Strategie interwencji oparte na warunkowaniu (ConBIS)

Tło

Tło kliniczne - stany związane z niedokrwieniem i stany zapalne Pandemia chorób układu krążenia ma ogromny negatywny wpływ na zdrowie i długość życia populacji na całym świecie. Najbardziej szkodliwe ostre zdarzenia niedokrwienne to zawał mięśnia sercowego i udar mózgu. Niewydolność narządów spowodowana zespołami niedokrwienno-reperfuzyjnymi, takimi jak udar i zawał mięśnia sercowego, stanowi główną przyczynę zgonów na całym świecie i niesie ze sobą ogromne obciążenie społeczno-ekonomiczne. Ogółem szacuje się, że 17 milionów ludzi na całym świecie umiera z powodu chorób układu krążenia (7,4 miliona z powodu choroby niedokrwiennej serca i 6,7 miliona z powodu udaru). Próby modyfikowania czynników ryzyka i związanego ze stylem życia wzrostu chorób sercowo-naczyniowych są ważne i odniosły sukces w niektórych częściach świata, ale ulepszone leczenie ostrych i przewlekłych chorób sercowo-naczyniowych ma kluczowe znaczenie dla zmniejszenia obciążenia chorobą.

W ostrych stanach niedokrwiennych, takich jak zawał mięśnia sercowego i udar, wczesne i pomyślne przywrócenie perfuzji tkanek po incydencie niedokrwiennym jest najskuteczniejszą strategią zmniejszania uszkodzenia tkanek i poprawy wyników klinicznych, ale reperfuzja może sama wywołać dalsze uszkodzenie tkanek, tak zwane uszkodzenie reperfuzyjne . Chociaż strategie reperfuzji są nadal rozwijane wraz z poprawą logistyki i leczenia, nawet optymalna ostra reperfuzja może pozostawić pacjentów z przewlekłą chorobą niedokrwienną. W rzeczywistości, ponieważ początkowe przeżycie poprawiło się dzięki ulepszeniom w terapii ostrej reperfuzji, liczba pacjentów z przewlekłą chorobą niedokrwienną serca rośnie na całym świecie (ponad 35 milionów ludzi na całym świecie cierpi na niewydolność serca). Łącznie pacjenci z niewydolnością serca mają gorszy 5-letni wskaźnik przeżycia niż pacjenci z większością rodzajów raka. Jednak opracowanie skutecznych leków ukierunkowanych na szkodliwe skutki samego uszkodzenia reperfuzyjnego okazało się wyzwaniem. Kilka strategii farmakologicznych wykazujących przekonujące efekty w modelach zwierzęcych uszkodzenia niedokrwienno-reperfuzyjnego nie przełożyło się na korzyści kliniczne.

Kluczową cechą niewydolności serca spowodowanej przewlekłą chorobą niedokrwienną serca jest stan zapalny, którego mechanizmy są wspólne z innymi stanami zapalnymi, takimi jak nieswoiste zapalenie jelit i zesztywniające zapalenie stawów kręgosłupa. Ponadto osłabiająca niewydolność serca wywiera również negatywny wpływ na zwykłą aktywność fizyczną i zdrowie tkanki mięśni szkieletowych, powodując wiele szkodliwych skutków dla metabolizmu i mobilności całego ciała. Wspólną mechanistyczną cechą tych procesów może być regulacja przez krążące małe niekodujące RNA (mikro RNA lub miRNA/miR).

Podstawy naukowe Kondycjonowanie odległego niedokrwienia Głównym wyznacznikiem prognostycznym wyniku ostrego zawału mięśnia sercowego jest stopień uszkodzenia tkanek (rozmiar zawału), który determinowany jest nie tylko czasem trwania niedokrwienia, ale także urazem spowodowanym uszkodzeniem reperfuzyjnym. Remote Ischemic Conditioning (RIC) to nowa metoda leczenia mająca na celu złagodzenie urazu reperfuzyjnego. Ochronę narządów za pomocą RIC można osiągnąć po prostu przez wywołanie 3 lub 4 pięciominutowych cykli niedokrwienia kończyny i reperfuzji za pomocą opaski uciskowej lub prostego mankietu do pomiaru ciśnienia krwi. Z nielicznymi wyjątkami konsekwentnie wykazano, że RIC wywiera silną ochronę przed uszkodzeniem niedokrwienno-reperfuzyjnym w sercu, mózgu, nerkach, płucach i wątrobie w modelach zwierzęcych, a RIC z powodzeniem przełożono na zastosowanie kliniczne. Specyficzną zaletą RIC jest jego łatwe zastosowanie podczas trwającego niedokrwienia narządu docelowego, co zostało wykorzystane na modelach zwierzęcych i ludziach, aby wykazać, że RIC zmniejsza obrażenia podczas rozwijającego się zawału mięśnia sercowego i udaru mózgu.

Podczas gdy mediatory i mechanizmy RIC pozostają do zidentyfikowania, wykazano, że RIC 1) indukuje cytoprotekcję, 2) poprawia funkcję śródbłonka i mikrokrążenie oraz 3) modyfikuje stan zapalny – wszyscy trzej kluczowi gracze w patologii stojącej za niewydolnością serca – co sugeruje potencjalnie potężne narzędzie do jednoczesnego przeciwdziałania szkodliwym procesom biologicznym zaangażowanym w rozwój niewydolności serca. RIC może mieć dalszy potencjał, ponieważ kontynuacja RIC po zawale mięśnia sercowego wydaje się wywoływać trwałe korzyści podczas następującej po nim niekorzystnej przebudowy serca. Działanie przeciwzapalne może mieć znaczenie w innych stanach związanych z ostrym lub przewlekłym stanem zapalnym.

Niedokrwienie i kondycjonowanie z ćwiczeniami oporowymi z ograniczonym przepływem krwi Ćwiczenia są tradycyjnie kategoryzowane i praktykowane jako aerobowe ćwiczenia wytrzymałościowe wymagające tlenu, mające wpływ na właściwości metaboliczne lub ćwiczenia oporowe z obciążeniem mechanicznym, mające wpływ na właściwości skurczowe. Oprócz lokalnych efektów na komórkach mięśniowych, ćwiczenia wydają się promować molekularną komunikację między narządami. Rzeczywiście, ostatnie badania wykazały zdolność tradycyjnych schematów ćwiczeń do ochrony przed m.in. uszkodzenia niedokrwienno-reperfuzyjnego mięśnia sercowego, a także w celu poprawy funkcji poznawczych, stąd koncepcja, że ​​„ćwiczenia to lekarstwo”. Badania sugerują, że te odległe efekty są indukowane przez miokomórkową produkcję mediatorów krążenia, które wpływają na tkanki odległych narządów. Wywołany wysiłkiem fizycznym przesłuch między narządami mięśniowymi może, podobnie jak RIC, polegać na pozakomórkowym miRNA pochodzącym z pęcherzyków (patrz następny akapit). Potwierdzeniem takiego poglądu jest odkrycie, że tradycyjne ćwiczenia oporowe o wysokiej intensywności wywołują zwiększoną transkrypcję miR133b, ponieważ ostatnio wykazano, że miR133b sprzyja regeneracji po udarze poprzez transfer cząstek zewnątrzkomórkowych wzbogaconych w egzosom. Jednak tradycyjne ćwiczenia o wysokiej intensywności mogą powodować uszkodzenie mięśni i dlatego mogą nie być zgodne z ćwiczeniami u pacjentów z chorobami sercowo-naczyniowymi lub innymi przewlekłymi chorobami wyniszczającymi mięśnie.

Nowatorskim podejściem może być trening ćwiczeń z oporem niedokrwiennym prowadzony jako ćwiczenia oporowe o niskiej intensywności z ograniczonym przepływem krwi (BFRE), z bodźcem o niskim ciśnieniu okluzyjnym, który upośledza jedynie przepływ krwi żylnej, ale nie tętniczej. Podobnie jak RIC, BFRE składa się z 3-5 cykli (zestawów ćwiczeń) przedzielonych krótkim okresem regeneracji. Dzięki temu bardzo delikatnemu mechanicznie podejściu można osiągnąć przyrost masy mięśniowej podobny do tradycyjnego treningu oporowego o wysokiej intensywności (TRT), prawdopodobnie dzięki przyspieszeniu gromadzenia się metabolizmu lub aktywacji komórek macierzystych mięśni. Co ciekawe, nasze nowe wyniki pokazują, że BFRE może pośredniczyć w długotrwałych efektach kondycjonowania mięśni. Ponieważ BFRE o niskiej intensywności naśladuje zarówno tradycyjne ćwiczenia oporowe o wysokiej intensywności (okluzja-reperfuzja), jak i tradycyjne ćwiczenia aerobowe (niedotlenienie), można spekulować, że BFRE napędza korzystne dla zdrowia adaptacje metaboliczne i anaboliczne w mięśniach. Opierając się na podobieństwie do RIC, BFRE prawdopodobnie wpływa również na odległe tkanki i wnioskuje o ochronie odległych narządów. Zakres, w jakim RIC i schematy ćwiczeń mogą się dzielić, pokrywać lub różnić mechanistycznie - i potencjalnie wywierać efekty addytywne - jest nieznany, ale zastosowanie BFRE wiąże się z bardzo obiecującymi perspektywami klinicznymi.

Sygnalizacja mikroRNA Krążące pęcherzyki zewnątrzkomórkowe (EV) to małe cząsteczki uwalniane z błon komórkowych prawie wszystkich typów komórek. Te pojazdy elektryczne wydają się działać jako systemy transportowe w organizmie, przenoszące ładunek substancji sygnalizacyjnych, w tym miRNA. miRNA są również cząsteczkami efektorowymi w zdarzeniach niedokrwiennych, m.in. poziomy miRNA144 (miR144) mięśnia sercowego są zmniejszane przez niedokrwienne uszkodzenie reperfuzyjne (uszkodzenie IR), które jest osłabiane przez RIC. RIC indukuje również zwiększone poziomy EV w krążeniu, podczas gdy EV wzbogacone o miR22 i miR451 z hodowanych beztlenowo MSC i komórek progenitorowych kardiomicytów łagodzą uszkodzenie serca. Potencjalnie leczenie specyficznym miRNA załadowanym do EV może zapewnić ochronę przed ostrymi i przewlekłymi skutkami uszkodzenia niedokrwienno-reperfuzyjnego mięśnia sercowego u pacjentów [19]. Uważa się również, że pojazdy elektryczne zawierają inne substancje, w tym składniki przeciwzapalne działające w synergii z miRNA, aby w pełni wykorzystać kaskadę sygnalizacyjną.

Cele Ogólnym celem tego badania jest odkrycie i wykorzystanie mechanizmów odpowiedzialnych za aktywację endogennej ochrony narządów poprzez zdalne kondycjonowanie niedokrwienne (RIC), tradycyjny trening oporowy o wysokiej intensywności (TRT) i ćwiczenia oporowe o niskiej intensywności z ograniczonym przepływem krwi (BFRE) z perspektywa określenia ich przydatności do natychmiastowej ochrony narządów w uszkodzeniu niedokrwienno-reperfuzyjnym (kondycjonowanie ostre) i późniejszej naprawie tkanek (kondycjonowanie przewlekłe) w przedłużonym okresie rekonwalescencji. Cel ten zostanie osiągnięty poprzez zbadanie, które iw jaki sposób szlaki molekularne leżące u podstaw tych mechanizmów ochronnych są wspólne i mogą zostać przeniesione do leczenia schorzeń. Szczególny nacisk kładziony jest na rolę EV i miRNA. Kolejnym celem jest zbadanie, w jaki sposób trening fizyczny z niedokrwieniem i bez niedokrwienia może przeciwdziałać zanikowi mięśni.

Hipoteza

Ogólna hipoteza propozycji jest taka, że ​​RIC i ćwiczenia wzmocnione przez BFRE i TRT uwalniają krążące mediatory ochronne, które wywierają natychmiastowy efekt ochronny przed uszkodzeniem IR, a także promują korzystną naprawę podczas późniejszej odbudowy tkanek i w przewlekłych stanach zapalnych. W szczególności przetestujemy następujące hipotezy:

1. RIC, BFRE i TRT mają wspólne właściwości chroniące narządy i przeciwzapalne indukowane przez wspólne szlaki sygnałowe miRNA

2. Długotrwały efekt RIC, BFRE i TRT można osiągnąć poprzez powtarzane leczenie, a skutki przewlekłe obejmują właściwości przeciwzapalne i przeciwniedokrwienne o znaczeniu klinicznym poprzez:

   1. Poprawa funkcji komór i zmniejszenie objawów u pacjentów z niewydolnością serca i przewlekłą chorobą niedokrwienną serca (indywidualne badanie cząstkowe, oddzielny wniosek został złożony i zatwierdzony przez De Videnskabsetiske Komitéer).
   2. Przeciwdziałanie zanikowi mięśni u pacjentów z niewydolnością serca.
3. BFRE jest skuteczniejszym sposobem zwiększania masy mięśniowej, siły mięśniowej i funkcji mięśni w porównaniu do TRT.
4. Niekondycjonowane EV można załadować RIC, BFRE i specyficznym miRNA in vitro i wywierać natychmiastowe działanie ochronne przed uszkodzeniem IR po wstrzyknięciu dożylnym (przyszłe badanie cząstkowe)