Gli effetti della supplementazione di nitrato inorganico orale sulla perfusione degli arti inferiori durante l'esercizio nei pazienti con PAD

L'arteriopatia periferica (PAD) è caratterizzata da blocchi (occlusioni o stenosi) nelle grandi arterie degli arti inferiori. Si stima che la prevalenza mondiale della PAD sia aumentata del 23,5% nell'ultimo decennio e ora colpisca 202 milioni di persone. La prevalenza della PAD aumenta con l'età dal 5% di 45-49 anni fino al 19% in quelli di età >70 anni e il fumo e il diabete sono fattori causali. La PAD è molto poco studiata rispetto alle malattie cardiache o cerebrovascolari. La claudicatio intermittente (IC) è la principale manifestazione clinica della PAD e si verifica quando la malattia occlusiva arteriosa riduce il flusso sanguigno al sistema vascolare periferico durante l'esercizio. Tra i soggetti con claudicatio intermittens da PAD, 1/3 ha dolore durante l'attività leggera a casa e un ulteriore 1/3 ha dolore camminando per una breve distanza (un isolato). Questi pazienti soffrono di una qualità di vita marcatamente compromessa e di un'elevata percezione della disabilità. L'aumento della deambulazione senza dolore è un obiettivo primario della terapia per la PAD poiché è correlato al miglioramento della qualità della vita.

Sebbene l'indice della pressione arteriosa sistolica caviglia-brachiale (ABI) e il test del flusso sanguigno degli arti siano utilizzati per diagnosticare la PAD, la maggior parte degli studi di ricerca non riesce a mostrare una relazione tra queste misure e la capacità funzionale. Confondere la comprensione di questa malattia è che la rivascolarizzazione chirurgica, che migliora il flusso sanguigno, non normalizza le prestazioni dell'esercizio e la deambulazione può essere aumentata senza cambiamenti nell'emodinamica. Il professor Allen (PI) ha precedentemente mostrato aumenti del flusso sanguigno iperemico di picco delle gambe con l'allenamento fisico, ma non è riuscito a trovare una relazione tra questi cambiamenti e gli aumenti del tempo di insorgenza della claudicatio (COT) e del tempo di camminata di punta (PWT). I professori Allen e Annex (Chief UVa Health System - Cardiovascular Medicine) hanno anche mostrato aumenti della densità capillare del gastrocnemio dopo l'allenamento fisico e una correlazione con il VO2peak. Ciò suggerisce che, in presenza di stenosi del vaso condotto, i pazienti dipendono maggiormente dalla microvascolarizzazione per distribuire il sangue e l'ossigeno disponibili ai tessuti funzionanti in modo più efficiente.

L'ossido nitrico (NO) è prodotto dall'endotelio vascolare e svolge un ruolo importante nella vasodilatazione, nella regolazione del flusso e nella funzione piastrinica. Le interruzioni nella produzione di NO sono state implicate nella patogenesi della malattia vascolare. Inizialmente si credeva che la bioattività dell'NO fosse limitata sia temporalmente che spazialmente alla vicinanza dell'endotelio vascolare dove veniva prodotta. È ormai chiaro che diverse specie derivate da NO protette possono essere trasportate attraverso il sistema vascolare per essere rilasciate in aree critiche della circolazione, dove possono influenzare il tono macro e microvascolare e possibilmente la vasculopatia. In condizioni normali, questo ruolo di tipo endocrino è controllato con precisione: per cui durante la normossia l'NO viene conservato ma in condizioni ipossiche l'NO viene liberato e può avviare la vasodilatazione. Una potenziale opzione terapeutica prevede la conversione di anioni nitrato inorganico (NO3-) e nitrito (NO2-) in NO (e altre specie bioattive). Questo è un approccio interessante, poiché è biologicamente distinto dall'NO sintasi endoteliale e può essere ottenuto facilmente tramite somministrazione orale. L'NO3- inorganico è abbondante nelle verdure a foglia verde, barbabietole, sedano, lattuga, ravanelli e spinaci.

Siamo stati il ​​primo gruppo a dimostrare aumenti acuti della concentrazione plasmatica di NO2- (utilizzando succo di barbabietola contenente 9 mM NO3-) e un aumento delle prestazioni di deambulazione nei soggetti con PAD+IC. COT aumentato del 18% (32 sec) e PWT del 17% (65 sec). Si tratta di un aumento clinicamente significativo e statisticamente significativo per uno stato patologico caratterizzato da ridotta funzionalità fisica e qualità della vita. Non ci sono stati cambiamenti nell'ABI o nella funzione endoteliale che suggeriscono nessun aumento dell'NO vascolare endogeno. Gli aumenti delle prestazioni sono stati accompagnati da una riduzione dell'estrazione frazionata di ossigeno nei tessuti di lavoro, misurata mediante spettroscopia nel vicino infrarosso (NIRS), suggerendo un aumento della perfusione ai tessuti di lavoro.

Abbiamo successivamente dimostrato che il dosaggio cronico in combinazione con 36 sessioni di allenamento all'esercizio (EX + BR) ha generato anche aumenti significativi della deambulazione senza dolore (COT) e analoghe riduzioni della deossiemoglobina durante l'esercizio, rispetto a un regime di esercizio identico accoppiato con placebo.

Sfortunatamente, mentre i dati della spettroscopia nel vicino infrarosso (NIRS) durante una sfida fisiologica sono indicativi, sono anche relativamente imprecisi: il NIRS misura solo l'ossigenazione/deossigenazione relativa per l'intero letto tissutale. Un approccio non invasivo molto più preciso è stato sviluppato dal professor Christopher Kramer (UVa Health System - Cardiovascular Medicine, Noninvasive Cardiovascular Imaging) e dal professor Craig H. Meyer (Dipartimento di ingegneria biomedica) che utilizza il Pulsed Arterial Spin Labeling (PASL) insieme a un test da sforzo per l'occlusione della cuffia o la flessione plantare sviluppato dal Professor Arthur Weltman (UVa - Dipartimento di Kinesiologia). Ciò consente la creazione di mappe di perfusione tissutale e la differenziazione tra specifici compartimenti del muscolo gastrocnemio in modo spaziale e temporalmente risolto. Inoltre, utilizzeremo il trasferimento di saturazione dello scambio di creatina (CrCEST) per misurare la cinetica di recupero della PCr dopo un esercizio estenuante o fino a quando i sintomi dei soggetti non limitano la loro tolleranza all'esercizio.

Queste tecniche in combinazione ci permetteranno di differenziare i deficit nella perfusione tissutale e nel metabolismo (funzione mitocondriale) per compartimenti specifici del muscolo gastrocnemio prima e dopo l'intervento. La sensibilità per rilevare i cambiamenti in seguito all'integrazione di nitrati inorganici (BR) è stata precedentemente dimostrata in soggetti sani durante un intenso esercizio fisico (che crea condizioni ipossiche nel letto tissutale analoghe a quelle dei pazienti con PAD+IC durante un esercizio lieve). I partecipanti al BR hanno mostrato un aumento della tolleranza all'esercizio e una riduzione della deplezione di PCr, suggerendo cambiamenti nel metabolismo/funzione muscolare. Tuttavia, l'effetto della BR sulle risposte metaboliche e sulla perfusione tissutale durante l'esercizio estenuante nei pazienti con PAD non è stato studiato fino ad oggi.

L'ipotesi di questa proposta è che nei pazienti con PAD+IC, 3-6 giorni di consumo dietetico orale di nitrati (sotto forma di BR concentrato) produrranno una maggiore perfusione tissutale, apporto di ossigeno e un metabolismo muscolare potenziato rispetto al placebo (PL ). Ciò si tradurrà in un aumento delle prestazioni fisiche sia nell'esercizio di flessione del plantare specifico per i muscoli che nelle misure del tapis roulant di deambulazione senza dolore. Per testare questa ipotesi, i seguenti obiettivi specifici recluteranno 24 pazienti con PAD+IC in un disegno incrociato randomizzato, in doppio cieco, controllato con placebo.

Obiettivo 1. Per determinare le differenze di trattamento (BR v PL) nella costante del tempo di recupero della fosfocreatina (PCr) misurata mediante il trasferimento di saturazione dello scambio chimico di creatina (CrCREST).

Obiettivo 2. Determinare tra le differenze di trattamento (BR v PL) nel picco di esercizio, l'iperemia massimale nei diversi compartimenti degli arti inferiori (anteriore, laterale, gastrocnemio, soleo e compartimenti profondi) mediante Pulsed Arterial Spin Labeling (PASL).

Obiettivo 3. Determinare le relazioni tra i cambiamenti del trattamento nelle prestazioni di deambulazione COT e PWT e le caratteristiche di perfusione compartimentale degli arti inferiori (Obiettivo 2) e la cinetica di recupero della fosfocreatina (Obiettivo 1).