Άμεσες και μακροπρόθεσμες επιδράσεις της άσκησης στην κινητοποίηση ενδοθηλιακών προγονικών κυττάρων σε ασθενείς με χρόνια καρδιακή ανεπάρκεια

Abstract

Introduction: Physical exercise can bring about desirable benefits to the cardiovascular system. Acute exercise induces changes in vascular function. Long term exercise training leads to chronic functional adaptation, which can ultimately result in structural vascular remodeling. Endothelial progenitor cells (EPCs), derive from bone marrow and play a primary role in this process. EPC mobilization is activated through the impact of proper stimuli, including exercise, which contribute to the repair of endothelial ischemia. Aim: The aim of this study was to investigate the effects of continuous and interval exercise protocols on parameters related to vascular function, such as progenitor cell mobilization, systemic microcirculation, and cytokine activation in patients with chronic heart failure (CHF) compared to healthy individuals. Furthermore, the long-term effect of specialized interventional exercise programs (interval training protocols and a combination of resistance with interval exercise) on EPC mobilization in patients with CHF was also investigated. Methods: Twenty-three (n=23) patients with CHF and eleven (n=11) healthy individuals performed two exercise protocols using i) continuous and ii) interval method with equal overall workload. Blood samples were taken before, immediately after, and 40 minutes after exercise. EPCs, hematopoietic progenitor cells (HPCs), and systemic micro-circulation were assessed. Furthermore, thirty-four (n=34) patients with CHF participated in exercise rehabilitation program for three months. The patients were randomly assigned into two groups and followed two different training programs (interval training and interval training combined with resistance exercise). EPC measurements were performed at the beginning and end of the three-month program. In addition, two systematic reviews and meta-analyses were conducted to assess: i) the effect of cardiopulmonary exercise testing (CPET) on EPC mobilization in patients with cardiovascular disease, and ii) the impact of acute protocols and long-term exercise training programs on circulating EPC numbers in patients with cardiovascular disease and healthy individuals (see Appendix, attached article). Results: Comparable results of the two exercise protocols were obtained in both patients with CHF and healthy individuals. Statistical analysis indicated that exercise (both continuous and interval) significantly stimulated the mobilization of endothelial progenitor and HPCs immediately after, and 40 min after exercise (p<0.05). Additionally, there was an improvement in systemic microcirculation (p<0.05). No significant interaction or differences were observed between the continuous and interval exercise protocols. Exercise training programs showed that both the interval exercise and the combined exercise groups significantly improved EPC numbers (p<0.05). There were no statistically significant differences between the two intervention groups. Conclusions: Ιt is important to state that EPC mobilization requires a certain volume of exercise, which can be achieved either through long-duration and low-intensity continuous exercise or through high-intensity and short-duration interval exercise. In addition, exercise improves microcirculation and promotes angiogenesis. It appears that the exercise volume (intensity-duration) plays a dominant role, and that the health benefits are not impaired by the type of exercise. However, in patients with CHF, the long-term adaptations reveal even better results on EPC mobilization during the three-month interventional training programs.

Εισαγωγή: Η σωματική άσκηση παρέχει σημαντικά οφέλη στο αγγειακό σύστημα. Άμεσα, η άσκηση προκαλεί αλλαγές στην αγγειακή λειτουργία. Μακροπρόθεσμα, η συστηματική άσκηση, προκαλεί χρόνιες λειτουργικές προσαρμογές, οι οποίες δύναται τελικά να προβούν και σε δομική αγγειακή αναδιαμόρφωση. Πρωτεύοντα ρόλο σε αυτόν το τομέα διαδραματίζουν τα ενδοθηλιακά προγονικά κύτταρα (ΕΠΚ) που προέρχονται από το μυελό των οστών, κινητοποιούνται υπό την επίδραση του κατάλληλου ερεθίσματος, συμπεριλαμβανομένης και της άσκησης. Στόχος: Σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν να μελετηθούν οι επιδράσεις της συνεχόμενης και διαλειμματικής άσκησης σε παραμέτρους που σχετίζονται με την αγγειακή λειτουργία, όπως η κινητοποίηση προγονικών κυττάρων, η συστηματική μικροκυκλοφορία και η ενεργοποίηση κυτταροκινών σε ασθενείς με χρόνια καρδιακή ανεπάρκεια (ΧΚΑ) σε σύγκριση με υγιή άτομα. Επιπλέον, μελετήθηκαν οι μακροπρόθεσμες επιδράσεις εξειδικευμένων παρεμβατικών προγραμμάτων άσκησης (πρωτόκολλα διαλειμματικής προπόνησης και συνδυασμού μυϊκής ενδυνάμωσης με διαλειμματική άσκηση) στην κινητοποίηση των ΕΠΚ σε ασθενείς με ΧΚΑ. Μεθοδολογία: Είκοσι-τρεις (n=23) ασθενείς με ΧΚΑ και έντεκα (n=11) υγιείς πραγματοποίησαν δύο πρωτόκολλα άσκησης: i) με τη συνεχόμενη και ii) τη διαλειμματική μέθοδο ισοσταθμισμένα ως προς το συνολικό τους έργο. Πραγματοποιήθηκε αιμοληψία πριν, αμέσως μετά και 40 λεπτά μετά την άσκηση. Μετρήθηκαν τα ΕΠΚ, ένας δεύτερος πληθυσμός προγονικών κυττάρων, τα αιμοποιητικά προγονικά κύτταρα (ΑΠΚ) και η συστηματική μικροκυκλοφορία. Επιπλέον, τριάντα τέσσερις (n=34) ασθενείς με ΧΚΑ συμμετείχαν σε παρεμβατικά προγράμματα άσκησης για χρονικό διάστημα τριών μηνών. Οι ασθενείς τυχαιοποιήθηκαν σε δύο ομάδες και ακολούθησαν δύο διαφορετικά προγράμματα: i) διαλειμματικής προπόνησης και ii) συνδυασμό διαλειμματικής άσκησης και άσκησης με αντιστάσεις. Στην έναρξη και στο τέλος του τρίμηνου προγράμματος διεξήχθη μέτρηση των ΕΠΚ. Επιπρόσθετα, πραγματοποιήθηκαν δύο μετα-αναλύσεις που διερεύνησαν: i) την επίδραση της μέγιστης καρδιοαναπνευστικής δοκιμασίας κόπωσης (ΜΚΔΚ) στην κινητοποίηση των ΕΠΚ σε ασθενείς με καρδιαγγειακές παθήσεις, και ii) την επίδραση πρωτοκόλλων και μακροχρόνιων προγραμμάτων άσκησης στον αριθμό των ΕΠΚ στην κυκλοφορία σε ασθενείς με καρδιαγγειακές παθήσεις και σε υγιείς δοκιμαζόμενους (βλέπε Παράρτημα, επισυναπτόμενο άρθρο). Αποτελέσματα: Τα δεδομένα των δύο πρωτοκόλλων άσκησης παρουσίασαν συγκρίσιμα αποτελέσματα τόσο στους ασθενείς με ΧΚΑ όσο και στους υγιείς. Η στατιστική ανάλυση έδειξε ότι η άσκηση (είτε συνεχόμενη, είτε διαλειμματική) ενεργοποιεί σημαντικά την κινητοποίηση ενδοθηλιακών προγονικών και αιμοποιητικών προγονικών κυττάρων αμέσως μετά, και 40 λεπτά μετά την άσκηση (p<0,05). Παράλληλα υπήρξε και βελτίωση της συστηματικής μικροκυκλοφορίας (p<0,05). Δεν παρατηρήθηκε σημαντική αλληλεπίδραση και διαφορά μεταξύ του πρωτοκόλλου της συνεχόμενης και της διαλειμματικής άσκησης. Τα παρεμβατικά προγράμματα άσκησης έδειξαν ότι τόσο η ομάδα με διαλειμματική άσκηση όσο και η ομάδα με τη συνδυασμένη άσκηση παρουσίασαν σημαντική βελτίωση στον αριθμό των ΕΠΚ (p<0,05). Δεν παρατηρήθηκαν στατιστικώς σημαντικές διαφορές μεταξύ των δύο ομάδων παρέμβασης. Συμπεράσματα: Διαπιστώνουμε ότι η άμεση κινητοποίηση των ΕΠΚ απαιτεί ορισμένο όγκο άσκησης που επιτυγχάνεται είτε με συνεχόμενη άσκηση μεγάλης διάρκειας και χαμηλής έντασης είτε με διαλειμματική άσκηση υψηλής έντασης και μικρής διάρκειας. Εκτός από την κινητοποίηση των ΕΠΚ, η άσκηση βελτιώνει τη μικροκυκλοφορία και προάγει την αγγειογένεση. Φαίνεται ότι ο όγκος της άσκησης (εξαρτώμενος από ένταση-διάρκεια) κατέχει κυρίαρχο ρόλο. Επιπλέον, τα ευεργετικά για την υγεία αποτελέσματα δεν επηρεάζονται από τον τύπο της άσκησης. Οι μακροχρόνιες προσαρμογές, ωστόσο, εμφανίζουν ακόμα καλύτερα αποτελέσματα στην κινητοποίηση των ΕΠΚ σύμφωνα με παρεμβατικά προγράμματα τριών μηνών σε ασθενείς με ΧΚΑ.