Az étrendi fehérjeforrás meghatározza a magas vérnyomás és a vesebetegség mértékét a Dahl sóérzékeny patkányban

A milwaukee-i Wisconsini Orvosi Főiskola élettani tanszékéről.

Ön a cikk legfrissebb verzióját nézi. Előző verziók:

Absztrakt

Az étrendi tápanyagok összetétele és mennyisége mély hatással lehet az artériás vérnyomásra. Emberekben a koleszterint, telített zsírokat vagy szénhidrátokat tartalmazó élelmiszerek fokozott fogyasztása az artériás vérnyomás emelkedésével jár, míg a magas fehérjetartalmú étrend a vérnyomás csökkenésével függ össze. Az 1–4. Kísérleti vizsgálatok az étkezési fehérje, zsír és szénhidrátok változásának az artériás vérnyomásra gyakorolt hatását is vizsgálták állatmodellekben. A magas vérnyomás kialakulása felgyorsul a magas vérnyomás genetikai modelljeiben, az étkezési fehérje, 5 szénhidrát, 6–9 és zsír forrásától és összetételétől függően. 9,10 Ezek a klinikai és kísérleti eredmények azt mutatják, hogy az étrend különböző komponensei, a nátrium-klorid-tartalomtól függetlenül, mélyen befolyásolhatják az artériás vérnyomás hosszú távú szintjét.

Laboratóriumi tanulmányaink kimutatták, hogy a Wisconsini Orvosi Főiskola kolóniájából származó beltenyésztett Dahl-sóra érzékeny patkányokban (Dahl SS/Mcw patkányok) a nátrium-érzékeny vérnyomás- és vesebetegség-változások a patkányokhoz táplált csülöktől függően módosultak. Az Amerikai Táplálkozástudományi Intézet által 1976-ban (AIN-76A) 11,12 megállapított irányelvek szerint megfogalmazott chow-val etetett patkányoknál nagyobb volt a nátrium-függő magas vérnyomás és vesebetegség, összehasonlítva a nagyrészt gabonatermékekből származó táplálékkal etetett patkányokkal. 13 Az AIN-76A és a gabona diéta (Teklad 3075S) körülbelül azonos százalékban tartalmaz fehérjét, szénhidrátokat és zsírokat. A két étrend közötti különbség azonban magában foglalja a fehérjeforrást (a kazein az AIN-76A-ban, szemben a kukorica- és búzaproteinnal a gabona-étrendben), a szénhidrátokat (a szacharóz és a kukoricakeményítő az AIN-76A-ban), valamint a kukorica- és búzalisztet a gabona-étrendben ) és zsír (kukoricaolaj az AIN-76A étrendben, szemben a szójababolaj a gabona diétában).

Jelen tanulmány kifejezetten annak a hipotézisnek a tesztelésére készült, hogy az étkezési fehérje, zsír vagy szénhidrát forrása magas vérnyomás és vesebetegség modulációjához vezethet a Dahl SS/Mcw patkányokban. Mivel a nátrium-függő magas vérnyomás és a vesebetegség jellemzői az SS/Mcw patkányokban hasonlóak az emberi populációkban megfigyeltekhez, 14,15 a betegség fenotípusának környezeti módosítóinak tisztázása ezekben az állatokban fontos nyomokat adhat az étrend táplálékra gyakorolt hatásáról. emberi betegség. Ennek a kérdésnek a megválaszolásához a patkányokat az elválasztástól kezdve egész életükben egyedi táplálékkal etették. Az egyedi étrendek megegyeztek az AIN-76A étrenddel, azzal a különbséggel, hogy a fehérje, szénhidrát vagy zsír forrása az egyedi étrendekben hasonló volt a gabona diétához.

Mód

Kísérleti állatok

A kísérleteket beltenyésztett Dahl SS/Mcw-vel végeztük. A tenyésztőket 0,4% NaCl-ot tartalmazó tisztított AIN-76A rágcsáló-diétával (Dyets, Inc., Bethlehem, Pa) etették. Az elválasztott egyedeket véletlenszerűen helyeztük el és tartottuk az ismertetett 5 különböző étrend egyikén. Az egyes diéták sótartalma 0,4% NaCl volt az elválasztástól a 9. hét koráig. A 9. héten a chow sótartalma 4,0% NaCl-ra emelkedett, és a patkányokat 12 hetes korban vizsgálták. Az MCW Intézményi Állattenyésztési és Felhasználási Bizottság minden kísérleti protokollt jóváhagyott.

Fogyókúrák

A tisztított AIN-76A étrend elkészítése az Amerikai Táplálkozástudományi Intézet ajánlásait követi. 11,12 A teljes kiőrlésű étrendet Harlan Teklad-tól (3075S; Madison, Wis) szerezték be, őrölt búzából és kukoricából állítják elő. Az AIN-76A és a Teklad 3075S étrend körülbelül azonos százalékban tartalmaz fehérjét (18-20%), szénhidrátot (60-65%), zsírt (5%) és rostot (4-5%), hasonló mennyiségű vitaminnal és ásványi anyaggal. Annak megállapítására, hogy a teljes kiőrlésű étrend melyik összetevője fontos a magas vérnyomás és a vesebetegség csillapításában az SS/Mcw patkányokban, 3 izokalorikus étrendet (Dyets, Inc.) állítottak elő, amelyek az AIN-76A különböző komponenseinek egyszerű szubsztitúcióit tartalmazták. diéta. Az egyik étrendben a búza gluténje a kazeint, mint fehérjét, a búzaliszt helyettesítette a szacharózt, mint elsődleges szénhidrátot a második étrendben, és a szójaolaj a kukoricaolajat, mint zsírforrást a harmadik étrendben. Az egyedi étrend összes többi összetevője megegyezett az AIN-76A étrendjével.

Sebészeti protokoll

A műtéti eljárásokat a kéthetes kísérleti protokoll első napján hajtották végre. A patkányokat ketamin (35 mg/kg), xilazin (10 mg/kg) és acepromazin (0,5 mg/kg) intraperitoneális injekcióval mélyen altatták, szükség esetén kiegészítő érzéstelenítéssel. Aszeptikus technika alkalmazásával a polivinil katétereket beültették a femor artériába, szubkután alagútba helyezték őket, és a nyak hátsó részén exteriorizálták egy könnyű rögzítő rugóban. Mind az antibiotikumot (100 000 E/kg penicillin G, intramuszkuláris), mind a fájdalomcsillapítót (0,1 mg/kg Buprenex, szubkután) adtuk be a műtét után, és a patkányokat hagytuk, hogy teljesen éreztessék magukat az érzéstelenítéstől egy szabályozott hőmérsékletű párnán. Az érzéstelenítésből való kilábalás után az összes patkányt különálló rozsdamentes acél ketrecekbe helyezték, amelyek lehetővé teszik az artériás vérnyomás napi mérését és az éjszakai vizeletgyűjtést.

Kísérleti protokoll

A patkányok a műtét után 1 hétig gyógyultak. Ez idő alatt 4,0% NaCl-ot tartalmazó egyedi étrenden tartották őket. A gyógyulási periódus után magas sótartalmú vérnyomásméréseket végeztek 3 egymást követő napon 9:00 és 12:00 óra között. A vérnyomásmérés második napja után egy éjszakai vizeletgyűjtést (16: 00-08: 00 között) nyertünk a vizelet nátrium-, kreatinin- és albumin kiválasztási sebességének mérésére. A másnap reggeli vérnyomásmérés után artériás plazmamintákat nyertünk a plazma kreatinin-koncentráció és a plazma renin-aktivitás mérésére, miközben a patkányokat magas NaCl-diétával tartották.

A magas sótartalmú vérmintavételi protokollt követően a patkányoknak furoszemidet (10 mg/kg, intraperitoneális) adtak be, és az étrendet alacsony sótartalomra (0,4% NaCl) állították át. Ezután a patkányokat 2 napig alacsony sótartalmú étrenden tartottuk. A következő éjszakán egy éjszakai vizeletgyűjtést (16: 00-08: 00 között) nyertünk a nátrium- és kreatinin-kiválasztás számszerűsítésére; a vérnyomást 2 nap múlva mértük alacsony NaCl-tartalmú étrenden; artériás vérből vettünk mintát a plazma kreatinin koncentráció és a plazma renin aktivitás mérésére alacsony NaCl-on.

A vizelet elektrolitjait lángfotometriával mértük (IL-943; Instrumentation Laboratories, Lexington, Mass). A plazma és a vizelet kreatinin értékeket egy Jaffé Reaction by autoanalyzer (ACE; Alfa Wasserman, Fairfield, NJ) alapján végzett méréssel mértük. A vizeletalbumin mennyiségét fluoreszcens vizsgálattal határoztuk meg, amely Albumin Blue 580 festéket (Molecular Probes, Eugene, Ore) és fluoreszcens lemezolvasót (FL600; Bio-Tek, Winooski, Vt) használt. A plazma renin aktivitást (PRA) Sealey és Laragh módszerének módosításával mértük. 16.

A vese szövetek szövettani elemzése

Statisztikai analízis

Minden adatot átlag ± SE-ként adunk meg. Egyutas varianciaanalízist alkalmaztunk a különböző étrenden tartott patkányok közötti paraméter-különbségek meghatározására. Tukey post-hoc tesztet alkalmaztunk, ha ez helyénvaló. A 95% -os konfidencia intervallumot szignifikánsnak tekintették.

Eredmények

1.ábra. Az átlagos artériás vérnyomás magas (4,0% NaCl) vagy alacsony (0,4% NaCl) sót tartalmazó különböző étrendeken tartott Dahl SS/Mcw patkányokban. A patkányok különféle csoportjait tisztított AIN-76A étrenddel, az AIN-76A étrendet szacharózzal helyettesített búzaliszttel (liszt), az AIN-76A étrendet kazeinnel helyettesített búza-gluténnal (glutén), az AIN-76A étrendet etetett a kukoricaolajjal helyettesített szójaolaj (szójaolaj) vagy a gabona diéta (gabona). *P

A testtömeg szignifikánsan alacsonyabb volt azoknál a patkányoknál, akiket az AIN-76A készítményben a szemes étrendtől vagy a kazeinnel helyettesített búzagluténtól való elválasztás után megtartottak, összehasonlítva az AIN-76A étrenden végzett elválasztástól fenntartott csoporttal (2. ábra; n = 12 18-ig/csoport). A testtömeg-különbségekkel párhuzamosan a teljes vese súlya átlagosan 3,5 ± 0,1 gramm volt az AIN-76A étrenden tartott patkányokban (az adatokat nem közöljük). A vesék össztömege nem különbözött szignifikánsan ettől az értéktől a tisztított étrendet szénhidrát- vagy zsírpótlóval táplált patkányoknál, de a vese súlya szignifikánsan alacsonyabb volt a gabona-étrenddel etetett patkányokban (2,2 ± 0,1 gramm) és étrend kazeinnel helyettesített búza gluténnel (2,5 ± 0,1 gramm).

2. ábra. A testtömeg (felső) és a vizelet albumin kiválasztási sebessége (alul) Dahl SS/Mcw patkányokban különböző (magas (4,0% NaCl) vagy alacsony (0,4% NaCl) sót tartalmazó étrendeken tartva. A patkányok különféle csoportjait tisztított AIN-76A étrenddel, az AIN-76A étrendet szacharózzal helyettesített búzaliszttel (liszt), az AIN-76A étrendet kazeinnel helyettesített búza-gluténnal (glutén), az AIN-76A étrendet etetett a kukoricaolajjal helyettesített szójaolaj (szójaolaj) vagy a gabona diéta (gabona). *P

Az albumin kiválasztása vesebetegség indexeként átlagosan 50 ± 7 mg/nap volt az AIN-76A chow-t tápláló patkányokban (2. ábra; n = 9-16/csoport). Az albumin kiválasztási arány nem különbözött szignifikánsan ettől a szinttől patkányoknál, akiket szénhidráttal vagy zsírpótlóval tápláltak, de az albumin kiválasztás szignifikánsan alacsonyabb volt a teljes kiőrlésű chow-val etetett patkányok csoportjában, a megtisztított chow-t pedig gluténnel helyettesített takarmányban. kazeinhez.

A plazma koleszterint és fehérjét kvantifikáltuk nem műszeres patkányokban (n = 4 patkány/csoport). A teljes plazmafehérje egyik patkánycsoportban sem különbözött az AIN-76A táplálékkal etetett patkányok 5,7 ± 0,1 g/dl átlagától. A plazma koleszterinszintje átlagosan 129 ± 13 mg/dl volt az AIN-76A táplálékkal etetett patkányokban; ez az érték nem különbözött a szénhidráttal vagy zsírral helyettesített étrendet fogyasztó patkányoktól, de szignifikánsan nagyobb volt, mint a glutént (70 ± 3 mg/dl) vagy a gabonaeledelt (87 ± 3 mg/dl).

A vesék reprezentatív szövettani diáit a 3. ábra mutatja be. Összhangban a Dahl SS/Mcw patkány korábbi jelentéseivel, 13,18 súlyos glomeruláris szklerózis (kék fibrotikus szövet és összeomlott kapilláris szerkezet) és blokkolt tubulusok a külső medullában (vörös fehérje lerakódás ) nyilvánvalóak a tisztított AIN-76A étrendet tápláló SS/Mcw-ben. Kevesebb glomeruláris és tubuláris sérülés nyilvánvaló az SS/Mcw patkányok veséiben, amelyek teljes kiőrlésű étrendet vagy gluténnel helyettesített étrendet fogyasztanak. A glomeruláris sérülési index (n = 4/csoport) szignifikánsan nagyobb volt a tisztított AIN-76A táplálékkal etetett Dahl SS/Mcw patkányokban (2,5 ± 0,2), mint a teljes kiőrlésű (1,6 ± 0,2) vagy a glutén diétával táplált patkányokban (1,2 ± 0,3). A glomeruláris sérülés indexében nem volt különbség az AIN-76A étrendet tápláló patkányok és a szénhidráttal vagy zsírral helyettesített étrendet kapók között. Ezenkívül az AIN-76A táplálékkal etetett patkányok veséjében a fehérje gátakra festett külső medulla területének 17,4 ± 2,5% -a (blokkolt tubulusokra utal, n = 4/csoport). Ez a százalék nem különbözött a zsírral helyettesített étrendet tápláló patkányok veséjében (18,6 ± 3,0%), de szignifikánsan alacsonyabb volt azoknál a patkányoknál, akik gabonadíszt fogyasztottak (4,1 ± 0,5%), a szénhidráttal helyettesített étrendet (9,1 ± 0,7%) %) és a fehérjével helyettesített étrend (7,1 ± 1,2%).

3. ábra. A vese külső medulláris régióinak (10 × eredeti nagyítás; A, C, E, G, I) és a glomerulusok (40 × eredeti nagyítás; B, D, F, H, J) fénymikroszkópos képei Dahl SS/Mcw patkányokon a tisztított AIN-76A étrend (A és B), az AIN-76A étrend szacharózzal helyettesített búzaliszttel (C és D), az AIN-76A étrend kazeinnel helyettesített búza gluténnal (E és F), az AIN-76A diéta kukoricaolajjal helyettesített szójaolajjal (G és H), vagy teljes kiőrlésű étrend (I és J). Súlyos glomeruláris szklerózis (kék fibrotikus szövet és összeomlott kapilláris szerkezet) és/vagy elzáródott tubulusok (vörös fehérje lerakódás gátak) nyilvánvalóak az AIN-76A étrendet tápláló SS/Mcw patkányok veséjében, a liszthelyettesített étrendben vagy a szójaolajban -helyettesített étrend. A gluténnel helyettesített vagy teljes kiőrlésű étrenden tartott SS/Mcw patkányok veséiben láthatóan kevesebb glomeruláris és tubuláris sérülés van jelen.

A PRA átlagosan 0,4 ± 0,1 ng angiotenzin I/ml/óra volt azokban az SS/Mcw patkányokban, akik 4,0% NaCl-ot (n = 16) tartalmazó AIN-76A étrendet tápláltak. A PRA szignifikánsan, 2,5 ± 0,6 ng angiotenzin I/ml-re emelkedett óránként, amikor a diéta NaCl-tartalma 0,4% -ra csökkent. A többi patkánycsoport PRA-értékei nem különböztek szignifikánsan azoktól, amelyeket az AIN-76A étrendet tápláló patkányoknál megfigyeltek, nátrium-bevitel bármelyik szintjén (n = 5-11). A magas sótartalmú étrendben lévő patkányok nátrium-kiválasztási sebessége átlagosan 5,5 ± 1,1 mEq/d volt azoknál a patkányoknál, akik 4,0% NaCl-ot tartalmazó nátrium-kloridot (A = -16A) tartalmaztak (n = 16). A nátrium-kiválasztási arányok szignifikánsan nagyobbak voltak a 4,0% NaCl-ot tartalmazó étrendet fogyasztó többi csoportban, a liszt-helyettesített étrendben 8,0 ± 0,7 mEq/d (n = 16) és 11,7 ± 0,9 mEq/d között, a glutén (n = 14). Az alacsony nátriumtartalmú (0,4% NaCl, n = 10–16) étrenden tartott patkányok nátrium-kiválasztási aránya nem különbözött az AIN-76A chow-t tápláló csoport átlagos 0,7 ± 0,2 mEq/d kiválasztási sebességétől.

Vita

A kukoricaolaj szójaolajjal történő helyettesítése az artériás nyomás megemelkedéséhez vezetett a tudatos SS/Mcw-ban, összehasonlítva az AIN-76A étrendet magas vagy alacsony sótartalmú táplálékkal táplált patkányokkal. Ez a megfigyelés váratlan volt, mert a szójaolaj a linolénsav forrása, amelyről kimutatták, hogy csökkenti az artériás vérnyomást és növeli a stroke-ra hajlamos SHR-k élettartamát a linolsavban dúsított étrendet fogyasztó patkányokhoz képest. 10 Mivel a szójaolaj és a glutén mindkettő a gabona diéta alkotóeleme, a szójaolaj magas vérnyomáscsökkentő hatásait nyilvánvalóan elfedi a gabona étrendben lévő glutén hipotenzív hatása. Alternatív megoldásként ismeretlen kölcsönhatás léphet fel a fehérje, a szénhidrát és a zsírforrások között, ami az artériás nyomás csökkenéséhez vezet a gabonatáppal etetett patkányoknál. Érdekes, hogy a vesebetegség mértéke a MAP emelkedése ellenére sem nőtt a szójaolaj-étrendet tápláló patkányokban. Ez a megfigyelés azt jelzi, hogy a MAP szintje és a vesebetegség súlyossága nem feltétlenül függ össze közvetlenül. A MAP növekedését közvetítő mechanizmusok, amikor az AIN-76A étrendben szójaolajat cseréltek a kukoricaolajra, még meghatározatlanok.

A szénhidrát-helyettesítés utáni hatások hiánya szintén meglepő volt ebben a tanulmányban. Az AIN-76A étrend szénhidrátja kétharmada szacharóz és egyharmada kukoricakeményítő, míg a gabona diéta szénhidrátforrása elsősorban keményítő. Mivel a Dahl sóérzékeny patkányok, a 6,8,9 SHR, a 7 és a Sprague Dawley 21–23 patkányok szacharóz-adagolása az artériás vérnyomás emelkedéséhez vezet, azt vártuk, hogy a szacharózzal helyettesített búzaliszttel ellátott étrend normalizálódik vérnyomás az SS/Mcw patkányokban. Az e két étrendet tápláló patkányok közötti különbség hiánya a betegség fenotípusaiban azt jelzi, hogy a szénhidrátforrás nem befolyásolja a magas vérnyomás vagy a vesebetegség mértékét a Dahl SS/Mcw patkányokban.

Perspektívák

A kazein helyettesítése azonos mennyiségű búza-gluténnel jelentősen gyengítette a nátrium-érzékeny magas vérnyomás és vesebetegség kialakulását az SS/Mcw patkányban. Az SS/Mcw patkányok vesebetegségének indexeit az étrendi szénhidrát vagy zsírforrás helyettesítése nem változtatta meg, bár a magas vérnyomás mértékét a szójaolaj kukoricaolajjal való helyettesítése hangsúlyozta. Mivel a nátrium-függő magas vérnyomás és a vesebetegség jellemzői az SS/Mcw patkányokban hasonlóak az emberi populációkban megfigyeltekhez, 14,15 az étkezési fehérje és zsír forrása szintén befolyásolhatja a betegek vese- és kardiovaszkuláris betegségének súlyosságát.

Ezt a munkát részben az Egészségügyi Intézet HL-29587 és DK-62803 támogatásai támogatták.