D-vitamintillskott och hjärthypertrofi vid kronisk njursjukdom (CKD) (5C)

Effekten av vitamin D-tillskott på hjärthypertrofi och funktion hos patienter med kronisk njursjukdom - En randomiserad placebokontrollerad studie.

1. Lågsammanfattning:

   Patienter med kronisk njursjukdom (CKD) löper upp till 3,5 gånger större risk att dö av hjärt- och kärlsjukdomar (Cardiovascular Disease-CVD). D-vitaminbrist är mycket vanligt vid CKD och förknippas med CVD. Djurstudier har visat en förbättring av hjärtstorlek och funktion med D-vitaminbehandling, även om bevis saknas hos människor. Den föreslagna studien kommer att testa om oral D-vitaminbehandling, hos patienter med CKD-brist, kommer att förbättra hjärtförstoring och funktion. Med dessa föreslagna förändringar förväntar sig utredarna att minska hjärt-kärlsjukdom och dödsfall hos patienter med kronisk lungsjukdom.

2. Sammanfattning av föreslagen utredning:

Traditionella riskfaktorer förklarar otillräckligt den oproportionerliga ökningen av CV-risk vid CKD. Hypovitaminos D är vanligt vid CKD och förknippas med ökad CV-mortalitet. I djurförsök minskar vitamin D LV-massan (LVM) och förbättrar den systoliska funktionen. Hos dialyspatienter visar observationsstudier att D-vitaminbehandling minskar CV-dödligheten och förbättrar den diastoliska funktionen. Emellertid har fördelen med naturligt D-vitamintillskott på hjärtstruktur och funktion inte undersökts hos människor.

Utredarna föreslår att testa i en randomiserad, placebokontrollerad studie, om 40 veckors oralt Colecalciferol, i predialys CKD-patienter, kommer att resultera i minskning av LV-massan och förbättring av systolisk/diastolisk funktion tillsammans med cardiac extracellular matrix-sammansättning.

För närvarande rekommenderar NICE inte rutinmätning av D-vitamin hos patienter med kronisk njursjukdom. Om den är effektiv i denna miljö kommer ytterligare resultatförsök att visa om denna billiga och lättadministrerade terapi kan förskrivas rutinmässigt för att förhindra sjuklighet och dödlighet.

3. Bakgrund till projektet och pilotdata: (i) CVD i CKD: CV-dödligheten är upp till 3,4 gånger högre hos patienter med CKD jämfört med den allmänna befolkningen(1). Utredarna och andra har visat ett graderat samband mellan CV-händelser och dödsfall med sjunkande njurfunktion(2). Traditionella riskfaktorer förklarar endast delvis den förhöjda risken. Detta belyser vikten av icke-traditionella riskfaktorer som inflammation, oxidativ stress och D-vitaminbrist som modifierbara CV-riskfaktorer vid kronisk nyck-sjukdom.

(ii) D-vitaminbrist i den allmänna befolkningen och vid kronisk njursjukdom Hypovitaminos D är vanligt i den allmänna befolkningen. En studie av Thadhanis grupp på 15 088 vuxna har visat att förekomsten av D-vitaminbrist är mellan 40-80 % i den allmänna befolkningen i USA(3). CKD-patienter löper en ökad risk för hypovitaminos D. I en grupp av 145 icke-dialyspatienter från södra London har CKD-patienter sett en 85 % förekomst av vitamin D-insufficiens [25 hydroxivitamin D (25(OH)D)< 75 nmol /L], inklusive 32 % brist[25(OH)D < 37,5nmol/L], med en signifikant högre risk bland afro-karibier och sydasiater(4).

(iii) Hypovitaminos D och CV-sjukdom: Tvärsnittsstudier visar ett oberoende samband mellan låg 25 (OH) D och CV-mortalitet(5;6). I dialyspopulationen visar observationsstudier av Thadhani et al en ökning av tidig CV-mortalitet hos patienter med låga 25 (OH) D-nivåer (OR=1,9). D-vitamintillskott är förknippat med bättre överlevnad vid dialys (OR=0,6)(7).

(iv) Vitamin D förbättrar hjärtfunktionen och morfologin: Vitamin D endokrina systemet är allestädes närvarande i mänskliga vävnader, inklusive myokardiet och det vaskulära endotelet. Det finns nu allt fler bevis från djurstudier att vitamin D direkt påverkar hjärtfunktionen och strukturen genom en genomisk verkan på hjärtmyocyter. Vitamin D knockoutmöss visar en ökning av kardiomyocythypertrofi, hjärtfibros och hjärtvikt (8). Ännu viktigare är att behandling med D-vitamin hos råttor med spontant hypertensiv hjärtsvikt och vildtypsmöss har visat sig dämpa hjärthypertrofi och fibros, respektive modulerar hjärtmyocyternas kontraktilitet (9;10).

I en djurmodell av Dahl-saltkänsliga råttor behandlade med aktivt vitamin D i 6 veckor visade Thadhanis grupp en minskning av hjärtvikt, LVM, bakre väggtjocklek och ökad fraktionerad förkortning. Det fanns en signifikant minskning av plasma-BNP och reninnivåer hos råttor som matades med högt salt (HS) tillsammans med vitamin D, jämfört med råttor som fick enbart HS-diet. Det fanns ingen skillnad i BP mellan de två grupperna, vilket bekräftar en direkt verkan av vitamin D på hjärtmorfologi och funktion, i motsats till en hemodynamisk effekt. Viktigast av allt, de visade också en förbättring av diastolisk funktion och minskning av septal och bakre väggtjocklek i en liten observationsstudie av hemodialyspatienter, behandlade med aktivt vitamin D, vilket tyder på att fynden från djurmodeller kan replikeras i människor (11) . Dessutom var intravenös vitamin D-administrering i en grupp hemodialyspatienter med sekundär hyperparatyreos associerad med en signifikant minskning av LVM-index (178 ±73 till 165±61 g/m2) på transtorakalt ekokardiogram under 15 veckor(12). Emellertid har inga studier hittills undersökt effekterna av naturligt D-vitamintillskott på hjärtats struktur och funktion, som en randomiserad, dubbelblind, placebokontrollerad studie vid CKD före dialys.

(v) Vitamin D och hjärtfibros: Nya bevis som använder gadoliniumförstärkt hjärtmagnetisk resonans (CMR) tyder på att hjärtfibros är en dominerande egenskap hos uremisk kardiomyopati(13). Djurstudier har visat en viktig roll för vitamin D för att upprätthålla extracellulär matris (ECM) sammansättning i hjärtat. I modellen med knockout-möss med vitamin D-receptor finns en markant ökning av hjärtfibros, relaterad till onormalt uttryck av kollagenaser(14).

Studier av Diez grupp på patienter med hypertensiva hjärtsjukdomar har identifierat en pålitlig serumbiomarkör som återspeglar kollagensyntes av typ 1 i humant hjärt-karboxiterminal propeptid av prokollagen typ 1 (PICP)(15). Serum PICP tillsammans med fria Matrix metalloproteinaser 1 (MMP-1) och fria vävnadshämmare av metalloproteinaser 1 (TIMP 1), som markörer för kollagennedbrytning exakt återspeglar kollagenmetabolism i hjärtat(15). PICP frisätts i ett 1:1-förhållande under syntesen av typ 1 kollagen, från dess prekursor prokollagen typ 1. Dessutom speglar perifert serum PICP exakt mängden kollagen typ 1-fibrer i hjärtat(16) och kan därför användas för att övervaka behandlingens effekter på kollagenhalten i hjärtat(17). Emellertid har inga studier hittills visat en effekt av D-vitaminbehandling på förändringar i ECM-sammansättningen i det mänskliga hjärtat.

(vi) Onormal LV-storlek med systolisk och diastolisk dysfunktion hos CKD-patienter före dialys: I en grupp av 18 på varandra följande stabila stadium 4 och 5 CKD-patienter, som anses lämpliga för njurtransplantation, har utredarna sett en signifikant ökning av LVM, interventrikulär septal (IVS) ) diameter och bakväggsdiameter med systolisk och diastolisk dysfunktion; med hjälp av en kombination av transthoracic och cardiac Tissue Doppler Imaging (TDI) ekokardiografi, jämfört med normala kontroller.

(5) Ursprunglig hypotes Utredarna föreslår att 40 veckors behandling med oralt Colecalciferol kommer att förbättra hjärtstrukturen och funktionen hos patienter med CKD före dialys, som en konsekvens av förbättring av hjärt-ECM-sammansättning och omsättning.

Utredarna planerar att ta itu med denna centrala hypotes genom följande specifika syften:

(i) Specifikt mål 1: Att bestämma effekten av oral Colecalciferol-terapi på vänster kammares massa mätt med CMR-avbildning. Utredarna förväntar sig en 10 g minskning av LVM på CMR i aktiv behandlingsgrupp jämfört med kontroller.

(ii) Specifikt mål 2: Att bestämma effekten av oral Colecalciferol-terapi på hjärtsystolisk funktion genom hjärt-TDI och diastolisk funktion genom transthorax ekokardiografi.

Systolisk funktion kommer att mätas som en förbättring av genomsnittlig longitudinell topp systolisk töjningshastighet (SR) och longitudinell slutsystolisk töjning (S) bedömd vid basen, mittväggen och spetsen av IVS, lateral, inferior och främre vägg på hjärt-TDI. Förbättring av diastolisk funktion kommer att mätas med tidig (topp E) och sen (topp A), transmitralt flöde och annulusrörelse, isovolumetrisk relaxationstid (IVRT) och retardationstid (DT) på transthorax ekokardiogram.

Dessa parametrar kommer att testas i en randomiserad placebokontrollerad studie med 25 patienter i varje arm. 25 hydroxivitamin D3 [25 (OH) D] har använts i detta förslag, eftersom CKD stadium 3-4 patienter skulle förväntas ha tillräckliga förråd av 1 α-hydroxylas enzym för att omvandla 25 (OH) D till aktivt 1,25 (OH)2 D. Utredarna kommer att mäta nivån av 25-hydroxikolekalciferol för att säkerställa adekvat påfyllning. Kolekalciferol har visat sig vara säkert och effektivt när det ges i denna dos(18;19). För att undersöka förbättringen av ECM-sammansättningen och omsättningen kommer utredarna att visa en minskning av hjärtkollagenhalten mätt som minskning av serum-PICP och vävnadshämmare av metalloproteinaser 1(TIMP1) och en ökning av serummatrixmetalloproteinas 1 (MMP1). PICP kommer att korrigeras för eGFR och benalkPO4. MMP1/TIMP1-förhållandet kommer att användas för att mäta kollagennedbrytningen. Hjärtfunktion före och efter behandling kommer också att bedömas genom att mäta plasma N-Terminal proBNP (NT proBNP). Dessutom kommer en biobank av hela celler, mRNA och DNA, blod och urin att skapas för framtida analys av nya gener eller biologiska vägar.

(6) Experimentell detalj och design av föreslaget projekt

(i) Studiepopulation: D-vitaminnaiva patienter kommer att rekryteras från de allmänna nefrologiska poliklinikerna från sjukhusen i St. George's, Guy's och Kingston. Patienter med 25 (OH) D-brist [(25 (OH) D < 37,5 nmol/L] (riktlinjer för kvalitetsinitiativ för njursjukdomsutfall) på ACEi/ARB-terapi kommer att inkluderas. Kriterier för hjärtrekrytering kommer att vara vänsterkammarmassindex (LVMI) mellan 80-160 g/m2 för kvinnor och 100-160 g/m2 för män (dessa siffror motsvarar den övre tertilen av normalt LV-massindex (LVMI) på TTE baserat på Framingham Heart studie (20). och de med LVMI 1SD över medelvärdena observerade i CKD3-4, baserat på CREATE-studien) (21)

(ii) Patientrandomisering, blindning och uppföljning: En farmaceut med kliniska prövningar kommer att övervaka randomiseringen i två lika grupper för jämförelse, blindning och dispensering av medicinerna.

Stadierna i rättegången sammanfattas nedan:

• 50 patienter med 25 (OH) D-nivåer < 37,5 nmol/L kommer att rekryteras. Patientdemografi, antropometriska data och relevant klinisk historia skulle erhållas vid inskrivningen. Blod kommer att samlas in för kalcium, fosfat, bisköldkörtelhormonnivåer, benalkPO4 och högkänsligt C-reaktivt protein (hsCRP). Biomarkörer för hjärtfibros (serum PICP), ECM-omsättning (MMP1 och TIMP1) och hjärtfunktion (plasma NT proBNP) kommer att mätas. Transthorax ekokardiografi kommer att utföras vid baslinjen för att uppfylla rekryteringskriterier och diastolisk funktion. Hjärt-TDI-funktion och CMR kommer att utföras vid baslinjen för systolisk funktion respektive LVM.
• Patienterna kommer att randomiseras till 2 lika grupper för att få 4 direkt observerade orala doser på 150 000 IE i 50 ml vegetabilisk olja kolekalciferol (Martindale, Storbritannien) vid 0, 10, 20 och 30 veckor eller matchande placebo.
• Vid 40 veckor kommer blodprov att samlas in för upprepad hematologi, biokemi och biomarkörer för kollagensyntes och metabolism enligt ovan. Förändringar i LV-geometri och funktion kommer att mätas om med CMR, transthoracic respektive cardiac TDI ekokardiografi.

Förändringar i mätningarna före och efter behandling kommer att jämföras i den aktiva gruppen och placebogruppen. Alla patienter kommer att fortsätta att följas upp på den allmänna nefrologiska kliniken under prövningen och därefter efter prövningens slutförande.

(iv) CMR-protokoll: Alla försökspersoner kommer att avbildas på en 1,5T Philips Intera MRI-skanner med dedikerad 32-kanals hjärtspole. MRT-protokollet kommer att inkludera en planskanning, SENSE-referensskanning, interaktiv skanning för att identifiera hjärtats geometrier med fyra kammare, två kammare och korta axlar. Andningshållning Steady State Free Procession 4 kammare, 2 kammare och kortaxlad stack (1,5 mm, 1,5 mm, 10 mm) cine (30 hjärtfaser) kommer att förvärvas. Ventrikulär massa kommer att beräknas med hjälp av en viewforum-arbetsstation (Philips Healthcare) genom att avgränsa de diastoliska vänsterkammarnas endokardiella och epikardiella gränserna (figur 2).

(v) Doppleravbildning av hjärtvävnad och transthorax ekokardiografi: Hjärt-TDI kommer att registreras för longitudinell deformation. Data kommer att erhållas från septum, lateral, främre och inferior vägg med användning av smal sektor (vanligtvis 120). Longitudinella S och SR kommer att beräknas över en beräkningsarea på 10 mm. SR och S i medeltal över 3 hjärtcykler kommer att analyseras med hjälp av dedikerad programvara (SPEQLE, Univ. Leuven) (figur 3). Variabiliteten inom och mellan observatörer för detta tillvägagångssätt är mindre än 10 %(22).

Data kommer att erhållas från parasternala och apikala vyer med hjälp av en GE Vivid 7-skanner. LV-volymer kommer att mätas med Teichhloz-formeln. Diastolisk funktion kommer att bedömas som tidigare beskrivits av vår grupp(17). Global radiell funktion kommer att bedömas genom både endokardiell och mellanvägg fraktionerad förkortning. Alla mätningar kommer att utföras med Echo-Pac (GE) arbetsstation och medelvärde över 3 individuella mätningar.

(vi) Analys av biomarkörer för inflammation, hjärtfibros och hjärtfunktion: Kronisk inflammation kommer att kvantifieras genom serumnivåer av högkänsligt C-reaktivt protein (hsCRP) med hjälp av en kemiluminescerande immunometrisk analys (Immulite® 2500) vid 0,20 och 40 Veckor. Serumprover lagrade vid -700 C och batchanalyserade för PICP (RIA- Framos Diagnostica), MMP1 och TIMP 1 (ELISA-Amersham) vid University of Pamplona och Plasma NT proBNP kommer att mätas med Elecsys® proBNP immunoassay på Roche Elecsys® 1010 immunanalysanalysator vid baslinjen och vid studiens slutförande.

(vii) Potentiella konfounders: Hemoglobin kommer att bibehållas mellan 10-13 gm%. Användning av erytropoietinstimulerande medel, dos/frekvens av järnersättning och eventuell blodtransfusion kommer att dokumenteras. Kontorsblodtryck enligt BHS-riktlinjer kommer att dokumenteras vid administreringsstadier av vitamin D. Förändringar i blodtryckssänkande mediciner under uppföljningsperioden kommer att noteras. Dessutom kommer följande parametrar att bedömas vid 0, 20 och 40 veckor:

• Plasmaaldosteron/reninaktivitetsförhållande;
• Pulsvåghastighet, centralt arteriellt tryck och förstärkningsindex (SphygmoCor Pulse Wave Velocity-system);
• Serumkalcium x fosfatprodukt (<5 mmol/L);
• Urinprotein-kreatininförhållande, natrium och fraktionerad utsöndring av fosfat;
• Serum FGF-23.

(viii) Skapande av en biobank 10 ml EDTA-prover för celler och 3x3 ml tempusrör för mRNA på PBMC/helblod kommer att samlas in vecka 0, 20 och 40 veckor för att skapa en biobank vid Kings college London (Guy's Campus) för framtida analys av nya gener eller biologiska vägar.

(ix) Rekrytering och bibehållande av försöksdeltagare

Planering och förberedelse av rättegången skulle genomföras under de första 6 veckorna. 120 CKD-patienter/vecka ses på de tre sjukhusplatserna. 30 % av patienterna är diabetiker och 60 % av patienterna har en GFR < 45 ml/min/1,73 m2. Utredarna uppskattar vitamin D-brist till cirka 35 % baserat på vår pilotstudie. Rekryteringen kommer att vara över 50 veckor. Den totala varaktigheten av rättegången kommer att vara 102 veckor. En tidslinje för den föreslagna studien beskrivs i figur 3.

(7) Effektberäkning och statistisk analys Interstudievariabiliteten för CMR för LV-massa med ett protokoll som liknar vårt, har rapporterats mellan 2,8 % till 4,8 % med ett SD på 8,4 g(23). För att visa en 10g förbättring av LV-massan i den aktiva behandlingsgruppen skulle utredarna behöva 19 patienter [α=0,05 och Power=95%]. Med en avhopp på 30 % kommer utredarna att rekrytera 25 patienter i varje grupp. Jämförelser för kontinuerliga variabler kommer att utföras med hjälp av oberoende prov t-test mellan den aktiva behandlingen och placebogruppen.

(8) Förväntat värde av resultat Utredarna är övertygade om att studien har tillräcklig kraft för att visa en förändring på 10 g i LVM, med hjälp av MR-skanning vid Reza Rezavis laboratorium, om den existerar; på samma sätt en förändring i systolisk funktion med hjälp av ekokardiogram vid expertlaboratoriet i St Georges. Utredarna kommer också att kunna undersöka rollen av fibros i LVH och systolisk dysfunktion genom att mäta biomarkörer vid Javier Diez laboratorium. En stor CKD-patientpopulation vid St George's, Guy's och Kingston Hospitals kommer att underlätta rekryteringen.

Figur 3: Tidslinje uttryckt i veckor som visar planering, rekrytering och förväntad randomisering av 50 patienter med 25 (OH) vitamin D-nivåer < 37,5 nmol/L. Hjärtmagnetisk resonans, ekokardiografi, markörer för hjärtfibros kommer att mätas vid randomisering och vid studiens slutförande. CMR- Cardiac magnetic resonance, TDI- Tissue Doppler imaging, TTE- Transthoracic Echokardiography. Analys och rapportering av fynd kommer att ske mellan 96-102 veckor.

(9) Potentiella problem och alternativa strategier:

• Effekten av potentiella confounders har minimerats genom strikta inträdeskriterier och uppföljningsprotokoll. En utslitningshastighet på 30 % har tillåtits i vår beräkning av urvalsstorlek för att ta hänsyn till förändringar i patienternas kliniska status som kan förklara observerade förändringar i hjärtmätningar, såsom snabb nedgång i njurfunktion, hjärtinfarkt eller dödsfall under försöksuppföljning, före -emptiv njurtransplantation, CaxP-produkt > 5 mmol/L, Hb < 10 eller > 13 gm% och ihållande högt kontorstryck (> 150/90 mmHg).
• Även om patienterna i vår pilotstudie var unga, förväntar sig utredarna proportionerlig förbättring av parametrarna även hos försöksdeltagarna.
• Utredarna är medvetna om att förbättring av LV-funktion och morfologi inte tidigare har visats med D-vitaminbehandling hos människor. Emellertid är bevis på genomiska effekter av vitamin D på hjärtmyocyter, extracellulär matris och myokardkontraktilitet väl etablerade i djurstudier. Viktigast av allt är att denna studie undersöker en ny anti-fibrotisk mekanism för vitamin D-terapi hos människor, som kan ge principbeviset för användning av vitamin D i andra sjukdomstillstånd såsom autoimmuna sjukdomar.