Kolesterolihiukkasten koolla ei ole väliä

Kolesterolikirjoituksiani seuranneissa keskusteluissa yksi kysymys on ylivoimaisesti muita yleisempi: mitä merkitystä on “pahojen” LDL-hiukkasten koolla? On olemassa tutkimuksia, jotka näyttävät viittaavan siihen, että ainoastaan pienet hiukkaset ovat haitallisia. Tähän törmää niin harrastajien kuin ammattilaistenkin keskuudessa. Ikimuistoisin omakohtainen kokemukseni on, kun kuultuaan mitä teen työkseni, työterveyslääkärini katsoi aiheelliseksi pitää minulle esitelmän siitä, että tulevaisuudessa keskitymme pelkästään kokomääritykseen.

Silloin havahduin siihen, että tämä asia todellakin vaatii perusteellisen selvityksen ja se tulee nyt tässä.

Biologinen perspektiivi

Ennen kun lähdetään pureutumaan LDL-hiukkasten kokoon, on tärkeää muistaa edellisten kirjoitusteni sanoma. Ensinnäkin valtimotaudin kehittymisessä olennaista on hiukkasten takertuminen valtimoiden seinämään. Tämä on välttämätön ja yksistään riittävä tapahtuma aloittamaan koko prosessi. Kiinnittymisestä vastaa LDL-hiukkasen rakenneproteiini, apoB. Se ei muutu, olipa partikkeli minkä kokoinen hyvänsä. Proteiinin rakenteesta johtuen voidaankin sanoa, että kaikki apoB:tä sisältävät hiukkaset voivat aiheuttaa valtimotautia. Tutkimusjargonilla sanottuna ne ovat siis aterogeenisia. Tähän ryhmään kuuluvat maksan tuottamat lipoproteiinit, jotka syntyvät VLDL-hiukkasina, muuttuvat ensin IDL- ja lopulta LDL-hiukkasiksi.

Toinen viesti aikaisemmissa kirjoituksissani oli se, että ylimääräinen kolesteroli itsessään ylläpitää tulehdusta sakkautumalla teräviksi kolesterolikiteiksi. Tämäkään ei ole riippuvainen hiukkasten koosta – kaikenkokoisissa apoB:tä sisältävissä hiukkasissa on kolesterolia. Kun sitä kertyy tarpeeksi yhteen paikkaan, saostumiskynnys ylittyy ja seurauksena on kiteitä.

Jo tätä yleistä taustaa vasten nähdään, että patologisessa mielessä koolla ei ole väliä.

Aikaisemmissa kirjoituksissa hyppäsin suoraan siihen, minne hiukkaset takertuvat eli proteoglykaaniverkkoon. Tätä kuitenkin edeltää valtimoiden sisimmän solukerroksen eli endoteelin ylitys. Tässä vielä kuva aikaisemmasta kirjoituksesta:

Endoteeli on yhden solun paksuinen kerros, joka peittää kaikkien valtimoiden sisäpintaa aina sen pienimpiä haaroja myöten. Voidaan ajatella, että endoteeli on kuin yksi elimistön suurimmista yhden solutyypin kudoksista, jonka pinta-ala on valtava. Sillä on myös runsaasti fysiologisia tehtäviä. Se mm. tuottaa typpioksidia, joka vastaa koko valtimon reaktiivisuudesta. Reaktiivisuus tarkoittaa sitä, miten valtimo kykenee laajenemaan ja supistumaan vasteena erilaisiin vaatimuksiin. Sivuhuomiona mainittakoon että esimerkiksi sepelvaltimotautia sairastavien käyttämät nitrot lisäävät typpioksidin määrää, mikä laajentaa sepelvaltimoita helpottaen ahtautuneiden valtimoiden verenkiertoa (korjaus 23.12.17, kts kommentit). Samankaltaiseen mekanismiin perustuu myös Viagra, joka helpottaa verenkiertoa hieman eri paikassa.

Endoteelin tehtäviin kuuluu myös toimia portinvartijana ja säädellä verestä valtimon seinämään kulkevien ravinteiden, hormonien ja muiden tärkeiden aineiden kulkua. Tähän joukkoon kuuluvat LDL-hiukkasetkin. Syvemmällä valtimon seinämässä olevat sileälihas- yms solut voivat pienissä määrin hyödyntää ylimääräistä LDL-kolesterolia mutta todennäköisesti ne eivät kuitenkaan ole millään tavalla riippuvaisia siitä. Jos LDL-hiukkasia kulkee seinämässä pieniä määriä, juuttumisen todennäköisyys on pieni eikä ongelmia pääse syntymään.

Jotta LDL-hiukkaset pääsisivät kulkemaan endoteelisolujen läpi, sille on oltava kuljetusjärjestelmä. Tätä kutsutaan transsytoosiksi.

Transsytoosissa endoteelisolu ensin syö sisäänsä LDL-hiukkasen. Sitten se kulkeutuu solun läpi, jossa seuraa sen erittäminen ulos solun toiselta puolen. Tästäkin on olemassa hienoja mikroskooppikuvia:

Transsytoosissa on vielä paljon tutkittavaa. Ei esimerkiksi ole selvyyttä siitä, mitkä kaikki reseptorit vastaavat sen säätelystä. Näyttää kuitenkin siltä, että transsytoosi pystyy hoitamaan kaiken kokoisten LDL-hiukkasten kuljetuksen. On esitetty, että tällaisten reittien lääkkeellinen estäminen voisi olla tehokas tapa ehkäistä sepelvaltimotaudin kehittymistä.

Transsytoosi ei kuitenkaan ole ainoa reitti endoteelin läpi.

Endoteeli on elävää ja jatkuvasti uusiutuvaa kudosta. Siksi siellä tapahtuu myös ohjelmoitua solukuolemaa eli apoptoosia. Yhden solun kuollessa, se jättää hetkellisesti solun mentävän aukon, ennen kuin sen peittää vieressä jakautuva tai verenkierron mukana tuleva kantasolu.

On myös olemassa tilanteita, jolloin endoteelin on “avauduttava” päästääkseen läpi kokonaisia muita soluja! Tällainen tilanne on esimerkiksi tulehduksessa. Jos endoteelin alla kytee tulehdus (kuten valtimotaudissa ja muissakin tilanteissa käy), endoteelisolut löysentävät toistensa välisiä liitoksia, jotta paikalle rynnistävät tulehdussolut pääsevät ahtautumaan pienistä väleistä seinämän sisään taisteluun.

Useiden tutkimusten mukaan sekä apoptoosin tuottamat reiät, että solujen välisten liitosten avautuminen ovat myös tärkeitä reittejä, joita pitkin LDL-hiukkaset pääsevät endoteelin läpi. Aikaisemmin kalkkeutumiskirjoituksessani mainitsin, että valtimotaudin kehittyminen ei suinkaan ole sattumanvaraista – sitä esiintyy selvästi yleisimmin valtimoiden haarautumissa ja kaarteissa. Nämä alueet ovat alttiita verenvirtauksen hankaavalle kuormitukselle, joka muuttaa endoteelin läpäisevyyttä juuri edellä kuvatuilla tavoin.

Kysymys kuuluukin: minkä kokoiset hiukkaset pääsevät endoteelin rei’istä läpi?

Kuten apoB:n tarinassa, myös tässä on skandinaavisilla tutkijoilla keskeinen rooli. Tanskalainen professori Börge G. Nordestgaard on tätä nykyä yksi maailman johtavista valtimotautitutkijoista. Hän on tutkinut hyvin pitkään kysymystä siitä, minkä kokoiset hiukkaset mahtuvat valtimon seinämään ja toisaalta sitä, pääseekö sieltä hiukkasia karkuun. Nordestgaardin johtama ryhmä on julkaissut viime vuosina useita vakuuttavia tutkimuksia erittäin korkeatasoisissa lehdissä ja niissä hän on osoittanut, että verenkierron VLDL- hiukkasista ja kylomikroneista pilkkoutuvat nk. jäännöshiukkaset (engl. remnant lipoproteins) ovat myös valtimotautia aiheuttavia.

Jo 80-luvun alkupuolella tehtiin alustavia kokeita kaniineilla, missä todettiin että ihan kaikenkokoiset hiukkaset eivät suinkaan mahdu seinämään. Pikkuhiljaa opittiin, että jos kaniineilla oli korkeat triglyseridiarvot (paljon isoja VLDL-hiukkasia), niille ei kehittynyt merkittävää valtimotautia. Kuitenkin jos niille alettiin sen lisäksi syöttää ruokavaliossa kolesterolia (nostaa kaniineilla LDL-hiukkasten määrää), tämä alkoi jo aiheuttaa valtimotautia. Tämäkin viittasi siihen, että jokin kokorajoitus oli olemassa.

Vuonna 1988 Nordestgaard teki tutkimuksen, missä piikitti valtimotaudille alttiiden kaniinien verenkiertoon radioaktiivisella jodilla leimattuja erikokoisia lipoproteiineja. Merkintä tehtiin sen vuoksi, että radioaktiivista merkkiainetta on helppo mitata kudoksista. Tutkimus osoitti, että yli 75 nanometrin (nm) kokoisia hiukkasia ei löytynyt kaniinien valtimoiden seinämistä juuri lainkaan, kun taas alle 75 nm kokoluokka mahtui sinne hyvin.

Pari vuotta myöhemmin seurasi tutkimus, mikä saisi tänä päivänä minkä tahansa tutkimuseettisen lautakunnan niskavillat pystyyn. Nordestgaard kumppaneineen toisti tämän koeasetelman ihmisillä! Siihen värvättiin vapaaehtoisia, joilta poistettiin kaulavaltimosta pätkä ahtauman vuoksi. Ennen operaatiota tutkijat ruiskuttivat näihin urheisiin koehenkilöihin radioaktiivisella jodilla leimattuja eri kokoisia lipoproteiineja. Kun kaulavaltimon pätkät saatiin tarkasteltavaksi, niistä voitiin mitata radioaktiivisuuden määrä. Tulokset osoittivat, että myös LDL-hiukkasia suuremmat lipoproteiinit (IDL-hiukkaset) pääsevät kertymään valtimon seinämään – joskin vähäisemmissä määrin.

Vaikka käytetyt radioaktiivisen jodin pitoisuudet olivat pieniä ja niitä käytetään muuallakin lääketieteessä (kuitenkin yhä vähenevässä määrin), jokainen voi miettiä omalle kohdalleen suostumustaan tällaiseen tutkimukseen. Kyllä tiede on hienoa mutta hienoimpia ovat ne vapaaehtoiset, jotka pistävät kroppaa likoon uuden tiedon vuoksi!

Sittemmin useammat tutkimukset ovat päätyneet siihen, että valtimotautia aiheuttavien hiukkasten kokoraja liikkuu n. 70 nm paikkeilla.

Jos tässä vaiheessa pää on jo pyörällä erikokoisista lipoproteiineista ja niiden lyhenteistä, tässä yhteenveto, mihin olen piirtänyt erikokoiset lipoproteiinit, niiden koot ja tuon aterogeenisen kokorajan:

Tästä perspektiivistä nähdään, että puheet “isoista” ja “pienistä” LDL-hiukkasista luo harhaanjohtavia mielikuvia. Kyse on ennemminkin siitä, että vertaillaan mahtuuko koripallokorin renkaasta läpi paremmin jääpallo vai pesäpallo. Tilaa on reilusti molemmille.

Biologisessa mielessä homma on siis selvä – sekä isot että pienet LDL-hiukkaset mahtuvat valtimon seinämään. Tämä kuitenkin jättää auki ison kysymyksen siitä, miksi on olemassa paljon tutkimuksia, missä nähdään sydäntautiriski ainoastaan pienillä hiukkasilla?

Paljon melua väestötutkimuksista

Tähän asti olemme käyneet läpi pääasiassa kokeellista perustutkimusta. On käytetty koe-eläimiä, soluviljelyitä ja jopa ihmisiä. Näillä ei kuitenkaan voida ottaa kovin suoraa kantaa sydäntautiriskiin, sillä sen kehittyminen kestää vuosikymmeniä. On mahdotonta tehdä näin pitkiä kokeellisia tutkimuksia, missä esimerkiksi seurattaisiin hiukkasten kertymistä valtimoihin suorin keinoin.

Apuun tulee tieteenala nimeltään epidemiologia. Siinä tutkitaan väestöaineistoissa esiintyviä altistumisia ja niiden mahdollisia seurauksia. Tulokset ilmoitetaan yleensä joko kohonneena tai laskeneena riskinä.

Myös erikokoisten LDL-hiukkasten riskitekijävaikutusta on tutkittu epidemiologian keinoin. Ja kuten joskus saa lukea, useissa tutkimuksissa on nähty että ainoastaan pienet hiukkaset lisäävät riskiä. Isot vaikuttavat harmittomalta.

Kuitenkin, kuten edellisestä kirjoituksesta voitiin lukea, biologisesti tässä ei ole mitään järkeä sillä sekä “isot” (yli 25 nm), että “pienet” (alle 25 nm) hiukkaset ovat reilusti alle aterogeenisen kokorajan (70 nm).

Mekanismejakin on tutkittu, eivätkä ne ainakaan helpota tulkintaa. On esimerkiksi havaittu, että pienet LDL-hiukkaset ovat herkempiä hapettumaan, mikä tekee niistä erityisen herkullisia kohteita elimistön puolustussoluille. Tämän lisäksi on esitetty, että pienet LDL-hiukkaset sitoutuvat huonosti niitä verestä poimiviin LDL-reseptoreihin, jolloin niille jää enemmän aikaa aiheuttaa tuhojaan. Toisaalta on näytetty, että SEKÄ pienet, ETTÄ isoimmat LDL-hiukkaset sitoutuvat yhtälailla huonosti reseptoreihinsa, jolloin ne voivat jäädä verenkiertoon pyörimään. Tiedetään myös, että familiaalista hyperkolesterolemiaa sairastavilla henkilöillä kolesterolipitoisuus (ja sen myötä sydäntautiriski) on geneettisistä syistä suurentunut ja heillä LDL-hiukkaset ovat muita suurempikokoisia.

Nämä seikat ja pari arvovaltaista kirjallisuuskatsausta ovatkin jo muutamia vuosia sitten latistaneet tiedeyhteisön mielenkiinnon LDL-hiukkasten kokomääritystä kohtaan. Sen on todettu olevan kliinisesti hyödytön.

Silti edelleen näkee paljon julkaisuja, missä esitetään, että pienet LDL-hiukkaset olisivat itsenäinen riskitekijä. Joskus tämä väittämä tulee vastaan internetissä meemin lailla kiertäen, eli se esitetään ikään kuin itsestäänselvänä faktana. Ilman lähdeviitteitä tietenkin.Perimmäinen syy on valitettavan tekninen, mutta yritän selventää parhaani mukaan. Nyt siis nenää lähemmäs näyttöä, sillä sukellamme syvemmälle kolesterolitutkimuksen syövereihin!

Keskeinen ongelma pienten vs. suurten LDL-hiukkasten epidemiologisessa tutkimuksessa on niiden mittaamiseen käytettävä menetelmien kirjo. Harhaanjohtavat tulokset perustuvat yleensä nk. gradienttigeelielektroforeesimenetelmään. Siinä verestä eristetyt lipoproteiinit upotetaan erityislaatuiseen geeliin, jonka tiheys muuttuu tasaisesti. Järjestelmään kytketään sähkövirta, jonka vaikutuksesta lipoproteiinit alkavat mönkiä geelin läpi. Mitä pienempiä ja tiheämpiä hiukkasia, sen pidemmälle ne pääsevät yhä tihenevässä geelissä. Isommat lipoproteiinit kulkeutuvat hitaammin, joten erikokoisten hiukkasten välille muodostuu ero.

Tämän menetelmän avulla saadaan yhdestä ihmisestä esiin hänen veressään kiertävien LDL-hiukkasten keskimääräinen kokojakauma. Toiseen henkilöön verrattuna hänen hiukkasensa ovat joko keskimäärin suurempia tai pienempiä, ja tätä voidaan verrata sydän- ja verisuonitautiriskiin.

Geelipohjaisen kokomäärityksen ongelma on siinä, että analyysissä menetetään erittäin tärkeä tieto siitä, kuinka paljon hiukkasia on.

Hiukkasten pieni keskikoko voi siis muodostua kahdella eri tavalla: vähän isoja hiukkasia TAI paljon pieniä. Geelipohjainen erottelumenetelmä ei tee eroa näiden välillä mutta todellisuudessa vain jälkimmäinen tapaus nostaa riskiä suurentuneen LDL-hiukkasmäärän vuoksi. Ja jotta soppa olisi valmis, isot ihmisjoukot sisältävät aina molempia tapauksia.

Tästä muodostuu epidemiologisten tutkimusten kannalta olennainen ongelma: pienten ja suurten hiukkasten välillä vallitsee biologinen riippuvuussuhde.

Kun henkilön veren triglyseridiarvot ovat koholla (kuten esim. 2-tyypin diabeetikoilla usein on), maksa tuottaa enemmän sellaisia VLDL-hiukkasia, jotka kutistuvat nopeammin. Nyrkkisääntönä voi muistaa, että “LDL-hiukkaset kutistuvat triglyseridien meressä”. Kolesterolia voi olla hiukkasissa yhteensä yhtä paljon, mutta niitä kuljettavia hiukkasia voi olla eri määrä. Kun pienten määrä kasvaa, suurten vähenee ja päinvastoin.

Tässä kuvasarja, joista käy ilmi miten toisistaan riippuvat tekijät sekoittavat tulkintoja väestötutkimuksissa:

Kuvista nähdään, että kun tarkastellaan sydän- ja verisuonitautiriskiä, pienten ja suurten hiukkasten välinen biologinen yhteys peittää suurten hiukkasten itsenäisen yhteyden sairastumisriskiin, MIKÄLI tarkastelussa ei oteta huomioon hiukkasten määrää.

Tai ainakin näin voisi olettaa. Tieteessä ei kuitenkaan uskota mitään, ennen kun se on todistettu. Onko siis olemassa tutkimuksia, jotka tarkastelevat nimenomaan tätä kysymystä?

Onneksemme on.

Jotta päästäisiin eroon tästä sekamelskasta, tutkimuksissa on käytettävä geeliä parempaa menetelmää. Tarkemmin ottaen sellaista mikä antaa myös tietoa hiukkasten lukumäärästä.

Yksi tällainen menetelmä on nimeltään ydinmagneettiresonanssispektroskopia, eli tuttavallisemmin NMR. Siinä verinäyte altistetaan erittäin suuritehoiselle magneetille, joka saa näytteen atomien ytimet värähtelemään niiden ympäristönsä sanelemalla tavalla. Tämä värähtely mitataan ja tuloksena saadaan spektri, mistä voidaan lukea tarkasti hyvin monenlaisia näytteen sisältämiä rakenteita aina yksittäisistä molekyyleistä kokonaisiin lipoproteiineihin.

NMR pystyy lukemaan samalla kertaa verinäytteestä paitsi LDL-hiukkasten koon, myös niiden määrän. Kun tätä menetelmää käytetään epidemiologisissa aineistoissa, on mahdollista tarkastella sekä isojen että pienten LDL-hiukkasten toisistaan riippumatonta itsenäistä riskitekijävaikutusta.

Ensimmäisenä tähän kysymykseen tarttui tutkijalääkäri Samia Mora Harvardin yliopistosta. Vuonna 2007 hän osoitti juurikin tämän pienten ja suurten hiukkasten toisiaan sekoittavan ennustevaikutuksen valtimotautiin. Jatkotutkimuksessa hän näytti, että sekä pienet että suuret LDL-hiukkaset ennustivat myös kliinisiä verisuonitapahtumia toisistaan riippumatta ilman, että niiden välillä oli merkittävää eroa.

Mora on kirjoittanut kansainvälisen valtimotautitutkimusyhdistyksen (International Atherosclerosis Society, IAS) sivuille mainion kommentaarin, missä hän selventää tätä hämmennystä LDL-hiukkaskoosta. Oma epidemiologinen kuvasarjani perustuu alunperin Moran kirjoitukseen, mutta olen laajentanut sitä selkeyden vuoksi.

Tämän kysymyksen tarkasteluun on osallistunut myös suomalainen tutkijaryhmä, missä itsekin saan tällä hetkellä työskennellä. Vuonna 2015 julkaistussa tutkimuksessa kartoitettiin monen muun metabolisen muuttujan riskitekijävaikutuksen ohella myös erikokoisten LDL-hiukkasten merkitystä. Käytännössä mitään eroa suurten ja pienten hiukkasten välillä ei nähdä, kun huomioidaan se kuinka paljon niitä on.

Yhteenveto

Tietyissä piireissä LDL-hiukkasten kokoa pidetään tärkeänä juttuna. Joskus taustalla on selkeä ideologia: jos oma elämäntapa nostaa LDL-kolesterolin määrää, on keksittävä joku syy, miksi se ei olisi ongelma. Toisaalta tutkimusnäyttöä on sen verran, että se riittää hämäämään jopa monia terveydenhuollon ammattilaisia. Tunnustan itsekin joskus kuuluneeni tähän joukkoon. Kun ensimmäistä kertaa useita vuosia sitten aloin perehtyä partikkelikokotutkimukseen, pidin sitä varsin kiehtovana ja potentiaalisena tulevaisuuden suuntana. En ajatellut, että se täysin korvaisi LDL-hiukkasten mittauksen, vaan uskoin kokomäärityksen olevan siitä seuraava kehitysaskel joka voisi parantaa riskinarviota. Tämä on niitä asioita, missä on pitänyt muuttaa kantaa paremman tutkimusnäytön edessä.

Jos koko homma vaikuttaa sekavalta, onneksi tälle on olemassa kohtalaisen yksinkertainen lopputulema. Tämä koskee niin harrastajaa, kuin ammattilaistakin: LDL-hiukkasten määrällä on väliä. Sen jälkeen ei tarvitse välittää siitä, minkä makuisia, värisiä tai kokoisia ne ovat.