Резюме

Честотата и разпространението на сърдечно-съдови заболявания и неговите клинични последици се увеличават с напредването на възрастта при хората (1). Предполага се, че намаляването на бионаличността и функцията на EPC в циркулация допринася етиологично за свързаните с възрастта съдови дисфункции и заболявания (7, 17, 32). За разлика от стареенето, редовните аеробни упражнения се свързват с намалена честота на сърдечно-съдови заболявания, особено при възрастни на средна възраст и по-възрастни (3, 4, 26). Въпреки че механизмите, чрез които упражненията предоставят тази кардиопротекция, не са напълно изяснени, благоприятните ефекти на упражненията върху съдовото здраве и функция се считат за основен фактор. По-рано нашата лаборатория и други съобщават, че обичайните аеробни упражнения могат не само да предотвратят, но и да обърнат свързаните с възрастта намаления на ендотелния вазодилататор и фибринолитичната функция (6, 35). Понастоящем е неизвестно дали редовното упражнение има сходни благоприятни ефекти върху функционалните характеристики на EPC при здрави възрастни на средна възраст и възрастни заседнали хора.

Съответно тествахме следните хипотези: 1) EPC клоногенният и миграционният капацитет прогресивно намаляват с възрастта при здрави, заседнали възрастни мъже; и 2) редовното аеробно упражнение ще подобри EPC клоногенния и миграционния капацитет при мъжете на средна възраст и по-възрастните, които са били заседнали. За да тестваме тези хипотези, използвахме дизайн на напречно сечение, за да определим влиянието на първичното стареене върху образуването на колонии и миграционния капацитет на EPC, последвано от интервенционно проучване за определяне на ефектите от умерено аеробно обучение върху тези две функционални характеристики на EPC в заседнали мъже на средна възраст и по-възрастни.

Субекти

Четиридесет и шест здрави заседнали възрастни са участвали в изследването с напречно сечение: 10 млади (22–35 години), 15 мъже на средна възраст (36–55 години) и 21 по-възрастни (56–75 години) мъже. Всички пациенти са били с нормална артериална хипертония (артериално кръвно налягане ≤140/90 mmHg) и без открити сърдечно-съдови и метаболитни заболявания, както е оценено от медицинската история, физически преглед и кръвни химикали на гладно. Мъжете на възраст над 40 години бяха допълнително оценени за клинични доказателства за коронарна артериална болест с електрокардиограми и кръвно налягане в покой и по време на допълнителни упражнения, изпълнявани до изтощение. Никой от субектите не е пушил, не е приемал лекарства или не е изпълнявал редовни физически упражнения поне 6 месеца преди началото на проучването. Десет мъже на средна възраст и по-възрастни от изследването на напречното сечение бяха проучени преди и след 3 месеца аеробни тренировки. Преди участие на всички участници изследователското проучване и неговите потенциални рискове и ползи бяха обяснени напълно, преди да предоставят писмено информирано съгласие в съответствие с насоките на Университета на Колорадо в Боулдър.

Измервания

Субектите, завършили 3-месечната интервенция с упражнения, са изследвани 20–24 часа след последната си тренировъчна сесия, за да се избегнат непосредствените (остри) ефекти от упражненията, като същевременно представляват нормалното им физиологично състояние (т.е. обичайно упражняване).

Състав на тялото.

Телесната маса се измерва с точност до 0,1 kg, като се използва везна с медицински лъчи. Процентът телесни мазнини се определя чрез двуенергийна рентгенова абсорбциометрия (Lunar, Madison, WI). Индексът на телесна маса се изчислява като тегло (килограми), разделено на височина (метри) на квадрат. Минималната обиколка на талията е измерена съгласно публикуваните насоки (24).

Максимална консумация на кислород.

За да се оцени аеробната годност, субектите са изпълнявали допълнителни упражнения с бягаща пътека, използвайки модифициран протокол на Балке. Максималната консумация на кислород (V̇ o 2 max) се измерва с помощта на компютърна асистирана спирометрия с отворен кръг, както е описано по-рано (5). Освен това по целия протокол се измерва сърдечната честота и се записва общото време за упражнения до изтощение.

Метаболитни измервания.

Концентрациите на липидите в плазмата на гладно и липопротеините, глюкозата и инсулина се определят по конвенционални методи от клиничната лаборатория, свързана с Общия клиничен изследователски център.

EPC клоногенен капацитет.

Анализ на миграцията.

Капацитетът на миграцията се оценява с помощта на модифицирана техника на камерата на Бойдън, както е описано по-рано от нашата лаборатория (19). Накратко, неадхерентни клетки (4 × 105), получени в резултат на посочените по-горе техники на изолиране, бяха ресуспендирани в хранителна среда, състояща се от среда 199, пеницилин (100 U/ml) и стрептомицин (100 μg/ml), и след това поставени в горната камера на 24-добре модифицирана камера на Boyden, покрита с фибронектин (FluoroBlok, BD Biosciences). Горната камера се поставя в долната камера, съдържаща хранителна среда и VEGF (2 ng/ml) за 22 часа при 37 ° С. След това клетките бяха маркирани с калцеин АМ (молекулярни сонди) и флуоресценцията на мигриралите клетки беше определена трикратно и средните относителни флуоресцентни единици бяха представени.

Интервенция при упражнения

Програмата за обучение за умерено аеробно упражнение от 3 месеца вкъщи, използвана в настоящото проучване, е описана преди това подробно от нашата лаборатория (35). Накратко, след ориентиране към програмата за упражнения, субектите бяха помолени да упражняват 5-7 дни/седмица, 40-50 минути/ден, при 60-75% от индивидуалния им максимален пулс, както е определено по време на теста за максимално упражнение. Повечето субекти ходеха, но някои интегрираха джогинг в упражненията си, тъй като тяхната фитнес се подобри, за да поддържат сърдечната честота в предписаните граници. Придържането към програмата се документира на всеки 2 седмици от данни, изтеглени директно от мониторите за сърдечен ритъм (Polar Electro, Woodbury, NY) и от дневниците за упражнения.

Статистически анализ

Данните за напречното сечение бяха анализирани от ANOVA. Когато се посочва със значителен основен ефект, се провежда post hoc тест, използващ метода на Нюман-Кьолс, за да се идентифицират значителни групови разлики. Връзките между променливите, които представляват интерес, бяха оценени чрез линеен и стъпков регресионен анализ. Промените в зависимите променливи в резултат на упражнението се оценяват чрез повтарящи се мерки ANOVA. Извършен е анализ на ковариацията за групови разлики на изходно ниво, като въпросната променлива служи като ковариация. Всички данни са изразени като средни стойности ± SE. Статистическата значимост е определена априори на P o 2 max е значително по-висок при младите мъже в сравнение както с мъжете на средна възраст, така и с по-възрастните. Няма разлики между групите в плазмените концентрации на липиди и липопротеини, глюкоза и инсулин. Важно е, че коварирането на разликите в изходните характеристики не повлиява възрастовите разлики, наблюдавани в променливите на първичния резултат.

маса 1. Избрани предметни характеристики на изследването с напречно сечение

Стойностите са средни стойности ± SE; н, не. на субектите. ИТМ, индекс на телесна маса; АН, кръвно налягане; V̇ o 2max, максимална консумация на кислород; HDL-C, липопротеин-холестерол с висока плътност; LDL-C, липопротеин-холестерол с ниска плътност.

* P † P

клетки-предшественици

Фиг. 1.Ендотелни прогениторни клетки (EPC) образуващи колонии единици (A) и миграция (Б.) при здрави, заседнали млади мъже на средна възраст и по-възрастни. Стойностите са средни стойности ± SE. *P

В общата популация на изследването общият брой CFUs е свързан с възрастта (r = -0,66; P o 2 макс (r = 0,48; P 2 = 0,34) е основният определящ фактор за клоногенния капацитет. Възрастта е единственият значим корелат с миграцията на EPC (r = -0,34; P o 2 max не увеличава значително сърдечната честота при стандартизирано субмаксимално натоварване, ∼70% от първоначалното (изходно) V̇ o 2 max е по-ниско и максималното време за ходене на бягаща пътека се увеличава (∼30%; P

Таблица 2. Избрани характеристики на предмета на проучването за интервенция при упражнения

Стойностите са средни стойности ± SE; н, не. на субектите.

* P

Фиг. 2.EPC колониеобразуващи единици (A) и миграция (Б.) преди и след 3 месеца аеробни тренировки. Стойностите са средни стойности ± SE. *P

Основните констатации на настоящото проучване са както следва. Първо, както EPC клоногенният, така и миграционният капацитет намаляват с възрастта при здрави, заседнали мъже. Освен това, появата на спад в клоногенния капацитет на EPC изглежда се появява в по-ранна възраст в сравнение със спада на миграционната активност. На второ място, редовните аеробни упражнения увеличават ЕПК клоногенния и миграционния капацитет при мъже преди това на средна възраст и по-възрастни мъже, независимо от промените в телесната маса и състав, кардиометаболичния рисков профил или максималния аеробен капацитет. Доколкото ни е известно, това е първото проучване, което очертава началото на свързания с възрастта спад на EPC клоногенната и миграционната активност и демонстрира, че умерените аеробни тренировки могат да подобрят тези функционални характеристики на EPC при мъже на средна възраст и по-възрастни.

Интересна и нова констатация на настоящото проучване е, че началото на свързания с възрастта спад на EPC клоногенния и миграционния капацитет не е еднакъв. Капацитетът на EPCs да образуват колонии намалява рязко (∼60%) след 35-годишна възраст и изглежда се понижава в средната възраст, тъй като няма значителна разлика в броя на колониите между мъжете на средна възраст и по-възрастните. За разлика от това, способността на EPC да мигрират е запазена при мъжете на средна възраст в сравнение с младите контроли, като по-възрастните мъже демонстрират нива ∼40% под средните и младите индивиди. Механизмите, отговорни за свързаното с възрастта намаляване на EPC клоногенния и миграционния капацитет, не са ясни. Наблюдаваната времева разлика в началото на спада на тези две функционални характеристики има тенденция да се аргументира срещу взаимно лежащ в основата механизъм. Предполага се, че стареенето може да бъде свързано с нарушена EPC мобилизация и диференциация, износване на теломери, повишено стареене и апоптотични нива, както и дисфункционални зависими от рецептора сигнални пътища (7, 10, 17, 32). Всеки от тези фактори независимо или комбинирано може да допринесе за наблюдаваните разлики в свързания с възрастта спад в EPC клоногенната и миграционната функция.

В заключение се смята, че EPC дисфункцията, водеща до некомпетентно съдово възстановяване, допринася за повишения риск от атеросклероза и продължителното и често усложнено възстановяване от исхемични събития при възрастни възрастни (7, 29). Резултатите от настоящото проучване предоставят допълнителни доказателства, че стареенето, независимо от традиционните сърдечно-съдови рискови фактори, влияе неблагоприятно на EPC клоногенната и миграционната функция при заседналите мъже. Важно е, че редовните упражнения за аеробна издръжливост са ефективна стратегия за намеса в начина на живот за подобряване на капацитета за образуване на колонии и миграционната активност на EPC при здрави мъже на средна възраст и по-възрастни. Клиничното значение на ефектите от упражненията върху биологията на EPC остава да бъде проверено. Независимо от това, по-големият потенциал за възстановяване на съдовете може да представлява важен механизъм в основата на намаления сърдечно-съдов риск, наблюдаван при мъже на средна възраст и по-възрастни, които тренират редовно.

Това проучване е подкрепено от Националните здравни институти HL-068030, HL-077450, HL-076434 и MO1 RR-00051, както и от Американската асоциация за сърдечни асоциации 0555678Z.

СТЪПКИ

Разходите за публикуване на тази статия бяха покрити отчасти чрез плащането на такси за страница. Следователно статията трябва да бъде маркирана с „реклама”В съответствие с 18 U.S.C. Раздел 1734 единствено, за да посочи този факт.

Благодарим на всички участници, участвали в проучването, както и на Йоли Касас, Кимбър Уестбрук и Джаред Грейнер за техническата помощ.