A fruktózfogyasztás és a tüdő emfizéma lehetséges összefüggése

Tárgyak

A cikkhez írt javítás 2020. szeptember 25-én jelent meg

Ez a cikk frissült

Absztrakt

Bevezetés

A krónikus obstruktív tüdőbetegség (COPD) a morbiditás és a halálozás egyik fő oka világszerte, és az Egészségügyi Világszervezet 1 becslései szerint 2030-ra a harmadik vezető halálok lehet. A COPD egy olyan szindróma, amely számos különálló és egymást átfedő fenotípust foglal magában, amelyeket a légáramlás korlátozása és krónikus légzési tünetek jellemeznek 2. A COPD a környezeti tényezőknek való kitettség és a gazda tényezők, például a genetika, a légúti túlérzékenység és a gyenge tüdőfejlődés kölcsönhatásából adódik. A COPD hátterében álló fő morfológiai változások az emphysema, az obstruktív bronchiolitis és sok esetben a krónikus bronchitis. Az egyes kóros jellemzők relatív részvétele a betegek 2,3 között változik. Így sok COPD-ben szenvedő beteg különböző arányban kombinálja mind a „rózsaszín puffert” (több tüdőtágulat, tüdő hiperinfláció és dyspnoe), mind a „kék puffadót” (több krónikus hörghurut, expectoráció, magasabb testtömeg-index, magasabb szív- és érrendszeri gyakoriság). társbetegségek) klasszikus fenotípusok 2 .

A COPD nemcsak a tüdőt érinti. Az izmok diszfunkciója és a cachexia sok COPD-ben szenvedő betegnél megtalálható. Emellett számos betegség, például rosszindulatú daganatok, koszorúér-betegség, szívritmuszavarok, magas vérnyomás, pangásos szívbetegségek, cukorbetegség és metabolikus szindróma gyakrabban fordulnak elő a COPD-s betegek körében, mint a 4,5 általános populációban. Emiatt a COPD szisztémás betegségnek tekinthető. Az együtt élő betegségek rontják a COPD-betegek funkcionális állapotát, életminőségét és túlélését 2,6. Két hipotézist javasolnak a COPD és a pulmonális kívüli megnyilvánulásai és a társbetegségek közötti kapcsolat magyarázatára. Az első a szisztémás megnyilvánulásokat és a társbetegségeket a COPD-s betegek tüdejében előforduló gyulladásos és jóvátételi események szisztémás „átterjedésének” eredményeként tekinti, míg a második hipotézisben a COPD-t szisztémás gyulladásos betegségnek tekintik, amely több szervet foglal magában, a tüdő megnyilvánulása az egyik oldala 5. Mindkét hipotézis azt jósolja, hogy a tartós gyulladás csillapítása csökkenti a COPD és az extrapulmonális megnyilvánulások súlyosságát annak ellenére, hogy a gyulladásos események elsődleges forrása tekintetében jelentős eltérések vannak.

A COPD-ben szenvedő betegek sztatinokkal történő kezelése - a koleszterinszint-csökkentő szerek egy csoportja, amelynek gyulladáscsökkentő tulajdonságai vannak 7 - csökkenti a rák, a COPD vagy a szív- és érrendszeri betegségek miatti halálozást és halálozást, valamint a COPD exacerbációinak gyakoriságát 8,9. Érdekes módon az étkezési rostok, valamint a gyümölcsök és zöldségek magas fogyasztása alacsonyabb COPD-kockázattal jár együtt azoknál az egyéneknél, akiknél (jelenleg vagy korábban) cigarettáznak 10, 11, míg a rosttartalmú ételekben gazdag étrend jobb tüdővel jár funkció a dohányzástól függetlenül 12. Ezek az eredmények alátámasztják azt az elképzelést, hogy a gyulladásos események farmakológiai vagy nem farmakológiai megközelítéssel történő csillapítása előnyös lehet a COPD-s betegek számára. Azt is javasolják, hogy az étrendi tényezők az oxidatív stresszre és a gyulladásra gyakorolt hatásuk miatt módosíthatják az ember hajlamát a COPD ismert kockázati tényezőire.

Eredmények

Testtömeg-növekedés

12 hét elteltével az összes csoportba tartozó állatoknál nőtt a testtömeg. A fruktóz bevitele okozta a legnagyobb növekedést, míg a dohányzás a legkisebb súlygyarapodás növekedésével járt. A füst és a füst + fruktóz csoportba sorolt állatok súlygyarapodása szignifikánsan alacsonyabb volt, mint a kontroll és a fruktóz csoportba sorolt alomtárs súlya (1. ábra).

Élelmiszer-, víz- és kalóriabevitel

Az expozíció CS vagy fruktóz megváltoztatott táplálék, folyadék és kalória bevitel miatt. A füst csoport kevesebb ételt fogyasztott, mint a kontroll csoport (2A. Ábra), míg a fruktóz csoport csökkentette az élelmiszer-bevitelt, összehasonlítva a kontroll vagy a füst csoportokkal (2A. Ábra). Az ételfogyasztás alacsonyabb volt a Smoke + Fruktose csoportban, mint bármelyik kezelés önmagában (2A. Ábra). A vízbevitel nagyobb volt a fruktóz csoportban a kontroll, a füst vagy a füst + fruktóz csoportokhoz képest (2B. Ábra). Ezzel szemben a Füst csoport kevesebb vizet fogyasztott, mint a kontroll csoport (2B. Ábra). Mind a Füst, mind a Fruktóz csoportok csökkent kalóriabevitelt mutattak a kontroll csoporthoz képest (2C. Ábra). A Kalória-bevitel alacsonyabb volt a Smoke + Fruktose csoportban, mint bármely más kezelés (2. ábra C).

Légzésmechanika

A fruktóz csoport a Raw növekedését mutatta a Smoke csoporthoz képest (3A. Ábra) és a Htis csökkenését a kontroll csoporthoz képest (3B. Ábra). A kezelési csoportok között nem volt szignifikáns különbség a Gtis-ben (3C. Ábra).

A BALF és a tüdőszövet citológiai profilja

A CS-nek való kitettség növelte a BALF gyulladásos sejtjeinek számát. A gyulladásos sejtek teljes száma mind a füst, mind a füst + fruktóz csoportokban nőtt a kontroll csoporthoz képest (4A. Ábra). Ez a növekedés a makrofágok miatt következett be, amelyek megnövekedtek a Füst és a Füst + Fruktóz csoportokban (4B. Ábra). Nem volt szignifikáns különbség a neutrofilek vagy a limfociták számában a BALF-ben a csoportokban (az adatokat nem közöljük). A fruktóznak való kitettség nem változtatta meg a BALF gyulladásos sejtjeinek számát. CS-nek vagy fruktóznak való kitettség növelte a mononukleáris sejtek számát a tüdő parenchymájában (5A. Ábra). Nem volt szignifikáns különbség a PMN-sejtek számában a tüdő parenchymájában a csoportok között (5B. Ábra).

Tüdő szövettan

CS-nek vagy fruktóznak való kitettség az Lm növekedését eredményezte. Mind a Füst, mind a Fruktóz csoport az Lm növekedését mutatta a kontroll csoporthoz képest (6. ábra). A CS és a fruktóz kombinációja még tovább növelte az Lm-t (6. ábra). A fruktóznak való kitettség csökkentette a kollagén rostok tartalmát a tüdőben. Mind a Fruktóz, mind a Füst + Fruktóz csoport a kollagén rostok tartalmának csökkenését mutatta a kontroll és a füst csoportokhoz képest (7A. Ábra). A Smoke + Fruktóz csoport a tüdőben lévő rugalmas szálak tartalmának csökkenését is megmutatta (7B. Ábra).

A citokinek elemzése a BALF-ben

A füst és a fruktóz csoportok a BALF leptin szintjének növekedését mutatták a kontroll csoporthoz képest (1. táblázat). A fruktóz-expozíció önmagában vagy a CS-vel kombinálva növelte az adiponektin szintjét (1. táblázat). A Smoke + Fruktose csoport az IL-1ra szint növekedését mutatta a kontroll csoporthoz képest (1. táblázat). Nem volt statisztikailag szignifikáns különbség az IL-10, IL-6, IL-1β és TNF-α szintjeiben a BALF-ben a csoportok között (1. táblázat).

A citokinek elemzése a vérplazmában

A füst + fruktóz csoportban a plazma leptinszintje csökkent a kontroll és a fruktóz csoporthoz képest (1. táblázat). A fruktóz lenyelése CS expozícióval vagy anélkül az IL-10 szint emelkedésével járt (1. táblázat). A fruktóz-expozíció emelte az IL-6 szintet is (1. táblázat). A fruktóz csoport az IL-1β szint növekedését mutatta az összes többi csoporthoz képest (1. táblázat) és az IL-1ra szint csökkenését a kontroll csoporthoz képest (1. táblázat). A vérplazmában az adiponektin és a TNF-α szintjeiben nem volt statisztikailag szignifikáns különbség a csoportok között (1. táblázat).

A citokinek elemzése az izomhomogenátumban

A fruktóznak való kitettség növelte a leptin és az adiponektin szintjét az izomhomogenátumban, függetlenül a CS-expozíciótól (1. táblázat). Az IL-10 szintje mind a fruktóz, mind a füst + fruktóz csoportokban nőtt a kontroll és a füst csoportokhoz képest (1. táblázat). A fruktóz táplálása a CS-expozíciótól függetlenül megemelte az IL-6 szintjét az izomhomogenátumban (1. táblázat). Mind a fruktóz, mind a füst + fruktóz csoportok az IL-1β szint növekedését mutatták a kontroll vagy a füst csoportokhoz képest (1. táblázat). A Fruktóz csoport a TNF-α szint növekedését mutatta a Smoke csoporthoz képest (1. táblázat). A Smoke + Fruktose csoportban nőtt a TNF-α szint a kontroll és a füst csoportokhoz képest (1. táblázat). A csoportok között nem volt statisztikailag szignifikáns különbség az izomhomogenátum IL-1ra szintjeiben (1. táblázat).

Vita

A fruktózzal megterhelt állataink által bemutatott tüdőkárosodás hasonlóságot mutat a CS-expozíció által okozott emfizémával, mivel mindkettőjükre jellemző a megnövekedett Lm és Htis. Azonban ebben a vizsgálatban a CS-nek kitett egerekkel ellentétben a fruktóznak kitett egereink fokozott légúti ellenállást és csökkentett kollagénrost-tartalmat mutatnak az alveoláris septumokban. Csoportunk korábbi munkája kimutatta, hogy a CS-nek kitett C57BL/6 egereknél tüdőemfizéma alakul ki anélkül, hogy a légutak ellenállásában jelentős változásokat mutatna 23. Ezenkívül egy, az emberi tüdőszövet 24 mintáit használó tanulmány és csoportunk megfigyelései a kísérletileg kiváltott 23, 25 emfizéma egérmodelljeivel kimutatták, hogy a CS által kiváltott emfizéma az alveoláris fal kollagéntartalmának növekedésével jár. A fruktózzal társult tüdőelváltozás ezen sajátosságai arra utalnak, hogy a fruktózterhelés és a CS-expozíció különböző patofiziológiai mechanizmusokra támaszkodik az alveoláris elváltozás előidézésére.

Az alveoláris szepták légúti rezisztenciájának és kollagéntartalmának különbsége mellett a fruktózzal töltött egereink megkülönböztető profilú leukocitákat mutatnak a BALF-ben és a tüdő parenchymájában, összehasonlítva a CS-nek kitett alomtársakkal. A CS-nek való kitettség növeli a gyulladásos sejtek számát a BALF-ben a megnövekedett makrofágok miatt, a neutrofilek és a limfociták számának jelentős változása nélkül. Ezzel szemben a fruktózterhelés nem változtatja meg a sejtek számát vagy összetételét a BALF-ben. Figyelemre méltó, hogy mind a CS-expozíció, mind a fruktózterhelés a tüdő parenchymába beszivárgó mononukleáris sejtek számának növekedését okozza. A CS és a fruktóz expozíció közötti különbség a BALF citológiai mintázatában azzal magyarázható, hogy a CS és a fruktóz expozíció hogyan okozza a tüdő parenchyma gyulladását. Az előbbiben a CS által okozott irritáció a légúti epitheliumon és az alveoláris felületen gyulladásos sejteket toboroz a tüdő parenchimájába és az alveoláris térbe, míg az utóbbi esetben a fruktóz lenyelése máshol gyulladásos választ okoz, amely a tüdő parenchimájába terjed, és csak ebben a szövetben halmozódik fel mononukleáris sejtek felhalmozódása.

A CS-nek kitett BALF egerekben a leptin megnövekedett koncentrációját leszámítva nincs jelentős változás a citokin profilban. Ezzel szemben a fruktózzal táplált egerek a citokin profiljában többszörös változást mutatnak. Az IL-10, IL-6, IL-1β és TNFα megnövekedett koncentrációja az izomhomogenátumban valószínűleg a krónikus fruktóz-túlterhelés okozta vázizom-gyulladás markere, miközben a leptin és az adiponektin ezen anyagban történő megemelkedett mennyisége védőnek tekinthető válasz a fruktóz által kiváltott metabolikus túlterhelés káros hatásainak korlátozására 26. Hasonlóképpen, az IL-10, IL-6, IL-1β megemelkedett koncentrációja és az IL-1ra csökkent koncentrációja a vérplazmában a fruktóz által kiváltott szisztémás gyulladásos állapot markerei lehetnek. Végül a leptin és az adiponektin magas koncentrációja a fruktózzal kitett egerek BALF-jében összefüggésben lehet a kollagén felhalmozódásával az alveoláris szeptumokban, mivel mindkettőről beszámoltak arról, hogy modulálják az extracelluláris mátrix kardiovaszkuláris szövetekben történő átalakítását .

Összefoglalva, kimutattuk, hogy a krónikus fruktózbevitel elősegíti a tüdő parenchima megsemmisülését és átalakulását, valamint a légzési mechanika károsodását, ami a BALF, a vérplazma és a vázizomzat megkülönböztető citokinprofiljaival társul. A makrotápanyag krónikus bevitele és a krónikus légzőszervi megbetegedések közötti közvetlen kapcsolat, amelyről ebben a tanulmányban számolunk be, szemlélteti az étkezési szokások és a nem fertőző betegségek közötti kapcsolat mélyebb megértésének fontosságát.

Mód

Állatkezelés és kísérleti protokoll

Hat-nyolc hetes hím C57BL/6J egereket biztosított a Sao Paulo Egyetem Orvostudományi Karának Állatkezelő létesítménye. Az állatokat véletlenszerűen osztottuk a négy kísérleti csoport egyikébe (n = 8–10 csoportonként): Kontroll; Füst; Fruktóz és füst + fruktóz, és ennek megfelelően 12 hétig kezeljük. Az állatokat négy-öt állattal rendelkező ketrecekben tartottuk 12 órás világos/sötét ciklus alatt, és megadtuk őket ad libitum élelmiszerhez és vízhez való hozzáférés. Szilárd táplálékként standard chow-t (2990 kcal/kg) adtunk. A fruktózkezeléshez rendelt egerek ivóoldatként 20% (tömeg/térfogat) fruktózt (Lowçucar®, PR, Brazília) kaptak. A fruktóz vagy a cigarettafüst (CS) expozíció ugyanazon a napon kezdődött.

A súlyt (g) minden egér esetében havonta egyszer regisztráltuk. A táplálékot (g · nap –1) és a vízfelvételt (ml · nap –1) hetente értékelték. A teljes kalóriabevitelt (kcal · nap −1) az étel súlya és a bevitt folyadék térfogata alapján számítottuk.

Ezt a vizsgálatot a São Paulo Egyetem (Sao Paulo, Brazília, 001/14 protokoll) Orvostudományi Karának Etikai Bizottsága hagyta jóvá, és minden állatkezelést és kísérletet az intézményünkben jóváhagyott eljárások szerint hajtottak végre.

Cigarettafüst kitettség

A Füst vagy a Füst + Fruktóz csoportokba sorolt állatokat 30 percig, napi kétszer, napi 5 napon át, egy héten, 12 héten keresztül testre szabott dohányzógéppel tesszük ki, a korábban közzétett 23. protokoll szerint. Az állatokat ebben a vizsgálatban 11 (± 1) kereskedelemben szűrt cigarettának (0,8 mg nikotin, 10 mg CO és 10 mg kátrány cigarettánként) tettük ki munkamenetenként. A kontroll és a fruktóz csoportokat szobai levegőnek tettük ki.

Légzésmechanika

Huszonnégy órával az expozíciós protokoll lejárta után az állatokat (50 mg/kg -1 intraperitoneális tiopentalis) tracheostomizáltuk és mechanikusan szellőztettük (FlexiVent, Scireq, Montreal, QC, Kanada). A légzési erőfeszítéseket a pancuronium (0,2 mg/kg -1 intraperitoneális) megszüntette. Az erőltetett oszcillációs technikát és az állandó fázisú modellt alkalmazták a légúti ellenállás (Raw), a szöveti csillapítás (Gtis) és a szöveti elasztancia (Htis) paraméterek 39 megszerzésére. A Gtis és a Htis értékeit a 40 testtömeg normalizálta .

Vérplazma gyűjtés

Az állatokat a hasi aorta szúrásával azonnal leválasztották a légzésmechanikai mérések után. A vért összegyűjtöttük, és 3000 g-vel 10 percig 5 ° C-on centrifugáltuk. A plazmát további elemzés céljából -80 ° C-on tároltuk.

Bronchoalveoláris mosófolyadék

A bronchoalveoláris öblítőfolyadék (BALF) mintákat a tüdő 3 × 0,5 ml steril 0,9% -os fiziológiás sóoldattal történő mosása után gyűjtöttük össze, és 900 g-on 10 percig 5 ° C-on centrifugáltuk. A felülúszót összegyűjtöttük és -80 ° C-on tároltuk a további elemzéshez, és a sejtpelletet 300 μl 0,9% -os sóoldatban szuszpendáltuk. A sejteket egy Neubauer-féle hemocitométer kamrával (Carl Roth, Karlsruhe, Németország) számoltuk meg, és a citológiai vizsgálatot tárgylemezenként 300 sejt vizsgálatával végeztük 1000x nagyítással, miután BALF mintákat készítettünk citocentrifuga tárgylemezeken és Diff Quick-rel festettük (Medion Diagnostics, Dündingen, Svájc) 41 .

Tüdő szövettan

A szövettani vizsgálatokhoz a tüdőt eltávolítottuk, és állandó, 20 cm H2O nyomáson rögzítettük 24 órán át. A tüdőszövet öt mikrométer vastag szakaszait festettük haematoxilinnal és eozinnal, hogy értékeljük a polimorfonukleáris (PMN) és a mononukleáris sejtek sűrűségét a tüdő parenchymájában 42, és hogy megmérjük az átlagos lineáris metszetet (Lm), amint azt korábban leírtuk 43. A kollagén és az elasztikus rostok tartalmát Sirius-Red vagy Oxidate Weigert Resorcin-Fuchsin festése után értékeltük. Azokat a területeket, amelyek pozitívak voltak a kollagén vagy az elasztikus rostok foltjai szempontjából, a korábbiakban leírtak szerint mértük, és a teljes parenchima terület százalékában fejeztük ki. .

Enzimhez kapcsolt immunszorbens vizsgálat (ELISA)

Az alfa tumor nekrózis faktor (TNF-α), interleukin (IL) -6), IL-10, IL-1β, IL-1ra, leptin és adiponektin vizsgálatát BALF felülúszóban, vérplazmában és vázizomban (quadriceps femori) homogenizálja ELISA készletek (eBioscience, San Diego, CA, USA) felhasználásával, a gyártó korábban leírt utasításai szerint. A kolorimetriás reakció intenzitását abszorbanciával mértük 450 nm-en, és az eredményeket pg/ml 45-ben fejezzük ki .

Statisztikai analízis

Kétirányú varianciaanalízist alkalmaztunk a CS vagy a fruktóz hatásainak felmérésére, Holm-Sidak módszerét pedig párosított többszörös összehasonlításra. Az elemzéseket a Sigma Stat 11 szoftver (Systat Software, Inc., San Jose, Kalifornia, USA) segítségével végeztük. Értéke o

Adatok elérhetősége

A tanulmány során keletkezett vagy elemzett összes adatot ez a közzétett cikk tartalmazza.