От Катедрата по физиология (J.M.O., D.W.S.) и Центъра за съдова биология (J.D.M., B.D., D.W.S.), Медицински колеж в Джорджия, Августа.

От Катедрата по физиология (J.M.O., D.W.S.) и Центъра за съдова биология (J.D.M., B.D., D.W.S.), Медицински колеж в Джорджия, Августа.

От Катедрата по физиология (J.M.O., D.W.S.) и Центъра за съдова биология (J.D.M., B.D., D.W.S.), Медицински колеж в Джорджия, Августа.

От Катедрата по физиология (J.M.O., D.W.S.) и Центъра за съдова биология (J.D.M., B.D., D.W.S.), Медицински колеж в Джорджия, Августа.

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

Резюме

Инсултът е третата причина за смърт в САЩ и основният източник на инвалидност сред възрастните. 1 Затлъстяването е нарастваща епидемия в САЩ и се счита за рисков фактор за инсулт. 1 Механизмите, чрез които затлъстяването влияе върху появата или резултата от инсулт, обаче не са напълно изяснени. Хипертонията се развива при много хора със затлъстяване и според актуализацията за сърдечни заболявания и инсулт от 2008 г. хипертонията е най-големият рисков фактор за инсулт. 1 Въпреки че затлъстяването е свързано с хипертония и свързаното с нея увреждане на крайните органи, точният механизъм, свързващ 2-те сърдечно-съдови рискови фактора, не е напълно изяснен. Като се има предвид съвпадението на хипертония и риск от инсулт при пациенти със затлъстяване, възможно е повишеното артериално налягане да е основен фактор за мозъчно-съдови увреждания при затлъстелата популация.

Един потенциален механизъм, чрез който затлъстяването може да увеличи риска от инсулт, е промяната в перфузията на мозъчната циркулация. Церебралната перфузия се регулира чрез активни констрикторни и дилататорни механизми и от физическите свойства на мозъчната васкулатура. Забележителните детерминанти на церебралната перфузия, които корелират с инсулт, включват миогенен тонус и структура на съдовете. Повишен миогенен тонус е демонстриран в средните и задните мозъчни артерии от спонтанно хипертонични плъхове, както и при плъхове с дефицит на вазопресин. 2–4 Интересното е, че Gonzalez et al 3 демонстрират, че 6-месечни, но не и 1-месечни спонтанно хипертонични плъхове са повишили тонуса на покой в ​​средната церебрална артерия (MCA) в сравнение с техния нормотензивен аналог, плъх Wistar-Kyoto. В допълнение, има много доказателства за съдово ремоделиране в мозъчната циркулация при няколко модела на хипертония, като се фокусира особено върху спонтанно хипертонични плъхове. 4-8 Важно е обаче ограничаването на тези проучвания до модели на тежка злокачествена хипертония. Липсват експериментални доказателства за ремоделиране на мозъчните съдове при по-умерени форми на хипертония, като тези с индуцирана от затлъстяването хипертония.

Методи

Животни

Шестседмични мъжки LZR и OZR са закупени от Harlan и са поддържани на 12-часов цикъл светлина/тъмнина с достъп до храна и вода ad libitum. Плъховете бяха настанени в Акредитирано съоръжение на Американската асоциация за акредитация на лабораторни грижи за животните и всички протоколи бяха одобрени от институционалната комисия за грижи и употреба на животните. Плъховете се считат за млади на възраст от 6 до 7 седмици, а за възрастни на възраст 14-16 седмици.

Телеметрия

Плъховете са имплантирани с телеметрични предаватели (Data Sciences International) в коремната аорта през седмицата преди започване на изследването. Плъховете се анестезират с изофлуран в кислород и се прави разрез по средната линия, за да се разкрие коремната аорта. Аортата беше затворена за кратко, за да позволи поставяне на катетъра на предавателя, който беше закрепен на място с тъканно лепило. Тялото на предавателя беше зашито към коремната стена по протежение на линията на разреза, тъй като разрезът беше затворен. Кожата беше затворена със скоби, които бяха отстранени 7 дни след операцията. Плъховете бяха оставени да се възстановят от операцията и бяха върнати в индивидуални жилища. Отделни клетки за плъхове бяха поставени върху телеметричните приемници и непрекъснато се записваха форми на вълните на артериалното налягане през цялото проучване.

Евгликемична инсулинова скоба

След едно нощно гладуване, плъховете се упояват с изофлуран (2%) в кислород и се поддържат при 37 ° С върху нагряваща подложка. Сънната артерия беше катетеризирана за вземане на кръв, а яремната и бедрената вени бяха катетеризирани за инфузия, съответно, на инсулин и глюкоза. След измерване на изходните нива на кръвната глюкоза, плъховете бяха инфузирани с инсулин (10 μL/min) през вратната вена и кръвната глюкоза беше измервана на всеки 5 минути в продължение на 100 минути. Въпреки че скоростите на инфузия на инсулин обикновено се коригират спрямо телесното тегло в този протокол, в настоящото проучване е използвана постоянна скорост на инфузия въз основа на предишна демонстрация, че LZR и OZR имат сравними плазмени обеми. 12 Глюкозата се влива, за да се поддържа концентрацията на глюкоза от ≈120 mg/dL. Отчита се средната скорост на инфузия на глюкоза през последните 30 минути за поддържане на евгликемия и се използва като индикация за инсулинова чувствителност.

MCA оклузия

Оценка на реактивността и структурата на MCA

Статистика

Физиологичните параметри, скоростта на инфузия на глюкоза и размерът на мозъчния инфаркт бяха сравнени между LZRs и OZRs, съответстващи на възрастта, с помощта на Student т тест. Използва се двупосочен ANOVA за сравняване на диаметъра на лумена и миогенния тонус между LZR и OZR. A P стойност

Таблица. Основни физиологични параметри на LZR за млади и възрастни и OZR

повишава

Фигура 1. Средна скорост на инфузия на глюкоза, необходима за поддържане на евгликемия (125 mg/dL) по време на хиперинсулинова скоба при млади и възрастни LZR и OZR. Инсулинът се влива с постоянна скорост от 10 μL/min и кръвната глюкоза се измерва на всеки 5 минути в продължение на 90 минути. Стойностите са средни стойности ± SEM за последните 30 минути инфузия и n≥5 за всяка група. *P

Фигура 2. КАРТА в LZR и OZR на възраст от 7 до 17 седмици. МАР се измерва при плъхове в съзнание чрез телеметрия. Стойностите са средни стойности ± SEM на 24-часови средни стойности и n≥6 за всяко измерване.

Отговорът на церебрална исхемия се сравнява между възрастни мъжки OZR и LZR, използвайки техниката на оклузия MCA, описана от Longa et al. 13 плъхове бяха изложени на 1 час исхемия, последвано от 24 часа реперфузия. OZR са имали значително по-голям размер на инфаркта в сравнение с LZR (10,6 ± 2,0% срещу 27,4 ± 5,5% инфарктирани полукълба, LZR спрямо OZR; P

Фигура 3. Отговор на мозъчна исхемия при възрастни (на възраст 14 до 17 седмици) LZR и OZR след 1 час исхемия и 24 часа реперфузия. Представителни мозъчни секции са показани отгоре. Стойностите са средни стойности ± SEM и n≥6. *P

Промените в миогенния тонус и структурата на MCA бяха оценени, за да се определи дали тези важни фактори, допринасящи за мозъчния кръвоток, са били променени при затлъстяване. Процентът на миогенен тонус се изчислява от активни и пасивни криви на реакция на налягане, които са получени при използване на изолирани съдове под налягане на възрастни мъжки OZR и LZR, както е описано по-горе. Миогенният тонус беше значително увеличен в съдове от OZR от 80 до 120 mm Hg в сравнение с тези от LZR (Фигура 4А). В допълнение, OZR демонстрираха по-малък диаметър на лумена в целия диапазон на измереното налягане в сравнение с LZR (Фигура 4В). Наблюдава се също намаляване на външния диаметър при възрастни OZR и малко, но статистически значимо намаляване на дебелината на стената (данните не са показани). Тези открития предполагат, че MCA от OZR се подлагат на вътрешно преустройство.

Фигура 4. Миогенен тонус (A) и диаметър на лумена (B) в MCA от възрастни LZR и OZR. Стойностите са средни стойности ± SEM и n≥8. *P

За да се определи дали размерът на инфаркта, миогенният тонус и структурата на MCA в OZR са свързани с кръвното налягане, тези параметри са оценени при млади плъхове преди увеличаването на MAP. Както е показано на Фигура 5, след 1 час на оклузия на MCA и 24 часа на реперфузия, размерът на инфаркта е сходен между младите LZR и OZR (7,5 ± 1,5% срещу 8,3 ± 1,8% инфарктирани полукълба, LZRs срещу OZR). В допълнение, миогенният тонус е сходен или намален при MCA от млади OZR и няма данни за вътрешно преустройство на MCA според измерванията, направени в изолирани съдове (Фигура 6). Тези резултати показват, че вредни промени в мозъчната циркулация на възрастни OZR не са налице при младите OZR преди появата на хипертония, въпреки затлъстяването и IR.

Фигура 5. Отговор на церебрална исхемия при млади (на възраст от 6 до 7 седмици) LZR и OZR след 1 час исхемия и 24 часа реперфузия. Представителни мозъчни секции са показани отгоре. Стойностите са средни стойности ± SEM и n≥6.

Фигура 6. Миогенен тон (A) и диаметър на лумена (B) в MCAs от млади LZR и OZR. Стойностите са средни стойности ± SEM и n≥8. *P

Дискусия

Целта на настоящото проучване беше да се провери хипотезата, че затлъстяването и хипертонията при плъхове Zucker са свързани с промени в мозъчно-съдовата функция и структура и повишено нараняване, причинено от инсулт. Ключовите открития на това проучване са, че OZR за възрастни с умерена хипертония и тежка IR присъстват с повишен миогенен тонус на мозъчните съдове, вътрешно мозъчно съдово ремоделиране и повишена смърт на мозъчната тъкан след исхемия/реперфузионно увреждане. Освен това младите OZR, затлъстели и резистентни към инсулин, но все още не са хипертоници, не показват нито един от тези дефицити. Тези открития показват, че продължителната, умерена хипертония, както е видно при OZR за възрастни, е рисков фактор за церебрална съдова дисфункция и инсулт. От значение за тези наблюдения са предупрежденията на модела и методите, ефектите от затлъстяването върху мозъчната циркулация и ролята на хипертонията при инсулт.

OZR са широко използвани за изследване на сърдечно-съдовите ефекти от затлъстяването и IR. Новият аспект на настоящото проучване обаче е, че OZR демонстрират повишена чувствителност към церебрална исхемия/реперфузионно увреждане. Други модели на затлъстяване на гризачи също предполагат, че затлъстяването влошава реакцията към исхемия. Неотдавнашно проучване на Terao et al 14 демонстрира, че лептин има дефицит ob/ob мишките имат по-голям размер на инфаркта след оклузия на MCA с интралуминален шев, отколкото контролите на котилото. В допълнение, фотохимично индуцираната тромбоза в MCA доведе до увеличено увреждане на инсулт в ob/ob мишки и индуцирани от диета затлъстели мишки в сравнение с контролите. 15 Едно предупреждение на настоящото проучване е, че по време на исхемия не са измервани кръвни газове. Въпреки че диференциалната регулация на кръвните газове и pH не може да бъде изключена като обяснение на разликите в резултата от инсулта, трябва да се отбележи, че анестезията по време на исхемичния период в настоящото проучване беше кратка; плъховете са били в съзнание и са дишали нормално през по-голямата част от исхемичния период, тъй като на плъховете е било позволено да се събуждат по време на исхемия и през целия 24-часов период на реперфузия.

Важно е да се има предвид, че въпреки че причината за затлъстяването в OZR не е често срещана сред хората, фенотипът успоредява човешкото затлъстяване по много начини. Тези плъхове са повишили триглицеридите, холестерола и инсулина и в крайна сметка развиват захарен диабет. Трябва да се отбележи обаче, че OZR са болни със затлъстяване и има доказателства, че появата на инсулт е пряко свързана с индекса на телесна маса. Проспективно проучване на Kurth et al 16 съобщава, че има значително увеличение на честотата на общия инсулт, както исхемичен, така и хеморагичен, с всяка единица увеличение на индекса на телесна маса, дори след корекция за хипертония и захарен диабет.

Въздействието на затлъстяването и свързаните с него рискови фактори върху мозъчната васкулатура не е напълно изяснено. Няколко проучвания съобщават, че OZR при възрастни имат увреждания в ендотел-зависимата вазодилатация на много съдови легла, включително церебралната циркулация. 17–20 В допълнение към отчитането на ендотелната дисфункция на MCA, Phillips et al 20 описват, че OZR показват доказателства за повишено свиване на 5-хидрокситриптамин и повишен миогенен отговор и повишен миогенен тонус при изходно налягане. Тези резултати са в съответствие с нашите констатации за повишен миогенен тонус при OZR при редица интралуминални налягания. Противно на това, което се съобщава тук, Stepp et al 21 описва ремоделиране на задния крайник, но не и мозъчната циркулация на OZR. Причината за това несъответствие е неясна, но измерванията на диаметъра на лумена от Stepp et al 21 показват тенденция към намаляване на диаметъра с по-малък размер на пробата. Друг нов аспект на настоящото проучване е оценката на цереброваскуларната структура и функция и отговорът на церебралната исхемия при млади OZR.

Клиничните и статистически данни показват, че хипертонията е най-големият рисков фактор за инсулт. 1 Връзката между кръвното налягане и инсулта е ясно определена в експериментални модели; по-голямата част от проучванията, изследващи ефекта на кръвното налягане върху инсулта, са били в злокачествено хипертонични модели, като спонтанно хипертоничен плъх. 22–24 По-малко ясен е ефектът от по-умерено повишаване на налягането. Временната корелация между кръвното налягане и исхемичното увреждане, както и промените в цереброваскуларната структура и тонус, представени в настоящото проучване, предполагат, че дори умереното повишаване на налягането във времето в контекста на затлъстяването може да бъде вредно за мозъчно-съдовата система и да влоши отговора до церебрална исхемия.

Една забележка, която трябва да се има предвид, е, че хипертонията може да е необходима за цереброваскуларните усложнения при затлъстяване, но сама по себе си недостатъчна, за да доведе до нарастването на съдови и инсултни наранявания. Предстои да бъде определена степента, до която други рискови фактори, присъстващи при затлъстяването, като IR, усилват ролята на повишеното артериално налягане при затлъстяването. Резултатите от експериментите с евгликемична хиперинсулинемична скоба предполагат, че степента на IR при млади и възрастни OZR е сходна. По този начин влошаването на IR не може да обясни наблюдаваните промени в мозъчно-съдовата система на OZR. Въпреки че IR не е по-лош при OZR за възрастни, отколкото при младите OZR, значението и приносът на дългосрочно устойчивия IR в този модел не е ясен. Освен това, метаболитните смущения, като хиперинсулинемия и промени в плазмените липиди, могат да имат подобни дългосрочни последици върху тежестта на инсулта. Потенциалното взаимодействие на метаболитни и хемодинамични фактори в мозъчно-съдовата функция при затлъстяване е важна област за бъдещо проучване.

Перспективи

Това проучване допълнително подчертава връзката между затлъстяването и инсулта. Освен това, той предоставя нови доказателства, че затлъстяването е рисков фактор за патологични промени в мозъчната васкулатура. Нашите резултати показват, че хроничното, умерено повишаване на кръвното налягане може да бъде основен фактор за повишен риск от инсулт и нараняване при затлъстялата популация. Необходими са допълнителни изследвания, за да се определи точната роля на индуцираната от затлъстяването хипертония в патологията на инсулт, както и приноса на други метаболитни фактори, като хроничен IR.