Vitamin D-tilskudd og hjertehypertrofi ved kronisk nyresykdom (CKD) (5C)

Effekten av vitamin D-tilskudd på hjertehypertrofi og funksjon hos pasienter med kronisk nyresykdom - En randomisert placebokontrollert studie.

1. Lay oppsummering:

   Pasienter med kronisk nyresykdom (CKD) har opptil 3,5 ganger større sannsynlighet for å dø av sykdommer i hjerte og blodkar (Cardiovascular Disease-CVD). Vitamin D-mangel er svært vanlig ved CKD og assosiert med CVD. Dyrestudier har vist en forbedring i hjertestørrelse og funksjon med vitamin D-terapi, selv om bevis hos mennesker mangler. Den foreslåtte studien vil teste om oral vitamin D-behandling, hos pasienter med mangelfull CKD, vil forbedre hjerteforstørrelse og funksjon. Med disse foreslåtte endringene forventer etterforskerne å redusere CVD og dødsfall hos pasienter med CKD.

2. Sammendrag av foreslått undersøkelse:

Tradisjonelle risikofaktorer forklarer utilstrekkelig den uforholdsmessige økningen i CV-risiko ved CKD. Hypovitaminose D er vanlig ved CKD og assosiert med økt CV-dødelighet. I dyreforsøk reduserer vitamin D LV-massen (LVM) og forbedrer den systoliske funksjonen. Hos dialysepasienter viser observasjonsstudier at vitamin D-behandling reduserer CV-dødelighet og forbedrer diastolisk funksjon. Imidlertid er fordelen med naturlig vitamin D-replesjon på hjertestruktur og funksjon ikke undersøkt hos mennesker.

Etterforskerne foreslår å teste i en randomisert, placebokontrollert studie om 40 uker med oral Colecalciferol, hos predialyse CKD-pasienter, vil resultere i reduksjon av LV-masse og forbedring av systolisk/diastolisk funksjon sammen med hjerte-ekstracellulær matrisesammensetning.

Foreløpig anbefaler ikke NICE rutinemessig måling av vitamin D hos CKD-pasienter. Hvis den er effektiv i denne innstillingen, vil ytterligere utfallsforsøk vise om denne rimelige og lett administrerte behandlingen rutinemessig kan foreskrives for å forhindre sykelighet og dødelighet.

3. Bakgrunn for prosjektet og pilotdata: (i) CVD ved CKD: CV-dødsrater er opptil 3,4 ganger høyere hos pasienter med CKD sammenlignet med den generelle befolkningen(1). Etterforskerne og andre har vist en gradert sammenheng mellom CV-hendelser og død med sviktende nyrefunksjon(2). Tradisjonelle risikofaktorer forklarer bare delvis den forhøyede risikoen. Dette fremhever viktigheten av ikke-tradisjonelle risikofaktorer som betennelse, oksidativt stress og vitamin D-mangel som modifiserbare CV-risikofaktorer ved CKD.

(ii) Vitamin D-mangel i den generelle befolkningen og i CKD Hypovitaminose D er vanlig i befolkningen generelt. En studie utført av Thadhanis gruppe på 15 088 voksne har vist at prevalensen av vitamin D-mangel er mellom 40-80 % i USAs generelle befolkning(3). CKD-pasienter har økt risiko for hypovitaminose D. I en gruppe på 145 ikke-dialyse-CKD-pasienter fra Sør-London har de sett en 85 % prevalens av vitamin D-mangel [25 hydroxy vitamin D (25(OH)D)< 75 nmol /L], inkludert 32 % mangel[25(OH)D < 37,5nmol/L], med en signifikant høyere risiko blant afro-karibere og sør-asiater(4).

(iii) Hypovitaminose D og CV sykdom: Tverrsnittsstudier viser en uavhengig sammenheng mellom lav 25 (OH) D og CV dødelighet(5;6). I dialysepopulasjonen viser observasjonsstudier av Thadhani et al en økning i tidlig CV-dødelighet hos pasienter med lave 25 (OH) D-nivåer (OR=1,9). Vitamin D-tilskudd er assosiert med bedre overlevelse ved dialyse (OR=0,6)(7).

(iv) Vitamin D forbedrer hjertefunksjon og morfologi: Vitamin D endokrine system er allestedsnærværende i menneskelig vev, inkludert myokard og vaskulært endotel. Det er nå økende bevis fra dyrestudier på at vitamin D direkte påvirker hjertefunksjon og struktur gjennom en genomisk virkning på hjertemyocytter. Vitamin D knockout-mus viser en økning i kardiomyocytthypertrofi, hjertefibrose og hjertevekt (8). Enda viktigere er det at behandling med vitamin D hos rotter med spontant hypertensiv hjertesvikt og villtypemus har vist seg å svekke henholdsvis hjertehypertrofi og fibrose, og modulerer hjertemyocyttkontraktiliteten (9;10).

I en dyremodell av Dahl saltsensitive rotter behandlet med aktivt vitamin D i 6 uker, viste Thadhanis gruppe en reduksjon i hjertevekt, LVM, bakre veggtykkelse og økt fraksjonell forkortelse. Det var en signifikant reduksjon i plasma BNP og reninnivåer hos rotter som ble matet med høyt salt (HS) sammen med vitamin D, sammenlignet med rotter som ble matet med HS diett alene. Det var ingen forskjell i BP mellom de to gruppene, og bekreftet dermed en direkte virkning av vitamin D på hjertemorfologi og funksjon, i motsetning til en hemodynamisk effekt. Viktigst, de viste også en forbedring i diastolisk funksjon, og reduksjon i septal og bakre veggtykkelse i en liten observasjonsstudie av hemodialysepasienter, behandlet med aktivt vitamin D, noe som tyder på at funnene fra dyremodeller kan replikeres hos mennesker (11) . Dessuten var intravenøs administrasjon av vitamin D i en gruppe hemodialysepasienter med sekundær hyperparathyroidisme assosiert med en signifikant reduksjon i LVM-indeksen (178 ±73 til 165±61 g/m2) på transthorax ekkokardiogram over 15 uker (12). Imidlertid har ingen studier så langt undersøkt effekten av naturlig vitamin D-replesjon på hjertestruktur og funksjon, som en randomisert, dobbeltblind, placebokontrollert studie i predialyse CKD.

(v) Vitamin D og hjertefibrose: Nyere bevis ved bruk av gadoliniumforsterket hjertemagnetisk resonans (CMR), tyder på at hjertefibrose er et dominerende trekk ved uremisk kardiomyopati(13). Dyrestudier har vist en viktig rolle for vitamin D i å opprettholde ekstracellulær matrise (ECM) sammensetning i hjertet. I vitamin D-reseptor knockout musemodell er det markert økning i hjertefibrose, relatert til unormal ekspresjon av kollagenaser(14).

Studier av Diez's gruppe i hypertensive hjertesykdomspersoner har identifisert en pålitelig serumbiomarkør som reflekterer type 1 kollagensyntese i humant hjerte-karboksyterminalt propeptid av prokollagen type 1 (PICP)(15). Serum PICP sammen med fri matrisemetalloproteinaser 1 (MMP-1) og fri vevsinhibitor av metalloproteinaser 1 (TIMP 1), som markører for kollagennedbrytning reflekterer nøyaktig kollagenmetabolisme i hjertet(15). PICP frigjøres i et forhold på 1:1 under syntesen av type 1 kollagen, fra forløperen prokollagen type 1. Videre reflekterer perifert serum PICP nøyaktig mengden av kollagen type 1-fibre i hjertet(16) og kan derfor brukes til å overvåke effekten av behandlingen på kollageninnholdet i hjertet(17). Imidlertid har ingen studier så langt vist en effekt av vitamin D-terapi på endringer i ECM-sammensetningen i det menneskelige hjertet.

(vi) Unormal LV-størrelse med systolisk og diastolisk dysfunksjon hos CKD-pasienter før dialyse: I en gruppe på 18 påfølgende stabile stadium 4 og 5 CKD-pasienter, ansett som egnet for nyretransplantasjon, har etterforskerne sett signifikant økning i LVM, interventrikulær septal (IVS) ) diameter og bakveggdiameter med systolisk og diastolisk dysfunksjon; ved bruk av en kombinasjon av transthoracic og cardiac Tissue Doppler Imaging (TDI) ekkokardiografi, sammenlignet med normale kontroller.

(5) Opprinnelig hypotese Etterforskerne foreslår at 40 ukers behandling med oral Colecalciferol vil forbedre hjertets struktur og funksjon hos predialyse CKD-pasienter, som en konsekvens av forbedring i hjerte-ECM-sammensetning og omsetning.

Etterforskerne planlegger å adressere denne sentrale hypotesen gjennom følgende spesifikke mål:

(i) Spesifikt mål 1: Å bestemme effekten av oral Colecalciferol-behandling på venstre ventrikkelmasse målt ved CMR-avbildning. Etterforskerne forventer en reduksjon på 10 g i LVM på CMR i aktiv behandlingsgruppe sammenlignet med kontroller.

(ii) Spesifikt mål 2: Å bestemme effekten av oral Colecalciferol-terapi på kardial systolisk funksjon ved hjerte-TDI og diastolisk funksjon ved transthorakal ekkokardiografi.

Systolisk funksjon vil bli målt som en forbedring i gjennomsnittlig longitudinell peak systolisk strain rate (SR) og longitudinell ende systolisk strain (S) vurdert ved base, mid wall og apex av IVS, lateral, inferior og anterior vegg på cardiac TDI. Forbedring i diastolisk funksjon vil bli målt ved tidlig (topp E) og sen (topp A), transmitral strømning og ringromsbevegelse, isovolumetrisk avslapningstid (IVRT) og retardasjonstid (DT) på transthorax ekkokardiogram.

Disse parameterne vil bli testet i randomisert placebokontrollert studie som involverer 25 pasienter i hver arm. 25 hydroksyvitamin D3 [25 (OH) D] har blitt brukt i dette forslaget, siden CKD stadium 3-4 pasienter forventes å ha tilstrekkelige lagre av 1 α-hydroksylase enzym for å omdanne 25 (OH) D til aktivt 1,25 (OH)2 D. Etterforskerne vil måle nivået av 25 hydroxy colecalciferol for å sikre adekvat fylling. Colecalciferol har vist seg å være trygt og effektivt når det gis i denne dosen(18;19). For å undersøke forbedringen i ECM-sammensetning og omsetning vil etterforskerne demonstrere reduksjon i hjertekollageninnhold målt ved reduksjon i serum PICP og vevsinhibitor av metalloproteinaser 1 (TIMP1) og en økning i serum Matrix metalloproteinase 1 (MMP1). PICP vil bli korrigert for eGFR og benalkPO4. MMP1/TIMP1-forholdet vil bli brukt til å måle kollagennedbrytningen. Hjertefunksjon før og etter terapi vil også bli vurdert ved å måle plasma N-Terminal proBNP (NT proBNP). Videre vil det opprettes en biobank av hele celler, mRNA og DNA, blod og urin for fremtidig analyse av nye gener eller biologiske veier.

(6) Eksperimentell detalj og design av foreslått prosjekt

(i) Studiepopulasjon: Vitamin D-naive pasienter vil bli rekruttert fra de generelle nefrologiske poliklinikkene fra St. George's, Guy's og Kingston sykehus. Pasienter med 25 (OH) D-mangel [(25 (OH) D < 37,5 nmol/L] (Nyre Disease Outcomes Quality Initiative guidelines) på ACEi/ARB-behandling, vil bli registrert. Kardial rekrutteringskriterier vil være venstre ventrikkelmasseindeks (LVMI) mellom 80-160 g/m2 for kvinner og 100-160 g/m2 for menn (disse tallene tilsvarer den øvre tertilen av normal LV-masseindeks (LVMI) på TTE basert på Framingham Heart studie (20).og de med LVMI 1SD over gjennomsnittsverdiene observert i CKD3-4, basert på CREATE-studien) (21)

(ii) Pasientrandomisering, blinding og oppfølging: En farmasøyt i kliniske studier vil overvåke randomiseringen i to like grupper for sammenligning, blinding og utlevering av medisinene.

Stadiene i rettssaken er oppsummert nedenfor:

• 50 pasienter med 25 (OH) D-nivåer < 37,5 nmol/L skal rekrutteres. Pasientdemografi, antropometriske data og relevant klinisk historie vil bli innhentet ved påmelding. Blod vil bli samlet for kalsium, fosfat, parathyreoideahormonnivåer, benalkPO4 og høysensitivt C-reaktivt protein (hsCRP). Biomarkører for hjertefibrose (serum PICP), ECM turnover (MMP1 og TIMP1) og hjertefunksjon (plasma NT proBNP) vil bli målt. Transthorax ekkokardiografi vil bli utført ved baseline for å oppfylle rekrutteringskriterier og diastolisk funksjon. Hjerte-TDI-funksjon og CMR vil bli utført ved baseline for henholdsvis systolisk funksjon og LVM.
• Pasienter vil bli randomisert i 2 like grupper for å motta 4 direkte observerte orale doser på 150 000 IE i 50 ml vegetabilsk olje colecalciferol (Martindale, Storbritannia) ved 0, 10, 20 og 30 uker eller tilsvarende placebo.
• Ved 40 uker vil det bli tatt blodprøver for gjentatt hematologi, biokjemi og biomarkører for kollagensyntese og metabolisme som nevnt ovenfor. Endringer i LV geometri og funksjon vil bli målt på nytt ved hjelp av henholdsvis CMR, Transthoracic og cardiac TDI ekkokardiografi.

Endringer i målingene før og etter behandling vil bli sammenlignet i den aktive gruppen og placebogruppen. Alle pasienter vil fortsette å bli fulgt opp i den generelle nefrologiske klinikken under utprøvingen og deretter etter avsluttet utprøving.

(iv) CMR-protokoll: Alle forsøkspersoner vil bli avbildet på en 1,5T Philips Intera MR-skanner med dedikert 32-kanals hjertespiral. MR-protokollen vil inkludere en planskanning, SENSE-referanseskanning, interaktiv skanning for å identifisere hjertegeometrier med 4 kammer, 2 kammer lange akser og kortakse. Pustestopp Steady State Free Procession 4 kammer, 2 kammer og kortakset stabel (1,5 mm, 1,5 mm, 10 mm) cine (30 hjertefaser) vil bli anskaffet. Ventrikkelmassen vil bli beregnet ved å bruke en viewforum-arbeidsstasjon (Philips Healthcare) ved å avgrense de diastoliske venstre ventrikkelendokardielle og epikardiale grensene (figur 2).

(v) Cardiac Tissue Doppler Imaging og transthoracic ekkokardiografi: Cardiac TDI vil bli registrert for longitudinell deformasjon. Data vil bli innhentet fra septum, lateral, fremre og inferior vegg ved bruk av smal sektor (typisk 120). Langsgående S og SR vil bli beregnet over et beregningsareal på 10 mm. SR og S gjennomsnittlig over 3 hjertesykluser vil bli analysert ved hjelp av dedikert programvare (SPEQLE, Univ. Leuven) (figur 3). Inter- og inter-observatørvariabiliteten til denne tilnærmingen er mindre enn 10 %(22).

Data vil innhentes fra parasternale og apikale visninger ved hjelp av en GE Vivid 7-skanner. LV-volumer vil bli målt ved å bruke Teichhloz-formelen. Diastolisk funksjon vil bli vurdert som tidligere beskrevet av vår gruppe(17). Global radiell funksjon vil bli vurdert ved både endokardiell og midtvegg fraksjonell forkorting. Alle målinger vil bli utført ved hjelp av Echo-Pac (GE) arbeidsstasjon og gjennomsnittlig over 3 individuelle mål.

(vi) Analyse av biomarkører for betennelse, hjertefibrose og hjertefunksjon: Kronisk betennelse vil kvantifiseres ved serumnivåer av høysensitivt C-reaktivt protein (hsCRP) ved bruk av en kjemiluminescerende immunometrisk analyse (Immulite® 2500) ved 0,20 og 40 uker. Serumprøver lagret ved -700 C og batchanalysert for PICP (RIA- Framos Diagnostica), MMP1 og TIMP 1 (ELISA-Amersham) ved University of Pamplona og Plasma NT proBNP vil bli målt ved hjelp av Elecsys® proBNP immunoassay på Roche Elecsys® 1010 immunoassay analysator ved baseline og ved fullføring av studien.

(vii) Potensielle confounders: Hemoglobin vil opprettholdes mellom 10-13gm%. Bruk av erytropoietinstimulerende midler, dose/hyppighet av jernerstatning og eventuell blodtransfusjon vil bli dokumentert. Kontorblodtrykk i henhold til BHS-retningslinjene vil bli dokumentert ved administreringsstadier av vitamin D. Endringer i antihypertensive medisiner i løpet av oppfølgingsperioden vil bli notert. I tillegg vil følgende parametere bli vurdert ved 0, 20 og 40 uker:

• Plasma Aldosteron/renin aktivitetsforhold;
• Pulsbølgehastighet, sentral arterielt trykk og augmentation Index (SphygmoCor Pulse Wave Velocity system);
• Serumkalsium x fosfatprodukt (<5 mmol/L);
• Urinprotein-kreatinin-forhold, natrium og fraksjonert utskillelse av fosfat;
• Serum FGF-23.

(viii) Oppretting av en biobank 10 ml EDTA-prøver for celler og 3x3 ml tempusrør for mRNA på PBMC/fullblod vil bli samlet i uke 0, 20 og 40 uker for opprettelse av en biobank ved Kings college London (Guy's Campus) for fremtidig analyse av nye gener eller biologiske veier.

(ix) Rekruttering og oppbevaring av prøvedeltakere

Planlegging og forberedelse av rettssaken vil bli gjennomført i løpet av de første 6 ukene. 120 CKD-pasienter/uke sees på de tre sykehusstedene. 30 % av pasientene er diabetikere og 60 % av pasientene har en GFR < 45 mL/min/1,73m2. Etterforskerne anslår vitamin D-mangel til å være rundt 35 % basert på vår pilotstudie. Rekrutteringen vil vare over 50 uker. Den totale varigheten av rettssaken vil være 102 uker. En tidslinje for den foreslåtte studien er beskrevet i figur 3.

(7) Effektberegning og statistisk analyse Interstudievariabiliteten til CMR for LV-masse ved bruk av en protokoll som ligner vår, er rapportert mellom 2,8 % til 4,8 % med en SD på 8,4g(23). For å demonstrere en forbedring på 10 g i LV-masse i den aktive behandlingsgruppen, ville etterforskerne trenge 19 pasienter [α=0,05 og Power=95%]. Med et frafall på 30 %, vil etterforskerne rekruttere 25 pasienter i hver gruppe. Sammenligninger for kontinuerlige variabler vil bli utført ved bruk av uavhengig prøve t-test mellom den aktive behandlingen og placebogruppen.

(8) Forventet verdi av resultater Undersøkerne er sikre på at studien har tilstrekkelig kraft til å vise en endring på 10 g i LVM, ved bruk av MR-skanning ved Reza Rezavis laboratorium, hvis den eksisterer; på samme måte en endring i systolisk funksjon ved bruk av ekkokardiogram ved ekspertlaboratoriet i St Georges. Etterforskerne vil også kunne undersøke rollen til fibrose i LVH og systolisk dysfunksjon ved å måle biomarkører ved Javier Diez sitt laboratorium. En stor CKD-pasientpopulasjon ved St George's, Guy's og Kingston Hospitaler vil lette rekrutteringen.

Figur 3: Tidslinje uttrykt i uker som viser planlegging, rekruttering og forventet randomisering av 50 pasienter med 25 (OH) vitamin D-nivåer < 37,5 nmol/L. Hjertemagnetisk resonans, ekkokardiografi, markører for hjertefibrose vil bli målt ved randomisering og ved studieavslutning. CMR- Cardiac magnetic resonance, TDI- Tissue Doppler imaging, TTE- Transthoracic Echokardiografi. Analyse og rapportering av funn vil foregå mellom 96-102 uker.

(9) Potensielle problemer og alternative strategier:

• Effekten av potensielle konfoundere har blitt minimert gjennom strenge inngangskriterier og oppfølgingsprotokoll. En utmattelsesrate på 30 % er tillatt i prøvestørrelsesberegningen vår for å imøtekomme endringer i pasientens kliniske status som kan forklare observerte endringer i hjertemålinger, for eksempel rask reduksjon i nyrefunksjon, hjerteinfarkt eller død under forsøksoppfølging, før -emptiv nyretransplantasjon, CaxP-produkt > 5mmol/L, Hb < 10 eller > 13gm% og vedvarende høyt kontortrykk (> 150/90mmHg).
• Selv om pasientene i pilotstudien vår var unge, forventer etterforskerne proporsjonal forbedring i parametere også hos forsøksdeltakerne.
• Etterforskerne er bevisste på at forbedring i LV-funksjon og morfologi ikke tidligere har blitt vist med vitamin D-terapi hos mennesker. Imidlertid er bevis på genomiske effekter av vitamin D på hjertemyocytter, ekstracellulær matrise og myokardkontraktilitet godt etablert i dyrestudier. Det viktigste er at denne studien utforsker en ny anti-fibrotisk mekanisme for vitamin D-terapi hos mennesker, som kan gi prinsippbeviset for bruk av vitamin D i andre sykdomstilstander som autoimmune lidelser.