Harjoitustutkimuksen testaus Mitokondrioiden tehostetun energian videon integroitu harjoittelu CKD:ssä (ESTEEM-VIDA)

Sarkopenia on kroonisen munuaissairauden yleinen komplikaatio. Sarkopenia määritellään lihasmassan tai toiminnan vähenemisenä, ja se on keskeinen heikkouden fenotyypille, joka liittyy vammaisuuteen, sairaalahoitoon ja kuolemaan. Sarkopenia on kroonisen munuaissairauden (CKD) yleinen ja tuhoisa komplikaatio. Tutkijat ja muut ovat osoittaneet fyysisen heikkouden suuren esiintyvyyden kroonisesta munuaistautipotilaista, joita ei ole hoidettu dialyysillä. Lisäksi tutkijat ovat osoittaneet yli 30 %:n heikkenemistä kroonista munuaistautia sairastavien henkilöiden alaraajojen fyysisen suorituskyvyn mittauksissa ennustettuihin arvoihin verrattuna. CKD-potilaiden väestön ikääntyminen aiheuttaa Yhdysvalloissa huomattavan kansanterveyden taakan, joka johtuu sarkopeniasta. Vuonna 2000 sarkopeniasta johtuvat suorat terveydenhuollon kustannukset olivat Yhdysvalloissa 18,5 miljardia.

Sarkopeniaan liittyy haitallisia terveyteen liittyviä seurauksia. Vanhusten sarkopenia liittyy johdonmukaisesti fyysisen toiminnan heikkenemiseen, vammaisuuteen, kaatumisiin, sairaalahoitoon ja kuolleisuuteen. Objektiivisilla testeillä mitattu heikentynyt alaraajojen fyysinen suorituskyky liittyy CKD-potilaiden, joita ei ole hoidettu dialyysihoidolla, kokonaiskuolleisuuteen ja että nämä yhteydet ovat voimakkaampia kuin perinteisten riskitekijöiden. Luustolihas on pääasiallinen perifeerisen glukoosin käyttökohde, joka lievittää oksidatiivista stressiä ja endoteelivaurioita, jotka liittyvät akuuttiin aterian jälkeiseen hyperglykemiaan. Näiden mekanismien kautta sarkopenia voi myötävaikuttaa insuliiniresistenssin aineenvaihduntahäiriöihin, oksidatiiviseen stressiin ja endoteelin toimintahäiriöihin, jotka johtavat sydän- ja verisuonisairauksiin.

Mitokondrioiden toimintahäiriöt ovat keskeisiä luurankolihasten toimintahäiriöissä. Luustolihasten mitokondriot ovat välttämättömiä tehokkaan energian (ATP) tuottamiseksi hapesta ja normaalista rasva-aineenvaihdunnasta. Normaaleissa olosuhteissa lihas käyttää tehokkaasti suurimman osan syötetystä hapesta siten, että vain 0,2 % mitokondrioiden hapesta siirtyy reaktiivisiin oksidatiivisiin lajeihin (ROS). Patologisissa tilanteissa hapenkulutus ja ATP:n muodostuminen katkeavat, mikä johtaa lisääntyneeseen hapenkulutukseen ja vähentyneeseen ATP:n tuotantoon prosessissa, joka johtaa lisääntyneeseen ROS:iin ja oksidatiiviseen stressiin. Hapen ja ATP:n muodostuksen irrottaminen vaikuttaa suoraan luustolihasten toimintaan. ATP:n tuotannon heikentynyt tehokkuus on yhdistetty heikentyneeseen lihasvoimaan ja viime aikoina liitettynä hitaaseen kävelynopeuteen vanhemmilla aikuisilla.

Magneettiresonanssispektroskopia ja optinen spektroskopia (MRS/OS) tarjoavat uudenlaista, ei-invasiivista ja reaaliaikaista tietoa ihmisen luustolihasten mitokondrioiden toiminnasta. MRS/OS on uusi tekniikka, joka mittaa mitokondrioiden maksimaalista ATP-tuotantoa in vivo fosfori-MRS:n (31P MRS) aiheuttaman akuutin iskemian jälkeen. Fosfokreatiniinin palautumisnopeutta harjoituksen lopettamisen jälkeen käytetään luonnehtimaan aerobisen mitokondrion ATP-resynteesin nopeutta, joka on suurempi kuin anaerobisen glykolyyttisen ATP:n perustuotannon nopeus. Yhdistämällä tämä tekniikka harjoituksen jälkeiseen optiseen spektroskopiaan, jossa mitataan hapen kuljetusta hemoglobiinista myoglobiiniin lihaksessa, tutkijat pystyvät määrittämään tarkasti ATP-tuotannon kytkentätehokkuuden suhteen hapenkulutusyksikköä kohti. Luustolihasten mitokondrioiden toimintahäiriö, joka mitataan ATP:n tuotantokapasiteetilla ja kytkentätehokkuudella, on liitetty ikääntymis- ja insuliiniresistenssiin. Lisäksi terveillä koehenkilöillä tehdyt tutkimukset ovat osoittaneet, että lihasten suorituskyky ja väsymys liittyvät kykyyn syntetisoida uudelleen ATP:tä laktaattipitoisuuden sijaan.

Alustavat MRS/OS-löydökset viittaavat syvästi muuttuneeseen mitokondrioiden toimintoon CKD-potilailla. Aiemmat kokeelliset tutkimukset viittaavat siihen, että dialyysipotilaiden uremia vaikuttaa luustolihasten rakenteeseen ja mitokondrioiden toimintaan. Oksidatiiviset vauriot ovat erittäin yleisiä CKD:ssä, mikä näkyy lisääntyneinä oksidatiivisen stressin biomarkkereina ja glutationin, tärkeän antioksidantin, muutoksena. Aiemmat pienet tutkimukset ei-diabeettisilla CKD-potilailla viittaavat ex vivo mitokondrioiden toiminnan heikkenemiseen mitokondrioiden entsyymiaktiivisuuden vähenemisen vuoksi. Näiden löydösten perusteella tutkijat käyttivät uutta, ei-invasiivista, toiminnallista MRS/OS-määritystä mitokondrioiden toiminnan karakterisoimiseksi in vivo. Alustavat löydökset ei-diabeettisista CKD-potilaista osoittavat huomattavasti pienentyneen ATP:n ja hapen välisen suhteen verrattuna kontrolleihin. Tämä havainto ehdottaa muuttunutta mitokondrioiden energetiikkaa ehdokaskeskeiseksi mekanismiksi, joka yhdistää aineenvaihdunnan häiriöitä ja heikentynyttä fyysistä toimintaa CKD:ssä, ja motivoi hypoteesia, että mitokondrioiden toimintahäiriö liittyy oksidatiiviseen stressiin, insuliiniresistenssiin ja heikentyneeseen fyysiseen toimintaan CKD:ssä.

Harjoitus voi parantaa mitokondrioiden toimintahäiriöitä, insuliiniresistenssiä ja fyysistä toimintaa kroonisessa munuaissa. Harjoittelututkimukset diabetesta ja insuliiniresistenssiä sairastavilla ei-CKD-potilailla ovat osoittaneet harjoituksen aiheuttamia parannuksia mitokondrioiden biogeneesissä, mikä liittyy parantuneeseen insuliiniherkkyyteen sekä mitokondrioiden oksidatiivisen stressin vähenemiseen. Eläintutkimukset viittaavat siihen, että liikunta stimuloi autofagiaa, mikä johtaa viallisten ja tehottomien mitokondrioiden poistamiseen, mikä johtaa terveeseen mitokondrioverkostoon ja parantuneeseen insuliiniherkkyyteen. Tämän tutkimuksen ensisijaisena tavoitteena on tutkia yhdistetyn resistenssin ja aerobisen harjoituksen vaikutusta luustolihasten toimintahäiriöihin. Ottaen huomioon tutkijan alustavat tiedot, jotka osoittavat vahvan yhteyden sarkopenian ja CKD:n kuolleisuuden välillä, tehokkaita toimenpiteitä, jotka voivat vaikuttaa fyysiseen toimintaan, tarvitaan kiireesti parantamaan potilaiden terveydellisiä tuloksia.