-1. Вместо этого в MetSyn инсулин в большей степени стимулирует вазоконстриктор ET-1, в то время как NOS не связан с образованием большего количества активных форм кислорода, которые удаляют образующийся NO, что приводит к большему сосудосуживающему сигналу, а не вазодилатации.

Конкретные цели/задачи исследования

Конкретные цели:

Центральная гипотеза состоит в том, что сосудорасширяющее действие инсулина уже нарушено при метаболическом синдроме из-за потери дилататорных сигналов и усиления констрикторных. Церебральная вазодилатация до инсулина в значительной степени зависит от эндотелия. Новые данные на животных моделях свидетельствуют о том, что резистентность к инсулину нарушает по крайней мере шесть эндотелиальных сигнальных путей, которые могут быть потенциальными мишенями, и это предложение фокусируется на двух, которые наиболее вероятно снижают CBF при MetSyn: 1) потеря вазодилатации оксида азота (NO) и 2) преувеличенная эндотелин (ET-1) сужение. Эти эксперименты будут направлены на достижение трех конкретных целей:

Цель 1: проверить гипотезу о том, что физиологические всплески инсулина резко увеличивают CBF у молодых людей, но у взрослых с MetSyn наблюдается парадоксальная инсулин-опосредованная вазоконстрикция.

Цель 2: проверить гипотезу о том, что ключевыми механизмами, ответственными за плохой CBF в MetSyn, являются сдвиги в передаче сигналов NO и ET-1. В частности, у здоровых контролей NO опосредует сильное расширение с небольшим сужением ET-1 или без него. Напротив, у взрослых с MetSyn наблюдается несвязанная NO-синтаза (NOS) и преувеличенная констрикция ET-1.

Цель 3: проверить гипотезу о том, что инсулиновая регуляция CBF носит региональный характер (например, СМА реактивнее, чем АСА или базилярная), а негативные эффекты ИР так же регионально специфичны.

Гипотезы:

• Взрослые с метаболическим синдромом будут демонстрировать снижение церебральной вазодилатации в ответ на ПГТТ.
• Ингибирование NOS будет снижать реакции CBF (Δ CVC/Δ инсулина) у худых контролей до уровня метаболического синдрома, тогда как оно будет увеличивать реакции CBF при метаболическом синдроме, предполагая, что метаболический синдром не связан с функцией NOS.
• Ингибирование ET-1 увеличивает реакцию CBF (Δ индекс проводимости сосудов головного мозга (CVCi)/Δ инсулин) у худых людей и при метаболическом синдроме. Однако при метаболическом синдроме он значительно увеличится.
• СМА более чувствительна к всплескам инсулина, чем другие мозговые артерии.

Конечные точки исследования: изменение проводимости сосудов головного мозга (ЦСО, мл/мин/100 мм рт. ст.) относительно изменения концентрации инсулина в крови после употребления глюкозы.

Тематика Будет набрано 60 участников (по 30 в группе). Определение приемлемости будет проходить в два этапа. Первым шагом является то, что все участники проходят первоначальный скрининг, чтобы определить, имеют ли они право на посещение скрининга. Предварительно подходящие субъекты будут приглашены в исследовательскую лабораторию для получения информированного согласия и формального скрининга.

Во время скринингового визита в исследовательскую лабораторию испытуемые должны будут заполнить информированное согласие, заполнить анкету истории болезни, форму проверки безопасности МРТ и анкету физической активности. Также будут измеряться рост, вес, артериальное давление, окружность талии и бедер. Кроме того, будет взят образец венозной крови для определения уровня глюкозы и липидов, чтобы определить соответствие требованиям. Если во время скринингового визита выявляется отклонение от нормы или противопоказание к участию, которое охвачено или не охвачено обобщенными критериями исключения, потенциальному субъекту не будет разрешено участвовать. Подводя итог, во время лабораторного скрининга испытуемые будут испытывать следующие действия:

Методы После начального скрининга и скринингового визита участие в этом исследовании будет включать два отдельных посещения МРТ-исследования (инфузия физиологического раствора в качестве плацебо по сравнению с инфузией L-NMMA для ингибирования NOS ИЛИ амбризентана перорально (только для участников мужского пола), по сравнению с плацебо лактозы перорально для ингибирования ET -1). Субъектов направляют в экспериментальное состояние (плацебо/L-NMMA или плацебо/амбризентан) в зависимости от количества субъектов, необходимого для поддержания статистической мощности. В испытании Амбризентана субъекты должны быть мужчинами из-за потенциального вредного воздействия препарата на плод. После назначения группы экспериментального состояния порядок приема лекарств (плацебо/лекарство) будет выполняться случайно назначенным, уравновешенным, одинарным слепым способом. Экспериментальные процедуры будут одинаковыми во все дни тестирования, за исключением того, какой препарат будет вводиться. Во время каждого визита у субъектов будут контролировать частоту сердечных сокращений, артериальное давление, содержание углекислого газа в конце выдоха и словесное сообщение о неблагоприятных симптомах (как себя чувствует субъект) во время нахождения в МРТ-сканере.

Тест на беременность: Все субъекты женского пола должны пройти отрицательный тест мочи на беременность до визита в рамках исследования (плацебо или лекарство), чтобы убедиться, что они не беременны во время каждого визита в рамках исследования. Женщины не будут участвовать в испытании амбризентана, даже если их тест на беременность отрицателен.

Образец крови для венепункции: во время скринингового визита кровь (до 20 мл) будет взята с помощью венепункции для анализа на глюкозу натощак и липиды сыворотки.

Субъекты будут воздерживаться от упражнений, кофеина и НПВП, а также голодать в течение ≥ 10 часов до всех экспериментальных испытаний.

Внутривенный катетер: Обученный персонал установит два внутривенных катетера. Катетеры будут размещаться в любых венах рук, которые считаются наиболее подходящими для облегчения доступа. Тем не менее, один будет помещен в локтевую ямку (инфузия), а другой - в локтевую вену, кисть или запястье (образец крови) противоположной руки для каждого из двух визитов исследования. Катетер для забора крови для внутривенных вливаний будет использоваться для забора до 15 мл образцов крови в определенные моменты времени во время каждого исследовательского визита для измерения концентрации глюкозы и инсулина, а также маркеров воспаления и окислительного стресса. Все процедуры идентичны во время каждого испытания (плацебо/L-NMMA/BQ123). Конкретные моменты времени, которые являются приблизительными из-за небольших различий во времени сканирования МРТ, следующие:

• Базовый уровень, до базового ПК-сканирования VIPR
• Перед сканированием ПК VIPR 1 после ОГТТ
• До PC VIPR scan 2 после OGTT
• До PC VIPR scan 3 после OGTT
• До PC VIPR scan 4 после OGTT
• До сканирования ПК VIPR 5 после ОГТТ
• До PC VIPR scan 6 после OGTT
• До сканирования ПК VIPR 7 после ОГТТ
• До PC VIPR scan 8 после OGTT
• До сканирования ПК VIPR 9 после ОГТТ

Внутривенное вливание:

I. Ингибирование NOS: L-NMMA является мощным неселективным ингибитором NOS, используемым для изучения физиологии сосудов. L-NMMA будет вводиться болюсно в дозе 3 мг/кг массы тела/ч (в течение 10 мин), после чего следует поддерживающая инфузия 1 мг/кг/ч в течение всего эксперимента. Было показано, что системная доставка L-NMMA повышает артериальное давление примерно на 8-15 мм рт.ст., что находится в пределах диапазона, наблюдаемого во время физической нагрузки.

II. Плацебо: Скорость инфузии плацебо будет определяться с использованием тех же формул для инфузии L-NMMA, с использованием самого последнего скринингового веса субъекта. В идеале физиологический раствор будет вводиться с той же скоростью и в том же количестве, что и при соответствующем посещении врача. Тем не менее, у субъектов, прошедших повторное обследование и у которых изменился вес, скорость инфузии физиологического раствора может немного отличаться от скорости инфузии L-NMMA.

Небольшое расхождение в скорости инфузии физиологического раствора и лекарственного средства незначительно с научной точки зрения, поскольку уже существует вариабельность количества физиологического раствора, который получает субъект, поскольку он используется для промывания капельницы (1-5 мл) при каждом заборе крови (до 10 заборов крови).

ET-1 - Исследования ингибирования (15 контрольных, 15 MetSyn) (Ambrisentan Arm):

I. Ингибирование ET-1. Амбризентан является антагонистом рецептора ETA. Субъекты получат 10 мг амбризентана в форме таблеток за 90-150 минут до ПГТТ. Этот класс препаратов использовался для исследования передачи сигналов ET-1 при диабете, ожирении и гипертонии (Bruno, Suano, Ghiadoni, Masi, & Taddei, 2010; Lteif, Vaishnava, Baron, & Mather, 2007; Mather, Mirzamohammadi, Lteif). , Стейнберг и Барон, 2002). Рецепторы ЭТА, скорее всего, опосредуют чрезмерное сужение у пациентов с MetSyn. Амбризентан принимают внутрь. Было показано, что системная доставка антагониста эндотелина при длительном приеме снижает систолическое артериальное давление на 4,5±10 мм рт.ст. и диастолическое на 3±7,5 мм рт.ст. у гипертоников и не изменяет среднее артериальное давление при ожирении (Bruno et al., 2010; Mather et al., 2010; Spratt и др., 2001).

II. Плацебо: таблетки плацебо, аналогичные по размеру и форме амбризентану, будут использоваться в качестве плацебо-контроля.

Магнитно-резонансная томография (МРТ): МРТ 3 Тесла будет использоваться для количественной оценки мозгового кровотока и захвата структуры сосудов головного мозга в определенные моменты времени во время визитов в рамках исследования (исходно и во время лечения). Никакое контрастное вещество не будет использоваться в любое время. Субъект будет находиться в сканере для первоначального базового сканирования и во время экспериментальных испытаний. Все сканирование будет выполнено в предложенный график экспериментальных испытаний. Находясь в сканере, у субъектов будут контролировать частоту сердечных сокращений, ЭКГ, содержание углекислого газа (CO2) в конце выдоха и кровяное давление. Сканер может собирать эти данные, за исключением содержания CO2 в конце выдоха, который будет собираться с помощью монитора субъекта. В дополнение к стандартным последовательностям импульсов, обычно получаемым для клинических целей (локализаторы, стандартная МР-ангиография для анатомии сосудов (без контрастного вещества), двухмерная фазово-контрастная МРТ для измерений с кодированием скорости), и т. д.; «базовые последовательности») будет использоваться схема сбора данных, разработанная в Университете Висконсин-Мэдисон. Эта схема, PC VIPR (реконструкция изотропной проекции фазового контраста со значительной недостаточной выборкой), уникальна своей способностью получать объемные наборы данных с трехнаправленным скоростным кодированием и высоким пространственным разрешением за довольно короткое время сканирования. Все последовательности импульсов, использованные в этом исследовании, спроектированы таким образом, чтобы оставаться в рамках текущих рекомендаций по дБ/dt, установленных FDA.

Оральный тест на толерантность к глюкозе (OGTT): субъект выпивает дистиллированную деионизированную воду (300 мл), содержащую 75 граммов глюкозы, в течение 5 минут. Это стандартное администрирование ОГТТ.

Повторная регистрация: Субъекты мужского пола, полностью завершившие исследование, будут иметь возможность повторно зарегистрироваться и завершить часть исследования, в котором они не участвовали. Субъекты будут повторно проверены для определения приемлемости и будут разделены как минимум на 1 неделю после завершения исследования. Кроме того, они участвуют только в L-NMMA или амбризентане (который они не проходили в другом крыле исследования), им не нужно будет повторять контрольный визит/визит с физиологическим раствором.