Deze studie is oorspronkelijk gestart in juni 2011(IND 122211). De oorspronkelijke doelstelling 1 werd voltooid en toonde aan dat magere en zwaarlijvige groepen niet verschilden in endotheelafhankelijke dilatatie (EDD) en dilatatierespons tijdens inspanning. Het oorspronkelijke Doel 2 was afhankelijk van het feit of er een verschil was tussen magere en zwaarlijvige groepen in Doel 1 en werd daarom niet nagestreefd.

De onderzoekers zijn nu van plan om deze studie voort te zetten door 2 extra doelen te beoordelen die consistent zijn met het oorspronkelijke doel van de studie en hieronder worden besproken:

Voorspeld wordt dat de groeiende populatie van zwaarlijvige volwassenen in de komende decennia een grote last voor de volksgezondheid zal vormen. Zwaarlijvige mensen vertonen ook een verminderde inspanningscapaciteit en een lagere doorbloeding van de spieren. Het algemene doel van dit onderzoeksprogramma is het onderzoeken van de aan obesitas gerelateerde veranderingen in de microvasculaire functie die bijdragen aan een verminderde doorbloeding van de spieren. Dit voorstel beoogt de vasculaire controle in menselijke skeletspier weerstandsslagaders direct te testen bij sportende mensen. De onderzoekers stellen voor om jongere volwassenen met obesitas te bestuderen, zonder verstorende effecten van leeftijd, metabool syndroom of diabetes – voordat de negatieve effecten van obesitas hun volledige negatieve impact kunnen uitoefenen. De algemene hypothese is dat endotheelafhankelijke dilatatie (EDD) en functionele (inspannings) vaatverwijding worden verminderd via een verschuiving weg van de stikstofmonoxide-biobeschikbaarheid en een verschuiving naar een verhoogde afhankelijkheid van kalium (K+) gemedieerde vaatverwijding.

Primaire doelstelling Bepalen of de rol van K+ gemedieerde vasodilatatie verschilt tussen magere en zwaarlijvige volwassenen.

Doelstelling 1: Het testen van de hypothese dat zwaarlijvigheid een verandering in endotheel fenotype induceert die een omgeving creëert voor zowel EDD als inspanningsdisfunctie. De onderzoekers stellen voor dat obesitas endotheliale enzymen verandert, die de mechanistische veranderingen in vasodilatatie helpen verklaren.

Doelstelling 2: Het testen van de hypothese dat obesitas een veranderde endotheliale-afhankelijke (EDD) en functionele vasodilatatie uitlokt als gevolg van een veranderde functionele kaliumkanaal signalering. De onderzoekers stellen voor dat de kalium (K+) kanaal functie verantwoordelijk is voor onverklaarbare verschillen in EDD en functionele vasodilatatie. Meer specifiek veronderstellen de onderzoekers dat remming van K+ gemedieerde hyperpolarisatie (Inward Rectifying K+ channels-KIR) differentiële vasodilatormechanismen tussen magere en zwaarlijvige volwassenen zal identificeren.

Opzet van de studie en overzicht van procedures Deze studie is ontworpen om cardiovasculaire controle te testen bij klinisch gezonde mensen. Er zullen 2 afzonderlijke, wetenschappelijk verschillende experimentele proeven worden uitgevoerd bij magere en zwaarlijvige proefpersonen: 1) EDD of 2) Rapid Onset Vasodilator (ROV), waarbij de onmiddellijke toename van de bloedstroom bij het begin van de inspanning wordt bestudeerd.

Gemeenschappelijke procedures tussen protocollen: Na screening om te bepalen of de proefpersonen in aanmerking komen, bezoeken zij het laboratorium voor een EDD- of Rapid Onset Vasodilator (ROV)-studiebezoek. Alle pre-screening en pre-bezoek procedures zullen identiek zijn. Een arts zal een arteriële brachiale katheter in de niet-dominante arm plaatsen voor een lokale medicatie-infusie. Veranderingen in de bloedstroom zullen worden gekwantificeerd door Doppler echografie van de arteria brachialis. Monitoring van de hemodynamica (hartslag, bloeddruk, bloedzuurstof) is identiek.

EDD-experimenten: EDD agonisten zijn geneesmiddelen die vasodilatatie veroorzaken om de bloedstroom tijdelijk te verhogen. De onderzoekers zullen 4 verschillende agonisten gebruiken om de EDD functie vanuit verschillende perspectieven te testen. Na controle infusies met EDD agonisten, zullen de proefpersonen EDD agonisten herhalen onder condities van K+ kanaal remming, en nogmaals onder condities van K+ kanalen plus stikstof oxide en prostaglandine remming. Deze laatste fase van de studie is gericht op het testen van acute compensatoire/redundante vasodilatormechanismen. Bij deze proeven zal infusie van endotheliale agonisten worden toegepast, met en zonder remming van specifieke vaatverwijdende mechanismen. Agonisten zijn onder meer: ATP, Bradykinine (BK), Isoproterenol (ISO), en Acetylcholine (Ach), zullen elk 3 keer worden toegediend (volgorde gerandomiseerd). Agonisten zullen onder de volgende condities worden toegediend: 1) alleen (controle) 2) in combinatie met bariumchloride (BaCl2) 3) in combinatie met BaCl2, L-N-monomethylarginineacetaat (L-NMMA), en Ketorolac. EDD-agonisten veroorzaken elk een tijdelijke toename van de bloedstroom in de onderarm, die binnen enkele minuten na het stoppen van de infusie naar de uitgangswaarde terugkeert. Antagonisten (BaCl2, L-NMMA en ketorolac) zullen waarschijnlijk de EDD reacties op agonisten verminderen, en kunnen ook de bloedstroom in rust in de onderarm verminderen of de bloeddruk verhogen (bijv. L-NMMA kan de bloedstroom in de onderarm 30-50% verminderen en de bloeddruk 5-10 mmHg verhogen). Het volledige EDD-studiebezoek zal ~5 uur duren (1 uur opbouw en 4 uur experimentele procedures). Het EDD-protocol wordt hier verder beschreven:

Drugs (IND-goedkeuring) worden gebruikt om basiswetenschappelijke vasculaire functie & geassocieerde mechanismen in gezonde vrijwilligers te testen. Geneesmiddelen die niet worden gebruikt om een gezondheidstoestand te verbeteren.

Drugs: acetylcholine, isoproterenol, bradykinine, adenosinetrifosfaat, bariumchloride, L-N-monomethylarginineacetaat, ketorolac.

  1. 5 minuten zoutoplossing infusie samen met 2 minuten ATP infusie,
  2. 10 minuten washout,
  3. 5 minuten zoutoplossing samen met 2 minuten BK infusie,
  4. 10 minuten washout,
  5. 5 minuten zoutoplossing samen met 2 minuten ISO infusie,
  6. 10 minuten washout,
  7. 5 minuten zoutoplossing infusie samen met 2 minuten ACh infusie,
  8. 10 minuten washhout,
  9. 5 minuten BaCl2 infusie en 2 minuten ATP infusie,
  10. 10 minuten washhout,
  11. 5 minuten BaCl2 infusie samen met 2 minuten ACh infusie,
  12. 10 minuten washhout,
  13. 5 minuten BaCl2-infuus samen met 2 minuten ISO-infuus,
  14. 10 minuten uitwas,
  15. 5 minuten BaCl2-infuus samen met 2 minuten BK-infuus,
  16. 10 minuten uitwas,
  17. 10 minuten L-NMMA en ketorolac-infuus (continue infusie gedurende de rest van het protocol) samen met 5 minuten BaCl2-infuus, en 2 minuten ACh infusie,
  18. 10 minuten washout,
  19. 5 minuten BaCl2 infusie samen met 2 minuten ISO infusie,
  20. 10 minuten washout,
  21. 5 minuten BaCl2 infusie samen met 2 minuten ATP infusie,
  22. 10 minuten washout,
  23. 5 minuten BaCl2 infusie samen met 2 minuten BK infusie.

ROV experimenten: Na controle van enkele onderarmspiercontracties, zullen de proefpersonen de enkele contracties herhalen onder condities van K+ kanaal remming, en nogmaals onder K+ kanaal plus stikstofmonoxide en prostaglandine remming. Deze laatste fase van de studie is gericht op het testen van acute compenserende/overvloedige vasodilatormechanismen. Deze proef bestaat uit drie sets van 6 enkelvoudige spiercontracties (drie bij 30%, drie bij 60% van de maximale inspanning), waarbij elke contractie minder dan 3 seconden duurt met ~90s rust ertussen. Deze enkelvoudige contracties roepen een robuuste (100-600% toename) en snelle (3-6 hartslagen na de contractie) toename van de bloedstroom op, die meestal na ongeveer 30 seconden naar normaal terugkeert. Deze snelle en krachtige reactie is de reden waarom deze enkele spiercontracties “Rapid Onset Vasodilation” worden genoemd. Een rustperiode van 3 minuten vóór elke proef zal de basismetingen en het laden van inhibitoren van K+ gemedieerde vasodilatatie mogelijk maken. Tijdens deze 3 minuten zullen de proefpersonen een enkele contractie uitvoeren op 15, 30, en 45s van de 3 minuten laad/rust periode om de afgifte van het geneesmiddel aan de actieve weefsels te vergemakkelijken (dit voegt een extra 18 contracties toe. De eerste experimentele set van enkelvoudige contracties zal worden voltooid zonder geneesmiddelen (zoutoplossing controle). Vervolgens zal ook een ATP-infuus (geen oefening) worden gebruikt om de farmacologische werkzaamheid van de daaropvolgende remmer (BaCl2) te testen. De eerste ATP-infusie zal worden uitgevoerd zonder andere geneesmiddelen. Hierna zal een tweede reeks enkelvoudige contracties worden uitgevoerd met infusie van BaCl2. Daarna volgt een tweede ATP-infuus om de werkzaamheid van BaCl2 te bepalen. De laatste reeks enkelvoudige contracties zal beginnen en worden uitgevoerd met gelijktijdige infusie van alle drie remmers (BaCl2, L-NMMA, en Ketorolac). Deze laatste fase van de studie is gericht op het testen van acute compensatoire/redundante vasodilatormechanismen. ROV (oefening) studies zullen ~ 4 uur duren (1 uur set-up en 3 uur experimentele procedures). Het ROV-protocol wordt hier verder beschreven:

Drugs: adenosine trifosfaat, bariumchloride, L-N-monomethyl Arginine Acetaat, ketorolac

  1. 3 spiercontracties tijdens 3 minuten zoutoplossing infusie gevolgd door 3 extra spiercontracties,
  2. Herhaal 3 spiercontracties tijdens 3 minuten zoutoplossing infusie gevolgd door 3 extra spiercontracties ,
  3. 10 minuten washout,
  4. Twee minuten ATP-infuus,
  5. 10 minuten washout,
  6. 3 spiercontracties tijdens 3 minuten BaCl2-infuus gevolgd door 3 extra spiercontracties,
  7. 3 spiercontracties tijdens 3 minuten BaCl2-infuus gevolgd door 3 extra spiercontracties,
  8. 10 minuten uitwas,
  9. Infusie van BaCl2 (3 minuten) en ATP (2 minuten),
  10. 10 minuten uitwas,
  11. 3 spiercontracties tijdens infusie van BaCl2 (3 minuten) en L-NMMA en ketorolac infusie (5 minuten), gevolgd door 3 extra spiercontracties,
  12. L-NMMA en ketorolac worden gedurende de rest van het protocol in een lagere dosering toegediend
  13. 3 spiercontracties tijdens de infusie van BaCl2 (3 minuten) en L-NMMA en ketorolac (5 minuten), gevolgd door 3 extra spiercontracties.

Doel 3: Het testen van de hypothese dat obesitas een verandering in het endotheel fenotype induceert die een omgeving creëert voor zowel EDD als inspanningsdysfunctie. Wij stellen voor dat obesitas endotheel enzymen verandert die de mechanistische veranderingen in vasodilatatie helpen verklaren.

Aim 4: Het testen van de hypothese dat obesitas een veranderde EDD en functionele vasodilatatie teweegbrengt door een veranderde functionele kalium kanaal signalering. Wij stellen voor dat de K+ kanaal functie verantwoordelijk is voor onverklaarbare verschillen in EDD en functionele vasodilatatie. Meer specifiek stellen we voor dat remming van K+-gemedieerde hyperpolarisatie (via inward rectifying K+ kanalen (KIR)) verschillende vaatverwijdende mechanismen tussen magere en zwaarlijvige volwassenen zal identificeren.