Effetti dell'esposizione al freddo e tecniche di respirazione sulla risposta immunitaria (EXPOCOL)

Le malattie autoimmuni sono caratterizzate da una risposta infiammatoria inappropriata contro i tessuti del corpo. Queste malattie, di cui l'artrite reumatoide (RA) è la più nota, rappresentano un onere sanitario importante. Citochine pro-infiammatorie come TNF-α, IL-6 e IL-1β sono centrali nella patogenesi dell'AR e di molte altre malattie autoimmuni. Prodotti biologici che antagonizzano le citochine infiammatorie o i loro recettori, ad es. anti-TNF-α, recettore solubile del TNF-α, recettore anti-IL-6 e antagonista del recettore IL-1, sono trattamenti molto efficaci. Tuttavia, sono molto costosi e possono avere gravi effetti collaterali. Inoltre, le conseguenze dell'AR sono attualmente completamente al di fuori della sfera di influenza dei pazienti. Pertanto, sono giustificate terapie innovative volte a limitare l'infiammazione nei pazienti affetti da AR.

Recentemente, uno studio sugli effetti di un intervento sviluppato da "The Iceman" Wim Hof ​​ha rivelato che è possibile attenuare volontariamente la risposta pro-infiammatoria durante l'endotossiemia umana sperimentale (un modello standardizzato, controllato e riproducibile di infiammazione sistemica suscitata dalla somministrazione di lipopolisaccaride (LPS) in volontari sani). L'intervento sviluppato da Hof si compone di diversi elementi, vale a dire la meditazione, l'esposizione al freddo e le tecniche di respirazione. I soggetti addestrati a questo intervento hanno mostrato profondi aumenti dei livelli di adrenalina plasmatica, un rapido aumento della citochina antinfiammatoria IL-10 e la successiva attenuazione della risposta pro-infiammatoria (ad es. livelli plasmatici di TNF-α, IL-6 e IL-8) durante l'endotossiemia umana sperimentale. Questo intervento potrebbe quindi rappresentare una modalità di trattamento che consentirebbe ai pazienti con AR di esercitare l'autocontrollo sulla loro malattia.

Sulla base di questi dati, è altamente giustificato indagare l'efficacia dell'intervento nei pazienti affetti da AR. Lo studio descritto in questo protocollo fa parte di un progetto più ampio in cui gli investigatori alla fine si sforzano di tradurre l'intervento nella pratica clinica per i pazienti affetti da AR. Tuttavia, ci sono questioni importanti che devono essere affrontate prima. Ad esempio, la fattibilità e la sicurezza sarebbero notevolmente migliorate se i pazienti dovessero solo apprendere o praticare uno dei tre elementi dell'intervento. È improbabile che l'elemento di meditazione sia coinvolto. Era una parte molto minore del programma di allenamento e non è stata praticata durante gli esperimenti di endotossiemia. Inoltre, non esiste un modo oggettivo per misurare questo elemento e non esiste alcuna ipotesi per un possibile meccanismo. Per quanto riguarda il secondo elemento, l'esposizione al freddo, sarebbe particolarmente utile determinare se questo elemento ha un valore aggiuntivo, perché è molto impegnativo e potrebbe non essere affatto adatto ai pazienti affetti da AR. Gli investigatori anticipano che il terzo elemento, le tecniche di respirazione, è il principale contributo agli effetti antinfiammatori dell'intervento osservato in precedenza per i motivi descritti di seguito.

Tecniche di respirazione In primo luogo, anche se i volontari sani sono stati addestrati in tutti e tre gli elementi, i soggetti hanno praticato solo tecniche di respirazione durante l'esperimento di endotossiemia. In secondo luogo, le tecniche di respirazione erano caratterizzate da iperventilazione ciclica, che è stato dimostrato in precedenza provocare un aumento dei livelli di adrenalina. I soggetti hanno praticato due tipi di tecniche di respirazione durante l'esperimento di endotossiemia nel nostro precedente studio sull'endotossiemia. Entrambe queste tecniche di respirazione erano caratterizzate da cicli di iperventilazione. In una delle tecniche (iper/ipoventilazione), i soggetti trattenevano il respiro fino a diversi minuti dopo ogni periodo di iperventilazione, mentre nell'altra tecnica (ventilazione forzata), i soggetti trattenevano il respiro per soli 10 secondi durante i quali tutti i muscoli erano tesi dopo ogni periodo di iperventilazione.

Eppure dati non pubblicati (CMO 2014-1374) hanno mostrato gli effetti di queste due tecniche di respirazione in assenza di esposizione al freddo (o meditazione) sui livelli di adrenalina plasmatica. I ricercatori hanno scoperto che questi sono fortemente correlati con gli effetti anti-infiammatori trovati in precedenza. Entrambe le tecniche di respirazione hanno determinato aumenti comparabili dei livelli di adrenalina plasmatica. Inoltre, i livelli di adrenalina nei soggetti formati da Hof erano paragonabili a quelli che erano stati formati da un formatore indipendente che in precedenza non aveva familiarità con l'intervento sviluppato da Hof. Infine, i livelli di adrenalina nei soggetti allenati per 4 giorni erano simili a quelli che erano allenati solo per 2 ore.

Sulla base di questi risultati, si ipotizza che la tecnica di ventilazione forzata sia il maggior contributore agli effetti antinfiammatori dell'intervento osservato in precedenza. Tuttavia, gli effetti di questa sola tecnica di respirazione sulla risposta infiammatoria non sono ancora stati studiati. Inoltre, non si può escludere che l'esposizione al freddo abbia effetti aggiuntivi, poiché ci sono diversi modi in cui l'esposizione al freddo potrebbe contribuire agli effetti antinfiammatori, come descritto di seguito.

Esposizione al freddo In primo luogo, l'esposizione al freddo e il successivo riscaldamento alla normale temperatura corporea possono influenzare la risposta infiammatoria attraverso il rilascio di modelli molecolari immunomodulatori associati al pericolo (DAMP), più specificamente ligandi TLR-4 come la proteina 70 da shock termico (HSP-70 ). È stato dimostrato che i livelli di mRNA di HSP-70 nei miociti cardiaci isolati aumentavano durante il riscaldamento dopo 2,5 ore di ipotermia. Inoltre, la pre-incubazione di cellule umane esposte a 4 °C per 1, 2, 3 e 4 ore ha indotto la sintesi e l'accumulo di HSP-70 dopo il recupero a 37 °C. La rilevanza di HSP-70 per la risposta infiammatoria è evidente da uno studio in cui è stato dimostrato che HSP-70 induce potenti effetti antinfiammatori simili all'induzione della tolleranza alle endotossine nei monociti umani.

In secondo luogo, l'esposizione al freddo può indurre uno stato simile all'ischemia-riperfusione nella pelle e nel tessuto periferico. Uno studio sugli effetti della crioterapia ha dimostrato che il raffreddamento locale della pelle riduce la perfusione tissutale locale. La combinazione di ipoperfusione e riperfusione tissutale sulla vasodilatazione reattiva che segue dopo il riscaldamento è una forma di ischemia/riperfusione (I/R). La potenza dell'I/R nel proteggere i tessuti dal danno ischemico è nota come precondizionamento ischemico (IPC). Ha il potenziale per influenzare la risposta immunitaria attraverso diversi percorsi. Ad esempio, un recente lavoro sugli animali ha dimostrato che l'I/R provoca una sottoregolazione delle citochine pro-infiammatorie come TNF-α e IL-6 e una sovraregolazione delle citochine anti-infiammatorie come IL-10. Inoltre, è stato dimostrato che il fattore inducibile dall'ipossia (HIF) contribuisce in modo determinante alla risposta IL-10 indotta da I/R.

In terzo luogo, l'esposizione al freddo potrebbe avere un effetto potenziante sul rilascio di adrenalina evocato dalle tecniche di respirazione. In uno studio su volontari umani, i livelli di adrenalina sono aumentati dopo 2 ore di seduta in una stanza fredda. È interessante notare che, in uno studio durante l'esercizio acuto in volontari umani, l'esposizione al freddo prima dell'esercizio è stata associata a un ulteriore effetto immunostimolante. Inoltre, la risposta alle citochine di IL-1beta e IL-6 nel sangue stimolato con LPS ex vivo era inferiore nei nuotatori esperti di ghiaccio rispetto ai nuotatori di ghiaccio inesperti.

Nel loro insieme, l'esposizione al freddo può influenzare la risposta in vivo all'endotossiemia. Ciò potrebbe essere mediato da effetti diretti indipendenti dall'adrenalina o dall'aumento dei livelli di adrenalina provocati dalla ventilazione forzata.

Sintesi Questo studio si propone di esplorare gli effetti di due elementi dell'intervento inizialmente sviluppato da Hof, vale a dire la tecnica di respirazione forzata e l'esposizione al freddo, sulla risposta immunitaria durante l'endotossiemia umana. Verranno testati gli effetti di entrambi gli elementi separatamente e in combinazione, quest'ultimo per esplorare l'interazione tra gli elementi.

Verranno inoltre valutati gli effetti della (combinazione di) tecniche di respirazione e dell'esposizione al freddo sulla percezione del dolore. In studi precedenti, i soggetti addestrati hanno manifestato sintomi simil-influenzali sostanzialmente inferiori durante l'endotossiemia. Ciò potrebbe essere dovuto all'attenuazione della risposta immunitaria in questi soggetti, ma anche attraverso altri effetti indotti dalle tecniche di respirazione e/o dall'esposizione al freddo. Per indagare su questo, viene utilizzato il test sensoriale quantitativo (QST), una tecnica oggettiva per misurare le soglie del dolore.

Infine, misure non invasive della tensione di ossigeno nei mitocondri saranno utilizzate per valutare la funzione mitocondriale durante l'endotossiemia umana utilizzando la Protoporphyrin IX-Triplet State Liftime Technique (PpIX-TSLT).

La disfunzione mitocondriale è un elemento importante nella fisiopatologia della sepsi. Tuttavia, un metodo non invasivo valido per misurare la funzione mitocondriale non è ancora disponibile. Nei modelli animali, la tecnica PpIX-TSLT ha dimostrato di essere una tecnica fattibile per misurare le alterazioni della tensione di ossigeno mitocondriale durante l'endotossiemia. Questo non è mai stato studiato negli esseri umani durante l'endotossiemia. Inoltre, l'esposizione al freddo e soprattutto la tecnica respiratoria possono influenzare anche la tensione di ossigeno nei mitocondri, così come i parametri dei gas ematici (ad es. pCO2, equilibrio acido-base ecc.) fluttuano in larga misura durante la pratica di questa tecnica.