Badanie ćwiczeń fizycznych Zwiększona energia mitochondriów Wideo Zintegrowane dostarczanie treningu aktywności w CKD (ESTEEM-VIDA)

Sarkopenia jest częstym powikłaniem przewlekłej choroby nerek. Sarkopenia jest definiowana jako zmniejszenie masy lub funkcji mięśni i ma kluczowe znaczenie dla fenotypu słabości, który jest związany z niepełnosprawnością, hospitalizacją i śmiercią. Sarkopenia jest powszechnym i wyniszczającym powikłaniem przewlekłej choroby nerek (PChN). Badacze i inni wykazali dużą częstość występowania osłabienia fizycznego wśród pacjentów z przewlekłą chorobą nerek nieleczonych dializami. Ponadto badacze wykazali większe niż 30% upośledzenie pomiarów sprawności fizycznej kończyn dolnych u osób z przewlekłą chorobą nerek w porównaniu z przewidywanymi wartościami. Starzenie się populacji pacjentów z CKD spowoduje znaczne obciążenie zdrowia publicznego w USA, które można przypisać sarkopenii. W 2000 roku bezpośrednie koszty opieki zdrowotnej związane z sarkopenią w USA wyniosły 18,5 miliarda.

Sarkopenia wiąże się z niekorzystnymi skutkami zdrowotnymi. Sarkopenia u osób starszych jest konsekwentnie związana ze zmniejszonym funkcjonowaniem fizycznym, niepełnosprawnością, upadkami, hospitalizacją i śmiertelnością. Upośledzona sprawność fizyczna kończyn dolnych, mierzona obiektywnymi testami, jest związana ze śmiertelnością z jakiejkolwiek przyczyny u pacjentów z przewlekłą chorobą nerek nieleczonych dializami i że te powiązania są silniejsze pod względem wielkości niż w przypadku tradycyjnych czynników ryzyka. Mięśnie szkieletowe są głównym miejscem obwodowego wykorzystania glukozy, łagodząc stres oksydacyjny i uszkodzenie śródbłonka związane z ostrą hiperglikemią poposiłkową. Poprzez te mechanizmy sarkopenia może przyczyniać się do metabolicznych zaburzeń insulinooporności, stresu oksydacyjnego i dysfunkcji śródbłonka prowadzących do chorób sercowo-naczyniowych.

Dysfunkcja mitochondriów jest kluczowa dla dysfunkcji mięśni szkieletowych. Mitochondria mięśni szkieletowych są niezbędne do wydajnego wytwarzania energii (ATP) z tlenu oraz prawidłowego metabolizmu lipidów. W normalnych warunkach mięśnie wydajnie wykorzystują większość dostarczanego tlenu, tak że tylko 0,2% tlenu mitochondrialnego jest przenoszone do reaktywnych form utleniających (ROS). W sytuacjach patologicznych dochodzi do rozłączenia zużycia tlenu i wytwarzania ATP, co skutkuje zwiększonym zużyciem tlenu i zmniejszoną produkcją ATP w procesie prowadzącym do zwiększenia ROS i stresu oksydacyjnego. Rozprzęganie wytwarzania tlenu i ATP bezpośrednio wpływa na funkcję mięśni szkieletowych. Zmniejszona wydajność wytwarzania ATP została powiązana ze zmniejszoną siłą mięśni, a ostatnio powiązana ze zmniejszoną prędkością chodu u osób starszych.

Spektroskopia rezonansu magnetycznego i spektroskopia optyczna (MRS/OS) zapewniają nowatorski, nieinwazyjny wgląd w czasie rzeczywistym w funkcje mitochondriów ludzkich mięśni szkieletowych. MRS/OS to nowa technika, która mierzy maksymalną produkcję ATP w mitochondriach in vivo po ostrych atakach niedokrwienia wywołanych ćwiczeniami przy użyciu MRS fosforu (31P MRS). Szybkość odzyskiwania fosfokreatyniny po zaprzestaniu ćwiczeń służy do scharakteryzowania szybkości tlenowej mitochondrialnej resyntezy ATP powyżej podstawowej beztlenowej glikolitycznej produkcji ATP. Łącząc tę ​​technikę ze spektroskopią optyczną powysiłkową, mierzącą transport tlenu z hemoglobiny do mioglobiny w mięśniach, badacze są w stanie dokładnie określić stosunek wydajności sprzężenia między wytwarzaniem ATP na jednostkę zużycia tlenu. Dysfunkcja mitochondriów mięśni szkieletowych mierzona zdolnością wytwarzania ATP i wydajnością sprzęgania jest związana z procesami starzenia i insulinoopornością. Ponadto badania na zdrowych osobach wykazały, że wydajność mięśni i zmęczenie są powiązane ze zdolnością do resyntezy ATP, a nie ze stężeniem mleczanu.

Wstępne wyniki MRS/OS sugerują głęboko zmienioną funkcję mitochondriów u pacjentów z CKD. Wcześniejsze badania eksperymentalne sugerują, że mocznica u pacjentów dializowanych wpływa na strukturę mięśni szkieletowych i funkcję mitochondriów. Uszkodzenia oksydacyjne są bardzo powszechne w CKD, o czym świadczą zwiększone biomarkery stresu oksydacyjnego i zmiany w glutationie, ważnym przeciwutleniaczu. Wcześniejsze niewielkie badania u pacjentów z przewlekłą chorobą nerek bez cukrzycy sugerują upośledzenie funkcji mitochondriów ex vivo przez zmniejszenie aktywności enzymów mitochondrialnych. Na podstawie tych odkryć badacze wykorzystali nowatorski, nieinwazyjny, funkcjonalny test MRS/OS do scharakteryzowania funkcji mitochondriów in vivo. Wstępne wyniki u pacjentów z przewlekłą chorobą nerek bez cukrzycy wskazują na znacznie zmniejszony stosunek ATP do tlenu w porównaniu z grupą kontrolną. To odkrycie sugeruje zmienioną energetykę mitochondriów jako potencjalny centralny mechanizm łączący zaburzenia metaboliczne i upośledzenie funkcji fizycznych w CKD i uzasadnia hipotezę, że dysfunkcja mitochondriów jest związana ze stresem oksydacyjnym, insulinoopornością i upośledzonym funkcjonowaniem fizycznym w CKD.

Ćwiczenia fizyczne mogą złagodzić dysfunkcję mitochondriów, insulinooporność i funkcjonowanie fizyczne w CKD. Badania ćwiczeń fizycznych u pacjentów bez CKD z cukrzycą i insulinoopornością wykazały indukowaną wysiłkiem poprawę biogenezy mitochondriów, powiązaną z poprawą wrażliwości na insulinę, jak również zmniejszonym mitochondrialnym stresem oksydacyjnym. Badania na zwierzętach sugerują, że ćwiczenia stymulują autofagię, co prowadzi do usunięcia uszkodzonych i nieefektywnych mitochondriów, co prowadzi do zdrowej sieci mitochondrialnej i poprawy wrażliwości na insulinę. Głównym celem tego badania jest zbadanie wpływu połączonego oporu i ćwiczeń aerobowych na dysfunkcję mięśni szkieletowych. Biorąc pod uwagę wstępne dane badacza wykazujące silny związek sarkopenii i śmiertelności w CKD, pilnie potrzebne są skuteczne interwencje, które mogą wpływać na funkcje fizyczne, aby poprawić wyniki zdrowotne pacjentów.