Účinky perorální suplementace anorganických nitrátů na perfuzi dolních končetin během cvičení u pacientů s PAD

Onemocnění periferních tepen (PAD) je charakterizováno blokádami (okluzí nebo stenózou) ve velkých tepnách dolních končetin. Odhaduje se, že celosvětová prevalence PAD se za poslední desetiletí zvýšila o 23,5 % a nyní postihuje 202 milionů lidí. Prevalence PAD se zvyšuje s věkem z 5 % ve věku 45–49 let až na 19 % u osob starších 70 let a kouření a diabetes jsou příčinnými faktory. PAD je ve srovnání se srdečními nebo cerebrovaskulárními chorobami velmi málo studována. Intermitentní klaudikace (IC) je hlavním klinickým projevem PAD a vyskytuje se, když arteriální okluzivní onemocnění snižuje průtok krve do periferní vaskulatury během cvičení. Mezi subjekty s intermitentní klaudikací z PAD má 1/3 bolesti při lehké aktivitě doma a další 1/3 má bolesti při chůzi na krátkou vzdálenost (jeden blok). Tito pacienti trpí výrazně zhoršenou kvalitou života a vysokým vnímáním postižení. Zvýšená bezbolestná chůze je primárním cílem terapie PAD, protože souvisí se zlepšením kvality života.

Ačkoli se k diagnostice PAD používá kotník-pažní index systolického krevního tlaku (ABI) a testování průtoku krve končetinami, většina výzkumných studií neprokázala vztah mezi těmito měřeními a funkční kapacitou. Pochopení tohoto onemocnění je matoucí v tom, že chirurgická revaskularizace, která zlepšuje průtok krve, nenormalizuje výkon při cvičení a chůze může být zvýšena bez změn hemodynamiky. Profesor Allen (PI) již dříve prokázal zvýšení maximálního hyperemického prokrvení nohou při cvičení, ale nepodařilo se mu najít vztah mezi těmito změnami a zvýšením doby nástupu klaudikace (COT) a maximální doby chůze (PWT). Profesoři Allen a Annex (Chief UVa Health System - Cardiovascular Medicine) také prokázali zvýšení hustoty kapilár gastrocnemia po cvičení a korelaci s VO2peak. To naznačuje, že v přítomnosti stenózy cévy konduitu jsou pacienti více závislí na mikrovaskulatuře, aby efektivněji distribuovala dostupnou krev a kyslík do pracujících tkání.

Oxid dusnatý (NO) je produkován vaskulárním endotelem a hraje důležitou roli při vazodilataci, regulaci průtoku a funkci krevních destiček. Poruchy produkce NO se podílejí na patogenezi vaskulárního onemocnění. Původně se věřilo, že biologická aktivita NO je omezena jak časově, tak prostorově na blízkost vaskulárního endotelu, kde byl produkován. Nyní je jasné, že několik chráněných druhů odvozených od NO může být transportováno přes vaskulaturu, aby se uvolnily v kritických oblastech cirkulace, kde může ovlivnit makro- a mikrovaskulární tonus a případně vaskulopatii. Za normálních podmínek je tato endokrinní role přesně kontrolována: během normoxie je NO konzervován, ale za hypoxických podmínek se NO uvolňuje a může iniciovat vazodilataci. Jedna potenciální terapeutická možnost zahrnuje konverzi anorganických dusičnanových (NO3-) a dusitanových (NO2-) aniontů na NO (a další bioaktivní látky). Toto je atraktivní přístup, protože je biologicky odlišný od endoteliální-NO syntázy a lze jej snadno dosáhnout perorálním podáním. Anorganický NO3- se hojně vyskytuje v zelené listové zelenině, řepě, celeru, salátu, ředkvičkách a špenátu.

Byli jsme první skupinou, která prokázala akutní zvýšení koncentrace NO2- v plazmě (pomocí šťávy z červené řepy obsahující 9mM NO3-) a zvýšenou výkonnost při chůzi u subjektů s PAD+IC. COT se zvýšila o 18 % (32 s) a PWT o 17 % (65 s). Jedná se o klinicky významný a statisticky významný nárůst pro chorobný stav charakterizovaný sníženou fyzickou funkcí a kvalitou života. Nebyly zjištěny žádné změny v ABI nebo endoteliální funkci, což by naznačovalo žádné zvýšení endogenního vaskulárního NO. Zvýšení výkonu bylo doprovázeno snížením frakční extrakce kyslíku v pracovních tkáních, měřeno blízkou infračervenou spektroskopií (NIRS), což naznačuje zvýšenou perfuzi do pracovních tkání.

Následně jsme prokázali, že chronické dávkování v kombinaci s 36 sezeními cvičebního tréninku (EX+BR) také způsobilo významné zvýšení bezbolestné ambulace (COT) a podobně snížení deoxyhemoglobinu během cvičení ve srovnání s identickým cvičebním režimem spojeným s placebo.

Bohužel, zatímco údaje blízké infračervené spektroskopie (NIRS) během fyziologického testu jsou indikativní, jsou také relativně nepřesné - NIRS měří pouze relativní okysličení/deoxygenaci pro celé tkáňové lůžko. Mnohem přesnější neinvazivní přístup byl vyvinut profesorem Christopherem Kramerem (UVa zdravotnický systém – kardiovaskulární medicína, neinvazivní kardiovaskulární zobrazování) a profesorem Craigem H. Meyerem (oddělení biomedicínského inženýrství), který využívá Pulsed Arterial Spin Labeling (PASL) ve spojení s zátěžový test okluze manžety nebo plantární flexe vyvinutý profesorem Arthurem Weltmanem (UVa - Ústav kineziologie). To umožňuje vytváření tkáňových perfuzních map a diferenciaci mezi specifickými kompartmenty m. gastrocnemia prostorově a časově rozlišeným způsobem. Kromě toho použijeme přenos kreatinové výměny saturace (CrCEST) k měření kinetiky zotavení PCr po vyčerpávajícím cvičení nebo dokud symptomy subjektů omezí jejich toleranci cvičení.

Tyto techniky v kombinaci nám umožní odlišit deficity tkáňové perfuze a metabolismu (mitochondriální funkce) pro konkrétní kompartmenty m. gastrocnemius před a po intervenci. Citlivost k detekci změn po suplementaci anorganických nitrátů (BR) byla dříve prokázána u zdravých jedinců během těžké vyčerpávající zátěže (která vytváří hypoxické podmínky v tkáňovém lůžku analogické těm u pacientů s PAD+IC při mírné zátěži). Účastníci BR prokázali zvýšení tolerance cvičení a snížení deplece PCr, což naznačuje změny ve svalovém metabolismu/funkci. Účinek BR na metabolické odpovědi a perfuzi tkání během vyčerpávajícího cvičení u pacientů s PAD však nebyl dosud zkoumán.

Hypotéza tohoto návrhu spočívá v tom, že u pacientů s PAD+IC 3–6 dní perorální konzumace dusičnanů (ve formě koncentrovaného BR) povede k větší perfuzi tkání, dodání kyslíku a zvýšení svalového metabolismu ve srovnání s placebem (PL ). To se promítne do zvýšení fyzického výkonu jak při cvičení zaměřeném na svalovou flexi na plantáži, tak při měření bezbolestné chůze na běžeckém pásu. Za účelem otestování této hypotézy budou následující specifické cíle nábor 24 pacientů s PAD+IC v randomizovaném, dvojitě zaslepeném, placebem kontrolovaném, zkříženém designu.

Cíl 1. Stanovit rozdíly mezi léčbou (BR v PL) v časové konstantě obnovy fosfokreatinu (PCr) měřené pomocí přenosu kreatinové chemické výměny saturace (CrCREST).

Cíl 2. Stanovit rozdíly mezi léčbou (BR v PL) ve špičkové zátěži, maximální hyperémii v různých kompartmentech dolních končetin (přední, laterální, gastrocnemius, soleus a hluboké kompartmenty) pomocí pulzního arteriálního spinového značení (PASL).

Cíl 3. Zjistit vztahy mezi léčebnými změnami ve výkonnosti chůze COT a PWT a charakteristikami kompartmentové perfuze dolní končetiny (Cíl 2) a kinetikou obnovy fosfokreatinu (Cíl 1).