A kitozán, a kalcium, az A és E vitamin kombinációjának javító szerepe a magas zsírtartalmú étrend okozta káros hatások ellen patkányokban

Absztrakt

Háttér

A kitozán ígéretes természetes forrás az elhízás visszaszorítására. Az elhízott emberek általában kiegészítő tápanyagokat használnak étrendjük hiányainak pótlására. Jelen tanulmány célja a kitozán, a kalcium, valamint az A- és E-vitamin-kiegészítők együttes hatásának vizsgálata a magas zsírtartalmú étrend-fogyasztás káros hatásai ellen patkányokban.

Mód

Huszonöt hím albínó patkányt öt egyenlő csoportba soroltunk. A kontroll patkányokat standard bazális táplálékkal (SBD) etettük. Egy másik csoport magas zsírtartalmú étrendet (HFD) kapott táplálékkiegészítők nélkül. A másik három csoportot 0, 400 és 800 mg kitozánt tartalmazó kilogrammonként étrendben, kalcium, valamint A- és E-vitamin-kiegészítők jelenlétében, 10 héten keresztül naponta HFD-vel etették.

Eredmények

A kontrollokhoz képest a HFD-t táplálékkiegészítők nélkül táplált patkányok jelentősen megnövelték a testtömeg-növekedést, a takarmányfogyasztást, a szív és a máj relatív súlyát, a szérum összes koleszterinszintjét, trigliceridjeit, alacsony sűrűségű lipoprotein-koleszterinjeit, nagyon alacsony lipoprotein-trigliceridjeit, karbamidot, a kreatinin és a malondialdehid, valamint az alanin és az aszpartát-aminotranszferázok, az alkalikus foszfatáz és a kreatin-kináz szérum aktivitása. Ezenkívül a relatív vese súly, a nagy sűrűségű lipoprotein-koleszterinek, az összes fehérje, az albumin, a globulin, a kalcium, az A- és E-vitamin, az eritrocita-glutation-tartalom és a szuperoxid-diszmutáz aktivitás jelentős csökkenését regisztrálták. HFD-vel táplált patkányoknál szövettani elváltozásokat figyeltek meg kiegészítőkkel vagy anélkül. Ellenkezőleg, a kitozánt és kiegészítőket tartalmazó HFD-vel táplált patkányok az összes vizsgált paraméterben figyelemre méltó javulást mutattak a kontrollértékek felé, dózisfüggő módon.

Következtetés

A kitozán, a kalcium, valamint az A- és E-vitamin csillapította a patkányokban a HFD bevitel által okozott káros hatásokat.

Háttér

Az elhízást a közegészségügyet fenyegető egyik legnagyobb kihívásnak tekintik. Az elhízást elsősorban a kalória bevitele és az energiafelhasználás közötti egyensúlyhiány okozza (Delamater, Pulgaron és Daigre, 2013). Az ilyen egyensúlyhiány a zsírok rendellenes felhalmozódását eredményezi a nem zsírszövetekben, például az izmokban, a májban, a vesében és a szívben (Bahreini et al., 2013 és Snel et al., 2012). A magas zsírtartalmú étrend (HFD) nagyban hozzájárul az elhízás prevalenciájához (Myles, 2014). Az életminőséget hátrányosan befolyásolja az elhízás, mivel számos rendellenesség, például magas vérnyomás, cukorbetegség, osteoarthritis és szív- és érrendszeri betegségek előfordulásával függ össze (Boden, 2011). Ezért a tudományos közösség nagyobb figyelmet szentelt ennek a súlyos problémának a megoldására. Számos gyógyszert hagytak jóvá az elhízás csökkentésére. E gyógyszerek többségének azonban káros mellékhatásai vannak, drágák, és hosszú időbe telik, amíg hatásukat előidézik (Mhurchu, Dunshea-Mooij, Bennett és Rodgers, 2005).

A kitozán egy természetes poliszacharid, amelyet kitinből állítanak elő N-dezacetilezéssel (Anraku et al., 2018). Világszerte a kitint az egyik legbőségesebb természetes vízben oldhatatlan polimernek tekintik (Muxika, Etxabide, Uranga, Guerrero és De La Caba, 2017). A gerinctelenek exoskeletonjai, különösen a rákfélék képviselik a kitin legfőbb forrásait (Kumirska et al., 2010). A kitozán kationos természetű, amely megkönnyíti a sejtmembránokon keresztüli behatolását (Cheung, Ng, Wong és Chan, 2015). Nemrégiben a kitozán biokompatibilitása miatt részt vett a génszállításban (Choi, Nam és Nah, 2016). A kitozán képes arra is, hogy felgyorsítsa a sebgyógyulást (Patrulea, Ostafe, Borchard és Jordan, 2015). Ezenkívül a kitozánt hatékonyan alkalmazzák a testtömeg kezelésében a lipidek eltávolításával a további kiválasztás érdekében (Walsh, Sweeney, Bahar és O'Doherty, 2013). Az utóbbi időben a kitozán antioxidáns tulajdonságokkal rendelkezik mind in vivo, mind in vitro (Anraku et al., 2011).

A kalcium (Ca 2+) elsősorban a csontképződés összetevője (Bonjour et al., 2014). Ezenkívül a Ca 2+ közvetíti az izomösszehúzódást, az idegjelzést, az értágulatot és a hormon szekréciót is (Nobre et al., 2011). Az A-vitamin létfontosságú mikroelemet képvisel, amely főleg a sárgarépában, a mangóban, a májban és a tojásban található (Eastep & Chen, 2015). Az A-vitamin és a retinoidok felelősek az emlősök növekedésének, szaporodásáért, valamint a hámszövetek fenntartásáért és helyreállításáért (Eastep & Chen, 2015). Az E-vitamin egy általános kifejezés, amely zsírban oldódó vitaminok (tokoferolok és tokotrienolok) csoportját írja le, figyelemre méltó antioxidáns tulajdonságokkal (Niki & Traber, 2012). Az E-vitamin az endogén antioxidáns rendszer egyik fő összetevője, amelyet főleg növényi olajokból nyernek (Rizvi et al., 2014). Az E-vitamin magas lipofilicitása lehetővé teszi a zsírszövetben való tárolását, és következésképpen fokozza biológiai hozzáférhetőségét (Zingg, 2007).

Az elhízott emberek általában ásványi és vitamin-kiegészítőket használnak a kiegyensúlyozatlan étrend hiányának kompenzálására. Tudomásunk szerint a kitozán és más kiegészítők közötti kölcsönhatásról szóló tanulmányok még mindig ritkák (Rodrigues, Silva és Lacerda, 2012). Ennek megfelelően a jelen munkát a kitozán, a kalcium, valamint az A- és E-vitamin-kiegészítők lehetséges együttes hatásainak tanulmányozására tervezték patkányok HFD-fogyasztása által kiváltott káros hatásokkal szemben.

Mód

Kísérleti étrend

Kétféle étrendet alkalmaztunk a jelen tanulmányban. Az első típus a standard bazális étrend volt (SBD), amelyet Reeves, Nielsen és Fahey Jr (1993) által leírt módszer szerint készítettünk. A második diéta a magas zsírtartalmú étrend volt (HFD), amelyet az SBD módosításával állítottak elő a lipidek mennyiségének növelésével, miközben csökkentették a szénhidráttartalmat (Chien, Ku, Chang, Yang és Chen, 2016). Mindkét étrend kémiai összetételét az 1. táblázat mutatja be.

Kiegészítők

Nagy molekulatömegű (310 000–375 000 Da) kitozánt, A-vitamint (retinil-palmitát) és E-vitamint (DL-α-tokoferol-acetát) a Sigma-Aldrich vegyipari vállalattól (USA) nyertünk. A kalciumot (Ca 2+) kalcium-karbonát formájában vásárolták meg az El Nasr gyógyszeripari vegyipari vállalattól, Egyiptomtól. Az A-vitamin, a kalcium és az E-vitamin mennyiségét kiegészítették Mahassni és Al-Shaikh (2013), Nobre et al. (2011), illetve Shen, Tang, Huang és Cai (2010).

Állatok

Felnőtt egészséges hím Sprague Dawley patkányokat, amelyek súlya 100 ± 10 g, a VACERA vivariumból (Helwan, Egyiptom) szereztük be. A patkányokat az egyiptomi kairói Nutrition National Institute (NNI) állattartó házában helyezték el, és a kísérletek megkezdése előtt 1 hétig akklimatizáció céljából szokásos étrenden és csapvízen tartották.

Dizájnt tanulni

Huszonöt hím patkányt öt csoportra osztottunk (5 patkány/csoport), a 2. táblázat szerint.

Mintavétel

A kísérlet végén a patkányokat 12 órán át éheztettük, majd nátrium-pentobarbitál alkalmazásával altatásban felöltük őket. Vérmintákat vettünk a vagális vénából és két részre osztottuk. Az első részt száraz kémcsövekbe gyűjtöttük, és hagytuk állni, majd 3000 fordulat/perc sebességgel 15 percig centrifugáltuk a szérum elválasztására. A tiszta szérumot a mélyfagyasztóban -20 ° C-on tároltuk a későbbi biokémiai elemzés céljából. A második részt EDTA-n összegyűjtöttük, majd 1000 × -en centrifugáltukg 10 percig 40 ° C-on. A kapott plazmát és fehér buffy réteget eldobtuk. A fennmaradó vörösvértesteket jéghideg HPLC minőségű vízben lizáltuk, majd 10000xg 15 percig 4 ° C-on. A felülúszó vörösvértest-lizátumot összegyűjtöttük és mélyhűtőben -80 ° C-on tároltuk. A disszekciót közvetlenül a skarifikálás után hajtották végre, hogy kivonják a szívet, a vese és a máj. A kivont szerveket fiziológiás sóoldatban (0,9%) daráltuk, majd szűrőpapírral szárítottuk és azonnal lemértük.

Biológiai paraméterek

Az egyes csoportok által elfogyasztott élelmiszer mennyiségét a kísérletek során hetente határozták meg, majd elosztva a csoportonkénti állatok számával az élelmiszer-fogyasztás átlagának becsléséhez. Az összes kísérleti patkány kezdő és végső tömegét megmérettük a testtömeg-növekedés (BWG) kiszámításához, miután étrendet kaptunk. A kísérletek végén megbecsültük az összes kísérleti csoport szív, vese és máj relatív súlyát.

Biokémiai elemzés

A szérum lipidprofil meghatározása

A szérum összes koleszterinszintjét (TC), trigliceridjeit (TG), valamint a magas és alacsony sűrűségű lipoprotein koleszterineket (HDL-C és LDL-C) a németországi Analyticon Biotechnologies kit alkalmazásával analizáltuk Allain által kijelölt technikák szerint., Poon, Chan, Richmond és Fu (1974), Nauck és mtsai. (1997), Sullivan, Kruijswijk, West, Kohlmeier és Katan (1985), illetve Wieland és Seidel (1983). A nagyon alacsony lipoprotein trigliceridek (VLDL-TG) szintjét a Friedewald-képlet szerint számítottuk: VLDL-TG = TG/5.

A szérum fehérje profiljának meghatározása

Az összes fehérje (TP) és az albumin szintjét a francia ELTech kit röpirata alapján becsültük, Bartholomew, Delaney (1964) és Doumas (1975) által leírt módszerekkel. A globulin és az albumin/globulin arány szintjét Cui és mtsai. (2015).

A szérum aminotranszferáz aktivitás meghatározása

A szérum alanin és az aszpartát-aminotranszferázok (ALAT és ASAT) aktivitását Schumann és munkatársai által leírt módszerrel határoztuk meg. (2002a, 2002b), a Stanbio Laboratory Company-tól (USA) beszerzett készletekkel.

A szérum lúgos foszfatáz aktivitás meghatározása

A szérum alkalikus foszfatázt (ALP) a spanyol Biosystem kit készletének kézi utasításai szerint határoztuk meg. A módszert Tietz, Rinker és Shaw (1983) írták le.

A szérum kreatin-kináz aktivitás meghatározása

A kreatin-kináz (CK) aktivitását Burtis, Ashwood és Bruns (2012) leírása szerint elemeztük Spectrum készletek felhasználásával (Kairó, Egyiptom).

A szérum kreatinin és karbamid szint meghatározása

A szérum kreatininszintet az egyiptomi BioMed készletének kézi utasításai szerint határozták meg (Toora & Rajagopal, 2002). A szérum karbamidot az egyiptomi gyémánt készletének manuális utasításai szerint határozták meg (Tabacco, Meiattini, Moda és Tarli, 1979).

A szérum teljes kalciumszintjének meghatározása

A kalcium meghatározási teszt szérumszintjét Kessler és Wolfman (1964) szerint végeztük, Spectrum készletek felhasználásával (Kairó, Egyiptom).

A szérum A- és E-vitamin-koncentrációk meghatározása

Az A- és E-vitamin szintjét nagy teljesítményű folyadékkromatográfia (HPLC) segítségével határoztuk meg a patkányok szérumában. A meghatározás módszere Bieri, Tolliver és Catignani (1979) szerint történt.

A lipidperoxidációs biomarker és az endogén antioxidánsok meghatározása

A malondialdehid (MDA) szérumszintjét lipidperoxidációs (LPO) biomarkerként határoztuk meg Uchiyama és Mihara (1978) által leírt módszer szerint. A glutation (GSH) szintjét és a szuperoxid-diszmutáz (SOD) aktivitását detektáltuk az eritrocitában, Beutler (1963), illetve Winterbourn, Hawkins, Brian és Carrell (1975) szerint. Az MDA szérumszintjét, valamint az eritrocita GSH tartalmát és az SOD aktivitást Bio-diagnosztikai készletek segítségével becsültük meg (Giza, Egyiptom).

Szövettani vizsgálat

A szív, a vese és a máj kis részeit 10% -os formalinban rögzítettük szövettani vizsgálat céljából. A rögzített szöveteket 5 μm vastag paraffin metszetek előállításához dolgoztuk fel. Ezeket a szakaszokat ezután hematoxilinnal és eozinnal festették, Suvarna, Layton és Bancroft (2018) leírása szerint.

Statisztikai analízis

A jelenlegi adatokat statisztikailag elemeztük a Social Sciences (SPSS) 22. változatának statisztikai csomagja segítségével. Kolmogorov-Smirnov tesztek azt mutatták, hogy az adatok normális eloszlásúak, vagyis a változók paraméteresek voltak (Razali & Wah, 2011). Post hoc Duncan tesztjét alkalmazták a hasonlóságok kimutatására az összes vizsgált paraméterben a kísérleti csoportok között. Pearson korrelációs együtthatóját alkalmazták a vizsgált paraméterek korrelációjára az étrendben található kitozán mennyiségével.

Eredmények

Hatás a biológiai paraméterekre

Az összes kísérleti patkány BWG-értékét, takarmányfogyasztását és a szív, a vese és a máj relatív súlyát 10 héten át a megfelelő étrend befogadása után a 3. táblázatban mutatjuk be. II., III. És IV. Csoportba tartozó patkányokban a BWG és a takarmányfogyasztás szignifikánsan magasabb volt, mint az I. csoportban. A IV. csoport patkányai figyelemre méltó csökkenést mutattak a BWG és a takarmányfelvétel terén, a II. és III. csoporthoz képest, de szignifikánsan magasabbak voltak, mint az V. csoportban. III., IV. V, a kitozán mennyiség negatívan korrelált a BWG és a takarmányfogyasztással. A II. És III. Csoportba tartozó patkányok a relatív vese tömegben jelentősen csökkentek, de a szív és a máj relatív súlyában figyelemre méltóan megemelkedtek a többi csoporthoz képest. A IV. Csoport relatív májsúlya észrevehetően magasabb volt, mint az I. csoportban.

Hatás a szérum lipidprofiljára

A 4. táblázatban feljegyeztük a TC, TG, HDL-C, LDL-C és VLDL-TG szintjét az összes kísérleti csoport szérumában. A II. És III. Csoport patkányai a TC, TG, LDL-C és VLDL-TG szérumszintjeiben jelentős emelkedést mutattak, míg a HDL-C szint figyelemre méltó csökkenése az I. csoporthoz képest. A II. És III. a IV. és V. csoportba tartozó patkányok szignifikáns csökkenést mutattak a TC, TG, LDL-C és VLDL-TG szérumszintekben, míg a HDL-C szint figyelemreméltó emelkedése a kontrollértékek felé.

Hatás a szérum fehérje profiljára

Az összes csoport TP, albumin, globulin és albumin/globulin arányát az 5. táblázatban tisztáztuk. A II. És III. Csoport patkányaiban a legtöbb fehérje változó szérumszintje szignifikánsan alacsonyabb volt, mint az I., IV. És V. csoportban. A kitozán mennyiségének növelésével a HFD-t tartalmazó étrend-kiegészítőkben az összes fehérje változó szérumszintje szignifikánsan megemelkedett a kontrollok normál értékei felé.

Hatás az aminotranszferázok, az alkalikus foszfatáz és a kreatin kináz aktivitására, valamint a szérum kreatinin és karbamid szintjére

A 6. táblázat az ALAT, az ASAT, az ALP és a CK szérum aktivitását, valamint az összes patkány kreatinin- és karbamidszintjét mutatja. A II., III., IV. És V. csoport patkányai szignifikánsan megnövelték az ALAT, az ASAT és az ALP szérum aktivitását az I. csoporthoz képest. A IV. Csoport ALAT, ASAT és ALP szérum aktivitása szignifikánsan magasabb volt, mint a csoportban V, míg a II. És III. Csoportnál lényegesen alacsonyabb. Az összes kísérleti csoport közül a CK szérumaktivitása, valamint a kreatinin és a karbamid szérumszintje hasonló volt, kivéve a II. És III.

Hatás a szérum kalciumszintre, valamint az A és E vitaminokra

Valamennyi csoport szérum kalcium-, valamint A- és E-vitamin-szintjét a 7. táblázatban mutatjuk be. A II. Csoportba tartozó patkányokban a szérum kalciumszintje, valamint az A- és E-vitamin szintje jelentősen kimerült, összehasonlítva a többi csoportéval. A III. Csoport a szérum kalciumszint, valamint az A- és E-vitamin szintjének jelentős emelkedését mutatta a többi csoporthoz képest. A IV. Csoportba tartozó patkányokban a kalcium, valamint az A- és E-vitamin szérumszintje szignifikánsan magasabb volt, mint az V. csoportban. A IV. És az V. csoport patkányai az I. és II.

Hatás a malondialdehid- és eritrocita-glutation-tartalom szérumszintjére és a szuperoxid-diszmutáz-aktivitásra

Az összes csoport szérum MDA szintjét, valamint vörösvértestek GSH tartalmát és SOD aktivitását a 7. táblázatban mutatjuk be. A II. És III. Csoport patkányaiban a szérum MDA szintjének jelentős emelkedéséről számoltak be a GSH tartalom és az SOD aktivitás jelentős csökkenése kapcsán. összehasonlítva az I., IV. és V. csoporthoz. A IV. és V. csoport patkányai az MDA szintjének jelentős csökkenését mutatták a szérumban, a HFD kitozántartalmának növekedésével. Ezenkívül a IV. És az V. csoport GSH szintjét és SOD aktivitását visszaállították az I. csoport normális szintjére.

Szövettani vizsgálatok

Jelen tanulmányban nem figyeltek meg nyilvánvaló elváltozásokat a szív és a vese szöveteiben az összes csoport kivételével, kivéve a szívizom erek torlódását (1. ábra) és a vese tubulusok hámbélés nekrózisát (2. ábra) a II. És a III. A 3. ábrán a II., III. És IV. Csoport májszövetei zsírfelhalmozódást (steatosis) mutattak ki a májsejtekben. Az V. csoport májszövetében nem észleltek markáns elváltozásokat, kivéve az enyhe vakuolizációt.

Az összes kísérleti patkány szívszövetének szövettani vizsgálata a kísérletek végén. I: Kontroll patkányok, II: HFD-vel táplált patkányok kiegészítők nélkül, III: HFD + kiegészítőkkel táplált patkányok, IV: HFD + kiegészítőkkel táplált patkányok + 400 mg kitozán és V: HFD + kiegészítőkkel táplált patkányok + 800 mg kitozán. BVC: erek torlódása, MF: miokardiális rost és N: mag. Haematoxylin & Eosin, X200

Az összes kísérleti patkány veseszövetének szövettani vizsgálata a kísérletek végén. I: Kontroll patkányok, II: HFD-vel táplált patkányok kiegészítők nélkül, III: HFD + kiegészítőkkel táplált patkányok, IV: HFD + kiegészítőkkel táplált patkányok + 400 mg kitozán és V: HFD + kiegészítőkkel táplált patkányok + 800 mg kitozán. ELN: A vese tubulusok hámbélés-nekrózisa, Gl: glomerulus és RT: vese tubulusok. Haematoxylin & Eosin, X200

Az összes kísérleti patkány májszövetének szövettani vizsgálata a kísérletek végén. I: Kontroll patkányok, II: HFD-vel táplált patkányok kiegészítők nélkül, III: HFD + kiegészítőkkel táplált patkányok, IV: HFD + kiegészítőkkel táplált patkányok + 400 mg kitozán és V: HFD + kiegészítőkkel táplált patkányok + 800 mg kitozán. CV: központi véna, H: hepatocita, S: steatosis (zsírfelhalmozódás) és SV: enyhe vakuolizáció. Haematoxilin és eozin, X 200

Vita

Következtetés

HFD-vel táplált patkányoknál kiegészítők nélkül szignifikáns változásokat regisztráltak a vizsgált biológiai, biokémiai paraméterekben és szövettani vizsgálatokban. Kitozán nélküli HFD-kiegészítők beépítésével a vizsgált változók többségében jelentős zavarokat észleltek, de figyelemre méltó emelkedést figyeltek meg a kalcium, valamint az A- és E-vitamin szérumszintjében. Azonban a kitozán mennyiségének növelésével a HFD-t tartalmazó kiegészítőkben az összes vizsgált paraméter jelentős enyhülését jelentették dózisfüggő módon.