Wpływ ekspozycji na zimno i technik oddychania na odpowiedź immunologiczną (EXPOCOL)

Choroby autoimmunologiczne charakteryzują się niewłaściwą reakcją zapalną na tkanki w organizmie. Choroby te, z których najbardziej znanym jest reumatoidalne zapalenie stawów (RZS), stanowią poważne obciążenie dla opieki zdrowotnej. Cytokiny prozapalne, takie jak TNF-α, IL-6 i IL-1β, odgrywają kluczową rolę w patogenezie RZS i wielu innych chorób autoimmunologicznych. Leki biologiczne, które antagonizują cytokiny zapalne lub ich receptory, np. anty-TNF-α, rozpuszczalny receptor TNF-α, anty-IL-6 receptor i antagonista receptora IL-1, są bardzo skutecznymi metodami leczenia. Są one jednak bardzo drogie i mogą mieć poważne skutki uboczne. Co więcej, konsekwencje RZS są obecnie całkowicie poza sferą wpływu pacjentów. Dlatego uzasadnione są innowacyjne terapie mające na celu ograniczenie stanu zapalnego u chorych na RZS.

Niedawno badanie skutków interwencji opracowanej przez „The Iceman” Wima Hofa ujawniło, że możliwe jest dobrowolne osłabienie odpowiedzi prozapalnej podczas eksperymentalnej endotoksemii u ludzi (standaryzowany, kontrolowany i powtarzalny model ogólnoustrojowego stanu zapalnego wywołanego przez podanie lipopolisacharydu (LPS) u zdrowych ochotników). Interwencja opracowana przez Hofa składa się z kilku elementów, a mianowicie medytacji, ekspozycji na zimno i technik oddychania. Osoby przeszkolone w tej interwencji wykazywały znaczny wzrost poziomu adrenaliny w osoczu, szybki wzrost przeciwzapalnej cytokiny IL-10, a następnie osłabienie odpowiedzi prozapalnej (np. poziomy TNF-α, IL-6 i IL-8 w osoczu) podczas eksperymentalnej endotoksemii u ludzi. Ta interwencja mogłaby zatem stanowić metodę leczenia, która umożliwiłaby pacjentom z RZS sprawowanie samokontroli nad chorobą.

Na podstawie tych danych badanie skuteczności interwencji u chorych na RZS jest wysoce uzasadnione. Badanie opisane w tym protokole jest częścią większego projektu, w ramach którego badacze ostatecznie dążą do przełożenia interwencji na praktykę kliniczną pacjentów z RZS. Istnieją jednak ważne kwestie, które należy rozwiązać w pierwszej kolejności. Na przykład wykonalność i bezpieczeństwo uległyby znacznej poprawie, gdyby pacjenci musieli nauczyć się lub przećwiczyć tylko jeden z trzech elementów interwencji. Element medytacji prawdopodobnie nie będzie zaangażowany. Była to bardzo niewielka część programu treningowego i nie była praktykowana podczas eksperymentów z endotoksemią. Ponadto nie ma obiektywnego sposobu pomiaru tego elementu i nie ma hipotezy dotyczącej możliwego mechanizmu. Jeśli chodzi o drugi element, ekspozycję na zimno, szczególnie cenne byłoby ustalenie, czy ten element ma dodatkową wartość, ponieważ jest bardzo wymagający i może w ogóle nie być odpowiedni dla pacjentów z RZS. Badacze przewidują, że trzeci element, techniki oddychania, jest głównym czynnikiem przyczyniającym się do przeciwzapalnych efektów interwencji obserwowanych wcześniej z powodów przedstawionych poniżej.

Techniki oddychania Po pierwsze, chociaż zdrowi ochotnicy byli szkoleni we wszystkich trzech elementach, badani ćwiczyli techniki oddychania tylko podczas eksperymentu z endotoksemią. Po drugie, techniki oddychania charakteryzowały się cykliczną hiperwentylacją, która, jak wykazano wcześniej, powoduje wzrost poziomu adrenaliny. Badani ćwiczyli dwa rodzaje technik oddychania podczas eksperymentu z endotoksemią w naszym poprzednim badaniu endotoksemii. Obie te techniki oddychania charakteryzowały się cyklami hiperwentylacji. W jednej z technik (hiper/hipowentylacja) badani wstrzymywali oddech do kilku minut po każdym okresie hiperwentylacji, podczas gdy w drugiej technice (wentylacja siłowa) badani wstrzymywali oddech tylko na 10 sekund, podczas których wszystkie mięśnie były napięte po każdym okresie hiperwentylacji.

Jednak niepublikowane dane (CMO 2014-1374) wykazały wpływ tych dwóch technik oddychania przy braku ekspozycji na zimno (lub medytacji) na poziom adrenaliny w osoczu. Badacze stwierdzili, że są one silnie skorelowane z wcześniej stwierdzonymi efektami przeciwzapalnymi. Obie techniki oddychania spowodowały porównywalny wzrost poziomu adrenaliny w osoczu. Co więcej, poziomy adrenaliny u osób przeszkolonych przez Hofa były porównywalne z tymi, które były szkolone przez niezależnego trenera, który wcześniej nie był zaznajomiony z interwencją opracowaną przez Hofa. Wreszcie poziom adrenaliny u osób trenujących przez 4 dni był podobny do tych, które trenowały tylko przez 2 godziny.

Na podstawie tych wyników wysunięto hipotezę, że technika wentylacji siłowej jest głównym czynnikiem przyczyniającym się do obserwowanych wcześniej efektów przeciwzapalnych interwencji. Jednak wpływ samej tej techniki oddychania na odpowiedź zapalną nie został jeszcze zbadany. Ponadto nie można wykluczyć, że narażenie na zimno ma dodatkowe skutki, ponieważ istnieje kilka sposobów, w jakie narażenie na zimno może przyczynić się do działania przeciwzapalnego, jak opisano poniżej.

Ekspozycja na zimno Po pierwsze, ekspozycja na zimno, a następnie ponowne ogrzanie do normalnej temperatury ciała, może wpływać na odpowiedź zapalną poprzez uwalnianie wzorców molekularnych związanych z zagrożeniem immunomodulacyjnym (DAMP), a dokładniej ligandów TLR-4, takich jak białko szoku cieplnego 70 (HSP-70 ). Wykazano, że poziom mRNA HSP-70 w izolowanych miocytach serca wzrastał podczas ponownego ogrzewania po 2,5-godzinnej hipotermii. Ponadto wstępna inkubacja ludzkich komórek wystawionych na działanie 4°C przez 1, 2, 3 i 4 godziny indukowała syntezę i akumulację HSP-70 po powrocie do temperatury 37°C. Znaczenie HSP-70 dla odpowiedzi zapalnej jest ewidentne w badaniu, w którym wykazano, że HSP-70 indukuje silne działanie przeciwzapalne, przypominające indukcję tolerancji endotoksyny w ludzkich monocytach.

Po drugie, ekspozycja na zimno może wywołać stan podobny do niedokrwienia-reperfuzji w skórze i tkance obwodowej. Badanie efektów krioterapii wykazało, że miejscowe chłodzenie skóry zmniejsza miejscową perfuzję tkanek. Połączenie hipoperfuzji i reperfuzji tkanek po reaktywnym rozszerzeniu naczyń, które następuje po ponownym ogrzaniu, jest formą niedokrwienia/reperfuzji (I/R). Zdolność I/R do ochrony tkanki przed uszkodzeniem niedokrwiennym jest znana jako Ischemic Preconditioning (IPC). Ma potencjał wpływania na odpowiedź immunologiczną poprzez kilka szlaków. Na przykład ostatnie prace na zwierzętach wykazały, że I/R skutkuje obniżeniem poziomu cytokin prozapalnych, takich jak TNF-α i IL-6, oraz zwiększeniem poziomu cytokin przeciwzapalnych, takich jak IL-10. Ponadto wykazano, że czynnik indukowany hipoksją (HIF) jest głównym czynnikiem przyczyniającym się do odpowiedzi IL-10 indukowanej przez I/R.

Po trzecie, ekspozycja na zimno może mieć wzmacniający wpływ na uwalnianie adrenaliny wywołane technikami oddychania. W badaniu z udziałem ochotników poziom adrenaliny wzrósł po 2 godzinach siedzenia w zimnym pomieszczeniu. Co ciekawe, w badaniu przeprowadzonym na ochotnikach podczas intensywnego wysiłku, ekspozycja na zimno przed wysiłkiem wiązała się z dodatkowym efektem immunostymulującym. Również odpowiedź cytokinowa IL-1beta i IL-6 in ex vivo we krwi stymulowanej LPS była niższa u doświadczonych pływaków w lodzie w porównaniu z niedoświadczonymi pływakami w lodzie.

Podsumowując, ekspozycja na zimno może wpływać na reakcję in vivo na endotoksemię. Może to być pośredniczone przez bezpośrednie efekty niezależne od adrenaliny lub przez zwiększenie poziomu adrenaliny wywołane przez wentylację siłową.

Synteza Niniejsze badanie ma na celu zbadanie wpływu dwóch elementów interwencji początkowo opracowanych przez Hof, a mianowicie techniki oddychania z użyciem wentylacji mechanicznej i ekspozycji na zimno, na odpowiedź immunologiczną podczas endotoksemii u ludzi. Testowane będą efekty obu elementów osobno, jak również w połączeniu, przy czym ten ostatni ma na celu zbadanie wzajemnej zależności między elementami.

Ponadto dokonana zostanie ocena wpływu (kombinacji) technik oddychania i ekspozycji na zimno na odczuwanie bólu. We wcześniejszych badaniach przeszkoleni uczestnicy doświadczali znacznie mniej objawów grypopodobnych podczas endotoksemii. Może to być spowodowane osłabioną odpowiedzią immunologiczną u tych osób, ale także innymi efektami wywołanymi technikami oddychania i/lub ekspozycją na zimno. Aby to zbadać, stosuje się ilościowe testy sensoryczne (QST), obiektywną technikę pomiaru progów bólu.

Wreszcie, nieinwazyjne pomiary prężności tlenu w mitochondriach zostaną wykorzystane do oceny funkcji mitochondriów podczas endotoksemii u ludzi przy użyciu techniki protoporfiryny IX-Triplet State Lifttime Technique (PpIX-TSLT).

Dysfunkcja mitochondriów jest ważnym elementem patofizjologii sepsy. Jednak ważna nieinwazyjna metoda pomiaru funkcji mitochondriów nie jest jeszcze dostępna. W modelach zwierzęcych technika PpIX-TSLT okazała się wykonalną techniką pomiaru zmian w mitochondrialnym napięciu tlenu podczas endotoksemii. Nigdy nie badano tego u ludzi podczas endotoksemii. Ponadto ekspozycja na zimno, a zwłaszcza technika oddychania, może również wpływać na napięcie tlenu w mitochondriach, ponieważ parametry gazometrii krwi (np. pCO2, równowaga kwasowo-zasadowa itp.) ulegają dużym wahaniom podczas uprawiania tej techniki.