Az étrendi káliumpótlás javítja az érrendszert és javítja az agyi ischaemia által okozott károsodást normotenzív patkányokban

Absztrakt

Háttér

Az étrend-kálium-kiegészítés hipertóniás patkányokban kardioprotektív. Ez a védelem magában foglalja az agyi ischaemia által okozott károsodás vérnyomásfüggetlen csökkentését. Ezért feltételeztük, hogy az étrendi káliumpótlás javítja az iszkémiás stroke kimenetelét azáltal, hogy javítja az agyi erek szerkezetét normotenzív patkányokban.

Mód

A Wistar Kyoto (WKY) patkányokat hat hetes kortól kezdve magas (HK) vagy alacsony káliumtartalmú (LK) étrenddel etették. A kezelés végén az agyi ischaemiát a középső agyi artéria (MCA) elzáródása indukálta, és az így kapott infarktust mennyiségileg meghatároztuk, és az infarktus alatt lévő félteke százalékában fejeztük ki (% HI). Az MCA szerkezetét egy további patkánycsoportban értékeltük nyomás alatt álló arteriográf segítségével.

Eredmények

Az agyi infarktus szignifikánsan kisebb volt a HK-étrendet tápláló patkányokban, összehasonlítva az LK-étrendet tápláló patkányokkal (21 ± 5,4 vs 33,5 ± 4,8% HI HK vs LK p

Háttér

Epidemiológiai vizsgálatok azt mutatják, hogy a káliumbevitel fordítottan korrelál az agyi érrendszeri események előfordulásával [1–4]. Egy ideje egyértelmű, hogy a magas káliumtartalmú étrend csökkenti a vérzéses stroke számát a stroke-ra hajlamos, spontán hipertóniás patkányokban (SHRSP) [5, 6], és csökkenti a stroke kockázatát emberben [1–3]. Korábban azt is kimutattuk, hogy a spironolakton, egy kálium-megtakarító gyógyszer adagolása csökkenti az iszkémiás agyi infarktus méretét az SHRSP-ben [7]. Nemrégiben kimutattuk, hogy az étrendi káliumpótlás csökkenti az iszkémiás agyi infarktusok méretét az SHRSP-ben és javítja az MCA szerkezetét [8]. Érdekes, hogy az étrendi kálium-kiegészítés nem változtatta meg a vérnyomást a normál nátrium-étrendet tápláló SHRSP-ben. Ez felveti annak lehetőségét, hogy a káliumpótlás hatása vérnyomástól független, és normotenzív patkányokban is előfordulhat.

Az iszkémiás stroke 68–80 százaléka a magas vérnyomásnak tulajdonítható [9]. Azonban továbbra is jelentős populáció van, aki iszkémiás stroke-ban szenved, miközben a vérnyomása normális. Ezért körültekintőnek tűnik annak felmérése, hogy a hipertóniás patkányokban előnyösnek bizonyult terápiák csökkenthetik-e normális vérnyomású patkányok iszkémiás károsodását is. Ezért kísérleteket terveztünk a HK diéta hatásainak tesztelésére normotenzív WKY patkányokban.

Mód

Állatok

A hím WKY patkányokat Harlan-tól (Indianapolis IN) szereztük be. A patkányokat 12 órás világos sötét ciklusban tartottuk, ketrecenként kettőt helyeztünk el, és hozzáférést biztosítottunk az ételhez és a vízhez ad libitum. A patkányokat 6-12 hetes korukig alacsony kálium (LK) vagy magas kálium (HK) tápot etették, amelyek 0,79%, illetve 2,11% káliumot tartalmaztak (Zeigler Brothers: Gardners PA). A HK és az LK étrend egyaránt 0,16% NaCl-ot tartalmazott. Ezek a tanulmányok megfeleltek az American Physiological Society által vázolt, állatgyógyászati felhasználásra szánt protokolloknak, és az Intézményi Állattenyésztési és Felhasználási Bizottság jóváhagyta őket.

MCA elzáródás

A patkányokat nátrium-pentobarbitállal (50 mg/kg IP) altattuk, és az érzéstelenítés alatt a test hőmérsékletét 37 ° C-on tartottuk. Az MCA-t az intralumenális fonal elzáródásának technikájával végleg elzárták [10]. Röviden: a közös nyaki artériát középvonalú metszéssel tettük ki, és a külső nyaki artéria ágait cauterizáltuk. A nyaki artériába kerekített csúcsú 3-0-s szálat vezettek be a nyaki artériába, és koponyaszerűen a belső nyaki artériába haladtak 19 mm távolságban, a közös nyaki artéria elágazásától mérve. A fonalat a helyén hagytuk, és a patkányokat hagytuk helyreállni. Az MCA körüli régió véráramlását lézeres Doppler áramlási szondával mértük az MCA elzáródásának igazolására. Elzáródás után (24 óra) a patkányokat érzéstelenítjük és lefejezzük, és az agyakat gondosan eltávolítjuk. Az infarktus területét a korábban leírt módon 2,3,5-trifenil-tetrazolium (TTC) festéssel alkalmaztuk. A TTC-re reagálva rózsaszínűre festett agyterületet életképes szövetnek tekintették, és a fehér területet iszkémia által károsított szövetnek minősítették [7].

MCA szerkezet

Vérnyomás és plazma elektrolitok

A vérnyomást telemetriával folyamatosan monitorozták [12] (Data Sciences, Inc.; 20). Telemetriai szondákat helyeztek az öthetes patkányok hasi aortájába. A kiindulási vérnyomást 3 napig mértük, mire az állatokat hat hetes korukban speciális étrendre helyezték. A plazma nátrium- és káliumszintet a Synchron EL-ISE elektrolit rendszerrel (Beckman Instruments) mértük.

Vegyszerek

Az összes laboratóriumi vegyszert a Sigma-tól (St. Louis MO) vásárolták.

Statisztika

Valamennyi eredmény az átlag ± az átlag standard hibájaként jelenik meg. Az agyi vaszkuláris struktúra adatait és a vérnyomást kétirányú, ismételt ANOVA méréssel elemeztük Bonferroni utópróbával. Az agyi infarktus méretét, a plazma elektrolitokat, a testtömegeket és a β-együtthatókat Student t-tesztjével hasonlítottuk össze. A ≤ 0,05 p-értéket szignifikánsnak tekintették.

Eredmények

Vérnyomás, plazma elektrolitok és testtömeg

Az étrendi káliumpótlás nem volt hatással az átlagos artériás vérnyomásra a WKY patkányokban (1. ábra). A két kezelési csoportból származó patkányok testtömege hasonló volt (274 ± 4,5 vs 265 ± 5,4 gramm HK vs LK). A plazma nátriumszintje szintén hasonló volt a két csoport között (142 ± 1,8 vs 144 ± 1,7 HK vs LK), a HK-táplálékkal etetett patkányokban a plazma káliumszint emelkedése irányult (5,2 ± 0,2 vs 4,9 ± 0,2 HK vs LK p = 0,25).

Az étrendi káliumpótlás nem változtatta meg a vérnyomást a WKY patkányokban. A vérnyomást telemetriával mértük, és az átlagos nappali és éjszakai vérnyomást mutatjuk (n = 3 minden csoportban).

Agyi infract méret

Az agyi iszkémiát MCA elzáródás indukálta. 24 órás ischaemia után az agyi infarktus szignifikánsan kisebb volt a HK-étrendet tápláló patkányokban, összehasonlítva az LK-étrendet tápláló patkányokkal (21 ± 5,4 vs 33,5 ± 4,8% HI HK vs LK p 2. ábra

Passzív érdinamika

A HK-étrendet tápláló patkányok MCA lumen és külső átmérője szignifikánsan nagyobb volt az intralumenális nyomás tartományában, mint az LK-étrendet tápláló patkányoké (3A. És 3B. Ábra). Az érfal vastagságának, valamint a fal és a lumen arányának értékelése azt mutatta, hogy nincs szignifikáns különbség a HK és LK étrendet tápláló patkányok között (4A. És 4B. Ábra), ami arra utal, hogy az MCA kívülről eutrofikus átalakításon ment keresztül az étrendi káliumpótlás hatására. Stressz-törzs görbéket alkalmaztunk az MCA megfelelésének értékelésére, a HK-étrendet tápláló patkányok edényeinél nem volt eltolódás a stressz-törzs görbében az LK-étrendet tápláló patkányokhoz képest (5A. Ábra), hasonlóan nem volt a β-együttható változása (5,80 ± 1,15 vs 5,97 ± 0,61 HK vs LK). A diétás káliumpótlás szintén nem befolyásolta az MCA deabilitását (5B. Ábra). Az erek átalakulási és növekedési indexeit kiszámítottuk a HF patkányok számára 80 mmHg intralumenális nyomáson, az átalakulási index 110,83 volt, ami a HK patkányok kifelé történő átalakulását jelezte, és a növekedési index -0,41 volt, ami azt jelzi, hogy nincs növekedés és kis mennyiségű atrófia.

Az étrendi káliumpótlás nincs hatással a falvastagságra (A) és a fal/lumen arányra a WYK patkányokban. Az artériákat egy kis edény arteriográfba helyeztük, és az erek falvastagságát és lumenátmérőit intralumenális nyomások tartományában (20–180 Hgmm) mértük nulla áramlású és kalciummentes körülmények között, és kiszámoltuk a fal/lumen arányt. Az eredményeket kétirányú ismételt méréssel hasonlítottuk össze: ANOVA (NS) n = 5 a HK csoportnál és 6 az LK csoportnál.

Az étrendi káliumpótlás nincs hatással az erek megfelelőségére, amint azt a stressz-alakváltozási görbe (A) vagy az érérzékenység (B) jelzi. Az artériákat egy kis érartériográfba helyeztük, és az érszerkezetet a korábban leírtak szerint értékeltük. Ezeket az eredményeket használtuk a kerületi falfeszültség, a falfeszültség és a nedvesség kiszámításához. n = 5 a HK csoportnál és 6 az LK csoportnál.

Vita

Két új megállapítás van ebben a tanulmányban. Először megmutattuk, hogy az étrendi káliumpótlás csökkenti az ischaemiás agyi infarktus méretét normotenzív patkányokban. Megmutattuk azt is, hogy a HK-táplálékkal táplált patkányok MCA-k nagyobb lumen- és külső átmérővel rendelkeznek. Számos tanulmány kimutatta, hogy az MCA lumenének és külső átmérőjének csökkentése csökkenti az erek autoregulációs [13] és tágulási képességét [14], mindkét hatás hozzájárulhat az agyi ischaemia által okozott károk növekedéséhez. Ezért az érátmérő növelésével lehetséges, hogy a HK diéta javította az agyi erek működését, és ez felelős az agyi infarktus méretének csökkenéséért. Legjobb tudásunk szerint ez az első olyan tanulmány, amely kimutatta az étrendi káliumpótlás jótékony hatását normotenzív patkányokban.

A HK étrend érrendszerre gyakorolt hatásának mechanizmusa a WKY patkányokban továbbra sem tisztázott. Korábbi, SHRSP-t használó vizsgálataink azt mutatták, hogy a HK-diéta a különböző növekedési faktor-receptorok és kollagének mRNS-szintjét csökkentette [8]. Mivel a WKY patkányokban nem figyelünk meg az érfal vastagságának változására, valószínűtlennek tűnik, hogy a HK diéta megakadályozza a növekedési faktor által stimulált simaizom hipertrófiát a WKY patkányokban. Hasonlóképpen az erek megfelelőségének csökkenését és a kollagén mRNS szintjének csökkenését figyeltük meg a HK étrendet tápláló SHRSP-ben [8]. Más tanulmányok azt is sugallják, hogy az étrendi káliumpótlás javítja az erek megfelelőségét esszenciális magas vérnyomásban szenvedő betegeknél [15]. A jelenlegi tanulmányban nem figyeltünk meg eltérést a megfelelésben vagy az ér merevségében, ezért nem valószínű, hogy ez a kálium védőhatásának mechanizmusa.

Meg kell jegyezni, hogy az étrendi kálium-kiegészítésnek az agyi ischaemia kimenetelére gyakorolt hatása nem kizárólag a lumen átmérőjének változásainak tudható be. A káliumkoncentráció kismértékű növekedése csökkenti a reaktív oxigénfajok (ROS) képződését [16]. A ROS-generáció az akut ischaemiás stroke patogenezisében is szerepet játszik [17], ezért az ischaemia kiváltása utáni ROS-generáció csökkenése felelős lehet a kálium jótékony hatásáért az ischaemia kimenetelére. Hasonlóképpen, a pro-gyulladásos citokin, az interleukin 1 béta (IL-1β) szintje gyorsan emelkedik az agyban iszkémiás sértésre reagálva [18]. Érdekes módon kimutattuk, hogy az étrendi kálium-kiegészítés SHRSP-ben drámai csökkenést okoz az IL-1β plazmakoncentrációjában [19], felvetve annak lehetőségét, hogy ez is hatással legyen az iszkémia kimenetelére a normotenzív patkányokban.

Következtetés

Összegzésképpen nagyon egyértelmű bizonyítékot mutattunk ki arra vonatkozóan, hogy az étrendi káliumpótlás csökkenti az agyi ischaemia által okozott károsodás mértékét, és növeli az MCA lumenét és a külső átmérőt a WKY patkányokban. Legjobb tudomásunk szerint ez az első tanulmány, amely egy normotenzív patkányban felmérte ennek a nagyon egyszerű kezelésnek és a költséghatékony kezelésnek a hatékonyságát.

Hivatkozások

Ascherio A, Rimm EB, Hernan MA, Giovannucci EL, Kawachi I, Stampfer MJ, Willett WC: A kálium, a magnézium, a kalcium és a rost bevitele és a stroke kockázata az amerikai férfiak körében. Keringés 1998,98(12): 1198-1204.

Fang J, Madhavan S, Alderman MH: Étrendi káliumbevitel és stroke mortalitás. Stroke 2000,31(7): 1532-1537.

Suter PM: A kálium, magnézium, kalcium és rostok hatása a stroke kockázatára. Nutr Rev 1999,57(3): 84-88.

Yamori Y, Nara Y, Mizushima S, Sawamura M, Horie R: A stroke és a súlyos szív- és érrendszeri betegségek táplálkozási tényezői: az étrend-megelőzés nemzetközi epidemiológiai összehasonlítása. Egészségügyi képviselő 1994,6.(1): 22-27.

Tobian L, Lange JM, Ulm KM, Wold LJ, Iwai J: A kálium megakadályozza a magas vérnyomású patkányok stroke általi halálozását anélkül, hogy csökkentené a vérnyomást. J Hypertens Suppl 1984,2(3): S363-6.

Tobian L, Lange JM, Johnson MA, MacNeill DA, Wilke TJ, Ulm KM, Wold LJ: A magas K-értékű étrend csökkenti az agyi vérzést és infarktusokat, a halálozási arányt és a mesenterialis arterioláris hipertrófiát a stroke-ra hajlamos, spontán hipertóniás patkányokban. J Hypertens Suppl 1986,4(5): S205-7.

Dorrance AM, Osborn HL, Grekin R, Webb RC: A spironolakton csökkenti az agyi infarktus méretét és az EGF-receptor mRNS-t stroke-ra hajlamos patkányokban. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 2001,281(3): R944-50.

Dorrance AM, Pollock DM, Romanko OP, Stepp DW: A magas káliumtartalmú étrend csökkenti az infarktus méretét és javítja az érrendszert hipertóniás patkányokban. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 2007,292(1): R415-22.

Hankey GJ: Az iszkémiás stroke lehetséges új kockázati tényezői: mi a potenciáljuk? Stroke 2006,37(8): 2181-2188. 10.1161/01.STR.0000229883.72010.e4

Longa EZ, Weinstein PR, Carlson S, Cummins R: Reverzibilis agyi artéria elzáródása patkányokban kraniectomia nélkül. Stroke 1989,20(1): 84-91.

Heagerty AM, Aalkjaer C, Bund SJ, Korsgaard N, Mulvany MJ: Kis artéria szerkezete magas vérnyomásban. Az átalakítás és a növekedés kettős folyamata. Magas vérnyomás 1993,21(4): 391-397.

Pollock DM, Pollock JS: Bizonyíték arra, hogy az endotelin részt vesz a magas sókra adott válaszban. Am J Physiol Renal Physiol 2001,281(1): F144-50.

Izzard AS, Graham D, Burnham képviselő, Heerkens EH, Dominiczak AF, Heagerty AM: Az agyi artériák myogén és szerkezeti tulajdonságai a stroke-ra hajlamos spontán magas vérnyomású patkányoktól. Am J Physiol Heart Circ Physiol 2003,285(4): H1489-94.

Baumbach GL, Heistad DD: Az agyi arteriolák átalakítása krónikus hipertóniában. Magas vérnyomás 1989,13.(6 Pt 2): 968-972.

Wu G, Tian H, Han K, Xi Y, Yao Y, Ma A: A négy hétig tartó kálium-magnézium-kiegészítés javítja a kis artériák distalis kompatibilitását és csökkenti a vérnyomást esszenciális magas vérnyomásban szenvedő betegeknél. Clin Exp Hypertens 2006,28.(5): 489-497. 10.1080/10641960600798705

McCabe RD, Bakarich MA, Srivastava K, Young DB: A kálium gátolja a szabad gyökök képződését. Magas vérnyomás 1994,24.(1): 77-82.

Juurlink BH, Sweeney MI: Olyan mechanizmusok, amelyek károsodást okoznak az agyi ischaemia alatt és után. Neurosci Biobehav Rev 1997,21(2): 121-128. 10.1016/S0149-7634 (96) 00001-2

Huang J, Upadhyay UM, Tamargo RJ: Gyulladás agyvérzésben és a fokális agyi ischaemia. Surg Neurol 2006,66(3): 232-245. 10.1016/j.surneu.2005.12.028

Dorrance AM: Csökkent interleukin-1-béta: az étkezési kálium védőhatásának lehetséges mechanizmusa. Magas vérnyomás 2004, 44: P112. 10.1161/01.HYP.0000138068.03893.40

Köszönetnyilvánítás

Ezt a munkát az Országos Egészségügyi Intézetek (HL077385: AMD, HL67303: DWS, HL64776: DMP) és az American Heart Association (0030370Z: DWS, 0640113N: DMP, 0130364N: AMD) támogatásával támogatták. A szerzők köszönetet mondanak Hiram Ocasiónak és Meghan Patchannek a technikai segítségért.

Szerzői információk

Hovatartozások

Fiziológiai Tanszék, Georgia Georgia College, 1120 15. utca, Augusta, GA, 30912, USA

Christine Rigsby és Anne M Dorrance

Vascular Biology Center, Georgia College, 1120 15. utca, Augusta, GA, 30912, USA

David M Pollock

Farmakológiai és Toxikológiai Tanszék, Michigan State University, East Lansing, MI, 48824, USA

Anne M Dorrance

A PubMed Google Scholar alkalmazásban is kereshet erre a szerzőre

Levelezési cím

További információ

Versenyző érdekek

A szerző (k) kijelentik, hogy nincsenek versengő érdekeik.

A szerzők hozzájárulása

A CSR elvégezte az érszerkezet-vizsgálatokat, a DMP mérte a vérnyomást telemetriával és a vizsgálatok alapján kialakított AMD-vel, elvégezte az agyi infarktus méretének elemzését és elkészítette a kéziratot.

A szerzők eredeti fájljai fájlokhoz

Az alábbiakban mutatjuk be a linkeket a szerzők eredeti képfájljaihoz.