Wpływ doustnej suplementacji nieorganicznych azotanów na perfuzję kończyn dolnych podczas ćwiczeń u pacjentów z PAD

Choroba tętnic obwodowych (PAD) charakteryzuje się zablokowaniem (okluzją lub zwężeniem) dużych tętnic kończyn dolnych. Szacuje się, że światowa częstość występowania PAD wzrosła o 23,5% w ciągu ostatniej dekady i obecnie dotyka 202 miliony ludzi. Częstość występowania PAD wzrasta z wiekiem od 5% w wieku 45-49 lat do 19% u osób powyżej 70 roku życia, a czynnikami sprawczymi są palenie tytoniu i cukrzyca. PAD jest znacznie niedostatecznie zbadana w porównaniu z chorobami serca lub naczyń mózgowych. Chromanie przestankowe (IC) jest głównym objawem klinicznym PAD i pojawia się, gdy choroba zarostowa tętnic zmniejsza przepływ krwi do naczyń obwodowych podczas wysiłku. Wśród osób z chromaniem przestankowym spowodowanym PAD 1/3 odczuwa ból podczas lekkiej aktywności w domu, a dodatkowo 1/3 odczuwa ból przy chodzeniu na krótkim dystansie (jeden blok). Pacjenci ci cierpią na znacznie obniżoną jakość życia i wysokie poczucie niepełnosprawności. Zwiększenie bezbolesnego poruszania się jest głównym celem terapii PAD, ponieważ wiąże się to z poprawą jakości życia.

Chociaż wskaźnik ciśnienia skurczowego kostka-ramię (ABI) i badanie przepływu krwi w kończynach są wykorzystywane do diagnozowania PAD, większość badań naukowych nie wykazuje związku między tymi pomiarami a wydolnością funkcjonalną. Utrudnieniem w zrozumieniu tej choroby jest to, że rewaskularyzacja chirurgiczna, która poprawia przepływ krwi, nie normalizuje wydolności fizycznej, a mobilność można zwiększyć bez zmian hemodynamicznych. Profesor Allen (PI) wcześniej wykazał wzrost szczytowego przepływu krwi w nogach z przekrwieniem podczas treningu fizycznego, ale nie znalazł związku między tymi zmianami a wydłużeniem czasu wystąpienia chromania (COT) i szczytowego czasu marszu (PWT). Profesorowie Allen i Annex (szef UVa Health System – Cardiovascular Medicine) również wykazali wzrost gęstości naczyń włosowatych mięśnia brzuchatego łydki po treningu fizycznym i korelację z VO2peak. Sugeruje to, że w przypadku zwężenia naczyń przewodowych pacjenci stają się bardziej zależni od układu mikrokrążenia w celu wydajniejszego rozprowadzania dostępnej krwi i tlenu do pracujących tkanek.

Tlenek azotu (NO) jest wytwarzany przez śródbłonek naczyń i odgrywa ważną rolę w rozszerzaniu naczyń, regulacji przepływu i funkcji płytek krwi. Zakłócenia w produkcji NO odgrywają rolę w patogenezie chorób naczyniowych. Pierwotnie sądzono, że bioaktywność NO jest ograniczona czasowo i przestrzennie do bliskości śródbłonka naczyniowego, w którym jest wytwarzany. Obecnie jest jasne, że kilka chronionych gatunków pochodzących od NO może być transportowanych przez układ naczyniowy w celu uwolnienia w krytycznych obszarach krążenia, gdzie może wpływać na napięcie makro- i mikronaczyniowe oraz prawdopodobnie waskulopatię. W normalnych warunkach ta rola podobna do endokrynologicznej jest dokładnie kontrolowana: podczas normoksji NO jest konserwowany, ale w warunkach niedotlenienia NO jest uwalniany i może inicjować rozszerzenie naczyń. Jedna potencjalna opcja terapeutyczna obejmuje konwersję nieorganicznych anionów azotanowych (NO3-) i azotynowych (NO2-) w NO (i inne związki bioaktywne). Jest to atrakcyjne podejście, ponieważ biologicznie różni się od śródbłonkowej syntazy NO i można je łatwo osiągnąć poprzez podanie doustne. Nieorganiczny NO3- występuje w dużych ilościach w zielonych warzywach liściastych, burakach, selerze, sałacie, rzodkiewce i szpinaku.

Byliśmy pierwszą grupą, która wykazała gwałtowny wzrost stężenia NO2- w osoczu (przy użyciu soku z buraków zawierającego 9mM NO3-) i zwiększoną wydajność chodzenia u osób z PAD+IC. COT wzrosła o 18% (32 sek.), a PWT o 17% (65 sek.). Jest to istotny klinicznie i statystycznie istotny wzrost stanu chorobowego charakteryzującego się obniżoną sprawnością fizyczną i jakością życia. Nie było zmian w ABI ani funkcji śródbłonka, co sugeruje brak wzrostu endogennego naczyniowego NO. Wzrostowi wydajności towarzyszyło zmniejszenie frakcyjnej ekstrakcji tlenu w pracujących tkankach, mierzone metodą spektroskopii w bliskiej podczerwieni (NIRS), co sugeruje zwiększoną perfuzję do pracujących tkanek.

Następnie wykazaliśmy, że przewlekłe dawkowanie w połączeniu z 36 sesjami treningu wysiłkowego (EX + BR) również spowodowało znaczny wzrost bezbolesnego poruszania się (COT) i podobnie zmniejszenie dezoksyhemoglobiny podczas ćwiczeń, w porównaniu z identycznym schematem ćwiczeń w połączeniu z placebo.

Niestety, chociaż dane z spektroskopii w bliskiej podczerwieni (NIRS) podczas prowokacji fizjologicznej są orientacyjne, są również stosunkowo nieprecyzyjne - NIRS mierzy tylko względne utlenowanie/deoksygenację dla całego łożyska tkankowego. Znacznie bardziej precyzyjne, nieinwazyjne podejście zostało opracowane przez profesora Christophera Kramera (UVa Health System – Cardiovascular Medicine, Nonoperative Cardiovascular Imaging) i profesora Craiga H. Meyera (Departament Inżynierii Biomedycznej), które wykorzystuje pulsacyjne znakowanie wirowania tętniczego (PASL) w połączeniu z test wysiłkowy okluzji mankietu lub zgięcia podeszwowego opracowany przez profesora Arthura Weltmana (UVa - Zakład Kinezjologii). Pozwala to na tworzenie map perfuzji tkanek i rozróżnianie poszczególnych przedziałów mięśnia brzuchatego łydki w sposób przestrzenny i czasowy. Dodatkowo zastosujemy transfer nasycenia wymiany kreatyny (CrCEST) do pomiaru kinetyki regeneracji PCr po wyczerpujących ćwiczeniach lub do momentu, gdy objawy ograniczą tolerancję wysiłku.

Techniki te w połączeniu pozwolą nam różnicować deficyty perfuzji tkanek i metabolizmu (funkcji mitochondriów) dla określonych przedziałów mięśnia brzuchatego łydki przed i po interwencji. Czułość wykrywania zmian po suplementacji azotanami nieorganicznymi (BR) została wcześniej wykazana u zdrowych osób podczas ciężkich, wyczerpujących ćwiczeń (co stwarza warunki niedotlenienia w łożysku tkankowym, analogiczne do tych u pacjentów z PAD+IC podczas łagodnych ćwiczeń). Uczestnicy BR wykazali wzrost tolerancji wysiłku i zmniejszenie wyczerpania PCr, co sugeruje zmiany w metabolizmie/funkcji mięśni. Jednak dotychczas nie badano wpływu BR na reakcje metaboliczne i perfuzję tkanek podczas wyczerpujących ćwiczeń u pacjentów z PAD.

Hipoteza tej propozycji jest taka, że ​​u pacjentów z PAD+IC doustne spożywanie azotanów (w postaci skoncentrowanego BR) przez 3-6 dni spowoduje lepszą perfuzję tkanek, dostarczanie tlenu i lepszy metabolizm mięśni w porównaniu z placebo (PL ). Przełoży się to na wzrost wydolności fizycznej zarówno w ćwiczeniach zginania mięśni, jak i pomiarach bezbolesnego poruszania się na bieżni. Aby przetestować tę hipotezę, w ramach poniższych celów szczegółowych zostanie zrekrutowanych 24 pacjentów z PAD+IC w randomizowanym, podwójnie ślepym, kontrolowanym placebo, krzyżowym projekcie.

Cel 1. Aby określić różnice między traktowaniem (BR v PL) w stałej czasowej regeneracji fosfokreatyny (PCr) mierzonej za pomocą chemicznego transferu nasycenia wymiany kreatyny (CrCREST).

Cel 2. Określenie różnic w leczeniu (BR v PL) w szczytowym wysiłku fizycznym, maksymalnym przekrwieniu w różnych przedziałach kończyn dolnych (przednim, bocznym, brzuchatym łydki, płaszczkowatym i głębokim) za pomocą pulsacyjnego znakowania wirowania tętniczego (PASL).

Cel 3. Określenie zależności pomiędzy zmianami leczenia w wydajności chodu COT i PWT oraz charakterystyką perfuzji przedziałów kończyn dolnych (Cel 2) a kinetyką powrotu fosfokreatyny (Cel 1).