Az edzés hatása a fehérje expresszióra a vázizomszövetben edzés után perifériás artériás betegségben

Miért fontos ez a klinikai probléma?

A perifériás artériás betegség (PAD) súlyos egészségügyi probléma Ausztráliában, 15%-os előfordulása a 65 év feletti férfiak körében. A PAD közvetlen egészségügyi költsége Ausztráliában 180 millió dollár volt 1994-ben, aminek 78%-a kórházi kezelésekhez kapcsolódott. A PAD az előrehaladott szív- és érrendszeri betegségek (CVD) markere is, amely koszorúér-, agy-, vese- és aortaereket érint; a CVD-vel összefüggő mortalitás 2-3-szoros kockázatával. 2006 és 2007 között 25 813 kórházi kezelés és 2 163 haláleset volt PAD eredménye (Australian Institute of Health and Welfare, 2009). Az elöregedő ausztrál népesség és a PAD prevalenciája növekszik (Australian Institute of Health and Welfare, 2009), a szív- és érrendszeri betegségekre fordított nemzeti éves egészségügyi kiadások valószínűleg növekedni fognak, jelentősen meghaladva a 2000–2001-ben elköltött 5,4 milliárd dollárt (Australian Bureau of Statistics, 2006). ). Az enyhe vagy közepesen súlyos PAD leggyakoribb tünete az intermittáló claudicatio (IC), amelyet járás által kiváltott fájdalomként és görcsként határoznak meg az egyik vagy mindkét lábban (leggyakrabban a vádliban), amely pihenéssel enyhül. Az időszakos csuklásban szenvedők elsődleges és leghatékonyabb kezelése a járási képesség és a funkcionális állapot javítására összpontosít.

Mit tudunk már az edzés hatásáról intermittáló claudicatio esetén?

Az edzés, mint kezelés jótékony hatásait több randomizált, kontrollos vizsgálat is megerősítette. Az edzés optimális formája még mindig nem tisztázott. A csuklás javulásának mechanizmusa testmozgással nagyrészt ismeretlen. Bár a testmozgás ischaemiás-reperfúziós (I-R) sértést serkent, az ismétlődő gyakorlat adaptív választ adhat erre az I-R inzultusra. További lehetséges témák közé tartozik az edzés hatása az angiogenezis és/vagy az izomfehérje szintézis stimulálására vagy gátlására.

Bár az IC fő oka az alsó végtagok csökkent véráramlása az edzés során megnövekedett szükséglethez képest, az IC patofiziológiája nem teljesen ismert. Például a végtagok hemodinamikája nincs szoros összefüggésben a klinikai megjelenéssel vagy a maximális gyakorlati teljesítmény korlátaival. A PAD súlyosságának hemodinamikai mérései, mint például a boka-kar szisztolés vérnyomásindex (ABI) és a feszültségmérő pletizmográfiás véráramlás, rossz előrejelzők az IC-ben szenvedő betegek terhelési kapacitására.

A keresztmetszeti vizsgálatok azt mutatják, hogy a gyulladás összefüggésben áll a PAD jelenlétével, progressziójával és súlyosságával. Ez magyarázhatja az ezeknél a betegeknél tapasztalt túlzott kardiovaszkuláris mortalitást (10 éves korban legalább 50%). A testmozgásnak a claudiációra gyakorolt ​​hatását leginkább a perifériás vér gyulladásos markereivel tanulmányozták.

Mi a jelentősége a fehérje expresszió mérésének az izomszövetben?

Míg a perifériás vér biomarkerei segítenek megérteni a claudicatio szisztémás megnyilvánulásait, ez nem tükrözi azt, ami az izmokban és a mikrokeringésben történik. A fehérje expressziójában bekövetkező változások többsége túl finom ahhoz, hogy a perifériás vérben kimutatható legyen. A könnyű megszerezhetőség nem felel meg a kihallgatás könnyűségének. A fehérjék dinamikus tartománya a szérumban nagy kihívást jelent az elemzés során, mivel a nagy mennyiségben előforduló fehérjék általában elfedik az alacsonyabb abundanciájú fehérjéket; míg néhány fehérje, köztük az albumin, a béta-2-makroglobulin, a transzferrin és az immunglobulinok a szérumfehérjék több mint 90%-át képviselheti11.

Egy sejt vagy szövet fehérjekomplementere dinamikus, és tükrözi a sejt életkorát, életciklusát és körülményeit, vagy egy adott betegségi állapotot. Nyilvánvaló, hogy a legtöbb betegségben a fehérjék számos változásnak vannak kitéve, beleértve a poszttranszlációs módosulásokat és/vagy a proteolitikus hasítást; ugyanígy bizonyos betegségekben a fehérjeexpresszió megváltozik. A hírvivő ribonukleinsav (mRNS) a fehérje kémiai tervét kódoló molekula. Az mRNS differenciális expresszióját vizsgáló mikrotömbök azonban nem adnak információt a poszt-transzlációs módosulásról, ezért a fehérjék hatását csak fehérje szinten lehet értékelni.

Egyes tanulmányok a vázizomzat hisztokémiai és biokémiai jellemzőinek különbségét vizsgálták PAD-ban szenvedő betegek és egészséges, azonos korú alanyok között. A PAD-ban szenvedő betegek izombiopsziájával kapcsolatos legtöbb tanulmány az izomrostok típusának eloszlását, a denervációt és az izomanyagcsere megváltozását mutatta ki, anélkül, hogy betekintést nyert volna a fehérje expressziójába12, 13, 14. Jelentős bizonyíték van arra, hogy a vázizomzat metabolikus állapota zavart PAD-ban szenvedő betegeknél, összehasonlítva az életkorban megfelelő egészséges kontrollokkal. A legkorábbi megfigyelések között szerepel az a váratlan megállapítás, hogy számos mitokondriális enzim expressziója és aktivitása megnövekszik a PAD-ban szenvedő végtagok vázizomzatában. Az IC-ben szenvedő betegek vázizomzata változik az edzés hatására, de a jelenlegi bizonyítékok nem adnak fényt a változás mechanizmusára, vagy arra, hogy a változás minden betegnél azonos. Már tudjuk, hogy egyes betegek javulnak a testmozgás hatására, míg mások nem. Felmerül tehát a kérdés, hogy létezik-e biológiai sokféleség a betegek testedzésre adott válaszában.

Armstrong és munkatársai a vázizomzat kalcium-homeosztázisának zavarait tanulmányozták, és felvetették, hogy ezek kulcsszerepet játszhatnak a gyakorlat által kiváltott izomkárosodás kialakulásában. Az edzés utáni azonnali izomváltozások egy része a fehérje lebomlásának tulajdonítható, amelyet nem lizoszomális cisztein proteázok, például kalpain indítanak el. Az edzés utáni intracelluláris kalciumszint emelkedése aktiválhatja a kalpaint. Az izomszövet három különböző kalpaint fejez ki, köztük a jól jellemzett, mindenütt jelenlévő kalpaint - m-kalpaint, μ-kalpaint és n-kalpaint. Wang és munkatársai állatkísérletekben arra a következtetésre jutottak, hogy az m-kalpain proteáz megnövekedett szintje elősegíti az izomkárosodást, míg a kalpasztatin fehérje expressziója védő funkciót tölthet be az izomsérülések ellen. Ezt humán vizsgálatokban még nem vizsgálták. Feltételezhető, hogy a kalpasztatin és az m-calpain szintje fontos annak magyarázatában, hogy az IC-ben a testmozgásra adott változó válaszreakciók miért javulnak, míg mások miért nem.

Vannak ellentmondó bizonyítékok az edzés előnyeiről. Tsai és munkatársai azt találták, hogy a glükóz transzporter 4 (GLUT4) génexpressziójára gyakorolt ​​normál tréninghatás teljesen megszűnt mind az akut, mind a krónikus ischaemia során a transzláció előtti szinten. Ezenkívül a krónikus ischaemia által kiváltott izomsorvadás súlyosabbnak bizonyult a gyakorlott patkányoknál, mint a nem edzett patkányoknál. Ez az eredmény azt sugallja, hogy a károsodott mikrovaszkuláris állapotú egyének esetében a gyakorlati edzés nem feltétlenül előnyös az izomtömeg fenntartásában. Így a gyakorlati edzés hatása IC-s (ischaemia) humán alanyokban még tisztázatlan.

Tudjuk, hogy minden alany különbözik a testedzés képességét tekintve, és az intermittáló csuklásban szenvedő betegek sem különböznek egymástól. Az intermittáló claudicatio miatt testmozgáson áteső betegek a testmozgás következtében eltérő fehérjeexpressziót mutatnak. Emiatt a betegek saját kontrolljaként működnének, minden egyes egyén érintetlen izmából vett biopsziával.

A gyakorló vázizom fehérjéinek nyílt végű tömegspektroszkópiás vizsgálata betekintést adna a gyakorlati hatás mechanisztikus útjába intermittáló claudikációban.

Mi a kapcsolat a fehérje expressziója és a gyulladás között intermittáló claudicatio esetén?

Az ischaemia-reperfúziós típusú sérülést kiváltó testmozgás klinikai modelljét a gyulladás markereinek bizonyítékai igazolták. A neutrofilek az első olyan sejtek, amelyek elkezdenek felhalmozódni a szövetben a sérülés helyén, és elpusztítják a nekrotikus szövetet fagocitózison keresztül, miközben magából az izomszövetből származó makrofágokkal együtt dolgoznak. A neutrofilek jelenlétét dokumentálták az izmokban különféle excentrikus gyakorlatok után. Egy tanulmány, amely a neutrofilek funkcióját vizsgálta a claudikánsok gyakorlása során, megnövekedett neutrofil aktivációt mutatott ki, amely a IIb differenciációs antigén (CD11b) neutrofil adhéziós receptor klaszterének fokozott expressziójában, és a degranuláció a plazma neutrofil elasztáz szintjének növekedésében nyilvánul meg. Ez közvetlenül az edzés után következett be ezeknél a betegeknél, akiknek időszakos claudicatio volt. Még mindig nem világos, hogy ez egyenértékű-e az eredmények előrejelzésére irányuló tendenciával.

Az m-Calpain proteáz a neutrofilek kemotaktikus faktora, és szerepet játszhat a lokális és szisztémás gyulladásos válaszban. A sejtes gyulladásos válaszok ilyen adaptációit korábban Kunimatsu és mtsai. A Calpastatinnal együtt ezek a fehérjék kulcsfontosságúak lehetnek a helyi izomkárosodás, a helyreállítás és a szisztémás gyulladásos válasz kiváltása között.

A fehérjék kémiai módosítása szerepet játszhat a betegségek patogenezisében, a cukorbetegségtől az érelmeszesedésig és az ischaemia-reperfúziós károsodásig, és talán magának az öregedési folyamatnak is. Az Advanced Glycosylation End products (AGE-k) olyan glikozilációs reakciók végtermékei, amelyek során egy cukormolekula fehérjéhez vagy lipidmolekulához kötődik anélkül, hogy a reakciót szabályozná enzim. Az AGE-k kialakulása és felhalmozódása szerepet játszik az életkorral összefüggő betegségek, különösen a szív- és érrendszeri betegségek progressziójában. Számos patológiás hatásuk van, beleértve az értágulás gátlását a nitrogén-oxid (Endothelium származékos relaxációs faktor) interferálása révén, a makrofágok és endothelsejtek megkötését a gyulladásos citokinek szekréciójának indukálására és az oxidatív stressz fokozására. Feltételezzük, hogy a testmozgás serkenti az endothel sejtek glükóz felvételét, növelve az AGE szintézisét. Azt még meg kell határozni, hogy a gyakorlat ismét fokozza vagy csökkenti-e ezt a folyamatot.

A tanulmány célja a gyulladásos biomarkerek, köztük az interleukin-6 (IL-6), a neutrofil elasztáz és a szövetkárosodást vagy -javítást befolyásoló fehérjékkel (Calpains és Calpastatin) tartalmazó fejlett glikált végtermékek vizsgálata a különböző formák hatásának meghatározása érdekében. gyakorlása ezen a folyamaton, annak meghatározása érdekében

1. Minden beteg számára megfelelő a testmozgás? azaz

   1. Minden beteg gyulladásos válaszreakcióval reagál? és
   2. A testmozgás minden betegben adaptív választ ad erre? vagy
   3. Serkenti-e a testmozgás egyes betegeknél az I-R sértést, amelyet a gyakorlati edzés nem csökkent?
   4. Mi a helyi szöveti válasz az edzésre a szövetkárosodás vagy -javítás tekintetében (fehérjeanalízissel mérve)
2. Mi a legjobb edzésforma ezeknek az alkalmas betegeknek?

3. Van-e biológiai sokféleség a betegek testedzésre adott válaszában a

   1. Szisztémás gyulladásos válasz (IL-6, neutrofil elasztáz és AGE alapján)?
   2. Lokális válasz (fehérjeanalízis alapján)?

4. Csökkenti-e ezeknél a betegeknél a testmozgásra adott fiziológiai válasz a szív- és érrendszeri betegségekhez kapcsolódó morbiditás/mortalitás kockázatát?

   a. Amint azt a kardiopulmonális terhelési teszt (CPET) kimeneti paramétereiben és az endothel funkciójában bekövetkezett változások igazolják.

5. Reverzibilis-e a károsodott endothel funkció? a. Áramlás által közvetített dilatációval mérve.

A szisztémás vérből és a helyi izomszövetből származó adatok együttes felhasználása segítene jellemezni az életkorral összefüggő PAD-változások metabolikus és funkcionális következményeit a vázizomzatban. Segítene azonosítani azt a mechanikus útvonalat is, amelyen keresztül a testmozgás kifejti hatását az intermittáló claudicatiós betegre.