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L'invecchiamento endoteliale/vascolare e l'aterogenesi sono meccanismi chiave che promuovono lo sviluppo di malattie cardiovascolari. Il presente protocollo descrive metodi per valutare la rigidità arteriosa, la disfunzione endoteliale e l'aterogenesi in pazienti con fattori di rischio correlati, che sono molto preziosi nel campo della ricerca cardiovascolare.
La velocità dell'onda del polso (PWV), la dilatazione flusso-mediata (FMD) e lo spessore intima-medio carotideo (CIMT) sono metodi consolidati utilizzati nella ricerca e in contesti clinici per valutare la rigidità arteriosa, la funzione endoteliale e l'aterogenesi subclinica. Queste misurazioni possono riflettere la malattia vascolare e la progressione aterosclerotica, che sono le principali cause di eventi cardiovascolari avversi. Questi metodi sono particolarmente preziosi per determinare la disfunzione cardiovascolare tra popolazioni con diversi fattori di rischio, come il diabete mellito, l'ipertensione e altre condizioni correlate alla disfunzione metabolica. Forniscono una fonte di informazioni non invasiva e affidabile che integra la pratica clinica. È possibile ottenere una diagnosi precoce, una valutazione del rischio e decisioni terapeutiche relative alle malattie cardiovascolari, contribuendo in ultima analisi a migliorare gli esiti dei pazienti. Gli strumenti tradizionali per la valutazione delle malattie cardiovascolari non rivelano se la sindrome metabolica influisca sulla malattia cardiovascolare subclinica precoce nei pazienti con obesità. Recenti ricerche hanno evidenziato l'importanza di includere la rigidità arteriosa e la funzione endoteliale in una valutazione cardiovascolare completa. Pertanto, lo scopo del presente studio è quello di descrivere metodi che forniscano informazioni sull'invecchiamento vascolare subclinico precoce, sulla disfunzione endoteliale e sulla malattia aterogena, consentendo la stratificazione del rischio mirato al sistema vascolare tra popolazioni con obesità e diversi profili metabolici.
L'obesità è un grave problema di salute in tutto il mondo a causa delle complicanze ad essa associate, come ipertensione, dislipidemia, malattie del fegato, aterosclerosi, insulino-resistenza e diabete mellito di tipo 2 (T2DM), nonché un aumento del rischio di malattie cardiovascolari (CVD)1.
La costellazione di queste condizioni, nota come sindrome metabolica (SM), è stata segnalata come una delle principali cause di patogenesi CVD, che è una delle principali cause di morte, rappresentando fino al 30% di tutti i decessi in tutto il mondo2. Gli individui obesi hanno un maggiore fabbisogno di ossigeno e sostanze nutritive in tutto il corpo a causa di una maggiore richiesta di afflusso di sangue, che porta a significativi cambiamenti emodinamici. Questi cambiamenti possono comportare una diminuzione della disponibilità di ossido nitrico (NO), un aumento dello stress ossidativo e una disfunzione endoteliale vascolare 3,4,5.
Le malattie aterosclerotiche sono le principali condizioni cardiovascolari e rappresentano la principale causa di morte in tutto il mondo. Questa è una manifestazione clinica di molteplici possibili fattori, inclusi fattori genetici e ambientali6. È stato dimostrato che le persone con anomalie metaboliche, come l'insulino-resistenza o il prediabete, hanno una prevalenza e un'incidenza significativamente più elevate di aterosclerosi coronarica rispetto alle persone sane. Inoltre, vasi sanguigni congestionati con placca altamente lipidica sono stati trovati anche prima della comparsa di manifestazioni cliniche di disfunzione metabolica 7,8,9,10.
La rigidità arteriosa, la disfunzione endoteliale e l'aterogenesi sono state descritte come fattori importanti nello sviluppo delle malattie cardiovascolari. Questi processi sono correlati all'invecchiamento vascolare e alla formazione di placche aterogene in vasi critici come le arterie coronarie, carotidi o degli arti. La ricerca traslazionale ha evidenziato che la rigidità arteriosa, la disfunzione endoteliale e l'aterogenesi sono correlate al danno vascolare comune indotto da infiammazione cronica, minore produzione di NO e stress ossidativo11,12.
La misurazione della velocità dell'onda pulsare carotideo-femorale (cfPWV) rappresenta il metodo gold standard per misurare la rigidità arteriosa. La cfPWV può essere misurata utilizzando un tonometro carotideo contemporaneamente a un bracciale per le gambe per catturare le forme d'onda della pressione sanguigna nei siti carotideo e femorale. Quindi, un software può eseguire il calcolo della velocità calcolando D/Δt, dove D è la distanza di transito tra i siti del polso carotideo e femorale e Δt è il ritardo temporale dal picco dell'onda R dell'ECG al piede della corrispondente forma d'onda di pressione tra le forme d'onda carotidee e femorale. L'aumento della rigidità delle arterie centrali, come l'aorta, provoca una maggiore velocità dell'impulso espulso dal ventricolo sinistro attraverso le arterie, nonché un ritorno più rapido della pressione riflessa, con un conseguente aumento della pressione durante l'eiezione ventricolare sinistra, che potenzialmente diminuisce la perfusione dell'arteria coronaria. Pertanto, il cfPWV può essere utile come marcatore di malattia coronarica, ictus e malattie cardiovascolari13,14.
Allo stesso modo, l'analisi delle onde del polso (PWA) è un parametro vascolare non invasivo che valuta le caratteristiche dell'onda di pressione centrale, dove le pressioni arteriose sistoliche e diastoliche aortiche sono le variabili principali. Misurando la rigidità arteriosa e la compliance elastica, la PWA riflette la distensibilità arteriosa, che è strettamente correlata al rischio cardiovascolare. Questo metodo consente di misurare parametri come l'indice di aumento, che ha la capacità di prevedere la gravità delle malattie cardiovascolari e coronariche. L'indice di aumento può essere descritto come segue: un'onda arteriosa incidente precoce viene prodotta dopo l'eiezione ventricolare sinistra, con una successiva onda riflessa originata dalla periferia. La velocità di queste onde aumenta in base alla rigidità arteriosa e, se l'onda riflessa arriva precocemente all'aorta centrale, la pressione sistolica aortica aumenterà. Questo è noto come pressione aumentata (AP), mentre la sua percentuale relativa alla pressione del polso è nota come indice di aumento. La PWA può essere misurata attraverso il metodo della tonometria ad applanazione, che prevede una leggera compressione dell'arteria brachiale in modo che la sua pressione transmurale sia zero. A questo punto, è possibile misurare la pressione arteriosa media. Dopo aver scalato la forma d'onda della pressione arteriosa, viene analizzata la parte sistolica della forma d'onda AP, considerando anche i dati biometrici e demografici 15,16,17. In particolare, il metodo di tonometria ad applanazione (SphygmoCor) ha dimostrato una ripetibilità accettabile e una correlazione significativa con il cateterismo aortico invasivo nella determinazione della PWV aortica, nonché un buon accordo con le linee guida della Artery Society 18,19,20.
Altri test vascolari come la dilatazione flusso-mediata (FMD) e lo spessore intima-medio carotideo (CIMT) rappresentano tecniche non invasive eseguite mediante ecografia con trasduttori lineari. Queste procedure di valutazione sono utili per valutare la salute vascolare, in particolare la disfunzione endoteliale e l'aterogenesi subclinica, rispettivamente. Entrambi hanno mostrato capacità prognostiche per gli eventi cardiovascolari. L'afta epizootica è comunemente considerata un riflesso della funzione arteriosa endotelio-dipendente, mediata principalmente dall'ossido nitrico. Serve come marcatore surrogato per la salute vascolare ed è stato utilizzato in modo non invasivo per confrontare gruppi di soggetti e valutare gli effetti degli interventi sugli individui21.
Lo scopo del presente studio è quello di descrivere l'uso di metodi che producono la determinazione di marcatori che riflettono l'invecchiamento vascolare subclinico precoce, la disfunzione endoteliale e la malattia aterogena. Tali informazioni consentono la stratificazione del rischio tra popolazioni con obesità e diversi profili metabolici. Questi metodi potrebbero essere utili per determinare il danno cardiovascolare e la prognosi, nonché per valutare le risposte vascolari e aterogene a interventi farmacologici e non farmacologici, in particolare tra le popolazioni con fattori di rischio metabolico.
Il comitato etico per la ricerca istituzionale del Centro medico nazionale "20 de Noviembre" ISSSTE ha approvato questo protocollo (ID n. 386.2013). Tutti i pazienti arruolati hanno fornito il consenso informato scritto. I dettagli delle attrezzature e dei software utilizzati in questo studio sono elencati nella tabella dei materiali.
Criteri di inclusione/esclusione del paziente:
I pazienti eleggibili avevano più di 18 anni e avevano una diagnosi di obesità patologica (indice di massa corporea [BMI] >40 kg/m² o BMI >35 kg/m² con condizioni di salute correlate all'obesità, come diabete mellito, ipertensione o apnea/ipopnea ostruttiva del sonno) e candidati alla chirurgia bariatrica. I pazienti sono stati esclusi se avevano utilizzato la terapia dimagrante durante i 6 mesi precedenti l'arruolamento, avevano malattie infiammatorie significative, grave malattia renale e/o epatica, neoplasie maligne attive, gravidanza o evidenza di malattia cardiovascolare (auto-riferita o diagnosticata con cardiopatia ischemica, malattia coronarica, anomalie strutturali del miocardio, interventi cardiaci o essendo in trattamento per una di queste condizioni).
1. Valutazione del profilo cardiometabolico
NOTA: Il campione di studio utilizzato per questo esperimento comprendeva 21 pazienti obesi metabolicamente sani (MHO) e 25 obesi metabolicamente malsani (MUO), determinati rispettivamente dall'assenza o dalla presenza di sindrome metabolica. I partecipanti avevano un'età compresa tra 43 ± 9 anni, con un BMI di 45 ± 7,8 kg/m², e il 78% erano donne. Le comorbilità più diffuse erano il diabete mellito di tipo 2, l'ipertensione arteriosa sistemica e/o la dislipidemia. Il campione doveva essere abbinato all'età.
2. Invecchiamento vascolare (rigidità arteriosa)
NOTA: L'invecchiamento vascolare può essere valutato in termini di rigidità aortica, che è determinata dalla pressione del polso aortico centrale e dalla velocità dell'onda del polso carotideo-femorale (cfPWV). Al giorno d'oggi, la cfPWV è il gold standard per determinare la rigidità arteriosa13.
3. Disfunzione endoteliale (dilatazione flusso-mediata [FMD])
NOTA: Il test di dilatazione flusso-mediata (FMD) è una tecnica non invasiva per valutare la salute vascolare; È particolarmente utile per valutare la funzione endoteliale ed è stato descritto come uno strumento utile per prevedere futuri eventi cardiovascolari21. Viene eseguita utilizzando l'ecografia con un trasduttore lineare.
4. Aterogenesi subclinica (spessore intima-medio carotideo [CIMT])
NOTA: I pazienti devono essere posti comodamente in posizione supina, con la testa ruotata per esporre la vena giugulare e l'arteria carotide; Un asciugamano arrotolato o un cuscino sotto il collo possono essere utilizzati per esporre meglio la carotide.
I soggetti sono stati classificati come MHO e MUO in base ai loro profili cardiometabolici. Il gruppo MUO ha mostrato una maggiore prevalenza di malattie croniche, come l'ipertensione arteriosa sistemica, il diabete mellito di tipo 2 (t2DM) e la dislipidemia. Allo stesso modo, il fenotipo MUO ha mostrato livelli elevati di glucosio e HbA1c, nonché differenze nei trigliceridi e nel colesterolo totale (Tabella 1).
È stato quindi valutato l'invecchiamento vascolare, che riflette la rigidità arteriosa e la disfunzione endoteliale, determinate rispettivamente attraverso parametri emodinamici aortici, FMD e ossido nitrico (NO). Inoltre, l'aterosclerosi subclinica è stata valutata mediante misurazione CIMT (Tabella 2).
Il gruppo MUO ha mostrato valori più bassi di afta epizootica (4,87% ± 1,80% contro 7,32% ± 2,90%, p = 0,001; Tabella 2) e NO plasmatico (154,3 μM/L ± 6,15 μM/L vs. 170,6 μM/L ± 4,97 μM/L, p = 0,04; Tabella 2 e Figura 5) rispetto al gruppo MHO. Tuttavia, non sono state riscontrate differenze statistiche nei parametri emodinamici aortici e nella CIMT.
Figura 1: Rappresentazione schematica della valutazione della velocità dell'onda del polso carotideo-femorale. Questa figura illustra la metodologia per valutare la velocità dell'onda del polso carotideo-femorale (PWV), una misura chiave della rigidità arteriosa e della salute cardiovascolare. La tonometria carotidea e la determinazione del polso femorale sono rappresentate come fasi integranti nel sistema di misurazione della PWV arteriosa. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: Forme d'onda dell'impulso carotideo e femorale determinate per valutare la velocità dell'onda dell'impulso carotideo-femorale. Vengono visualizzati il tempo (asse x) e l'ampiezza della forma d'onda (asse y). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: Dilatazione flusso-mediata (FMD). Valutazione del diametro dell'arteria brachiale, sia (A) prima che (B) dopo l'occlusione dell'arteria, per determinare la funzione endoteliale attraverso il calcolo della dilatazione. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4: Ecografia carotidea per determinare lo spessore intima-media (CIMT). È importante effettuare tre misurazioni dagli angoli anteriore, laterale e posteriore. La determinazione CIMT viene eseguita su entrambi i lati del collo del paziente. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 5: Test di funzionalità endoteliale. Confronto tra dilatazione flusso-mediata (FMD, a sinistra) e ossido nitrico plasmatico (NO, a destra) tra pazienti MHO e MUO. La sindrome metabolica riduce significativamente la biodisponibilità dell'NO; pertanto, le arterie di questi pazienti hanno una ridotta capacità di dilatarsi dopo lo stress durante il test dell'afta epizootica. *P < 0,05. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Obeso metabolicamente sano (MHO) | Obesità metabolicamente non salutare (MUO) | Valore p | |
n = 21 | n = 25 | ||
Età | 43,3 ± 7,63 | 46,7 ± 7,75 | 0.0695 |
Sesso maschile | 5 (23.8) | 9 (36) | 0.5223 |
Ipertensione arteriosa sistemica | 7 (33.3) | 19 (76) | 0.0067* |
Diabete mellito di tipo 2 | 1 (4.8) | 17 (68) | <0,0001* |
Dislipidemia | 3 (14.3) | 16 (64) | 0.0009* |
BMI | 46,27 ± 4,86 | 47,61 ± 6,90 | 0.2288 |
Glucosio | 90,59 ± 2,46 | 100,4 ± 3,38 | 0.0273* |
HbA1c | 5,514 ± 0,10 | 6,186 ± 0,19 | 0.0053* |
Insulina | 26,68 ± 3,6 | 46,64 ± 9,57 | 0.2723 |
Trigliceridi | 109,5 ± 7,82 | 197,1 ± 37,15 | 0.0005* |
Hdlc | 49,86 ±5,38 | 40 ± 1,72 | 0.1163 |
LDLc | 115,9 ± 7,095 | 115,3 ± 8,23 | 0.7131 |
Colesterolo totale | 186,7 ± 6,47 | 167,7 ± 11,84 | 0.0392* |
Le variabili categoriali sono state confrontate mediante test esatto di Fisher; mentre le variabili quantitative sono state confrontate mediante U-mann Withney o T-test indipendenti a 2 vie, secondo la valutazione della normalità. La significatività statistica è stata considerata se p<0,05. Abbreviazioni: BMI; Indice di massa corporea, HbA1c, emoglobina glicata A1c |
Tabella 1: Caratteristiche basali dei pazienti. La tabella confronta le caratteristiche di base tra i soggetti con MUO (obesità metabolicamente malsana) e MHO (obesità metabolicamente sana).
Obeso metabolicamente sano (MHO) | Obesità metabolicamente malsana (MUO) | p | |
n = 21 | n = 25 | ||
Pressione sistolica aortica (mmHg) | 121,1 ± 3,77 | 119,7 ± 2,93 | 0.9608 |
Pressione diastolica aortica (mmHg) | 79,9 ± 2,56 | 75,96 ± 1,79 | 0.515 |
AIX (%) | 26 ± 3.16 | 30.08 ± 2.19 | 0.2823 |
Velocità dell'onda di impulso (m/s) | 6,089 ± 0,32 | 6,854 ± 0,26 | 0.3154 |
afta epizootica (%) & | 7.32 ± 2.90 | 4,87 ± 1,80 | 0.0011* |
CIMT (mm) | 0,69 ± 0,02 | 0,704 ± 0,03 | 0.933 |
Ossido nitrico (uM/L) | 170,6 ± 4,97 | 154,3 ±6,15 | 0.0443* |
Le variabili quantitative sono state confrontate mediante U-mann Withney o T-test indipendente a 2 vie, secondo la valutazione della normalità. La significatività statistica è stata considerata se p<0,05. Abbreviazioni: AIX – Indice di aumento aortico; FMD – dilatazione flusso-mediata; CIMT – Spessore Intima-Media Cartido. (&) A causa dell'area fisica limitata nel nostro laboratorio, i dati sull'afta epizootica mostrati sono stati ottenuti in posizione seduta, il che può alterare il valore dell'afta epizootica, poiché la misurazione dell'afta epizootica è raccomandata in posizione supina. |
Tabella 2: Valutazione del rischio cardiovascolare. La tabella confronta i fattori di rischio cardiovascolare tra soggetti con MUO (obesità metabolicamente malsana) e MHO (obesità metabolicamente sana).
Affrontare la salute vascolare e comprendere e gestire il rischio cardiovascolare sono essenziali per la prevenzione, l'intervento precoce e la riduzione dell'onere globale delle malattie cardiovascolari. A questo proposito, l'uso combinato di metodi per valutare l'elasticità e la compliance della parete arteriosa (inclusi i parametri emodinamici aortici, cfPWV per la rigidità arteriosa e l'indice di aumento), la produzione endoteliale di ossido nitrico e l'aterosclerosi forniscono una valutazione più completa. Questi metodi sono molto utili per gli studi traslazionali, la caratterizzazione dei fattori di rischio cardiovascolare e le valutazioni cardiovascolari negli studi clinici, migliorando così la nostra comprensione della salute vascolare e della progressione delle malattie cardiovascolari e coronariche30,31.
Ad esempio, la dilatazione flusso-mediata (FMD) è stata impiegata per comprendere meglio le conseguenze endoteliali e vascolari indotte da COVID-19, per caratterizzare la disfunzione endoteliale nei disturbi del sistema immunitario come il lupus eritematoso sistemico e per esplorare se il danno endoteliale contribuisce all'ipertensione e al rischio cardiovascolare nell'iperuricemia 32,33,34.
Inoltre, altri studi hanno studiato l'impatto delle modifiche dello stile di vita, come l'esercizio fisico e i cambiamenti nella dieta, sulla rigidità arteriosa, sulla funzione endoteliale e sulla CIMT. Utilizzando questi strumenti, i ricercatori possono misurare oggettivamente l'efficacia degli interventi e monitorare i cambiamenti nella salute delle arterie nel tempo35.
Nel presente studio, sono stati confrontati i marcatori che riflettono l'invecchiamento vascolare in popolazioni con rischio cardiometabolico. È interessante notare che il gruppo con un rischio cardiometabolico più elevato ha mostrato una funzione endoteliale significativamente compromessa, come determinato dai livelli di FMD e NO, mentre non è stata osservata alcuna differenza nella progressione dell'aterosclerosi secondo CIMT.
Qui, i risultati dell'afta epizootica sono coerenti con i risultati di altri studi36,37, supportando l'impatto del rischio metabolico sulla risposta alla dilatazione vascolare. La mancanza di associazione tra afta epizootica e CIMT può essere attribuita al lasso di tempo che intercorre tra la disfunzione endoteliale e il successivo sviluppo di lesioni vascolari. Inoltre, la disfunzione endoteliale è probabilmente associata a risposte infiammatorie, mentre i cambiamenti morfologici nella struttura vascolare possono essere collegati al rimodellamento extracellulare38. Ciò suggerisce che gli individui con sindrome metabolica possono mostrare risposte diverse alle terapie mirate alla funzione vascolare, mentre la progressione dell'aterosclerosi può essere influenzata da altri fattori. Ciò sottolinea l'importanza di utilizzare più biomarcatori per valutare in modo completo la salute vascolare generale.
Possono sorgere alcune sfide durante le misurazioni della rigidità arteriosa, dell'afta epizootica e della CIMT se l'apparecchiatura è inadeguata o l'ambiente non è adatto. Per la convalida, si raccomanda di valutare la variabilità inter-osservatore e intra-osservatore. Allo stesso modo, alcune limitazioni di queste tecniche includono: (1) i risultati ottenuti possono applicarsi a specifiche funzioni vascolari e regioni anatomiche, quindi non riflettono la salute vascolare generale; (2) l'accuratezza delle misure può dipendere dall'operatore e i risultati possono variare all'interno dello stesso individuo nel tempo a causa di fattori quali lo stato di idratazione, la posizione del corpo e i pasti recenti; (3) Sebbene i test possano indicare la presenza di rigidità arteriosa, disfunzione endoteliale o aterogenesi accelerata, potrebbero non fornire informazioni sulle cause sottostanti. Inoltre, la salute vascolare è dinamica e può cambiare nel tempo e le misurazioni potrebbero non catturare il profilo di rischio cardiovascolare completo di un individuo. La ricerca in corso sta migliorando la nostra comprensione di queste misurazioni e i perfezionamenti nelle tecniche di misurazione e nell'interpretazione sono ancora in evoluzione.
In conclusione, i parametri emodinamici aortici, l'afta epizootica e la CIMT rappresentano strumenti diagnostici utili e non invasivi per valutare la salute e la malattia cardiovascolare.
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Gli autori ringraziano il supporto del Programma Istituzionale E015.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Device for measuring arterial wave reflection and Pulse Wave Analysis | ATCOR | SphygmoCor | Analyzer of pulse wave for central pressure. It contains a brachial cuff and a femoral cuff |
Microplate reader for absorbance, Sunrise | Tecan | 30190079 | Detection Mode: Absorbance; Wavelength Range: 340 nm - 750 nm; Filter Wavelength: 405 nm, 450 nm, 492 nm, 620 nm; Plate Format 96 well plates |
Nitric oxide assay kit | Abcam | ab65328 | Nitric Oxide Assay Kit, Colorimetric, Abcam Cat. ab65328 for 96-well plates |
Portatil ultrasound to measure FMD | Sonolife | MED 36-13 | Ultrasonography linear transducer |
Software for FMD WirelessUSG | SonoStarMed Technologies | WirelessUSG v. 3.6.52 | Software used to measure artery diameter for FMD |
Software used to calculate vascular parameters from Waveform Analysis | ATCOR | SphygmoCor XCEL | Software used to integrate patient profile, waveform analysis, calculation of PWA, PWV and other vascular parameters |
Sphygmomanometer | Homecare | ANEROIDE 1000 | 100% cotton self-adjustable bracelet with hook, Adult artery indicator cuff. |
Ultrasound to measure CIMT | Philips | EPIQ7L12-3 Broadband Linear Array Transducer | Linear transducer (Broadband Linear Array Transducer) |
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