Konditioneringsbaserade interventionsstrategier (ConBIS)

Bakgrund

Klinisk bakgrund - ischemirelaterade och inflammatoriska tillstånd Pandemin av hjärt-kärlsjukdomar har enorma negativa effekter på den globala befolkningens hälsa och förväntade livslängd. De mest skadliga akuta ischemiska händelserna är hjärtinfarkt och stroke. Organsvikt orsakad av ischemi-reperfusionssyndrom som stroke och hjärtinfarkt utgör den ledande dödsorsaken globalt och bär en stor socioekonomisk börda. Sammantaget beräknas 17 miljoner människor världen över dö av hjärt-kärlsjukdomar (7,4 miljoner från ischemisk hjärtsjukdom och 6,7 miljoner från stroke). Försök att modifiera riskfaktor och livsstilsrelaterad tillväxt vid hjärt-kärlsjukdom är viktiga och har varit framgångsrika i vissa delar av världen, men förbättrad behandling av akuta och kroniska hjärt-kärlsjukdomar är avgörande för att lindra sjukdomsbördan.

Vid akuta ischemiska tillstånd som hjärtinfarkt och stroke är tidig och framgångsrik återställande av vävnadsperfusion efter en ischemisk händelse den mest effektiva strategin för att minska vävnadsskada och förbättra det kliniska resultatet, men reperfusion kan inducera ytterligare vävnadsskada i sig, så kallad reperfusionsskada . Även om reperfusionsstrategier fortsätter att utvecklas med förbättrad logistik och medicinsk behandling, kan även optimal akut reperfusionsbehandling lämna patienter med kronisk ischemisk sjukdom. I själva verket, eftersom den initiala överlevnaden har förbättrats på grund av förbättringar av akut reperfusionsterapi, ökar antalet patienter med kronisk ischemisk hjärtsjukdom globalt (mer än 35 miljoner människor världen över lider av hjärtsvikt). Sammantaget har patienter med hjärtsvikt en sämre 5-årsöverlevnad än patienter med de flesta typer av cancer. Utvecklingen av effektiva läkemedel för att inrikta sig på de skadliga effekterna av reperfusionsskada i sig har dock visat sig vara en utmaning. Flera farmakologiska strategier som visar övertygande effekter i djurmodeller av ischemi-reperfusionsskada har misslyckats med att översättas till klinisk nytta.

En nyckelfunktion för hjärtsvikt orsakad av kronisk ischemisk hjärtsjukdom är inflammation, som delar mekanismer med andra inflammatoriska tillstånd som inflammatorisk tarmsjukdom och ankyloserande spondylit. Ytterligare försvagande, hjärtsvikt utövar också en negativ effekt på vanemässig fysisk aktivitet och skelettmuskelvävnads hälsa, vilket ger flera skadliga effekter på hela kroppens ämnesomsättning och rörlighet. En vanlig underliggande mekanistisk egenskap hos dessa processer kan vara reglering genom att cirkulera små icke-kodande RNA (mikro-RNA eller miRNA/miR).

Vetenskaplig bakgrund Fjärrstyrd ischemisk konditionering Den huvudsakliga prognostiska bestämningsfaktorn för utfallet vid akut hjärtinfarkt är omfattningen av vävnadsskada (infarktstorlek), som inte bara bestäms av ischemins varaktighet utan också av skada orsakad av reperfusionsskada. Remote Ischemic Conditioning (RIC) är en ny behandlingsmodalitet för att dämpa reperfusionsskada. Organskydd med RIC kan uppnås helt enkelt genom att inducera 3 eller 4 fem-minuterscykler av extremitetsischemi och reperfusion med hjälp av en tourniquet eller enkel blodtrycksmanschett. Med få undantag har RIC konsekvent visat sig utöva ett kraftfullt skydd mot ischemi-reperfusionsskada i hjärtat, hjärnan, njurarna, lungorna och levern i djurmodeller, och RIC har framgångsrikt översatts till klinisk användning. En specifik fördel med RIC är dess lätta applicerbarhet under pågående ischemi i målorganet, som har utnyttjats i djurmodeller och människor för att visa att RIC minskar skador under utvecklande hjärtinfarkt och stroke.

Medan mediatorerna och mekanismerna för RIC återstår att identifiera, har RIC visat sig 1) inducera cytoskydd, 2) förbättra endotelfunktionen och mikrocirkulationen, och 3) modifiera inflammation - alla tre nyckelaktörerna i patologin bakom hjärtsvikt - vilket tyder på en potentiellt kraftfullt verktyg för att samtidigt motverka skadliga biologiska processer involverade i utvecklingen av hjärtsvikt. RIC kan ha ytterligare potential eftersom fortsatt RIC efter hjärtinfarkt verkar inducera varaktiga fördelar under följande ogynnsamma ombyggnad av hjärtat. De antiinflammatoriska effekterna kan vara av betydelse vid andra tillstånd som involverar akut eller kronisk inflammation.

Ischemi och konditionering med blodflödesbegränsad motståndsträning Träning kategoriseras och utövas traditionellt som antingen syrekrävande aerob uthållighetsträning med effekt på metaboliska egenskaper eller mekaniskt stressande motståndsträning med effekt på kontraktila egenskaper. Förutom lokala myocellulära effekter verkar träning främja molekylär kommunikation mellan organen. Faktiskt har nyare studier visat förmågan hos traditionella träningsregimer att skydda mot t.ex. myokardischemi-reperfusionsskada och även för att förbättra kognitiv funktion, därav uppfattningen att "träning är medicin". Studier tyder på att dessa avlägsna effekter induceras av myocellulär produktion av cirkulationsmediatorer för att påverka vävnader i avlägsna organ. Träningsinducerad överhörning mellan muskler och organ kan, i likhet med RIC, förlita sig på extracellulärt vesikelhärlett miRNA (se nästa stycke). Stöd för en sådan uppfattning är upptäckten att traditionell motståndsträning med hög intensitet framkallar ökad transkription av miR133b, eftersom miR133b nyligen har visat sig främja återhämtning efter stroke via överföring av exosomberikade extracellulära partiklar. Men traditionell träning med hög intensitet kan orsaka muskelskador och kan därför inte överensstämma med träning hos patienter med kardiovaskulära eller andra kroniska muskelförtviningssjukdomar.

Ett nytt tillvägagångssätt kan erbjudas av ischemisk motståndsträning som utförs som lågintensiv blodflödesträning med begränsat motstånd (BFRE), med en stimulans med lågt ocklusionstryck, som bara äventyrar venöst men inte arteriellt blodflöde. Ungefär som RIC genomförs BFRE som 3-5 cykler (uppsättningar av träning) med mellanrum av kort varaktighet av återhämtning. Genom detta mekaniskt mycket skonsamma tillvägagångssätt kan muskeltillväxt liknande den för högintensiv traditionell motståndsträning (TRT) uppnås, möjligen på grund av acceleration av metabolisk uppbyggnad eller aktivering av muskelstamceller. Intressant nog visar nya resultat av oss att BFRE kan förmedla långvariga förkonditioneringseffekter i muskler. Eftersom lågintensiv BFRE efterliknar händelser av både traditionell högintensiv motståndsträning (ocklusion-reperfusion) och traditionell aerob träning (hypoxi), kan BFRE spekuleras i att driva hälsofördelaktiga metaboliska såväl som anabola anpassningar i muskeln. Baserat på dess likhet med RIC, påverkar BFRE sannolikt också avlägsna vävnader och drar slutsatsen att skydd av avlägset organ. I vilken utsträckning RIC och träningsregimer kan dela eller överlappa eller skilja sig mekaniskt - och potentiellt utöva additiva effekter - är okänd, men tillämpning av BFRE innebär mycket lovande kliniska perspektiv.

Mikro-RNA-signalering Cirkulerande extracellulära vesiklar (EV) är små partiklar som frigörs från plasmamembran från nästan alla celltyper. Dessa elbilar verkar fungera som transportsystem i kroppen som bär en last av signalsubstanser inklusive miRNA. miRNA är också effektormolekyler i ischemiska händelser, t.ex. myokardiell miRNA144 (miR144) nivåer reduceras av ischemisk reperfusionsskada (IR-skada), som försvagas av RIC. RIC inducerar också ökade cirkulatoriska EV-nivåer, medan EV:er berikade med miR22 och miR451 från anoxiska odlade MSC: er och kardiomycytfaderceller mildrar hjärtskada. Potentiellt kan behandling med specifik miRNA laddad i elbilar ge skydd mot akuta och kroniska effekter av myokardischemi-reperfusionsskada hos patienter [19]. Elbilar tros också innehålla andra ämnen inklusive antiinflammatoriska komponenter som verkar i synergi med miRNA för att utöva den fulla effekten av signalkaskaden.

Syfte Det övergripande syftet med denna studie är att avslöja och använda mekanismerna bakom aktiveringen av endogent organskydd genom avlägsna ischemisk konditionering (RIC), högintensiv traditionell motståndsträning (TRT) och lågintensiv träning med begränsat blodflöde (BFRE) med perspektiv för att definiera deras tillämpbarhet för omedelbart organskydd vid ischemi-reperfusionsskada (akut konditionering) och efterföljande vävnadsreparation (kronisk konditionering) under en förlängd återhämtningsperiod. Detta mål kommer att uppnås genom att studera vilka och hur molekylära vägar som ligger bakom dessa skyddsmekanismer delas och kan överföras för att behandla medicinska tillstånd. Ett specifikt fokus är rollerna för elbilar och miRNA. Ett annat mål är att utforska hur träning med och utan ischemi kan motverka muskelförtvining.

Hypotes

Den övergripande hypotesen för förslaget är att RIC och träning som förstärks av BFRE och TRT frisätter cirkulerande skyddande mediatorer som utövar omedelbara skyddande effekter mot IR-skada samt främjar fördelaktig reparation under efterföljande vävnadsåteruppbyggnad och vid kroniska inflammatoriska tillstånd. Specifikt kommer vi att testa följande hypoteser:

1. RIC, BFRE och TRT delar organskyddande och antiinflammatoriska egenskaper som induceras genom vanliga miRNA-signalvägar

2. Långvarig effekt av RIC, BFRE och TRT kan uppnås genom upprepad behandling, och de kroniska effekterna inkluderar antiinflammatoriska och anti-ischemiska egenskaper av klinisk relevans genom:

   1. Förbättring av ventrikulär funktion och minskning av symtom hos patienter med hjärtsvikt och kronisk ischemisk hjärtsjukdom (enskild delstudie, separat ansökan har lämnats in till och godkänts av De Videnskabsetiske Komitéer).
   2. Motverkar muskelförtvining hos patienter med hjärtsvikt.
3. BFRE är ett mer effektivt sätt att öka muskelmassa, muskelkraft och muskelfunktion jämfört med TRT.
4. Icke-konditionerade elbilar kan laddas med RIC, BFRE och specifik miRNA, in vitro och utöva omedelbara skyddande effekter mot IR-skada vid intravenös injektion (framtida delstudie)