Iskæmisk prækonditionering: Effekter på fysisk præstationsevne og karfunktion?

Forfattere

Ryan G. Larsen, Peter S. Jokumsen, Frank ter Beek, Birgitte N. Sloth, Christopher Aboo, Gustav V. Thomsen, Magnus R. Henriksen, Andrew J.T. Stevenson

Institut for Medicin og Sundhedsteknologi, Aalborg Universitet

Kontakt adresse: rl@hst.aau.dk

Iskæmisk prækonditionering (IPC) er en intervention karakteriseret ved korte perioder af afklemning af blodgennemstrømningen til væv, som skaber cyklusser af iskæmi og reperfusion og kan beskytte mod efterfølgende længerevarende iskæmi (Thijssen et al. 2016). Murry et al. (1986) var de første til at demonstrere at IPC, ved afklemning af kranspulsårer, kunne beskytte hjertemuskulaturen mod et efterfølgende længerevarende iskæmisk tilfælde hos hunde (Murry et al. 1986). Senere blev det opdaget at IPC også kunne beskytte hjertevæv, selv når afklemningen blev foretaget på andre kar end kranspulsårerne (eks. ved afklemning af overarmen), hvilket benævnes fjern IPC (Przyklenk et al. 1993). Forskningen inden for den kliniske anvendelse af IPC har siden vist at IPC også kan forbedre kliniske resultater for patienter, hvis det anvendes inden en hjerteoperation, samt beskytte hjerne, lever, glat muskulatur og hud mod længerevarende iskæmi (Thielmann et al. 2013; Cocking et al. 2019).

Forskning indikerer at de beskyttende effekter af IPC har en tidlig (op til fire timer efter behandlingen) og en sen fase (12 og 72 timer efter behandling) (Bolli 2000; Loukogeorgakis et al. 2005a; Salvador et al. 2016; Cocking et al. 2019). Mekanismerne bag de beskyttende effekter af IPC er dog stadig ikke belyste (Incognito et al. 2016a; Salvador et al. 2016). De positive effekter af IPC indenfor det kliniske område, samt det faktum, at IPC er en billig, ikke-invasiv og let anvendelig metode, har ansporet forskere til at undersøge potentialet af IPC som en mulig strategi til forbedring af fysisk præstationsevne og karfunktion (De Groot et al. 2010; Crisafulli et al. 2011; Cruz et al. 2015; Thijssen et al. 2016).

 

Iskæmisk prækonditionering i praksis

I praksis foregår IPC ved at afklemningen induceres ved brug af en blodtryksmanchet, der monteres på en eller flere af kroppens ekstremiteter. Blodtryksmanchetten oppustes til et tryk, der medfører fuld arteriel afklemning. Typisk anvendes et tryk mellem 200 mmHg og 300 mmHg (Cocking et al. 2019). Der anvendes forskellige variationer af IPC-protokoller. Fælles for protokollerne er dog at de består af cyklusser af afklemning og reperfusion, hvor der skiftevis er henholdsvis fuld arteriel okklusion og fri blodgennemstrømning til ekstremiteten. Typisk består en IPC-protokol af 3-5 cyklusser, hvor både afklemning og reperfusion varer fem minutter (Cocking et al. 2019). Således adskiller IPC sig fra blood flow restricted exercise, hvor der udføres muskelkontraktioner under afklemningen.

En metodisk udfordring, når man undersøger effekten af IPC er at finde en passende stimulus, der kan implementeres i forsøgsdesignet for at tage højde for en mulig placeboeffekt. Der er præcedens for at anvende en placebo-protokol, hvor manchetten oppustes til 20 mmHg (Marocolo et al. 2015). Trykket på 20 mmHg er tilstrækkeligt lavt til at det ikke har nogen fysiologisk effekt, hvorved det kan anvendes som en placebo-protokol. Udfordringen med denne placebo-protokol er dog at behandlingen føles markant anderledes, grundet den store trykforskel mellem placebo- og IPC-behandlingen (Incognito et al. 2016b).

 

IPC og fysisk præstationsevne

Det første studie som undersøgte effekten af IPC på fysisk præstationsevne blev lavet i 2010 (De Groot et al. 2010). Sidenhen er der blevet publiceret over 40 forskningsstudier på området (Cocking et al. 2019). Ifølge en oversigtsartikel af Incognito et al. (2016a) vises der præstationsforbedringer i 47% af de inkluderede studier. Anvendes mere strenge inklusionskriterier, hvor alle undersøgelser skal have inkluderet en placebo-protokol, ses der dog kun præstationsforbedring i 24% af studierne (Da Mota and Marocolo 2016). Det er derfor omdiskuteret, hvorvidt effekten af IPC delvist kan tilskrives en placeboeffekt (Marocolo et al. 2015; Sabino-Carvalho et al. 2017). Der er dog bred enighed om at en potentiel præstationsforbedring som følge af IPC primært ses inden for præstationer som afhænger af aerob energiproduktion (Incognito et al. 2016a; Salvador et al. 2016; Marocolo et al. 2018).

Flere studier har vist, at IPC kan forbedre udholdenheden under aerobt arbejde (Crisafulli et al. 2011). Det førnævnte studie af de Groot et al. (2010) viste at IPC (4 x 5 min af begge ben) forøgede tid til udmattelse og den maksimale effekt med 3,3% hos trænede cykelryttere i en cykeltest til udmattelse (De Groot et al. 2010). Der er dog uklarhed omkring de underliggende mekanismer, men forbedringer i udholdenhed forklares ofte ved øget maksimal iltoptagelse (VO2max).

Undersøgelsen af de Groot et al. (2010) viste at IPC forøgede VO2max med 2,8 %. Dette resultat er dog ikke blevet genskabt i lignende undersøgelser (Crisafulli et al. 2011; Bailey et al. 2012).. Andre forklaringer for forbedret udholdenhed kan være forbedret bevægelsesøkonomi (mindre energiforbrug ved et givent arbejde)  eller mindsket følelse af anstrengelse (Crisafulli et al. 2011; Bailey et al. 2012; Kido et al. 2015). Det er sandsynligt at en potentiel præstationsforbedring forårsaget af IPC kan tilskrives en kombination af en eller flere af de ovenstående mekanismer, men der er stadig behov for flere undersøgelser for at belyse dette.

 

IPC og vaskulær funktion

Resultater fra studier som har undersøgt de akutte effekter af en enkelt IPC-behandling på funktion af blodkar (dvs. vaskulær funktion) er ikke entydige. Moro et al. (2011) viste dog at en enkelt IPC behandling forbedrer vaskulær funktion hos raske unge samt raske ældre og ældre med forhøjet blodtryk. Resultaterne viste også at IPC havde mindst effekt hos raske unge, hvilket sandsynligvis kan tilskrives at denne gruppe allerede har udmærket vaskulær funktion (Moro et al. 2011). De beskyttende effekter fra en enkelt IPC-session har desuden fået forskere til at undersøge om gentagne behandlinger med IPC vil fremkalde en dosis-afhængig beskyttelse, hvilket er set i dyremodeller  (Jeffries et al. 2018). Flere studier har vist at gentagne IPC-behandlinger, udført over flere dage, kan forbedre vaskulær funktion hos mennesker (Kimura et al. 2007; Jones et al. 2014, 2015). I et studie fra 2018 fandt man at IPC behandlinger over syv dage øgede blodgennemstrømingen af muskulaturen hos unge, raske mænd (Jeffries et al. 2018).

I overensstemmelse med disse resultater har flere forsøg vist at forudgående IPC behandling kan reducere iskæmi-reperfusions-skader på vaskulær funktion. (Kharbanda et al. 2001; Loukogeorgakis et al. 2005b; Dinos et al. 2018).  Samlet set sandsynliggør disse resultater at effekterne af IPC behandling er størst hos populationer med nedsat vaskulær funktion. Det er således muligt at IPC behandlingen kan have et terapeutisk potentiale blandt patientgrupper med nedsat vaskulær funktion, heriblandt diabetikere og personer med forhøjet blodtryk, men også hos rygere, overvægtige og ældre (Hadi et al. 2005; Knapp et al. 2019). Det er dog vigtigt at forholde sig til mulige kontraindikationer for IPC behandling og eventuelle bivirkninger ved behandlingen for forskellige målgrupper. Endvidere er det vigtigt at undersøge og afdække de bagvedliggende mekanismer for effekterne af IPC, således at en mulig IPC behandlingsstrategi kan optimeres.

Referencer:

Bailey TG, Jones H, Gregson W, et al (2012) Effect of ischemic preconditioning on lactate accumulation and running performance. Med Sci Sports Exerc 44:2084–2089. doi: 10.1249/MSS.0b013e318262cb17

Bolli R (2000) The late phase of preconditioning. Circ Res 87:972–83

Cocking S, Jones H, Cable NT, Thijssen DH (2019) Enhancing Sports Performance Through Ischemic Preconditioning. Elsevier Inc.

Crisafulli A, Tangianu F, Tocco F, et al (2011) Ischemic preconditioning of the muscle improves maximal exercise performance but not maximal oxygen uptake in humans. J Appl Physiol 111:530–536. doi: 10.1152/japplphysiol.00266.2011

Cruz RS de O, de Aguiar RA, Turnes T, et al (2015) Effects of ischemic preconditioning on maximal constant-load cycling performance. J Appl Physiol 119:961–967. doi: 10.1152/japplphysiol.00498.2015

Da Mota R, Marocolo G (2016) The Effects of Ischemic Preconditioning on Human Exercise Performance: A Counterpoint. Sport Med 46:1575–1576. doi: 10.1007/s40279-016-0595-9

De Groot PCE, Thijssen DHJ, Sanchez M, et al (2010) Ischemic preconditioning improves maximal performance in humans. Eur J Appl Physiol 108:141–146. doi: 10.1007/s00421-009-1195-2

Dinos V⁎, Saleh N, Settergren M, et al (2018) Remote ischemic conditioning protects against endothelial ischemia-reperfusion injury via a glucagon-like peptide-1 receptor-mediated mechanism in humans ☆. Int J Cardiol 274:40–44. doi: 10.1016/j.ijcard.2018.09.061

Hadi HAR, Carr CS, Al Suwaidi J (2005) Endothelial dysfunction: cardiovascular risk factors, therapy, and outcome. Vasc Health Risk Manag 1:183–98

Incognito A V, Burr JF, Millar PJ (2016a) The Effects of Ischemic Preconditioning on Human Exercise Performance. Sport Med 46:531–544. doi: 10.1007/s40279-015-0433-5

Incognito A V, Burr JF, Millar PJ (2016b) Author ’ s reply to da Mota and Marocolo : ‘“ The Effects of Ischemic Preconditioning on Human Exercise Performance : a Counterpoint .”’ Sport Med 46:1577–1578. doi: 10.1007/s40279-016-0611-0

Jeffries O, Waldron M, Pattison JR, Patterson SD (2018) Enhanced local skeletal muscle oxidative capacity and microvascular blood flow following 7-day ischemic preconditioning in healthy humans. Front Physiol 9:1–12. doi: 10.3389/fphys.2018.00463

Jones H, Hopkins N, Bailey TG, et al (2014) Seven-Day Remote Ischemic Preconditioning Improves Local and Systemic Endothelial Function and Microcirculation in Healthy Humans. Am J Hypertens 27:918–925. doi: 10.1093/ajh/hpu004

Jones H, Nyakayiru J, Bailey TG, et al (2015) Impact of eight weeks of repeated ischaemic preconditioning on brachial artery and cutaneous microcirculatory function in healthy males. Eur J Prev Cardiol 22:1083–1087. doi: 10.1177/2047487314547657

Kharbanda RK, Peters M, Walton B, et al (2001) Ischemic Preconditioning Prevents Endothelial Injury and Systemic Neutrophil Activation During Ischemia-Reperfusion in Humans In Vivo

Kido K, Suga T, Tanaka D, et al (2015) Ischemic preconditioning accelerates muscle deoxygenation dynamics and enhances exercise endurance during the work-to-work test. Physiol Rep 3:1–10. doi: 10.14814/phy2.12395

Exp Pharmacol Physiol 32:86–90. doi: 10.1111/j.1440-1681.2005.04163.x

Kimura M, Ueda K, Goto C, et al (2007) Repetition of ischemic preconditioning augments endothelium-dependent vasodilation in humans: Role of endothelium-derived nitric oxide and endothelial progenitor cells. Arterioscler Thromb Vasc Biol 27:1403–1410. doi: 10.1161/ATVBAHA.107.143578

Knapp M, Tu X, Wu R (2019) Vascular endothelial dysfunction, a major mediator in diabetic cardiomyopathy. Acta Pharmacol Sin 40:1–8. doi: 10.1038/s41401-018-0042-6

Loukogeorgakis SP, Panagiotidou AT, Broadhead MW, et al (2005a) Remote Ischemic Preconditioning Provides Early and Late Protection Against Endothelial Ischemia-Reperfusion Injury in Humans. J Am Coll Cardiol 46:450–456. doi: 10.1016/j.jacc.2005.04.044

Loukogeorgakis SP, Panagiotidou AT, Broadhead MW, et al (2005b) Remote Ischemic Preconditioning Provides Early and Late Protection Against Endothelial Ischemia-Reperfusion Injury in Humans. J Am Coll Cardiol 46:450–456. doi: 10.1016/j.jacc.2005.04.044

Marocolo M, Billaut F, da Mota GR (2018) Ischemic Preconditioning and Exercise Performance: An Ergogenic Aid for Whom? Front Physiol 9:1874. doi: 10.3389/fphys.2018.01874

Marocolo M, Da Mota GR, Pelegrini V, Appell Coriolano HJ (2015) Are the Beneficial Effects of Ischemic Preconditioning on Performance Partly a Placebo Effect? Int J Sports Med 36:822–825. doi: 10.1055/s-0035-1549857

Moro L, Pedone C, Mondì A, et al (2011) Effect of local and remote ischemic preconditioning on endothelial function in young people and healthy or hypertensive elderly people. Atherosclerosis 219:750–752. doi: 10.1016/J.ATHEROSCLEROSIS.2011.08.046

Murry CE, Jennings RB, Reimer KA, Ph D (1986) MYOCARDIAL INFARCTION Preconditioning with ischemia : injury delay of lethal cell isChemic myocardium. Circulation 74:1124–1136

Przyklenk K, Bauer B, Ovize M, et al (1993) Regional ischemic “preconditioning” protects remote virgin myocardium from subsequent sustained coronary occlusion. Circulation 87:893–899. doi: 10.1161/01.CIR.87.3.893

Sabino-Carvalho JL, Lopes TR, Obeid-Freitas T, et al (2017) Effect of Ischemic Preconditioning on Endurance Performance Does Not Surpass Placebo. Med Sci Sport Exerc 49:124–132. doi: 10.1249/MSS.0000000000001088

Salvador AF, De Aguiar RA, Lisbôa FD, et al (2016) Ischemic Preconditioning and Exercise Performance: A Systematic Review and Meta-Analysis. Int J Sports Physiol Perform 11:4–14. doi: 10.1123/ijspp.2015-0204

Thielmann M, Kottenberg E, Kleinbongard P, et al (2013) Cardioprotective and prognostic effects of remote ischaemic preconditioning in patients undergoing coronary artery bypass surgery: a single-centre randomised, double-blind, controlled trial. Lancet 382:597–604. doi: 10.1016/S0140-6736(13)61450-6

Thijssen DHJ, Maxwell J, Green DJ, et al (2016) Repeated ischaemic preconditioning : a novel therapeutic intervention and potential underlying mechanisms. 101:677–692. doi: 10.1113/EP085566

 

 

Relaterede indlæg