Glicoossidazione, biomeccanica arteriosa e danno agli organi bersaglio (GlycOxiTOD)

INTRODUZIONE

La malattia cardiovascolare aterosclerotica (ASCVD) rappresenta una delle principali cause di morbilità e mortalità nella popolazione. L’ipertensione arteriosa (AHT), insieme ad altri fattori di rischio cardiovascolare (CVR), predispone ad anomalie nella struttura e nella funzione delle grandi e piccole arterie, portando ad un invecchiamento vascolare prematuro e culminando nello sviluppo di danno d’organo bersaglio (TOD), che si ripresenta un chiaro ma sottodiagnosticato precursore dell’ASCVD. Tuttavia, non tutti i pazienti sviluppano la TOD, né lo fanno nello stesso arco di tempo o con la stessa intensità. Inoltre, i pazienti che inizialmente presentano una CVR da bassa a moderata sono già considerati con una CVR da moderata ad alta in presenza di TOD, con obiettivi terapeutici più rigorosi [1,2].

La biomeccanica vascolare si concentra principalmente sullo studio delle proprietà meccaniche e del comportamento delle arterie. Una biomeccanica arteriosa sfavorevole è associata allo sviluppo e alla progressione dell'aterosclerosi e dell'arteriosclerosi. Questi processi rappresentano un continuum di danno vascolare mediato dall’accumulo di lipoproteine ​​ossidate nello spazio subendoteliale, dall’attivazione e amplificazione delle vie infiammatorie e dallo sviluppo di fibrosi arteriosa e calcificazione. Al centro di questi fenomeni si trova la comparsa di disfunzione endoteliale, caratterizzata da un aumento della permeabilità e dalla perdita della capacità di filtraggio dell'endotelio vascolare per le molecole deleterie per la parete arteriosa [3,4].

Lo stress ossidativo, definito come uno squilibrio tra la produzione di specie reattive e i sistemi antiossidanti a favore dei primi, gioca un ruolo cruciale nello sviluppo della disfunzione endoteliale, nella deposizione di lipoproteine ​​ossidate e nell’interazione proinfiammatoria tra queste e il sistema mononucleare-fagocitico. L'accumulo di specie reattive dell'ossigeno (ROS) e altre induce fenomeni di perossidazione lipidica e glicoossidazione che culminano nella formazione di prodotti finali avanzati di lipossidazione e glicazione (rispettivamente ALE e AGE). Gli ALE e gli AGE possono legarsi alle proteine, causando anomalie funzionali e strutturali, e anche influenzare la segnalazione cellulare attivando, tra gli altri, percorsi di morte [5,6].

Lo stato redox e i livelli di glicazione sfavorevoli sono collegati all’invecchiamento, alle malattie degenerative e al danno vascolare accumulato in alcune sottopopolazioni, in particolare nei pazienti con diabete mellito (DM). Tuttavia, si sa poco sull’influenza della glicazione e della glicossidazione del sistema antiossidante sulla biomeccanica arteriosa e sullo sviluppo del danno agli organi bersaglio in pazienti apparentemente sani con CVR da moderato ad alto. Il nostro obiettivo è studiare la relazione specifica tra anomalie biomeccaniche arteriose e TOD con i livelli di glicazione sierica, lo stato di glicoossidazione e l'equilibrio funzione-struttura di alcuni elementi del sistema antiossidante, evidenziando catalasi, superossido dismutasi e glutatione perossidasi [4,7,8].

MATERIALI E METODI

Progettazione e impostazione del progetto

Si tratta di un progetto osservazionale, ambispettivo e multicentrico promosso dall'Unità di Ipertensione e Rischio Cardiovascolare appartenente al Dipartimento di Medicina Interna dell'Ospedale Universitario di Santiago de Compostela. I pazienti candidati saranno individui appartenenti alla Struttura Organizzativa di Gestione Integrata (EOXI) di Santiago de Compostela e Barbanza che cercano consulenza per la diagnosi, la gestione e il follow-up del rischio cardiovascolare [9].

Partecipanti. Criteri di inclusione ed esclusione

Dal pool totale di pazienti consultati, verranno preselezionati solo gli individui di età superiore a 18 anni con un profilo di rischio cardiovascolare CVR da moderato ad alto basato sui punteggi di riferimento delle linee guida. I criteri di esclusione includeranno la presenza di DM secondo le attuali linee guida di pratica clinica, abitudine al fumo (definito come consumo attuale ed entro i 6 mesi precedenti il ​​reclutamento), consumo rischioso di alcol (definito come consumo superiore a 10 g e 20 g al giorno per donne e uomini , rispettivamente) e malattia cardiovascolare accertata [10-14].

Valutazione dei marcatori biomeccanici arteriosi e TOD

Effettueremo l'esplorazione ecografica bilaterale dell'arteria carotide comune (CCA), dell'arteria carotide interna (ICA) e delle arterie distali degli arti inferiori utilizzando un dispositivo Mindray Z60 (Mindray®, Guangdong, Cina) con sonda ad alta frequenza. Verranno estratti le seguenti misurazioni e calcoli:

1. In modalità movimento (modalità M), misurazione concomitante del raggio arterioso, delle pressioni arteriose e dello spessore totale della parete per il calcolo dei parametri di distensibilità e tensione nel segmento medio della CCA [15,16].
2. In modalità bidimensionale (modalità B), misurazione automatizzata dello spessore intima-media (IMT) nella regione distale della CCA, insieme al rilevamento e alla caratterizzazione della placca di colesterolo[17].
3. In modalità Doppler spettrale, descrizione morfologica della funzione volume-tempo (flusso) in termini di velocità di flusso e indici di resistenza vascolare nel segmento medio della CCA e dell'ICA [18].
4. In modalità B con modulo elastografico, valutazione diretta del grado di rigidità locale in un segmento medio della CCA [19].
5. In modalità Doppler spettrale con sincronizzazione ECG, valutazione della velocità dell'onda del polso carotideo-femorale (cf PWV) [20].
6. In modalità Doppler spettrale, valutazione dell’indice caviglia-braccio (ABI) [21].

Valuteremo anche il danno incipiente nella microvascolarizzazione retinica utilizzando la retinografia con un dispositivo Topcon TRC-NW6S (Electronics®, Tokyo, Giappone).

Valutazione dei marcatori dello stress ossidativo e dell'attività-struttura del sistema antiossidante

Per valutare lo stato redox, i livelli di ossidazione dei lipidi (perossidazione lipidica) e delle proteine ​​nel plasma e nelle urine saranno determinati quantificando rispettivamente le sostanze reattive all'acido tiobarbiturico (TBARS) e i tioli ridotti, secondo i protocolli di riferimento [22,23]. Entrambi i metodi consentono la quantificazione tramite metodi spettrofotometrici. Le analisi saranno condotte utilizzando un analizzatore Asys UVM-340 (Biochrom®, Cambridge, UK). La funzione enzimatica della glutatione perossidasi, catalasi e superossido dismutasi sarà misurata come attività enzimatica con un analizzatore Asys UVM-340 (Biochrom®, Cambridge, UK) secondo i protocolli di riferimento [24,25]. Le caratteristiche strutturali degli enzimi antiossidanti basate sui modelli di glicazione e glicoossidazione saranno valutate utilizzando la proteomica tra cui SDS-PAGE, cromatografia e spettrometria di massa [26-28].

Determinazione dello stato di glicazione e glicoossidazione

La percentuale di emoglobina glicata verrà valutata mediante cromatografia liquida ad alta prestazione (HPLC) con l'analizzatore Hemoglobin next (A. Menarini Diagnostics®, Firenze, Italia). I livelli di fruttosamina saranno determinati mediante il metodo enzimatico delle proteine ​​sieriche glicate del diazima (Diazyme, Kent, UK) su un analizzatore Advia 2400 (Siemens Healthcare Diagnostics Inc.®, Tarrytown, USA). La percentuale di albumina glicata sarà stimata in base ai livelli di fruttosamina e albumina [29,30]. Questa valutazione di laboratorio sarà eseguita dal dipartimento di laboratorio dell'ospedale centrale.

I livelli generali di glicossidazione saranno quantificati determinando i prodotti finali della glicazione avanzata (AGE) nella pelle utilizzando un lettore AGE (DiagnOptics BV®, Groningen, Paesi Bassi). Gli AGE rappresentano principalmente addotti glicati legati a proteine ​​che si formano durante i processi di glicossidazione. L'AGE Reader è stato sviluppato per valutare l'autofluorescenza cutanea (SAF) in modo non invasivo utilizzando le proprietà fluorescenti di vari AGE [31].

Risultati nel rischio cardiovascolare

Misureremo il numero necessario da trattare (NNT) delle consultazioni e il tempo di esplorazione per rilevare anomalie nella biomeccanica arteriosa e danno d'organo bersaglio (TOD), e quindi determinare un aumento della CVR che garantisce un'intensificazione terapeutica. Verranno inoltre valutati gli eventi cardiovascolari e cerebrovascolari, i ricoveri ospedalieri, le visite mediche, la morte e la disabilità [32].

Considerazioni etiche e buona pratica clinica

Questo studio sarà condotto in conformità con i principi etici della Dichiarazione di Helsinki e gli standard di buona pratica nella ricerca del Servizio Sanitario Galiziano (Spagna) (SERGAS). Il consenso informato scritto sarà ottenuto da tutti i pazienti che hanno accettato di partecipare. I protocolli sono stati approvati dal Comitato Etico della Ricerca di Santiago-Lugo (codici 2021/401 e 2023/302).

Piano di lavoro e flusso del progetto

In una prima fase, prevediamo di includere pazienti che soddisfano i criteri e acconsentono a partecipare. La valutazione clinico-antropometrica, la biomeccanica arteriosa, il rilevamento del TOD e la raccolta dei campioni saranno condotte in un unico atto medico. I marcatori biomeccanici, di stress ossidativo, di glicazione e di glicossidazione saranno quantificati in entrambi i pazienti con e senza anomalie biomeccaniche e TOD arteriosa. Lo scopo di questa fase è valutare le differenze tra gruppi di pazienti in base ai parametri biomeccanici e alla TOD arteriosa. In un sottogruppo di pazienti verranno valutate anche le differenze nella struttura-funzione degli enzimi antiossidanti in termini di livelli di glicazione e glicoossidazione, e la loro relazione con anomalie biomeccaniche arteriose e TOD. Questa fase includerà l'estrazione, la raccolta, l'elaborazione e l'analisi dei dati preliminari, insieme al raggiungimento dei risultati iniziali del progetto.

In una seconda fase,

1. I pazienti senza anomalie biomeccaniche o TOD saranno sottoposti a un follow-up di 5 anni, con valutazioni annuali e finali di anomalie biomeccaniche, TOD ed esiti cardiovascolari. Lo scopo di questa fase è valutare le differenze nei marcatori precedenti tra gruppi di pazienti in base a parametri biomeccanici e TOD arterioso. In un sottogruppo di pazienti verranno valutate anche le differenze nella struttura-funzione degli enzimi antiossidanti in termini di livelli di glicazione e glicoossidazione, e la loro relazione con anomalie biomeccaniche arteriose e TOD. Questa fase includerà l'estrazione, la raccolta, l'elaborazione e l'analisi dei dati preliminari, insieme al raggiungimento dei risultati finali del progetto.
2. I pazienti con anomalie biomeccaniche e/o TOD saranno sottoposti a un follow-up di 5 anni, con valutazioni annuali e finali della progressione della TOD e degli esiti cardiovascolari. Lo scopo di questa fase è valutare le differenze nei marcatori precedenti tra i gruppi di pazienti in base alla TOD arteriosa e agli esiti cardiovascolari. In un sottogruppo di pazienti verranno valutate le differenze nella struttura-funzione degli enzimi antiossidanti in termini di livelli di glicazione e glicoossidazione, e la loro relazione con TOD ed esiti cardiovascolari. Questa fase includerà l'estrazione, la raccolta, l'elaborazione e l'analisi dei dati preliminari, insieme al raggiungimento dei risultati finali del progetto.

Analisi matematica e modellizzazione

Verrà utilizzato il pacchetto software statistico SPSS 22.0 (SPSS Inc.®, Chicago, IL, EE.UU). Verrà eseguito un approccio statistico descrittivo, inclusa la valutazione della normalità per le variabili quantitative. Le statistiche univariate verranno utilizzate per confrontare gruppi con test specifici a seconda del tipo di variabile. Se verranno trovati risultati rilevanti, verranno condotti studi di correlazione lineare. Dopo l'analisi univariata, verranno costruiti modelli multivariati, sia esplicativi per l'associazione dei predittori con gli esiti, sia predittivi per il rischio di anomalie biomeccaniche, TOD e risultati cardiovascolari. Per valutare i fattori che possono influenzare i parametri biomeccanici, il TOD e i risultati cardiovascolari nel tempo, verranno applicate specifiche procedure matematiche legate all'approccio di modellazione congiunta e all'analisi delle serie temporali. I calcoli della dimensione del campione saranno basati su test statistici specifici in base al tipo e alla distribuzione della variabile, considerando sempre una dimensione dell'effetto moderata, un intervallo di confidenza del 95% (IC al 95%) e una potenza pari ad almeno l'80% [33-35].

RIFERIMENTI

1. Wang MC, Lloyd-Jones DM. Valutazione del rischio cardiovascolare nei pazienti ipertesi. Am J Hypertens 2021;34:569-77. https://doi.org/10.1093/ajh/hpab021.
2. Piskorz D. Danno d'organo mediato dall'ipertensione e gestione dell'ipertensione. Come valutare gli effetti benefici dei trattamenti antipertensivi? High Blood Press Cardiovasc Prev 2020;27:9-17. https://doi.org/10.1007/s40292-020-00361-6.
3. Simon BR, Kaufmann MV, McAfee MA, Baldwin AL. Modelli agli elementi finiti per la meccanica della parete arteriosa. J Biomech Eng 1993;115:489-96. https://doi.org/10.1115/1.2895529.
4. Guzik TJ, Touyz RM. Stress ossidativo, infiammazione e invecchiamento vascolare nell'ipertensione. Ipertensione 2017;70:660-7. https://doi.org/10.1161/HYPERTENSIONAHA.117.07802.
5. Vistoli G, De Maddis D, Cipak A, Zarkovic N, Carini M, Aldini G. Prodotti finali avanzati di gliossidazione e lipossidazione (AGE e ALE): una panoramica dei loro meccanismi di formazione. Free Radic Res 2013;47 Suppl 1:3-27. https://doi.org/10.3109/10715762.2013.815348.
6. Gianazza E, Brioschi M, Fernandez AM, Banfi C. Lipossidazione nelle malattie cardiovascolari. Redox Biol 2019;23:101119. https://doi.org/10.1016/j.redox.2019.101119.
7. Al-Kuraishy HM, Sami OM, Hussain NR, Al-Gareeb AI. Metformina e/o vildagliptin mitigano lo stress ossidativo indotto dal diabete mellito di tipo II: l’effetto intrigante. J Adv Pharm Technol Res 2020;11:142-7. https://doi.org/10.4103/japtr.JAPTR_18_20.
8. Mattson deputato. Ruoli del prodotto di perossidazione lipidica 4-idrossinonenale nell'obesità, nella sindrome metabolica e nei disturbi vascolari e neurodegenerativi associati. Esp Gerontol 2009;44:625-33. https://doi.org/10.1016/j.exger.2009.07.003.
9. Ospedale Clínico Universitario de Santiago - Área Sanitaria de Santiago de Compostela y Barbanza (Hospitales, Centros de Salud, Casas del Mar y Consultorios) n.d. https://xxisantiago.sergas.es/Paxinas/web.aspx?tipo=paxtab&idLista=3&idContido=183&migtab=174%3B183&idioma=es (visitato il 12 marzo 2024).
10. Visseren FLJ, Mach F, Smulders YM, Carballo D, Koskinas KC, Bäck M, et al. Linee guida ESC 2021 sulla prevenzione delle malattie cardiovascolari nella pratica clinica. Eur Cuore J 2021;42:3227-337. https://doi.org/10.1093/eurheartj/ehab484.
11. Briasoulis A, Agarwal V, Messerli FH. Consumo di alcol e rischio di ipertensione negli uomini e nelle donne: una revisione sistematica e una meta-analisi. J Clin Hypertens (Greenwich) 2012;14:792-8. https://doi.org/10.1111/jch.12008.
12. Amos A, Greaves L, Nichter M, Bloch M. Donne e tabacco: un appello per includere il genere nella ricerca, nella politica e nella pratica sul controllo del tabacco. Controllo del tabacco 2012;21:236-43. https://doi.org/10.1136/tobaccocontrol-2011-050280.
13. ElSayed NA, Aleppo G, Aroda VR, Bannuru RR, Brown FM, Bruemmer D, et al. 2. Classificazione e diagnosi del diabete: standard di cura nel diabete-2023. Cura del diabete 2023;46:S19-40. https://doi.org/10.2337/dc23-S002.
14. Autori/membri della task force: McDonagh TA, Metra M, Adamo M, Gardner RS, Baumbach A, et al. Linee guida ESC 2021 per la diagnosi e il trattamento dell'insufficienza cardiaca acuta e cronica: sviluppate dalla Task Force per la diagnosi e il trattamento dell'insufficienza cardiaca acuta e cronica della Società Europea di Cardiologia (ESC). Con il contributo speciale della Heart Failure Association (HFA) dell'ESC. Eur J Heart Fail 2022;24:4-131. https://doi.org/10.1002/ejhf.2333.
15. Bozkurt Yılmaz HE, Yılmaz M. Valutazione della distensibilità e dell'elasticità dell'arteria carotide in pazienti con asma. Iran J Allergy Asthma Immunol 2021;20:279-86. https://doi.org/10.18502/ijaai.v20i3.6329.
16. Kane JW, Sternheim MM. Fisica. Ritorna; 1989.
17. Molinari F, Zeng G, Suri JS. Una revisione dello stato dell’arte sulle tecniche di misurazione dello spessore intima-media (IMT) e di segmentazione della parete per l’ecografia carotidea. Metodi di calcolo Programmi Biomed 2010;100:201-21. https://doi.org/10.1016/j.cmpb.2010.04.007.
18. Andrikou I, Tsioufis C, Konstantinidis D, Kasiakogias A, Dimitriadis K, Leontsinis I, et al. Indice di resistenza renale nei pazienti ipertesi. J Clin Hypertens (Greenwich) 2018;20:1739-44. https://doi.org/10.1111/jch.13410.
19. Elastografia ad ultrasuoni: rassegna di tecniche e applicazioni cliniche - PubMed n.d. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28435467/ (accesso il 12 marzo 2024).
20. Ji H, Xiong J, Yu S, Chi C, Bai B, Teliewubai J, et al. Misurazione della velocità dell'onda del polso carotideo-femorale (Cf-PWV) per valutare la rigidità arteriosa. JVisExp 2018:57083. https://doi.org/10.3791/57083.
21. Zwakenberg SR, de Jong PA, Hendriks EJ, Westerink J, Spiering W, de Borst GJ, et al. Calcificazione intimale e mediale in relazione ai fattori di rischio cardiovascolare. PLoS One 2020;15:e0235228. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0235228.
22. Ohkawa H, Ohishi N, Yagi K. Saggio per perossidi lipidici nei tessuti animali mediante reazione con acido tiobarbiturico. Anal Biochem 1979;95:351-8. https://doi.org/10.1016/0003-2697(79)90738-3.
23. Ellmann GL. Gruppi sulfidrilici tissutali. Arch Biochem Biophys 1959;82:70-7. https://doi.org/10.1016/0003-9861(59)90090-6.
24. Aebi H. Catalasi in vitro. Metodi Enzymol 1984;105:121-6. https://doi.org/10.1016/s0076-6879(84)05016-3.
25. Flohe L, Günzler WA. Saggi della glutatione perossidasi. Metodi Enzymol 1984;105:114-21. https://doi.org/10.1016/s0076-6879(84)05015-1.
26. Kwas M, Bucholc B, Slusarczyk J. [Uso dell'elettroforesi nel gel di poliacrilomide (SDS_PAGE) per valutare la struttura delle IgG, il componente principale dell'immunoglobulina endovenosa umana]. Med Dosw Mikrobiol 2000;52:301-9.
27. Chaila MZ, Viniegra M, Gagliardino JJ, Martínez A, Simesen de Bielke MG, Frusti M, et al. Misurazione dell'emoglobina glicata: confronto tra tre metodi e la cromatografia liquida ad alte prestazioni. J Diabetes Sci Technol 2022;16:724-31. https://doi.org/10.1177/1932296821997179.
28. van Schaick G, Pot S, Schouten O, den Hartog J, Akeroyd M, van der Hoeven R, et al. Valutazione dell'effetto della glicazione sull'attività della lipasi mediante cromatografia di affinità al boronato e spettrometria di massa. Chimica alimentare 2023;421:136147. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2023.136147.
29. Hoelzel W, Weykamp C, Jeppsson J-O, Miedema K, Barr JR, Goodall I, et al. Sistema di riferimento IFCC per la misurazione dell'emoglobina A1c nel sangue umano e schemi di standardizzazione nazionale negli Stati Uniti, Giappone e Svezia: uno studio di confronto dei metodi. Clin Chem 2004;50:166-74. https://doi.org/10.1373/clinchem.2003.024802.
30. Wu W-C, Ma W-Y, Wei J-N, Yu T-Y, Lin M-S, Shih S-R, et al. Albumina glicata sierica per guidare la diagnosi del diabete mellito. PLoS One 2016;11:e0146780. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0146780.
31. Atzeni IM, van de Zande SC, Westra J, Zwerver J, Smit AJ, Mulder DJ. Il lettore AGE: un metodo non invasivo per valutare il danno tissutale a lungo termine. Metodi 2022;203:533-41. https://doi.org/10.1016/j.ymeth.2021.02.016.
32. Wolff G, Lin Y, Akbulut C, Brockmeyer M, Parco C, Hoss A, et al. Numeri meta-analizzati necessari per il trattamento di nuovi farmaci antidiabetici per gli esiti cardiovascolari. ESC Scompenso cardiaco 2023;10:552-67. https://doi.org/10.1002/ehf2.14213.
33. Diaz-Louzao C, Barrera-Lopez L, Lopez-Rodriguez M, Casar C, Vazquez-Agra N, Pernas-Pardavila H, et al. Relazione longitudinale tra danno epatico e biomarcatori di infiammazione nei pazienti ospedalizzati con COVID-19 utilizzando un approccio di modellazione congiunta. Sci Rep 2022;12:5547. https://doi.org/10.1038/s41598-022-09290-x.
34. Malone HE, Nicholl H, Coyne I. Fondamenti per la stima della dimensione del campione. Infermiera Res 2016;23:21-5. https://doi.org/10.7748/nr.23.5.21.s5.
35. Cohen J. Analisi del potere statistico per le scienze comportamentali. 2a ed. New York: Routledge; 1988. https://doi.org/10.4324/9780203771587.