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International Journal of Rehabilitation Research:
Original articles

Oxidative stress before and after exercise conditioning in patients following surgical revascularization of the myocardium

ARAK-LUKMANN, AET1 *; ZILMER, MIHKEL2; MAAROOS, JAAK1; ZILMER, KERSTI2; VIHALEMM, TIIU2; KULLISAAR, TIIU2; VIDER, JELENA1

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Abstract

The main purpose of the study was to evaluate changes in the extent of oxidative stress and its associations with the indices of cardiorespiratory reserve and functional capacity in 35 patients enrolled in a 12-week exercise conditioning programme 2–4 weeks after surgical revascularization of the myocardium. The following markers of oxidative stress were measured spectrophotometrically before and after the programme: lipid peroxidation products (thiobarbituric acid reactive substances, diene conjugates and lipid hydroperoxide) and markers of blood antioxidant status (blood glutathione markers, blood antioxidative capacity and lag phase of low-density lipoprotein (LDL)). To evaluate the functional indices of the cardiorespiratory system the patients underwent bicycle cardiopulmonary testing before entering and after completing the programme. On the basis of peak oxygen consumption (peak VO2) ± 1 SD, three subgroups with different aerobic capacity were identified: ≥19 ml/min per kg (GR I, n = 7), 11–19 ml/min per kg (GR II, n = 24) and ≤11 ml/min per kg (GR III, n = 5). The extent of oxidative stress was markedly elevated in all subgroups. The most significant improvement occurred at the level of lipid peroxidation products and lag phase of LDL. The indices of cardiorespiratory reserve and exercise capacity demonstrated highly significant increases, while the most favourable modifications, considering both the biochemical and functional indices, were observed in patients with the lowest aerobic capacity.

L'objectif principal de cette étude était d'évaluer les modifications du degré de stress oxydatif et de ses relations avec les indices de réserve cardiorespiratoire et de capacité fonctionnelle chez 35 patients inclus dans un programme de 12 semaines de conditionnement à l'effort 2 à 4 semaines après avoir subi une revascularisation chirurgicale du myocarde. Les marqueurs suivants du stress oxydatif ont été mesurés par spectrophotométrie avant et après la revascularisation du myocarde : produits de peroxydation lipidique (substances réagissant avec l'acide thiobarbiturique, diènes conjugués et hydroperoxydes) et marqueurs de l'état antioxydant du sang (marqueurs du glutathion sanguin, capacité antioxydative du sang et phase de latence de l'oxydation des lipoprotéines de basse densité (LDL)). Les indices fonctionnels du système cardiorespiratoire ont été mesurés lors d'une épreuve d'effort cardiopulmonaire sur bicyclette avant et à la fin du programme de conditionnement. Les valeurs de la consommation maximale d'oxygène (VO2 maximale ± 1 ET) ont permis d'identifier trois sous-groupes de capacité aérobie différente : ≥19 ml/min/kg (GR I, n = 7), 11–19 ml/min/kg (GR II, n = 24) et ≤11 ml/min/kg (GR III, n = 5). Le degré de stress oxydatif a été nettement élevé dans les trois sous-groupes. L'amélioration la plus significative a été constatée au niveau des produits de peroxydation lipidique et du temps de latence de l'oxydation des LDL. Les indices de la réserve cardiorespiratoire et de la capacité à l'effort ont augmenté de façon hautement significative. D'autre part, les améliorations les plus favorables parmi les indices biochimiques et fonctionnels ont été enregistrées chez les patients présentant la capacité aérobie la plus basse.

Der Hauptzweck der Studie war die Beurteilung von Veränderungen des Ausmaßes an oxidativem Stress und sein Zusammenhang mit den Indizes der kardiorespiratorischen Reserve und Funktionskapazität bei 35 Patienten, die 2–4 Wochen nach einer operativen Revaskularisierung des Myokards in eine 12-wöchige Bewegungstherapiestudie aufgenommen wurden. Folgende Marker des oxidativen Stresses wurden spektrophotometrisch vor und nach dem Programm gemessen: Lipidperoxidationsprodukte (Thiobarbitursäure und reaktive Substanzen, Dienkonjugate und Lipidhydroperoxide) und Marker des Antioxidanzienstatus im Blut (Blut-Glutathionmarker, antioxidative Kapazität im Blut und Lag phase von Low-density-Lipoprotein (LDL)). Zur Beurteilung der funktionalen Indizes des kardiorespiratorischen Systems wurde bei den Patienten vor Aufnahme in das Programm und nach Abschluss des Programms eine fahrradergometrische Untersuchung vorgenommen. Anhand des maximalen Sauerstoffverbrauchs (peak VO2) ± 1 SD wurden drei Subgruppen mit unterschiedlicher aerober Kapazität identifiziert: ≥19 ml/min pro kg (GR I, n = 7), 11–19 ml/min pro kg (GR II, n = 24) und ≤11 ml/min pro kg (GR III, n = 5). Das Ausmaß des oxidativen Stresses war in allen Subgruppen deutlich erhöht. Die signifikanteste Verbesserung trat im Bereich der Lipidperoxidationsprodukte und der Lag phase von LDL auf. Die Indizes der kardiorespiratorischen Reserve und der körperlichen Leistungsfähigkeit ergaben hoch signifikante Anstiege, während die günstigsten Veränderungen, wenn man sowohl die biochemischen als auch die chemischen Indizes berücksichtigt, bei den Patienten mit der niedrigsten aeroben Kapazität festgestellt wurden.

El objetivo principal de este estudio fue evaluar los cambios en el grado de estrés oxidativo y su relación con los índices de reserva cardiorrespiratoria y de capacidad funcional en 35 pacientes inscritos en un programa de preparación física de 12 semanas de duración 2-4 semanas antes de someterse a revascularización quirúrgica del miocardio. Se determinaron antes y después del programa mediante espectrofotometría los siguientes marcadores del estrés oxidativo: productos de la peroxidación lipídica (sustancias reactivas al ácido tiobarbitúrico, dieno conjugados e hidroperóxidos lipídicos) y marcadores del estado antioxidante de la sangre (marcadores del glutatión en sangre, capacidad antioxidativa de la sangre y fase de retardo de las lipoproteínas de baja densidad (LDL)). Para evaluar los índices funcionales del sistema cardiorrespiratorio, se sometió a los pacientes a pruebas cardiopulmonares en bicicleta antes y después de participar en el programa. En función del consumo máximo de oxígeno (VO2 máximo) ± 1 DE, se identificaron tres subgrupos de capacidad aeróbica: ≥19 ml/min por kg (GR I, n = 7), 11–19 ml/min por kg (GR II, n = 24) y ≤11 ml/min por kg (GR III, n = 5). El grado de estrés oxidativo aumentó considerablemente en todos los subgrupos. La mejora más significativa se observó en los productos de la peroxidación lipídica y en la fase de retardo de las LDL. Los índices de reserva cardiorrespiratoria y de capacidad funcional registraron un aumento muy significativo, si bien los cambios más favorables, considerando tanto los índices bioquímicos como los funcionales, se observaron en los pacientes con menor capacidad aeróbica.

© 2002 Lippincott Williams & Wilkins, Inc.

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