От Катедрата по физиология и биофизика, Медицински център на Университета в Мисисипи, Джаксън.

промени

От Катедрата по физиология и биофизика, Медицински център на Университета в Мисисипи, Джаксън.

От Катедрата по физиология и биофизика, Медицински център на Университета в Мисисипи, Джаксън.

От Катедрата по физиология и биофизика, Медицински център на Университета в Мисисипи, Джаксън.

От Катедрата по физиология и биофизика, Медицински център на Университета в Мисисипи, Джаксън.

Резюме

Затлъстяването е признато за сериозен здравословен проблем в Съединените щати, където около 33% от възрастните са с наднормено тегло. 1 Затлъстяването е свързано с промени в централната и регионалната хемодинамика, увеличен обем на кръвта и предварително натоварване, и често хипертония, със свързаното с това увеличение на натоварването. 2 Като цяло една от последиците от хроничната хипертония е увреждането на крайните органи в тъкани като сърцето и бъбреците. Предполага се обаче, че затлъстяването може да предпази от вредните ефекти на хронично повишено съдово съпротивление върху целевите органи, открити при хипертония, тъй като промените в потока и съпротивлението, открити независимо при затлъстяването и хипертонията, често са в противоположни посоки. 3 4 Все пак не е ясно кои органи са засегнати от промените в общия поток и резистентност при свързаната със затлъстяването хипертония спрямо други форми на хипертония.

Методи

Подготовка на животни

Експерименталните протоколи за това проучване са одобрени от Институционалния комитет за грижи и употреба на животните към Медицинския център на Университета в Мисисипи и са извършени в съответствие с Ръководство за грижа и употреба на лабораторни животни от Националните здравни институти и насоките на Закона за хуманно отношение към животните. В този експеримент са използвани 16 женски новозеландски бели зайци. Преди експерименталния ден зайците бяха настанени в клетки в заведението за грижа за животните в стая с контролирана влажност и температура с 12-часов цикъл светлина/тъмнина. След най-малко 2 седмици на аклимация те бяха разпределени на случаен принцип в една от двете групи: (1) група, която е получила поддържаща диета 21 от 100 до 120 g/d стандартна заешка чау (Laboratory Rabbit Chow 5321, Purina Mills) или (2 ) група, която е хранена ad libitum със стандартна заешка чау, към която са добавени 15% допълнителни мазнини (царевично масло и смес от животински мазнини).

Експериментите бяха проведени след 8- до 12-седмичен период на диетична манипулация. Обща анестезия се предизвиква при зайци с 4% до 5% изофлуран с кислороден поток от 1 L/min и се прилага с маска за лице. Анестезията се поддържа с 2% до 3% изофлуран. Дясната бедрена артерия беше канюлирана и катетър (PE-90) беше поставен в коремната аорта за измерване на артериалното кръвно налягане и отнемане на референтна кръвна проба по време на процедурата за микросфера. Дясната каротидна артерия е изолирана и друг катетър (PE-90) е авансиран в лявата камера за инжектиране на микросфера. Поставянето на този връх на катетъра във вентрикула беше проверено чрез наблюдение на камерното пулсово налягане. Бупивакаин (0,25%) се прилага локално около двете места на разреза, така че да няма дискомфорт от хирургичните разрези по време на останалата част от експеримента.

Протокол

Зайците бяха оставени да се възстановят от упойката в продължение на 1 до 1,5 часа, докато бяха поставени в ограничител за зайци Lucite (Plas Labs). През това време феморалният артериален катетър беше свързан с преобразувател на налягане, за да позволи непрекъснато регистриране на артериалното налягане и сърдечната честота. Сигналите от преобразувателя бяха изпратени до аналогово-цифров преобразувател и анализирани с персонален компютър и персонализиран софтуер, който вече е тестван и внедрен в тази лаборатория. 22 Пулсът и налягането са регистрирани в продължение на 30 минути след периода на възстановяване; осреднените стойности за 30 минути бяха използвани за статистически анализи.

След измервания на кръвното налягане сърдечният дебит се определя с използване на радиоактивни микросфери (46 Sc, диаметър 15 ± 3 μm, New England Nuclear), както е описано от Stanek et al. 23 Накратко, сухите микросфери бяха суспендирани в разтвор на декстроза с 1,3 специфично тегло с една капка 0,05% Tween 80 и предварително намотаната 70-сантиметрова тръба от PE-90 беше пълна с 0,4 ml от микросферната суспензия. След това намотката за инжектиране на микросфера се поставя между левия вентрикуларен катетър и инфузионна помпа (Gilford 105-S), а феморалният катетър се свързва с изтегляща помпа. Референтно вземане на проби от артериална кръв (2 ml/min) за определяне на сърдечния дебит е започнало 10 секунди преди началото на инфузията на микросферата и е завършило 55 до 60 секунди след приключване на инфузията; записано е времето за вземане на проби за изтегляне на 3 ml референтна кръв. Приблизително 2 × 106 микросфери се инжектират за период от около 20 секунди; инжекцията е последвана от промиване на инфузионния катетър с физиологичен разтвор. Остатъчната активност в инфузионните намотки и съединители беше определена и извадена от активността на предварително инжектиране за определяне на количеството инжектирана активност.

След инжектиране на микросферите заекът е евтаназиран с предозиране на натриев пентобарбитал. Сърдечните вентрикули, бъбреците, белите дробове, диафрагмата, черния дроб, далака, стомаха, мозъка, яйчниците, надбъбречните жлези, дебелите и тънките черва и избраните проби от мастните депа бяха отстранени, отделени незабавно от чуждите мазнини и фиброзна тъкан и претеглени на прецизен баланс . След това и тъканните проби, и референтната кръвна проба бяха поставени в стъклени флакони и преброени на гама брояч (Searle 1185) за определяне на радиоактивността. Радиоактивността за целия орган беше пряко определена за дясната и лявата камера, бъбреците, далака, яйчниците и надбъбречните жлези. За белите дробове, черния дроб, стомаха, мозъка и червата бяха записани общи тегла на органите и след това само проба от органа беше отчетена за радиоактивност. Изчислени са общите потоци от кръв в органи (милилитри в минута) и потоците от кръв в органи, индексирани за теглото на органите (милилитри в минута на грам) (вж. „Изчисления“, както следва).

Изчисления

Сърдечният обем се изчислява като

Изчислени са както абсолютни (милилитри в минута), така и стандартизирани (милилитри в минута на килограм) стойности на сърдечния дебит.

За изчисления на кръвния поток в тъканите броят на микросферите в тъканта се изчислява като съотношението между броя на микросферите в пробата към теглото на пробата, умножено по общото тегло на органа. Кръвният поток на тъкан на грам тъкан се изчислява като съотношението на броя на микросферите в избрания орган към общия брой инжектирани микросфери, умножен върху общия сърдечен обем и след това разделен на теглото на органа. Периферните съпротивления се изчисляват чрез разделяне на средното артериално кръвно налягане (милиметри живачен стълб) на съответните потоци (милилитра в минута); съпротивленията, нормализирани за теглото на тъканите, се изчисляват чрез разделяне на средното артериално кръвно налягане на нормализирания тъканен поток (милилитра в минута на грам).

Статистически анализи

Теглото на десния и левия орган и нормализираните тъканни потоци бяха сравнени в белите дробове, бъбреците, надбъбречните жлези и яйчниците с помощта на сдвоени т тестове. Тъй като няма значителни разлики в измерените променливи (P> .05), дясната и лявата страна бяха комбинирани при по-нататъшни изчисления и анализи. След това бяха проведени анализи на групови разлики между затлъстели и слаби зайци, използвайки несдвоени т тестове. Всички данни са изразени като средно ± SEM; статистическа значимост беше приета на стойност P≤.05.

Резултати

Телесно тегло, пулс в покой и артериално налягане

Преди периода на манипулация с диетата няма значителна разлика между групите в телесното тегло (P> .05). Въпреки това, 8 до 12 седмици диета с високо съдържание на мазнини предизвиква затлъстяване и хипертония при зайци. Телесното тегло е по-високо с 43% (P≤.05) и средното артериално налягане по-високо с 19% (P≤.05) при затлъстели зайци (Таблица 1). Повишаването както на систолното, така и на диастолното налягане допринася за повишаването на средното налягане. Пулсът в покой също е по-висок с 23% (P≤.05). Стойностите на кръвното налягане, записани както за слаби, така и за затлъстели зайци в настоящия експеримент, са малко по-високи от тези, регистрирани преди в тази лаборатория, 24 вероятно поради запушването на дясната каротидна артерия за поставяне на камерния катетър.

Сърдечен изход

Свързаното със затлъстяването хипертония при зайците е придружено от 37% увеличение на абсолютния сърдечен дебит в покой (съответно 812 ± 59 и 593 ± 47 mL/min; P≤.05). Когато се индексира за телесно тегло обаче, сърдечният обем не се различава между групите, средно 156 ± 11 ml/min на килограм за затлъстелите зайци и 162 ± 13 ml/min на килограм за постните зайци. Увеличението на налягането при затлъстелите зайци е пропорционално по-малко от нарастването на сърдечния дебит, така че общото периферно съпротивление е с 18% по-ниско при затлъстелите зайци (P≤.05, Таблица 2). Въпреки че резистентността, индексирана за телесно тегло, обикновено е по-висока (+ 21%) при затлъстелите зайци, това не успява да достигне статистическа значимост (P= .06, Таблица 2).

Регионален кръвен поток

Повишеното телесно тегло при затлъстелите зайци е придружено от увеличено тегло на много от телесните органи (Таблица 3). И дясната, и лявата камера са били приблизително 30% по-тежки при затлъстелите зайци, а бъбреците са били приблизително 24% по-тежки (P≤.05). Други органи, демонстриращи значително увеличение на теглото при затлъстелите зайци, включват черния дроб (40%), яйчниците (40%), надбъбречните жлези (26%), диафрагмата (15%) и далака (47%) (всички P≤.05). Увеличението на теглото на органите е придружено от по-високи абсолютни кръвни потоци в някои органи. Дясната и лявата камера са по-високи при затлъстелите зайци, съответно с 40% и 77% (P≤.05); комбинираният поток към бъбреците е увеличен с 40% (P≤.05). Освен това абсолютният поток е бил по-висок в белите дробове (+ 124%) и яйчниците (+ 50%) (P≤.05).

След индексиране на теглото на тъканите, притокът на кръв към дебелото черво е бил с 68% по-висок при затлъстелите зайци в сравнение с постните зайци (P≤.05) (Таблица 3). Въпреки че нормализираният кръвен поток обикновено е по-висок при затлъстелите зайци в лявата камера (+ 35%, P= .06), бъбреци (+ 12%, P= .09) и белите дробове (+ 126%, P= .08), тези стойности не достигат статистическа значимост.

Кръвните потоци в четири избрани депа за мазнини са изброени в таблица 4. Във всички обекти, взети проби, притокът на кръв на грам мастна тъкан е значително по-нисък при затлъстелите, отколкото слабите зайци (всички P≤.05), като разликите варират от 55% до 73%. Следователно изчислената тъканна резистентност се увеличава значително в три от четирите депа за мазнини, като увеличенията варират от 128% до 276%. Абсолютните съпротивления в други тъкани (Таблица 2) не се различават при слаби и затлъстели зайци, с изключение на лявата камера, бъбреците и дебелото черво, където съпротивленията са съответно 39%, 14% и 27% при затлъстелите зайци . Когато се индексира за тегло на органи, разликите в лявата камера и дебелото черво вече не са значителни. Въпреки че нормализираната бъбречна резистентност обикновено е по-висока при затлъстелите зайци (+ 12%, P= .09), тази стойност не достига статистическа значимост.

Дискусия

Въпреки че редица проучвания документират промени в централната сърдечно-съдова хемодинамика в резултат на затлъстяване и/или хипертония, малко проучвания са установили кои тъкани са засегнати от тези промени. До известна степен тази липса на знания е свързана с трудността на обширното определяне на регионалния поток при хора или при голямо животно, като кучето. Заешкият модел на свързана със затлъстяването хипертония осигурява животно с по-подходящ размер за измерване на регионалния поток с използване на метода на микросферата. Използвайки този животински модел, ние демонстрирахме, че свързаната със затлъстяването хипертония е свързана с 37% увеличение на сърдечния дебит и 18% намаляване на общото периферно съпротивление. Въпреки това, когато се индексира за размера на тялото, сърдечният дебит не се променя и общото периферно съпротивление показва само малко увеличение. Регионалните потоци бяха увеличени, а регионалните съпротивления намалени във вентрикулите, бъбреците и дебелото черво на затлъстелите зайци; тези разлики обаче значително намаляват, когато се индексират за тегло на органите. За разлика от това, произведеното затлъстяване намалява в нормализирания мастен поток и увеличава голямото съпротивление.

Общ и регионален кръвен поток и съпротивления

Предишни проучвания показват, че както наддаването на тегло, така и хипертонията са независимо свързани с промени в общия и регионалния кръвен поток. При затлъстяване, при наличие или липса на съпътстваща хипертония, абсолютните стойности на сърдечния дебит са значително увеличени както при хора, така и при животински модели 4 7 8 9 10 11 12 19 25 и обикновено са свързани с увеличаване на плазмения обем. Въпреки това, в съответствие с настоящите открития, повечето изследвания показват, че сърдечният обем не се различава при слаби и затлъстели индивиди, когато е индексиран за телесно тегло или телесна повърхност. 4 7 10 11 13 19 25 26 За разлика от това, при плъхове с вентромедиална хипоталамусна лезия, затлъстяването не е свързано с промени в централната хемодинамика въпреки значителното повишаване на кръвното налягане. 27 28 Това несъответствие с настоящите открития може да представлява видова разлика или може да бъде уникално за метода на вентромедиалния хипоталамус за създаване на затлъстяване. Алтернативно, разликите могат да бъдат резултат от сравнително по-малките увеличения на телесното тегло и кръвното налягане, произведени в тези проучвания.

Беше заявено, че индивидите със затлъстяване имат увеличение на сърдечния дебит пропорционално на увеличаването на мастната маса, като по този начин се предполага, че притока на кръв към неадипозната тъкан се увеличава. 4 13 20 Това е проверено при затлъстели плъхове, при които е документирано увеличаване на притока към бъбреците, черния дроб и тестисите 19, и при затлъстели кучета хипертоници, при които е доказано, че бъбречният кръвоток се увеличава. 10 Предварителен доклад също документира увеличаване на потока към стомашно-чревния тракт, сърцето и мозъка в модела на затлъстели кучета. 14 За разлика от тях, моделът на вентромедиални хипоталамусни плъхове демонстрира намаляване на дела на потока към бъбреците при свързана със затлъстяването хипертония. 27 Настоящото проучване демонстрира, че неадипозният поток при свързана със затлъстяването хипертония е значително увеличен във вентрикулите, бъбреците и дебелото черво. Дори индексиран за увеличаване на размера на органите, потокът обикновено е по-висок в лявата камера и бъбреците. Увеличението на потока към лявата камера може да бъде свързано отчасти с по-голямата метаболитна работа, свързана с по-високата сърдечна честота при затлъстелите зайци.

В настоящото проучване повишаването на сърдечната честота изглежда е отговорно за по-голямата част от увеличаването на сърдечния дебит, тъй като изчисленият ударен обем не се различава между слаби и затлъстели зайци (съответно 2,7 ± 0,6 и 3,1 ± 0,7 ml). Това е в съгласие с данните от проучвания на свързана със затлъстяването хипертония при кучета10, които демонстрират 57% увеличение на сърдечната честота едновременно с 56% увеличение на сърдечния дебит. Данните от затлъстели юноши 8 и възрастни 29 също предполагат, че повишаването на сърдечната честота, а не на ударния обем, е свързано със свързаното със затлъстяването увеличение на сърдечния обем. Въпреки това, литературата не е съвсем съгласна по отношение на приноса на сърдечната честота и ударния обем за увеличения сърдечен дебит, тъй като има твърдения, че повишеният сърдечен дебит при затлъстяване се поддържа от повишен ударен обем и нормален или донякъде нисък сърдечен ритъм . 11 30

Общата и регионалната устойчивост при различни форми на хипертония при немобилни животни обикновено се увеличава. 4 5 6 26 От друга страна, нормотензивните индивиди със затлъстяване обикновено демонстрират намаляване на общата резистентност, както е доказано в проучвания при юноши 8 и възрастни със затлъстяване. 3 30 Ефектът на свързаната със затлъстяването хипертония върху периферното съпротивление варира в зависимост от преобладаващата аномалия, като някои пациенти демонстрират намалена обща и регионална периферна съпротива 3 4 14 31, а други демонстрират повишена обща резистентност. 3 4 25

Настоящото проучване демонстрира, че свързаната със затлъстяването хипертония е свързана с 18% намаление на общата резистентност. Степента на намаляване на абсолютната обща резистентност е подобна на тази, отбелязана в кучешкия модел на свързана със затлъстяването хипертония. 10 13 32 Когато резистентността се нормализира за телесно тегло или телесна повърхност, обаче, както настоящото проучване, така и предишното проучване на свързаната със затлъстяването хипертония при кучета 10, отбелязват 20% увеличение на резистентността, докато хората със затлъстяване хипертоници показват увеличение на 37%. 26 Данните за регионалната съпротива при затлъстяване обаче не са ясни. Свързаната със затлъстяването хипертония при кучета не е свързана с промяна в регионалното съдово съпротивление, 14 докато при затлъстелите юноши е отбелязано намаляване на съдовото съпротивление на предмишницата. 8 На абсолютна основа забелязахме намаляване на бъбречната, лявокамерната и чревната резистентност. Когато стойностите на резистентността бяха нормализирани за теглото на органите, имаше тенденция към увеличаване на бъбречната резистентност, но тази стойност не достигна статистическа значимост. Нормализираната съпротива на лявата камера и червата е била приблизително 20% по-ниска при затлъстели зайци, но това не е било значително.

Увеличаването на регионалния поток, свързано със свързаната със затлъстяването хипертония, може да не е свързано с някаква хемодинамична аномалия, но може да бъде свързано с увеличаване на размера на органите. В действителност, много от увеличенията на абсолютния поток на органи, наблюдавани в настоящото проучване, бяха намалени или премахнати, когато потокът беше индексиран, за да се отчете увеличаването на теглото на органите. За разлика от настоящото проучване Rocchini 13 не открива увеличение на телесното тегло при затлъстели в сравнение със слаби кучета, въпреки значително увеличение на телесното тегло и предполага 33, че наддаването на тегло е свързано с регионални хемодинамични аномалии. Това заключение може да е резултат от (1) краткия 6-седмичен експериментален период, който може да е недостатъчен за значително увеличаване на теглото на органите, (2) отчетеното относително малко наддаване на тегло (2,5 кг) или (3) голямото присъща променливост сред животните в модела на кучето. Използвайки 8- до 12-седмичен период на затлъстяване в модела на заек, успяхме да демонстрираме повишено тегло на органи в повечето измервани тъкани.

Поток на мастна тъкан

В обобщение, нашите резултати показват, че свързаната със затлъстяването хипертония при заека е свързана с увеличаване на телесното тегло, увеличаване на сърдечния дебит и намаляване на общото периферно съпротивление. Промените в потока и съпротивлението са най-поразителни в лявата камера, бъбреците и мастната тъкан. Тези резултати показват, че дори относително кратките периоди на затлъстяване са свързани с подчертани общи и регионални хемодинамични промени. Тези резултати също показват, че заешкият модел имитира много от сърдечно-съдовите промени, отбелязани при свързаната със затлъстяването хипертония при хора и други животински модели. По този начин, заешкият модел може да се окаже полезен при изследване на хранителни, сърдечно-съдови и метаболитни проблеми, свързани със свързаната със затлъстяването хипертония.

Искания за повторно отпечатване до д-р Джоан Ф. Карол, Катедра по физиология и биофизика, Медицински център на Университета в Мисисипи, ул. „2500 N State“, Джаксън, MS 39216-4505. Имейл [имейл защитен]