De effecten van milde intermitterende verlaging van zuurstof op de insulinegevoeligheid en stofwisseling

De huidige obesitas epidemie vraagt voor nieuwe innovatieve strategieën om
obesitas en de bijbehorende co-morbiditeiten te voorkomen en beter te
behandelen. Een aantal studies hebben laten zien dat de hoeveelheid zuurstof
waar weefsels aan worden blootgesteld een behoorlijke impact kunnen hebben om
de cardio-metabole gezondheid. Daarnaast is ook aangetoond dat leven op hoogte
(hypobarische hypoxie) gepaard lijkt te gaan met verbeterde glucose homeostase
en een verlaagde prevalentie van type 2 diabetes. Ook blootstelling aan
normobare hypoxie (op zeeniveau) heeft voordelige effecten laten zien op de
glucose homeostase en insulinegevoeligheid in knaagdieren en mensen. Dit kan
(in ieder geval gedeeltelijk) worden verklaard door de effecten van veranderde
vetweefsel en skeletspier zuurstofspanning. The huidige studie richt zich op
het onderzoeken van de effecten van milde intermitterende hypoxie blootstelling
op insulinegevoeligheid en substraat stofwisseling in mensen, en de mogelijk
onderliggende mechanisme (vetweefsel en skeletspier zuurstofspanning, zuurstof
capaciteit en ontsteking) zullen worden bepaald. Deze studie kan de weg naar
innovatieve nieuwe therapeutische wegen openen en daarmee direct klinisch
relevant zijn voor obese insuline resistente individuen.

Het huidige onderzoeksprotocol onderzoekt de mogelijk therapeutische toepassing
van milde intermitterende hypoxie blootstelling in personen met hoog risico op
het ontwikkelen van type 2 diabetes en zal de volgende vraagstellingen
beantwoorden:
1) Onderzoeken van de effecten van milde intermitterende hypoxie blootstelling
voor 7 achtereenvolgende dagen op insulinegevoeligheid, substraat metabolisme,
vetweefsel en skeletspier mitochondriele capaciteit and zuurstofspanning in
obese insuline resistente mannen.
2) Het ontrafelen van de mechanisme die ten grondslag liggen aan de effecten
van milde intermitterende hypoxie op insulinegevoeligheid, mitochondriele
functie en glucose opname, gebruik makend van gedifferentieerde vet en spier
stamcellen (verkregen uit menselijk vetweefsel of spierweefsel van donoren).
3) Onderzoeken van de effecten van milde intermitterende hypoxie op vetweefsel
en systemische ontsteking.

Deze gerandomiseerde, placebo gecontroleerde, cross-over studie zal de effecten
van milde intermitterende hypoxie blootstelling op insulinegevoeligheid en
substraat metabolisme en de mogelijk onderliggende mechanismen die hieraan ten
grondslag liggen onderzoeken. De proefpersonen zullen worden blootgesteld aan:
1) milde intermitterende hypoxie (15% O2; gelijk aan ongeveer 2400m hoogte)
2) normoxia (21% O2)
voor 7 achtereenvolgende dagen (3 cyclussen van 2 uur per dag in een ruimte op
zeeniveau, met 1 uur normoxie condities tussen de cyclussen door) gescheiden
door een wash-out periode van 4 weken.
Dit gebeurt in een gerandomiseerde manier (computer-gegenereerde randomisatie;
blok grootte van n=4).

Na het vooronderzoek worden proefpersonen gevraagd de universiteit voor twee
periode van 7 achtereenvolgende dagen te bezoeken waar tussen en wash-out
periode van 4 weken zit.
- Tijdens de 7 dagen (tijdsinvestering van 8 uur/dag) zullen de proefpersonen
worden blootgesteld aan 1) milde intermitterende hypoxie (15% O2; gelijk aan
ongeveer 2400m hoogte) en 2) normoxia (21% O2) (3 cyclussen van 2 uur per dag
in een ruimte op zeeniveau, met 1 uur normoxie condities tussen de cyclussen
door). Op de dagen 1, 3, 6 en 7 van de blootstelling zullen er bloedmonsters
worden verzameld om de circulerende metabolieten in te bepalen en systemische
inflammatie. Ook zullen er vragenlijsten worden afgenomen op dag 1, 3 en 7 om
hongergevoel en verzadiging te bepalen (VAS score)
- Op dag 6 (tijdsinvestering van 8 uur) zullen we de zuurstofspanning in het
vetweefsel en de skeletspier bepalen (gebruikmakend van een optochemisch
meetsysteem met twee kanalen), de vetweefsel doorbloeding (xenon wash-out
techniek).
- Op dag 7 (tijdsinvestering van 5 uur) word er een maaltijdtest uitgevoerd met
een hoog vet gehalte om te bepalen wat de nuchtere en postprandiale
metabolieten concentraties zijn. Ook zal het substraat metabolisme (indirecte
calorimetrie) en de systemische inflammatie worden bepaald.
- Op dag 8 (tijdsinvestering van 8 uur) zal de perifere en hepatische
insulinegevoeligheid worden bepaald (2-staps clamp) en zullen er biopten van de
skeletspier en het vetweefsel worden genomen voor de meting en tijden
insuline-gestimuleerde condities (steady-state van de clamp).

Dus na het vooronderzoek en de basale metabolisme meting en de
lichaamssamenstelling (DEXA) zullen proefpersonen ongeveer 122 uren aan de
totale studie moeten investeren.

De proefpersonen zullen worden blootgesteld aan: 1) milde intermitterende hypoxie (15% O2; gelijk aan ongeveer 2800m hoogte) 2) normoxia (21% O2) voor 7 achtereenvolgende dagen (3 cyclussen van 2 uur per dag in een ruimte op zeeniveau, met 1 uur normoxie condities tussen de cyclussen door) gescheiden door een wash-out periode van 4 weken.

- Tijdens een aantal bezoeken zullen er bloedmonsters worden afgenomen via een
catheter. Soms kan er lokaal een blauwe plek of hematoom ontstaan. Sommige
proefpersonen rapporteren ook pijn tijdens het inbrengen van deze catheter.
- Tijd de bezoeken op dag 5 (twee keer door cross-over design) zal er een
microdialyse probe worden geplaatst in het onderhuidse buikvet onder sterile
condities 6-8 cm rechts naast de navel. Een uur voor het inbrengen van de probe
zal de huid worden verdooft met een lidocaine en prolocaine houdende creme
(EMLA, Astra Pharmacuetica, Zoetermeer, The Netherlands). De microdialyse
catheter zal ook in de skeletspier van de kuit (gastrocnemius spier) worden
ingebracht onder lokale verdoving. Het inbrengen van de probes in zo goed als
pijnloos.
- Door de locale verdoving zijn de biopten van het vet- en spierweefsel zo goed
als pijnloos. Proefpersonen kunnen zich lichtelijk discomfortable voelen tijden
het spierbiopt (door de druk tijdens het inbrengen van de naald). Soms komt het
voor dat er ongevoeligheid of juist overgevoeligheid optreed van de huid rondom
de plek waar het biopt is afgenomen, dit kan tot een aantal weken/maanden
duren. Daarnaast kan de bioptafname een lokaal hematoom of blauwe plek
veroorzaken. Om het risico op een hematoom te verkleinen zal de plek waar het
spierbiopt is afgenomen worden ingetapet met een elastiek compressie bandage,
en de plek waar het vetbiopt is afgenomen zal voor minimaal 5 minuten worden
afgeduwd. De plek waar een kleine snede is gemaakt kan een klein litteken
achterlaten, door gebruik te maken van sterile steristrips en waterdichte
pleisters zal ook dit worden geminimaliseerd.
- De total radioactieve blootstelling (effectieve dosis) tijdens dit onderzoek
(inclusief 133Xe en de DEXA scan) is 0.09 mSv (4% van de totale achtergrond
straling in Nederland per jaar).
- Blootstelling aan 15% zuurstof (~2800m) zal worden toegepast. Vanaf ~2500m
kunnen er symptomen van acute hoogteziekte (o.a. hoofdpijn, misselijkheid)
optreden. De meeste mensen ervaren deze symptomen nog niet op de door ons
toegepaste hoogste. Wij zullen dit monitoren door een Lake Louise Acute
Mountain Sickness (AMS) score vragenlijst af te nemen. Om te zorgen dat de
milde intermitterende hypoxie blootstelling geen nadelige effecten veroorzaakt
zullen wij de zuurstofverzadiging (Sp,O2, %) continu monitoren tijdens het de
blootstelling (gebruikmakend van vinger pulse oximetrie), en ook de bloedruk
zal iedere dag worden bepaald.