Tämä tutkimus aloitettiin alun perin kesäkuussa 2011 (IND 122211). Alkuperäinen tavoite 1 saatiin päätökseen, ja se osoitti, että laihat ja lihavat ryhmät eivät eronneet toisistaan endoteeliriippuvaisessa laajentumisessa (EDD) ja liikunnan laajentumisvasteissa. Alkuperäinen tavoite 2 riippui siitä, oliko laihojen ja lihavien ryhmien välillä eroa tavoitteessa 1, ja siksi sitä ei toteutettu.

Tutkijat aikovat nyt jatkaa tätä tutkimusta arvioimalla kahta lisätavoitetta, jotka ovat sopusoinnussa tutkimuksen alkuperäisen tarkoituksen kanssa ja joita käsitellään seuraavassa:

Kasvavan liikalihavien aikuisten populaation ennustetaan aiheuttavan suuren kansanterveydellisen taakan tulevina vuosikymmeninä. Lihavilla ihmisillä on myös heikentynyt liikuntakyky ja heikompi lihasten verenkierto. Tämän tutkimusohjelman yleistavoitteena on tutkia lihavuuteen liittyviä muutoksia mikroverisuonten toiminnassa, jotka vaikuttavat heikentyneeseen lihasverenkiertoon. Tässä ehdotuksessa pyritään testaamaan suoraan verisuonten hallintaa ihmisen luurankolihaksen vastusvaltimoissa kuntoilevilla ihmisillä. Tutkijat ehdottavat, että tutkitaan nuorempia liikalihavia aikuisia ilman iän, metabolisen oireyhtymän tai diabeteksen sekoittavia vaikutuksia – ennen kuin liikalihavuuden kielteiset vaikutukset voivat vaikuttaa täysimääräisesti. Yleinen hypoteesi on, että endoteelistä riippuvainen laajentuma (EDD) ja toiminnallinen (liikunta) vasodilataatio heikentyvät siirtymällä pois typpioksidin biologisesta saatavuudesta ja siirtymällä kohti lisääntynyttä riippuvuutta kaliumin (K+) välittämästä vasodilataatiosta.

Primääräävä tavoite Määrittää, onko K+-välitteisen vasodilataation rooli erilainen laihojen ja liikalihavien aikuisten välillä.

Tavoitteet Tavoite 1: Testata hypoteesi, jonka mukaan liikalihavuus aiheuttaa endoteelin fenotyypin muutoksen, joka luo ympäristön sekä EDD:n että liikunnan toimintahäiriölle. Tutkijat ehdottavat, että lihavuus muuttaa endoteelin entsyymejä, jotka auttavat selittämään mekanistisia muutoksia vasodilataatiossa.

Tavoite 2: Testata hypoteesia, jonka mukaan lihavuus saa aikaan muuttuneen endoteeliriippuvaisen (EDD) ja funktionaalisen vasodilataation, joka johtuu muuttuneesta funktionaalisesta kaliumkanavien signaloinnista. Tutkijat ehdottavat, että kalium (K+) -kanavien toiminta selittää selittämättömät erot EDD:ssä ja toiminnallisessa vasodilataatiossa. Tarkemmin sanottuna tutkijat olettavat, että K+-välitteisen hyperpolarisaation (sisäänpäin oikaisevat K+-kanavat-KIR) estäminen tunnistaa erilaiset verisuonia laajentavat mekanismit laihojen ja lihavien aikuisten välillä.

Tutkimusasetelma ja yleiskatsaus menettelytapoihin Tämä tutkimus on suunniteltu testaamaan kardiovaskulaarista kontrollia kliinisesti terveillä ihmisillä. Tutkimuksessa on kaksi erillistä, tieteellisesti erillistä kokeellista tutkimusta, jotka tehdään laihoilla ja lihavilla koehenkilöillä: 1) EDD tai 2) Rapid Onset Vasodilator (ROV), jossa tutkitaan verenkierron välitöntä lisääntymistä liikunnan alkaessa.

Protokollien väliset yhteiset toimenpiteet: Kelpoisuuden määrittämiseksi suoritetun seulonnan jälkeen koehenkilöt käyvät laboratoriossa joko EDD- tai Rapid Onset Vasodilator (ROV) -tutkimuskäynnillä. Kaikki seulontaa ja käyntiä edeltävät toimenpiteet ovat samanlaisia. Lääkäri asettaa brakiaalisen valtimokatetrin ei-dominoivaan käteen paikallista lääkeinfuusiota varten. Verenkierron muutokset mitataan Doppler-ultraäänellä rannevaltimossa. Koehenkilön hemodynamiikan seuranta (syke, verenpaine, veren happipitoisuus) on identtistä.

EDD-kokeet: EDD-agonistit ovat lääkkeitä, jotka aiheuttavat vasodilataatiota verenkierron lisäämiseksi tilapäisesti. Tutkijat käyttävät 4 erilaista agonistia testatakseen EDD:n toimintaa useista eri näkökulmista. Kontrolli-EDD-agonisti-infuusioiden jälkeen koehenkilöt toistavat EDD-agonistit K+-kanavien esto-olosuhteissa ja uudelleen K+-kanavien sekä typpioksidin ja prostaglandiinin esto-olosuhteissa. Tämän tutkimuksen viimeisen vaiheen tarkoituksena on testata akuutteja kompensoivia/redundantteja vasodilataatiomekanismeja. Näissä kokeissa käytetään endoteeliagonistien infuusiota tiettyjen vasodilatoivien mekanismien eston kanssa ja ilman sitä. Agonisteja ovat mm: ATP, bradykiniini (BK), isoproterenoli (ISO) ja asetyylikoliini (Ach), joita kutakin infusoidaan 3 kertaa (järjestys satunnaistetaan). Agonistit infusoidaan seuraavissa olosuhteissa: 1) yksinään (kontrolli) 2) yhdessä bariumkloridin (BaCl2) kanssa 3) yhdessä BaCl2:n, L-N-monometyyliarginiiniasetaatin (L-NMMA) ja ketorolakin kanssa. EDD-agonistit aiheuttavat kukin tilapäisen kyynärvarren verenkierron lisääntymisen, joka palautuu lähtötasolle muutamassa minuutissa infuusion lopettamisen jälkeen. Antagonistit (BaCl2, L-NMMA ja ketorolakki) todennäköisesti vähentävät EDD-vastetta agonisteille ja voivat myös vähentää kyynärvarren lepoverenvirtausta tai nostaa verenpainetta (esim. L-NMMA voi vähentää kyynärvarren verenvirtausta 30-50 % ja nostaa verenpainetta 5-10 mmHg). Koko EDD-tutkimuskäynnin kesto on ~ 5 tuntia (1 tunti asennusta ja 4 tuntia kokeellisia toimenpiteitä). EDD-protokolla on kuvattu tarkemmin tässä:

Lääkkeitä (IND-hyväksyntä) käytetään perustutkimuksen verisuonitoimintaan & liittyvien mekanismien testaamiseen terveillä vapaaehtoisilla. Lääkkeitä ei käytetä terveydentilan parantamiseen.

Lääkkeet: asetyylikoliini, isoproterenoli, bradykiniini, adenosiinitrifosfaatti, bariumkloridi, L-N-monometyyliarginiiniasetaatti, ketorolakki.

  1. 5 minuutin suolaliuosinfuusio yhdessä 2 minuutin ATP-infuusion kanssa,
  2. 10 minuutin huuhtelu,
  3. 5 minuuttia suolaliuosta yhdessä 2 minuutin BK-infuusion kanssa,
  4. 10 minuutin huuhtelu,
  5. 5 minuuttia suolaliuosta yhdessä 2 minuutin ISO-infuusion kanssa,
  6. 10 minuutin huuhtelu,
  7. 5 minuuttia suolaliuosinfuusiota yhdessä 2 minuutin ACh-infuusion kanssa,
  8. 10 minuutin huuhtelu,
  9. 5 minuuttia BaCl2-infuusiota ja 2 minuutin ATP-infuusio,
  10. 10 minuutin huuhtelu,
  11. 5 minuuttia BaCl2-infuusiota yhdessä 2 minuutin ACh-infuusion kanssa,
  12. 10 minuutin huuhtelu,
  13. 5 minuutin BaCl2-infuusio sekä 2 minuutin ISO-infuusio,
  14. 10 minuutin huuhtelu,
  15. 5 minuutin BaCl2-infuusio sekä 2 minuutin BK-infuusio,
  16. 10 minuutin huuhtelu
  17. 10 minuutin L-NMMA- ja ketorolaakki-infuusio (yhtäjaksoinen infuusio protokollan loppuosan aikana) sekä 5 minuutin BaCl2-infuusio, ja 2 minuutin ACh-infuusio,
  18. 10 minuutin huuhtelu,
  19. 5 minuutin BaCl2-infuusio sekä 2 minuutin ISO-infuusio,
  20. 10 minuutin huuhtelu,
  21. 5 minuutin BaCl2-infuusio sekä 2 minuutin ATP-infuusio,
  22. 10 minuutin huuhtelu,
  23. 5 minuutin BaCl2-infuusio sekä 2 minuutin BK-infuusio.

ROV-kokeet: Kontrollin yksittäisten kyynärvarren lihassupistusten jälkeen koehenkilöt toistavat yksittäiset supistukset K+-kanavan esto-olosuhteissa ja uudelleen K+-kanavan sekä typpioksidin ja prostaglandiinin esto-olosuhteissa. Tämän tutkimuksen viimeisen vaiheen tarkoituksena on testata akuutteja kompensoivia/redundantteja vasodilataatiomekanismeja. Tämä koe koostuu kolmesta 6 yksittäisen lihassupistuksen sarjasta (kolme 30 %:n ja kolme 60 %:n maksimiponnistuksella), joista kukin supistus kestää alle 3 sekuntia ja joiden välissä on ~ 90 sekunnin lepo. Nämä yksittäiset supistukset aiheuttavat voimakkaan (100-600% lisäys) ja nopean (3-6 sydämen lyöntiä supistuksen jälkeen) verenkierron lisääntymisen, joka palautuu normaaliksi tyypillisesti noin 30 sekunnissa. Tämän nopean ja voimakkaan vasteen vuoksi näitä yksittäisiä lihassupistuksia kutsutaan nimellä ”Rapid Onset Vasodilation”. Ennen jokaista koetta pidetään 3 minuutin lepoaika, jotta voidaan tehdä perusmittaukset ja kuormittaa K+-välitteisen vasodilataation estäjiä. Tämän 3 minuutin aikana koehenkilöt suorittavat yhden supistuksen 15, 30 ja 45 sekunnin kuluttua 3 minuutin lataus-/lepojaksosta, jotta lääkkeen kulkeutuminen aktiivisiin kudoksiin helpottuisi (tämä lisää 18 supistusta). Ensimmäinen yksittäisten supistusten koesarja suoritetaan ilman lääkkeitä (suolaliuoskontrolli). Seuraavaksi käytetään myös ATP-infuusiota (ei harjoitusta) myöhemmän inhibiittorin (BaCl2) farmakologisen tehokkuuden testaamiseksi. Ensimmäinen ATP-infuusio suoritetaan ilman muita lääkkeitä. Tämän jälkeen suoritetaan toinen sarja yksittäisiä supistuksia BaCl2-infuusion kanssa. Tämän jälkeen tehdään toinen ATP-infuusio BaCl2:n tehon määrittämiseksi. Viimeinen yksittäisten supistusten sarja aloitetaan ja suoritetaan kaikkien kolmen inhibiittorin (BaCl2, L-NMMA ja Ketorolac) samanaikaisella infuusiolla. Tämän tutkimuksen viimeisen vaiheen tarkoituksena on testata akuutteja kompensoivia/redundantteja vasodilataatiomekanismeja. ROV-tutkimukset (harjoitus) kestävät ~4 tuntia (1 tunti perustamista ja 3 tuntia kokeellisia toimenpiteitä). ROV-protokolla on kuvattu tarkemmin tässä:

Lääkkeet: adenosiinitrifosfaatti, bariumkloridi, L-N-monometyyliarginiiniasetaatti, ketorolaakki

  1. 3 lihassupistusta 3 minuutin suolaliuosinfuusion aikana, jota seuraa 3 ylimääräistä lihassupistusta,
  2. Kertaa 3 lihassupistusta 3 minuutin suolaliuosinfuusion aikana, jota seuraa 3 ylimääräistä lihassupistusta ,
  3. 10 minuutin huuhtelu,
  4. Kahden minuutin ATP-infuusio,
  5. 10 minuutin huuhtelu,
  6. 3 lihassupistusta 3 minuutin BaCl2-infuusion aikana, jota seurasi 3 ylimääräistä lihassupistusta,
  7. 3 lihassupistusta 3 minuutin BaCl2-infuusion aikana, jota seurasi 3 ylimääräistä lihassupistusta,
  8. 10 minuutin huuhtelu,
  9. BaCl2-infuusio (3 minuuttia) ja ATP-infuusio (2 minuuttia),
  10. 10 minuutin huuhtelu,
  11. 3 lihassupistusta BaCl2-infuusion (3 minuuttia) ja L-NMMA- ja ketorolaakki-infuusion (5 minuuttia) aikana, jota seurasivat 3 lihassupistusta lisää,
  12. L-NMMA:ta ja ketorolaakkia infusoidaan koko protokollan loppuosan ajan pienemmällä annoksella
  13. 3 lihassupistusta BaCl2-infuusion (3 minuuttia) ja L-NMMA:n ja ketorolaakin infuusion (5 minuuttia) aikana ja sen jälkeen 3 muuta lihassupistusta.

Tavoite 3: Testata hypoteesia, jonka mukaan liikalihavuus aiheuttaa endoteelin fenotyypin muutoksen, joka luo ympäristön sekä EDD:lle että liikuntahäiriölle. Ehdotamme, että lihavuus muuttaa endoteelin entsyymejä, jotka auttavat selittämään mekanistisia muutoksia vasodilataatiossa.

Tavoite 4: Testata hypoteesia, jonka mukaan lihavuus saa aikaan muuttuneen EDD:n ja toiminnallisen vasodilataation muuttuneen toiminnallisen kaliumkanavien signaloinnin vuoksi. Ehdotamme, että K+-kanavien toiminta selittää selittämättömät erot EDD:ssä ja toiminnallisessa vasodilataatiossa. Tarkemmin sanottuna oletamme, että K+-välitteisen hyperpolarisaation estäminen (sisäänpäin oikaisevien K+-kanavien (KIR) kautta) tunnistaa erilaiset vasodilataatiomekanismit laihojen ja lihavien aikuisten välillä.