Glykoksidering, arteriell biomekanikk og skade på målorganer (GlycOxiTOD)

INTRODUKSJON

Aterosklerotisk kardiovaskulær sykdom (ASCVD) representerer en av de viktigste årsakene til sykelighet og dødelighet i befolkningen. Arteriell hypertensjon (AHT), sammen med andre kardiovaskulære risikofaktorer (CVR), disponerer for abnormiteter i strukturen og funksjonen til store og små arterier, noe som fører til for tidlig vaskulær aldring og kulminerer i utviklingen av målorganskade (TOD), som gjenoppstår en klar, men underdiagnostisert forløper for ASCVD. Imidlertid utvikler ikke alle pasienter TOD, og ​​de gjør det heller ikke over samme tidsrom eller med samme intensitet. I tillegg anses pasienter som initialt har lav til moderat CVR allerede å ha moderat til høy CVR i nærvær av TOD, med strengere terapeutiske mål [1,2].

Vaskulær biomekanikk fokuserer først og fremst på studiet av mekaniske egenskaper og oppførsel til arterier. Ugunstig arteriell biomekanikk er assosiert med utvikling og progresjon av aterosklerose og arteriosklerose. Disse prosessene representerer et kontinuum av vaskulær skade mediert av akkumulering av oksiderte lipoproteiner i det subendoteliale rommet, aktivering og forsterkning av inflammatoriske veier, og utvikling av arteriell fibrose og forkalkning. I kjernen av disse fenomenene ligger forekomsten av endoteldysfunksjon, karakterisert ved økt permeabilitet og tap av det vaskulære endotelets filtreringskapasitet for skadelige molekyler til arterieveggen [3,4].

Oksidativt stress, definert som en ubalanse mellom produksjon av reaktive arter og antioksidantsystemer til fordel for førstnevnte, spiller en avgjørende rolle i utviklingen av endotelial dysfunksjon, avsetning av oksiderte lipoproteiner og proinflammatorisk interaksjon mellom disse og det mononukleære-fagocytiske systemet. Akkumuleringen av reaktive oksygenarter (ROS) og andre induserer lipidperoksidasjons- og glykoksidasjonsfenomener som kulminerer i dannelsen av avanserte lipoksidasjons- og glykeringssluttprodukter (henholdsvis ALE og AGE). ALE og AGE kan binde seg til proteiner, forårsake funksjonelle og strukturelle abnormiteter, og også påvirke cellulær signalering ved å aktivere blant annet dødsveier [5,6].

Ugunstig redoksstatus og glykasjonsnivåer er knyttet til aldring, degenerative sykdommer og akkumulert vaskulær skade i visse underpopulasjoner, spesielt pasienter med diabetes mellitus (DM). Imidlertid er lite kjent om påvirkningen av antioksidantsystemglykering og glykoksidasjon på arteriell biomekanikk og utvikling av målorganskade hos tilsynelatende friske pasienter med moderat til høy CVR. Vi tar sikte på å studere det spesifikke forholdet mellom arterielle biomekaniske abnormiteter og TOD med serumglykasjonsnivåer, glykoksidasjonsstatus og funksjon-strukturbalanse for noen antioksidantsystemelementer, og fremhever katalase, superoksiddismutase og glutationperoksidase [4,7,8].

MATERIALER OG METODER

Prosjektdesign og oppsett

Dette er et observasjons-, ambispektivt og multisenterprosjekt fremmet av enheten for hypertensjon og kardiovaskulær risiko som tilhører den indremedisinske avdelingen ved universitetssykehuset i Santiago de Compostela. Kandidatpasienter vil være individer som tilhører organisasjonsstrukturen for integrert ledelse (EOXI) i Santiago de Compostela og Barbanza som søker konsultasjon for diagnose, behandling og oppfølging av kardiovaskulær risiko [9].

Deltakere. Inkluderings- og eksklusjonskriterier

Fra den totale gruppen av konsulterte pasienter vil kun personer over 18 år med en moderat til høy CVR kardiovaskulær risikoprofil basert på retningslinjereferanseskåre bli forhåndsvalgt. Eksklusjonskriterier vil inkludere tilstedeværelsen av DM i henhold til gjeldende retningslinjer for klinisk praksis, røykevaner (definert som nåværende forbruk og innen 6 måneder før rekruttering), risikofylt alkoholforbruk (definert som forbruk over 10 g og 20 g daglig for kvinner og menn henholdsvis), og etablert kardiovaskulær sykdom [10-14].

Vurdering av arterielle biomekaniske markører og TOD

Vi vil utføre bilateral ultralydundersøkelse av den vanlige halspulsåren (CCA), den indre halspulsåren (ICA) og de distale arteriene i underekstremitetene ved å bruke en Mindray Z60-enhet (Mindray®, Guangdong, Kina) med høyfrekvent sonde. Følgende målinger og beregninger vil bli hentet ut:

1. I bevegelsesmodus (M-modus), samtidig måling av arteriell radius, arterielle trykk og total veggtykkelse for beregning av utspennings- og spenningsparametere i midtsegmentet av CCA [15,16].
2. I todimensjonal modus (B-modus), automatisert måling av intima-mediatykkelse (IMT) i den distale regionen av CCA, sammen med påvisning og karakterisering av kolesterolplakk[17].
3. I spektral Doppler-modus fungerer morfologisk beskrivelse av volum-tid (strømning) i form av strømningshastigheter og vaskulære motstandsindekser i midtsegmentet av CCA og ICA [18].
4. I B-modus med elastografimodul, direkte evaluering av lokal stivhetsgrad i et midtre segment av CCA [19].
5. I spektral dopplermodus med EKG-synkronisering, vurdering av carotis-femoral pulsbølgehastighet (c-f PWV) [20].
6. I spektral Doppler-modus, vurdering av ankel-brachial indeks (ABI) [21].

Vi vil også vurdere begynnende skade i netthinnens mikrovaskulatur ved hjelp av retinografi med en Topcon TRC-NW6S-enhet (Electronics®, Tokyo, Japan).

Vurdering av oksidativt stressmarkører og antioksidantsystemets aktivitetsstruktur

For å vurdere redoksstatus vil nivåer av lipidoksidasjon (lipidperoksidasjon) og proteiner i plasma og urin bli bestemt ved å kvantifisere henholdsvis tiobarbitursyrereaktive stoffer (TBARS) og reduserte tioler i henhold til de refererte protokollene [22,23]. Begge metodene tillater kvantifisering via spektrofotometriske metoder. Analysene vil bli utført med en Asys UVM-340 analysator (Biochrom®, Cambridge, Storbritannia). Den enzymatiske funksjonen til glutationperoksidase, katalase og superoksiddismutase vil bli målt som enzymatisk aktivitet med en Asys UVM-340 analysator (Biochrom®, Cambridge, Storbritannia) i henhold til de refererte protokollene [24,25]. Strukturtrekk ved antioksidantenzymer basert på glykasjons- og glykoksidasjonsmønstre vil bli vurdert ved hjelp av proteomikk inkludert SDS-PAGE, kromatografi og massespektrometri [26-28].

Bestemmelse av glykerings- og glykoksidasjonsstatus

Prosentandelen av glykert hemoglobin vil bli vurdert ved hjelp av høyytelses væskekromatografi (HPLC) med Hemoglobin neste analysator (A. Menarini Diagnostics®, Firenze, Italia). Fruktosaminnivåer vil bli bestemt ved den enzymatiske diazyme-glykert serumproteinmetoden (Diazyme, Kent, Storbritannia) på en Advia 2400-analysator (Siemens Healthcare Diagnostics Inc.®, Tarrytown, USA). Prosentandelen av glykert albumin vil bli estimert fra fruktosamin- og albuminnivåer [29,30]. Denne laboratorievurderingen vil bli utført av Sentralsykehusets laboratorieavdeling.

Generelle nivåer av glyoksidasjon vil bli kvantifisert ved å bestemme avanserte glykeringssluttprodukter (AGEs) i huden ved hjelp av en AGE Reader (DiagnOptics BV®, Groningen, Nederland). AGE representerer hovedsakelig glykerte addukter bundet til proteiner som oppstår under glykoksidasjonsprosesser. AGE Reader er utviklet for å vurdere hudautofluorescens (SAF) ikke-invasivt ved å bruke de fluorescerende egenskapene til forskjellige AGEs [31].

Utfall i kardiovaskulær risiko

Vi vil måle antallet nødvendig for å behandle (NNT) av konsultasjoner og utforskningstid for å oppdage abnormiteter i arteriell biomekanikk og målorganskade (TOD), og dermed bestemme en økt CVR som garanterer terapeutisk intensivering. Kardiovaskulære og cerebrovaskulære hendelser, sykehusinnleggelser, konsultasjoner, død og funksjonshemming vil også bli vurdert [32].

Etiske hensyn og god klinisk praksis

Denne studien vil bli utført i samsvar med de etiske prinsippene i Helsinki-erklæringen og standardene for god praksis i forskningen til den galisiske (Spania) helsetjenesten (SERGAS). Skriftlig informert samtykke vil bli innhentet fra alle pasienter som takket ja til å delta. Protokollene ble godkjent av den forskningsetiske komiteen i Santiago-Lugo (koder 2021/401 og 2023/302).

Arbeidsplan og prosjektflyt

I en første fase planlegger vi å inkludere pasienter som oppfyller kriteriene og samtykker til å delta. Klinisk-antropometrisk evaluering, arteriell biomekanikk, TOD-deteksjon og prøveinnsamling vil bli utført i en enkelt medisinsk handling. Biomekaniske, oksidativt stress-, glykasjons- og glykoksidasjonsmarkører vil kvantifiseres hos både pasienter med og uten biomekaniske abnormiteter og arteriell TOD. Målet med denne fasen er å evaluere forskjellene mellom pasientgrupper basert på biomekaniske parametere og arteriell TOD. I en undergruppe av pasienter vil forskjeller i struktur-funksjonen til antioksidantenzymer når det gjelder glykasjons- og glyoksidasjonsnivåer, og deres forhold til arterielle biomekaniske abnormiteter og TOD også bli evaluert. Denne fasen vil inkludere utvinning, innsamling, prosessering og analyse av foreløpige data, sammen med oppnåelse av prosjektets første resultater.

I en andre fase,

1. Pasienter uten biomekaniske abnormiteter eller TOD vil gjennomgå en 5-års oppfølging, med årlige og endelige evalueringer av biomekaniske abnormiteter, TOD og kardiovaskulære utfall. Målet med denne fasen er å evaluere forskjeller i de tidligere markørene mellom pasientgrupper basert på biomekaniske parametere og arteriell TOD. I en undergruppe av pasienter vil forskjeller i struktur-funksjonen til antioksidantenzymer når det gjelder glykasjons- og glyoksidasjonsnivåer, og deres forhold til arterielle biomekaniske abnormiteter og TOD også bli vurdert. Denne fasen vil inkludere utvinning, innsamling, prosessering og analyse av foreløpige data, sammen med oppnåelse av prosjektets endelige resultater.
2. Pasienter med biomekaniske abnormiteter og/eller TOD vil gjennomgå en 5-års oppfølging, med årlige og endelige evalueringer av TOD-progresjon og kardiovaskulære utfall. Målet med denne fasen er å evaluere forskjeller i de tidligere markørene mellom pasientgrupper basert på arteriell TOD og kardiovaskulære utfall. I en undergruppe av pasienter vil forskjeller i struktur-funksjonen til antioksidantenzymer når det gjelder glykasjons- og glyoksidasjonsnivåer, og deres forhold til TOD og kardiovaskulære utfall bli vurdert. Denne fasen vil inkludere utvinning, innsamling, prosessering og analyse av foreløpige data, sammen med oppnåelse av prosjektets endelige resultater.

Matematisk analyse og modellering

Den statistiske programvarepakken SPSS 22.0 (SPSS Inc.®, Chicago, IL, EE.UU) vil bli brukt. Det vil bli utført en deskriptiv statistisk tilnærming, inkludert vurdering av normalitet for kvantitative variabler. Univariat statistikk vil bli brukt til å sammenligne grupper med spesifikke tester avhengig av variabeltype. Dersom relevante resultater blir funnet, vil det bli utført lineære korrelasjonsstudier. Etter univariat analyse vil multivariate modeller bli konstruert, både forklarende for assosiasjonen av prediktorer med utfallene, og prediktive for risikoen for biomekaniske abnormiteter, TOD og kardiovaskulære resultater. For å vurdere faktorer som kan påvirke biomekaniske parametere, TOD og kardiovaskulære resultater over tid, vil spesifikke matematiske prosedyrer knyttet til felles modelleringstilnærming og tidsserieanalyse bli brukt. Prøvestørrelsesberegninger vil være basert på spesifikke statistiske tester i henhold til variabeltype og distribusjon, alltid tatt i betraktning en moderat effektstørrelse, 95 % konfidensintervall (95 % CI) og minst 80 % kraft [33-35].

REFERANSER

1. Wang MC, Lloyd-Jones DM. Kardiovaskulær risikovurdering hos hypertensive pasienter. Am J Hypertens 2021;34:569-77. https://doi.org/10.1093/ajh/hpab021.
2. Piskorz D. Hypertensiv mediert organskade og hypertensjonsbehandling. Hvordan vurdere gunstige effekter av antihypertensive behandlinger? Høyt blodtrykk Cardiovasc Forrige 2020;27:9-17. https://doi.org/10.1007/s40292-020-00361-6.
3. Simon BR, Kaufmann MV, McAfee MA, Baldwin AL. Finite element-modeller for arteriell veggmekanikk. J Biomech Eng 1993;115:489-96. https://doi.org/10.1115/1.2895529.
4. Guzik TJ, Touyz RM. Oksidativt stress, betennelse og vaskulær aldring ved hypertensjon. Hypertensjon 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. Avanserte glyoksidasjons- og lipoksidasjonssluttprodukter (AGE og ALE): en oversikt over deres dannelsesmekanismer. Free Radic Res 2013;47 Suppl 1:3-27. https://doi.org/10.3109/10715762.2013.815348.
6. Gianazza E, Brioschi M, Fernandez AM, Banfi C. Lipoksidasjon ved hjerte- og karsykdommer. 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. Metformin og/eller vildagliptin reduserer type II diabetes mellitus-indusert-oksidativt stress: Den spennende effekten. J Adv Pharm Technol Res 2020;11:142-7. https://doi.org/10.4103/japtr.JAPTR_18_20.
8. Mattson MP. Roller av lipidperoksidasjonsproduktet 4-hydroksynonenal i fedme, det metabolske syndromet og tilhørende vaskulære og nevrodegenerative lidelser. 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 (Hospitales, Centros de Salud, Casas del Mar y Consultorios) n.d. https://xxisantiago.sergas.es/Paxinas/web.aspx?tipo=paxtab&idLista=3&idContido=183&migtab=174%3B183&idioma=es (åpnet 12. mars 2024).
10. Visseren FLJ, Mach F, Smulders YM, Carballo D, Koskinas KC, Bäck M, et al. 2021 ESC-retningslinjer for forebygging av kardiovaskulær sykdom i klinisk praksis. Eur Heart J 2021;42:3227-337. https://doi.org/10.1093/eurheartj/ehab484.
11. Briasoulis A, Agarwal V, Messerli FH. Alkoholforbruk og risikoen for hypertensjon hos menn og kvinner: en systematisk oversikt og metaanalyse. J Clin Hypertens (Greenwich) 2012;14:792-8. https://doi.org/10.1111/jch.12008.
12. Amos A, Greaves L, Nichter M, Bloch M. Kvinner og tobakk: en oppfordring om å inkludere kjønn i forskning, politikk og praksis på tobakkskontroll. Tobakkskontroll 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. Klassifisering og diagnose av diabetes: standarder for omsorg for diabetes-2023. Diabetesomsorg 2023;46:S19-40. https://doi.org/10.2337/dc23-S002.
14. Forfattere/Task Force-medlemmer:, McDonagh TA, Metra M, Adamo M, Gardner RS, Baumbach A, et al. 2021 ESC-retningslinjer for diagnose og behandling av akutt og kronisk hjertesvikt: Utviklet av Task Force for diagnose og behandling av akutt og kronisk hjertesvikt i European Society of Cardiology (ESC). Med det spesielle bidraget fra Heart Failure Association (HFA) i ESC. Eur J Hjertesvikt 2022;24:4-131. https://doi.org/10.1002/ejhf.2333.
15. Bozkurt Yılmaz HE, Yılmaz M. Vurdering av carotisarterieutvidelse og elastisitet hos pasienter med astma. Iran J Allergy Asthma Immunol 2021;20:279-86. https://doi.org/10.18502/ijaai.v20i3.6329.
16. Kane JW, Sternheim MM. Física. Tilbakestill; 1989.
17. Molinari F, Zeng G, Suri JS. En toppmoderne gjennomgang av intima-media thickness (IMT) måling og veggsegmenteringsteknikker for carotis ultralyd. Comput Methods Programs 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. Renal resistiv indeks hos hypertensive pasienter. J Clin Hypertens (Greenwich) 2018;20:1739-44. https://doi.org/10.1111/jch.13410.
19. Ultralyd Elastography: Review of Techniques and Clinical Applications - PubMed n.d. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28435467/ (åpnet 12. mars 2024).
20. Ji H, Xiong J, Yu S, Chi C, Bai B, Teliewubai J, et al. Måling av carotis til femoral pulsbølgehastighet (Cf-PWV) for å evaluere arteriell stivhet. 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. Intimal og medial forkalkning i forhold til kardiovaskulære risikofaktorer. PLoS One 2020;15:e0235228. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0235228.
22. Ohkawa H, Ohishi N, Yagi K. Assay for lipidperoksider i dyrevev ved tiobarbitursyrereaksjon. Anal Biochem 1979;95:351-8. https://doi.org/10.1016/0003-2697(79)90738-3.
23. Ellman GL. Vevssulfhydrylgrupper. Arch Biochem Biophys 1959;82:70-7. https://doi.org/10.1016/0003-9861(59)90090-6.
24. Aebi H. Catalase in vitro. Methods Enzymol 1984;105:121-6. https://doi.org/10.1016/s0076-6879(84)05016-3.
25. Flohé L, Günzler WA. Analyser av glutationperoksidase. Methods Enzymol 1984;105:114-21. https://doi.org/10.1016/s0076-6879(84)05015-1.
26. Kwas M, Bucholc B, Slusarczyk J. [Bruk av elektroforese i polyakrylomidgel (SDS_PAGE) for å evaluere IgG-strukturen - hovedkomponenten i humant intravenøst ​​immunglobulin]. Med Dosw Mikrobiol 2000;52:301-9.
27. Chaila MZ, Viniegra M, Gagliardino JJ, Martínez A, Simesen de Bielke MG, Frusti M, et al. Glykert hemoglobinmåling: Sammenligning av tre metoder versus høyytelses væskekromatografi. 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. Evaluering av effekten av glykering på lipaseaktivitet ved bruk av boronataffinitetskromatografi og massespektrometri. Food Chem 2023;421:136147. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2023.136147.
29. Hoelzel W, Weykamp C, Jeppsson J-O, Miedema K, Barr JR, Goodall I, et al. IFCC referansesystem for måling av hemoglobin A1c i humant blod og de nasjonale standardiseringsordningene i USA, Japan og Sverige: en metode-sammenligningsstudie. 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 M-S, Shih S-R, et al. Serumglykert albumin for å veilede diagnosen 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. AGE Reader: En ikke-invasiv metode for å vurdere langsiktig vevsskade. Methods 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. Metaanalyserte tall som trengs for å behandle nye antidiabetiske legemidler for kardiovaskulære utfall. ESC hjertesvikt 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. Longitudinell sammenheng mellom leverskade og inflammasjonsbiomarkører hos pasienter som er innlagt på sykehus med COVID-19 ved bruk av en felles modelleringstilnærming. Sci Rep 2022;12:5547. https://doi.org/10.1038/s41598-022-09290-x.
34. Malone HE, Nicholl H, Coyne I. Grunnleggende om estimering av utvalgsstørrelse. Nurse Res 2016;23:21-5. https://doi.org/10.7748/nr.23.5.21.s5.
35. Cohen J. Statistical Power Analysis for the Behavioural Sciences. 2. utg. New York: Routledge; 1988. https://doi.org/10.4324/9780203771587.