Glycoxidatie, arteriële biomechanica en schade aan doelorganen (GlycOxiTOD)

INVOERING

Atherosclerotische cardiovasculaire ziekte (ASCVD) vertegenwoordigt een van de belangrijkste oorzaken van morbiditeit en mortaliteit in de bevolking. Arteriële hypertensie (AHT), samen met andere cardiovasculaire risicofactoren (CVR), predisponeert voor afwijkingen in de structuur en functie van grote en kleine slagaders, wat leidt tot voortijdige vasculaire veroudering en culmineert in de ontwikkeling van doelorgaanschade (TOD), die een duidelijke maar ondergediagnosticeerde voorloper van ASCVD. Niet alle patiënten ontwikkelen echter TOD, en ook niet in dezelfde tijdsperiode of met dezelfde intensiteit. Bovendien wordt van patiënten die aanvankelijk een lage tot matige CVR vertonen, al aangenomen dat ze een matige tot hoge CVR hebben in de aanwezigheid van TOD, met strengere therapeutische doelstellingen [1,2].

Vasculaire biomechanica richt zich primair op de studie van mechanische eigenschappen en gedrag van slagaders. Ongunstige arteriële biomechanica wordt geassocieerd met de ontwikkeling en progressie van atherosclerose en arteriosclerose. Deze processen vertegenwoordigen een continuüm van vasculaire schade, gemedieerd door de accumulatie van geoxideerde lipoproteïnen in de subendotheliale ruimte, activering en amplificatie van ontstekingsroutes, en de ontwikkeling van arteriële fibrose en verkalking. De kern van deze verschijnselen ligt in het optreden van endotheliale disfunctie, gekenmerkt door verhoogde permeabiliteit en verlies van de filtercapaciteit van het vasculaire endotheel voor schadelijke moleculen naar de arteriële wand [3,4].

Oxidatieve stress, gedefinieerd als een onbalans tussen de productie van reactieve soorten en antioxidantsystemen ten gunste van de eerste, speelt een cruciale rol bij de ontwikkeling van endotheeldisfunctie, de afzetting van geoxideerde lipoproteïnen en pro-inflammatoire interactie tussen deze en het mononucleaire fagocytische systeem. De accumulatie van reactieve zuurstofsoorten (ROS) en andere induceert lipideperoxidatie- en glycoxidatieverschijnselen die culmineren in de vorming van geavanceerde lipoxidatie- en glycatie-eindproducten (respectievelijk ALE's en AGE's). ALE's en AGE's kunnen zich binden aan eiwitten, waardoor functionele en structurele afwijkingen ontstaan, en kunnen ook de cellulaire signalering beïnvloeden door onder andere doodsroutes te activeren [5,6].

Een ongunstige redoxstatus en glycatieniveaus houden verband met veroudering, degeneratieve ziekten en geaccumuleerde vasculaire schade bij bepaalde subpopulaties, met name bij patiënten met diabetes mellitus (DM). Er is echter weinig bekend over de invloed van glycatie en glycoxidatie van het antioxidantsysteem op de arteriële biomechanica en de ontwikkeling van doelorgaanschade bij ogenschijnlijk gezonde patiënten met een matige tot hoge CVR. We streven ernaar de specifieke relatie te bestuderen tussen arteriële biomechanische afwijkingen en TOD met serumglycatieniveaus, glycoxidatiestatus en functie-structuurbalans van sommige antioxidantsysteemelementen, met de nadruk op catalase, superoxide-dismutase en glutathionperoxidase [4,7,8].

MATERIALEN EN METHODES

Projectontwerp en -opstelling

Dit is een observationeel, ambispectief en multicenterproject dat wordt gepromoot door de Afdeling Hypertensie en Cardiovasculair Risico van de afdeling Interne Geneeskunde van het Universitair Ziekenhuis van Santiago de Compostela. Kandidaatpatiënten zijn personen die behoren tot de Organisatiestructuur van Geïntegreerd Management (EOXI) van Santiago de Compostela en Barbanza en die advies zoeken voor de diagnose, het beheer en de follow-up van cardiovasculaire risico's [9].

Deelnemers. Inclusie- en uitsluitingscriteria

Uit de totale pool van geraadpleegde patiënten zullen alleen personen ouder dan 18 jaar met een matig tot hoog CVR cardiovasculair risicoprofiel op basis van richtlijnreferentiescores worden voorgeselecteerd. Uitsluitingscriteria omvatten de aanwezigheid van DM volgens de huidige klinische praktijkrichtlijnen, rookgewoonte (gedefinieerd als huidige consumptie en binnen de 6 maanden voorafgaand aan de rekrutering), risicovolle alcoholconsumptie (gedefinieerd als consumptie van meer dan 10 g en 20 g per dag voor vrouwen en mannen respectievelijk) en vastgestelde hart- en vaatziekten [10-14].

Beoordeling van arteriële biomechanische markers en TOD

We zullen bilaterale echografie-onderzoek uitvoeren van de Common Carotis Artery (CCA), Internal Carotis Artery (ICA) en distale slagaders van de onderste ledematen met behulp van een Mindray Z60-apparaat (Mindray®, Guangdong, China) met hoogfrequente sonde. De volgende metingen en berekeningen worden daaruit gehaald:

1. In de bewegingsmodus (M-modus), gelijktijdige meting van de arteriële straal, arteriële druk en totale wanddikte voor de berekening van rekbaarheids- en spanningsparameters in het middensegment van de CCA [15,16].
2. In tweedimensionale modus (B-modus), geautomatiseerde meting van de dikte van de intima-media (IMT) in het distale gebied van de CCA, samen met detectie en karakterisering van cholesterolplaque [17].
3. In spectrale Doppler-modus, morfologische beschrijving van de volume-tijd (stroom) functie in termen van stroomsnelheden en vasculaire weerstandsindices in het middensegment van de CCA en ICA [18].
4. In B-modus met elastografiemodule, directe evaluatie van de lokale stijfheidsgraad in een middensegment van de CCA [19].
5. In spectrale Doppler-modus met ECG-synchronisatie, beoordeling van de halsslagader-femorale pulsgolfsnelheid (c-f PWV) [20].
6. In spectrale Doppler-modus: beoordeling van de enkel-armindex (ABI) [21].

We zullen ook beginnende schade in de retinale microvasculatuur beoordelen met behulp van retinografie met een Topcon TRC-NW6S-apparaat (Electronics®, Tokyo, Japan).

Beoordeling van oxidatieve stressmarkers en activiteitsstructuur van het antioxidantsysteem

Om de redoxstatus te beoordelen, zullen de niveaus van lipidenoxidatie (lipidenperoxidatie) en eiwitten in plasma en urine worden bepaald door respectievelijk thiobarbituurzuurreactieve stoffen (TBARS) en gereduceerde thiolen te kwantificeren, volgens de protocollen waarnaar wordt verwezen [22,23]. Beide methoden maken kwantificering via spectrofotometrische methoden mogelijk. De analyses zullen worden uitgevoerd met behulp van een Asys UVM-340-analysator (Biochrom®, Cambridge, VK). De enzymatische functie van glutathionperoxidase, catalase en superoxide-dismutase zal worden gemeten als enzymatische activiteit met een Asys UVM-340-analysator (Biochrom®, Cambridge, VK) volgens de protocollen waarnaar wordt verwezen [24,25]. Structuurkenmerken van antioxiderende enzymen gebaseerd op glycatie- en glycoxidatiepatronen zullen worden beoordeeld met behulp van proteomics waaronder SDS-PAGE, chromatografie en massaspectrometrie [26-28].

Bepaling van de glycatie- en glycooxidatiestatus

Het percentage geglyceerd hemoglobine zal worden beoordeeld met behulp van hoogwaardige vloeistofchromatografie (HPLC) met de Hemoglobine Next-analysator (A. Menarini Diagnostics®, Florence, Italië). Fructosamineniveaus zullen worden bepaald met behulp van de enzymatische methode van diazyme-geglyceerd serumeiwit (Diazyme, Kent, VK) op een Advia 2400-analysator (Siemens Healthcare Diagnostics Inc.®, Tarrytown, VS). Het percentage geglyceerde albumine zal worden geschat op basis van fructosamine- en albumineniveaus [29,30]. Deze laboratoriumbeoordeling wordt uitgevoerd door de afdeling Centraal Ziekenhuislaboratorium.

Algemene niveaus van glycoxidatie zullen worden gekwantificeerd door het bepalen van geavanceerde glycatie-eindproducten (AGE's) in de huid met behulp van een AGE Reader (DiagnOptics BV®, Groningen, Nederland). AGE's vertegenwoordigen voornamelijk geglyceerde adducten gebonden aan eiwitten die ontstaan ​​tijdens glycoxidatieprocessen. De AGE Reader is ontwikkeld om de autofluorescentie (SAF) van de huid op niet-invasieve wijze te beoordelen met behulp van de fluorescerende eigenschappen van verschillende AGE’s [31].

Resultaten bij cardiovasculair risico

We zullen het aantal consultaties en onderzoekstijd dat nodig is om te behandelen (NNT) meten om afwijkingen in de arteriële biomechanica en doelorgaanschade (TOD) op te sporen, en zo een verhoogde CVR bepalen die therapeutische intensivering rechtvaardigt. Cardiovasculaire en cerebrovasculaire voorvallen, ziekenhuisopnames, consultaties, overlijden en invaliditeit zullen ook worden beoordeeld [32].

Ethische overwegingen en goede klinische praktijken

Dit onderzoek zal worden uitgevoerd in overeenstemming met de ethische principes van de Verklaring van Helsinki en de normen voor goede praktijken in het onderzoek van de Galicische (Spanje) Gezondheidsdienst (SERGAS). Van alle patiënten die hebben ingestemd met deelname zal schriftelijke geïnformeerde toestemming worden verkregen. De protocollen zijn goedgekeurd door de Research Ethics Committee van Santiago-Lugo (codes 2021/401 en 2023/302).

Werkplan en projectstroom

In een eerste fase zijn we van plan patiënten op te nemen die aan de criteria voldoen en toestemming geven om deel te nemen. Klinisch-antropometrische evaluatie, arteriële biomechanica, TOD-detectie en monsterafname zullen in één medische handeling worden uitgevoerd. Biomechanische, oxidatieve stress-, glycatie- en glycoxidatiemarkers zullen worden gekwantificeerd bij zowel patiënten met als zonder biomechanische afwijkingen en arteriële TOD. Het doel van deze fase is om de verschillen tussen patiëntengroepen te evalueren op basis van biomechanische parameters en arteriële TOD. In een subgroep van patiënten zullen ook verschillen in de structuur-functie van antioxiderende enzymen in termen van glycatie- en glycoxidatieniveaus, en hun relatie met arteriële biomechanische afwijkingen en TOD worden geëvalueerd. Deze fase omvat het extraheren, verzamelen, verwerken en analyseren van voorlopige gegevens, samen met het bereiken van de eerste resultaten van het project.

In een tweede fase,

1. Patiënten zonder biomechanische afwijkingen of TOD zullen een follow-up van vijf jaar ondergaan, met jaarlijkse en eindevaluaties van biomechanische afwijkingen, TOD en cardiovasculaire uitkomsten. Het doel van deze fase is om verschillen in de voorgaande markers tussen patiëntengroepen te evalueren op basis van biomechanische parameters en arteriële TOD. In een subgroep van patiënten zullen ook verschillen in de structuur-functie van antioxiderende enzymen in termen van glycatie- en glycoxidatieniveaus, en hun relatie met arteriële biomechanische afwijkingen en TOD worden beoordeeld. Deze fase omvat het extraheren, verzamelen, verwerken en analyseren van voorlopige gegevens, samen met het bereiken van de eindresultaten van het project.
2. Patiënten met biomechanische afwijkingen en/of TOD zullen een follow-up van 5 jaar ondergaan, met jaarlijkse en eindevaluaties van TOD-progressie en cardiovasculaire uitkomsten. Het doel van deze fase is om de verschillen in de voorgaande markers tussen patiëntengroepen op basis van arteriële TOD en cardiovasculaire uitkomsten te evalueren. In een subgroep van patiënten zullen verschillen in de structuur-functie van antioxiderende enzymen in termen van glycatie- en glycoxidatieniveaus, en hun relatie met TOD en cardiovasculaire uitkomsten, worden beoordeeld. Deze fase omvat het extraheren, verzamelen, verwerken en analyseren van voorlopige gegevens, samen met het bereiken van de eindresultaten van het project.

Wiskundige analyse en modellering

Er zal gebruik worden gemaakt van het statistische softwarepakket SPSS 22.0 (SPSS Inc.®, Chicago, IL, EE.UU). Er zal een beschrijvende statistische benadering worden uitgevoerd, inclusief beoordeling van de normaliteit voor kwantitatieve variabelen. Univariate statistieken zullen worden gebruikt om groepen te vergelijken met specifieke tests, afhankelijk van het type variabele. Als er relevante resultaten worden gevonden, zullen lineaire correlatiestudies worden uitgevoerd. Na univariate analyse zullen multivariate modellen worden geconstrueerd, zowel verklarend voor de associatie van voorspellers met de uitkomsten, als voorspellend voor het risico op biomechanische afwijkingen, TOD en cardiovasculaire resultaten. Om factoren te beoordelen die biomechanische parameters, TOD en cardiovasculaire resultaten in de loop van de tijd kunnen beïnvloeden, zullen specifieke wiskundige procedures gerelateerd aan gezamenlijke modelleringsaanpak en tijdreeksanalyse worden toegepast. Berekeningen van de steekproefgrootte zullen gebaseerd zijn op specifieke statistische tests op basis van het type variabele en de verdeling, waarbij altijd rekening wordt gehouden met een gematigde effectgrootte, een betrouwbaarheidsinterval van 95% (95% BI) en een power van ten minste 80% [33-35].

REFERENTIES

1. Wang MC, Lloyd-Jones DM. Cardiovasculaire risicobeoordeling bij hypertensieve patiënten. Ben J Hypertens 2021;34:569-77. https://doi.org/10.1093/ajh/hbab021.
2. Piskorz D. Hypertensieve gemedieerde orgaanschade en hypertensiebeheer. Hoe kunnen de gunstige effecten van antihypertensieve behandelingen worden beoordeeld? Hoge bloeddruk Cardiovasc Vorige 2020;27:9-17. https://doi.org/10.1007/s40292-020-00361-6.
3. Simon BR, Kaufmann MV, McAfee MA, Baldwin AL. Eindige-elementenmodellen voor slagaderwandmechanica. J Biomech Eng 1993;115:489-96. https://doi.org/10.1115/1.2895529.
4. Guzik TJ, Touyz RM. Oxidatieve stress, ontstekingen en vasculaire veroudering bij hypertensie. Hypertensie 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. Geavanceerde glycoxidatie- en lipoxidatie-eindproducten (AGE's en ALE's): een overzicht van hun vormingsmechanismen. Vrije Radic Res 2013;47 Supplement 1:3-27. https://doi.org/10.3109/10715762.2013.815348.
6. Gianazza E, Brioschi M, Fernandez AM, Banfi C. Lipoxidatie bij hart- en vaatziekten. 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. Metformine en/of vildagliptine verminderen door diabetes mellitus geïnduceerde oxidatieve stress: het intrigerende effect. J Adv Pharm Technol Res 2020;11:142-7. https://doi.org/10.4103/japtr.JAPTR_18_20.
8. Mattson-parlementslid. Rol van het lipideperoxidatieproduct 4-hydroxynonenal bij obesitas, het metabool syndroom en geassocieerde vasculaire en neurodegeneratieve aandoeningen. Exp Gerontol 2009; 44: 625-33. https://doi.org/10.1016/j.exger.2009.07.003.
9. Hospital Clínico Universitario de Santiago - Área Sanitaria de Santiago de Compostela y Barbanza (Ziekenhuizen, Centros de Salud, Casas del Mar y Consultorios) z.d. https://xxisantiago.sergas.es/Paxinas/web.aspx?tipo=paxtab&idLista=3&idContido=183&migtab=174%3B183&idioma=es (geraadpleegd op 12 maart 2024).
10. Visseren FLJ, Mach F, Smulders YM, Carballo D, Koskinas KC, Bäck M, et al. 2021 ESC-richtlijnen voor de preventie van hart- en vaatziekten in de klinische praktijk. Eur Hart J 2021;42:3227-337. https://doi.org/10.1093/eurheartj/ehab484.
11. Briasoulis A, Agarwal V, Messerli FH. Alcoholgebruik en het risico op hypertensie bij mannen en vrouwen: een systematische review en meta-analyse. J Clin Hypertens (Greenwich) 2012; 14: 792-8. https://doi.org/10.1111/jch.12008.
12. Amos A, Greaves L, Nichter M, Bloch M. Vrouwen en tabak: een oproep om gender op te nemen in onderzoek, beleid en praktijk over tabaksontmoediging. Tabakscontrole 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. Classificatie en diagnose van diabetes: zorgstandaarden bij diabetes-2023. Diabeteszorg 2023;46:S19-40. https://doi.org/10.2337/dc23-S002.
14. Auteurs/leden van de Task Force: McDonagh TA, Metra M, Adamo M, Gardner RS, Baumbach A, et al. 2021 ESC-richtlijnen voor de diagnose en behandeling van acuut en chronisch hartfalen: ontwikkeld door de Task Force voor de diagnose en behandeling van acuut en chronisch hartfalen van de European Society of Cardiology (ESC). Met de bijzondere bijdrage van de Heart Failure Association (HFA) van de ESC. Eur J Hartfalen 2022;24:4-131. https://doi.org/10.1002/ejhf.2333.
15. Bozkurt Yılmaz HE, Yılmaz M. Beoordeling van de rekbaarheid en elasticiteit van de halsslagader bij patiënten met astma. Iran J Allergie Astma Immunol 2021;20:279-86. https://doi.org/10.18502/ijaai.v20i3.6329.
16. Kane JW, SternheimMM. Fisica. Terugkeren; 1989.
17. Molinari F, Zeng G, Suri JS. Een state-of-the-art overzicht van intima-media dikte (IMT) meting en wandsegmentatietechnieken voor halsslagader-echografie. Computermethodenprogramma's 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. Nierweerstandsindex bij hypertensieve patiënten. J Clin Hypertens (Greenwich) 2018; 20: 1739-44. https://doi.org/10.1111/jch.13410.
19. Echografie-elastografie: overzicht van technieken en klinische toepassingen - PubMed n.d. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28435467/ (geraadpleegd op 12 maart 2024).
20. Ji H, Xiong J, Yu S, Chi C, Bai B, Teliewubai J, et al. Het meten van de carotis-femorale pulsgolfsnelheid (Cf-PWV) om de arteriële stijfheid te evalueren. J Vis Exp 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. Intimale en mediale calcificatie in relatie tot cardiovasculaire risicofactoren. PLoS One 2020;15:e0235228. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0235228.
22. Ohkawa H, Ohishi N, Yagi K. Test op lipideperoxiden in dierlijke weefsels door thiobarbituurzuurreactie. Anale Biochem 1979;95:351-8. https://doi.org/10.1016/0003-2697(79)90738-3.
23. Ellman GL. Weefsel-sulfhydrylgroepen. Boog Biochem Biophys 1959;82:70-7. https://doi.org/10.1016/0003-9861(59)90090-6.
24. Aebi H. Catalase in vitro. Methoden Enzymol 1984;105:121-6. https://doi.org/10.1016/s0076-6879(84)05016-3.
25. Flohé L, Günzler WA. Testen van glutathionperoxidase. Methoden Enzymol 1984;105:114-21. https://doi.org/10.1016/s0076-6879(84)05015-1.
26. Kwas M, Bucholc B, Slusarczyk J. [Gebruik van elektroforese in polyacrylomidegel (SDS_PAGE) voor het evalueren van de IgG-structuur - het hoofdbestanddeel van menselijk intraveneus immunoglobuline]. Med Dosw Mikrobiol 2000;52:301-9.
27. Chaila MZ, Viniegra M, Gagliardino JJ, Martínez A, Simesen de Bielke MG, Frusti M, et al. Meting van geglyceerd hemoglobine: vergelijking van drie methoden versus hoogwaardige vloeistofchromatografie. 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. Evaluatie van het effect van glycatie op lipase-activiteit met behulp van boronaataffiniteitschromatografie en massaspectrometrie. Food Chem 2023;421:136147. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2023.136147.
29. Hoelzel W, Weykamp C, Jeppsson JO, Miedema K, Barr JR, Goodall I, et al. IFCC-referentiesysteem voor het meten van hemoglobine A1c in menselijk bloed en de nationale standaardisatieschema's in de Verenigde Staten, Japan en Zweden: een methode-vergelijkingsstudie. 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 MS, Shih SR, et al. Serum geglyceerd albumine als leidraad voor de diagnose van diabetes mellitus. 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. De AGE Reader: een niet-invasieve methode om weefselschade op lange termijn te beoordelen. Methoden 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. Meta-geanalyseerde aantallen die nodig zijn voor de behandeling van nieuwe antidiabetica voor cardiovasculaire uitkomsten. ESC-hartfalen 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. Longitudinale relatie van leverbeschadiging met ontstekingsbiomarkers bij in het ziekenhuis opgenomen COVID-19-patiënten met behulp van een gezamenlijke modelleringsaanpak. Sci Rep 2022;12:5547. https://doi.org/10.1038/s41598-022-09290-x.
34. Malone HE, Nicholl H, Coyne I. Grondbeginselen van het schatten van de steekproefomvang. Verpleegkundig onderzoek 2016;23:21-5. https://doi.org/10.7748/nr.23.5.21.s5.
35. Cohen J. Statistische machtsanalyse voor de gedragswetenschappen. 2e druk. New York: Routledge; 1988. https://doi.org/10.4324/9780203771587.