Öregedés, testmozgás és endothel progenitor sejtek klonogén és migrációs képessége férfiaknál

Absztrakt

A szív- és érrendszeri betegségek előfordulása és prevalenciája, valamint klinikai következményei az ember életkorának növekedésével nőnek (1). A keringő EPC biohasznosulásának és funkciójának csökkenését javasolták az etiológiával hozzájárulni az életkorral összefüggő érrendszeri diszfunkcióhoz és betegséghez (7, 17, 32). Az öregedéssel ellentétben a rendszeres aerob testmozgás a szív- és érrendszeri betegségek előfordulásának csökkenésével jár, különösen középkorú és idősebb felnőtteknél (3, 4, 26). Bár az edzés mechanizmusai, amelyek ezt a szívvédelmet biztosítják, még nem teljesen tisztázottak, a testmozgásnak az érrendszer egészségére és működésére gyakorolt kedvező hatásait tekintik fő tényezőnek. Laboratóriumunk és mások korábban arról számoltak be, hogy a szokásos aerob testmozgás nemcsak megakadályozhatja, hanem meg is fordíthatja az életkorral összefüggő endotheliális vazodilatátor és fibrinolitikus funkció csökkenését (6, 35). Jelenleg nem ismert, hogy a rendszeres testmozgás hasonló jótékony hatással van-e az egészséges középkorú és idősebb ülő felnőttek EPC-k funkcionális jellemzőire.

Ennek megfelelően a következő hipotéziseket teszteltük: 1) Az EPC klonogén és migrációs képessége az életkor előrehaladtával fokozatosan csökken egészséges, ülő felnőtt férfiaknál; és 2) a rendszeres aerob testmozgás javítja az EPC klonogén és migrációs képességét a korábban ülő középkorú és idősebb férfiaknál. Ezen hipotézisek teszteléséhez keresztmetszeti tanulmánytervet használtunk az elsődleges öregedésnek az EPC kolóniaképző és migrációs képességre gyakorolt hatásának meghatározására, majd egy intervenciós vizsgálattal, hogy meghatározzuk a mérsékelt aerob testmozgás edzésének az EPC-k e két funkcionális jellemzőjére gyakorolt hatását ülő középkorú és idősebb férfiak.

Tárgyak

A keresztmetszeti vizsgálatban 46 egészséges ülő felnőtt vett részt: 10 fiatal (22–35 év), 15 középkorú (36–55 év) és 21 idősebb (56–75 év) férfi. Valamennyi alany normotenzív volt (artériás vérnyomás ≤140/90 Hgmm), és nyilvánvaló kardiovaszkuláris és metabolikus betegségektől mentes volt, anamnézis, fizikális vizsgálat és éhomi vérkémia alapján. A 40 évesnél idősebb férfiakat tovább értékelték a koszorúér-betegség klinikai bizonyítékaira elektrokardiogrammal és vérnyomással nyugalmi állapotban és a kimerülésig végzett inkrementális gyakorlat során. Egyik alany sem dohányzott, nem szedett gyógyszereket, vagy nem végzett rendszeres testmozgást legalább 6 hónapig a vizsgálat megkezdése előtt. A keresztmetszeti vizsgálatból tíz középkorú és idősebb férfit vizsgáltak 3 hónapos aerob edzés előtt és után. A részvétel előtt mindegyik alanynak teljes körűen meg kellett magyaráznia a kutatást és annak lehetséges kockázatait és előnyeit, mielőtt írásos beleegyezését adta volna a Colorado University of Boulder irányelveinek megfelelően.

Mérések

Azokat a személyeket, akik befejezték a 3 hónapos gyakorlati beavatkozást, az utolsó edzés után 20–24 órával tanulmányozták, hogy elkerüljék a testmozgás azonnali (akut) hatásait, miközben még mindig normális fiziológiai állapotukat képviselik (vagyis szokásos testmozgásukat).

Test felépítés.

A testtömeget 0,1 kg pontossággal mértük orvosi sugármérleg alkalmazásával. A testzsír százalékát kettős energiájú röntgenabszorpciós módszerrel határoztuk meg (Lunar, Madison, WI). A testtömeg-indexet súly (kilogramm) arányban számítva osztva a magasság (méter) négyzetével. A minimális derékméretet a közzétett irányelvek szerint mértük (24).

Maximális oxigénfogyasztás.

Az aerob fitnesz értékeléséhez az alanyok növelt futópad-gyakorlatot hajtottak végre módosított Balke protokoll alkalmazásával. A maximális oxigénfogyasztást (V̇ o 2 max) online számítógéppel támogatott, nyitott áramkörű spirometriával mértük, a korábban leírtak szerint (5). Ezen túlmenően a protokoll teljes időtartama alatt mértük a pulzusszámot, és rögzítettük a kimerülésig tartó teljes edzésidőt.

Metabolikus mérések.

Az éhomi plazma lipid- és lipoprotein-, glükóz- és inzulin-koncentrációkat hagyományos módszerekkel határozták meg az Általános Klinikai Kutatóközponthoz kapcsolódó klinikai laboratórium.

EPC klonogén kapacitás.

Migrációs vizsgálat.

A migrációs kapacitást módosított Boyden-kamra technikával értékeltük laboratóriumunk által korábban leírt módon (19). Röviden, a fentiekben említett izolálási technikák eredményeként létrejött, nem tapadó sejteket (4 × 105) újraszuszpendáltuk 199-es táptalajból, penicillinből (100 egység/ml) és sztreptomicinből (100 μg/ml) álló táptalajban, majd elhelyeztük. egy 24-lyukú, módosított Boyden-kamra felső kamrájában, fibronektinnel bevont (FluoroBlok, BD Biosciences). A felső kamrát tenyésztő táptalajt és VEGF-et (2 ng/ml) tartalmazó alsó kamrába helyeztük 22 órán át 37 ° C-on. A sejteket ezután calcein AM-vel (Molecular Probes) jelöltük, és a migrált sejtek fluoreszcenciáját három példányban határoztuk meg, és bemutattuk az átlagos relatív fluoreszcens egységeket.

Gyakorlati beavatkozás

A jelen tanulmányban használt 3 hónapos otthoni mérsékelt aerob edzésprogramot korábban laboratóriumunk részletesen leírta (35). Röviden, az edzésprogramhoz való eligazodás után az alanyokat arra kérték, hogy 5–7 nap/hét, 40–50 perc/nap gyakoroljanak egyéni maximális pulzusuk 60–75% -án, a maximális testtesztelés során meghatározottak szerint. A legtöbb alany sétált, de néhányan integrálták a testmozgást a testmozgásukba, az edzettségük javulásával, hogy a pulzusukat az előírt tartományon belül tartsák. A program betartását 2 hetente dokumentálták a pulzusmérőkről (Polar Electro, Woodbury, NY) közvetlenül letöltött adatokból és az edzésnaplókból.

Statisztikai analízis

A keresztmetszeti adatokat az ANOVA elemezte. Amikor jelentős fő hatás jelzi, post-hoc tesztet hajtottak végre Newman-Keuls módszerrel a szignifikáns csoportkülönbségek azonosítására. Az érdekes változók közötti összefüggéseket lineáris és lépésenkénti regressziós analízissel értékeltük. A gyakorlati beavatkozás eredményeként a függő változókban bekövetkezett változásokat ismételt ANOVA módszerrel értékeltük. A kovariancia elemzését a kiindulási csoportkülönbségek tekintetében végeztük, és a kérdéses változó kovariátusként szolgált. Minden adatot átlag ± SE értékként fejezünk ki. A statisztikai szignifikanciát eleve a P o 2 max szignifikánsan magasabb volt a fiatal férfiaknál, mind a középkorú, mind az idősebb ülő férfiaknál. A plazma lipid- és lipoprotein-, glükóz- és inzulin-koncentrációkban nem volt különbség a csoportok között. Fontos, hogy a kiindulási jellemzők eltéréseire való törekvés nem befolyásolta az elsődleges kimeneti változókban megfigyelt életkorral kapcsolatos különbségeket.

Asztal 1. A keresztmetszeti vizsgálat kiválasztott tantárgyi jellemzői

Az értékek átlag ± SE; n, nem. tantárgyakból. BMI, testtömeg-index; BP, vérnyomás; V̇ o 2max, maximális oxigénfogyasztás; HDL-C, nagy sűrűségű lipoprotein-koleszterin; LDL-C, alacsony sűrűségű lipoprotein-koleszterin.

* P † P

1. ábra.Az endoteliális progenitor sejtek (EPC) kolóniaképző egységei (A) és a migráció (B) egészséges, mozgásszegény fiatal, középkorú és idősebb férfiaknál. Az értékek átlag ± SE. *P

A teljes vizsgálati populációban a CFU-k teljes száma összefüggésben állt az életkorral (r = −0,66; P o 2 max (r = 0,48; P 2 = 0,34) volt a klonogén kapacitás elsődleges meghatározója. Az életkor volt az egyetlen szignifikáns összefüggés az EPC migrációval (r = −0,34; P o 2 max nem növelte szignifikánsan a pulzusszámot egy standardizált szubmaximális terhelésnél, a kezdeti (kiindulási) V̇ o 2 max ~ 70% -a alacsonyabb volt, és a futópadon a maximális járási idő növekedett (∼30%; P

2. táblázat. A gyakorlat intervenciós vizsgálatának kiválasztott tantárgyi jellemzői

Az értékek átlag ± SE; n, nem. tantárgyakból.

* P

2. ábra.EPC kolóniaképző egységek (A) és a migráció (B) 3 hónapos aerobik edzés előtt és után. Az értékek átlag ± SE. *P

A jelen tanulmány fő megállapításai a következők. Először is, az EPC klonogén és migrációs képessége az életkor előrehaladtával csökken egészséges, ülő férfiaknál. Sőt, úgy tűnik, hogy az EPC klonogén kapacitásának csökkenése egy korábbi életkorban jelentkezik, összehasonlítva a migrációs aktivitás csökkenésével. Másodszor, a rendszeres aerob testmozgás növeli az EPC klonogén és migrációs kapacitását a korábban ülő középkorú és idősebb férfiaknál, függetlenül a testtömeg és összetétel, a kardiometabolikus kockázati profil vagy a maximális aerob kapacitás változásától. Tudomásunk szerint ez az első tanulmány, amely meghatározza az EPC klonogén és migrációs aktivitásának életkorral összefüggő csökkenésének kezdetét, és bemutatja, hogy a mérsékelt aerob testmozgás javíthatja az EPC funkcionális jellemzőit középkorú és idősebb férfiaknál.

A jelen tanulmány érdekes és újszerű megállapítása, hogy az EPC klonogén és migrációs képességének életkorral összefüggő csökkenése nem volt egyenletes. Az EPC-k kolóniák képző képessége 35 éves koruk után meredeken (~ 60%) csökkent, és középkorukban alacsonyabbnak tűnt, mert a középkorú és idősebb férfiak között nem volt szignifikáns különbség a telepek számában. Ezzel szemben az EPC-k migrációs képessége megmaradt a középkorú férfiaknál a fiatal kontrollokhoz képest, az idősebb férfiak esetében ~ 40% -kal alacsonyabb volt a középkorú és a fiatal alanyok szintje. Az EPC klonogén és migrációs képességének életkorral összefüggő csökkenéséért felelős mechanizmusok nem egyértelműek. E két funkcionális jellemző csökkenésének kezdeti megfigyelt időbeli eltérése általában kölcsönös mögöttes mechanizmus ellen szól. Felmerült, hogy az öregedés összefüggésbe hozható az EPC károsodott mozgásával és differenciálódásával, a telomer kopásával, a fokozott öregedési és apoptotikus sebességgel, valamint a diszfunkcionális receptor-függő jelátviteli utakkal (7, 10, 17, 32). Ezek a tényezők egymástól függetlenül vagy együttesen hozzájárulhatnak az EPC klonogén és migrációs funkciójának életkorral összefüggő csökkenésének megfigyelt különbségeihez.

Összefoglalva, az EPC diszfunkciója, amely inkompetens érrendszeri helyreállítást eredményez, feltételezhetően hozzájárul az érelmeszesedés fokozott kockázatához és az iszkémiás események elhúzódó és gyakran bonyolult gyógyulásához idősebb felnőtteknél (7, 29). Jelen tanulmány eredményei további bizonyítékokat szolgáltatnak arra vonatkozóan, hogy az öregedés, függetlenül a hagyományos kardiovaszkuláris kockázati tényezőktől, hátrányosan befolyásolja az ülő férfiaknál az EPC klonogén és migrációs funkcióját. Fontos, hogy a rendszeres aerob-állóképességi gyakorlat hatékony életmódbeli beavatkozási stratégia az EPC kolóniaképző képességének és migrációs aktivitásának javítására a középkorú és idősebb egészséges férfiaknál. A testmozgás EPC biológiára gyakorolt hatásának klinikai jelentőségét még ellenőrizni kell. Mindazonáltal a nagyobb érrendszeri helyreállítási potenciál fontos mechanizmust jelenthet a rendszeresen mozgó középkorú és idősebb férfiaknál megfigyelt csökkent kardiovaszkuláris kockázat mögött.

Ezt a tanulmányt támogatták a HL-068030, HL-077450, HL-076434 és MO1 RR-00051 Nemzeti Egészségügyi Intézmények, valamint az American Heart Association 0555678Z támogatása.

LÁBJEGYZETEK

A cikk megjelenésének költségeit részben az oldaldíjak megfizetése fedezte. A cikket ezért ezennel fel kell tüntetni:hirdetés”Szerint a 18 U.S.C. Az 1734. § kizárólag ennek a ténynek a feltüntetésére.

Köszönjük a vizsgálatban részt vevő valamennyi alanynak, valamint Yoli Casasnak, Kimber Westbrooknak és Jared Greinernek a technikai segítséget.