Hemodinamikai változások hipertóniás elhízott nyulaknál

A Mississippi Egyetem Orvosi Központjának élettani és biofizikai tanszékéről, Jackson.

Absztrakt

Az elhízást súlyos egészségügyi problémának ismerik el az Egyesült Államokban, ahol a felnőttek becsült 33% -a túlsúlyos. 1 Az elhízás a központi és a regionális hemodinamika megváltozásával, a megnövekedett vérmennyiséggel és előterheléssel, valamint általában a magas vérnyomással jár, és az ezzel járó utóterhelés növekedésével jár. 2 Általában a krónikus magas vérnyomás egyik következménye a szervek végső károsodása a szövetekben, például a szívben és a vesében. Feltételezik azonban, hogy az elhízás védelmet nyújthat a magas vérnyomásban talált krónikusan megnövekedett érellenállás káros hatásaival szemben, mivel az elhízásban és a magas vérnyomásban az áramlás és az ellenállás változása gyakran ellentétes irányú. 3 4 Mégsem világos, hogy mely szerveket érintik az elhízással összefüggő magas vérnyomás teljes áramlásának és ellenállásának változásai a hipertónia egyéb formáival szemben.

Mód

Állatok előkészítése

Ennek a vizsgálatnak a kísérleti protokolljait a Mississippi Egyetem Orvosi Központjának Intézményi Állatgondozási és Felhasználási Bizottsága hagyta jóvá, és azokat a Útmutató a laboratóriumi állatok gondozásához és használatához az Országos Egészségügyi Intézetektől és az állatjóléti törvény irányelveiből. Tizenhat nőstény új-zélandi fehér nyulat használtak ebben a kísérletben. A kísérleti nap előtt a nyulakat ketrecekben helyezték el az állattartó létesítményben, páratartalom és hőmérséklet szabályozott helyiségben, 12 órás fény/sötét ciklus mellett. Legalább 2 hetes akklimatizálás után véletlenszerűen két csoport egyikébe sorolták őket: (1) egy csoport, amely 21 fenntartó étrendet kapott 100-120 g/d standard nyúl chow-ból (Laboratory Rabbit Chow 5321, Purina Mills) vagy (2) ) egy csoportot, amelyet ad libitum-mal etettek standard nyúl-chow-val, amelyhez 15% extra zsírt (kukoricaolaj és állati zsír keverék) adtak.

A kísérleteket 8-12 hetes étrendi manipuláció után végeztük. Nyulakban általános érzéstelenítést indukáltak 4–5% izofluránnal, 1 L/perc oxigénáramlással, és arcmaszkkal adták be. Az érzéstelenítést 2–3% izofluránnal tartottuk fenn. A jobb femor artériát kanüláltuk, és egy katétert (PE-90) vezettünk a hasi aortába az artériás vérnyomás mérésére és egy referencia vérminta felvételére a mikroszféra-eljárás során. A jobb carotis artériát izoláltuk, és egy másik katétert (PE-90) vezettünk a bal kamrába mikrogömb injekció céljából. Ennek a katéterhegynek a kamrában való elhelyezkedését a kamrai pulzus nyomásának megfigyelésével igazoltuk. A bupivakaint (0,25%) mindkét metszési hely körül helyileg adták be, hogy a kísérlet hátralévő részében ne legyen kellemetlenség a műtéti bemetszések miatt.

Jegyzőkönyv

A nyulakat 1–1,5 órán át hagyták kiheverni az érzéstelenítésből, miközben egy Lucite nyúlmegőrzőben (Plas Labs) helyezték el őket. Ez idő alatt a femorális artériás katétert egy nyomásmérőhöz csatlakoztatták, hogy lehetővé tegye az artériás nyomás és a pulzus folyamatos rögzítését. Az átalakító jeleit analóg-digitális átalakítóba küldték, majd egy személyi számítógéppel és testreszabott szoftverrel elemezték, amelyet már teszteltek és megvalósítottak ebben a laboratóriumban. A szívfrekvenciát és a nyomást a gyógyulási periódus után 30 percig regisztráltuk; a 30 perc alatt átlagolt értékeket használtuk statisztikai elemzésekhez.

A vérnyomásmérés után a szívteljesítményt radioaktív mikrogömbök (46 Sc, 15 ± 3 μm átmérőjű, New England Nuclear) alkalmazásával határozták meg, Stanek és mtsai. Röviden, a száraz mikrogömböket 1,3-fajlagos sűrűségű szőlőcukor-oldatban szuszpendáltuk, egy csepp 0,05% Tween 80-mal, és egy előre szűrt 70 cm hosszú PE-90 csövet 0,4 ml mikrogömbös szuszpenzióval töltöttünk fel. A mikrogömb injekciós tekercset ezután a bal kamrai katéter és az infúziós szivattyú (Gilford 105-S) közé helyeztük, és a femorális katétert egy elvezető szivattyúhoz csatlakoztattuk. Az artériás vér (2 ml/perc) referencia mintavételét a szívteljesítmény meghatározása céljából 10 másodperccel a mikrogömb infúzió megkezdése előtt kezdtük meg, és az infúzió befejezése után 55-60 másodperccel fejeztük be; rögzítettük a mintavételi időt a 3 ml referencia vér kivételére. Körülbelül 2 × 106 mikrogömböt injektáltunk körülbelül 20 másodperc alatt; az injekciót az infúziós katéter sóoldattal való öblítése követte. Meghatároztuk az infúziós tekercsekben és a csatlakozókban a maradék aktivitást, és kivontuk az előinjektált aktivitásból a befecskendezett aktivitás mennyiségének meghatározásához.

A mikrogömbök injektálása után a nyulat pentobarbitál-nátrium túladagolásával eutanizálták. A szívkamrákat, a vesét, a tüdőt, a rekeszt, a májat, a lépet, a gyomrot, az agyat, a petefészket, a mellékveséket, a vastag- és a vékonybelet, valamint a kiválasztott zsírraktár-mintákat eltávolítottuk, azonnal elválasztottuk az idegen zsírtól és rostos szövetektől, és precíziós mérleggel lemértük őket. . Ezután mind a szövetmintákat, mind a referencia vérmintákat üvegcsékbe helyeztük és gamma számlálóval (Searle 1185) számoltuk a radioaktivitás meghatározásához. A teljes szerv radioaktivitását közvetlenül meghatároztuk a jobb és a bal kamrára, a vesére, a lépre, a petefészkekre és a mellékvesékre. A tüdő, a máj, a gyomor, az agy és a belek esetében a szervek összes tömegét feljegyeztük, majd a szerv radioaktivitásának csak a mintáját számoltuk. A szerv teljes véráramlását (milliliter/perc) és a szervi tömegre indexelt szervi véráramot (milliliter/perc/gramm) kiszámítottuk (lásd az alábbiakat: „Számítások”).

Számítások

A szívteljesítményt a következőképpen számoltuk:

Mind az abszolút (milliliter/perc), mind a standardizált (milliliter/perc/kilogramm) szívteljesítmény-értékeket kiszámoltuk.

A szöveti véráramlás kiszámításához a szövetben lévő mikrogömbök számát a mintában lévő mikrogömbök számának és a minta tömegének és a szerv teljes tömegének a hányadosaként számítottuk ki. A szöveti véráramlást egy gramm szövetre úgy számítottuk, hogy a kiválasztott szervben lévő mikrogömbök számának az összes injektált mikrogömb számának és a teljes szívteljesítménynek a hányadosa hányadosa volt, majd elosztva a szerv tömegével. A perifériás ellenállásokat úgy számítottuk ki, hogy elosztottuk az átlagos artériás vérnyomást (milliméter higany) a megfelelő áramlásokkal (milliliter per perc); A szöveti tömegre normalizált ellenállásokat úgy számoltuk, hogy az átlagos artériás vérnyomást elosztottuk a normalizált szöveti áramlással (milliliter percenként/gramm).

Statisztikai elemzések

A jobb és a bal oldali szervek súlyát és a normalizált szöveti áramlást összehasonlítottuk a tüdőben, a vesében, a mellékvesékben és a petefészkekben, párosítva t tesztek. Mivel a mért változókban nem volt szignifikáns különbség (P>, 05), a jobb és a bal oldalt további számításokban és elemzésekben kombináltuk. Ezután az elhízott és a sovány nyulak közötti csoportkülönbségek elemzését párosítatlan módszerrel végeztük t tesztek. Az összes adatot átlag ± SEM-ben fejezzük ki; statisztikai szignifikanciát elfogadtuk P≤.05.

Eredmények

Testtömeg, nyugalmi pulzusszám és artériás nyomás

Az étrendi manipulációs periódus előtt nem volt szignifikáns különbség a testtömegcsoportok között (P> .05). A magas zsírtartalmú étrend 8-12 hete azonban elhízást és magas vérnyomást eredményezett nyulaknál. A testtömeg 43% -kal volt magasabb (P≤.05) és az átlagos artériás nyomás 19% -kal magasabb (P≤.05) az elhízott nyulaknál (1. táblázat). Mind a szisztolés, mind a diasztolés nyomás emelkedése hozzájárult az átlagos nyomás emelkedéséhez. A nyugalmi pulzus szintén 23% -kal volt magasabb (P≤.05). A jelen kísérletben mind a sovány, mind az elhízott nyulaknál regisztrált vérnyomásértékek valamivel magasabbak voltak, mint amelyeket korábban ebben a laboratóriumban regisztráltak, 24 valószínűleg a kamrai katéter elhelyezéséhez a jobb nyaki artéria elzáródása miatt.

Szív leállás

Az elhízáshoz kapcsolódó hipertónia a nyulaknál az abszolút nyugalmi szívteljesítmény 37% -os növekedésével járt (812 ± 59, illetve 593 ± 47 ml/perc; P≤.05). A testsúlyra indexelve azonban a szívteljesítmény nem különbözött a csoportok között, az elhízott nyulak esetében átlagosan 156 ± 11 ml/perc kilogrammonként, a sovány nyulaknál pedig 162 ± 13 ml/perc/kilogrammonként. Az elhízott nyulakban a nyomás növekedése arányosan kisebb volt, mint a szívteljesítmény növekedése, így az elhízott nyulak teljes perifériás ellenállása 18% -kal alacsonyabb volt (P≤.05, 2. táblázat). Bár az elhízott nyulak testtömegére indexelt ellenállás általában magasabb (+ 21%) volt, ez nem érte el a statisztikai szignifikanciát (P= .06, 2. táblázat).

Regionális véráramlás

Az elhízott nyulak megnövekedett testtömege a test számos szervének megnövekedett súlyával járt együtt (3. táblázat). A jobb és a bal kamra egyaránt körülbelül 30% -kal nehezebb az elhízott nyulakban, a vese pedig körülbelül 24% -kal nehezebb (P≤.05). Az elhízott nyulak jelentős súlynövekedését mutató egyéb szervek a máj (40%), a petefészkek (40%), a mellékvesék (26%), a rekeszizom (15%) és a lép (47%) voltak (mind P≤.05). A szervek tömegének növekedését egyes szervekben nagyobb abszolút véráramlás kísérte. A jobb és a bal kamrai áramlás az elhízott nyulaknál 40, illetve 77% -kal volt nagyobb (P≤.05); a vesékbe áramolt együttes áramlás 40% -kal nőtt (P≤.05). Ezenkívül az abszolút áramlás nagyobb volt a tüdőben (+ 124%) és a petefészkekben (+ 50%) (P≤.05).

A szöveti tömeg indexelése után a vastagbélbe áramolt vér 68% -kal volt magasabb az elhízott nyulaknál, mint a sovány nyulaknál (P≤.05) (3. táblázat). Bár a normalizált véráramlás nagyobb volt a bal kamra elhízott nyulainál (+ 35%, P=, 06), vesék (+ 12%, P=, 09) és a tüdő (+ 126%, P=, 08), ezek az értékek nem érték el a statisztikai szignifikanciát.

A véráramlás négy kiválasztott zsírraktárban a 4. táblázatban található. Az összes mintavételi helyen a zsírszövet/gramm véráramlás lényegesen alacsonyabb volt az elhízottaknál, mint a sovány nyulak (mind P≤.05), 55 és 73% közötti eltérésekkel. Következésképpen a számított szöveti rezisztencia a négy zsírraktár közül háromban jelentősen megnőtt, a növekedés 128% és 276% között mozgott. Az abszolút rezisztencia más szövetekben (2. táblázat) nem különbözött a sovány és elhízott nyulak között, kivéve a bal kamrát, a vesét és a vastagbelet, ahol az elhízott nyulaknál az ellenállások 39, 14 és 27% -kal alacsonyabbak voltak. . A szervtömeg indexelésével a bal kamra és a vastagbél különbségei már nem voltak szignifikánsak. Bár a normalizált vese rezisztencia általában nagyobb volt az elhízott nyulaknál (+ 12%, P=, 09), ez az érték nem érte el a statisztikai szignifikanciát.

Vita

Bár számos tanulmány dokumentálja az elhízás és/vagy a magas vérnyomás következtében bekövetkező változásokat a központi kardiovaszkuláris hemodinamikában, kevés tanulmány határozta meg, hogy mely szöveteket érintik ezek a változások. Bizonyos mértékig ez a tudáshiány összefügg az emberekben vagy egy nagy állatban, például a kutyában végzett kiterjedt regionális áramlási meghatározások nehézségével. Az elhízáshoz kapcsolódó hipertónia nyúlmodellje megfelelőbb méretű állatot biztosít a regionális áramlásmérésekhez a mikroszféra módszer alkalmazásával. Ezen állatmodell segítségével bebizonyítottuk, hogy az elhízáshoz kapcsolódó hipertónia a szívteljesítmény 37% -os növekedésével és a teljes perifériás ellenállás 18% -os csökkenésével járt. A testméret alapján történő indexeléskor azonban a szívteljesítmény nem változott, és az általános perifériás ellenállás csak kismértékű növekedést mutatott. Az elhízott nyulak kamráiban, veséiben és vastagbélében nőtt a regionális áramlás és csökkent a regionális ellenállás; ezek a különbségek azonban nagymértékben csökkentek, amikor a szervek súlyára indexeltük. Ezzel szemben az előállított elhízás csökken a normalizált zsíráramlásban és nagy mértékben növekszik az ellenállás.

Általános és regionális véráramlás és ellenállások

Korábbi tanulmányok kimutatták, hogy mind a súlygyarapodás, mind a magas vérnyomás függetlenül kapcsolódik az általános és a regionális véráramlás változásaihoz. Elhízás esetén, egyidejű hipertónia jelenlétében vagy hiányában a szívteljesítmény abszolút értékei jelentősen megemelkednek mind az emberek, mind az állatmodelleknél 4 7 8 9 10 11 12 19 25, és általában a plazma térfogatának növekedésével járnak. A jelen megállapításokkal összhangban azonban a legtöbb kutatás azt jelzi, hogy a szívteljesítmény nem különbözik a karcsú és elhízott egyének között, ha indexelik a testtömegre vagy a testfelületre. 4 7 10 11 13 19 25 26 Ezzel szemben a ventromedialis hipotalamusz elváltozású patkányokban az elhízás a vérnyomás jelentős emelkedése ellenére sem jár a központi hemodinamika változásával. Ez a jelen megállapításokkal való eltérés faji különbséget jelenthet, vagy egyedi lehet az elhízás előidézésének ventromedialis hipotalamusz módszerével. Alternatív megoldásként a különbségek abból adódhatnak, hogy ezekben a vizsgálatokban a testtömeg és a vérnyomás viszonylag kisebb mértékben emelkedett.

Megállapították, hogy az elhízott egyének szívteljesítménye a zsírtömeg növekedésével arányosan növekszik, ami arra utal, hogy a nonadiposeus szövetek véráramlása megnő. 4 13 20 Ezt igazolták elhízott patkányoknál, amelyekben a vese, a máj és a herék áramlásának növekedését dokumentálták, 19 és elhízott hipertóniás kutyáknál, amelyeknél a vese véráramlása növekedést mutatott. 10 Egy előzetes jelentés dokumentálta az elhízott kutyamodellben a gyomor-bél traktus, a szív és az agy áramlásának növekedését is. 14 Ezzel szemben a ventromedialis hipotalamusz patkány modell az elhízással összefüggő magas vérnyomásban a vesébe történő áramlás arányának csökkenését mutatta. 27 Jelen tanulmány kimutatta, hogy az elhízással járó magas vérnyomás nonadipose áramlása jelentősen megnőtt a kamrákban, a vesékben és a vastagbélben. Még a szervméret növekedése alapján is indexelve az áramlás általában nagyobb volt a bal kamrában és a vesében. A bal kamrába történő áramlás növekedése részben összefüggésben lehet az elhízott nyulak magasabb pulzusával járó nagyobb anyagcsere munkával.

Jelen tanulmányban a szívritmus növekedése volt a felelős a szívteljesítmény növekedésének legnagyobb részéért, mivel a számított stroke térfogata nem különbözött a sovány és elhízott nyulak között (2,7 ± 0,6, illetve 3,1 ± 0,7 ml). Ez összhangban áll az elhízással társult magas vérnyomás kutyákon végzett tanulmányainak 10 adataival, amelyek 57% -kal növelték a pulzusszámot és 56% -kal növelték a szívteljesítményt. Az elhízott serdülők 8 és a felnőttek 29 adatai szintén arra utalnak, hogy a pulzus emelkedése, nem pedig a stroke mennyisége, összefügg az elhízással összefüggő szívteljesítmény növekedéssel. Az irodalom azonban nem teljesen ért egyet a szívritmus és a stroke térfogatának a megnövekedett szívteljesítményhez való hozzájárulásával kapcsolatban, mivel vannak állítások, amelyek szerint az elhízás esetén a megnövekedett szívteljesítményt a megnövekedett stroke-térfogat és a normális vagy kissé alacsony pulzus tartja fenn. . 11 30

A nem elhízott állatokban a hypertonia különböző formáinak általános és regionális rezisztenciája általában megnő. 4 5 6 26 Másrészt a normotenzív, elhízott egyének általában a teljes rezisztencia csökkenését mutatják, amint azt elhízott serdülők 8 és felnőttek vizsgálata is bizonyította. 3 30 Az elhízáshoz kapcsolódó hipertónia hatása a perifériás rezisztenciára az uralkodó rendellenességektől függően változik, egyes alanyok csökkent általános és regionális perifériás rezisztenciákat mutatnak 3 4 14 31, mások pedig fokozott általános rezisztenciát mutatnak. 3 4 25

Ez a tanulmány kimutatta, hogy az elhízáshoz kapcsolódó hipertónia az általános rezisztencia 18% -os csökkenésével járt. Az abszolút teljes rezisztencia csökkenésének nagysága hasonló az elhízással összefüggő magas vérnyomás kutyamodelljében megfigyelthez. 10 13 32 Ha az ellenállást normalizálják a testtömeg vagy a testfelület szempontjából, mind a jelen tanulmány, mind az elhízáshoz kapcsolódó hipertónia kutyákon egy korábbi tanulmánya 10 a rezisztencia 20% -os növekedését állapította meg, míg az elhízott hipertóniás embereknél a 37%. 26 Az elhízás regionális rezisztenciájára vonatkozó adatok azonban nem egyértelműek. Az elhízáshoz kapcsolódó hipertónia kutyáknál nem társult a regionális érrendszeri ellenállás változásával, 14 míg elhízott serdülőknél az alkar érellenállásának csökkenését figyelték meg. 8 Abszolút alapon megállapítottuk a vese, a bal kamra és a bél rezisztenciájának csökkenését. Amikor a rezisztencia értékeket a szervtömegre normalizálták, a vese rezisztencia növekedésére tendencia volt, de ez az érték nem érte el a statisztikai szignifikanciát. A normalizált bal kamrai és bélrezisztencia körülbelül 20% -kal volt alacsonyabb az elhízott nyulaknál, de ez nem volt szignifikáns.

Az elhízáshoz kapcsolódó hipertóniával járó regionális áramlás növekedése nem kapcsolódhat semmilyen hemodinamikai rendellenességhez, de a szerv méretének növekedéséhez. Valójában a jelen tanulmányban látható abszolút szerváramlás-növekedés számos csökkent vagy megszűnt, amikor az áramlást indexelték, figyelembe véve a szervek tömegének növekedését. A jelen vizsgálattal ellentétben a Rocchini 13 a testtömeg jelentős növekedése ellenére sem talált elhízott szervek tömegének növekedését a sovány kutyákhoz képest, és azt javasolta 33, hogy a súlygyarapodás ezért regionális hemodinamikai rendellenességekkel jár. Ez a következtetés annak a következménye lehet (1) a rövid 6 hetes kísérleti időszak, amely nem lehet elegendő a szervtömeg jelentős növekedésének előidézéséhez, (2) a jelentett viszonylag kis súlygyarapodás (2,5 kg) vagy (3) a nagy a kutyamodellben rejlő változékonyság az állatok között. 8–12 hetes elhízási periódust alkalmazva a nyúlmodellben, a legtöbb mért szövetben meg tudtuk mutatni a megnövekedett szervsúlyt.

A zsírszövet áramlása

Összefoglalva, eredményeink azt mutatják, hogy a nyúl elhízással összefüggő hipertóniája a szerv súlyának növekedésével, a szívteljesítmény növekedésével és az általános perifériás ellenállás csökkenésével jár. Az áramlás és az ellenállás változásai voltak a legszembetűnőbbek a bal kamrában, a vese és a zsírszövetben. Ezek az eredmények azt mutatják, hogy még az elhízás viszonylag rövid periódusai is jelentős általános és regionális hemodinamikai változásokkal járnak. Ezek az eredmények azt is bizonyítják, hogy a nyúlmodell utánozza az elhízással összefüggő magas vérnyomásban észlelt kardiovaszkuláris változások számát emberben és más állatmodellekben. Így a nyúl modell hasznosnak bizonyulhat az elhízással összefüggő magas vérnyomáshoz kapcsolódó táplálkozási, kardiovaszkuláris és anyagcsere-problémák vizsgálatában.

Újranyomtatási kérelmek Joan F. Carrollhoz, PhD, a Mississippi Egyetem Orvosi Központjának Élettani és Biofizikai Tanszéke, 2500 N State St, Jackson, MS 39216-4505. E-mail [e-mail védett]