Studiendesign
In dieser randomisierten, doppelblinden, placebokontrollierten Studie werden gesunde übergewichtige und leicht fettleibige Probanden einer der drei Magnesiumgruppen oder der Placebokontrollgruppe zugeteilt. Diese Studie wird am University Medical Center Groningen (UMCG) durchgeführt. Das aktuelle Protokoll wurde in Übereinstimmung mit den Standard Protocol Items erstellt: Recommendations for Interventional Trials (SPIRIT)-Richtlinie erstellt (Abb. 1 und Additional file 1). Die Genehmigung der Ethikkommission wurde vom UMCG, Niederlande, eingeholt.
Zeitplan der Aufnahme, Interventionen und Bewertung. PWVc-f carotidal-femorale Pulswellengeschwindigkeit, PHQ-15 Patient Health Questionnaire
Charakteristika der Teilnehmer
Für die vorliegende Studie kommen nur Probanden in Frage, die eine schriftliche Einverständniserklärung abgeben. Darüber hinaus sollten die Teilnehmer zwischen 45 und 75 Jahre alt und übergewichtig oder leicht fettleibig sein (Body-Mass-Index zwischen 25 und 35 kg/m2), da davon auszugehen ist, dass diese Personen zu Beginn der Studie eine erhöhte arterielle Steifigkeit und einen erhöhten Blutdruck aufweisen, die durch die Intervention verbessert werden können. Um mögliche Schwankungen der Studienergebnisse aufgrund von hormonellen Effekten zu vermeiden, werden nur postmenopausale Frauen (≥ 2 Jahre nach der letzten Menstruation) in die Studie aufgenommen. Teilnehmerinnen, die eines der folgenden Kriterien erfüllen, sind von der Teilnahme an dieser Studie ausgeschlossen:
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hohe Magnesiumaufnahme (definiert als Magnesiumausscheidung im Urin von ≥ 7,0 oder ≥ 5.9 mmol/24 h für Männer bzw. Frauen);
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Plasmaglukose ≥ 7,0 mmol/l;
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Gesamtcholesterin im Serum ≥ 8,0 mmol/l;
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Triglyceride im Serum ≥ 2.2 mmol/l;
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aktueller Raucher oder Raucherentwöhnung < 12 Monate;
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Vorliegen eines Diabetes mellitus;
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familiäre Hypercholesterinämie;
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Missbrauch von Drogen;
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mehr als 21-maliger Alkoholkonsum pro Woche;
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instabiles Körpergewicht (Gewichtszunahme oder -abnahme > 3 kg in den letzten 3 Monaten);
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Verwendung von Protonenpumpenhemmern;
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Verwendung von Lipidsenkern und/oder blutdrucksenkenden Mitteln, die in den letzten 6 Monaten begonnen wurden;
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Verwendung von Magnesiumpräparaten oder einem Prüfpräparat innerhalb eines anderen biomedizinischen Mittels innerhalb der letzten 1 Monate;
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schwere Erkrankungen, die die Studie beeinträchtigen könnten, wie Epilepsie, Asthma, Nierenversagen oder Niereninsuffizienz, chronisch obstruktive Lungenerkrankungen, entzündliche Darmerkrankungen, autoinflammatorische Erkrankungen und rheumatoide Arthritis;
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aktive kardiovaskuläre Erkrankungen; oder
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nicht bereit sind, 8 Wochen vor Beginn der Studie und während der Studie auf eine Blutspende zu verzichten (oder Blut gespendet zu haben).
Interventionen
Die übergewichtigen und leicht fettleibigen Teilnehmer erhalten nach dem Zufallsprinzip: Magnesiumzitrat, Magnesiumoxid, Magnesiumsulfat oder Placebo. Ein Flussdiagramm der Studieninterventionen ist in Abb. 2 dargestellt. Die Studienteilnehmer werden aufgefordert, 24 Wochen lang dreimal täglich 2 Kapseln einzunehmen. An den Testtagen werden die ersten 2 Kapseln nach Abschluss aller Messungen eingenommen. Jedes Magnesiumpräparat enthält 75 mg Magnesium (Magnesiumcitratkomplex (Mg 15,5%), Magnesiumsulfatkomplex (17,4%) und Magnesiumoxidkomplex (60,3%); AMT Laboratories Inc.) Die tägliche Magnesiumzufuhr durch die 6 Kapseln beträgt somit 450 mg. Die Placebokapseln enthalten Stärke (Amylum solani). Die Gesamtbehandlungsdauer von 24 Wochen basiert auf unserer früheren Studie, die eine signifikante Wirkung der Magnesiumergänzung auf die arterielle Steifigkeit nach 24 Wochen zeigte. Zu Beginn der Behandlung und in den Wochen 2, 12 und 24 werden bei den Teilnehmern PWVc-f, Blutdruck und Körperzusammensetzung gemessen. Vor jedem Testtag werden die Teilnehmer 24-Stunden-Urin- und Stuhlproben abgeben. Darüber hinaus werden die Teilnehmer gebeten, vor jedem Testtag den Patientengesundheitsfragebogen (PHQ-15) auszufüllen. Der PHQ-15 ist eine Unterskala für somatische Symptome, die aus dem vollständigen PHQ abgeleitet wurde. Dieser Fragebogen umfasst etwa 15 somatische Symptome oder Symptomgruppen, die für mehr als 90 % der in der ambulanten Praxis berichteten körperlichen Beschwerden verantwortlich sind. Schließlich werden die Probanden alle Krankheitsanzeichen in Tagebüchern festhalten, ebenso wie die eingenommenen Medikamente und alle Abweichungen vom Protokoll während der Studie. Die Probanden werden gebeten, ihr körperliches Aktivitätsniveau, ihre Ernährungsgewohnheiten und ihren Alkoholkonsum während der gesamten Studie nicht zu verändern.
Flussdiagramm des Studiendesigns
Verblindung und Randomisierung
Um das Doppelblinddesign zu gewährleisten, werden optisch ähnliche Kapseln vom Labor Medisan (Heerenveen, Niederlande) verpackt und codiert, das die Studienmedikation (Magnesiumpräparate und Placebo) bereitstellt. Außerdem wird dieses Labor die Randomisierung durchführen. Dazu wird es eine kategorische Liste in logischer Reihenfolge erstellen. Diese Liste enthält für jeden Probanden eine Intervention. Anhand einer computergenerierten Liste mit Zufallszahlen werden die Probanden nach dem Zufallsprinzip einer der Gruppen zugeordnet. Daraus ergibt sich eine randomisierte Liste der Behandlungszuteilung.
Berechnung des Stichprobenumfangs
Die aktuelle Studie ist auf die arterielle Steifigkeit, den primären Endpunkt, ausgerichtet. Die erforderliche Stichprobengröße für die Prüfung der Nichtunterlegenheit wird auf der Grundlage einer Marge von 0,5 m/s, einer Wahrscheinlichkeit von 0,05 und einer Potenz von 0,80 berechnet. Daher werden 41 Probanden pro Magnesiumgruppe benötigt. Für den Vergleich von Magnesiumcitrat mit Placebo gehen wir davon aus, dass die für eine zweiarmige Studie berechnete Anzahl von Probanden pro Gruppe (n = 24) ausreichend ist. Da mit einer Abbruchquote von 10 % zu rechnen ist, werden 162 Personen für den Beginn der Studie rekrutiert. Wenn man davon ausgeht, dass nur 50 % der Probanden, die in das Screening eingeschlossen werden, alle Einschlusskriterien erfüllen und bereit sind, an der Studie teilzunehmen, werden voraussichtlich 324 Probanden an den Screening-Besuchen teilnehmen.
Diese Berechnung des Stichprobenumfangs basiert auf einer Intra-Subjekt-Variabilität von 0,9 m/s und einer Veränderung der PWVc-f von 1,0 m/s nach 24 Wochen Magnesiumsupplementierung, die in unserer früheren Studie festgestellt wurde. Die Äquivalenzspanne von 0,5 m/s basiert auf dem beobachteten Effekt, der 50 % des Effekts der Magnesiumcitrat-Supplementierung im Vergleich zu Placebo beträgt. Für die Berechnung des Stichprobenumfangs wurde die Formel von Julious verwendet.
Compliance mit der Intervention
Die Compliance wird anhand der Anzahl der zurückgegebenen Kapseln nach 12 und 24 Wochen bewertet. Die Probanden gelten als einwilligungsfähig, wenn sie mindestens 80 % der Kapseln einnehmen. Darüber hinaus wird die Compliance anhand der Magnesiumkonzentration im Urin am Ende der Studie bewertet.
Hauptergebnis
Die PWVc-f wird in zweifacher Ausführung mit dem SphygmoCor v9 (AtCor Medical, West Ryde, Australien) aufgezeichnet. Zunächst wird der Abstand von der suprasternalen Kerbe zur femoralen Aufzeichnungsstelle (über den Nabel) gemessen. Anschließend wird die Entfernung von der suprasternalen Kerbe zur Karotis-Aufnahmestelle (rechts) abgezogen. Außerdem wird die direkte Entfernung zwischen der Karotis-Aufnahmestelle und der femoralen Aufnahmestelle (rechts) gemessen. Dann werden EKG-Elektroden angebracht, um die R-Welle im EKG-Komplex zu identifizieren. Anschließend werden mit dem Tonometer das Eintreffen der Pulswelle und die Verzögerung bis zur R-Welle des EKGs an der Halsschlagader und der Oberschenkelarterie gemessen. Wenn alle Messungen korrekt eingegeben und aufgezeichnet wurden, berechnet das Programm des Herstellers automatisch die PWVc-f. Mit demselben Tonometer, das an der Radialarterie in der Nähe des Handgelenks des rechten Arms angebracht wird, wird die Pulswellenanalyse (PWA) bestimmt. Die Messungen werden Schlag auf Schlag synchronisiert und in zweifacher Ausfertigung aufgezeichnet. Aus diesen Aufzeichnungen bestimmt das Programm des Herstellers automatisch den um die Herzfrequenz bereinigten zentralen Augmentationsindex (CAIxHR75).
Sekundäre Ergebnisse
Blutdruck
Der Blutdruck (systolisch und diastolisch) und die Herzfrequenz werden mit einem kontinuierlichen Blutdruckmessgerät (Criticare 506 N3; Criticare Systems Inc., Waukesha, WI, USA) überwacht. Der Prüfer misst den Blutdruck vor den PWVc-f-Messungen. Nach einer Akklimatisierungszeit von mindestens 15 Minuten in Rückenlage wird der Blutdruck im Büro gemessen. Die erste Messung wird verworfen, und der Mittelwert der letzten drei Messungen wird angegeben.
Darm-Mikrobiota
Die Probanden werden gebeten, 1 oder 2 Tage vor dem Testtag eine Stuhlprobe zu entnehmen und diese zu Hause im Kühlschrank aufzubewahren. Sie werden gebeten, die Probe auf Eis (Kühlelemente oder in einem Beutel mit Eiswürfeln) zur UMCG zu bringen. Am Tag der Untersuchung werden die Proben sofort bei – 80 °C gelagert. Wir werden die Diversität des Mikrobioms, die spezifische operative Taxonomie sowie spezifische zirkulierende Metaboliten untersuchen, darunter Phenylacetylglutamin, Trimethylaminoxid (TMAO) und Indolproprionat (IPA), die bereits mit kardiovaskulären Ereignissen bzw. dem metabolischen Syndrom in Verbindung gebracht wurden. Die Zusammensetzung der Darmmikrobiota in Stuhlproben wird durch PCR-Amplifikation der variablen 16S rRNA V4-V5-Region und Deep Sequencing mit der Illumina® MiSeq-Plattform analysiert.
Anthropometrische Messungen
An jedem Testtag werden anthropometrische Messungen (Körpergewicht ohne Schuhe und schwere Kleidung und Körperzusammensetzung) durchgeführt, um die Teilnehmer zu charakterisieren. Die Körperzusammensetzung (z. B. Fettmasse, fettfreie Körpermasse, extrazelluläres Wasser und intrazelluläres Wasser) wird mittels bioelektrischer Impedanzanalyse (Bodystat Quadscan 4000®; Quadscan, Douglas, Isle of Man, UK) gemessen. Die Messungen werden 5 Minuten lang in Rückenlage durchgeführt, wobei die Arme parallel zum und getrennt vom Rumpf liegen und die Beine gespreizt sind. Die Elektrodenstellen werden mit einem Alkoholtuch gereinigt. Zwei Elektroden werden an der rechten Hand und am Handgelenk angebracht, zwei weitere am rechten Fuß und Knöchel.
Patient Health Questionnaire
Die Teilnehmer werden gebeten, vor jedem Testtag den Patient Health Questionnaire (PHQ-15) auszufüllen. Der PHQ-15 ist eine Unterskala für somatische Symptome, die aus dem vollständigen PHQ abgeleitet wurde. Dieser Fragebogen umfasst etwa 15 somatische Symptome oder Symptomcluster, die für mehr als 90 % der im ambulanten Bereich berichteten körperlichen Beschwerden verantwortlich sind.
Klinische Chemie
Blutproben werden in der Abteilung für Labormedizin der UMCG nach Routineverfahren analysiert: Die Plasmaspiegel von Magnesium, Natrium, Kalium, Chlorid, Kalzium, Phosphat, Harnstoff, Gesamteiweiß, Albumin, Kreatinin und Hämoglobin, Hämatokrit, Leukozyten, Thrombozyten und metabolische Risikomarker (Triglyzeride, Gesamtcholesterin, LDL-Cholesterin und HDL-Cholesterin, Nüchternplasmaglukose und HbA1C) werden gemessen. Darüber hinaus werden Calcium, Natrium, Kalium, Chlorid und Kreatinin im Urin bestimmt. Zur Bestimmung des Magnesiumstatus werden die Plasmamagnesiumwerte und das intra-erythrozytäre Magnesium nach Routineverfahren gemessen.
Ernährungsweise
Um sicherzustellen, dass die Teilnehmer ihre Ernährungsgewohnheiten während der Studie beibehalten haben, werden die Probanden gebeten, ihre Ernährung an drei aufeinanderfolgenden Tagen zu Beginn und am Ende der Studie in Ernährungstagebüchern unter Verwendung von Standardversorgungseinheiten anzugeben. Diese Tagebücher werden vom Versuchsleiter auf Vollständigkeit überprüft.
Statistische Analyse
Für normal verteilte Parameter werden die Daten als Mittelwert und Standardabweichung dargestellt. Nicht normal verteilte Parameter werden als Median (Bereich) angegeben. Für die statistischen Analysen werden die Antworten als Differenz zwischen den Nachbeobachtungs- und den Ausgangswerten berechnet. Für die primären Analysen, in denen die Wirkung von Magnesiumcitrat auf die arterielle Steifigkeit bewertet wird, werden Unterschiede in den Antworten zwischen Magnesiumcitrat und Placebo getestet (einfaktorielle ANCOVA), wobei die Ausgangsmessungen der Ergebnisvariablen als Kovariaten verwendet werden. Um als Sekundäranalyse zu prüfen, ob die Wirkung von Magnesiumoxid und Magnesiumsulfat auf die arterielle Steifigkeit der Wirkung von Magnesiumcitrat auf die arterielle Steifigkeit nicht unterlegen ist, wird eine Nichtunterlegenheitsmarge (Δ) von 0,5 m/s gewählt, die auf der in früheren Untersuchungen gefundenen Effektgröße von Magnesiumcitrat auf die arterielle Steifigkeit basiert. Eine einfaktorielle ANCOVA, bei der die Ausgangsmessungen der Ergebnisvariablen als Kovariaten verwendet werden, wird durchgeführt, um die Unterschiede in den Reaktionen zwischen Magnesium- und Placebobehandlungen zu bewerten. Zum Nachweis der Nichtunterlegenheit darf die untere Grenze des Konfidenzintervalls des Unterschieds zwischen Magnesiumsulfat und Magnesiumcitrat und des Unterschieds zwischen Magnesiumoxid und Magnesiumcitrat die Grenze von Δ nicht überschreiten, um zu 95 % sicher zu sein, dass Magnesiumoxid und Magnesiumsulfat nicht um mehr als Δ schlechter sind als Magnesiumcitratpräparate. Die Behandlungseffekte werden zu jedem Zeitpunkt (nach 2, 12 und 24 Wochen) mit einer einfaktoriellen ANCOVA berechnet. Unterschiede gelten als statistisch signifikant bei P < 0,01 für die primären Analysen (bestätigend) und P < 0,05 für die sekundären Analysen (explorativ). Die statistischen Analysen werden mit der Software SPSS 23.0 für Windows (SPSS Incorporated, Chicago, IL, USA) durchgeführt. Die Normalität der Residuen wird mit dem Shapiro-Wilk-Normalitätstest geprüft. Wenn ein Residuum nicht normalverteilt ist, werden die Parameter log-transformiert. Wenn die Residuen nach der Log-Transformation immer noch nicht normalverteilt sind, werden nichtparametrische Tests verwendet. Fehlende Daten werden nicht durch Schätzungen ersetzt. Aufgrund der Randomisierung wird davon ausgegangen, dass die Störfaktoren gleichmäßig verteilt werden. Daher wird keine Anpassung für Confounding vorgenommen. Bei den primären Analysen wird das Intention-to-treat-Prinzip angewandt. Zweitens werden wir Per-Protocol-Analysen durchführen (Probanden, die sich nicht an die Regeln halten, werden von der statistischen Analyse ausgeschlossen). Um die Nichtunterlegenheit zu beweisen, muss das Konfidenzintervall des Unterschieds sowohl in der Intention-to-treat- als auch in der Per-Protocol-Analyse die Marge ausschließen. Schließlich werden wir Subgruppenanalysen durchführen, in denen wir die Auswirkungen von Magnesium auf die arterielle Steifigkeit bei Probanden, die eine antihypertensive Therapie erhalten, und bei Probanden, die keine antihypertensive Therapie erhalten, vergleichen. Da die arterielle Steifigkeit bei Personen, die gegen Bluthochdruck behandelt werden, im Laufe der Zeit schneller zunehmen kann, ist unsere Hypothese, dass Magnesium bei Personen, die eine antihypertensive Therapie erhalten, eine ausgeprägtere Wirkung auf die arterielle Steifigkeit haben könnte.