Πολυμορφισμός του γονιδίου του μετατρεπτικού ενζύμου της αγγειοτενσίνης και λειτουργία των αναπνευστικών μυών σε νεογνά

Abstract

Introduction: The human ACE (angiotensin converting enzyme) gene contains a polymorphism consisting of either the presence (insertion, I) or absence (deletion, D) of a 287 base pair (bp) fragment. Recent studies have suggested that the I-allele may be associated with endurance performance. Conversely, D-allele has been associated with power-oriented performance. Moreover, it has been suggested that circulating ACE (cACE) activity is correlated with muscle strength in healthy adults. The physiological and biochemical properties of the respiratory and skeletal muscles are quite similar. Therefore, respiratory muscle and specific diaphragmatic function, may be similarly influenced. Fatigue of respiratory muscles may result in inability to maintain adequate alveolar ventilation. Several methods have been used to assess the endurance properties of respiratory muscles. Diaphragmatic pressure-time index (PTIdi) and the non-invasive pressure-time index of respiratory muscles (PTImus), are two methods of assessment of diaphragmatic and respiratory muscle endurance, respectively. They have been validated in both adults and infants. Diaphragmatic and respiratory muscle strength in infants can be assessed specifically, by measurement of maximum transdiaphragmatic pressure (Pdimax) and maximum inspiratory pressure (Pimax), respectively. Aims. To examine the possible association of the I/D genotypes of ACE and cACE, with diaphragmatic and respiratory muscle performance, in infants. Secondary aims were to identify the distribution of the I/D genotypes of ACE in the specific population and its association with cACE activity. Material and methods. Infants cared for at the Neonatal Intensive Care Unit- Paediatric Department of the University General Hospital of Patras, Greece, were eligible for the study. ACE genotyping was performed by polymerase chain reaction amplification on DNA, extracted from 0,5 ml of whole blood. Serum ACE activity was assayed by using a UV-kinetic method. The endurance of the diaphragm and the respiratory muscles was assessed by measurement of diaphragmatic pressure-time index (PTIdi) and pressure-time index of the respiratory muscles (PTImus), respectively. Diaphragmatic and respiratory muscle strength was assessed by measurement of maximum transdiaphragmatic (Pdimax) and maximum inspiratory (Pimax) pressures, respectively. Results. One hundred seventy one infants were recruited. One hundred fourty eight infants were included in the first study, one hundred thirty two in the second study and one hundred ten in the third study of this thesis. The distribution of the I/D genotypes of ACE in the specific population was close to previous reported data. Infants with I/I ACE genotype had lower PTIdi and PTImus than infants with either D/D or I/D genotypes. Analysis of the components of the PTIdi and PTImus has shown that the ratios of Pdimean to Pdimax and Pimean to Pimax, only, were lower in infants with the I/I genotype, compared to infants with either the D/D or I/D genotypes. Neither Pdimax, nor Pimax were statistically different between the three groups. A stepwise regression analysis revealed that ACE genotypes were significantly related to the PTIdi and PTImus measurements, independent of other factors that may affect diaphragmatic and respiratory muscle function. Infants with D/D genotype had significantly higher serum ACE activity than infants with I/I or I/D genotypes. Circulating ACE activity was significantly related to Pimax and inversely related to PTImus. Conclusions. In the studies of this thesis, an association between ACE genotypes and the endurance of the diaphragm and the respiratory muscles, assessed by measurement of PTIdi and PTImus, respectively, was demonstrated, in infants. No such association was demonstrated between ACE genotypes and strength of the diaphragm and the respiratory muscles, assessed by measurement of Pdimax and Pimax, respectively, in the specific population. However, a positive correlation between serum ACE activity and respiratory muscle strength, assessed by measurement of Pimax and a negative correlation between serum ACE activity and PTImus, was shown. Moreover, an association of D-allele of ACE genotype with increased circulating ACE activity in infants, was demonstrated.

Εισαγωγή: Το γονίδιο του ανθρώπινου μετατρεπτικού ενζύμου της αγγειοτενσίνης ACE περιέχει έναν πολυμορφισμό δύο αλληλομόρφων που αποτελείται είτε από την παρουσία (I) είτε από την απουσία (D) ενός τμήματος 287 ζευγών βάσεων (bp). Πρόσφατες μελέτες έχουν προτείνει ότι το αλληλόμορφο Ι, μπορεί να σχετίζεται με απόδοση σχετιζόμενη με τη μυϊκή αντοχή. Αντιθέτως, το αλληλόμορφο D γονίδιο έχει συσχετισθεί με απόδοση σχετιζόμενη με τη μυϊκή ισχύ. Επιπλέον, έχει καταδειχθεί ότι η δραστικότητα του κυκλοφορούντος ACE (cACE) συσχετίζεται ευθέως με τη μυϊκή ισχύ σε υγιείς ενήλικες. Η φυσιολογία και η βιοχημεία των αναπνευστικών μυών είναι παρόμοια με αυτή των σκελετικών μυών. Επομένως, η λειτουργικότητα των αναπνευστικών μυών και ιδίως του διαφράγματος, του πλέον σημαντικού αναπνευστικού μυ, μπορεί να επηρεάζεται αναλόγως. Η κόπωση των αναπνευστικών μυών μπορεί να οδηγεί σε αδυναμία διατήρησης του απαραίτητου κυψελιδικού αερισμού. Διάφορες μέθοδοι έχουν χρησιμοποιηθεί για να αξιολογηθούν οι ιδιότητες αντοχής των αναπνευστικών μυών. Ο διαφραγματικός δείκτης πίεσης-χρόνου (PTIdi) και ο μη επεμβατικός δείκτης πίεσης-χρόνου των αναπνευστικών μυών (PTImus), είναι δύο μέθοδοι εκτίμησης της αντοχής του διαφράγματος και των αναπνευστικών μυών, αντίστοιχα. Έχουν χρησιμοποιηθεί σε ενήλικες και παιδιά και έχουν τεκμηριωθεί σε νεογνά. Η διαφραγματική ισχύς και η ισχύς των αναπνευστικών μυών στα νεογνά μπορεί να αξιολογηθούν ειδικά με τη μέτρηση της μέγιστης δια-διαφραγματικής πίεσης (Pdimax) και της μεγίστης εισπνευστικής πίεσης αεραγωγών (Pimax), αντίστοιχα. Σκοπός. Να εξετασθεί η πιθανή συσχέτιση του πολυμορφισμού I/D του ACE και του κυκλοφορούντος ACE με την λειτουργικότητα του διαφράγματος και των αναπνευστικών μυών σε νεογνά. Δευτερεύων σκοπός ήταν ο προσδιορισμός της κατανομής του πολυμορφισμού I/D του ACE στον συγκεκριμένο πληθυσμό και η συσχέτισή του με την δραστικότητα του cACE. Υλικό και Μέθοδοι. Μελετήθηκαν νεογνά που είχαν εισαχθεί στην Μονάδα Εντατικής Νοσηλείας Νεογνών - Παιδιατρική κλινική του Πανεπιστημίου Πατρών. Τα Ι και D αλληλόμορφα του γονιδίου του ACE προσδιορίστηκαν με αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης (PCR amplification) σε DNA το οποίο εξήχθη από 0,5 mL ολικού αίματος. Η δραστηριότητα του ACE ορού αξιολογήθηκε με τη χρησιμοποίηση μιας UV κινητικής μεθόδου. Η αντοχή του διαφράγματος και των αναπνευστικών μυών εκτιμήθηκαν με μέτρηση του διαφραγματικού δείκτη πίεση-χρόνου (PTIdi) και του δείκτη πίεσης-χρόνου των αναπνευστικών μυών (PTImus), αντίστοιχα. Η διαφραγματική ισχύς και η ισχύς των αναπνευστικών μυών στα νεογνά αξιολογήθηκαν με μέτρηση της μέγιστης δια-διαφραγματικής πίεσης (Pdimax) και της μεγίστης εισπνευστικής πίεσης αεραγωγών (Pimax), αντίστοιχα. Αποτελέσματα. Συνολικά εξετάστηκαν 171 νεογνά. Στην πρώτη μελέτη της διατριβής μελετήθηκαν 148 νεογνά, στην δεύτερη μελέτη 132 και στην τρίτη μελέτη 110 νεογνά. Η κατανομή του πολυμορφισμού του ACE στο συγκεκριμένο πληθυσμό βρέθηκε κοντά σε προηγούμενα αναφερόμενα στοιχεία. Τα νεογνά με Ι/Ι γονότυπο είχαν χαμηλότερο PTIdi και PTImus από τα νεογνά με γονοτύπους είτε D/D ή I/D. Η ανάλυση των επιμέρους στοιχείων των PTIdi και PTImus έδειξε ότι μόνο οι λόγοι Pdimean (μέση διαδιαφραγματική πίεση) προς Pdimax και Pimean (μέση πίεση αεραγωγών) προς Pimax, αντίστοιχα, ήταν χαμηλότεροι σε νεογνά με γονότυπο I/I έναντι των νεογνών με γονοτύπους είτε D/D είτε I/D. Οι Pdimax και Pimax δεν ήταν στατιστικά διαφορετικές ανάμεσα στις τρείς ομάδες. Ανάλυση βηματικής παλινδρόμησης κατέδειξε σημαντική συσχέτιση των γονότυπων του ACE με τις τιμές του PTIdi και του PTImus, ανεξαρτήτως παραγόντων που θα μπορούσαν να επηρεάσουν την λειτουργικότητα του διαφράγματος και των αναπνευστικών μυών. Νεογνά με το D/D γονότυπο είχαν αυξημένη δραστικότητα ACE ορού σε σχέση με νεογνά με I/I ή I/D γονοτύπους. Η δραστικότητα του cACE σχετιζόταν σημαντικά ευθέως με τη Pimax και αντιστρόφως με το PTImus. Συμπεράσματα. Στις μελέτες αυτής της διατριβής ανεδείχθη συσχέτιση ανάμεσα στους γονοτύπους του ACE και την αντοχή του διαφράγματος και γενικότερα των αναπνευστικών μυών όπως αξιολογείται με τη μέτρηση των PTIdi και PTImus, αντίστοιχα, σε νεογνά. Δεν ανεδείχθη συσχέτιση ανάμεσα στους γονοτύπους του ACE και την ισχύ του διαφράγματος και γενικότερα των αναπνευστικών μυών όπως αξιολογείται με τη μέτρηση των Pdimax και Pimax, αντίστοιχα, σε αυτό τον πληθυσμό. Εντούτοις, κατεδείχθη μια θετική συσχέτιση μεταξύ της δραστικότητας του ACE ορού και της ισχύος των αναπνευστικών μυών, όπως αυτή αξιολογείται από μετρήσεις της Pimax , και μια αρνητική συσχέτιση ανάμεσα στη δραστικότητα του ACE ορού και του PTImus. Επιπλέον, δείχθηκε μια συσχέτιση του αλληλόμορφου D γονιδίου του γονοτύπου ACE με την αυξημένη δραστικότητα του cACE στα νεογνά.