Ghiandole surrenali umane secernono vitamina C in risposta all’ormone adrenocorticotrofico

ABSTRACT

Background: Quando l’assunzione di vitamina C proviene dagli alimenti, le concentrazioni plasmatiche a digiuno non superano 80 μmol/L. Abbiamo postulato che tale stretto controllo permette una funzione paracrina della vitamina C.

Obiettivo: Lo scopo di questo studio era di determinare se la secrezione paracrina di vitamina C dalle ghiandole surrenali si verifica.

Design: Durante la valutazione diagnostica di 26 pazienti con iperaldosteronismo, abbiamo somministrato l’ormone adrenocorticotrofico per via endovenosa e misurato la vitamina C e il cortisolo nelle vene surrenali e periferiche.

Risultati: Le concentrazioni di vitamina C nelle vene surrenali sono aumentate in tutti i casi e hanno raggiunto un picco di 176 ± 71 μmol/L a 1-4 min, mentre le corrispondenti concentrazioni di vitamina C nelle vene periferiche erano 35 ± 15 μmol/L (P < 0.0001). Media vena surrenale vitamina C è aumentato da 39 ± 15 μmol / L a 0 min, è salito a 162 ± 101 μmol / L a 2 min, ed è tornato a 55 ± 16 μmol / L a 15 min. Vena surrenale rilascio di vitamina C ha preceduto il rilascio di cortisolo vena surrenale, che è aumentato da 1923 ± 2806 nmol / L a 0 min a 27 191 ± 16 161 nmol / L a 15 min (P < 0.0001). Il cortisolo plasmatico periferico è aumentato da 250 ± 119 nmol/L a 0 min a 506 ± 189 nmol/L a 15 min (P < 0.0001).

Conclusioni: La stimolazione dell’ormone adrenocorticotrofico aumenta le concentrazioni di vitamina C nella vena surrenale ma non in quella periferica. Questi dati sono i primi nell’uomo che dimostrano che la secrezione di vitamina regolata dall’ormone si verifica e che la secrezione paracrina di vitamina C surrenale è parte della risposta allo stress. Lo stretto controllo della concentrazione periferica di vitamina C permette concentrazioni locali più elevate che possono avere funzioni paracrine.

INTRODUZIONE

La risposta fisiologica allo stress è coordinata dalla ghiandola pituitaria, che secerne ormoni trofici in risposta all’input del sistema nervoso centrale dall’ipotalamo. L’essenziale ormone adrenocorticotrofico (ACTH) secreto dall’ipofisi stimola le ghiandole surrenali a sintetizzare e secernere cortisolo. Negli animali, l’ACTH causa anche la perdita di vitamina C dalle surrenali (1-3). Le ghiandole surrenali sono ricche di vitamina C, con concentrazioni fino a 10 mmol/L (4). Per queste ragioni, la vitamina C e lo stress negli esseri umani sono stati a lungo associati, nonostante la mancanza di prove dirette di tale legame. Non ci sono dati sull’uomo, e le prove sugli animali sono incoerenti per quanto riguarda l’utilizzo all’interno delle surrenali o il rilascio dalle surrenali che potrebbe aumentare le concentrazioni di vitamina C nelle vene locali o sistemiche (4).

L’uomo, a differenza della maggior parte degli animali, non può sintetizzare la vitamina C e deve invece ottenerla dalla dieta. Gli esseri umani sani che consumano 200-300 mg di vitamina C/d, una quantità ottenibile da alimenti come frutta e verdura in cui la vitamina è abbondante, mantengono concentrazioni plasmatiche stabili a digiuno di 70-80 μmol/L (5, 6). Le concentrazioni plasmatiche di vitamina C strettamente controllate vengono superate transitoriamente con dosi orali di ≥1 g in quantità ottenibili solo da integratori e non da alimenti. Concentrazioni prodotte da dosi di integratori ≥500 mg non si verificherebbero in natura (7). Nei tessuti diversi dai globuli rossi, le concentrazioni intracellulari di vitamina C sono solitamente mantenute nell’intervallo millimolare, in contrasto con l’intervallo micromolare nel plasma (8, 9). Lo stretto controllo osservato delle concentrazioni plasmatiche e tissutali di vitamina C è mediato dall’assorbimento gastrointestinale, dal trasporto cellulare e dal riassorbimento ed escrezione renale. Il controllo particolarmente stretto delle concentrazioni plasmatiche derivante dall’ingestione di quantità di vitamina C presenti negli alimenti (5-7) potrebbe facilitare le azioni paracrine della vitamina, se le concentrazioni locali fossero più elevate. Abbiamo ipotizzato che le ghiandole surrenali secernono vitamina C dopo lo stress simulato e che uno stretto controllo delle concentrazioni plasmatiche di vitamina C permetterebbe alle concentrazioni intraadrenali di vitamina C di essere molto più alte di quelle nelle vene periferiche. Per testare questo, abbiamo studiato pazienti con iperaldosteronismo sottoposti a prelievo nelle vene surrenali per una diagnosi specifica. In questi pazienti, abbiamo misurato le concentrazioni di vitamina C e cortisolo nelle vene surrenali e periferiche dopo la somministrazione di ACTH.

SOGGETTI E METODI

Soggetti

Abbiamo studiato 16 uomini e 10 donne di 52,3 ± 8,6 anni (range: 32-68 anni) sottoposti a prelievo bilaterale nelle vene surrenali al National Institutes of Health. I soggetti avevano caratteristiche cliniche e biochimiche di iperaldosteronismo e sono stati inviati per il campionamento della vena surrenale per differenziare tra adenoma surrenale secernente aldosterone e iperplasia come causa di iperaldosteronismo.

Tutti i pazienti hanno dato il consenso informato scritto. Il protocollo dello studio è stato approvato dal comitato di revisione istituzionale del National Institutes of Health.

Il campionamento della vena surrenale

Il campionamento della vena surrenale è stato eseguito al mattino dopo un digiuno notturno. I pazienti hanno ricevuto 2 mg di midazolam somministrato per via endovenosa all’inizio della procedura. Sono state inserite due cannule venose periferiche, una per il campionamento del sangue e l’altra per le infusioni di farmaci. Entrambe le vene surrenali sono state incannulate attraverso la vena femorale, e l’incannulamento è stato guidato dall’angiografia digitale a sottrazione (10). I campioni di sangue sono stati prelevati da ciascuna vena surrenale e la vena periferica al tempo 0. Un bolo di 250 μg di ACTH è stato dato per via endovenosa e poi 250 μg ACTH in 250 mL di soluzione fisiologica normale è stato infuso per via endovenosa ad una velocità di 200 mL/h. I campioni di sangue sono stati raccolti a 0, 2, 4, 6, 8, 10 e 15 min.

Assaggi

Tutti i campioni sono stati analizzati per le concentrazioni di vitamina C e cortisolo. I campioni di sangue sono stati tenuti in ghiaccio fino alla fine del campionamento. Il plasma è stato trattato a 4 °C per le analisi della vitamina C e del cortisolo come descritto in precedenza (5, 11). Brevemente, 1-5 mL di sangue intero eparinizzato sono stati centrifugati a 1000 × g per 10 minuti a 4 °C. Plasma (surnatante) è stato rimosso, diluito 1-in-5 con 90% metanolo / acqua contenente 1 mmol EDTA / L, e vigorosamente mescolato con il vortex per 10 s. Proteina precipitata è stato rimosso mediante centrifugazione a 25 000 × g per 20 min a 4 ° C. I surnatanti sono stati conservati a -80 °C fino alla loro analisi. Per l’acido ascorbico, tutti i campioni dello stesso paziente sono stati analizzati insieme utilizzando HPLC con rilevamento elettrochimico coulometrico (12, 13). I CV intra-saggio e inter-saggio erano <1% e <3%, rispettivamente. Il cortisolo plasmatico è stato misurato utilizzando il test Immulite 2000 Cortisol Immunoassay. I CV intra-saggio e inter-saggio erano rispettivamente del 6% e del 9%.

Analisi statistica

I risultati sono stati confrontati utilizzando test T appaiati o analisi della varianza a misure ripetute (ANOVA) con post test di Bonferroni quando appropriato, e sono stati calcolati valori P a 2 code. I campioni di vena surrenale prelevati dalle ghiandole surrenali destra e sinistra erano correlati perché provenivano dallo stesso paziente. Tuttavia, c’erano variazioni tra i valori di destra e di sinistra a causa di differenze nella posizione del catetere, nell’anatomia venosa o forse in altri fattori locali. Poiché non tutte le 47 coppie di misurazioni di vitamina C e cortisolo disponibili erano statisticamente indipendenti (provenivano da 26 soggetti, la maggior parte dei quali ha contribuito con 2 coppie di misurazioni), abbiamo usato un calcolo aggiustato per calcolare la significatività della correlazione del campione osservata. Questo calcolo tiene conto di questo raggruppamento (le osservazioni sono indipendenti tra i cluster ma possono essere dipendenti all’interno di un cluster) e utilizza un calcolo robusto della varianza (lo stimatore a sandwich Huber-White della varianza) nel software statistico STATA (versione 8.2; Stata Corporation, College Station, TX).

RESULTS

Con il cateterismo della vena surrenale, i campioni di sangue sono stati ottenuti con successo da entrambe le ghiandole surrenali in 21 pazienti e da una ghiandola surrenale in 5 pazienti. Ventuno pazienti avevano un adenoma surrenale unilaterale e 5 avevano un’iperplasia surrenale bilaterale. Per questo studio, i campioni sono stati analizzati per la vitamina C e il cortisolo. Dopo la stimolazione dell’ACTH, le concentrazioni di vitamina C nelle vene surrenali sono aumentate in ogni vena surrenale campionata (Figura 1). I valori più alti, concentrazioni medie ± SD di 176 ± 71 μmol/L, sono stati raggiunti tra 1 e 4 min, ed erano significativamente (P < 0.0001) superiori alle corrispondenti concentrazioni di vitamina C del plasma periferico di 35 ± 15 μmol/L. Misure ripetute ANOVA delle concentrazioni di vitamina C della vena surrenale hanno dato un valore P corretto da Huynh-Feldt di <0.0001. Media surrenale vena vitamina C aumentato da 39 ± 15 μmol / L a 0 min a 162 ± 101 μmol / L a 2 min e tornò a 55 ± 16 μmol / L a 15 min (Figura 2). Bonferroni-adjusted concentrazioni di vitamina C della vena surrenale a 2 min erano significativamente maggiori di quelli a 0, 6, 8, 10, e 15 min. Vena periferica vitamina C concentrazioni ha mostrato un cambiamento significativo (P = 0.002 da ripetute misure ANOVA con Huynh-Feldt correzione), ma la direzione del cambiamento non era coerente e la sua grandezza era piccola (gamma: 32-37 μmol / L). Le concentrazioni di cortisolo della vena surrenale sono aumentate da 1923 ± 2806 nmol/L a 0 min a 27 191 ± 16 161 nmol/L a 15 min (P < 0.0001). Il cortisolo plasmatico periferico è aumentato da 250 ± 119 nmol/L a 0 min a 506 ± 189 nmol/L a 15 min (P < 0.0001) (Figura 3).

Perché il cateterismo della vena surrenale è una procedura invasiva con un piccolo rischio di gravi complicazioni, la secrezione di vitamina C nelle persone sane non è stata studiata. Per stabilire se le ghiandole surrenali normali secernono vitamina C e, in caso affermativo, per determinare se differiscono dalle ghiandole surrenali anormali per quanto riguarda la secrezione di vitamina C, abbiamo confrontato la secrezione di acido ascorbico dai 21 pazienti con adenomi surrenali unilaterali con le surrenali normali controlaterali degli stessi pazienti (Figura 3). I dati mostrano che la secrezione di acido ascorbico non differiva significativamente a seconda della presenza o meno di adenoma surrenale. Picco di vitamina C della vena surrenale e concentrazioni di cortisolo erano fortemente correlati in tutte le surrenali (r2 = 0.35, P < 0.001; Figura 4). Le correlazioni tra il picco di vitamina C della vena surrenale e cortisolo per le ghiandole surrenali normali, per le ghiandole surrenali con adenoma, e per le ghiandole surrenali iperplastiche sono mostrati. L’analisi della covarianza con interazione per verificare se le 3 pendenze erano uguali non ha trovato alcuna differenza significativa tra le 3 pendenze.

DISCUSSIONE

Questi dati sono la prima descrizione in qualsiasi specie di concentrazioni simultanee di vitamina C nella vena surrenale e periferica dopo la stimolazione ACTH e la prima ad indicare che la funzione putativa di vitamina C secreta deve essere locale piuttosto che sistemica. Dopo la stimolazione ACTH, picco di vitamina C surrenale concentrazioni (176 ± 71 μmol / L) sono stati significativamente (P < 0.0001) superiore a corrispondenti concentrazioni di vitamina C vena periferica (35 ± 15 μmol / L). Questo non era un aumento sostenuto, ma piuttosto un picco di secrezione, e il più alto valore medio a 2 min era significativamente maggiore dei valori a 0, 6, 8, 10 e 15 min. Tale picco non si è verificato nella vena periferica e potrebbe avere solo un’azione locale nella ghiandola surrenale. Il rilascio di cortisolo è stato chiaramente preceduto dal rilascio di vitamina C, che stava calando con l’aumento del rilascio di cortisolo. Piccole variazioni osservate nelle concentrazioni di vitamina C della vena periferica erano incoerenti nella direzione e molto più piccolo in grandezza di quelli che seguono i pasti normali. Quindi, queste variazioni sono improbabili per avere alcun significato fisiologico.

Un rapido aumento delle concentrazioni di vitamina C della vena surrenale, ma non periferica vena fornisce diverse intuizioni romanzo. Una intuizione è che, negli esseri umani, la secrezione di vitamina C surrenale è parte integrante della risposta allo stress. La funzione della vitamina C rilasciato nella risposta allo stress è sconosciuta, ma può includere l’estinzione di ossidanti rilasciati durante la steroidogenesi (14); protezione ossido nitrico o sintesi per promuovere il rilascio di cortisolo (15) o vasodilatazione locale, che può aumentare la consegna cortisolo al midollo, la vena cava, o entrambi; o la modifica della sensibilità del recettore ACTH. Inoltre, parte del sangue midollare ha origine nella corteccia surrenale e si arricchisce di cortisolo e vitamina C secreta dalla corteccia surrenale. La vitamina C è un cofattore necessario per la sintesi della norepinefrina localizzata nel midollo surrenale, mentre il cortisolo aumenta la biosintesi di epinefrina dalla norepinefrina nel midollo surrenale mediante l’up-regolazione della feniletanolamina-N-metiltransferasi. Le concentrazioni locali di vitamina C midollari risultanti dal rilascio di vitamina C indotto dall’ACTH possono garantire che la sintesi di norepinefrina proceda sempre alla massima velocità (V̇max) (16, 17). Poiché la norepinefrina è il substrato per la sintesi di epinefrina, e poiché il cortisolo locale può up-regolare la feniletanolamina-N-metiltransferasi, gli effetti combinati della vitamina C e del sangue arricchito di cortisolo dalla corteccia surrenale potrebbero anche garantire che la sintesi di epinefrina proceda a V̇max nel midollo surrenale (4, 18).

Un’altra intuizione, sostenuta dai nuovi dati qui presentati, è il concetto che uno scopo del controllo stretto delle concentrazioni plasmatiche di vitamina C è quello di consentire concentrazioni locali intraadrenali molto più elevate per verificarsi transitoriamente. Quando la vitamina C è ottenuta dagli alimenti, nonostante le varie assunzioni alimentari, le concentrazioni plasmatiche di vitamina C a digiuno allo stato stazionario non superano 70-80 μmol/L negli esseri umani (5-7). In un’altra intuizione, come mostrato qui, la funzione della vitamina C rilasciato deve essere locale, all’interno surrenali, piuttosto che sistemica. Inoltre, a causa delle limitazioni di campionamento del sangue, le concentrazioni misurate molto probabilmente sottostimare vere concentrazioni intra-adrenali. Il sangue campionato riflette la diluizione del deflusso della vena surrenale che è dovuto al posizionamento del catetere. Ascorbato rilasciato all’interno surrenale è diluito in un volume di sangue venoso crescente prima di raggiungere il catetere. Quindi, uno stretto controllo delle concentrazioni plasmatiche periferiche di vitamina C può permettere il verificarsi di concentrazioni molto più elevate di vitamina rilasciata localmente, e tali concentrazioni possono avere funzioni speciali. Come corollario e come un’altra intuizione nuova, mostriamo, per la prima volta negli esseri umani, ormone-stimolato secrezione di qualsiasi vitamina, non solo la vitamina C. Questi dati indicano che una sostanza che è un nutriente essenziale può anche avere imprevisto paracrino o locale ormone-come proprietà.

Cateterismo della vena surrenale è una procedura tecnicamente impegnativa, ulteriormente complicata da variazioni nel drenaggio della vena surrenale. Spesso non è chiaro se le basse concentrazioni di cortisolo nel sangue della vena surrenale derivano dallo spostamento del catetere o da qualche altra ragione. La misurazione della concentrazione di vitamina C nella vena surrenale è utile come misura aggiuntiva del posizionamento del catetere ed è così usata nella nostra istituzione ora. Sono in corso sforzi per sviluppare un test rapido della vitamina C che darà una risposta mentre il paziente è ancora sul tavolo – cioè, prima che il cateterismo sia finito.

Se la secrezione di vitamina C surrenale ha conseguenze fisiologiche, si dovrebbe prendere in considerazione l’assunzione di vitamina C oltre a quella possibile dai soli alimenti. Integratori di vitamina C di 1 g, presi due volte al giorno come supplemento, possono produrre concentrazioni plasmatiche di picco transitorie di ≈140 μmol/L. Dosi più elevate assunte più frequentemente – ad esempio, ogni 4-6 ore – possono produrre concentrazioni plasmatiche di picco transitorie che si avvicinano a 200 μmol/L, e le concentrazioni medie sarebbero solo leggermente inferiori (7) Queste concentrazioni sono possibili solo da integratori orali o iniezione endovenosa; ci si aspetta che siano distribuite uniformemente nel plasma, comprese le vene surrenali; e simulano alcune concentrazioni misurate in campioni di vene surrenali in questo studio. Tuttavia, queste concentrazioni non riflettono le maggiori concentrazioni intra-adrenali previste con il rilascio di vitamina C indotta da ACTH. Non è noto se tali concentrazioni prodotte da integratori avranno conseguenze di segnalazione paracrina involontaria. Infine, non possiamo determinare dai dati presentati qui se la secrezione di vitamina C si verifica durante la secrezione episodica ACTH dalla ghiandola pituitaria.

Ringraziamo Mark E Ruddel per l’esecuzione delle analisi di cortisolo, Anthony Lafferty per i contributi alla cura del paziente e Robert Wesley per consigli statistici.

Le responsabilità degli autori sono le seguenti: JLD, JG e ML: concetto e disegno dello studio; SJP, JLD, RC, WY, DAP e ML: raccolta e analisi dei dati e interpretazione dei risultati; SJP e ML: scrittura del manoscritto; e tutti gli autori (tranne JLD, che è deceduto) hanno rivisto il manoscritto finale. La fonte di finanziamento non ha avuto alcun ruolo nel disegno dello studio, nella raccolta, nell’analisi e nell’interpretazione dei dati, o nella scrittura o nella presentazione dell’articolo per la pubblicazione. Nessuno degli autori ha avuto un conflitto di interessi personale o finanziario.