Disfunzione Endoteliale

L’endotelio è il sottile strato di cellule che riveste internamente ogni vaso nel sistema circolatorio. Svolge un ruolo centrale in processi quali la regolazione della pressione ematica e la perfusione tissutale. Le cellule endoteliali possono produrre ossido nitrico (NO), che provoca il rilassamento delle cellule muscolari lisce che rivestono i vasi e quindi la vasodilatazione. La disfunzione endoteliale è caratterizzata da una alterata vasodilatazione endotelio-dipendente e una ridotta biodisponibilità di NO. Tale alterazione è stata osservata in diverse malattie ed è stata ampiamente studiata in quanto evento tendenzialmente precoce.

Fonte: Stijn A.I. Ghesquiere, University of Maastricht

L’evidenza scientifica è in continua crescita e associa la disfunzione microvascolare agli esiti cardiovascolari: essa può essere un predittore di ictus e infarti. La funzione endoteliale può essere studiata eseguendo test che inducono vasodilatazione endotelio-dipendente e/o indipendente. Questi test comprendono iperemia reattiva post occlusiva (PORH), riscaldamento locale (termical challange) e iontoforesi.

Iperemia reattiva post occlusiva (PORH)
La funzione vascolare può essere valutata osservando la risposta all’iperemia reattiva. L’iperemia reattiva è un aumento del flusso ematico conseguente ad un’occlusione temporanea dell’apporto arterioso che implica quindi deficit di ossigeno. I pazienti con compromissione della funzione endoteliale mostrano una risposta diversa rispetto ai controlli sani. Il test prevede l’occlusione arteriosa, indotta solitamente utilizzando un manicotto per la pressione ematica, mantenuta in genere per diversi minuti. Dopo l’occlusione, la pressione viene improvvisamente rilasciata, inducendo un grande afflusso di sangue nel tessuto precedentemente occluso. La perfusione locale viene valutata prima, durante e dopo l’occlusione arteriosa, monitorando diversi parametri correlati al livello di perfusione e al tempo necessario per le variazioni, fornendo importanti informazioni sulla salute vascolare del paziente.

La perfusione può essere misurata utilizzando una sonda Laser Doppler (PeriFlux System 5000) o il laser speckle contrast imager (PeriCam PSI).

Post Occlusion Reactive Hyperemia
Thermal Challenge

Thermal challange/stimolazione termica
Il riscaldamento locale della cute può elicitare una vasodilatazione quasi massima. Negli individui sani la risposta all’iperemia termica mostra uno schema prevedibile. È caratterizzato da un picco iniziale nella perfusione ematica cutanea, che coinvolge le afferenze sensoriali, e un aumento secondario con plateau, mediato dal rilascio di NO.

 

La perfusione può essere misurata utilizzando una sonda laser doppler (PeriFlux System 5000) o laser speckle contrast imager (PeriCam PSI ).

Il calore può essere controllato utilizzando un sistema PeriFlux 5000 con un’unità di controllo termico e una sonda laser doppler termica o una sonda termica trasparente riempita d’acqua  [Prodotti – Sonde] per l’imager.

Iontoforesi

La perfusione può essere misurata mediante laser Doppler (PeriFlux System 5000), utilizzando un elettrodo specializzato con sonda laser Doppler integrata [Prodotti  – Sonde], o con laser speckle contrast imager (PeriCam PSI ), utilizzando un elettrodo trasparente per l’utilizzo con l’imager.

Iontophoresis

Caso: il microcircolo in obesità e diabete di tipo 2

Dr. Alfons J.H.M. Houben Dept. of Internal Medicine, Maastricht University Medical Center+ and School for Cardiovascular Diseases (CARIM), Maastricht, The Netherlands


Il focus della mia ricerca per molti anni è stata la disfunzione microvascolare (MVD) sia come causa sia come conseguenza di malattie metaboliche (cardio) (vedi 1 per la nostra ipotesi di lavoro). Una funzione importante del microcircolo è quella di fornire ossigeno e sostanze nutritive a tutti i tessuti e di rimuovere i prodotti di scarto. Nel normale metabolismo questo include il rilascio del glucosio, normalmente assorbito dall'intestino dopo un pasto, a livello di muscolatura scheletrica, dove viene immagazzinato come glicogeno.

Per far ciò, l’insulina svolge un ruolo importante stimolando l’endotelio a produrre ossido nitrico (NO), che porta al reclutamento dei capillari nel muscolo scheletrico e quindi ad un aumento della superficie di scambio disponibile. Di conseguenza, sia il glucosio che l’insulina possono raggiungere le cellule del muscolo scheletrico in modo rapido e semplice per immagazzinare il glucosio nelle cellule. Nella nostra ipotesi di lavoro affermiamo che l’MVD può disturbare il rilascio/assorbimento di glucosio mediato dall’insulina, portando all’insorgenza di insulino-resistenza metabolica e contribuendo allo sviluppo del diabete di tipo 2 (1).

Determinanti importanti della  MVD (ai primi stadi)sono tra gli altri: (epi)genetica, basso peso alla nascita, inattività fisica e invecchiamento. Inoltre, l’obesità ha dimostrato di essere un importante determinante della MVD. Diversi processi sono influenzati dall’obesità (ad esempio aumento dell’infiammazione, aumento dello stress ossidativo, aumento degli acidi grassi liberi, diminuzione dell’adiponectina ecc.), tutti fattori che influenzano le normali vie di segnalazione nelle cellule endoteliali e vascolari della muscolatura liscia (2).

Una volta insorti insulino-resistenza metabolica o diabete di tipo 2, la conseguenza è uno stato di iperglicemia postprandiale elevata e mantenuta per tempi prolungati. Poiché il glucosio è facilmente assorbito dalle cellule endoteliali, questi periodi di iperglicemia aggraveranno ulteriormente la funzione microvascolare endoteliale. L’iperglicemia intracellulare porta alla produzione di metilgliossale che è un composto altamente reattivo che disturba tra l’altro la disponibilità di NO (3). In questo modo si sviluppa un circolo vizioso che porta all’evoluzione della MVD.

 

Risultati:

Per i nostri studi usiamo varie tecniche per misurare la struttura e la funzione microvascolare. Per misurare flusso e  iperemia indotta dal calore cute, utilizziamo il sistema PeriFlux 5000.

Obesità: come indicato sopra, diversi studi sperimentali hanno dimostrato che in pazienti obesi, sono diversi i processi che potrebbero disturbare la segnalazione intracellulare endotelialie, con conseguente riduzione della biodisponibilità di NO. Ciò potrebbe attenuare lo smaltimento del glucosio insulino-mediato nei soggetti obesi. In effetti, studi precedenti su donne obese avevano mostrato una funzione endoteliale microvascolare alterata durante una somministrazione di insulina di due ore (insulin-clamp).Il nostro obiettivo è stato quello di studiare la funzione microvascolare in soggetti magri e obesi dopo la somministrazione di una bevanda sostitutiva del pasto, che induce uno stato di iperglicemia e iperinsulinemia dinamica e transitoria. Abbiamo studiato la microcircolazione cutanea del polso utilizzando un sistema PeriFlux 5000. La trasformata veloce di Fourier (FFT) è stata eseguita sul segnale di flusso, in modo da determinare il contributo dei cinque domini di frequenza del segnale. Questi cinque domini rappresentano l’attività dell’endotelio (0,01-0,02 Hz), dei neuroni (0,02-0,06 Hz), dei miociti (0,06-0,15 Hz), della respirazione (0,15-0,40 Hz) e della frequenza cardiaca (0,40-1,60 Hz). I risultati sono mostrati in Fig 1. Il grafico superiore mostra le variazioni di flusso in individui magri prima (barra bianca) e dopo (barra grigia) l’assunzione della bevanda. Dopo l’assunzione è ben evidente un aumento di tutti e cinque i domini. Nel grafico inferiore si possono osservare i risultati dei soggetti obesi. La bevanda-pasto non ha indotto alcuna variazione sul flusso microvascolare. Questi dati dimostrano chiaramente che nella fisiologia normale nei soggetti magri, una bevanda pasto induce la stimolazione della microcircolazione, probabilmente attraverso la stimolazione endoteliale insulino-indotta. Nei soggetti obesi, viceversa, non vi è alcuna stimolazione del microcircolo dopo l’assunzione di una bevanda pasto (4).

Fig. 1. (adattato da ref.4): variazioni del flusso micro vascolare prima e dopo l’assunzione di una bevanda-pasto in soggetti magri (B) e obesi (D). Le barre sono rappresentate ± DS.  #P <0,01, * P <0,05 vs prima dell’assunzione.

Diabete di tipo 2:
Per studiare l’MVD nel pre-diabete e il diabete di tipo 2 utilizziamo i dati dello studio di Maastricht. Lo studio di Maastricht è uno studio prospettico di coorte che si concentra sull’eziologia del DMT2, sulle sue complicazioni classiche e sulle comorbilità emergenti (http://www.demaastrichtstudie.nl/research). Questo studio è unico per l’ampia fenotipizzazione di tutti i partecipanti: una delle categorie di fenotipizzazione è la microcircolazione.

I dati di questo studio ci hanno dato l’opportunità di ottenere informazioni su molte caratteristiche della struttura e della funzione microvascolare nella popolazione normale e nella popolazione di pazienti con diabete di tipo 2. Siamo stati in grado di descrivere i determinanti più importanti della funzione microvascolare cutanea nella popolazione utilizzando sia l’analisi del movimento del flusso (5) sia l’iperemia indotta dal calore (6). In secondo luogo, abbiamo dimostrato che la funzione microvascolare (iperemia indotta dal calore cutaneo e reattività arteriolare retinica) è già alterata nei soggetti con pre-diabete e che questo è esacerbato nel diabete di tipo 2 (7) (Fig. 2). Nelle analisi successive, si è scoperto che l’iperglicemia è il determinante più importante di questa disfunzione microvascolare nel (pre) diabete (8). In terzo luogo, abbiamo scoperto che le misure di disfunzione microvascolare nella cute e nella retina sono associate a depressione in età avanzata (9). Infine, abbiamo dimostrato che la disfunzione endoteliale microvascolare e la rarefazione capillare sono associate ad albuminuria (10,11).

Fig 2. (adattato da ref.7) Differenze di iperemia % cutanea calore-indotta (B) tra soggetti con pre-diabete (PreDM) e diabete di tipo 2 (T2DM), rispetto a soggetti con normale metabolismo del glucosio (NGM). Le barre rappresentano la differenza media con errore standard  di iperemia cutanea % calore-indotta nel  pre-diabete e T2DM rispetto a NGM. I valori P indicano analisi delle tendenze tra NGM, prediabetes e T2DM. NGM è il riferimento ed è considerato lo zero.

Per saperne di più
Bibliografia

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