Human adrenal glands secrete vitamin C in response to adrenocorticotrophic hormone

ABSTRACT

Achtergrond: Bij inname van vitamine C uit voedsel overschrijden de nuchtere plasmaconcentraties de 80 μmol/L niet. Wij stelden dat een dergelijke strikte controle een paracriene functie van vitamine C mogelijk maakt.

Doelstelling: Het doel van deze studie was om te bepalen of paracriene secretie van vitamine C vanuit de bijnieren optreedt.

Ontwerp: Tijdens diagnostische evaluatie van 26 patiënten met hyperaldosteronisme, dienden wij adrenocorticotroof hormoon intraveneus toe en maten vitamine C en cortisol in bijnier- en perifere aderen.

Resultaten: Bijnier vitamine C concentraties stegen in alle gevallen en bereikten een piek van 176 ± 71 μmol/L op 1-4 min, terwijl de overeenkomstige perifere vene vitamine C concentraties 35 ± 15 μmol/L waren (P < 0.0001). De gemiddelde vitamine C concentratie in de bijnier steeg van 39 ± 15 μmol/L bij 0 min, steeg tot 162 ± 101 μmol/L bij 2 min, en keerde terug tot 55 ± 16 μmol/L bij 15 min. Bijnier vitamine C-afgifte ging vooraf aan de afgifte van bijniercortisol, dat steeg van 1923 ± 2806 nmol/L bij 0 min tot 27 191 ± 16 161 nmol/L bij 15 min (P < 0.0001). Perifeer plasma cortisol steeg van 250 ± 119 nmol/L bij 0 min tot 506 ± 189 nmol/L bij 15 min (P < 0.0001).

Conclusies: Adrenocorticotroof hormoon stimulatie verhoogt de bijnierader maar niet de perifere veneuze vitamine C concentraties. Deze gegevens zijn de eerste bij mensen die aantonen dat hormoongereguleerde vitamine secretie plaatsvindt en dat bijnier vitamine C paracriene secretie deel uitmaakt van de stressrespons. Strikte controle van de perifere vitamine C-concentratie laat hogere lokale concentraties toe die paracriene functies kunnen hebben.

INLEIDING

De fysiologische respons op stress wordt gecoördineerd door de hypofyse, die trofische hormonen afscheidt in antwoord op input van het centrale zenuwstelsel vanuit de hypothalamus. Het essentiële adrenocorticotrofe hormoon (ACTH) dat door de hypofyse wordt afgescheiden, stimuleert de bijnieren tot de synthese en afscheiding van cortisol. Bij dieren veroorzaakt ACTH ook vitamine C-verlies uit de bijnieren (1-3). Bijnieren zijn rijk aan vitamine C, met concentraties tot 10 mmol/L (4). Om deze redenen worden vitamine C en stress bij mensen al lang met elkaar in verband gebracht, ondanks een gebrek aan direct bewijs voor een dergelijk verband. Er zijn geen menselijke gegevens, en dierlijk bewijs is inconsistent met betrekking tot gebruik binnen de bijnieren of afgifte uit de bijnieren die de vitamine C concentraties in lokale of systemische aderen zou kunnen verhogen (4).

Mensen, in tegenstelling tot de meeste dieren, kunnen geen vitamine C synthetiseren en moeten het in plaats daarvan uit de voeding halen. Gezonde mensen die 200-300 mg vitamine C per dag consumeren, een hoeveelheid die kan worden verkregen uit voedingsmiddelen zoals groenten en fruit, waarin de vitamine overvloedig aanwezig is, behouden een steady-state nuchtere plasmaconcentratie van 70 tot 80 μmol/L (5, 6). Nauwkeurig gecontroleerde plasma vitamine C concentraties worden tijdelijk overschreden bij orale doses van ≥1 g in hoeveelheden die alleen uit supplementen en niet uit voedsel kunnen worden verkregen. Concentraties die worden geproduceerd door supplementdoses van ≥500 mg zouden in de natuur niet voorkomen (7). In andere weefsels dan de rode bloedcellen worden de intracellulaire concentraties van vitamine C gewoonlijk in het millimolaire bereik gehandhaafd, in tegenstelling tot het micromolaire bereik in plasma (8, 9). De waargenomen strakke controle van vitamine C plasma- en weefselconcentraties wordt bemiddeld door gastro-intestinale absorptie, cellulair transport, en renale reabsorptie en excretie. De bijzonder strenge controle van plasmaconcentraties als gevolg van inname van vitamine C hoeveelheden in voedingsmiddelen (5-7) zou paracriene acties van de vitamine kunnen vergemakkelijken, indien de lokale concentraties hoger zouden zijn. Wij veronderstelden dat de bijnieren vitamine C afscheiden na gesimuleerde stress en dat een strakke controle van de plasma vitamine C concentraties zou toelaten dat de intraadrenale vitamine C concentraties veel hoger zouden zijn dan die in de perifere venen. Om dit te testen, bestudeerden wij patiënten met hyperaldosteronisme die een bijnieraderstaalname ondergingen voor specifieke diagnose. Bij deze patiënten maten we bijnier- en perifere veneuze vitamine C en cortisolconcentraties na ACTH toediening.

SUBJECTEN EN METHODEN

Volwassenen

We bestudeerden 16 mannen en 10 vrouwen in de leeftijd van 52,3 ± 8,6 jaar (range: 32-68 jaar) die bilaterale bijnierader sampling ondergingen bij de National Institutes of Health. De proefpersonen hadden klinische en biochemische kenmerken van hyperaldosteronisme en werden doorverwezen voor bijnierader sampling om te differentiëren tussen aldosteron-secreting adrenal adenoma en hyperplasie als de oorzaak van hyperaldosteronisme.

Alle patiënten gaven schriftelijke geïnformeerde toestemming. Het studieprotocol werd goedgekeurd door de institutionele beoordelingsraad van de National Institutes of Health.

Bijnieraderbemonstering

Bijnieraderbemonstering werd ’s morgens uitgevoerd na een nacht vasten. Patiënten kregen 2 mg midazolam intraveneus toegediend aan het begin van de procedure. Twee perifere veneuze canules werden ingebracht, een voor bloedafname en de andere voor medicijn infusies. Beide bijnieraders werden ingebracht via de femorale vene, en de cannulatie werd geleid door digitale subtractie angiografie (10). Bloedmonsters werden genomen uit elke bijnier ader en de perifere ader op het tijdstip 0. Een bolus van 250 μg ACTH werd intraveneus toegediend en vervolgens werd 250 μg ACTH in 250 ml normale zoutoplossing intraveneus toegediend met een snelheid van 200 ml / h. Bloedmonsters werden verzameld op 0, 2, 4, 6, 8, 10, en 15 min.

Assays

Alle monsters werden geanalyseerd voor vitamine C en cortisol concentraties. De bloedmonsters werden op ijs bewaard tot het einde van de bemonstering. Plasma werd verwerkt bij 4 °C voor vitamine C en cortisol analyses zoals eerder beschreven (5, 11). Kort gezegd, 1-5 ml gehepariniseerd volbloed werd gecentrifugeerd bij 1000 × g gedurende 10 min bij 4 °C. Plasma (supernatant) werd verwijderd, verdund 1-op-5 met 90% methanol / water met 1 mmol EDTA / L, en krachtig gemengd door vortex gedurende 10 s. Neergeslagen eiwit werd verwijderd door centrifugatie bij 25 000 × g gedurende 20 min bij 4 ° C. De supernatanten werden bij -80 °C bewaard totdat ze werden geanalyseerd. Voor ascorbinezuur werden alle monsters van dezelfde patiënt samen geanalyseerd met behulp van HPLC met coulometrische elektrochemische detectie (12, 13). De intraassay- en interassay-CV’s bedroegen respectievelijk <1% en <3%. Plasmacortisol werd gemeten met behulp van Immulite 2000 Cortisol Immunoassay. De intraassay en interassay CVs waren respectievelijk 6% en 9%.

Statistische analyse

Resultaten werden vergeleken met behulp van gepaarde t-tests of repeated-measures analysis of variance (ANOVA) met Bonferroni’s post-test indien van toepassing, en 2-tailed P-waarden werden berekend. Bijnieradermonsters genomen van de rechter en linker bijnieren waren verwant omdat ze van dezelfde patiënt waren. Er waren echter variaties tussen de rechter en linker waarden vanwege verschillen in katheterpositie, veneuze anatomie, of mogelijk andere lokale factoren. Omdat niet alle 47 beschikbare vitamine C en cortisol meetparen statistisch onafhankelijk waren (zij waren afkomstig van 26 proefpersonen, van wie de meesten 2 meetparen bijdroegen), gebruikten wij een aangepaste berekening om de significantie van de waargenomen steekproefcorrelatie te berekenen. Deze berekening houdt rekening met deze clustering (waarnemingen zijn onafhankelijk tussen clusters maar kunnen afhankelijk zijn binnen een cluster) en gebruikt een robuuste variantieberekening (de Huber-White sandwichschatter van variantie) in statistische software STATA (versie 8.2; Stata Corporation, College Station, TX).

RESULTATEN

Bij bijnieraderkatheterisatie werden met succes bloedmonsters verkregen uit beide bijnieren bij 21 patiënten en uit één bijnier bij 5 patiënten. Eenentwintig patiënten hadden een unilateraal adrenaal adenoom en 5 hadden bilaterale bijnierhyperplasie. Voor deze studie werden monsters geanalyseerd op vitamine C en cortisol. Na ACTH-stimulatie stegen de bijnierader vitamine C-concentraties in elke bemonsterde bijnierader (figuur 1). De hoogste waarden, gemiddelde ± SD concentraties van 176 ± 71 umol / L, werden bereikt tussen 1 en 4 min, en ze waren significant (P < 0,0001) hoger dan de overeenkomstige perifere plasma vitamine C concentraties van 35 ± 15 umol / L. Herhaalde-metingen ANOVA van bijnier vitamine C concentraties gaf een Huynh-Feldt gecorrigeerde P waarde van <0.0001. De gemiddelde bijnier vitamine C steeg van 39 ± 15 umol / L bij 0 min tot 162 ± 101 umol / L bij 2 min en keerde terug naar 55 ± 16 umol / L bij 15 min (figuur 2). Bonferroni-gecorrigeerde bijnier vitamine C concentraties bij 2 min waren significant groter dan die bij 0, 6, 8, 10, en 15 min. Perifere veneuze vitamine C-concentraties toonden een significante verandering (P = 0,002 door herhaalde maatregelen ANOVA met Huynh-Feldt correctie), maar de richting van de verandering was inconsistent en de omvang was klein (bereik: 32-37 umol / L). Cortisolconcentraties in de bijnierader stegen van 1923 ± 2806 nmol/L bij 0 min tot 27 191 ± 16 161 nmol/L bij 15 min (P < 0.0001). Perifeer plasma cortisol steeg van 250 ± 119 nmol/L bij 0 min tot 506 ± 189 nmol/L bij 15 min (P < 0.0001) (figuur 3).

Omdat bijnierveneuze katheterisatie een invasieve procedure is met een klein risico op ernstige complicaties, werd de vitamine C-secretie bij gezonde personen niet bestudeerd. Om na te gaan of normale bijnieren vitamine C afscheiden en, zo ja, om te bepalen of het verschilt van abnormale bijnieren met betrekking tot vitamine C secretie, vergeleken we ascorbinezuur secretie van de 21 patiënten met unilaterale adrenale adenomen met de contralaterale normale bijnieren van dezelfde patiënten (figuur 3). De gegevens tonen aan dat ascorbinezuur secretie niet significant verschilde afhankelijk van de vraag of adrenaal adenoom aanwezig was of niet. Piek bijnierader vitamine C en cortisol concentraties waren sterk gecorreleerd in alle bijnieren (r2 = 0,35, P < 0,001; figuur 4). De correlaties tussen piek bijnier vitamine C en cortisol voor normale bijnieren, voor bijnieren met adenoom, en voor hyperplastische bijnieren worden getoond. Analyse van covariantie met interactie om te testen of de 3 hellingen gelijk waren, vond geen significant verschil tussen de 3 hellingen.

DISCUSSIE

Deze gegevens zijn de eerste beschrijving bij een diersoort van gelijktijdige bijnierader en perifere vitamine C concentraties na ACTH stimulatie en de eerste om aan te geven dat de vermeende functie van afgescheiden vitamine C lokaal moet zijn in plaats van systemisch. Na ACTH-stimulatie waren de piekconcentraties van vitamine C in de bijnieren (176 ± 71 μmol/L) significant (P < 0,0001) hoger dan de overeenkomstige perifere vitamine C-concentraties (35 ± 15 μmol/L). Dit was geen aanhoudende stijging maar eerder een secretoire piek, en de hoogste gemiddelde waarde op 2 min was significant groter dan de waarden op 0, 6, 8, 10, en 15 min. Een dergelijke piek trad niet op in de perifere ader en zou alleen een lokale werking in de bijnier kunnen hebben. Cortisol-afgifte werd duidelijk voorafgegaan door vitamine C-afgifte, die afnam naarmate de cortisol-afgifte toenam. Kleine variaties die werden waargenomen in de perifere veneuze vitamine C concentraties waren inconsistent in richting en veel kleiner in omvang dan die welke volgen op normale maaltijden. Daarom is het onwaarschijnlijk dat deze variaties enige fysiologische betekenis hebben.

Een snelle toename van de bijnierader maar niet van de perifere veneuze vitamine C concentraties geeft verschillende nieuwe inzichten. Eén inzicht is dat, bij mensen, de bijnier vitamine C secretie een integraal onderdeel is van de stressrespons. De functie van vrijgekomen vitamine C in de stressrespons is onbekend, maar het zou kunnen gaan om het doven van oxidanten die vrijkomen tijdens de steroïdogenese (14); bescherming of synthese van stikstofmonoxide om de afgifte van cortisol te bevorderen (15) of lokale vasodilatatie, die de cortisolafgifte aan de medulla, de vena cava, of beide kan verhogen; of de wijziging van de gevoeligheid van de ACTH-receptor. Bovendien is een deel van het medullaire bloed afkomstig van de bijnierschors en verrijkt met cortisol en vitamine C die door de bijnierschors wordt afgescheiden. Vitamine C is een cofactor die nodig is voor de synthese van noradrenaline die gelokaliseerd is in de bijnier medulla, terwijl cortisol de biosynthese van epinefrine uit noradrenaline in de bijnier medulla verhoogt door de opregulatie van fenylethanolamine-N-methyltransferase. De lokale medullaire vitamine C-concentraties als gevolg van ACTH-geïnduceerde vitamine C-afgifte kunnen ervoor zorgen dat de noradrenaline-synthese altijd op maximale snelheid (V̇max) verloopt (16, 17). Omdat noradrenaline het substraat is voor de synthese van epinefrine, en omdat lokaal cortisol fenylethanolamine-N-methyltransferase kan up-reguleren, zou het gecombineerde effect van vitamine C en cortisol-verrijkt bloed van de bijnierschors er ook voor kunnen zorgen dat de synthese van epinefrine op V̇max in de bijnier medulla verloopt (4, 18).

Een ander inzicht, ondersteund door de hier gepresenteerde nieuwe gegevens, is het concept dat één doel van strakke controle van plasma vitamine C concentraties is om veel hogere lokale intraadrenale concentraties van voorbijgaande aard toe te staan. Wanneer vitamine C wordt verkregen uit voedsel, ondanks gevarieerde inname via het voedsel, overschrijden nuchtere steady-state plasma vitamine C concentraties niet de 70-80 μmol/L bij mensen (5-7). In een ander inzicht, zoals hier getoond, moet de functie van vrijgekomen vitamine C lokaal zijn, binnen de bijnieren, eerder dan systemisch. Bovendien onderschatten de gemeten concentraties, vanwege de beperkingen van bloedafname, zeer waarschijnlijk de werkelijke intraadrenale concentraties. Het bemonsterde bloed weerspiegelt de verdunning van de bijnier ader uitstroom die het gevolg is van katheter plaatsing. Ascorbaat dat vrijkomt in de bijnier wordt verdund in een toenemend veneus bloedvolume voordat het de katheter bereikt. Een strikte controle van de perifere plasma vitamine C concentraties kan dus het optreden van veel hogere concentraties van lokaal vrijgemaakte vitamine mogelijk maken, en dergelijke concentraties kunnen speciale functies hebben. Als uitvloeisel en als een ander nieuw inzicht, tonen wij, voor het eerst bij mensen, hormoon-gestimuleerde secretie van eender welke vitamine, niet enkel vitamine C. Deze gegevens wijzen erop dat een stof die een essentiële voedingsstof is, ook onverwachte paracriene of lokale hormoon-achtige eigenschappen kan hebben.

Adrenaal veneuze katheterisatie is een technisch uitdagende procedure, verder gecompliceerd door variaties in bijnierdrainage. Het is vaak onduidelijk of lage cortisolconcentraties in het bijnierveneuze bloed het gevolg zijn van katheterverplaatsing of een andere reden. Meting van de bijnierader vitamine C concentratie is nuttig als een aanvullende maat voor katheter plaatsing en wordt nu zo gebruikt in onze instelling. Er wordt gewerkt aan de ontwikkeling van een snelle vitamine C-test die uitsluitsel geeft terwijl de patiënt nog op de tafel ligt – d.w.z. voordat de katheterisatie is beëindigd.

Als de bijnier vitamine C-afscheiding fysiologische gevolgen heeft, moet worden overwogen om meer vitamine C in te nemen dan mogelijk is via voedsel alleen. Vitamine C-supplementen van 1 g, tweemaal daags ingenomen als supplement, kunnen voorbijgaande piekplasmaconcentraties van ≈140 μmol/L produceren. Hogere doses die vaker worden ingenomen – bijvoorbeeld om de 4-6 uur – kunnen voorbijgaande piekplasmaconcentraties van bijna 200 μmol/L veroorzaken, en de gemiddelde concentraties zouden slechts iets lager liggen (7). Deze concentraties zijn alleen mogelijk via orale supplementen of intraveneuze injectie, worden naar verwachting gelijkmatig verdeeld over het plasma, inclusief de bijnieraders, en komen overeen met sommige concentraties die in deze studie zijn gemeten in bijnieradermonsters. Deze concentraties weerspiegelen echter niet de hogere intraadrenale concentraties die worden verwacht bij door ACTH geïnduceerde vitamine C-afgifte. Het is niet bekend of dergelijke door supplementen geproduceerde concentraties onbedoelde paracriene signaleringsgevolgen zullen hebben. Tenslotte kunnen we uit de hier gepresenteerde gegevens niet vaststellen of vitamine C secretie optreedt tijdens episodische ACTH secretie door de hypofyse.

Wij danken Mark E Ruddel voor het uitvoeren van de cortisol analyses, Anthony Lafferty voor bijdragen aan de patiëntenzorg, en Robert Wesley voor statistisch advies.

De verantwoordelijkheden van de auteurs zijn als volgt-JLD, JG, en ML: studieconcept en ontwerp; SJP, JLD, RC, WY, DAP, en ML: gegevensverzameling en analyse en interpretatie van de resultaten; SJP en ML: schrijven van het manuscript; en alle auteurs (behalve JLD, die is overleden) hebben het uiteindelijke manuscript beoordeeld. De financierende bron had geen rol in de onderzoeksopzet, verzameling, analyse en interpretatie van gegevens, of in het schrijven of indienen van het artikel voor publicatie. Geen van de auteurs had een persoonlijk of financieel belangenconflict.

FOOTNOTES

Author notes