Ефекти на ограничението на протеините и калориите върху механичната функция на хипертрофирания сърдечен мускул

Antônio Carlos Cicogna, Carlos Roberto Padovani, José Carlos Georgette, Flávio Ferrari Aragon, Marina Politi Okoshi

Botucatu, SP - Бразилия

Протеиново-калоричното недохранване (PCM) е основен проблем на общественото здраве в развиващите се страни. Дори в индустриализираните общества PCM се среща при 30% до 40% от хоспитализираните пациенти 1,2 .

PCM може да засегне редица органи и тъкани. Има доказателства при хора и особено при опитни животни, че PCM може да причини увреждане на сърдечно-съдовата система. PCM може да насърчи следните промени: 1) клинични промени, които варират от брадикардия до сърдечна недостатъчност; 2) функционални промени, като например намаляване на сърдечния дебит, приспособяване на вентрикулите и контрактилитет на миокарда; 3) биохимични промени, като активиране на калциево-зависима протеиназа, намаляване на протеиновия синтез и на съотношението РНК/ДНК и увеличаване на ДНК; и 4) морфологични промени, като разширяване на сърдечните камери, атрофия и/или дегенерация на миоцитите, интерстициален и митохондриален оток и увеличаване на колагена 3-6 .

Хипертрофията на миокардните клетки е най-ефективният механизъм за сърдечна компенсация в отговор на увеличеното натоварване. Целта му е да поддържа адекватни сърдечни показатели в отговор на системните метаболитни нужди.

Спонтанно хипертоничните плъхове (SHR) са разработени като генетичен модел на хипертония, който в много отношения е подобен на есенциалната хипертония при човека. Животните развиват ранна хипертрофия на лявата камера (LV), която е отговорна за поддържането на нормалната сърдечна функция, въпреки повишеното системно кръвно налягане (BP).

Информацията в литературата за влиянието на различни видове хранителни дефицити върху функционалното поведение на хипертрофирания мускул е оскъдна 7-9. Yokota et al 7 отбелязват, че SHR, хранена с диета с дефицит на протеин, показва влошаване на функцията на LV. Tabayashi и сътр. 8 наблюдават, че кучетата с хипертрофия на ЛН, претърпели хронична PCM, имат нормална функция на помпата и намалена контрактилитет на миокарда. Olivetti et al 9, изучавайки SHR с хранителна анемия, наблюдават дилатация на LV и дисфункция при тези животни.

Поради липса на информация в литературата за връзката между PCM и функцията на хипертрофираната камера, това проучване оценява ефекта на 30-дневната диета с ограничение на храната (FR) върху механичното поведение на хипертрофираните сърдечни мускули от SHR. Този период от време е избран, тъй като Klebanov et al 10 наблюдават подобни промени в механичната функция на нормотензивните плъхове, когато се подлагат на FR за 10 до 13 месеца или за три седмици. Тестваната хипотеза беше, че хипертрофираните сърца, които се нуждаят от по-високо хранително съдържание, ще доведат до повече промени с FR.

60-дневните мъжки SHR и нормотензивни плъхове Wistar-Kyoto (WKY) бяха разделени на две експериментални групи: Група C ? контрол, животните са хранени с неограничена диета в продължение на 30 дни; и група R ? животните са претърпели FR в продължение на 30 дни.

Контролните плъхове (WKYc и SHRc) са получавали неограничена диета Purina (3,76% мазнини, 20,96% протеини, 52,28% въглехидрати, 9,6% пепел и 13,40% влажност). Животните под FR (WKYr и SHRr) получават 50% от количеството храна на контролните плъхове. Животните се държат в отделни клетки при стайна температура 23 ° C. Теглото и BP, измерени в опашката на животните, се определят в началото на експеримента и преди умъртвяването.

Мускулите се стимулират 12 пъти в минута с паралелни платинови електроди, които са свързани с електрически стимулатор, програмиран да освобождава дразнители в квадратни вълни от 5ms, с приблизително 10% по-високо напрежение от минималното, необходимо за предизвикване на максимална механична реакция в мускула.

Съставът на разтвора на Krebs-Henseleit 11, в милимоли на литър, е: 118,5 NaCl; 4,69 KCl; 2.52 CaCl2; 1,16 MgS04; 1,18 KH2PO4; 5,50 глюкоза; и 25,88 NaHC03. Частичното налягане на O2 се поддържа между 550 и 600 mmHg.

След период от 60 минути, в който мускулите се свиват само срещу предварителното натоварване (изотонично свиване), лостът е възпрепятстван да се движи с допълнително натоварване (допълнително натоварване), поставено в крайната част на късата ръка на лоста. При изометрично свиване мускулът постепенно се разтяга, докато развитото напрежение достигне максималната си стойност (диастоличната дължина на мускулното влакно, свързана с върховото изометрично развито напрежение, е обозначена като Lmax). След достигане на Lmax, мускулът отново претърпя изотонична контракция. След това беше определен нов Lmax. Експериментът започна след 15 минути стабилно изометрично свиване. Не са използвани нестабилни препарати или такива с незадоволително представяне. Измервани са следните изометрични параметри: пиково развито напрежение (DT); напрежение в покой (RT); време до пиково напрежение (TPT); максимална скорост на развитие на напрежението (+ dT/dt); максимална скорост на намаляване на напрежението (-dT/dt); и период от време, необходим за 50% намаляване на пиковото напрежение (RT50).

След края на изометричния запис, мускулът претърпя изотонично свиване, свивайки се срещу най-малкото общо натоварване (предварително натоварване плюс допълнително натоварване), способно да поддържа дължината на почивка на мускула равна на Lmax. Измерват се следните изотонични параметри: пиково скъсяване (PS), време до пиково скъсяване (TPS); максимална скорост на изотонично скъсяване (+ dL/dt); и максимална степен на релаксация (-dL/dt).

Механичните параметри бяха записани с помощта на полиграфа Gould 2200 S, със скорост на хартията 100 mm/s.

Стойностите на DT, RT, + dT/dt, -dT/dt бяха нормализирани за площта на напречното сечение (CSA) на мускула. Стойностите на скоростта на изотонично скъсяване и отпускане бяха разделени на дължината на мускула Lmax.

Параметрите, използвани за индивидуална характеристика на папиларните мускули, бяха: дължина (mm), тегло (mg) и CSA (mm 2). The инвитро дължина, Lmax, беше измерена с пахиметър. Частта от мускулите между стоманените пръстени се изсушава и претегля. Тъй като папиларният мускул има геометрична, еднородна и цилиндрична форма и специфично тегло 1,0, SA се изчислява чрез разделяне на мускулното тегло на дължината му. LV влажното тегло, нормализирано към телесното тегло на плъха в момента на жертвата (LV/FW), се използва като индекс на хипертрофия на LV.

Статистически анализ ? Получените стойности са показани като средно ± стандартно отклонение (таблици I, II, III). Сравненията между групите бяха направени чрез дисперсионен анализ, допълнен от теста на Tukey. Нивото на значимост се счита за 5%.

ограничаването

Таблица I показва телесните параметри и АН на животните. Първоначалните тегла (IW) и крайните тегла (FW) на плъховете WKY са по-големи от тези на SHR. Плъховете на неограничена диета са имали наддаване на телесно тегло (WKYc: от 237 ± 19g до 309 ± 21g; SHRc: от 205 ± 15g до 279 ± 22g); животните, подложени на FR, намаляват телесното тегло (WKYr: от 288 ± 49g ​​на 199 ± 6g; SHRr: от 193 ± 17g на 168 ± 31g). Докато нормалната диета увеличава съотношението между FW и IW при плъховете WKYc (1,31 ± 0,09) и при SHRc (1,37 ± 0,13), FR намалява съотношението FW/IW при плъховете WKYr (0,70 ± 0,12) и при SHRr (0.87 ± 0.08). BP и съотношението LV/FW, по-високи при SHRc, отколкото при плъховете WKYc, остават непроменени с FR. CSA на WKYc е по-висока, отколкото в групата SHRc; FR не е променил CSA в никоя група животни. Lmax е еднакъв за плъховете SHRc и WKYc. FR причинява намаляване на Lmax в WKYr, но не променя тази променлива в SHRr.

Механичните данни са показани в таблици II и III. DT, + dT/dt, RT50, + dL/dt и -dL/dt са значително по-високи при SHRc, отколкото при плъхове WKYc. Докато RT и (Lmax-PS)/Lmax са по-високи при плъховете WKYc, отколкото при SHRc, TPT, -dT/dt, PS и TPS не се различават в двете групи животни. При плъхове WKY FR причинява повишаване на RT, -dT/dt и (Lmax-PS)/Lmax, намаляване на RT50, PS и + dL/dt и не променя DT, TPT, + dT/dt, TPS и? ? dL/dt. В групата SHR FR значително повишава TPT и TPS, но не променя останалите изометрични и изотонични променливи.

FR причинява забавяне във времето на свиване на изолираните хипертрофирани сърдечни мускули на SHR. Това може да се види от увеличаването на TPT и TPS (таблици II и III). Тези резултати са различни от тези, получени в нормалните мускули на плъховете WKY, които показват влошаване на RT и на параметрите, получени от фазата на скъсяване и подобряване на изометричната релаксация (Таблици II и III). Механизмите, отговорни за промените в миокардната механична функция в резултат на FR, остават неизвестни 10 .

За разлика от резултатите от групата SHR, FR причинява противоречиви промени в миокардната функция на плъховете WKY, с подобряване на фазата на релаксация и влошаване на напрежението в покой и на показателите за скъсяване на мускулите. Не можахме да намерим обяснение за различните резултати, наблюдавани при плъховете WKY. Противоречиви данни, които оценяват сърдечната механика, са наблюдавани и в други експериментални проучвания. Наскоро Hoit et al 16, изучавайки маймуни с хипертония и хипертрофия на LV, наблюдават парадоксални данни, като например понижаване на индексите на контрактилитет в зависимост от скоростта и запазване на контрактилитета, когато се оценяват чрез параметри, получени от сила. Предишни публикации 5,10,17-19, изследващи връзката между PCM и сърдечната функция на нормалните мускули, показват, че сърдечната дейност може да остане непроменена, да намалее или да се подобри с FR.

В заключение, това проучване показва, че FR от 50% от нормалната диета за 30 дни причинява удължаване във времето на свиване на хипертрофираните мускули на SHR. В нормалните сърца на плъхове WKY тази диета предизвиква противоречиви промени в работата на миокарда, което води до влошаване на фазата на скъсяване и напрежение в покой и подобряване на изометричната релаксация. Получените резултати не ни позволяват да заключим, че хипертрофираните мускули понасят ефектите на FR по-интензивно от нормалния сърдечен мускул.

Благодарим на г-жа Валерия Мария Рикарели де Оливейра, г-н Марио Аугусто Далакуа и г-н Витор Маркос де Соуза за сътрудничеството.

1. Bistrian BR, Blackburn GL, Vitale J, Cochran D, Naylor J - Преобладаване на недохранване при общомедицински пациенти. JAMA 1976; 235: 1567-70. [Връзки]

2. Hill GL, Pickford I, Young GA, et al - Недохранване при хирургични пациенти. Неразпознат проблем. Lancet 1977; 2: 689-92. [Връзки]

3. Schocken DD, Holloway D, Powers PS - Отслабване и сърце. Ефекти от нервна анорексия и глад. Arch Intern Med 1989; 149: 877-81. [Връзки]

4. Nutter DO, Murray TG, Heymsfield ST, Fuller EO - Ефектите на хроничното протеиново-калорично недохранване при плъхове върху миокардната функция и сърдечната функция. Circ Res 1979; 45: 144-52. [Връзки]

5. Alden PB, Madoff RD, Stahl TJ, Lakatua DJ, Ring WS, Cerra FB - Функция на лявата камера при недохранване. Am J Physiol 1987; 253: H380-H7. [Връзки]

6. Pissaia O, Rossi MA, Oliveira JSM - Сърцето при протеиново-калорично недохранване при плъхове: морфологични, електрофизиологични и биохимични промени. J Nutr 1980; 110: 2035-44. [Връзки]

7. Yokota Y, Ota K, Ageta M, Ishida S, Toshima H, Kimura N - Ефекти от диетата с ниско съдържание на протеини върху сърдечната функция и ултраструктурата на спонтанно хипертонични плъхове, заредени с натриев хлорид. Последни постижения в изследванията на сърдечната структура и метаболизма 1978; 12: 157-62. [Връзки]

8. Tabayashi K, Iguchi A, Arai S, Sekino Y, Moizumi Y, Horiuchi T - Биохимични и хемодинамични промени в хипертрофираното кучешко сърце, подложени на хронично протеиново-калорично недохранване. Tohoku J Exp Med 1987; 151: 453-63. [Връзки]

9. Olivetti G, Quaini F, Lagrasta C, et al - Ефекти от генетична хипертония и хранителна анемия върху камерно ремоделиране и увреждане на миокарда при плъхове. Cardiovasc Res 1993; 27: 1316-27. [Връзки]

10. Klebanov S, Herlith JT, Freeman GL - Ефект от дългосрочното ограничаване на храната върху сърдечната механика. Am J Physiol 1997; 273: H2333-H42. [Връзки]

11. Krebs HA, Henseleit K - Untersuchungen uber die Harnstoff-bildung im Tierkörper. Хопе Сейлерс. Z Physiol Chem 1932; 210: 33-66. [Връзки]

12. Rossi MA, Zucoloto S - Ултраструктурни промени в хранителната кардиомиопатия на протеиново-калорични недохранени плъхове. Br J Exp Path 1982; 63: 242-53. [Връзки]

13. Kuykendall RC, Rowlands BJ, Taegtmeyer H, Walker WE - Биохимични последици от изчерпването на протеините в сърцето на заека. J Surg Res 1987; 43: 62-7. [Връзки]

14. Kabour A, Henegar JR, Devineni VR, JanickiJS - Профилактика на индуцирана от ангиотензин II некроза на миоцитите и увреждане на коронарните съдове от лизиноприл и лозартан при плъхове. Cardiovasc Res 1995; 29: 543-8. [Връзки]

15. Okoshi MP, Cicogna AC - Avaliação do comportamento mecânico do coração por meio de músculos papilares isolados. Análise crítica do método. Arq Bras Cardiol 1994; 62: 357-60. [Връзки]

16. Hoit BD, Shao Y, Gabel M, Walsh RA - Различни ефекти от хипертрофия на ранното претоварване под налягане върху зависимите от скоростта и силата индекси на камерната ефективност в съзнателния павиан. Тираж 1995; 91: 1213-20. [Връзки]

17. Bing OHL, Fanburg BL - Влиянието на диетичния дефицит на протеин върху ефективността на изолираните мускулни препарати от лявата камера на плъховете. Am J Med Sci 1985; 229: 192-5. [Връзки]

18. Freund HR, Holroyde J - Сърдечна функция по време на недохранване с протеини и повторно хранене в изолираното сърце на плъх. JPEN 1986; 10: 470-3. [Връзки]

19. Kyger ER, Block WJ, Roach G, Dudrick SJ - Неблагоприятни ефекти на недохранването с протеини върху миокардната функция. Хирургия 1978; 84: 147-56. [Връзки]

Faculdade de Medicina de Botucatu e Instituto de Biociências-UNESP - Botucatu
Пощенски адрес: Antônio Carlos Cicogna - Faculdade de Medicina de Botucatu - Depto de Clínica Médica - Rubião Júnior, S/N ? 18618-000 ? Botucatu, SP - Бразилия

Цялото съдържание на това списание, с изключение на случаите, когато е отбелязано друго, е лицензирано под лиценз Creative Commons Attribution