Poichè l'obesità può avere un ruolo cruciale nello sviluppo della disfunzione endoteliale, sono stati condotti degli studi per valutare il numero e l'attività delle EPCs umane circolanti negli individui obesi.
L’obesità riduce il numero di EPCs circolanti, ne compromette le capacità angiogeniche e si associa ad una alterazione reversibile della loro funzionalità 133.
Il numero e la funzione di queste cellule sono ridotti sia nei pazienti obesi che in una varietà di condizioni cliniche, quali l’insulino-resistenza, la sindrome metabolica e il DM tipo 2. È infatti noto che la resistenza all'insulina e il diabete mellito aumentino la disfunzione endoteliale indotta dall'obesità.
È stato esaminato l'impatto dell'obesità e della perdita di peso sulla capacità angiogenica e rigenerativa delle cellule progenitrici endoteliali (EPC), isolando EPCs da soggetti obesi normoglicemici, confrontati a soggetti di controllo magri in un programma di riduzione del peso corporeo e la funzione di EPC è stata testata sia in vitro che in vivo. È stato visto che l’obesità si associava ad una alterazione reversibile della funzionalità delle EPCs e ciò comportava una riduzione della secrezione di chemochine angiogeniche e una maggiore fosforilazione basale delle molecole di segnalazione, in particolare p38 MAPK 133.
Le EPCs circolanti sono correlate significativamente con diversi indici di adiposità in un ampio gruppo di individui pesantemente obesi, suggerendo un ruolo fondamentale del tessuto adiposo anormalmente espanso nel determinare i livelli circolanti di EPCs, significativamente diminuiti in pazienti con o senza diabete.
Nel 2008, Muller-Ehmsen et al. 134 dimostrarono per la prima volta, in una popolazione di soggetti obesi con una maggiore prevalenza di fattori di rischio cardiovascolare, quali il diabete, l'ipercolesterolemia e l'inattività fisica, che il numero di EPCs era inversamente proporzionale al peso corporeo, al BMI e alla circonferenza vita.
In uno studio successivo, effettuato su pazienti obesi candidati alla chirurgia bariatrica DM(+) e DM(−), è stata valutata la relazione tra gli indici antropometrici di adiposità (BMI e WC), le cellule progenitrici endoteliali (EPCs) definiti come cellule CD34+/KDR+/CD45, e lo spessore medio-intimale carotideo (IMT); inoltre è stato valutato se il rapporto tra la quantità di tessuto adiposo e le EPC circolanti influenzasse l'aterosclerosi subclinica, come pure è stato valutato
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l'effetto del diabete e della perdita di peso 135.
È stato visto che le EPCs erano direttamente correlate con il peso, il BMI, il WC e il livello di insulina, e inversamente correlate con l'IMT carotideo, confermando dunque il loro ruolo protettivo contro l'aterosclerosi ed anche nell'ambito dell'obesità grave.
Nello specifico, è stato riscontrato che le EPCs erano correlate positivamente a marcatori di adiposità nell’obesità grave, quando non complicata dal diabete, e che la perdita di peso era associata alla diminuzione del livello di EPCs, invece il diabete aveva un'azione modulante negativa. La correlazione significativa e positiva tra EPC e marcatori di adiposità, suggerisce un ruolo diretto del tessuto adiposo nel mediare la loro produzione o la loro liberazione. Un’altra 135 correlazione significativa è stata trovata tra EPC e livello di insulina a digiuno, suggerendo che l'insulina potrebbe essere il mediatore della mobilitazione di EPC nell’obesità grave non complicata da DM. L'insulina umana aumenta il potenziale clonogenico di EPC tramite l'attivazione del recettore del fattore di crescita insulino-simile1 (IGF1) e la terapia insulinica aumenta il numero di cellule progenitrici circolanti nel diabete mellito debolmente controllato.
Valutando il numero e l’attività delle EPCs circolanti in soggetti obesi rispetto a volontari magri, è stato visto che la loro riduzione numerica e la loro senescenza precoce potrebbero funzionare come primi contribuenti allo sviluppo e alla progressione della disfunzione vascolare nell'obesità 136.
È stata anche provata l'ipotesi che l'obesità sopprima il numero così come la capacità di angiogenesi delle EPCs circolanti compromettendo il recupero dell'endotelio danneggiato e sopprimendo la frazione di eiezione ventricolare sinistra (LVEF) con un aumento del rimodellamento del LV 137.
È stata studiata la correlazione tra perdita del peso e numero di EPCs ed è stato visto che la perdita del peso, dopo restrizione calorica associata o no ad attività fisica, portava ad un aumento del numero delle EPCs 138. Nello studio di Tsai et al. è stato valutato l'effetto di un programma di attività fisica personalizzata sul peso e sulle cellule progenitrici endoteliali circolanti (EPCs) dopo pochi mesi di attività fisica, ed è stato riscontrato un miglioramento significativo dei parametri antropometrici e un aumento del numero di EPCs in relazione alla perdita del peso 138.
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Laufs et al.139 nel 2004, furono il primo gruppo di ricerca a dimostrare che l'attività fisica portava ad un numero crescente di EPCs circolanti.
Studi più recenti forniscono prove che l'attività fisica, sia eseguita come singola sessione di esercizi o come parte di un programma di allenamento, si traduce in un aumento significativo dei livelli di EPCs circolanti 140. Inoltre, nei pazienti con malattia cardiovascolare, migliora notevolmente le caratteristiche dell’endotelio vascolare.
Tuttavia, per indagare e confermare i possibili effetti benefici dell'esercizio fisico sulle EPCs in CAD, sono necessari studi futuri con una più grande dimensione del campione.
È stato segnalato il ruolo fondamentale dell’irisina nella regolamentazione delle EPC e ciò potrebbe contribuire al miglioramento della funzione endoteliale nelle persone obese.
Questa miochina, indotta dall’esercizio fisico, è in grado di svolgere un ruolo terapeutico nell'obesità 141. È stata vista, infatti, una correlazione positiva tra l’aumento dei livelli di irisina e l’aumento dei livelli di EPCs dopo esercizio fisico e intervento alimentare.
Risultati controversi sono riportati a seguito della perdita di peso marcata indotta dalla chirurgia bariatrica (BS).
Secondo alcuni studi, nei pazienti con obesità grave, la pronunciata perdita di peso indotta dalla chirurgia bariatrica (BS), sembra indurre un aumento significativo del numero delle EPCs circolanti 142, secondo altri invece si vede che, dopo la chirurgia bariatrica, i livelli delle EPCs circolanti si riducono (BS) 135.
Sono state studiate le EPCs e la densità capillare in pazienti con obesità severa, tutti sottoposti a chirurgia bariatrica (BS), e in soggetti normotesi magri e in soggetti ipertesi magri come controlli 142, tutti non diabetici e con durata dell'ipertensione simile. Sia nell'ipertensione essenziale che secondaria e nell'obesità, è stata osservata una disfunzione endoteliale pronunciata in piccole arterie sottocutanee, quando valutata come vasodilatazione acetilcolina- indotta. Tutti i pazienti sono stati sottoposti a biopsia del grasso sottocutaneo durante la BS, mentre in cinque di essi, è stata ottenuta una seconda biopsia dopo una perdita di peso consistente, circa un anno dopo, nel corso di un intervento chirurgico per addominoplastica. I dati dello studio 142 suggeriscono dunque che i pazienti obesi esibiscono una rarefazione microvascolare e delle EPCs significativamente ridotte. La pronunciata perdita di peso indotta dalla BS sembra indurre un miglioramento significativo del numero di EPCs e del contenuto di collagene il quale si era normalizzato, ma non della rarefazione capillare o delle proprietà
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meccaniche dei piccoli vasi (relazione stress-strain) che erano simili nei pazienti obesi e nei controlli e solo in parte influenzate dalla perdita di peso. Una fibrosi pronunciata delle piccole arterie sottocutanee di resistenza è presente nei pazienti obesi, indipendentemente dalla presenza di valori pressori aumentati, e, coerentemente, la perdita di peso indotta dalla BS, può indurre una regressione quasi completa della fibrosi microvascolare.
È stata anche osservata, in questi pazienti, dopo la correzione chirurgica dell'obesità, una riduzione dello stress ossidativo e dell'infiammazione, come anche un miglioramento del profilo glicemico che lipidico, testimoniando che l'infiammazione e lo stress ossidativo sono degli ovvi candidati per spiegare la riduzione delle EPCs.
Due studi hanno mostrato un miglioramento significativo del numero di EPCs e un aumento dei livelli e delle attività delle cellule progenitrici endoteliali tardive (LOEPCs), un fenotipo di cellule endoteliali essenziale per la riparazione endoteliale.
Richards, P. et al. hanno valutato gli esiti della chirurgia bariatrica (BS) sulle cellule progenitrici endoteliali tardive (LOEPCs) 143, arruolando pazienti con indice di massa corporea >35 kg/m2 e diabete mellito di tipo 2. Hanno analizzato LOEPCs isolate dal sangue periferico per quanto riguardava la loro crescita, funzione e respirazione mitocondriale e messo in evidenza che la chirurgia bariatrica (BS) aumentava il numero e l'attività di LOEPCs a 24 mesi dall'intervento, ciò è stato correlato al miglioramento dell'indice di massa corporea, del profilo metabolico insulinico e dei trigliceridi. A 24 mesi è stato visto che anche la respirazione mitocondriale mostrava una tendenza al miglioramento rispetto al basale, con un aumento del 36%.
Perciò la riduzione del peso corporeo con gli interventi dietetici, l’esercizio fisico e la chirurgia bariatrica (BS), mostrano una correlazione con il miglioramento della funzione endoteliale.