Χρόνια καρδιακή ανεπάρκεια και μυοπάθεια σκελετικού μυός: επίδραση του προγράμματος αποκατάστασης

Abstract

Background: Patients with chronic heart failure (CHF) present significant skeletal muscle abnormalities, which are closely related to their prognosis. Exercise induces beneficial effects to skeletal muscles. Aim of this study was to evaluate the effect of two high intensity interval exercise training programs on the skeletal muscle myopathy of CHF patients and the additional effects of left ventricle assist device (LVAD) implantation on skeletal muscle myopathy of end stage heart failure patients. Materials and Methods: Eight consecutive HF patients (6 males, 45±15 years) were enrolled after LVAD implantation in the first part of the study. Patients were evaluated with cardiopulmonary exercise test (CPET) and respiratory function tests at 1, 3 and 6 months. The second part of the study consisted of 13 stable CHF patients (males, age: 51±13 yrs, BMI: 27±4 kg/m2) that participated, after stratified randomization, at a rehabilitation program of 36 sessions (3/week), on cycle ergometers. Six patients were assigned to high intensity interval training (HIIT), exercised for 4 cycles (duration: 28 min) and 7 patients were assigned to a HIIT (14 min) combined with strength training (14 min). All patients performed a cardiopulmonary exercise test before and after the completion of the program and percutaneous needle biopsies of the vastus lateralis muscle. Measurements of skeletal muscle included: fiber type distribution, cross section area (CSA) of muscle fiber, and capillary density. The mRNA expression of IGF-1Ea, IGF-1Eb, IGF-1Ec and IGF-1R was investigated by quantitative real-time PCR.Results: The inspiratory muscle strength was significantly increased throughout the evaluation period after LVAD implantation in all patients (59±19 vs 93±20, cmH2O, p<0.05). Moreover, the LVAD patients showed a significant increase in exercise capacity. Patients attended to both HIIT protocols significantly improved their exercise capacity. HIIT group increased the type II fibers’ CSA from 4646±880 to 5292±798 μm2, while combined HIIT group increased type II fibers’ CSA from 4265±1198 to 4525±1155 μm2 (p<0.05, between groups). After 3 months of exercise training, a significant 21% increase of type I fibers was observed, from 42±10 to 51±7% (p<0.001). Capillary to fiber ratio increased by 24 % (p=0.005). An increased expression of the IGF-1Ea, IGF-1Eb and IGF-1Ec transcripts was found following the exercise training compared with the pre-exercise expression levels [1.7±0.8; p=0.01, 1.5±0.8; p=0.03 και 2.0±1.3; p=0.02, fold changes, respectively]. IGF-1R expression levels showed no changes. The increase of muscle fibers’ CSA correlated with the increase of IGF-1Eα (r=0.62, p=0.02) and IGF-1Εb (r=0.65, p=0.02).Conclusions: LVAD support induces a progressive improvement of respiratory muscles indicating a possible reversal of inspiratory muscle myopathy of end stage CHF patients. Interval exercise training could possibly reverse skeletal myopathy of CHF patients. The beneficial effects of HIIT in skeletal muscle of CHF patients could be possible attributed to IGF-1 isoform-specific actions.

Εισαγωγή: Οι ασθενείς με χρόνια καρδιακή ανεπάρκεια (ΧΚΑ) παρουσιάζουν διαταραχές των σκελετικών μυών, που σχετίζονται με δυσμενή πρόγνωση. Η άσκηση ασκεί ευεργετική επίδραση στους μυς. Υποθέσαμε πως η περιφερική μυοπάθεια ασθενών με ΧΚΑ θα μπορούσε να αναστραφεί με ένα πρόγραμμα διαλειμματικής άσκησης, ενώ, στην τελικού σταδίου ΧΚΑ η εμφύτευση αντλίας υποβοήθησης αριστεράς κοιλίας (ΑΥΑΚ) θα μπορούσε να έχει επιπρόσθετα οφέλη. Υλικό και Μέθοδοι: Οκτώ διαδοχικοί ασθενείς με ΧΚΑ (6 άρρενες, 45±15 ετών) συμμετείχαν στο πρώτο σκέλος της μελέτης, μετά από τοποθέτηση ΑΥΑΚ. Οι ασθενείς υπεβλήθησαν σε καρδιοαναπνευστική δοκιμασία κόπωσης (ΚΑΔΚ) και εκτίμηση των αναπνευστικών μυών στο 1ο, 3ο, και 6ο μήνα, μετά τη τοποθέτηση της ΑΥΑΚ. Το δεύτερο σκέλος της μελέτης αποτέλεσαν 13 άρρενες ασθενείς με ΧΚΑ (ηλικία: 51±13 έτη, BMI: 27±4 kg/m2), οι οποίοι συμμετείχαν, μετά από τυχαιοποίηση, σε πρόγραμμα αποκατάστασης, σε κυκλοεργόμετρο (36 συνεδρίες, 3 φορές την εβδομάδα). Έξι ασθενείς ασκήθηκαν σε 4 κύκλους υψηλής έντασης διαλειμματικής άσκησης (διάρκεια 28 λεπτά) και 7 ασθενείς σε 2 κύκλους διαλειμματικής άσκησης (διάρκεια 14 λεπτά) σε συνδυασμό με ασκήσεις μυϊκής ενδυνάμωσης (14 λεπτά). Οι ασθενείς υπεβλήθησαν σε ΚΑΔΚ και βιοψία του τετρακέφαλου μηριαίου πριν και μετά την ολοκλήρωση του προγράμματος. Αξιολογήθηκαν οι βασικές παράμετροι της εργοσπιρομετρίας. Η παθολογοανατομική ανάλυση των μυοβιοψιών περιελάμβανε: τύπο μυϊκών ινών, το εμβαδό εγκάρσιας διατομής και την τριχοειδική αγγείωση τους. Η έκφραση των ισομορφών του ινσουλινομιμητικού αυξητικού παράγοντα-1 (IGF-1), δηλ., IGF-1Ea, IGF-1Eb και IGF-1Ec, καθώς και του υποδοχέα (IGF-1R) μελετήθηκαν με ημιποσοτική-real-time-PCR.Αποτελέσματα: Η ισχύς των αναπνευστικών μυών αυξήθηκε μετά την εμφύτευση της LVAD (από 59±19 σε 93±20, cmH2O, p<0,05). Επίσης, οι ασθενείς παρουσίασαν αύξηση της αερόβιας ικανότητας. Στους ασθενείς, που συμμετείχαν σε τρίμηνο πρόγραμμα αποκατάστασης, παρατηρήθηκε σημαντική βελτίωση της αερόβιας ικανότητας. Το εμβαδό εγκάρσιας διατομής των μυϊκών ινών αυξήθηκε κατά 10% (από 4479±1020 σε 4922±1001μm2, p<0,001). Ειδικότερα από 4646±880 σε 5292±798μm2, στην ομάδα διαλειμματικής άσκησης και από 4265±1198 σε 4525±1155μm2 στην ομάδα συνδυασμένης άσκησης (εμφανίζοντας σημαντική μεταβολή μεταξύ ομάδων p<0,05). Oι ίνες τύπου Ι αυξήθηκαν από 42±10 σε 51±7% (p<0,001) και τα τριχοειδή ανά μυϊκή ίνα κατά 24% (από 1,27±0,22 σε 1,57±0,41, p=0,005). Η έκφραση των IGF-1Ea, IGF-1Eb και IGF-1Ec αυξήθηκε μετά το πρόγραμμα άσκησης (πολλαπλάσια μεταβολή σε σύγκριση με τα προασκησιακά επίπεδα: 1,7±0,8; p=0,01, 1,5±0,8; p=0,03 και 2,0±1,3; p=0,02, αντιστοίχως) χωρίς μεταβολή της έκφρασης του IGF-1R. H αύξηση της εγκάρσιας διατομής των μυϊκών ινών συσχετίστηκε με την αύξηση της έκφρασης των ισομορφών IGF-1Eα (r=0,62, p=0,02) και IGF-1Εb (r=0,65, p=0,02). Συμπεράσματα: Η ΑΥΑΚ προκαλεί προοδευτική βελτίωση της λειτουργίας των αναπνευστικών μυών, υποδηλώνοντας πιθανή αντιστροφή της μυοπάθειας των αναπνευστικών μυών των ασθενών με τελικού σταδίου ΧΚΑ. Η διαλειμματική άσκηση αναστρέφει τη περιφερική μυοπάθεια στη ΧΚΑ. Οι ευεργετικές επιδράσεις της άσκησης στο μυϊκό ιστό πιθανώς να συνδέονται με την επαγωγή της έκφρασης των ισομορφών του αυξητικού παράγοντα IGF-1 στους ασκηθέντες μυς.