实验性高酮血症对心肌代谢的影响

背景：

酮体是在脂肪酸氧化增加的情况下由肝脏产生的，在禁食和饥饿期间作为重要的燃料来源。 它们被代谢为进入三羧酸循环的乙酰辅酶 A，使 ATP 的产生独立于糖酵解，并且与葡萄糖相比，每摩尔产生的 ATP 的耗氧量更低 [参考]。 它们的主要生理功能似乎是在碳水化合物可用性降低时作为肝外组织的替代蛋白质节约能源，防止肌肉萎缩。 人体中的主要酮体是 β-羟基丁酸 (BHB) 和乙酰乙酸。 生酮增加是禁食、饥饿和糖尿病的共同特征。 酮已被证明具有多种神经保护作用，包括抗惊厥活性、改善阿尔茨海默病的认知功能、减少急性脑损伤和缺血性损伤的影响 [参考]，以及神经胶质瘤的抗肿瘤作用。 这导致了酮类可用于治疗多种疾病的建议，尽管目前唯一公认的酮类治疗用途是以生酮饮食的形式用于治疗癫痫。

关于酮对心脏影响的体内研究有限。 众所周知，脂肪酸是首选的心肌燃料底物，并且在需求急剧增加时，这会转变为增加葡萄糖的使用，并在较小程度上增加酮的使用。 有趣的是，猪的急性酮输注似乎可以抑制心肌脂肪酸氧化。 体外研究表明，酮体会降低心肌葡萄糖摄取并影响心肌收缩力，当酮体是唯一的能量来源时，心肌收缩力会增加或降低。 这尚未在体内进一步研究。 因此，尚不清楚酮在高酮血症条件下在多大程度上有助于心肌代谢，以及这如何影响收缩力。

因此，本项目建议通过在实验性高酮血症下使用 PET 成像和适当的放射性示踪剂测量人类大脑和心脏对能量底物的摄取以及功能参数来解决上述问题。

假设：

1. 在没有预先酮适应的情况下血酮浓度急剧增加会降低健康人的心脏棕榈酸酯和葡萄糖摄取。

材料和方法

急性酮输注对健康受试者心脏灌注和 18F-FDG 和 11C-棕榈酸酯摄取的影响：

研究人群：10 名健康志愿者。 将指示所有研究对象在研究前 1 周遵循标准化饮食。 在研究当天，他们将接受 15O-水基线动态心脏 PET 扫描，随后是 11C-棕榈酸酯和 18F-FDG 示踪剂，以及基线血液样本、肌肉活检和皮下脂肪活检，以评估外周代谢状态。 然后将以足以在 30 分钟后达到 1-2 mM 酮血症的浓度和速率开始静脉内输注 β-羟基丁酸钠（通过血液样本评估）。 然后将在以恒定速率连续输注酮的情况下进行与第一次相同的第二次动态 PET 扫描。 最后，在停止输注酮之前，将在扫描后采集第二组血样、肌肉和皮下脂肪活检。

观点：

这项研究的结果有望深入了解人类心脏代谢如何对酮体增加作出反应，以及是否有显着的功能改善。 它应该有助于进一步了解外源性酮给药和禁食对心脏功能的可能治疗益处，以及对治疗糖尿病和心力衰竭等各种疾病的影响。 了解酮对各种放射性核素示踪剂动力学的影响对于在血酮水平升高的患者中适当临床使用诊断性 PET 扫描也很重要。 此外，酮 PET 示踪剂的实施和验证将允许未来进一步的非侵入性研究，直接测量各种组织和疾病状态中的酮代谢。