Autonomiczna aktywność nerwowa podczas ogólnoustrojowej odpowiedzi zapalnej u wyszkolonych i nieprzeszkolonych zdrowych ochotników

Cel

Badacze chcą zbadać reakcję zapalną u bardzo dobrze wyszkolonych i stosunkowo niewytrenowanych zdrowych ochotników, stosując model ludzkiej endotoksemii. Ponadto badacze chcą zbadać wpływ nikotyny na odpowiedź zapalną.

Tło

1. Ogólnoustrojowe zapalenie i model endotoksyny

   Stan zapalny jest odpowiedzią organizmu na inwazję mikroorganizmów, uraz, endogenne lub egzogenne uszkodzenie tkanki. Ogólnoustrojowe zapalenie to uogólniona reakcja, która dotyczy całego organizmu i objawia się objawami (złe samopoczucie, dreszcze, zawroty głowy, nudności), objawami klinicznymi (gorączka, przyspieszony oddech i hipokapnia, tachykardia) oraz objawami biochemicznymi, takimi jak zmieniona liczba i względny skład leukocytów we krwi oraz zwiększone stężenia reagentów ostrej fazy i cytokin. Ogólnoustrojowe stany zapalne, uruchomione kaskady i zaburzenia mikrokrążenia są uważane za ważne elementy patogenetyczne w rozwoju dysfunkcji narządowych, która jest częstym i poważnym powikłaniem poważnej choroby niezależnie od przyczyny.

   Przez ostatnie 30 lat model ludzkiej endotoksemii był dla nas platformą eksperymentalną do badań ogólnoustrojowych stanów zapalnych. Od 1998 roku badania z wykorzystaniem tego modelu prowadzone są w Center for Inflammation and Metabolism (CIM), Rigshospitalet, Copenhagen University Hospital. Zdrowym ochotnikom podaje się IV-bolus lub infuzję E.Coli-lipopolisacharydu (LPS), izolowanego składnika zewnętrznej ściany komórkowej bakterii Gram-ujemnych, określanego również jako endotoksyna. Wywołuje się zależną od dawki, w pełni odwracalną odpowiedź trwającą kilka godzin z objawami grypopodobnymi i produkcją markerów pro- i przeciwzapalnych, np. czynnika martwicy nowotworów-α (TNF), interleukiny (IL) -1β, IL-6, IL-1ra i IL-10. Nie zaobserwowano poważnych działań niepożądanych. Model nie jest dokładną repliką ostrej infekcji, posocznicy lub innej krytycznej choroby, jednak wywołuje powtarzalną, porównywalną międzyosobniczo i w pełni odwracalną odpowiedź zapalną, co pozwala na eksperymentalne badania wczesnych stadiów ostrego ogólnoustrojowego zapalenia i wzajemne oddziaływanie między różnymi aspektami ciężka choroba powikłana ogólnoustrojowym stanem zapalnym.

2. Autonomiczny układ nerwowy i odpowiedź zapalna

   Aktywność autonomicznego układu nerwowego wpływa na odpowiedź zapalną. Stymulacja nerwu błędnego hamuje uwalnianie cytokin prozapalnych, TNF-α, IL-1, IL-6 i białka o dużej ruchliwości group box-1 (HMGB-1) z makrofagów aktywowanych przez endotoksynę, jednak nie hamuje przeciwzapalnej IL -10. Badania cytologiczne dokumentują, że w tym działaniu pośredniczy nikotynergiczny receptor acetylocholiny podtypu α7 (α7nAchR). W modelu mysim obwodowa stymulacja nerwu błędnego in vivo zmniejszyła śmiertelność w endotoksemii i posocznicy przez podwiązanie jelita ślepego.

   Kox i wsp. stwierdzili, że GTS-21 – swoisty agonista α7nAchR – generalnie nie był związany ze zmienioną odpowiedzią zapalną w endotoksemii u ludzi, jednak zidentyfikował ujemną korelację między stężeniami GTS-21 w osoczu w grupie interwencyjnej a maksymalnym stężeniem TNF .

   W innym badaniu nikotyna podawana przezskórnie zdrowym ochotnikom zmniejszała kliniczną odpowiedź zapalną, zmniejszając zmiany temperatury ciała i tętna oraz zwiększając stężenie kortyzolu i przeciwzapalnej IL-10 w osoczu. Nie wykryto różnic w ekspresji TNF-α, IL-1 lub IL-6.

3. Zmienność rytmu serca

   Zmienność rytmu serca (HRV) to zmiana odstępu między kolejnymi uderzeniami serca w czasie. Jest to zjawisko dobrze opisane i uważa się, że odzwierciedla sercową równowagę aktywności układu współczulnego i nerwu błędnego, dlatego zmiany HRV można interpretować jako pośredni marker zmian autonomicznej aktywności nerwowej. Fizjologiczne lub patologiczne zmiany w autonomicznej aktywności nerwowej można zaobserwować, wykonując wystandaryzowaną próbę Valsalvy, monitorując ciśnienie krwi, częstość akcji serca, a następnie obliczając HRV i zmienność ciśnienia krwi.

   Zmniejszona HRV występuje w stanie krytycznym i uważa się, że odzwierciedla zmianę autonomicznej równowagi nerwowej w kierunku zwiększonej aktywności współczulnej i wycofania nerwu błędnego. Zjawisko to jest dobrze udokumentowanym predyktorem złego wyniku. Podobnie, zmniejszoną zmienność rytmu serca obserwuje się w endotoksemii u zdrowych ochotników. Jednak wielkość tego zmniejszenia HRV nie odpowiada nasileniu odpowiedzi zapalnej określonej przez stężenia cytokin prozapalnych w osoczu.

   Osoby w doskonałym stanie wytrenowania wykazują zmienioną aktywność autonomicznego układu nerwowego ze zwiększoną aktywnością nerwu błędnego z niskim tętnem spoczynkowym i zwiększoną HRV. Nie wiadomo, czy ta zmieniona aktywność autonomiczna nadal występuje podczas krytycznej choroby, ale istnieje możliwość, że pewne pozytywne efekty aktywności fizycznej mogą być częściowo spowodowane zwiększoną aktywnością nerwu błędnego i zmianami ogólnoustrojowej odpowiedzi zapalnej, w której pośredniczy aktywność nerwu błędnego.

4. Ćwiczenia i reakcja zapalna

Żadne wcześniejsze badania in vivo nie dotyczyły wpływu zwiększonej aktywności nerwu błędnego u dobrze wytrenowanych osób na odpowiedź zapalną w porównaniu z obserwowanym u osób nieprzeszkolonych. We wspomnianym powyżej badaniu Jana i wsp. analiza wyjściowej HRV wykazała, że ​​składowa HRV tradycyjnie uważana za proporcjonalną do aktywności współczulnej (LF/HF) koreluje odwrotnie z maksymalnym stężeniem TNF-α w osoczu. Ponadto badanie to wykazało, że częstość akcji serca na początku badania nie koreluje z charakterystyką HRV ani na początku badania, ani podczas endotoksemii. Nie podano natomiast stanu wytrenowania uczestników.

Podobnie brak wzmianki o stanie wytrenowania fizycznego we wspomnianych wcześniej badaniach dotyczących eksperymentalnego zastosowania agonisty nikotynergicznego w endotoksemii (nikotyna podawana przezskórnie29 lub GTS-21 podawany doustnie).

W dwóch badaniach in vitro przeprowadzono stymulację krwi pełnej za pomocą LPS i stwierdzono, że wyjściowa HRV jest odwrotnie proporcjonalna do produkcji TNF i IL-6, a reakcja zapalna in vitro jest zmniejszona u wcześniej nietrenujących osób po okresie regularnych ćwiczeń aerobowych. Nie przeprowadzono żadnych badań in vivo dotyczących tego problemu.

Badacze zamierzają zbadać odpowiedź zapalną w endotoksemii u dobrze wyszkolonych i niewytrenowanych zdrowych ochotników i ustalić, czy nikotyna podawana przezskórnie zmienia tę odpowiedź.

Stosuje się projekt badania krzyżowego, tak aby ochotnicy działali jako ich własna grupa kontrolna. Zwiększa to szanse na wykazanie efektu istotnego statystycznie.

Ze względu na ryzyko tolerancji LPS dwa dni badania muszą być oddalone od siebie o co najmniej 4 tygodnie.

hipotezy

1. Zdrowe, dobrze wytrenowane osoby wytwarzają zmniejszoną odpowiedź zapalną podczas eksperymentalnej endotoksemii w porównaniu z osobami nieprzeszkolonymi.
2. Zdrowe, dobrze wytrenowane osoby wykazują podwyższoną HRV na początku badania i doświadczają mniejszej redukcji HRV podczas endotoksemii w porównaniu z osobami nietrenującymi.
3. Przezskórnie podawana nikotyna podczas endotoksemii zmniejsza kliniczne i przedkliniczne cechy odpowiedzi zapalnej podczas endotoksemii zarówno u osób dobrze wytrenowanych, jak i nietrenujących.
4. Endotoksemia wywołuje przejściowy stan hiperalgezji zarówno u dobrze wyszkolonych, jak i nieprzeszkolonych ochotników.