Az elhízás, a magas vérnyomás és a fizikai aktivitás meghatározza a vaszkuláris fenotípust a kisgyermekekben

A svájci Bázeli Egyetem Sport, Testmozgás és Egészségügyi Tanszékéről.

Levelezés Henner Hanssen-nek, a Bázeli Egyetem Sport, Testmozgás és Egészségügyi Tanszékének, Birsstrasse 320B, Basel CH-4052, Svájc. Email

A svájci Bázeli Egyetem Sport, Testmozgás és Egészségügyi Tanszékéről.

Absztrakt

Az elmúlt évtizedekben számos tanulmány vizsgálta a retina érátmérőit mikrovaszkuláris biomarkerként a kardiovaszkuláris kockázat szempontjából. 12 A retina központi arterioláris ekvivalensei (CRAE) és a retina központi venular ekvivalensei (CRVE) előre jelezhetik a felnőttek hosszú távú kardiovaszkuláris kimenetelét, és a stroke, a 13,14 magas vérnyomás, a 15–17 és a magasabb kardiovaszkuláris mortalitás és mobilitás fokozott kockázatával járnak 15–15 17 felnőttkorban. Gyermekeknél a gyermekkori testtömeg-index (BMI) és a BP túlnyomórészt a retina arterioláris szűkületével függ össze. 18 Ugyanakkor kevés tanulmány vizsgálta a fizikai aktivitás és a fitnesz összefüggését a retina mikrovaszkuláris egészségével.

Ami a makrovaszkuláris ágyat illeti, az artériás merevség értékelése, amelyet általában az aorta pulzushullám sebességével (PWV) értékelnek, validált és ajánlott vaszkuláris biomarkerként vált a kardiovaszkuláris kockázat felmérésének helyettes végpontjaként. 19–21 Az elhízás és a magas vérnyomás kialakulása kimutatta, hogy növeli a felnőttek központi artériás merevségét. 22,23 A testmozgás artériás merevségre gyakorolt jótékony hatásait elhízásban és magas vérnyomásban szenvedő felnőtteknél kimutatták. 24–26 Kevés tanulmány létezik gyermekeken. Úgy tűnik, hogy a gyermekkori elhízás és az emelkedett BP összefügg a megnövekedett PWV-vel, 27–29, az alacsony fizikai aktivitás pedig magasabb artériás merevséggel függ össze. 30 Úgy tűnik, hogy a szubklinikai érrendszeri változások jóval azelőtt jelentkeznek, hogy a CVD megnyilvánulása diagnosztizálható lenne. 31,32 Ez az első tanulmány az elhízás, a magas vérnyomás, a fizikai aktivitás és a mikrovaszkuláris és makrovaszkuláris egészségi állapot közötti összefüggés vizsgálatára kisgyermekekben.

Mód

A vizsgálat eredményeit alátámasztó adatok ésszerű kérésre a megfelelő szerzőtől állnak rendelkezésre.

Tanulmányterv és résztvevők

Az EXAMIN YOUTH (Testmozgás és artériás moduláció az ifjúságban) kutatási projektet nagyszabású, keresztmetszeti tanulmányként tervezték. 2016-ban és 2017-ben Basel városában (Svájc) általános iskolás gyermekeket vizsgáltak testösszetétel, vérnyomás, kardiorespirációs alkalmasság, fizikai aktivitás és érrendszeri egészség szempontjából. Az értékeléseket 6–8 éves gyermekeknél végezték, a helyszínen és a szokásos iskolai órákban. Az orvosi szűrésre reggel került sor, a gyerekeknek az orvosi szűrés előtt rögzítve kellett maradniuk. Minden szülőtől megkapta a tájékozott írásbeli beleegyezést. A tanulmányt Északnyugat- és Közép-Svájc Etikai Bizottsága jóváhagyta (EKNZ 258/12. Sz.), És a priori nyilvántartásba vette a klinikai vizsgálatok nyilvántartásában (URL: http://www.clinicaltrials.gov: NCT02853747). A vizsgálat jelentése megfelel az Epidemiológiai megfigyelési tanulmányok jelentésének megerősítése nyilatkozatnak és a helyes klinikai gyakorlatra vonatkozó iránymutatásoknak. 33

Mérések

A retina edényének átmérői

A retina fundusának normál képe lehetővé teszi a retina érének átmérőinek noninvazív elemzését. A retina érének elemzése reprodukálható, félautomatizált eljárás a retina arterioláris és venuláris átmérőinek értékelésére. A retina érének statikus elemzése szemfenéki kamerát és képfeldolgozó szoftvert tartalmaz. A képeket 45 ° -os szögben készítettük, az optikai korong középpontjában. Két érvényes képet készítettünk a bal és a jobb szem retinájáról további elemzés céljából. A retina érének átmérőjét egyetlen tapasztalt vizsgáztató detektálta egy gyűrűzónában, amely 0,5-1,0 korongátmérőjű területet fed le az optikai korongtól. A Parr-Hubbard képlet felhasználásával 34 az átmérőket átlagoltuk CRAE és CRVE értékekre, ezen értékek felhasználásával számoltuk ki az arterioláris/venuláris átmérő arányt (AVR). A CRAE-t és a CRVE-t mikrométerekben rögzítettük azzal a feltételezéssel, hogy 1 mérési egység megfelel 1 μm-nek a Gullstrand normál szemében. A retina erek elemzése minden korcsoportban nagyon jól reprodukálható, a kisgyermekeknél a csoporton belüli korreláció körülbelül 0,90–0,95, a variációs együttható pedig körülbelül 2%. 35 A gyermekeknél a retinaér képalkotásának érvényességére vonatkozó adatokat a közelmúltban gyűjtöttük gyermekeknél végzett szisztematikus áttekintésünkben és metaanalízisünkben. 18.

Artériás merevség

A PWV-t validált oszcillometrikus Mobil-O-Graph Monitor (I.E.M. GmbH, Németország) alkalmazásával nyertük. 36–38 Az artériás merevség oszcillometriás módszerrel végzett mérése jó összhangban van a hagyományos tonometriai módszerrel. A pulzushullám monitorozását ülő helyzetben végezték, és a megfelelő kis méretű mandzsettákat a bal felkarra helyezték. A 3 mérésből az elsőt 5 perces pihenőidő után hajtották végre, hogy lehetővé váljon a szisztolés BP (SBP) alapján történő kalibrálás. Ezt követően legalább 2 PWV mérést hajtottak végre 2 perces időközönként, amelyeket azonnal áttekintettek a minőség és a hibás értékek szempontjából. Rossz adatminőség esetén további méréseket hajtottak végre annak érdekében, hogy legalább 2 érvényes mérés átlagát és SD-jét ki lehessen számítani. A Mobil-O-Graph gyermekek gyermekkori használatának érvényességére vonatkozó adatokat korábban közzétették. 39

Antropometria

A testmagasságot és a súlyt könnyű sportruhában mértük cipő viselése nélkül a BMI kiszámításához. A testzsír százalékát az InBody-val (InBody 170 Biospace eszköz; InBody, Co, Szöul, Korea) mértük. Az antropometriai adatokat a testösszetétel csoportjaiban elemeztük a BMI-nek az életkorot és a nemet magában foglaló vágási pontjai szerint. 40 A nemi és korcsoportjukban a 85. percentilis feletti BMI-vel rendelkező gyermekeket túlsúlyosnak, a 95. százalékot pedig elhízottaknak sorolták. A BMI SD pontszámot a megállapított legkisebb átlag-négyzet-algoritmus 41 módszerrel számoltuk, a gyermekek német referencia adatai alapján. 42

Vérnyomás

A BP-t percenkénti pihenés után automatizált oszcillográffal (Oscillomate; CAS Medical Systems, Branford, CT) értékelték és az American Heart Association ajánlásai alapján. A BP-t 5x-ben mértük, és a legkisebb eltérésű három mérés átlagát vettük a további elemzéshez. Az SBP-t és a diasztolés BP-t (DBP) a népességalapú német KiGGS-tanulmány (Kinder- und Jugendgesundheitssurvey [Children- and Adolescents Health Survey]) alapján osztályozták. A 90. percentilis feletti BP-vel rendelkező gyermekeket magas normális BP-vel, a 95. percentilis felett pedig a magas vérnyomás tartományba sorolták. Mivel nem számszerűsítettük a magas vérnyomás diagnózisát a magas vérnyomású gyermekek ambuláns BP mérésével, ezért ezekre a gyermekekre a magas vérnyomás tartományban használtuk a BP kifejezést. Ezen felül és összehasonlításképpen a gyerekeket az Amerikai Gyermekgyógyászati Akadémia irányelvei szerint is kategorizálták. 44.

A fizikai aktivitás, a fitnesz és a képernyőidő értékelése

A kardiorespirációs alkalmasságot validált 20 m-es shuttle futási teszttel értékeltük. 45,46 Ebben a szív- és érrendszeri állóképességi tesztben a gyerekeknek két 20 m-es vonal között kellett előre-hátra futniuk, kezdeti futási sebességük 8,0 km/h volt, és percenként 0,5 km/h növekedéssel. Az egyéni maximumot akkor érték el, amikor a gyermek 2 egymást követő 20 méteres távolságon nem lépte át a vonalat (2 m-en belül). A pontszámot a szakaszok számával (1 szakasz = 1 perc) értékelték, 0,5 pontossággal. A 20 m-es ingajárás mellett 20 m-es sprintet hajtottak végre. 47 A fizikai aktivitás paramétereit és a képernyő-időt a szülők által készített kérdőíves felméréssel értékelték. A kérdőív elemei korábbi tanulmányainkból kerültek be, validált kérdőívek alapján 35,48. 49,50 A fizikai aktivitás paraméterei között szerepelt az erőteljes tevékenység, a beltéri és a szabadban végzett tevékenység (perc/nap). A képernyőn töltött időt olyan kérdések értékelték, mint a tévézés, a számítógépes vagy videojátékok és az okostelefonon történő játék (perc/nap).

Statisztikai analízis

A variancia-homogenitást Tukey-Anscombe-diagramokkal értékeltük, a normalitás felméréséhez a maradványok normál QQ-diagramjait használtuk. A retina érátmérőinek és az artériás merevség csoportok közötti különbségeinek összehasonlításához egyváltozós ANOVA-t alkalmaztunk (CI, 95%; szignifikancia szint, P 51

Eredmények

Összességében 3068 gyermeket hívtak meg az orvosi szűrővizsgálatokon való részvételre, 1690-en pedig írásban hozzájárultak a részvételhez. A szűrési időszak alatt 221 beteg miatt esett ki, vagy egyéb módon hiányzott. Az adatok tisztítása után 298 gyermeket kizártak az elemzésből a retina érének statikus elemzésének és a PWV-adatok elégtelen minősége miatt, így 1171 gyermek teljes mérést kapott. Összesen 338 szülő nem küldte vissza a kérdőívet. Végül 833 gyermek rendelkezett teljes adatokkal, beleértve a kérdőíveket is (1. ábra). A népesség jellemzőit az 1. táblázat mutatja. Kohorszunkban 88% volt normál testsúlyú (n = 1030), 9% túlsúlyos (n = 101) és 3% (n = 40) elhízott. Az SBP alapján 78% -ot normotenzív gyermeknek (n = 910), 9% -át magas normálnak (n = 109) és 13% -át hipertóniás tartományba sorolták (n = 152). A DBP alapján 79% -ot normotenzív gyermekeknek (n = 920), 8% -át magas normálisnak (n = 97), 13% -át pedig hipertóniás tartományba sorolták (n = 154). Összességében a gyermekek 6% -át (n = 71) sorolták a szisztolés és a diasztolés hipertóniás tartományba. A BP kategóriák azonos megoszlását találták az Amerikai Gyermekgyógyászati Akadémia legújabb irányelveinek alkalmazásával.

Asztal 1. A tanulmány népességjellemzői

Az AVR az arterioláris/vénás átmérő arányt jelzi; BMI, testtömeg-index; BP, vérnyomás; CRAE, centrális retina arterioláris ekvivalens; CRVE, a retina központi venuláris ekvivalense; DBP, diasztolés vérnyomás; PWV, impulzus hullám sebessége; SBP, szisztolés vérnyomás; és SDS, SD pontszám.

1.ábra. Folyamatábra.

Csoportkülönbségek

A csoportkategóriák közötti különbségek eredményeit a 2. táblázat mutatja. A túlsúlyos és elhízott gyermekek CRAE-értéke szűkebb és magasabb volt a normál testsúlyú gyermekekhez képest (P

2. táblázat. A retina érének átmérője és a PWV a BMI és a BP klinikai kategóriáihoz viszonyítva

ParaméterCRAE, µmPÉrtékCRVE, µmPValueAVR, muPÉrtékPWV, m/sPÉrték Átlag (95% CI) Átlag (95% CI) Átlag (95% CI) Átlag (95% CI) BMI

2. ábra. Az érrendszeri biomarkerek a kockázati tényezők klinikai kategóriája szerint. A, A centrális retina arterioláris ekvivalens (CRAE), a klinikai testtömeg-index (BMI) és a vérnyomás (BP) kategóriák közötti összefüggés. B, A pulzushullám sebességének (PWV) és a klinikai BMI és BP kategóriák közötti összefüggés.

Korreláció és regresszió elemzés

A Pearson-korrelációs elemzés azt mutatta, hogy a CRAE (r = −0,21; P 0,001). A kardiorespirációs alkalmasság a szélesebb CRAE-vel társult (0,51 µm, P= 0,06) és egy elhunyt PWV (−0,02 m/s, P

3. táblázat. Regresszióanalízis a BMI, a BP, a fizikai erőnlét és az aktivitás összefüggésére retina edény átmérőjével és PWV-vel

Kohorszunkban az SBP és a DBP a retina arterioláris szűkületével és az alacsonyabb AVR-rel társult. A klinikai BP-besorolás kimutatta, hogy a hipertóniás tartományban lévő SBP és DBP retina arterioláris szűkülettel, alacsonyabb AVR-rel és megnövekedett PWV-vel társult.

A BMI és a BP kategóriák, valamint a CRAE és a PWV közötti kölcsönhatás elemzése bemutatja a gyermekkori elhízás és a magas vérnyomás additív káros hatásait a vaszkuláris fenotípusra (2. ábra). Az elhízott, magas vérnyomású BP-vel rendelkező gyermekeknél a mikrocirkulációban a legszűkebb arteriolák vannak, a nagy artériákban pedig a legnagyobb az artériás merevség. Úgy tűnik, hogy az elhízott és normotenziójú gyermekek arterioláris átmérője nem kedvező. Ez a csoport azonban csak kis mintaméretre hasonlít, ezért hajlamosabb a pontatlanságra. A magasabb PWV-vel rendelkező gyermekek szűkebb CRAE-t mutattak, mint az alacsony PWV-vel rendelkező gyermekek. A CRAE és a PWV szignifikánsan, de gyengén korrelált egymással. Fontos megjegyezni, hogy mindkét érágy különálló, klinikailag releváns információt ad az egészségi állapotról és a betegség állapotáról.

A fizikai erőnlét hatása a vaszkuláris fenotípusra nyilvánvaló volt, a retina érátmérőjével és a PWV-vel végzett fizikai erőnlétet vizsgálva. A lineáris regresszióanalízisben fennmaradt az összefüggés a kardiorespirációs alkalmasság és a magasabb AVR, valamint az alacsonyabb PWV között, de ezek nem voltak függetlenek a BMI-től és a BP-től. Egy korábbi, kisebb méretű, gyermekeken végzett vizsgálat összehasonlította az objektíven mért fizikai erőnlétet a retina mikrovaszkuláris egészségével, és megállapította, hogy a fizikai erőnlét összefüggésben van a keskenyebb retina venulákkal és az alacsonyabb AVR tendenciával. 35 A prepubertális elhízott gyermekeknél végzett állóképesség-edzés csökkentette a carotis artéria merevségét. 61 Jelen tanulmányunkban a kardiorespirációs alkalmasság mellett a sprintteljesítményt is mértük. A lassabb sprintteljesítmény kedvezőtlenül szélesebb retina venulákkal és magasabb PWV-vel társult, függetlenül a BMI-től és a BP-től.

Kevés tanulmány vizsgálta a fizikai aktivitás kapcsolatát a retina érének átmérőjével. A fizikai inaktivitásról kimutatták, hogy szélesebb venulákkal és alacsonyabb AVR-vel van összefüggésben, míg a fizikai aktivitás szélesebb arteriolákkal. 52,54 Vizsgálatunkban a magasabb fizikai inaktivitás (képernyőidő) függetlenül társult alacsonyabb AVR-hez. Eredményeink arra utalnak, hogy mind a fizikai erőnlét növelése, mind az inaktivitás elkerülése hozzájárulhat a kisgyermekek mikrovaszkuláris és makrovaszkuláris egészségének javításához. Az erőteljes fizikai aktivitás szignifikánsan és függetlenül társult alacsonyabb és kedvezőtlen AVR-hez. Ez nincs összhangban az erőteljes aktivitás felnőttek kardiovaszkuláris kockázatának csökkentésére gyakorolt jótékony hatásainak bevett elképzeléseivel. 62 Az adatok a gyermekek szüleinek szubjektív jelentésein alapulnak. Az erőteljes aktivitást a jövőbeni vizsgálatok során ellenőrizni kell objektív aktivitáskövetők és hordható eszközök, például gyorsulásmérők használatával.

Meg kell vitatni a lehetséges patofiziológiai mechanizmusok egy részét. Az elhízás metabolikus kockázati tényezőkkel, például diszlipidémiával, inzulinrezisztenciával és gyulladással jár, amelyekről kimutatták, hogy korrelálnak a retina érének átmérőjével a gyermekeknél. 52,63 Ezek a paraméterek befolyásolhatják a retina mikrovaszkuláris átmérőjét és a nagy artéria merevségét az élet elején. A krónikus emelkedett BP-t alacsony NO biológiai hozzáférhetőség és indukált myogén vazokonstrikció jellemzi. A 64,65 NO az értágulat fő meghatározója. Az alacsonyabb NO-szint tehát valószínűleg hozzájárul az emelkedett BP-vel rendelkező gyermekek arterioláris szűkületéhez. A tartós elhízás és az emelkedett BP a mikrovaszkuláris és makrovaszkuláris fal strukturális átalakulását okozhatja, ami tovább kiválthatja az arterioláris szűkületet és a megnövekedett nagy artéria merevséget.

Eredményeink nagy klinikai jelentőséggel bírnak, mivel a gyermekkori elhízás és a magas vérnyomás tartományban lévő BP már összefüggésben áll a kis és nagy artériák károsodott vaszkuláris fenotípusával. Az érrendszer fenotípusának szubklinikai változásai kulcsfontosságú szerepet játszhatnak a káros kardiovaszkuláris eredmények közvetítésében az élet későbbi szakaszaiban.

Perspektívák

A szív- és érrendszeri kockázati rétegződés érrendszeri biomarkerek alkalmazásával segíthet azonosítani azokat a gyermekeket, akiknek fennáll a kockázata a CVD kialakulásának későbbi életében. A különböző vaszkuláris ágyakból származó vaszkuláris biomarkerek kombinációja optimalizálhatja a klinikai döntéshozatalt a gyermekkori CVD elsődleges megelőzésére. A fizikai erőnlét javítására, az elhízás csökkentésére és a magas vérnyomásra irányuló edzésprogramok hatékony eszköznek bizonyulhatnak a kis és nagy érbetegségek kialakulásának ellensúlyozásában. A jövőbeni kutatásoknak meg kell vizsgálniuk az érrendszeri fenotipizálás eszközként történő használatának lehetőségét a kardiovaszkuláris rizikóban szenvedő gyermekek kezelési stratégiájának nyomon követésére.

Köszönetnyilvánítás

Köszönetet mondunk a gyermekeknek, valamint szüleiknek és tanáraiknak, valamint az iskola vezetőinek, akik részt vettek ebben a tanulmányban. Ezúton is szeretnénk köszönetet mondani a Basel-Stadti Kantoni Sport Iroda és a Basel-Stadt Oktatási Minisztérium támogatásáért és együttműködéséért.