말초 동맥 질환에서 운동 후 운동 훈련이 골격근 조직의 단백질 발현에 미치는 영향

이 임상 문제가 중요한 이유는 무엇입니까?

말초 동맥 질환(PAD)은 ​​호주의 주요 건강 문제로 65세 이상의 남성에서 15%의 유병률을 보입니다. 호주에서 PAD의 직접적인 의료 비용은 1994년에 1억 8천만 달러였으며 그 중 78%는 입원과 관련이 있었습니다. PAD는 또한 관상, 대뇌, 신장 및 대동맥 혈관을 포함하는 진행성 심혈관 질환(CVD)의 마커입니다. CVD 관련 사망 위험이 2-3배 증가했습니다. 2006-2007년에 PAD로 인해 25,813명이 입원하고 2,163명이 사망했습니다(Australian Institute of Health and Welfare 2009). 호주 인구의 고령화와 PAD의 유병률 증가(Australian Institute of Health and Welfare 2009), 심혈관 질환에 대한 국가 연간 의료 지출은 2000-01년 지출된 54억 달러를 크게 초과하여 증가할 가능성이 있습니다(Australian Bureau of Statistics 2006). ). 경증 내지 중등도 PAD의 가장 빈번한 증상은 간헐적 파행(intermittent claudication, IC)으로, 휴식을 취하면 완화되는 한쪽 또는 양쪽 다리(대부분 종아리)의 걷기 유발 통증 및 경련으로 정의됩니다. 간헐적 파행이 있는 사람들을 위한 일차적이고 가장 효과적인 치료는 보행 능력과 기능적 상태를 개선하는 데 중점을 둡니다.

간헐성 파행증에 대한 운동의 효과에 대해 이미 알려진 것은 무엇입니까?

치료로서 운동 훈련의 유익한 효과는 여러 무작위 대조 시험에서 확인되었습니다. 최적의 운동 형태는 아직 밝혀지지 않았습니다. 운동으로 인한 파행의 개선 메커니즘은 거의 알려져 있지 않습니다. 운동이 허혈-재관류(I-R) 모욕을 자극하지만, 반복적인 운동은 이 I-R 모욕에 대한 적응 반응을 생성할 수 있습니다. 다른 잠재적 주제에는 혈관신생 및/또는 근육 단백질 합성을 자극하거나 억제하는 운동의 효과가 포함됩니다.

IC의 주요 원인은 운동 중 증가된 수요에 비해 하지로의 혈류 감소이지만 IC의 병리생리학은 완전히 이해되지 않았습니다. 예를 들어, 사지 혈류역학은 임상 증상 또는 최고 운동 수행의 한계와 밀접한 관련이 없습니다. 발목-상완 수축기 혈압 지수(ABI) 및 스트레인 게이지 혈량 측정법에 의한 혈류와 같은 PAD의 중증도에 대한 혈류역학적 측정은 IC 환자의 운동 능력을 잘 예측하지 못합니다.

단면 연구는 염증이 PAD의 존재, 진행 및 중증도와 관련이 있음을 나타냅니다. 이것은 이러한 환자들에게서 나타나는 초과 심혈관 사망률(10년에 최소 50%)을 설명할 수 있습니다. 운동이 파행에 미치는 영향은 말초혈액의 염증 마커로 가장 많이 연구되었습니다.

근육 조직에서 단백질 발현 측정의 중요성은 무엇입니까?

말초 혈액 바이오 마커는 파행의 전신 증상을 이해하는 데 도움이 되지만 근육과 미세 순환에서 일어나는 일을 반영하지는 않습니다. 대부분의 단백질 발현 변화는 말초 혈액에서 감지하기에는 너무 미묘합니다. 획득의 용이성은 심문의 용이성과 일치하지 않습니다. 혈청 내 단백질의 동적 범위는 분석을 매우 어렵게 만듭니다. 풍부한 단백질은 풍부한 단백질을 가리는 경향이 있기 때문입니다. 알부민, 베타 2-마크로글로불린, 트랜스페린, 면역글로불린을 포함한 소수의 단백질이 혈청 단백질의 90% 이상을 차지할 수 있습니다11.

세포 또는 조직의 단백질 보체는 역동적이며 세포가 처한 연령, 수명 주기 및 조건 또는 특정 질병 상태를 반영합니다. 대부분의 질병에서 단백질은 번역 후 변형 및/또는 단백질 분해 절단을 포함하여 수많은 변화를 겪는다는 것이 분명합니다. 마찬가지로 특정 질병에서는 단백질 발현이 변경됩니다. 메신저 리보핵산(mRNA)은 단백질의 화학적 청사진을 암호화하는 분자입니다. 그러나 mRNA의 차등 발현을 검사하는 마이크로 어레이는 번역 후 변형에 대한 정보를 제공하지 않으므로 단백질의 영향을 평가하는 유일한 방법은 단백질 수준입니다.

일부 연구에서는 PAD 환자와 연령이 일치하는 건강한 피험자 간의 골격근의 조직화학적 및 생화학적 특성의 차이를 조사했습니다. PAD 환자의 근육 생검에 대한 대부분의 연구는 단백질 발현에 대한 통찰력 없이 근육 섬유 유형 분포의 변화, 탈신경 및 근육 대사의 변화를 입증했습니다12, 13, 14. 연령에 맞는 건강한 대조군과 비교하여 PAD 환자에서 골격근의 대사 상태가 교란된다는 상당한 증거가 있습니다. 초기 관찰 중에는 PAD가 있는 팔다리의 골격근에서 여러 미토콘드리아 효소의 발현과 활성이 증가한다는 예상치 못한 발견이 있었습니다. IC 환자의 골격근은 운동에 따라 변화하지만 현재의 증거는 변화의 메커니즘 또는 변화가 모든 환자에서 동일한지 밝히지 않습니다. 일부 환자는 운동으로 개선되는 반면 다른 환자는 그렇지 않다는 것을 이미 알고 있습니다. 따라서 운동에 대한 이러한 환자의 반응에 생물학적 다양성이 존재하는지 여부에 대한 의문이 제기됩니다.

암스트롱 등은 골격근의 칼슘 항상성 장애를 연구하고 운동으로 인한 근육 손상의 발달에 중요한 역할을 할 수 있다고 제안했습니다. 운동 후 즉각적인 근육 변화 중 일부는 칼페인과 같은 비리소좀성 시스테인 프로테아제에 의해 시작되는 단백질 분해로 인한 것입니다. 운동 후 세포내 칼슘의 증가는 칼파인을 활성화시킬 수 있습니다. 근육 조직은 m-calpain, μ-calpain 및 n-calpain과 같은 잘 특성화 된 유비쿼터스 calpain을 포함하여 세 가지 뚜렷한 calpain을 나타냅니다. Wang 등은 동물 연구에서 프로테아제 m-칼페인의 증가된 수준이 근육 손상을 촉진하는 반면 칼파스타틴 단백질 발현은 근육 손상에 대한 보호 기능을 실행할 수 있다고 결론지었습니다. 이것은 아직 인간 연구에서 조사되지 않았습니다. 칼파스타틴과 m-칼페인 수치가 IC에서 운동에 대한 다양한 반응을 설명하고 일부 환자는 호전되고 다른 환자는 호전되지 않는 이유를 설명하는 데 중요하다는 가설을 세울 수 있습니다.

운동의 이점에 대한 몇 가지 상충되는 증거가 있습니다. Tsai 등은 포도당 수송체 4(GLUT4) 유전자 발현에 대한 정상적인 훈련 효과가 번역 전 수준에서 급성 및 만성 허혈에 의해 완전히 제거된다는 것을 발견했습니다. 또한, 만성허혈에 의한 근위축은 훈련되지 않은 쥐보다 운동 훈련을 받은 쥐에서 더 심한 것으로 나타났다. 이 결과는 손상된 미세혈관 상태를 가진 개인의 경우 운동 훈련이 근육량 유지에 도움이 되지 않을 수 있음을 시사합니다. 따라서 IC(허혈)가 있는 인간 피험자에 대한 운동 훈련의 효과는 아직 밝혀지지 않았습니다.

우리는 모든 피험자가 운동 능력이 다르고 간헐적 파행 환자도 다르지 않다는 것을 알고 있습니다. 간헐적 파행으로 운동을 하는 환자는 운동으로 인한 단백질 발현이 다를 수 있습니다. 이러한 이유로 환자는 영향을 받지 않은 각 개인의 근육에서 생검을 통해 자신의 통제 역할을 할 것입니다.

운동하는 골격근에서 단백질에 대한 개방형 질량 분광법 검사는 간헐적 파행에서 운동 효과의 기계적 경로에 대한 통찰력을 제공할 것입니다.

간헐적 파행이 있는 운동에서 단백질 발현과 염증 사이의 관계는 무엇입니까?

허혈-재관류 유형 손상을 유발하는 운동의 임상 모델은 염증 마커의 증거에 의해 입증되었습니다. 호중구는 부상 부위의 조직에 축적되기 시작하는 첫 번째 세포로, 근육 조직 자체의 상주 대식세포와 함께 작용하면서 식균 작용을 통해 괴사 조직을 파괴합니다. 호중구의 존재는 다양한 유형의 편심 운동 후 근육에 기록되었습니다. 운동 파행 환자의 호중구 기능을 조사한 연구에서는 분화 항원 IIb(CD11b)의 호중구 부착 수용체 클러스터의 발현 증가에 의해 호중구 활성화가 증가하고 혈장 호중구 엘라스타제의 증가에 의해 탈과립이 나타남을 보여주었습니다. 이것은 간헐적 파행 환자에서 운동 직후에 발생했습니다. 이것이 결과를 예측하는 추세에 해당하는지 여부는 아직 명확하지 않습니다.

프로테아제 m-Calpain은 호중구의 주화성 인자이며 국소 및 전신 염증 반응에서 역할을 할 수 있습니다. 세포 염증 반응에서의 이러한 적응은 이전에 Kunimatsu et al. 칼파스타틴과 함께 이 단백질은 국소 근육 손상, 복구 및 전신 염증 반응 유도 사이의 연결 고리에서 핵심을 잡을 수 있습니다.

단백질의 화학적 변형은 당뇨병에서 죽상동맥경화증 및 허혈-재관류 손상 및 아마도 노화 과정 자체에 이르는 장애의 병인에서 역할을 할 수 있습니다. AGE(Advanced Glycosylation End products)는 당 분자가 반응을 제어하는 ​​효소 없이 단백질 또는 지질 분자에 결합하는 당화 반응의 최종 생성물입니다. AGEs의 형성 및 축적은 연령 관련 질환, 특히 심혈관 질환의 진행과 관련이 있습니다. 이들은 산화질소(내피 유래 이완 인자)를 방해하여 혈관 확장을 억제하고 대식세포와 내피 세포를 결합하여 염증성 사이토카인의 분비를 유도하고 산화 스트레스를 강화하는 등 다양한 병리학적 효과를 나타냅니다. 우리는 운동이 AGE의 합성을 증가시키는 내피 세포에 의한 포도당 흡수를 자극한다고 가정합니다. 운동이 이 과정을 다시 향상시킬지 감소시킬지는 아직 결정되지 않았습니다.

이 연구의 목적은 조직 손상 또는 복구에 영향을 미치는 것으로 알려진 단백질(Calpains 및 Calpastatin)을 사용하여 Interleukin-6(IL-6), Neutrophil elastase 및 Advanced Glycated End-products를 포함한 염증성 바이오마커를 조사하여 다양한 형태의 효과를 확인하는 것입니다. 결정하기 위해 이 프로세스에 대한 연습

1. 운동은 모든 환자에게 적합합니까? 즉.

   1. 모든 환자가 전 염증성 반응으로 반응합니까? 그리고
   2. 운동은 모든 환자에서 이에 대한 적응 반응을 생성합니까? 또는
   3. 운동은 운동 훈련으로 감소되지 않는 일부 환자의 I-R 손상을 자극합니까?
   4. 조직 손상 또는 복구 측면에서 운동에 대한 국소 조직 반응은 무엇입니까(단백질 분석으로 측정)
2. 이러한 적합한 환자에게 가장 적합한 운동 형태는 무엇입니까?

3. 운동에 대한 환자의 반응에 생물 다양성이 있습니까?

   1. 전신 염증 반응(IL-6, Neutrophil Elastase & AGE's 기반)?
   2. 국소 반응(단백질 분석 기반)?

4. 이 환자들의 운동에 대한 생리학적 반응이 CVD 관련 이환율/사망률의 위험을 감소시키는가?

   ㅏ. 심폐 운동 검사(CPET) 결과 매개변수 및 내피 기능의 변화로 입증됩니다.

5. 손상된 내피 기능은 가역적입니까? ㅏ. 유동 매개 팽창에 의해 측정됨.

전신 혈액 및 국소 근육 조직의 데이터를 결합하여 사용하면 골격근의 연령 관련 PAD 변화의 대사 및 기능적 결과를 특성화하는 데 도움이 됩니다. 또한 운동이 간헐적 파행 환자에게 효과를 발휘하는 기계적 경로를 식별하는 데 도움이 될 것입니다.