D-vitamintilskud og hjertehypertrofi ved kronisk nyresygdom (CKD) (5C)

Indvirkning af vitamin D-tilskud på hjertehypertrofi og funktion hos patienter med kronisk nyresygdom - Et randomiseret placebokontrolleret forsøg.

1. Læg resumé:

   Patienter med kronisk nyresygdom (CKD) er op til 3,5 gange mere tilbøjelige til at dø af hjerte- og blodkarsygdomme (Cardiovascular Disease-CVD). D-vitaminmangel er meget almindelig ved CKD og forbundet med CVD. Dyreforsøg har vist en forbedring i hjertestørrelse og funktion med D-vitaminbehandling, selvom der mangler beviser hos mennesker. Den foreslåede undersøgelse vil teste, om oral D-vitaminbehandling hos patienter med mangel på CKD vil forbedre hjerteforstørrelse og -funktion. Med disse foreslåede ændringer forventer efterforskerne at reducere CVD og dødsfald hos patienter med CKD.

2. Resumé af foreslået undersøgelse:

Traditionelle risikofaktorer forklarer utilstrækkeligt den uforholdsmæssige stigning i CV-risiko ved CKD. Hypovitaminose D er almindelig ved CKD og forbundet med øget CV-dødelighed. I dyreforsøg reducerer D-vitamin LV-massen (LVM) og forbedrer den systoliske funktion. Hos dialysepatienter viser observationsstudier, at D-vitaminbehandling reducerer CV-dødeligheden og forbedrer den diastoliske funktion. Fordelen ved naturlig vitamin D-repletion på hjertets struktur og funktion er dog ikke blevet undersøgt hos mennesker.

Efterforskerne foreslår at teste i et randomiseret, placebo-kontrolleret forsøg, hvis 40 ugers oral Colecalciferol, i prædialyse CKD-patienter, vil resultere i reduktion af LV-masse og forbedring af systolisk/diastolisk funktion sammen med hjerte-ekstracellulær matrix-sammensætning.

I øjeblikket anbefaler NICE ikke rutinemæssig måling af D-vitamin hos CKD-patienter. Hvis den er effektiv i denne indstilling, vil yderligere udfaldsforsøg vise, om denne billige og let administrerede behandling rutinemæssigt kan ordineres for at forhindre morbiditet og dødelighed.

3. Baggrund for projektet og pilotdata: (i) CVD i CKD: CV-dødsrater er op til 3,4 gange højere hos patienter med CKD sammenlignet med den generelle befolkning(1). Efterforskerne og andre har påvist en gradueret sammenhæng mellem CV-hændelser og død med faldende nyrefunktion(2). Traditionelle risikofaktorer forklarer kun delvist den forhøjede risiko. Dette fremhæver vigtigheden af ​​ikke-traditionelle risikofaktorer såsom inflammation, oxidativt stress og D-vitaminmangel som modificerbare CV-risikofaktorer ved CKD.

(ii) D-vitaminmangel i den almindelige befolkning og i CKD Hypovitaminose D er almindelig i den almindelige befolkning. En undersøgelse foretaget af Thadhanis gruppe på 15.088 voksne har vist, at forekomsten af ​​D-vitaminmangel er mellem 40-80 % i den generelle befolkning i USA(3). CKD-patienter har en øget risiko for hypovitaminose D. I en gruppe på 145 ikke-dialyse-CKD-patienter fra det sydlige London, har man set en 85% prævalens af D-vitamin-insufficiens [25 hydroxy-vitamin D (25(OH)D)< 75 nmol /L], inklusive 32 % mangel[25(OH)D < 37,5nmol/L], med en signifikant højere risiko blandt afro-caribiere og syd-asiatere(4).

(iii) Hypovitaminose D og CV-sygdom: Tværsnitsundersøgelser viser en uafhængig sammenhæng mellem lav 25 (OH) D og CV-dødelighed(5;6). I dialysepopulationen viser observationsstudier af Thadhani et al en stigning i tidlig CV-dødelighed hos patienter med lave 25 (OH) D-niveauer (OR=1,9). D-vitamintilskud er forbundet med bedre overlevelse ved dialyse (OR=0,6)(7).

(iv) D-vitamin forbedrer hjertefunktion og morfologi: D-vitaminets endokrine system er allestedsnærværende i humant væv, herunder myokardiet og det vaskulære endotel. Der er nu stigende beviser fra dyreforsøg på, at D-vitamin direkte påvirker hjertefunktion og struktur gennem en genomisk virkning på hjertemyocytter. D-vitamin knockout mus viser en stigning i kardiomyocythypertrofi, hjertefibrose og hjertevægt (8). Endnu vigtigere er det, at behandling med D-vitamin hos rotter med spontant hypertensivt hjertesvigt og vildtype mus har vist sig at svække hjertehypertrofi og fibrose, og modulerer henholdsvis hjertemyocyters kontraktilitet (9;10).

I en dyremodel af Dahl-saltfølsomme rotter behandlet med aktivt D-vitamin i 6 uger, viste Thadhanis gruppe en reduktion i hjertevægt, LVM, bagvægstykkelse og øget fraktioneret afkortning. Der var en signifikant reduktion i plasma BNP og renin niveauer hos rotter fodret med højt salt (HS) sammen med vitamin D sammenlignet med rotter fodret med HS diæt alene. Der var ingen forskel i BP mellem de to grupper, hvilket bekræfter en direkte virkning af D-vitamin på kardiel morfologi og funktion, i modsætning til en hæmodynamisk effekt. Vigtigst af alt viste de også en forbedring i diastolisk funktion og reduktion i septal og bageste vægtykkelse i et lille observationsstudie af hæmodialysepatienter, behandlet med aktivt D-vitamin, hvilket tyder på, at resultaterne fra dyremodeller kan replikeres i mennesker (11) . Desuden var intravenøs vitamin D-administration i en gruppe af hæmodialysepatienter med sekundær hyperparathyroidisme forbundet med en signifikant reduktion i LVM-indeks (178 ±73 til 165±61 g/m2) på transthorax ekkokardiogram over 15 uger(12). Imidlertid har ingen undersøgelser hidtil undersøgt virkningerne af naturlig D-vitamin-repletion på hjertets struktur og funktion, som et randomiseret, dobbeltblindt, placebokontrolleret forsøg i prædialyse CKD.

(v) D-vitamin og hjertefibrose: Nylige beviser, der anvender gadolinium-forstærket hjertemagnetisk resonans (CMR), tyder på, at hjertefibrose er et fremherskende træk ved uremisk kardiomyopati(13). Dyreforsøg har vist en vigtig rolle for D-vitamin i opretholdelsen af ​​ekstracellulær matrix (ECM) sammensætning i hjertet. I model D-receptor knockout mus er der markant stigning i hjertefibrose, relateret til unormal ekspression af kollagenaser(14).

Undersøgelser foretaget af Diez's gruppe i hypertensive hjertesygdomme har identificeret en pålidelig serumbiomarkør, der afspejler type 1 kollagensyntese i humant hjerte-carboxyterminalt propeptid af procollagen type 1 (PICP)(15). Serum PICP sammen med fri Matrix metalloproteinaser 1 (MMP-1) og fri vævsinhibitor af metalloproteinaser 1 (TIMP 1), som markører for kollagen nedbrydning nøjagtigt afspejler kollagen metabolisme i hjertet(15). PICP frigives i forholdet 1:1 under syntesen af ​​type 1 kollagen fra dets forløber procollagen type 1. Ydermere afspejler perifert serum PICP nøjagtigt mængden af ​​kollagen type 1 fibre i hjertet(16) og kan derfor bruges til at overvåge effekten af ​​behandlingen på kollagenindholdet i hjertet(17). Ingen undersøgelser har dog indtil videre vist en effekt af D-vitaminbehandling på ændringer i ECM-sammensætningen i det menneskelige hjerte.

(vi) Unormal LV-størrelse med systolisk og diastolisk dysfunktion hos CKD-patienter før dialyse: I en gruppe på 18 på hinanden følgende stabile stadium 4 og 5 CKD-patienter, der anses for egnede til nyretransplantation, har efterforskerne set signifikant stigning i LVM, interventrikulær septal (IVS) ) diameter og bagvægsdiameter med systolisk og diastolisk dysfunktion; ved hjælp af en kombination af transthoracic og cardiac Tissue Doppler Imaging (TDI) ekkokardiografi sammenlignet med normale kontroller.

(5) Oprindelig hypotese Forskerne foreslår, at 40 ugers behandling med oral Colecalciferol vil forbedre hjertestruktur og funktion hos prædialysepatienter med kronisk nyreinsufficiens, som en konsekvens af forbedring i hjerte-ECM-sammensætning og -omsætning.

Efterforskerne planlægger at adressere denne centrale hypotese gennem følgende specifikke mål:

(i) Specifikt mål 1: At bestemme effekten af ​​oral Colecalciferol-behandling på venstre ventrikelmasse målt ved CMR-billeddannelse. Efterforskerne forventer en reduktion på 10 g i LVM på CMR i aktiv behandlingsgruppe sammenlignet med kontroller.

(ii) Specifikt mål 2: At bestemme effekten af ​​oral Colecalciferol-terapi på kardiel systolisk funktion ved hjerte-TDI og diastolisk funktion ved transthorakal ekkokardiografi.

Systolisk funktion vil blive målt som en forbedring i den gennemsnitlige longitudinelle peak systoliske belastningsrate (SR) og den longitudinelle ende systoliske strain (S) vurderet ved base, mid wall og apex af IVS, lateral, inferior og anterior wall på cardiac TDI. Forbedring i diastolisk funktion vil blive målt ved tidlig (peak E) og sen (peak A), trans-mitral flow og annulus bevægelse, isovolumetrisk afslapningstid (IVRT) og decelerationstid (DT) på transthorax ekkokardiogram.

Disse parametre vil blive testet i randomiseret placebokontrolleret forsøg med 25 patienter i hver arm. 25 hydroxy vitamin D3 [25 (OH) D] er blevet brugt i dette forslag, da CKD stadium 3-4 patienter forventes at have tilstrækkelige lagre af 1 α-hydroxylase enzym til at omdanne 25 (OH) D til aktivt 1,25 (OH)2 D. Efterforskerne vil måle niveauet af 25 hydroxy colecalciferol for at sikre tilstrækkelig genopfyldning. Colecalciferol har vist sig at være sikkert og effektivt, når det gives i denne dosis(18;19). For at undersøge forbedringen i ECM sammensætning og omsætning vil efterforskerne demonstrere reduktion i hjertekollagenindhold målt ved fald i serum PICP og vævsinhibitor af metalloproteinaser 1(TIMP1) og en stigning i serum Matrix metalloproteinase 1 (MMP1). PICP vil blive korrigeret for eGFR og knogle alkPO4. MMP1/TIMP1-forholdet vil blive brugt til at måle kollagennedbrydningen. Hjertefunktion før og efter behandling vil også blive vurderet ved at måle plasma N-Terminal proBNP (NT proBNP). Desuden vil der blive oprettet en biobank af hele celler, mRNA og DNA, blod og urin til fremtidig analyse af nye gener eller biologiske veje.

(6) Eksperimentel detaljer og design af foreslået projekt

(i) Studiepopulation: D-vitamin-naive patienter vil blive rekrutteret fra de generelle nefrologiske ambulatorier fra St. George's, Guy's og Kingston hospitaler. Patienter med 25 (OH) D-mangel [(25 (OH) D < 37,5 nmol/L] (Nyre Disease Outcomes Quality Initiative-retningslinjer) på ACEi/ARB-behandling vil blive indskrevet. Kardiale rekrutteringskriterier vil være venstre ventrikulær masseindeks (LVMI) mellem 80-160 g/m2 for kvinder og 100-160 g/m2 for mænd (disse tal svarer til den øvre tertil af normalt LV-masseindeks (LVMI) på TTE baseret på Framingham Heart undersøgelse (20).og dem med LVMI 1SD over middelværdierne observeret i CKD3-4, baseret på CREATE-studiet) (21)

(ii) Patientrandomisering, blinding og opfølgning: En farmaceut i kliniske forsøg vil overvåge randomiseringen i to lige store grupper til sammenligning, blinding og udlevering af medicin.

Stadierne i forsøget er opsummeret nedenfor:

• 50 patienter med 25 (OH) D-niveauer < 37,5 nmol/L vil blive rekrutteret. Patientdemografi, antropometriske data og relevant klinisk historie vil blive indhentet ved tilmelding. Blod vil blive indsamlet for calcium, fosfat, parathyreoideahormonniveauer, knoglealkPO4 og højfølsomt C-reaktivt protein (hsCRP). Biomarkører for hjertefibrose (serum PICP), ECM-omsætning (MMP1 og TIMP1) og hjertefunktion (plasma NT proBNP) vil blive målt. Transthorax ekkokardiografi vil blive udført ved baseline for at opfylde rekrutteringskriterier og diastolisk funktion. Hjerte TDI-funktion og CMR vil blive udført ved baseline for henholdsvis systolisk funktion og LVM.
• Patienterne vil blive randomiseret i 2 lige store grupper for at modtage 4 direkte observerede orale doser på 150.000 IE i 50 ml vegetabilsk olie colecalciferol (Martindale, UK) efter 0, 10, 20 og 30 uger eller tilsvarende placebo.
• Efter 40 uger vil der blive indsamlet blodprøver til gentagen hæmatologi, biokemi og biomarkører for kollagensyntese og metabolisme som nævnt ovenfor. Ændringer i LV-geometri og funktion vil blive genmålt ved hjælp af henholdsvis CMR, transthoracic og cardiac TDI ekkokardiografi.

Ændringer i målingerne før og efter behandling vil blive sammenlignet i den aktive gruppe og placebogruppen. Alle patienter vil fortsat blive fulgt op i den almene nefrologiske klinik under forsøget og efterfølgende efter forsøgets afslutning.

(iv) CMR-protokol: Alle forsøgspersoner vil blive afbildet på en 1,5T Philips Intera MRI-scanner med dedikeret 32-kanals hjertespole. MR-protokol vil omfatte en plan scanning, SENSE reference scanning, interaktiv scanning for at identificere 4 kammer, 2 kammer lange akser og kort akse geometrier af hjertet. Breath hold Steady State Free Procession 4 kammer, 2 kammer og kortakset stak (1,5 mm, 1,5 mm, 10 mm) cine (30 hjertefaser) vil blive erhvervet. Ventrikulær masse vil blive beregnet ved hjælp af en viewforum-arbejdsstation (Philips Healthcare) ved at afgrænse de diastoliske venstre ventrikulære endokardie- og epikardiegrænser (figur 2).

(v) Hjertevævs-doppler-billeddannelse og transthorax ekkokardiografi: Hjerte-TDI vil blive registreret for langsgående deformation. Data vil blive indhentet fra septum, lateral, anterior og inferior væg ved brug af smal sektor (typisk 120). Langsgående S og SR vil blive beregnet over et beregningsareal på 10 mm. SR og S i gennemsnit over 3 hjertecyklusser vil blive analyseret ved hjælp af dedikeret software (SPEQLE, Univ. Leuven) (figur 3). Variabiliteten inden for og mellem observatører af denne tilgang er mindre end 10 %(22).

Data vil blive indhentet fra parasternale og apikale visninger ved hjælp af en GE Vivid 7-scanner. LV-volumener vil blive målt ved hjælp af Teichhloz-formlen. Diastolisk funktion vil blive vurderet som tidligere beskrevet af vores gruppe(17). Global radial funktion vil blive vurderet ved både endokardie og mellemvæg fraktioneret afkortning. Alle målinger vil blive udført ved hjælp af Echo-Pac (GE) arbejdsstation og gennemsnittet over 3 individuelle målinger.

(vi) Analyse af biomarkører for inflammation, hjertefibrose og hjertefunktion: Kronisk inflammation vil blive kvantificeret ved serumniveauer af højfølsomt C-reaktivt protein (hsCRP) ved hjælp af et kemiluminescerende immunometrisk assay (Immulite® 2500) ved 0,20 og 40 uger. Serumprøver opbevaret ved -700 C og batchanalyseret for PICP (RIA- Framos Diagnostica), MMP1 og TIMP 1 (ELISA-Amersham) ved University of Pamplona og Plasma NT proBNP vil blive målt ved Elecsys® proBNP immunoassay på Roche Elecsys® 1010 immunoassay analysator ved baseline og ved studiets afslutning.

(vii) Potentielle confounders: Hæmoglobin vil blive opretholdt mellem 10-13gm%. Brug af Erythropoietin-stimulerende midler, dosis/hyppighed af jernerstatning og eventuel blodtransfusion vil blive dokumenteret. Kontorblodtryk i henhold til BHS-retningslinjerne vil blive dokumenteret ved administration af D-vitamin. Ændringer i antihypertensiv medicin i løbet af opfølgningsperioden vil blive noteret. Derudover vil følgende parametre blive vurderet ved 0, 20 og 40 uger:

• Plasma Aldosteron/renin aktivitetsforhold;
• Pulsbølgehastighed, Central Arterial Pressure og Augmentation Index (SphygmoCor Pulse Wave Velocity system);
• Serum calcium x phosphatprodukt (<5 mmol/L);
• Urinprotein-kreatinin-forhold, natrium og fraktioneret udskillelse af fosfat;
• Serum FGF-23.

(viii) Oprettelse af en biobank 10 ml EDTA-prøver til celler og 3x3 ml tempusrør til mRNA på PBMC/fuldblod vil blive indsamlet i uge 0, 20 og 40 uger til oprettelse af en biobank på Kings college London (Guy's Campus) for fremtiden analyse af nye gener eller biologiske veje.

(ix) Rekruttering og fastholdelse af forsøgsdeltagere

Planlægning og forberedelse af forsøget vil blive gennemført i løbet af de første 6 uger. 120 CKD-patienter/uge ses på de tre hospitalssteder. 30 % af patienterne er diabetikere og 60 % af patienterne har en GFR < 45 ml/min/1,73 m2. Forskerne vurderer, at D-vitaminmangel er omkring 35 % baseret på vores pilotundersøgelse. Rekruttering vil vare over 50 uger. Den samlede varighed af forsøget vil være 102 uger. En tidslinje for den foreslåede undersøgelse er beskrevet i figur 3.

(7) Effektberegning og statistisk analyse Interstudy-variabiliteten af ​​CMR for LV-masse ved brug af en protokol, der ligner vores, er blevet rapporteret mellem 2,8 % til 4,8 % med en SD på 8,4 g(23). For at påvise en forbedring på 10 g i LV-masse i den aktive behandlingsgruppe ville efterforskerne have brug for 19 patienter [α=0,05 og Power=95%]. Med et frafald på 30 % vil efterforskerne rekruttere 25 patienter i hver gruppe. Sammenligninger for kontinuerte variabler vil blive udført ved hjælp af uafhængig prøve t-test mellem den aktive behandling og placebogruppen.

(8) Forventet værdi af resultater. Efterforskerne er overbeviste om, at undersøgelsen er tilstrækkeligt drevet til at vise en ændring på 10 g i LVM ved hjælp af MR-scanning på Reza Rezavis laboratorium, hvis den eksisterer; tilsvarende en ændring i systolisk funktion ved hjælp af ekkokardiogram på ekspertlaboratoriet i St. Georges. Efterforskerne vil også være i stand til at undersøge fibrosens rolle i LVH og systolisk dysfunktion ved at måle biomarkører på Javier Diez' laboratorium. En stor CKD-patientpopulation på St George's, Guy's og Kingston Hospitaler vil lette rekrutteringen.

Figur 3: Tidslinje udtrykt i uger, der viser planlægning, rekruttering og forventet randomisering af 50 patienter med 25 (OH) D-vitaminniveauer < 37,5 nmol/L. Hjertemagnetisk resonans, ekkokardiografi, markører for hjertefibrose vil blive målt ved randomisering og ved undersøgelsens afslutning. CMR- Cardiac magnetic resonance, TDI- Tissue Doppler imaging, TTE- Transthoracic Echocardiography. Analyse og rapportering af fund vil finde sted mellem 96-102 uger.

(9) Potentielle problemer og alternative strategier:

• Effekten af ​​potentielle confounders er blevet minimeret gennem strenge adgangskriterier og opfølgningsprotokol. Der er taget højde for en nedslidningsrate på 30 % i vores stikprøvestørrelsesberegning for at tage højde for ændringer i patienters kliniske status, der kan forklare observerede ændringer i hjertemålinger, såsom hurtigt fald i nyrefunktion, MI eller død under forsøgsopfølgning, før -emptiv nyretransplantation, CaxP-produkt > 5mmol/L, Hb < 10 eller > 13gm% og vedvarende højt kontortryk (> 150/90mmHg).
• Selvom patienterne i vores pilotundersøgelse var unge, forventer efterforskerne også forholdsmæssig forbedring af parametrene hos forsøgsdeltagerne.
• Forskerne er bevidste om, at forbedring af LV-funktion og morfologi ikke tidligere er blevet vist med D-vitaminbehandling hos mennesker. Imidlertid er beviser for genomiske virkninger af vitamin D på hjertemyocytter, ekstracellulær matrix og myokardiekontraktilitet veletableret i dyreforsøg. Vigtigst er det, at denne undersøgelse udforsker en ny anti-fibrotisk mekanisme for D-vitaminbehandling hos mennesker, som kunne give principbeviset for brug af D-vitamin i andre sygdomstilstande såsom autoimmune lidelser.