The effects of remote ischaemic conditioning on arterial stiffness, endothelial glycocalyx, biochemical function, and ventricular remodelling following primary percutaneous coronary intervention in patients with STEMI

Abstract

Aims: Remote ischemic conditioning (RIC) alleviates ischemia–reperfusion injury via several pathways, including micro-RNAs (miRs) expression and oxidative stress modulation. We investigated the effects of RIC on endothelial glycocalyx, arterial stiffness, LV remodelling, and the underlying mediators within the vasculature as a target for protection. Methods and results: We block-randomised 270 patients within 48 h of STEMI post-PCI to either one or two cycles of bilateral brachial cuff inflation, and a control group without RIC. We measured: (a) the perfusion boundary region (PBR) of the sublingual arterial microvessels to assess glycocalyx integrity; (b) the carotid-femoral pulse wave velocity (PWV); (c) miR-144,-150,-21,-208, nitrate-nitrite (NOx) and malondialdehyde (MDA) plasma levels at baseline (T0) and 40 min after RIC onset (T3); and (d) LV volumes at baseline and after one year. Compared to baseline, there was a greater PBR and PWV decrease, miR-144 and NOx levels increase (p < 0.05) at T3 following single- than double-cycle inflation (PBR:ΔT0–T3 = 0.249 ± 0.033 vs 0.126 ± 0.034 μm, p = 0.03 and PWV:0.4 ± 0.21 vs −1.02 ± 0.24 m/s, p = 0.03). Increased miR-150, -21,-208 (p < 0.05) and reduced MDA was observed after both protocols. Increased miR-144 was related to PWV reduction (r = 0.763, p < 0.001) after the first-cycle inflation in both protocols. After one year, single-cycle RIC was associated with LV end-systolic volume reduction (LVESV) > 15% (odds-ratio of 3.75, p = 0.029). MiR-144 and PWV changes post-RIC were interrelated and associated with LVESV reduction at follow-up (r = 0.40 and 0.37, p < 0.05), in the single-cycle RIC. Conclusion: RIC evokes “vascular conditioning” likely by upregulation of cardio-protective microRNAs, NOx production, and oxidative stress reduction, facilitating reverse LV remodelling.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ: Η βλάβη ισχαιμίας επαναιμάτωσης (IRI) αμβλύνει την ευεργετική επίδραση της πρωτογενούς διαδερμικής παρέμβασης (PCI) στη διάσωση του μυοκαρδίου σε ασθενείς με οξύ έμφραγμα (ΟΕΜ) με ανάσπαση του ST (STEMI). Η απομακρυσμένη ισχαιμική προπόνηση (RIC), μέσω της εφαρμογής βραχέων επεισοδίων ισχαιμίας και επαναιμάτωσης σε αγγειακά δίκτυα μακρά του επαπειλούμενου οργάνου, ενεργοποιεί ένα προστατευτικό φαινότυπο έναντι της IRI.Ο ενδοθηλιακός γλυκοκάλυκας συνίσταται από ένα επιφανειακό στρώμα γλυκοπρωτεϊνών και πρωτεογλυκανών που εμποδίζει την άμεση επαφή των κυτταρικών στοιχείων του αίματος με το αγγειακό ενδοθήλιο. Η απώλεια της ακεραιότητάς του μετά την έκθεση σε αθηρογενετικούς παράγοντες κινδύνου, όπως η υπεργλυκαιμία, η δυσλιπιδαιμία, η υπέρταση και το κάπνισμα, προκαλεί αυξημένη ενδοθηλιακή διαπερατότητα στα κυκλοφορούντα λευκοκύτταρα και φλεγμονώδεις διαμεσολαβητές, συμμετέχοντας στην IRI μετά από ΟΕΜ. Παράλληλα, μετά από ΟΕΜ η ενδοθηλιακή λειτουργία των περιφερικών αρτηριών παραβλάπτεται, με τη μέγιστη διαταραχή να σημειώνεται μεταξύ των πρώτων 24 και 72 ωρών, ενώ η ποσοτική της εκτίμηση προβλέπει εντός 24 ωρών προβλέπει την έκταση του εμφράκτου και της δυσμενούς αναδόμησης της αριστερής κοιλίας. H RIC έχει διαπιστωθεί ότι βελτιώνει τόσο την περιφερική, όσο και τη στεφανιαία ενδοθηλιακή λειτουργία, όμως η επίδρασή της στην ακεραιότητα του γλυκοκάλυκα παραμένει αδιευκρίνιστη.Ως αναδόμιση της αριστερής κοιλίας ορίζονται οι δομικές μεταβολές που υφίσταται ως αποτέλεσμα παθολογικών συνθηκών φόρτισης. Το ΟΕΜ καταλείπει μία επεκτεινόμενη, μη συσταλτή ζώνη ουλώδους ιστού, που οδηγεί σε υπερφόρτιση όγκου. Αυτή με τη σειρά της, οδηγεί σε υπερφόρτιση πίεσης των βιώσιμων τμημάτων. Η μακροπρόθεσμη κοιλιακή αναδόμηση μετά από ΟΕΜ μπορεί να διαρκέσει έως και δύο έτη μετά το συμβάν αναφοράς και συσχετίζεται με την καρδιαγγειακή θνησιμότητα. Μεταξύ άλλων, η ενδοθηλιακή λειτουργία, η βιοδιαθεσιμότητα μονοξειδίου του αζώτου (ΝΟ) και το οξειδωτικό στρες διαδραματίζουν ρυθμιστικό ρόλο στην εξέλιξή της. Η απομακρυσμένη ισχαιμική προπόνηση έχει συσχετιστεί με ελάττωση της αρτηριακής σκληρίας σε ασθενείς με ισχαιμική καρδιακή νόσο και μείωση του οξειδωτικού στρες στο οξύ έμφραγμα του μυοκαρδίου (ΟΕΜ). Η αυξημένη αρτηριακή σκληρία ενισχύει το μεταφορτίο της αριστερής κοιλίας, ελαττώνει τη διαστολική στεφανιαία ροή και σχετίζεται με την πρόγνωση μετά από ΟΕΜ. Ωστόσο, η επίδραση της απομακρυσμένης ισχαιμικής προπόνησης στην αρτηριακή σκληρία σε ασθενείς με ΟΕΜ δεν έχει διαλευκανθεί. Τα microRNAs (MiRs) αποτελούν μικρά, μονόκλωνα, μη κωδικοποιητικά μόρια RNA, αποτελούμενα από 19-25 νουκλεοτίδια, τα οποία ρυθμίζουν τη μετα-μεταγραφική γονιδιακή έκφραση, ως απόκριση σε κυτταρικά ή περιβαλλοντικά ερεθίσματα. Μεταξύ των βιοχημικών παραγόντων που συμμετέχουν στον καταρράκτη της απομακρυσμένης ισχαιμικής προπόνησης, το miR-144 έχει αναγνωριστεί ως σημαντικός μεσολαβητής, ενώ σε πειραματικά ζωικά μοντέλα βλάβης ισχαιμίας-επαναιμάτωσης, το miR-150 αναστέλλει την απόπτωση και την ίνωση. Ακόμα, το miR-21 ελαττώνει την έκταση του εμφράγματος και την πρώιμη αναδόμηση της αριστερής κοιλίας μετά από βλάβη ισχαιμίας επαναιμάτωσης σε επίμυες. Σε πρόσφατες μελέτες έχει διαπιστωθεί πως τα νιτρικά (NO3-) και νιτρώδη (NO2-) άλατα λειτουργούν ως υπόστρωμα σε διεργασίες παραγωγής μονοξειδίου του αζώτου (ΝΟ) που είναι ανεξάρτητες από το κλασσικό μονοπάτι της L-αργινίνης. Με αυτόν τον τρόπο, μπορούν να εκλαμβάνονται ως μία επικουρική δεξαμενή άντλησης ΝΟ σε συνθήκες χαμηλής μερικής πίεσης οξυγόνου που είναι δυνατόν να συνεισφέρουν περαιτέρω στην προστασία του καρδιαγγειακού συστήματος στα πλαίσια απομακρυσμένης ισχαιμικής προπόνησης.Βάσει των παραπάνω δεδομένων, στόχος της παρούσας μελέτης είναι να διευκρινίσει την επίδραση της απομακρυσμένης ισχαιμικής προπόνησης στην ακεραιότητα του ενδοθηλιακού γλυκοκάλυκα, την αρτηριακή σκληρία και το οξειδωτικό φορτίο σε ασθενής με STEMI μετά από πρωτογενή PCI, όπως επίσης και να διαπιστώσει το ρόλο συγκεκριμένων miRs και της δεξαμενής νιτρικών και νιτρωδών αλάτων στην αγγειακή προστασία, εφαρμόζοντας δύο πρωτόκολα RIC. Επίσης, στοχεύει στην αποσαφήνιση πιθανής συμβολής της RIC στην αναδόμηση της αριστερής κοιλίας. ΥΛΙΚΟ/ΜΕΘΟΔΟΙ: Η παρούσα μελέτη περιλαμβάνει μία οξεία και μία χρόνια φάση. Κατά την οξεία φάση, ασθενείς με STEMI, εντός 48 ωρών από το συβάν αναφοράς και μετά τη διενέργεια πρωτογενούς PCI υποβάλλονται τυχαιοποιημένα σε ένα εκ των δύο πρωτοκόλων RIC, αφού υποβληθούν στην πρωταρχική αγγειολογική μελέτη αναφοράς (T0). Το πρώτο συνίσταται στην εφαρμογή δύο ισχαιμικών ερεθισμάτων μέσω αμφοτερόπλευρης ισχαιμικής βραχιονίου περίδεσης, με πίεση 200 mmHg, διάρκειας 5 λεπτών, με μεσοδιάστημα 5 λεπτών επαναιμάτωσης. Κάθε ισχαιμικό ερέθισμα ακολουθείται από αγγειολογική μελέτη (Τ1, Τ2), ενώ 25 λεπτά μετά την άρση της δεύτερης ισχαιμικής περίδεσης πραγματοποιείται η τελική αγγειολογική μελέτη (Τ3). Το δεύτερο πρωτόκολο είναι πανομοιότυπο, με εξαίρεση την παράλειψη του δεύτερου ισχαιμικού ερεθίσματος. Αμφοτέρων των παρεμβάσεων προηγήθηκε η εφαρμογή εικονικής RIC, με απλή τοποθέτηση των βραχιόνιων περιειρίδων χωρίς την εφαρμογή πίεσης. Ακόμη, κατά την πρωταρχική (Τ0) και την τελική (Τ3) αγγειολογική μελέτη διενεργείται αιμοληψία. Τα κριτήρια αποκλεισμού από τη μελέτη περιλαμβάνουν καρδιακή ανεπάρκεια σταδιοποίησης Killip>2 κατά το συμβάν αναφοράς, χορήγηση νιτρωδών, ατομικό ιστορικό καρδιαγγειακής νόσου ή προηγούμενης επαναιμάτωσης, όπως και την παρουσία πρόσθετης χρόνιας φλεγμονώδους ή άλλης συστηματικής νόσου. Κατά τη χρόνια φάση της μελέτης, ασθενείς που υπεβλήθησαν σε RIC και 90 πρόσθετοι ασθενείς ομάδας ελέγχου που δεν υπεβλήθησαν στην παρέμβαση μελετήθηκαν με ηχοκαρδιογραφία 2-διαστάσεων ως προς την κοιλιακή αναδόμηση, 12 μήνες μετά το ισχαιμικό συμβάν αναφοράς. Το πρωτόκολο έχει εγκριθεί από την αρμόδια επιτροπή του Πανεπιστημιακού Γενικού Νοσοκομείου «Αττικόν», συμμορφώνεται με τις αρχές που επισημαίνονται στη διακήρυξη του Ελσίνκι, και έχει καταχωρηθεί στη βάση δεδομένων του εθνικού ινστιστούτου υγείας των ΗΠΑ (ClinicalTrials.gov: #NCT03984123). Όλοι οι συμμετέχοντες έχουν χορηγήσει τη γραπτή τους συγκατάθεση.Αξιολόγηση ενδοθηλιακού γλυκοκάλυκαΟ δείκτης PBR (perfusion boundary region) περιγράφει το στρώμα ελέυθερο κυττάρων που προκύπτει από το διαχωρισμό των ερυθρών αιμοσφαιρίων από το πλάσμα στην ενδοαυλική επιφάνεια του μικροαγγειακού δικτύου. Η αύξησή του υποδηλώνει διείσδυση των ερυθρών αιμοσφαιρίων σε βαθύτερα στρώματα του γλυκοκάλυκα, αντανακλώντας ελάττωση του πάχους του και διαταραχή στην ενδοθηλιακή διαπερατότητα. Το PBR εκτιμήθηκε με τη χρήση Sidestream Darkfield imaging (Microscan, Glycocheck, Microvascular Health Solutions Inc., Salt Lake City, UT, USA) στο υπογλώσσιο μικροαγγειακό δίκτυοΑξιολόγηση αρτηριακής σκληρίαΗ αρτηριακή σκληρία εκτιμήθηκε με αρτηριακή τονομετρία (Complior, Alam Medical, Vincennes, France), υπολογίζοντας την καρωτιδο-μηριαία ταχύτητα παλμικού κύματος (PWV).Ποσοτικοποίηση οξειδωτικού και φλεγμονώδους στρεςΗ συγκέντρωση μαλονδιαλδεΰδης υπολογίστηκε μέσω φασματικής φωτομετρίας (Oxford Biomedical Research, Rochester Hills, Mich), ενώ η IL-6 ποσοτικοποιήθηκε με υψηλής ευαισθησίας ανοσοδοκιμασία [human IL-6 Quantikinine (high sensitivity)]Έκφραση microRNAΗ έκφραση των miRs εκτιμήθηκε μέσω αντιδραστηρίων NucleoSpin miRNA Plasma Kit (MACHEREY-NAGEL GmbH & Co. KG, Duren, Germany).Μονοπάτι νιτρικών-νιτρωδών-ΝΟΗ συγκέντρωση νιτρικών και νιτρωδών αλάτων στο πλάσμα μετρήθηκε εφαρμόζοντας την αντίδραση Griess (Cayman's Nitrate/Nitrite Colorimetric Assay Kit 780001)Κοιλιακή αναδόμησηΗ αναδόμης της αριστερής κοιλίας αξιολογήθηκε μέσω ηχοκαρδιογραφίας 2 διαστάσεων [Vivid 7 ή E95 (GE Medical Systems, Horten, Norway) phased array ultrasound system]. Ο τελοδιαστολικός (LVEDV) και τελοσυστολικός (LVESV) όγκος μετρήθηκαν σε τομές 4 και 2 κοιλοτήτων μέσω της τροποποιημένης μεθόδου Simpson δύο επιπέδων, εντός 48 ωρών από την PCI αλλά πριν την εφαρμογή RIC και 1 χρόνο μετά το ΟΕΜ αναφοράς. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ: Έχουν εξαταστεί συνολικά 270 ασθενείς, εκ των οποίων 127 (47%) υπέστησαν πρόσθιο STEMI. 113 (42%) έπασχαν από στεφανιαία νόσο ενός, 124 (46%) δύο και 32 (12%) τριών αγγείων. Η διάμεση τιμή τροπονίνης υψηλής ευαισθησίας ήταν 3,843 [991-9,338] ng/mL, ενώ τα κλινικά χαρακτηριστικά μεταξύ των ομάδων παρέμβασης και ελέγχου δε διέφεραν.Το πρωτόκολο μονής ισχαιμικής περίδεσης οδήγησε σε μεγαλύτερη βελτίωση του PBR και του PWV τη χρονική στιγμή Τ3 συγκριτικά με το πρωτόκολο διπλής περίδεσης (ΔT0-T3=0.249±0.033 vs 0.126±0.034μm, p=0.03 και 0.4±0.21 vs -1.02±0.24m/s, p=0.03 αντίστοιχα). Ανεξαρτήτως του εφαρμοσμένου πρωτόκολλου, παρατηρήθηκε αυξημένη βελτίωση του PWV στους ασθενείς με βασική PWV>11 m/s (μέση τιμή υπέρτερης βελτίωσης= 3.5±0.6 m/s, p< 0.002). Η ακεραιότητα του ενδοθηλιακού γλυκοκάλυκα (ελάττωση PBR) μετά την πρώτη ισχαιμική περίδεση αποκαταστάθηκε σε μεγαλύτερο βαθμό στους ασθενείς με αρχικό PBR>2.1 μm (n=50; μέση τιμή πρόσθετης βελτίωσης PBR=0.5±0.03 μm τη χρονική στιγμή T1, p<0.001). Αμφότερα τα πρωτόκολα προκάλεσαν αυξημένη έκφραση miR-144, -150, -21, -208 και ελλάτωση της MDA. Αντίθετα, μόνο το πρωτόκολο μονής περίδεσης αύξησε τα επίπεδα νιτρκών-νιτρωδών (p<0.05). Η αυξημένη έκφραση miR-144 συσχετίστηκε με την ελάττωση του PWV (r=0.763, p<0.001). Τα επίπεδα IL-6 δεν επηρεάστηκαν από την παρέμβασή μας (p>0.05).Εκ των 180 που επέστησαν απομακρυσμένη ισχαιμική προπόνηση, 85 από την ομάδα μονής και 87 από την ομάδα διπλής περίδεσης ανευρέθησαν και υπέστησαν ηχοκαρδιογραφική μελέτη, συγκρινόμενοι με 85 ασθενείς που δεν υπέστησαν ισχαιμική προπόνση, ένα έτος μετά τη νοσηλεία τους. Το πρωτόκολλο μονής περίδεσης συσχετίστηκε με σημαντικά μεγαλύτερη μείωση των LVEDV και LVESV σε σχέχη με το πρωτόκολλο διπλής ή χωρίς περίδεση (ΔLVEDV= -23±3 vs -7±2 vs -6±2 ml, p<0.001; ΔLVESV: -10±2 vs -3±1 vs -2±1, p<0.001, αντίστοιχα). Επιπλέον, η ελάττωση του PWV κατά το πέρας της οξείας φάσης στο πρωτόκολλο μονής περίδεσης σχετιζόταν με την αντίστοιχη ελάττωση στον LVESV κατά την ετήσια επανεκτίμηση (r=0.37, p=0.002). Επίσης, μετά από ένα χρόνο, το πρωτόκολλο μονής περίδεσης συσχετίστηκε με αυξημένη πιθανότητα ευνοϊκής αναδόμησης (ελάττωση LVESV>15%) με τροποιημένη αναλογία πιθανοτήτων ίση με 3.75, p=0.029. Οι μεταβολές στην έκφραση miR-144 και στην PWV σχετίζονταν με τις μεταβολές στον LVESV (r=0.40 and 0.37 αντίστοιχα, p<0.05).ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ: Η απομακρυσμενη ισχαιμική προπόνηση επάγει "αγγειακή προπόνηση", πιθανόν μέσω καρδιοπροστατευτικών microRNAs, παραγωγής NOx και ελάττωσης του οξειδωτικού στρες, ευνοώντας την ανάστροφη αναδόμηση του μυοκαρδίου.