Valtimoverkosto on verisuonten verkosto, joka on suunniteltu muuntamaan sydämestä tuleva ajoittainen veren virtaus jatkuvaksi ja tasaiseksi virtaukseksi valtimopuun läpi, mikä vähentää sydämeen kohdistuvaa jälkikuormaa. Valtimoiden jäykkyyden lisääntymisen aiheuttamat muutokset tässä pehmentävässä toiminnassa johtavat systoliseen verenpainetautiin, vasemman kammion hypertrofiaan ja heikentyneeseen sepelvaltimoiden perfuusioon,1-3 mikä lisää sydän- ja verisuonitautiriskiä.4-6

Monien riskitekijöiden, kuten ikääntymisen, lihavuuden, diabeteksen ja dyslipidemian, on todettu määrittävän valtimoiden jäykkyyden.7-14 Muita tällaisia riskitekijöitä ovat huono sydän- ja hengityskunto15-20 ja vähäinen fyysinen aktiivisuus.21,22 Toisaalta sydän- ja hengityskunnon ja fyysisen aktiivisuuden ja toisaalta valtimoiden jäykkyyden välisten yhteyksien luonnetta ei kuitenkaan tunneta hyvin. Ne voivat molemmat sekoittaa ja/tai välittää toistensa ja valtimoiden jäykkyyden välisiä suhteita, tai, kuten on esitetty, fyysinen aktiivisuus voi vaikuttaa suotuisasti valtimoiden jäykkyyteen sydän- ja hengityskunnosta riippumatta15,18 . Lisäksi kardiorespiratorinen kunto ja/tai fyysinen aktiivisuus voivat vaikuttaa valtimoiden jäykkyyteen vaikuttamalla suotuisasti kehonkoostumukseen (eli vähentämällä kehon rasvaa),23-25 joka itsessään on vahva valtimoiden jäykkyyden määrittäjä nuorilla henkilöillä.7-9

Näiden näkökohtien perusteella tutkimme Pohjois-Irlannissa asuvassa nuorten aikuisten väestöpohjaisessa kohortissa sydän- ja verenkiertoelimistön kunnon, fyysisen aktiivisuuden ja valtimoiden jäykkyyden välisiä yhteyksiä. Tutkittiin yhteyksiä kahden valtimosegmentin (elastinen aortoiliacus- ja lihaksikas aortodorsalis pedis -segmentti) jäykkyyteen (arvioituna pulssiaaltonopeudella ).

Menetelmät

Tutkimusjoukko

Tämä tutkimus toteutettiin osana meneillään olevaa pitkittäistutkimusta The Young Hearts (YH) Project, jossa alun perin tutkittiin sepelvaltimoriskitekijöiden esiintyvyyttä satunnaisotoksessa Pohjois-Irlannissa asuvista nuorista (n=1015; iältään joko 12 tai 15 vuotta). Näytteenottomenettelyt, tutkimussuunnitelma ja vastausprosentit kahdessa ensimmäisessä seulontavaiheessa (YH1 ja YH2) on kuvattu yksityiskohtaisesti muualla.26,27 Kaikki alkuperäisen kohortin koehenkilöt kutsuttiin osallistumaan kolmanteen seulontavaiheeseen (YH3: lokakuu 1997-lokakuu 1999), kun he olivat 20-25-vuotiaita. Tutkimuksen kolmanteen vaiheeseen osallistui 21 miestä (48,7 % alkuperäisestä mieskohortista) ja 238 naista (51,3 % alkuperäisestä naiskohortista).28 Näihin analyyseihin osallistui 405 koehenkilöä (203 naista), joista oli saatavilla täydelliset tiedot valtimoiden jäykkyydestä, sydän- ja hengityskunnosta ja fyysisestä aktiivisuudesta kyseisenä ajankohtana. Taulukossa 1 esitetään tutkimusväestön pääpiirteet. Jokainen tutkittava antoi kirjallisen suostumuksensa, ja Belfastin Queen’s University of Belfastin lääketieteellinen eettinen komitea hyväksyi tutkimuksen.

Kardiorespiratorinen kunto ja fyysinen aktiivisuus

Kardiorespiratorinen kunto mitattiin muualla yksityiskohtaisesti kuvatulla submaksimaalisella polkupyöräergometritestillä.27 Lyhyesti sanottuna koehenkilöiden oli poljettava tasaista vauhtia (50-70 poljinkierrosta/min) testin ajan, joka kesti yleensä 15 minuuttia. Työn kuormitusta lisättiin jokaisen 3 minuutin jakson jälkeen, kunnes saavutettiin noin 170 bpm:n syke. Sykkeestä laskettiin keskiarvo kunkin kuormituksen viimeisen 15 sekunnin ajalta (Polar Vantage -sykemittari, Polar, Suomi). Hapenottoa seurattiin koko testin ajan on-line-hengityskaasuanalysaattorilla (Quinton QMC) ja maksimaalinen hapenottokyky (Vo2max) ennustettiin ekstrapoloimalla Vo2 170 lyönnin minuutissa ikään mukautettuun arvioituun maksimaaliseen sykkeeseen ja ilmaistiin millilitroina kilogrammaa minuutissa.

Tiedot tavanomaisesti harrastetun fyysisen aktiivisuuden tiheydestä, kestosta ja tyypistä saatiin käyttämällä tavanomaista liikunta-aktiivisuutta kuvaavan Baecke-kyselylomakkeen modifikaatioita, jotka suunniteltiin työ-, liikunta-aktiivisuuden ja muun kuin urheiluaktiivisuuden kvantifioimiseksi.29 Työ-, urheilu- ja muu kuin urheilu- ja vapaa-ajan aktiviteettipisteet laskettiin viisiportaisella Likertin asteikolla; nämä kolme pistettä laskettiin yhteen fyysisen aktiivisuuden kokonaispistemäärän saamiseksi.

Arterian jäykkyys

Käytimme ei-invasiivista optista menetelmää PWV:n arvioimiseksi määrittelemällä kulkuaika (TT), jonka vasemman kammion supistumisen synnyttämän paineaallon seurauksena valtimon seinämässä etenevä laajentuma-aalto tarvitsi saapuakseen distaaliseen kohtaan tunnetulla etäisyydellä.30,31 TT-mittaukset tehtiin fotopletysmografisella anturilla, ja ne käynnistettiin EKG:n R-aallon perusteella (millisekunteina). Rintalastan loven ja reisivaltimon välinen etäisyys ja rintalastan loven ja arteria dorsalis pedis -valtimon välinen etäisyys (0,1 senttimetriä) jaettiin sitten TT:llä, joka kului pulssiaallon saapumiseen kumpaankin valtimokohtaan, jotta saatiin määritettyä aortoiliacus- ja aortodosalis pedis -segmenttien PWV (ilmaistuna m/s). Yksi koulutettu teknikko suoritti kaikki mittaukset tutkimushenkilöille, jotka olivat aiemmin levänneet selinmakuulla 15 minuuttia rauhallisessa lämpötilakontrolloidussa huoneessa. Kaikki mittaukset tehtiin kehon vasemmalta puolelta. TT-arviot, jotka perustuivat <10 sykliin tai joissa varianssikerroin oli >20 %, hylättiin. Kaikki koehenkilöt olivat pidättäytyneet tupakoinnista ja kofeiinipitoisten juomien nauttimisesta mittauspäivänä.

Potentiaaliset häiriötekijät/välimuuttujat

Kehon pituuden, painon ja ihopoimujen, verenpaineen, lipidien ja glukoosin pitoisuuksien, tupakointikäyttäytymisen, alkoholin kulutuksen ja ravintoaineiden saannin arviointi on kuvattu yksityiskohtaisesti aiemmin.23,26-28,30

Statistinen analyysi

Käytimme moninkertaisia lineaarisia regressiomalleja tutkiaksemme yhtäältä Vo2max- ja liikunta-aktiivisuuspisteiden (determinantit) ja toisaalta kahden eri valtimosegmentin PWV:n (lopputulokset) välistä yhteyttä. Analyysit suoritettiin useassa vaiheessa perustuen alustavaan malliin, joka sisälsi iän, sukupuolen, keskimääräisen valtimopaineen sekä kehon pituuden ja painon mukautukset (malli 1); lisäoikaisut mahdollisten sekoittavien tekijöiden, kuten tupakointiaseman (tupakoimaton, kevyt- ja raskas tupakoitsija, joka määritettiin tupakoitsijoiden sukupuoleen perustuvan päivässä poltettujen savukkeiden mediaanimäärän perusteella), alkoholinkäytön (tupakoimaton, kohtalainen ja raskas juominen, määritettynä juojien keskuudessa päivittäin nautittujen alkoholigrammien sukupuoleen perustuvalla mediaanimäärällä) ja rasvan saanti (prosentteina kokonaisenergiansaannista), ja/tai tutkittiin välivaiheessa olevia (eli determinanttien ja lopputuloksen välisellä reitillä olevia) muuttujia, kuten ruumiinpainon rasvaisuutta (ilmaistuna neljän ihopoimun summana). Myös Vo2maxin ja fyysisen aktiivisuuden väliset keskinäiset korjaukset suoritettiin, jotta voitiin arvioida paitsi valtimoiden jäykkyyden ja valtimoiden jäykkyyden välisten yhteyksien voimakkuutta toisistaan riippumatta myös niiden mahdollista sekoittavaa/välillistä roolia tutkituissa yhteyksissä.

Päävaikutusten arvioinnin jälkeen lisäsimme lineaarisiin regressiomalleihin vuorovaikutustermit tärkeimpien määrittävien tekijöidemme ja sukupuolen välille. Kun interaktiotermin todennäköisyysarvo oli merkitsevä (eli <0,05), tehtiin ositetut analyysit ja tulokset esitettiin erikseen miehille ja naisille. Kaikki analyysit tehtiin Statistical Package of Social Sciences, 10.1 for Windows (SPSS Inc.) -ohjelmalla.

Tulokset

Kardioreettinen kunto ja valtimoiden jäykkyys

Vo2max oli käänteisesti ja merkitsevästi yhteydessä PWV:hen sekä kimmoisassa aortoiliacussegmentissä että lihaksikkaassa aortodorsalis pedis segmentissä. Nämä yhteydet olivat vain hieman voimakkaampia lihassegmentin kanssa ja olivat riippumattomia (eli eivät sekoittuneet eivätkä välittyneet) elämäntapamuuttujista, kehon rasvaisuudesta ja fyysisestä aktiivisuudesta (taulukko 2).

Fyysinen aktiivisuus ja valtimoiden jäykkyys

Urheiluun liittyvä fyysisen aktiivisuuden pistemäärä oli käänteisesti ja merkitsevästi yhteydessä vain aortodorsalis pedis -segmentin PWV:hen (taulukko 3). Muiden elintapamuuttujien ja kehon rasvaisuuden mukauttaminen ei heikentänyt jälkimmäisen yhteyden voimakkuutta, joka kuitenkin väheni huomattavasti (≈40 %), kun Vo2max-arvo mukautettiin edelleen.

Käänteisesti ja vain miehillä havaittiin positiivisia yhteyksiä (ei-urheilullisen) vapaa-ajan fyysisen aktiivisuuden ja molempien valtimosegmenttien PWV:n välillä, joskin voimakkaammin ja merkitsevämmin vain aortoiliacussegmentin PWV:n kanssa (P=0,001 ja P=0,021 vuorovaikutukselle sukupuolen kanssa vapaa-ajan fyysisen aktiivisuuden ja PWV:n välisissä yhteyksissä aortoiliacussegmentin ja aortodorsalis pedis -segmentin välillä, vastaavasti). Myöskään nämä yhteydet eivät heikentyneet, kun muut elintapamuuttujat ja kehon rasvaisuus oli korjattu. Vo2maxin lisäsopeutus kuitenkin vahvisti yhteyksiä niin, että vapaa-ajan liikunnan ja aortodorsalis pedis -segmentin PWV:n välinen yhteys oli nyt merkitsevä. Työharrastuksen ja molempien segmenttien PWV:n välillä ei havaittu merkitseviä yhteyksiä.

Keskustelu

Tutkimuksemme tärkeimmät havainnot olivat, että kardiorespiratorinen kunto oli käänteisesti yhteydessä valtimoiden jäykkyyteen (PWV:llä mitattuna). Fyysisen aktiivisuuden määrän osalta vain urheiluun liittyvät fyysiset aktiviteetit olivat suotuisasti (eli käänteisesti) yhteydessä valtimoiden jäykkyyteen (ilmiö, jota välitti sydän- ja hengityskunto), kun taas vapaa-ajan fyysiset aktiviteetit, vain miehillä, olivat epäsuotuisasti (eli positiivisesti) yhteydessä valtimoiden jäykkyyteen. Kaikki nämä yhteydet olivat riippumattomia muista elämäntapamuuttujista ja kehon rasvaisuudesta. Tämä on ensimmäinen väestöpohjainen tutkimus, jossa raportoidaan sydän- ja verenkiertoelimistön kunnon ja fyysisen aktiivisuuden yhteydet (tutkimalla toistensa sekoittavaa ja/tai välittävää roolia suhteissa) valtimoiden jäykkyyteen samassa väestössä. Tämä on poistanut mahdollisuuden, että näin saatujen tulosten erot aiempiin raportteihin verrattuna johtuisivat erilaisesta tutkimusasetelmasta ja/tai valtimoiden ominaisuuksien mittausmenetelmistä.

Kardioreettisen kunnon ja valtimoiden jäykkyyden väliset vahvat yhteydet heijastavat pitkälti niitä yhteyksiä, jotka on raportoitu muissa väestöpohjaisissa tutkimuksissa, joissa on yhdistetty Vo2max-tasot ja valtimoiden jäykkyys nuoremmilla32 ja vanhemmilla aikuisilla17 sekä pienemmässä mittakaavassa tehdyissä tutkimuksissa.15,18,19 Lisäksi useat liikuntaharjoittelua koskevat tutkimukset ovat osoittaneet, että sydän- ja hengityskunnon paranemiseen liittyy suotuisia muutoksia valtimoiden jäykkyydessä sekä terveillä henkilöillä15,18,33 että sydänpotilailla34. Tällaisen harjoittelun on kuitenkin oltava luonteeltaan kardiovaskulaarista (ts. aerobista, suuriin lihasryhmiin liittyvää), koska on olemassa vakuuttavia todisteita siitä, että voimaharjoittelu (tai kestävyysharjoittelu) liittyy suurempaan valtimoiden jäykkyyteen.35-37 On kuitenkin epäselvää, pitääkö aerobisen liikunnan johtaa Vo2max-arvon nousuun, jotta se liittyisi suotuisasti valtimoiden adaptaatioihin.15,18,21,33 Kahdessa hiljattain tehdyssä interventiotutkimuksessa on todettu, että kolmen kuukauden aerobinen liikuntaharjoitteluohjelma vähensi merkittävästi valtimoiden jäykkyyttä, ja väitetty, että tämä valtimoiden jäykkyyden väheneminen oli riippumaton samanaikaisesta Vo2max-arvon noususta (ja muiden riskitekijöiden suotuisista muutoksista).15,18 Molemmissa tutkimuksissa nämä nousut olivat tosiaankin läsnä, ja toisessa tutkimuksessa ne olivat jopa merkitseviä,15 mutta valitettavasti ei ole esitetty tietoja, jotka olisivat tukeneet tällaista väitettä (ts. fyysisen aktiivisuuden nousun roolia itsenäisesti Vo2max-arvosta riippumatta). Tässä tutkimuksessa tilastollisten analyysien malleissamme käsiteltiin nimenomaan tätä kysymystä. Havaitsimme, että vain urheiluun liittyvät aktiviteetit (esim. hölkkääminen, uinti, tennis), jotka ovat määritelmällisesti korkeamman intensiteetin aktiviteetteja kuin vapaa-ajan aktiviteetit (esim. kävely, polkupyöräily), liittyivät suotuisasti valtimoiden jäykkyyteen, ja tämä yhteys välittyi pitkälti samanaikaisista Vo2max-tasoista. Tämä osoittaa, että valtimoiden jäykkyyteen liittyvät liikunnan hyödyt ovat todennäköisimmin saavutettavissa, jos nuorten aikuisten liikuntamääräykset tähtäävät Vo2max-arvon parantamiseen.

Vapaa-aikaan liittyvien liikuntaharrastusten ja valtimoiden jäykkyyden välillä havaittiin sitä vastoin epäsuotuisa yhteys, ja tämä oli jossain määrin sukupuolisidonnainen, sillä otoksemme miehillä, mutta ei naisilla, esiintyi johdonmukaisesti epäsuotuisia suhteita tämäntyyppisten liikuntaharrastusten ja PWV:n välillä. Vaikka selitys mekanismeille, jotka vaikuttavat sukupuolten väliseen eroon minkä tahansa tutkittavan tekijän ja valtimoiden jäykkyyden välisessä yhteydessä, voisi olla estrogeenistä riippuvainen ilmiö, tällainen selitys on tässä kohortissa epätodennäköinen (koska muita sukupuoleen liittyviä vuorovaikutuksia ei havaittu). Siksi oletimme, että ero miesten ja naisten vapaa-ajalla harrastamien liikuntamuotojen välillä voisi selittää tämän sukupuolieron. Tätä silmällä pitäen tarkastelimme tarkemmin neljää kohtaa, jotka vaikuttavat vapaa-ajan fyysisen aktiivisuuden pistemäärään: television katselu, kävely, pyöräily ja pyöräily töihin tai ostoksille ja takaisin. Havaitsimme, että television katselu vaikutti merkittävästi (P=0,006) enemmän miesten kuin naisten vapaa-ajan liikunta-aktiivisuuspisteytykseen, kun taas kävely vaikutti merkittävästi (P<0,001) enemmän naisten kuin miesten vapaa-ajan liikunta-aktiivisuuspisteytykseen, mikä vahvisti hypoteesimme.

Aktiivisuuspisteiden eriyttäminen työhön, vapaa-aikaan ja urheiluun liittyviin aktiviteetteihin oli tärkeä piirre tutkimuksessamme, jonka ansiosta saimme paremman käsityksen fyysisen aktiivisuuden ja valtimoiden jäykkyyden välisistä suhteista, jotka muutoin olisivat peittyneet yleisen, tottumuksen mukaisen kokonaisaktiivisuuspisteytyksen käytön vuoksi (tietoja ei ole esitetty). Liikuntakäyttäytymistä on vaikea mitata, ja itse ilmoitettuun liikunta-aktiivisuuteen liittyy muistamisharhaa ja virheellistä luokittelua (toisin kuin sydän- ja hengityskuntoon, joka voidaan mitata objektiivisesti laboratoriotekniikoiden avulla, kuten tässä tutkimuksessa). Tämä saattaa selittää valtimoiden jäykkyyden ja (urheiluun liittyvän) fyysisen aktiivisuuden välillä havaitut suhteellisen heikommat yhteydet kuin sydän- ja hengityskunnon välillä. Tästä rajoituksesta huolimatta tutkimuksemme osoittaa selvästi, että yksilöiden harjoittaman fyysisen aktiivisuuden yksityiskohtainen luonnehdinta (eli ei ainoastaan sen tiheys, kesto ja intensiteetti vaan myös aktiivisuuden laji) on olennaista ja että se on poimittava kyselylomakkeista, jotta fyysisen aktiivisuuden ja valtimoiden jäykkyyden välistä suhdetta voidaan ymmärtää paremmin.

Kardioreenisen ja hengitystievoiman kunnon ja valtimoiden jäykkyyden väliset yhteydet olivat elintapamuuttujista ja ruumiinpainon rasvapitoisuudesta riippumattomia. Muut mekanismit voivat siis selittää havaitut yhteydet. Muiden perinteisten kardiovaskulaaristen riskitekijöiden (kuten paasto-LDL-, HDL- ja kokonaiskolesterolin, tryglyseridien ja plasman glukoosipitoisuuden) lisäkorjaukset eivät vähentäneet raportoitujen yhteyksien voimakkuutta (tietoja ei ole esitetty). Ainoa muu muuttuja, joka vaikutti merkittävästi, oli leposyke (muutokset β=-0,18:sta β=-0,15:een aortoiliacussegmentissä ja β=-0,20:sta β=-0,13:een aortodorsalis pedis -segmentissä). Syke on osoittautunut tärkeäksi tekijäksi PWV:n yksilönsisäisessä vaihtelussa, ja siksi se olisi voinut olla merkittävä sekoittaja tutkituissa yhteyksissä.38,39 Vaihtoehtoisesti alhaisempi leposyke on tunnetusti sopeutuminen kestävyysharjoitteluun, ja siksi se voisi ainakin osittain olla yksi mekanismi, joka yhdistää korkean kardiorespiratorisen kunnon ja alhaisen valtimoiden jäykkyyden. Koska edellä raportoidut yhteydet pysyivät kuitenkin merkittävinä, myös muut tekijät voivat olla osallisina. Leikkausjännitysvoimiin sopeutuminen voi selittää sekä akuutin että kroonisen sopeutumisen harjoittelun aiheuttamaan sydän- ja hengityskunnon paranemiseen ihmisillä.40 Harjoittelun aikana verenkierto lisääntyy, mikä johtaa suurempiin intraluminaalisiin voimiin, mikä stimuloi endoteelistä vapautuvia verisuonia laajentavia tekijöitä, kuten typpioksidia (NO) ja prostasykliiniä41 . Tietyn rasituksen intensiteetin ollessa kyseessä valtimoveren virtausnopeuden kasvu on kuitenkin huomattavasti suurempaa vatsa-aortan distaalisessa kuin proksimaalisessa osassa42 , mikä voi siten selittää voimakkaamman yhteyden lihaksikkaan verrattuna elastisempaan segmenttiin ja kardiorespiratorisen kunnon välillä20,32,43 . Lisäksi muutokset kollageenin ja elastiinin suhteellisissa osuuksissa valtimon seinämässä aerobisen liikuntaharjoittelun44,45 seurauksena (erityisesti niissä valtimoissa, jotka kastelevat enemmän liikuntaa harrastavia raajoja)46 voisivat olla toinen mekanismi, joka selittäisi havaitut suotuisat yhteydet.

Näkemyksiä

Tutkimuksellamme on merkityksellisiä kliinisiä ja kansanterveydellisiä vaikutuksia. Tulostemme kliininen merkitys perustuu siihen, että sydän- ja hengityskunnolla voi olla merkittävä rooli valtimoiden jäykkyyteen liittyvien sairauksien, kuten vasemman kammion hypertrofian, sydämen vajaatoiminnan ja aivohalvauksen, etiologiassa. Sydän- ja verenkiertoelimistön kunto onkin vahva ja riippumaton riskitekijä sydän- ja verisuonitautikuolleisuuden ja kokonaiskuolleisuuden kannalta. Tämän tutkimuksen tulokset, jotka saatiin nuoressa ja ilmeisen terveessä aikuisväestössä, viittaavat siihen, että nämä hyödylliset yhteydet juontavat juurensa varhaiselämään, ja tukevat käsitystä, jonka mukaan valtimoiden jäykkyys voi olla syy-yhteydessä fyysisen kunnon ja jäykkyyteen liittyvän sairastuvuuden välillä. Näin ollen ja kansanterveyden näkökulmasta sydän- ja hengityskunnon parantaminen on tärkeä väline sydän- ja verisuonitautien primaaripreventiossa. Tämä voidaan saavuttaa harrastamalla liikuntaa säännöllisesti.

Footnotes

.