От катедрата по физиология, Медицински колеж на Уисконсин Милуоки.

От катедрата по физиология, Медицински колеж на Уисконсин Милуоки.

От катедрата по физиология, Медицински колеж на Уисконсин Милуоки.

Преглеждате най-новата версия на тази статия. Предишни версии:

Резюме

Съставът и количеството хранителни хранителни вещества могат да имат дълбоки ефекти върху артериалното кръвно налягане. При хората повишената консумация на храна, съдържаща холестерол, наситени мазнини или въглехидрати, е свързана с повишаване на артериалното кръвно налягане, докато диетата с високо съдържание на протеини е свързана с намаляване на кръвното налягане. 1–4 Експериментални проучвания също са изследвали влиянието на промените в хранителните протеини, мазнини и въглехидрати върху артериалното кръвно налягане при животински модели. Развитието на хипертонията се ускорява при генетични модели на хипертония в зависимост от източника и състава на хранителните протеини, 5 въглехидрати, 6–9 и мазнини. 9,10 Тези клинични и експериментални резултати показват, че различните компоненти на диетата, независимо от съдържанието на натриев хлорид, могат да имат дълбоко влияние върху дългосрочното ниво на артериалното кръвно налягане.

Проучвания от нашата лаборатория демонстрират, че чувствителните към натрий промени в кръвното налягане и бъбречните заболявания при самородни плъхове, чувствителни към сол на Dahl от колонията в Медицинския колеж в Уисконсин (плъхове Dahl SS/Mcw) са модифицирани в зависимост от храната, подавана на плъховете. Плъхове, хранени с чау, формулирани в съответствие с насоките, установени от Американския институт по хранене през 1976 г. (AIN-76A) 11,12, са имали по-голяма степен натрий-зависима хипертония и бъбречно заболяване в сравнение с плъхове, хранени с диета, получена предимно от зърнени продукти. 13 AIN-76A и зърнената диета (Teklad 3075S) се състоят от приблизително еднакъв процент протеини, въглехидрати и мазнини. Разликите между двете диети обаче включват източника на протеин (казеин в AIN-76A срещу царевичен и пшеничен протеин в зърнената диета), въглехидрати (захароза и царевично нишесте в AIN-76A спрямо царевично и пшенично брашно в зърнената диета ) и мазнини (царевично масло в диетата AIN-76A срещу соево масло в зърнената диета).

Настоящото проучване е специално разработено, за да провери хипотезата, че източникът на хранителни протеини, мазнини или въглехидрати може да доведе до модулация на хипертонията и бъбречните заболявания при плъховете Dahl SS/Mcw. Тъй като характеристиките на натриево-зависимата хипертония и бъбречните заболявания при плъховете SS/Mcw са подобни на наблюдаваните при човешки популации, 14,15 изясняването на екологичните модификатори на фенотипа на болестта при тези животни може да даде важни улики за влиянието на диетата върху човешка болест. За да отговорят на този въпрос, плъховете са били хранени с обичайна диета през целия си живот от отбиването. Персонализираните диети използваха идентичната формулировка като диетата AIN-76A, с изключение на това, че източникът на протеини, въглехидрати или мазнини в персонализираните диети е подобен на този, използван в зърнената диета.

Методи

Експериментални животни

Експерименти бяха проведени върху инбреден Dahl SS/Mcw. Животновъдите са хранени с пречистена диета за гризачи AIN-76A (Dyets, Inc, Bethlehem, Pa), съдържаща 0,4% NaCl. Отбиванията са поставени на случаен принцип и се поддържат на 1 от 5-те различни диети, описани. Съдържанието на сол във всяка диета е 0,4% NaCl от отбиването до 9-седмична възраст. На 9 седмици съдържанието на сол в чау е повишено до 4,0% NaCl и плъховете са изследвани на 12-седмична възраст. Комитетът за грижи и употреба на животните на MCW одобри всички експериментални протоколи.

Диети

Формулировката на пречистената диета AIN-76A следва насоки, препоръчани от Американския институт по хранене. 11,12 Пълнозърнестата диета е получена от Harlan Teklad (3075S; Madison, Wis) и е направена от смляна пшеница и царевица. Диетите AIN-76A и Teklad 3075S се състоят от приблизително еднакъв процент протеини (18% до 20%), въглехидрати (60% до 65%), мазнини (5%) и фибри (4% до 5%), с подобни количества витамини и минерали. За да се определи кой компонент от пълнозърнестата диета е важен за затихването на хипертонията и бъбречните заболявания при плъховете SS/Mcw, бяха произведени 3 изокалорични диети (Dyets, Inc), които съдържаха прости замествания на различни компоненти на AIN-76A диета. При една диета пшеничният глутен замества казеина като протеин, пшеничното брашно замества захарозата като основен въглехидрат при втора диета, а соевото масло замества царевичното масло като източник на мазнини в третата диета. Всички останали съставки в обичайните диети бяха идентични с тези в диетата AIN-76A.

Хирургически протокол

Хирургичните процедури са извършени в първия ден от двуседмичния експериментален протокол. Плъховете бяха дълбоко анестезирани с интраперитонеална инжекция на кетамин (35 mg/kg), ксилазин (10 mg/kg) и ацепромазин (0,5 mg/kg), с допълнителна анестезия, приложена при необходимост. Използвайки асептична техника, поливиниловите катетри се имплантират в бедрената артерия, тунелират се подкожно и се екстериоризират в задната част на шията в лека обвързваща пружина. След операцията се прилагат както антибиотик (100 000 U/kg пеницилин G, интрамускулно), така и аналгетик (0,1 mg/kg Бупренекс, подкожно) и плъховете се оставят напълно да се събудят от анестезия върху подложка с контролирана температура. След възстановяване от анестезия, всички плъхове бяха поставени в отделни клетки от неръждаема стомана, които позволяват ежедневно измерване на артериалното кръвно налягане и събиране на урина през нощта.

Експериментален протокол

Плъховете се възстановяват в продължение на 1 седмица след операцията. През това време те се поддържат по индивидуалните диети, съдържащи 4,0% NaCl. След периода на възстановяване, измерванията на кръвното налягане с високо съдържание на сол са получени от 9:00 до 12:00 ч. На 3 последователни дни. След втория ден на измерване на кръвното налягане се получава събиране на урина през нощта (от 16:00 до 8:00 ч.) За измерване на скоростта на екскреция на натрий, креатинин и албумин в урината. След записа на кръвното налягане, получен на следващата сутрин, бяха взети проби от артериална плазма за измерване на плазмената концентрация на креатинин и плазмената активност на ренин, докато плъховете бяха поддържани на диета с високо съдържание на NaCl.

След протокола за вземане на кръвни проби с високо съдържание на сол, на плъховете се прилага фуроземид (10 mg/kg, интраперитонеално) и диетата се превключва на ниско съдържание на сол (0,4% NaCl). След това плъховете се поддържат на диета с ниско съдържание на сол в продължение на 2 дни. На следващата нощ беше получено събиране на урина през нощта (от 16:00 до 8:00 ч. Сутринта) за количествено определяне на екскрецията на натрий и креатинин; кръвното налягане се измерва след 2 дни при диети с ниско съдържание на NaCl; и се взема проба от артериална кръв за измерване на плазмената концентрация на креатинин и плазмената активност на ренин при ниска NaCl.

Електролитите в урината се измерват чрез пламъчна фотометрия (IL-943; Instrumentation Laboratories, Lexington, Mass). Стойностите на креатинина в плазмата и урината бяха измерени с анализ, базиран на реакцията на Jaffé чрез автоанализатор (ACE; Alfa Wasserman, Fairfield, NJ). Албуминът в урината се определя количествено с флуоресцентен анализ, който използва багрило Албумин синьо 580 (Molecular Probes, Eugene, Ore) и флуоресцентен четец за плочи (FL600; Bio-Tek, Winooski, Vt). Активността на плазмения ренин (PRA) беше измерена, като се използва модификация на метода на Sealey и Laragh. 16.

Хистологичен анализ на бъбречни тъкани

Статистически анализ

Всички данни са представени като средната стойност ± SE. Използван е еднопосочен вариационен анализ за определяне на разликите в параметрите между плъховете, поддържани при различните диети. По целесъобразност беше използван пост-хок тест на Tukey. Интервалът на доверие от 95% се счита за значим.

Резултати

Фигура 1. Средно артериално кръвно налягане при плъхове Dahl SS/Mcw, поддържано при различни диети, съдържащи високо (4,0% NaCl) или ниско (0,4% NaCl) сол. Различните групи плъхове са хранени с пречистена диета AIN-76A, диета AIN-76A с пшенично брашно, заместено с захароза (брашно), диета AIN-76A с пшеничен глутен, заместен с казеин (глутен), диета AIN-76A с соево масло, заместено с царевично масло (соево масло), или зърнената диета (зърно). *P

Телесното тегло е значително по-ниско при плъхове, поддържани след отбиване от зърнената диета или диетата с пшеничен глутен, заместен с казеин във формулата AIN-76A, в сравнение с групата, поддържана от отбиване при диета AIN-76A (Фигура 2; n = 12 до 18/група). Паралелно с разликите в телесното тегло, общото тегло на бъбреците е средно 3,5 ± 0,1 грама при плъховете, поддържани на диета AIN-76A (данните не са показани). Общото тегло на бъбреците не се различава значително от тази стойност при плъховете, хранени с пречистената диета или с заместители на въглехидратите или мазнините, но теглото на бъбреците е значително по-ниско при плъхове, хранени със зърнена диета (2,2 ± 0,1 грама) и при плъхове, хранени с диета с пшеничен глутен, заместен с казеин (2,5 ± 0,1 грама).

диетичният

Фигура 2. Телесно тегло (отгоре) и скорост на екскреция на албумин в урината (отдолу) при плъхове Dahl SS/Mcw, поддържани при различни диети, съдържащи висока (4,0% NaCl) или ниска (0,4% NaCl) сол. Различните групи плъхове са хранени с пречистена диета AIN-76A, диета AIN-76A с пшенично брашно, заместено с захароза (брашно), диета AIN-76A с пшеничен глутен, заместен с казеин (глутен), диета AIN-76A с соево масло, заместено с царевично масло (соево масло), или зърнената диета (зърно). *P

Екскрецията на албумин като индекс на бъбречно заболяване е средно 50 ± 7 mg/d при плъхове, хранени с AIN-76A чау (фигура 2; n = 9 до 16/група). Скоростта на екскреция на албумин не се различава значително от това ниво при плъхове, хранени с чау със заместители на въглехидрати или мазнини, но екскрецията на албумин е значително по-ниска в групата на плъхове, хранени с пълнозърнеста чау и групата, хранена с пречистената чау със заместения глутен за казеин.

Количеството на плазмения холестерол и протеини е количествено при неинструментирани плъхове (п = 4 плъха/група). Общият плазмен протеин не се различава в никоя от групите плъхове в сравнение със средно 5,7 ± 0,1 g/dL при плъхове, хранени с диета AIN-76A. Плазменият холестерол е средно 129 ± 13 mg/dL при плъхове, хранени с диетата AIN-76A; тази стойност не се различава от тази, получена от плъхове, хранени с диета, заместена с въглехидрати или мазнини, но е значително по-голяма от плазмения холестерол при плъхове, хранени с глутен (70 ± 3 mg/dL) или зърнена диета (87 ± 3 mg/dL).

Представителни хистологични слайдове на бъбреците са представени на фигура 3. В съответствие с предишни доклади при плъх Dahl SS/Mcw, 13,18 тежка гломерулна склероза (синя фиброзна тъкан и срутена капилярна структура) и блокирани тубули във външната медула (отлагане на червен протеин) ) са очевидни при SS/Mcw, хранени с пречистената диета AIN-76A. По-малко гломерулни и тръбни наранявания са очевидни в бъбреците на плъховете SS/Mcw, хранени с пълнозърнеста диета или диета, заместена с глутен. Индексът на гломерулна увреда (n = 4/група) е значително по-висок при плъховете Dahl SS/Mcw, хранени с пречистена диета AIN-76A (2,5 ± 0,2), отколкото при плъховете, хранени с пълнозърнести храни (1,6 ± 0,2) или глутеновата диета (1,2 ± 0,3). Няма разлика в гломерулния индекс на увреждане между плъховете, хранени с диета AIN-76A, и тези, които получават диети, заместени с въглехидрати или мазнини. Освен това, 17,4 ± 2,5% от площта на външния мозък, оцветена за протеинови отливки (показващи блокирани тубули, n = 4/група) в бъбреците на плъхове, хранени с диетата AIN-76A. Този процент не се различава в бъбреците на плъхове, хранени с хранително-заместена диета (18,6 ± 3,0%), но е значително по-нисък при плъхове, хранени със зърнена диета (4,1 ± 0,5%), въглехидратно-заместена диета (9,1 ± 0,7) %) и диетата, заместена с протеини (7,1 ± 1,2%).

Фигура 3. Светлинни микроскопични изображения на бъбречни външни медуларни области (10 × първоначално увеличение; A, C, E, G, I) и гломерули (40 × първоначално увеличение; B, D, F, H, J) на плъхове Dahl SS/Mcw, поддържани на пречистената диета AIN-76A (A и B), диетата AIN-76A с пшенично брашно, заместено с захароза (C и D), диетата AIN-76A с пшеничен глутен, заместен с казеин (E и F), AIN-76A диета със соево масло, заместено с царевично масло (G и H), или пълнозърнеста диета (I и J). Тежка гломерулна склероза (синя фиброзна тъкан и срутена капилярна структура) и/или запушени тубули (отливки с отлагане на червен протеин) са очевидни в бъбреците на плъховете SS/Mcw, хранени с диетата AIN-76A, диетата, заместена с брашно, или соевото масло -заместена диета. Видимо по-малко гломерулни и тръбни наранявания има в бъбреците на плъховете SS/Mcw, държани на диета, заместена с глутен или пълнозърнеста.

PRA е средно 0,4 ± 0,1 ng ангиотензин I/mL на час при плъховете SS/Mcw, хранени с диетата AIN-76A, съдържаща 4,0% NaCl (n = 16). PRA значително се повишава до 2,5 ± 0,6 ng ангиотензин I/ml на час, когато съдържанието на NaCl в диетата е намалено до 0,4%. Стойностите на PRA при останалите групи плъхове не се различават значително от тези, наблюдавани при плъхове, хранени с диета AIN-76A, при което и да е ниво на прием на натрий (n = 5 до 11). Скоростта на екскреция на натрий при плъхове при диета с високо съдържание на сол е била средно 5,5 ± 1,1 mEq/d при плъхове, хранени с диетата AIN-76A, съдържаща 4,0% NaCl (n = 16). Скоростта на екскреция на натрий е значително по-голяма в другите групи, консумиращи различните диети, съдържащи 4,0% NaCl, вариращи от 8,0 ± 0,7 mEq/d при заместена с брашно диета (n = 16) до 11,7 ± 0,9 mEq/d в диетата, съдържаща глутен (п = 14). Скоростта на екскреция на натрий при плъховете, поддържана при диети с ниско съдържание на натрий (0,4% NaCl, n = 10 до 16), не се различава от средната скорост на екскреция от 0,7 ± 0,2 mEq/d в групата, хранена с AIN-76A чау.

Дискусия

Заместването на царевичното масло със соево масло води до повишаване на артериалното налягане в съзнанието на SS/Mcw в сравнение с плъхове, хранени с диета AIN-76A или с високо, или с ниско съдържание на сол. Това наблюдение беше неочаквано, тъй като соевото масло е източник на линоленова киселина, за която е доказано, че понижава артериалното кръвно налягане и увеличава продължителността на живота на предразположени към инсулт SHR в сравнение с плъхове, хранени с диета, обогатена с линолова киселина. 10 Тъй като соевото масло и глутенът са и двата компонента на зърнената диета, хипертоничните ефекти на соевото масло очевидно са маскирани от хипотензивните ефекти на глутена в зърнената диета. Като алтернатива може да има неизвестно взаимодействие между протеините, въглехидратите и източниците на мазнини, което води до намаляване на артериалното налягане при плъхове, хранени със зърнена диета. Интересното е, че степента на бъбречно заболяване не е била повишена при плъхове, хранени със соево масло, въпреки повишаването на MAP. Това наблюдение показва, че нивото на MAP и тежестта на бъбречното заболяване не са непременно пряко свързани. Механизмите, медииращи увеличаването на MAP, когато соевото масло е заместено с царевично масло в диетата AIN-76A, предстои да бъдат определени.

Липсата на ефекти след въглехидратно заместване също беше изненадващо в това проучване. Въглехидратите в диетата AIN-76A са две трети захароза и една трета царевично нишесте, докато източникът на въглехидрати в зърнената диета е предимно нишесте. Тъй като храненето със захароза на чувствителни към сол плъхове на Dahl, 6,8,9 SHRs, 7 и Sprague Dawley плъхове 21–23 води до повишаване на артериалното кръвно налягане, очаквахме да забележим, че диетата с пшенично брашно, заместено с захароза, ще се нормализира кръвно налягане при SS/Mcw плъхове. Липсата на каквато и да е разлика във фенотипите на болестта между плъховете, хранени с тези 2 диети, показва, че източникът на въглехидрати не влияе върху степента на хипертония или бъбречно заболяване при плъховете Dahl SS/Mcw.

Перспективи

Заместването на казеин с равни количества пшеничен глутен значително отслабва развитието на натриево-чувствителна хипертония и бъбречно заболяване при SS/Mcw плъх. Индексите на бъбречно заболяване при плъховете SS/Mcw не се променят чрез заместване на хранителния източник на въглехидрати или мазнини, въпреки че степента на хипертония се подчертава от заместването на соево масло с царевично масло. Тъй като характеристиките на натриево-зависимата хипертония и бъбречните заболявания при плъховете SS/Mcw са подобни на наблюдаваните при човешки популации, 14,15 източникът на хранителни протеини и мазнини може също да повлияе на тежестта на бъбречните и сърдечно-съдови заболявания при пациентите.

Тази работа беше частично подкрепена от Националния здравен институт безвъзмездна помощ HL-29587 и DK-62803.