Мозговой субстрат переключается на кетоны и лактат (BSS)

Цели:

Начальный:

• Определить, вызывают ли метаболизм кетонов и лактата в мозге благоприятные нейротрофические реакции, связанные с голоданием и физическими упражнениями соответственно.

Вторичный:

• Определить, улучшают ли голодание и упражнения усвоение мозгом глюкозы, кетонов и лактата.

Конечные точки:

Начальный:

• Нейротрофический фактор головного мозга (BDNF)
• Секретируемый белок-предшественник бета-амилоида-альфа (sAPPA)

Вторичный:

• Извлечение глюкозы из мозга
• Экстракция кетона мозга
• Экстракция лактата мозга
• Увеличение экстракции глюкозы мозгом в ответ на интраназальное введение инсулина

Гипотеза:

1. Голодание и высокоинтенсивные упражнения увеличивают высвобождение мозгом BDNF и sAPPA, и эти реакции будут одинаковыми, когда кетоны и лактат пассивно вводятся в кровообращение в сытом и отдохнувшем состоянии.
2. Голодание увеличивает метаболизм кетонов в мозге по сравнению с тем, что достигается при пассивном введении кетонов в кровообращение в состоянии сытости.
3. Упражнения высокой интенсивности увеличивают метаболизм лактата в головном мозге по сравнению с тем, который достигается при пассивном введении лактата в кровообращение в состоянии покоя.
4. Упражнения высокой интенсивности улучшают чувствительность мозга к инсулину к глюкозе, о чем свидетельствует увеличение поглощения глюкозы мозгом в ответ на интраназальное введение инсулина.

Дизайн

Это будет перекрестный дизайн с повторными измерениями, в котором участники выполнят два условия, разделенные 4-6 неделями:

1. Упражнения с питанием и пассивные инфузии лактата и кетонов
2. 72-часовые упражнения натощак и пассивные инфузии лактата и кетонов

Во время обоих посещений участникам будут установлены артериальные (радиальные) и венозные (внутренние яремные) катетеры для количественной оценки церебрального окислительного и субстратного (глюкоза, кетоны, лактат) метаболизма в ответ на: 1) голодание, 2) 6 минут высокоинтенсивной нагрузки. физические упражнения, 3) пассивное поэтапное введение кетонов (для имитации голодания); и 4) пассивное поэтапное вливание лактата (для имитации физических упражнений). Чувствительность мозга к инсулину к глюкозе будет количественно определяться в состоянии после еды и натощак до и после тренировки с помощью одноразовой дозы интраназального инсулина. В состояниях сытости и голодания в состоянии покоя образец спинномозговой жидкости будет собираться из поясничного отдела позвоночника для количественной оценки метаболомики, а также производства и высвобождения нейротрофических факторов (BDNF и sAPPa) из головного мозга.

Места испытаний Все испытания будут проводиться в здании ARTs (комната 184) исследовательской лаборатории Центра здоровья сердца, легких и сосудов в Келоуне, Британская Колумбия, Канада.

Участники Размер выборки Мы соберем данные по 12 субъектам, включая представителей обоих полов. Расчет размера выборки (мощность> 0,8, значимость <0,05) на основе наших предварительных данных указывает на то, что требуется 8 участников (12); мы будем стремиться набрать 12 добровольцев обоих полов, чтобы лучше представлять население, а не исследовать половые различия. От участников будет получено письменное информированное согласие. Мы ожидаем, что показатель отсева составит <5%.

Критерии включения

• 19 - 40 лет
• Регулярная физическая активность, как определено с помощью опросников

Критерий исключения

• Текущие курильщики
• Острая бронхиальная астма, хроническая обструктивная болезнь дыхательных путей или астматический статус
• Ожирение (индекс массы тела более 30 кг м-2)
• Потребность в ежедневном назначении лекарств, которые могут повлиять на реакцию на физическую нагрузку, например, антигипертензивных, антиаритмогенных, ингаляторов.
• Заболевания/дисфункции в анамнезе, которые могут вызвать осложнения при физических нагрузках, например. сердечно-сосудистые, респираторные, неврологические или костно-мышечные заболевания
• Нерегулярный или отсутствующий менструальный цикл (женщины)
• Беременны или могут подозревать беременность, или в постменопаузе (женщины)
• Любые неожиданные неблагоприятные реакции на предэкспериментальные нагрузочные тесты
• Любые противопоказания к поясничному субарахноидальному доступу

Скрининг/базовая оценка

Вышеупомянутые критерии включения и исключения будут изучены с помощью опросника для проверки состояния здоровья и клинического обследования, проводимого врачом. Этот скрининг будет включать:

• Артериальное давление в покое,
• электрокардиограмма в 12 отведениях,
• Сердечно-легочные нагрузочные пробы,
• Глюкоза крови натощак.

Критерии прекращения

• Любой неблагоприятный ответ на инвазивные процедуры, т. е. катетеризацию и забор спинномозговой жидкости (см. Риски ниже)

В дополнение к вышеизложенному и в соответствии с рекомендациями Совета по этике клинических исследований UBC все участники исследования могут выйти из исследования в любое время и без объяснения причин.

Экспериментальные процедуры

Участники посетят лабораторию дважды. Подробная информация об экспериментальных визитах представлена ​​ниже:

1. Упражнения с питанием и пассивные инфузии лактата и кетонов

   Участники прибудут в лабораторию через 1 час после еды легкой еды по своему выбору. Участники будут лежать на кровати и будут оборудованы постоянными катетерами радиальной артерии и внутренней яремной вены. Через час после катетеризации мозговой кровоток будет измеряться неинвазивно с помощью дуплексного ультразвука внутренних сонных и позвоночных артерий. Образцы крови будут взяты из артериальной и венозной циркуляции для измерения в покое окислительного и субстратного (глюкоза, кетоны и лактат) метаболизма мозга. Один образец спинномозговой жидкости будет взят из поясничного отдела позвоночника между L4 и L5. Эта процедура будет выполняться высококвалифицированным врачом, который почти ежедневно использует эти методы для ухода за пациентами. После этого первичный кетон, бета-гидроксибутират (Bhb), будет поэтапно вводиться через локтевую (руку) вену, чтобы вызвать циркулирующие концентрации 1, 3 и 5 ммоль/л. После полного выздоровления, т. е. когда концентрация Bhb возвращается к значениям в состоянии покоя, внутривенно лактат будет вводиться поэтапно, чтобы вызвать циркулирующие концентрации 5, 10 и 15 ммоль/л. После полного восстановления уровня лактата в крови будет назначена внутривенная комбинированная инфузия (Bhb и лактат) для индукции циркулирующих концентраций 3 и 10 ммоль/л соответственно. Затем участникам дадут легкую стандартизированную еду и 1 час на отдых и переваривание пищи. Наконец, участники самостоятельно введут разовую дозу интраназального инсулина до и после завершения 6-минутных циклических интервалов высокой интенсивности. После последней дозы интраназального инсулина участников снимут с инструментов, отметив окончание визита. Общее время посещения оценивается в 3-4 часа.

2. 72-часовые упражнения натощак и пассивные инфузии лактата и кетонов

Этот визит идентичен условию 1, за исключением того, что участники прибудут в лабораторию натощак через 72 часа и не будут получать легкую пищу до завершения всех экспериментальных процедур. Перед началом голодания участников снабдят непрерывным монитором уровня глюкозы, чтобы исследователи могли отслеживать их уровень глюкозы в крови во время голодания. Таким образом, общее время для этого визита также оценивается в 3-4 часа.

Протокол высокоинтенсивных упражнений. Участники выполнят шесть 40-секундных циклов езды на велосипеде с рабочей скоростью, которая вызывает 100% максимальной аэробной мощности (V̇O2max), после чего следует 20-секундное активное восстановление при 25% VO2max. Мы показали, что это упражнение увеличивает лактат более чем в 5 раз как после еды, так и натощак (12).

Рандомизация условий. Порядок условий, т. е. сытый или голодный, будет случайным. Невозможно скрыть участников от условий сытости и голодания, поскольку голодание требует воздержания от еды до посещения лаборатории. Исследователи не будут ослеплены, потому что они будут наблюдать за испытуемыми во время голодания перед посещением лаборатории.