Uric acid, Cardiovascular Function, and the Kidney
Kurra, Venla (2022)
Kurra, Venla
Tampere University
2022
Lääketieteen ja biotieteiden tohtoriohjelma - Doctoral Programme in Medicine and Life Sciences
Lääketieteen ja terveysteknologian tiedekunta - Faculty of Medicine and Health Technology
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Väitöspäivä
2022-11-04
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-2561-9
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-2561-9
Tiivistelmä
Uraatti on ihmisillä puriiniaineenvaihdunnan lopputuote, joka pääsääntöisesti poistuu elimistöstä erittymällä munuaisten kautta virtsaan. Uraatin kohonnut pitoisuus veressä, hyperurikemia, on tavallinen löydös paitsi kihtiä, myös sydän- ja verenkiertoelimistön sairauksia sekä kroonista munuaisten vajaatoimintaa sairastavilla potilailla. Näillä potilailla hyperurikemia on seurausta sairauksiin yleisesti liittyvästä oksidatiivisen kuormituksen lisääntymisestä sekä munuaisten erityskyvyn heikkenemisestä. Hyperurikemia liitetään usein sairauksien huonompaan ennusteeseen, mutta tunnettujen antioksidanttivaikutustensa kautta uraatti voi myös vähentää elimistön oksidatiivista kuormitusta. Uraatin rooli ja vaikutusmekanismit verenkiertoelimistön sairauksissa sekä kroonisessa munuaisten vajaatoiminnassa ovat edelleen kiisteltyjä.
Ihmisen uraattipitoisuudet ovat korkeammat kuin muilla nisäkkäillä johtuen ihmisillä aikoinaan tapahtuneesta uraattia hajottavan urikaasi-entsyymin mutaatiosta. Uraatin vaikutusten tutkimista varten kehitetyssä mallissa ihmisen hyperurikemiaa jäljittelevä hyperurikemia saadaan aikaiseksi antamalla ravinnon mukana koe- eläiminä käytetyille rotille urikaasin estäjää, 2% oksonihappoa. Aikaisemmissa valtaosin aika lyhyissä ja koeasetelmiltaan vaihtelevissa kokeellisissa tutkimuksissa näin aiheutetun hyperurikemian on esitetty aiheuttavan munuaisvaurioita lisääntyneen oksidatiivisen kuormituksen, tulehduksen sekä munuaisverisuonten toiminnallisten ja rakenteellisten muutosten kautta. Lopulta nämä muutokset johtavat verenpainetason kohoamiseen, edelleen kiihdyttäen munuaissairauden etenemistä. Aikaisemmat kokeelliset tutkimukset ovat keskittyneet lähinnä uraatin munuaisvaikutuksiin, mutta hyperurikemian yhteyttä muiden verisuonten toimintaan, rakenteeseen tai oksidatiivisen kuormitukseen ei ole aikaisemmin kattavasti tutkittu.
Väitöskirjatyön kokeellisessa osuudessa (osatyöt I, II, III) selvitettiin kohtalaisesti kohonneen uraattipitoisuuden vaikutusta kaula- ja suolilievevaltimon toimintaan ja rakenteeseen, sydämen kuormitukseen, munuaishistologiaan ja -tulehdukseen sekä elimistön oksidatiiviseen kuormitukseen terveillä ja kroonista munuaisten vajaatoimintaa sairastavilla rotilla (neljä ryhmää, n=12/ryhmä). Hyperurikemia aiheutettiin antamalla osalle koe-eläimistä ravinnon mukana 2% oksonihappoa yhdeksän viikon ajan ja munuaisten vajaatoiminta saatiin aikaiseksi poistamalla osalta rotista kirurgisesti 5/6 munuaiskudoksesta (NX-toimenpide, kolme viikkoa ennen oksonihappodieettiä). Verisuonten rakennetta sekä supistus- ja relaksaatiovastetta eri tavalla verisuonten toimintaan vaikuttaviin aineisiin tutkittiin in vitro verisuonen supistustilaa mittaavalla myografialaitteella. Sydämen kuormitusta arvioitiin määrittämällä sydänlihaksen natriureettisten peptidien mRNA-pitoisuuksia. Munuaisvauriota arvioitiin histologisesti, virtsan proteiinierityksen mittauksilla sekä määrittämällä erilaisia munuaisvaurioon ja oksidatiiviseen kuormituksen viittaavia tekijöitä (mm. mast-solut, hemi-oksygenaasi-1-entsyymi, syklo-oksigenaasi-2 ja kollageeni-1). Oksidatiivista kuormitusta ja antioksidanttikapasiteettia arvioitiin myös in vivo määrittämällä näistä kertovia merkkiaineita verestä ja virtsasta (TRAP, 8- isoprostaglandiini F2α ja 11-epi-prostaglandin F2α).
Käytetty koe-eläinmalli toimi odotetusti ja tutkimuksessa havaittiin useita aikaisemmin kuvattuja munuaisten vajaatoimintaan liittyviä löydöksiä, kuten lievä verenpaineen nousu, verisuonten heikentynyt relaksaatio, vastusverisuonten seinämän paksuuntuminen, sydämen kuormitus, proteinuria, lisääntynyt oksidatiivinen kuormitus sekä munuaisten histologinen vaurio. Munuaisten vajaatoiminnassa hyperurikemia paransi kaulavaltimon endoteelivälitteistä (typpioksidivälitteistä) relaksaatiota, kun taas suolilievevaltimossa hyperurikemia heikensi sileälihaksen hyperpolarisaation kautta tapahtuvaa vasorelaksaatiota. Munuaisten vajaatoiminnassa kokeellinen hyperurikemia lievensi histologista munuaisvauriota ja tämä liittyi vähentyneeseen systeemiseen sekä munuaisten oksidatiiviseen kuormitukseen. Havaitut suotuisat vaikutukset munuaisten vajaatoimintaa sairastavilla rotilla selittyivät todennäköisesti hyperurikemiaan liittyneellä plasman kokonaisantioksidanttikapasiteetin lisääntymisellä sekä elimistön vähentyneellä oksidatiivisella kuormituksella. Hyperurikemialla ei ollut merkittävää vaikutusta verenpaineeseen, verisuonten supistumiseen, pienten vastusverisuonten rakenteeseen tai sydämen kuormitukseen.
Suurten valtimoiden jäykistyminen on tunnettu sydän- ja verisuonisairauksien riskitekijä ja kohonnut uraattipitoisuus on yhdistetty itsenäisenä riskitekijänä valtimojäykkyyttä kuvaavaan lisääntyneeseen pulssiaallon etenemisnopeuteen (PWV). Tutkimuksen kliinisessä osatyössä (osatyö IV) tutkittiin kajoamattomin menetelmin (impedanssikardiografia, tonometrinen radialispaineiden mittaus) pääsääntöisesti viiterajoissa olevien uraattitasojen yhteyttä erilaisiin hemodynaamisiin muuttujiin 606:lla sydän- ja verisuonisairauksien suhteen terveellä normaaliverenpaineisella tai ei-lääkityillä hypertensiivisellä koehenkilöllä. Tutkimuksessa havaittiin, että plasman uraattipitoisuus on PWV:tä ja siten myös valtimojäykkyyttä selittävä tekijä, mutta muihin mitattuihin hemodynaamisiin suureisiin, mukaan lukien verenpaine verenkierron vastus, minuuttitilavuus ja paineheijasteet, uraattitasoilla ei ollut yhteyttä.
Nyt tehty koe-eläintutkimus osoittaa, että kokeellisen hyperurikemian vaikutukset verenkiertoelimistössä ja munuaisissa eroavat terveillä sekä munuaisten vajaatoimintaa sairastavilla rotilla, ja vaikutukset verisuonten toimintaan ovat erilaisia eri verisuonissa. Tässä koe-eläinmallissa hyperurikemialla ei pääsääntöisesti havaittu olevan haitallisia vaikutuksia. Suotuisat verisuoni- ja munuaislöydökset munuaisten vajaatoimintaa sairastavilla rotilla voisivat ainakin osittain selittyä hyperurikemiaan liittyneellä oksidatiivisen kuormituksen vähentymisellä. Kliinisen työn tulokset osoittavat, että korkeampi, vaikkakin viiterajoissa oleva, veren uraattipitoisuus liittyy lisääntyneeseen valtimojäykkyyteen, mikä on havaittavissa jo ennen kliinisesti todettavaa verenpaineen nousua tai muita sydän- ja verisuonisairauksien merkkejä. Tämä yhteys saattaa osaltaan selittää korkeampiin uraattipitoisuuksiin liittyvää lisääntynyttä sairastavuutta sydän- ja verenkiertoelimistön sairauksiin. Tältä osin tarvitaan kuitenkin vielä seurantatutkimuksia.
Ihmisen uraattipitoisuudet ovat korkeammat kuin muilla nisäkkäillä johtuen ihmisillä aikoinaan tapahtuneesta uraattia hajottavan urikaasi-entsyymin mutaatiosta. Uraatin vaikutusten tutkimista varten kehitetyssä mallissa ihmisen hyperurikemiaa jäljittelevä hyperurikemia saadaan aikaiseksi antamalla ravinnon mukana koe- eläiminä käytetyille rotille urikaasin estäjää, 2% oksonihappoa. Aikaisemmissa valtaosin aika lyhyissä ja koeasetelmiltaan vaihtelevissa kokeellisissa tutkimuksissa näin aiheutetun hyperurikemian on esitetty aiheuttavan munuaisvaurioita lisääntyneen oksidatiivisen kuormituksen, tulehduksen sekä munuaisverisuonten toiminnallisten ja rakenteellisten muutosten kautta. Lopulta nämä muutokset johtavat verenpainetason kohoamiseen, edelleen kiihdyttäen munuaissairauden etenemistä. Aikaisemmat kokeelliset tutkimukset ovat keskittyneet lähinnä uraatin munuaisvaikutuksiin, mutta hyperurikemian yhteyttä muiden verisuonten toimintaan, rakenteeseen tai oksidatiivisen kuormitukseen ei ole aikaisemmin kattavasti tutkittu.
Väitöskirjatyön kokeellisessa osuudessa (osatyöt I, II, III) selvitettiin kohtalaisesti kohonneen uraattipitoisuuden vaikutusta kaula- ja suolilievevaltimon toimintaan ja rakenteeseen, sydämen kuormitukseen, munuaishistologiaan ja -tulehdukseen sekä elimistön oksidatiiviseen kuormitukseen terveillä ja kroonista munuaisten vajaatoimintaa sairastavilla rotilla (neljä ryhmää, n=12/ryhmä). Hyperurikemia aiheutettiin antamalla osalle koe-eläimistä ravinnon mukana 2% oksonihappoa yhdeksän viikon ajan ja munuaisten vajaatoiminta saatiin aikaiseksi poistamalla osalta rotista kirurgisesti 5/6 munuaiskudoksesta (NX-toimenpide, kolme viikkoa ennen oksonihappodieettiä). Verisuonten rakennetta sekä supistus- ja relaksaatiovastetta eri tavalla verisuonten toimintaan vaikuttaviin aineisiin tutkittiin in vitro verisuonen supistustilaa mittaavalla myografialaitteella. Sydämen kuormitusta arvioitiin määrittämällä sydänlihaksen natriureettisten peptidien mRNA-pitoisuuksia. Munuaisvauriota arvioitiin histologisesti, virtsan proteiinierityksen mittauksilla sekä määrittämällä erilaisia munuaisvaurioon ja oksidatiiviseen kuormituksen viittaavia tekijöitä (mm. mast-solut, hemi-oksygenaasi-1-entsyymi, syklo-oksigenaasi-2 ja kollageeni-1). Oksidatiivista kuormitusta ja antioksidanttikapasiteettia arvioitiin myös in vivo määrittämällä näistä kertovia merkkiaineita verestä ja virtsasta (TRAP, 8- isoprostaglandiini F2α ja 11-epi-prostaglandin F2α).
Käytetty koe-eläinmalli toimi odotetusti ja tutkimuksessa havaittiin useita aikaisemmin kuvattuja munuaisten vajaatoimintaan liittyviä löydöksiä, kuten lievä verenpaineen nousu, verisuonten heikentynyt relaksaatio, vastusverisuonten seinämän paksuuntuminen, sydämen kuormitus, proteinuria, lisääntynyt oksidatiivinen kuormitus sekä munuaisten histologinen vaurio. Munuaisten vajaatoiminnassa hyperurikemia paransi kaulavaltimon endoteelivälitteistä (typpioksidivälitteistä) relaksaatiota, kun taas suolilievevaltimossa hyperurikemia heikensi sileälihaksen hyperpolarisaation kautta tapahtuvaa vasorelaksaatiota. Munuaisten vajaatoiminnassa kokeellinen hyperurikemia lievensi histologista munuaisvauriota ja tämä liittyi vähentyneeseen systeemiseen sekä munuaisten oksidatiiviseen kuormitukseen. Havaitut suotuisat vaikutukset munuaisten vajaatoimintaa sairastavilla rotilla selittyivät todennäköisesti hyperurikemiaan liittyneellä plasman kokonaisantioksidanttikapasiteetin lisääntymisellä sekä elimistön vähentyneellä oksidatiivisella kuormituksella. Hyperurikemialla ei ollut merkittävää vaikutusta verenpaineeseen, verisuonten supistumiseen, pienten vastusverisuonten rakenteeseen tai sydämen kuormitukseen.
Suurten valtimoiden jäykistyminen on tunnettu sydän- ja verisuonisairauksien riskitekijä ja kohonnut uraattipitoisuus on yhdistetty itsenäisenä riskitekijänä valtimojäykkyyttä kuvaavaan lisääntyneeseen pulssiaallon etenemisnopeuteen (PWV). Tutkimuksen kliinisessä osatyössä (osatyö IV) tutkittiin kajoamattomin menetelmin (impedanssikardiografia, tonometrinen radialispaineiden mittaus) pääsääntöisesti viiterajoissa olevien uraattitasojen yhteyttä erilaisiin hemodynaamisiin muuttujiin 606:lla sydän- ja verisuonisairauksien suhteen terveellä normaaliverenpaineisella tai ei-lääkityillä hypertensiivisellä koehenkilöllä. Tutkimuksessa havaittiin, että plasman uraattipitoisuus on PWV:tä ja siten myös valtimojäykkyyttä selittävä tekijä, mutta muihin mitattuihin hemodynaamisiin suureisiin, mukaan lukien verenpaine verenkierron vastus, minuuttitilavuus ja paineheijasteet, uraattitasoilla ei ollut yhteyttä.
Nyt tehty koe-eläintutkimus osoittaa, että kokeellisen hyperurikemian vaikutukset verenkiertoelimistössä ja munuaisissa eroavat terveillä sekä munuaisten vajaatoimintaa sairastavilla rotilla, ja vaikutukset verisuonten toimintaan ovat erilaisia eri verisuonissa. Tässä koe-eläinmallissa hyperurikemialla ei pääsääntöisesti havaittu olevan haitallisia vaikutuksia. Suotuisat verisuoni- ja munuaislöydökset munuaisten vajaatoimintaa sairastavilla rotilla voisivat ainakin osittain selittyä hyperurikemiaan liittyneellä oksidatiivisen kuormituksen vähentymisellä. Kliinisen työn tulokset osoittavat, että korkeampi, vaikkakin viiterajoissa oleva, veren uraattipitoisuus liittyy lisääntyneeseen valtimojäykkyyteen, mikä on havaittavissa jo ennen kliinisesti todettavaa verenpaineen nousua tai muita sydän- ja verisuonisairauksien merkkejä. Tämä yhteys saattaa osaltaan selittää korkeampiin uraattipitoisuuksiin liittyvää lisääntynyttä sairastavuutta sydän- ja verenkiertoelimistön sairauksiin. Tältä osin tarvitaan kuitenkin vielä seurantatutkimuksia.
Kokoelmat
- Väitöskirjat [4769]