Integrazione di vitamina D e ipertrofia cardiaca nella malattia renale cronica (CKD) (5C)

Impatto dell'integrazione di vitamina D sull'ipertrofia e sulla funzione cardiaca nei pazienti con malattia renale cronica: uno studio randomizzato controllato con placebo.

1. Riepilogo posa:

   I pazienti con malattia renale cronica (CKD) hanno fino a 3,5 volte più probabilità di morire per malattie del cuore e dei vasi sanguigni (malattie cardiovascolari-CVD). L'insufficienza di vitamina D è molto comune nella malattia renale cronica ed è associata a malattie cardiovascolari. Gli studi sugli animali hanno mostrato un miglioramento delle dimensioni e della funzione del cuore con la terapia con vitamina D, sebbene manchino prove nell'uomo. Lo studio proposto verificherà se il trattamento orale con vitamina D, nei pazienti con insufficienza renale cronica, migliorerà l'allargamento e la funzione del cuore. Con queste modifiche proposte, i ricercatori si aspettano di ridurre le malattie cardiovascolari e i decessi nei pazienti con insufficienza renale cronica.

2. Abstract dell'indagine proposta:

I tradizionali fattori di rischio spiegano in modo inadeguato l'aumento sproporzionato del rischio CV nella malattia renale cronica. L'ipovitaminosi D è comune nella malattia renale cronica ed è associata ad un aumento della mortalità cardiovascolare. Negli esperimenti sugli animali, la vitamina D riduce la massa LV (LVM) e migliora la funzione sistolica. Nei pazienti in dialisi, studi osservazionali mostrano che la terapia con vitamina D riduce la mortalità cardiovascolare e migliora la funzione diastolica. Tuttavia, il beneficio del ripristino della vitamina D nativa sulla struttura e sulla funzione cardiaca non è stato studiato negli esseri umani.

I ricercatori propongono di testare in uno studio randomizzato, controllato con placebo, se 40 settimane di colecalciferolo orale, in pazienti con CKD predialisi, si tradurranno in una riduzione della massa ventricolare sinistra e in un miglioramento della funzione sistolica/diastolica insieme alla composizione della matrice extracellulare cardiaca.

Attualmente, il NICE non raccomanda la misurazione di routine della vitamina D nei pazienti con insufficienza renale cronica. Se efficace in questo contesto, ulteriori studi sugli esiti dimostreranno se questa terapia poco costosa e facilmente somministrabile può essere prescritta di routine per prevenire la morbilità e la mortalità.

3. Contesto del progetto e dati pilota: (i) CVD nella CKD: i tassi di mortalità CV sono fino a 3,4 volte superiori nei pazienti con CKD rispetto alla popolazione generale(1). I ricercatori e altri hanno dimostrato una relazione graduale tra eventi CV e morte con funzione renale in declino(2). I tradizionali fattori di rischio spiegano solo parzialmente il rischio elevato. Ciò evidenzia l'importanza di fattori di rischio non tradizionali come l'infiammazione, lo stress ossidativo e la carenza di vitamina D come fattori di rischio CV modificabili nella malattia renale cronica.

(ii) La carenza di vitamina D nella popolazione generale e nella malattia renale cronica L'ipovitaminosi D è comune nella popolazione generale. Uno studio condotto dal gruppo di Thadhani su 15.088 adulti ha dimostrato che la prevalenza dell'insufficienza di vitamina D è compresa tra il 40 e l'80% nella popolazione generale degli Stati Uniti(3). I pazienti con CKD sono a maggior rischio di ipovitaminosi D. In un gruppo di 145 pazienti con CKD non dializzati del sud di Londra, è stata osservata una prevalenza dell'85% di insufficienza di vitamina D [25 idrossi vitamina D (25(OH)D)< 75 nmol /L], compreso il 32% di carenza[25(OH)D < 37,5nmol/L], con un rischio significativamente più elevato tra gli afro-caraibici e gli asiatici del sud(4).

(iii) Ipovitaminosi D e malattia CV: studi trasversali mostrano un'associazione indipendente tra bassa 25 (OH) D e mortalità CV(5;6). Nella popolazione in dialisi, gli studi osservazionali di Thadhani et al mostrano un aumento della mortalità cardiovascolare precoce nei pazienti con bassi livelli di 25 (OH) D (OR=1,9). L'integrazione di vitamina D è associata a una migliore sopravvivenza in dialisi (OR=0,6)(7).

(iv) La vitamina D migliora la funzione cardiaca e la morfologia: il sistema endocrino della vitamina D è ubiquitario nei tessuti umani, compreso il miocardio e l'endotelio vascolare. Ora ci sono prove crescenti da studi sugli animali che la vitamina D influenza direttamente la funzione e la struttura cardiaca attraverso un'azione genomica sui miociti cardiaci. I topi knockout per la vitamina D mostrano un aumento dell'ipertrofia dei cardiomiociti, della fibrosi cardiaca e del peso del cuore (8). Ancora più importante, è stato dimostrato che il trattamento con vitamina D nei ratti con insufficienza cardiaca spontaneamente ipertesi e nei topi wild type attenua l'ipertrofia cardiaca e la fibrosi e modula la contrattilità del miocita cardiaco, rispettivamente (9;10).

In un modello animale di ratti sensibili al sale Dahl trattati con vitamina D attiva per 6 settimane, il gruppo di Thadhani ha dimostrato una riduzione del peso cardiaco, LVM, spessore della parete posteriore e un aumento dell'accorciamento frazionale. C'è stata una significativa riduzione dei livelli plasmatici di BNP e renina nei ratti alimentati con alto contenuto di sale (HS) insieme alla vitamina D, rispetto ai ratti alimentati con la sola dieta HS. Non c'era alcuna differenza nella pressione arteriosa tra i due gruppi, riaffermando così un'azione diretta della vitamina D sulla morfologia e sulla funzione cardiaca, in contrasto con un effetto emodinamico. Soprattutto, hanno anche dimostrato un miglioramento della funzione diastolica e una riduzione dello spessore della parete settale e posteriore in un piccolo studio osservazionale su pazienti in emodialisi, trattati con vitamina D attiva, suggerendo che i risultati dei modelli animali possono essere replicati negli esseri umani(11) . Inoltre, la somministrazione endovenosa di vitamina D in un gruppo di pazienti in emodialisi con iperparatiroidismo secondario è stata associata a una significativa riduzione dell'indice LVM (da 178 ±73 a 165±61 g/m2) all'ecocardiogramma transtoracico nell'arco di 15 settimane(12). Tuttavia, finora nessuno studio ha indagato gli effetti della replezione nativa della vitamina D sulla struttura e sulla funzione cardiaca, come uno studio randomizzato, in doppio cieco, controllato con placebo nella CKD predialitica.

(v) Vitamina D e fibrosi cardiaca: Recenti evidenze che utilizzano la risonanza magnetica cardiaca (CMR) potenziata con gadolinio suggeriscono che la fibrosi cardiaca è una caratteristica predominante della cardiomiopatia uremica (13). Gli studi sugli animali hanno dimostrato un ruolo importante della vitamina D nel mantenimento della composizione della matrice extracellulare (ECM) nel cuore. Nel modello di topi knockout per il recettore della vitamina D vi è un marcato aumento della fibrosi cardiaca, correlata all'espressione anomala delle collagenasi(14).

Gli studi del gruppo di Diez su soggetti con cardiopatia ipertensiva hanno identificato un biomarcatore sierico affidabile che riflette la sintesi del collagene di tipo 1 nel propeptide carbossi-terminale del procollagene di tipo 1 (PICP)(15). Il PICP sierico insieme alle metalloproteinasi 1 della matrice libere (MMP-1) e all'inibitore tissutale libero delle metalloproteinasi 1 (TIMP 1), come marcatori della degradazione del collagene, riflettono accuratamente il metabolismo del collagene nel cuore (15). Il PICP viene rilasciato in rapporto 1:1 durante la sintesi del collagene di tipo 1, dal suo precursore procollagene di tipo 1. Inoltre, il PICP sierico periferico riflette accuratamente la quantità di fibre di collagene di tipo 1 nel cuore(16) e può quindi essere utilizzato per monitorare gli effetti del trattamento sul contenuto di collagene del cuore(17). Tuttavia, finora nessuno studio ha mostrato un effetto della terapia con vitamina D sui cambiamenti nella composizione dell'ECM all'interno del cuore umano.

(vi) Dimensione anomala del ventricolo sinistro con disfunzione sistolica e diastolica in pazienti con CKD pre dialisi: in un gruppo di 18 pazienti con CKD stadi consecutivi di stadio 4 e 5, ritenuti idonei al trapianto renale, i ricercatori hanno osservato un aumento significativo di LVM, setto interventricolare (IVS ) diametro e diametro della parete posteriore con disfunzione sistolica e diastolica; utilizzando una combinazione di ecocardiografia TDI (Transthoracic e Cardiac Tissue Doppler Imaging), rispetto ai controlli normali.

(5) Ipotesi originale I ricercatori propongono che il trattamento di 40 settimane con colecalciferolo orale migliorerà la struttura e la funzione cardiaca nei pazienti con CKD predialisi, come conseguenza del miglioramento della composizione e del turnover della MEC cardiaca.

Gli investigatori intendono affrontare questa ipotesi centrale attraverso i seguenti obiettivi specifici:

(i) Obiettivo specifico 1: determinare l'effetto della terapia orale con colecalciferolo sulla massa ventricolare sinistra misurata mediante imaging CMR. Gli investigatori si aspettano una riduzione di 10 g di LVM su CMR nel gruppo di trattamento attivo rispetto ai controlli.

(ii) Obiettivo specifico 2: determinare l'effetto della terapia orale con colecalciferolo sulla funzione sistolica cardiaca mediante TDI cardiaco e sulla funzione diastolica mediante ecocardiografia transtoracica.

La funzione sistolica sarà misurata come miglioramento della velocità di deformazione sistolica di picco longitudinale media (SR) e della deformazione sistolica longitudinale finale (S) valutata alla base, parete media e apice dell'IVS, parete laterale, inferiore e anteriore su TDI cardiaco. Il miglioramento della funzione diastolica sarà misurato da precoce (picco E) e tardivo (picco A), flusso transmitralico e movimento dell'anulus, tempo di rilassamento isovolumetrico (IVRT) e tempo di decelerazione (DT) sull'ecocardiogramma transtoracico.

Questi parametri saranno testati in uno studio randomizzato controllato con placebo che coinvolge 25 pazienti in ciascun braccio. In questa proposta è stata utilizzata la 25 idrossi vitamina D3 [25 (OH) D], in quanto ci si aspetterebbe che i pazienti con CKD allo stadio 3-4 abbiano riserve adeguate dell'enzima 1 α-idrossilasi per convertire il 25 (OH) D in 1,25 attivo (OH)2 D. Gli investigatori misureranno il livello di 25 idrossi colecalciferolo per garantire un'adeguata replezione. Il colecalciferolo si è dimostrato sicuro ed efficace se somministrato a questa dose (18;19). Per esaminare il miglioramento della composizione e del turnover dell'ECM, i ricercatori dimostreranno la riduzione del contenuto di collagene cardiaco misurato dalla diminuzione del PICP sierico e dell'inibitore tissutale delle metalloproteinasi 1 (TIMP1) e un aumento della metalloproteinasi 1 della matrice sierica (MMP1). PICP sarà corretto per eGFR e bone alkPO4. Il rapporto MMP1/TIMP1 sarà utilizzato per misurare la degradazione del collagene. La funzione cardiaca pre e post terapia sarà valutata anche misurando il proBNP N-terminale plasmatico (NT proBNP). Inoltre, verrà creata una biobanca di cellule intere, mRNA e DNA, sangue e urina per l'analisi futura di nuovi geni o percorsi biologici.

(6) Dettaglio sperimentale e disegno del progetto proposto

(i) Popolazione in studio: i pazienti naive alla vitamina D saranno reclutati dalle cliniche ambulatoriali di nefrologia generale degli ospedali di St. George, Guy e Kingston. Saranno arruolati pazienti con deficit di 25 (OH) D [(25 (OH) D < 37,5 nmol/L] (linee guida della Kidney Disease Outcomes Quality Initiative) in terapia con ACEi/ARB. I criteri di reclutamento cardiaco saranno l'indice di massa ventricolare sinistro (LVMI) tra 80-160 g/m2 per le femmine e 100-160 g/m2 per i maschi (queste cifre corrispondono al terzile superiore del normale indice di massa LV (LVMI) su TTE basato su Studio Framingham Heart (20).e quelli con LVMI 1DS sopra i valori medi osservati in CKD3-4, sulla base dello studio CREATE) (21)

(ii) Randomizzazione del paziente, accecamento e follow-up: un farmacista di studi clinici supervisionerà la randomizzazione in due gruppi uguali per il confronto, l'accecamento e la distribuzione dei farmaci.

Di seguito si riassumono le fasi del processo:

• Saranno reclutati 50 pazienti con livelli di 25 (OH) D < 37,5 nmol/L. I dati demografici del paziente, i dati antropometrici e la storia clinica pertinente sarebbero ottenuti al momento dell'arruolamento. Il sangue sarà raccolto per i livelli di calcio, fosfato, ormone paratiroideo, alkPO4 osseo e proteina C reattiva ad alta sensibilità (hsCRP). Saranno misurati biomarcatori di fibrosi cardiaca (picp sierico), turnover della matrice extracellulare (MMP1 e TIMP1) e funzione cardiaca (NT proBNP plasmatico). L'ecocardiografia transtoracica verrà eseguita al basale per soddisfare i criteri di reclutamento e la funzione diastolica. La funzione TDI cardiaca e la CMR saranno eseguite al basale rispettivamente per la funzione sistolica e LVM.
• I pazienti saranno randomizzati in 2 gruppi uguali per ricevere 4 dosi orali osservate direttamente di 150.000 UI in 50 ml di olio vegetale colecalciferolo (Martindale, Regno Unito) a 0, 10, 20 e 30 settimane o placebo corrispondente.
• A 40 settimane verranno raccolti campioni di sangue per ripetere l'ematologia, la biochimica e i biomarcatori della sintesi e del metabolismo del collagene come menzionato sopra. I cambiamenti nella geometria e nella funzione ventricolare sinistra saranno rimisurati utilizzando rispettivamente l'ecocardiografia CMR, transtoracica e cardiaca TDI.

I cambiamenti nelle misurazioni pre e post trattamento saranno confrontati nel gruppo attivo e placebo. Tutti i pazienti continueranno a essere seguiti nella clinica di nefrologia generale durante lo studio e successivamente al termine dello studio.

(iv) Protocollo CMR: tutti i soggetti verranno sottoposti a imaging su uno scanner MRI Philips Intera da 1,5 T con bobina cardiaca dedicata a 32 canali. Il protocollo MRI includerà una scansione del piano, una scansione di riferimento SENSE, una scansione interattiva per identificare le geometrie del cuore a 4 camere, 2 camere ad asse lungo e ad asse corto. Trattenimento del respiro Processione libera allo stato stazionario Saranno acquisite 4 camere, 2 camere e stack ad asse corto (1,5 mm, 1,5 mm, 10 mm) (30 fasi cardiache). La massa ventricolare sarà calcolata utilizzando una postazione di lavoro viewforum (Philips Healthcare) delineando i confini endocardici ed epicardici del ventricolo sinistro diastolico (figura 2).

(v) Imaging Doppler del tessuto cardiaco ed ecocardiografia transtoracica: il TDI cardiaco verrà registrato per la deformazione longitudinale. I dati saranno ottenuti dal setto, dalla parete laterale, anteriore e inferiore utilizzando un settore stretto (tipicamente 120). S e SR longitudinali saranno calcolati su un'area di calcolo di 10 mm. SR e S mediati su 3 cicli cardiaci saranno analizzati utilizzando un software dedicato (SPEQLE, Univ. Lovanio) (figura 3). La variabilità intra- e inter-osservatore di questo approccio è inferiore al 10%(22).

I dati saranno ottenuti dalle viste parasternali e apicali utilizzando uno scanner GE Vivid 7. I volumi LV saranno misurati utilizzando la formula di Teichhloz. La funzione diastolica sarà valutata come precedentemente descritto dal nostro gruppo(17). La funzione radiale globale sarà valutata mediante accorciamento frazionale sia dell'endocardio che della parete media. Tutte le misurazioni verranno eseguite utilizzando la workstation Echo-Pac (GE) e mediate su 3 misurazioni individuali.

(vi) Analisi dei biomarcatori per infiammazione, fibrosi cardiaca e funzione cardiaca: l'infiammazione cronica sarà quantificata dai livelli sierici di proteina C-reattiva ad alta sensibilità (hsCRP) utilizzando un test immunometrico chemiluminescente (Immulite® 2500) a 0,20 e 40 settimane. I campioni di siero conservati a -700 C e batch analizzati per PICP (RIA-Framos Diagnostica), MMP1 e TIMP 1 (ELISA-Amersham) presso l'Università di Pamplona e Plasma NT proBNP saranno misurati mediante il test immunologico Elecsys® proBNP su Roche Elecsys® Analizzatore immunologico 1010 al basale e al completamento dello studio.

(vii) Potenziali fattori confondenti: l'emoglobina sarà mantenuta tra 10-13 gm%. Verranno documentati l'uso di agenti stimolanti l'eritropoietina, la dose/frequenza della sostituzione del ferro e qualsiasi trasfusione di sangue. La pressione arteriosa in ufficio secondo le linee guida BHS sarà documentata nelle fasi di somministrazione della vitamina D. Verranno annotati i cambiamenti nei farmaci antipertensivi durante il periodo di follow-up. Inoltre i seguenti parametri saranno valutati a 0, 20 e 40 settimane:

• rapporto attività aldosterone/renina plasmatica;
• Velocità dell'onda del polso, pressione arteriosa centrale e indice di aumento (sistema SphygmoCor Pulse Wave Velocity);
• Prodotto sierico calcio x fosfato (<5 mmol/L);
• Rapporto urinario proteine-creatinina, sodio e escrezione frazionata di fosfato;
• Siero FGF-23.

(viii) Creazione di una biobanca Campioni EDTA da 10 ml per cellule e 3 tubi tempus da 3 ml per mRNA su PBMC/sangue intero saranno raccolti alle settimane 0, 20 e 40 per la creazione di una biobanca presso il Kings College di Londra (Guy's Campus) per il futuro analisi di nuovi geni o vie biologiche.

(ix) Reclutamento e conservazione dei partecipanti allo studio

La pianificazione e la preparazione del processo sarebbero condotte nelle prime 6 settimane. Nei tre siti ospedalieri vengono visitati 120 pazienti con CKD/settimana. Il 30% dei pazienti è diabetico e il 60% dei pazienti ha una velocità di filtrazione glomerulare < 45 ml/min/1,73 m2. I ricercatori stimano che la carenza di vitamina D sia di circa il 35% sulla base del nostro studio pilota. Il reclutamento durerà oltre 50 settimane. La durata totale della sperimentazione sarà di 102 settimane. Una sequenza temporale dello studio proposto è descritta nella figura 3.

(7) Calcolo della potenza e analisi statistica La variabilità interstudio del CMR per la massa ventricolare sinistra utilizzando un protocollo simile al nostro, è stata riportata tra il 2,8% e il 4,8% con una SD di 8,4 g(23). Per dimostrare un miglioramento di 10 g nella massa LV nel gruppo di trattamento attivo, i ricercatori avrebbero bisogno di 19 pazienti [α= 0,05 e Power=95%]. Con un tasso di abbandono del 30%, gli investigatori recluteranno 25 pazienti in ciascun gruppo. I confronti per le variabili continue saranno eseguiti utilizzando il t-test del campione indipendente tra il trattamento attivo e il gruppo placebo.

(8) Valore atteso dei risultati I ricercatori sono fiduciosi che lo studio sia adeguatamente potenziato per mostrare un cambiamento di 10 gm in LVM, utilizzando la scansione RM presso il laboratorio di Reza Rezavi, se esiste; allo stesso modo un cambiamento nella funzione sistolica utilizzando l'ecocardiogramma presso il laboratorio esperto di St Georges. I ricercatori saranno anche in grado di esaminare il ruolo della fibrosi nel LVH e nella disfunzione sistolica misurando i biomarcatori nel laboratorio di Javier Diez. Un'ampia popolazione di pazienti affetti da CKD presso gli ospedali St George's, Guy's e Kingston faciliterà il reclutamento.

Figura 3: Cronologia espressa in settimane che mostra la pianificazione, il reclutamento e la randomizzazione anticipata di 50 pazienti con livelli di 25 (OH) vitamina D < 37,5 nmol/L. La risonanza magnetica cardiaca, l'ecocardiografia, i marcatori di fibrosi cardiaca saranno misurati alla randomizzazione e al completamento dello studio. CMR- Risonanza magnetica cardiaca, TDI- Doppler tissutale, TTE- Ecocardiografia transtoracica. L'analisi e la segnalazione dei risultati avverrà tra 96-102 settimane.

(9) Potenziali problemi e strategie alternative:

• L'impatto dei potenziali fattori confondenti è stato ridotto al minimo attraverso rigidi criteri di ingresso e protocollo di follow-up. Nel nostro calcolo della dimensione del campione è stato consentito un tasso di abbandono del 30% per tenere conto dei cambiamenti nello stato clinico dei pazienti che possono spiegare i cambiamenti osservati nelle misurazioni cardiache, come il rapido declino della funzione renale, IM o morte durante il follow-up dello studio, pre -trapianto di rene a vuoto, prodotto CaxP > 5 mmol/L, Hb < 10 o > 13 gm% e pressione arteriosa alta persistente (> 150/90 mmHg).
• Sebbene i pazienti nel nostro studio pilota fossero giovani, i ricercatori si aspettano un miglioramento proporzionale dei parametri anche nei partecipanti allo studio.
• I ricercatori sono consapevoli che il miglioramento della funzione e della morfologia del ventricolo sinistro non è stato precedentemente dimostrato con la terapia con vitamina D nei soggetti umani. Tuttavia, le prove degli effetti genomici della vitamina D sui miociti cardiaci, sulla matrice extracellulare e sulla contrattilità miocardica sono ben consolidate negli studi sugli animali. Ancora più importante, questo studio esplora un nuovo meccanismo antifibrotico della terapia con vitamina D negli esseri umani, che potrebbe fornire la prova di principio per l'uso della vitamina D in altri stati patologici come i disturbi autoimmuni.