A magas fehérjetartalmú étrend hatása a szívelégtelenség kialakulására a nyomás túlterhelésére reagálva

Ifjabb Rogerio F. Ribeiro

1 Kardiológiai osztály, Orvostudományi Tanszék, Marylandi Egyetem, Baltimore, MD, USA

2 Élettani Tudományok Tanszék, Szövetségi Egyetem, Espirito Santo, Vitoria, ES, Brazília

Erinne R. Dabkowski

1 Kardiológiai osztály, Orvostudományi Tanszék, Marylandi Egyetem, Baltimore, MD, USA

Kelly A. O’Connell

1 Kardiológiai osztály, Orvostudományi Tanszék, Marylandi Egyetem, Baltimore, MD, USA

Wenhong Xu

1 Kardiológiai osztály, Orvostudományi Tanszék, Marylandi Egyetem, Baltimore, MD, USA

Tatiana de Fatima Galvao

1 Kardiológiai osztály, Orvostudományi Tanszék, Marylandi Egyetem, Baltimore, MD, USA

3 intenzív osztály, Israelita Albert Einstein Kórház, Sao Paulo, Brazília

Peter A. Hecker

1 Kardiológiai osztály, Orvostudományi Tanszék, Marylandi Egyetem, Baltimore, MD, USA

Kadambari C. Shekar

1 Kardiológiai osztály, Orvostudományi Tanszék, Marylandi Egyetem, Baltimore, MD, USA

Ivanita Stefanon

2 Élettani Tudományok Tanszék, Szövetségi Egyetem, Espirito Santo, Vitoria, ES, Brazília

William C. Stanley

1 Kardiológiai osztály, Orvostudományi Tanszék, Marylandi Egyetem, Baltimore, MD, USA

4 Élettani tudományág, Sydney Egyetem, Sydney, Ausztrália

Társított adatok

Absztrakt

Bevezetés

A szívelégtelenség az iparosodott világ egyik fő közegészségügyi problémája, és a jelenlegi gyógyszerterápiákkal való agresszív kezelés ellenére ezeknek a betegeknek a prognózisa továbbra is gyenge. Nemrégiben felvetették, hogy az étrendi makrotápanyagok mennyisége és összetétele befolyásolhatja a szívelégtelenségben szenvedő betegek tüneteit és kimenetelét (Chess & Stanley, 2008; Kalantar-Zadeh et al., 2008; Ershow & Costello, 2006). Pontosabban azt javasolták, hogy a magas fehérjetartalmú étrend előnyös lehet a szívelégtelenség előrehaladott stádiumában. A jelenlegi szívelégtelenség-kezelési irányelvek nem tartalmaznak ajánlásokat a fehérje, zsír és szénhidrát bevitelére vonatkozóan (Lindenfeld és mtsai., 2010; Dickstein és mtsai., 2008). A szívelégtelenség előrehaladott stádiumában a betegek gyakran tapasztalják az izom- és zsírtömeg progresszív csökkenését, amelyet „szív-cachexiának” neveznek, ami erősen megjósolja a szívelégtelenség súlyosbodását és a rossz klinikai eredményt (Anker et al., 2003). Javasolták, hogy a növekvő fehérje- és/vagy teljes energiafogyasztás inkachexiás szívelégtelenségben szenvedő betegek megelőzhetik vagy visszafordíthatják a cachexiát, de ezt még véglegesen meg kell állapítani (Rozentryt et al., 2010; Aquilani et al., 2008).

Mód

Kísérleti terv

A kísérleteket a laboratóriumi állatok gondozására és felhasználására vonatkozó iránymutatás (NIH 85–23. Kiadvány) szerint végezték, és a Marylandi Egyetem Orvostudományi Egyetemének intézményi állatgondozási és felhasználási bizottsága jóváhagyta. Két kísérleti protokollt hajtottak végre, és mindkét eljárásban a diétás kezelést három nappal a műtét után kezdték meg. Az 1. jegyzőkönyvben értékelték a fehérje bevitel (az energiafogyasztás 18% -a vagy 30% -a fehérjeként) hatását a bal kamra tömegére, a kamra méretére, a kontraktilis funkcióra és a mitokondriális fiziológiára. Az 1. protokoll egy 2: 2-es terv volt, amely összehasonlította a színlelt vagy az aorta összehúzódási műtétet és a normál fehérje vagy a magas fehérjetartalmú étrendet. Az étrendi kezelést három nappal az ál- vagy aortaszűkület-műtét után kezdték meg szívelégtelenség kiváltására, és 14 hétig folytatták. Az étrendre történő kijelölés idején a színlelt és a szívelégtelenségben szenvedő állatok csoportmérete 15, illetve 20 volt azoknál az állatoknál, akik fehérje formájában az energiafogyasztás 18% -át kapták, és 14, illetve 20 volt a színlelt és szívelégtelenségben szenvedő, 30% fehérjét tartalmazó állatoknál.

A 2. jegyzőkönyvben értékeltük a hosszabb ideig tartó étrendi kezelés (22 hét) hatásait, hogy lehetővé tegyük az előrehaladottabb kudarc kialakulását. A 2. protokollnak egyetlen álcsoportja volt, amelyet 18% -os fehérjetartalmú táplálékkal tápláltak, és két, szívelégtelenségben szenvedő csoport 18 vagy 30% -os fehérjét táplált. Az étrendre történő kijelöléskor a csoportméretek 16 voltak a színlelt csoportnál, és 32, illetve 20 a szívelégtelenségben szenvedő állatoknál, akik 18, illetve 30% fehérjét tápláltak.

Keresztirányú aortaszűkület műtét

A szívelégtelenséget a keresztirányú aorta összehúzásával műtéti úton beültetett tantálcsipesszel indukálták. A hím Sprague-Dawley patkányokat (7-8 hetesek, 70-100 g, Harlan, Indianapolis, IN) izofluránnal (5%) érzéstelenítettük, intubáltuk és mechanikusan szellőztettük 1,5-2,5% izoflurán oxigénnel a hatás érdekében. Részleges medián sternotomiát hajtottak végre, és a csecsemőmirigyet reszektálták. Az aortaív boncolása után egy tantálcsipeszt (0,50 mm belső átmérőjű hemosztázisos klipet) tettünk az aortára a brachiocephalicus törzs és a bal közös carotis között, amint azt korábban részletesen leírtuk (Zaha et al., 2003). Az életkornak megfelelő álműtött állatokon ugyanezt az eljárást hajtották végre klip alkalmazás nélkül.

Fogyókúrák

A két étrendet tisztított összetevők felhasználásával gyártották egyedi módon (Research Diets, New Brunswick, NJ, USA), és mindkettő zsírból (zsír- és szójaolaj) származó energia 14% -át tartalmazta, és cukormentes volt (1. táblázat). A szokásos normál fehérjetartalmú étrend 18% összes fehérjéből (kazein + L-cisztin) és 68% szénhidrátból tartalmaz „maltodextrint és kukoricakeményítőt. A magas fehérjetartalmú étrendben az összes energia 30% -a fehérjéből és 56% -a szénhidrátból származott. Az étrendeket a vitaminok, ásványi anyagok és a cellulóz tartalmához illesztettük (1. táblázat).

Asztal 1

Összetevő (g/kg étrend) Normál étrend
(Az energia 18% -a
Fehérje) Magas fehérjetartalmú étrend
(Az energia 30% -a
Fehérje)

Kazein	174	291
L-Cisztin	2.6	4.2
Kukoricakeményítő	538	429
10. maltodextrin	121	121
Cellulóz	48	48
Disznózsír	51	51
Szójabab olaj	10.	10.
Ásványi anyagok és vitaminok	55	55

Echokardiográfia

A bal kamrai funkciót echokardiográfiával értékelték nagy felbontású kisállat képalkotó rendszerekkel (VisualSonics Inc., Toronto, Kanada). Az állatokat altattuk (1,5% izoflurán maszkkal), a mellkasát borotváltuk, és a felvételeket a patkánnyal fekvő helyzetben, melegedő platformon szereztük be, amint azt korábban leírtuk (Duda et al., 2009). Az 1. protokollban Vevo 770 rendszert használtunk, RMV 716 típusú átalakítóval, a 2. protokollban pedig Vevo 2100 nagyfelbontású képalkotó rendszert, MS250 jelátalakítóval.

Szövet betakarítása

14 hetes (1. protokoll) vagy 22 hetes (2. protokoll) kezelés után az állatokat 5,0% izofluránnal altattuk 3 és 6 óra között a könnyű fázis megkezdése után, miközben szabad hozzáférést kaptunk az élelemhez. A mellkast kinyitottuk, a bal kamrából vért vettünk, és azonnal jégre helyeztük, majd centrifugáltuk, hogy szérumot kapjunk. A szívet eltávolítottuk, és a bal kamra szabad falának metszeteit biokémiai analízishez vettük és -80 ° C-on tároltuk, a maradékot pedig az alábbiakban leírtak szerint mitokondriális izolációra használtuk.

Mitokondriális izoláció

Mitokondriális légzés

A mitokondriális légzést mind IFM-ben, mind SSM-ben értékeltük, a korábban leírtak szerint (O'shea et al., 2009). Az izolált mitokondriumokat (0,20 mg/ml) 100 mM KCl, 50 mM MOPS, 5 mM KH2PO4, 1 m mM EGTA és 1 mg/ml BSA/V. frakció. A III. és IV. állapotot glutamát + maláttal (10, illetve 5 mM), palmitoil-karnitin (40 µM) és szukcinátot (20 mM) rotenonnal (7,5 µM) mértük. A légzésszabályozási arányt (RCR) 3-as állapot/4-es állapotként számítottuk, az ADP/O-arányt pedig a 3. állapotban felhasznált összes oxigén arányában elosztva a kamrához adott ADP mennyiségével.

A mitokondriális stressztűrés értékelése

Az SSM és az IFM képességét a Ca 2+ vagy a reaktív oxigénfajok (ROS) által indukált MPT oxidatív stressz elviselésére már korábban leírt, bevált vizsgálatokkal értékelték (Papanicolaou és mtsai, 2012). Röviden: a mitokondriumokat (500 μg) 100 ml KCl, 50 mM MOPS, 5 mM KH2PO4, 5 mM EGTA, 1 mM MgCl2, 5 mM glutamát és 5 mM malát tartalmú 2,0 ml vizsgálati táptalajban szuszpendáltuk. A mitokondriális Ca 2+ felvételt 37 ° C-on mértük a Ca 2+ indikátor kalciumzöld-5N (CaGN-5N; Molecular Probes) fluoreszcenciájából 488 és 530 gerjesztéssel és emisszióval. A Ca 2+ felvételt a 3 μl 15 mM Ca 2+ (30 nmol Ca 2+/mg mitokondriális fehérje) 3 μL bolusinjekcióját követően az extramitochondriális Ca 2+ -ba esik. Stabilizálás (6–8 perc) után a küvettába folyamatos tert-butil-hidrogén-peroxid (tBH: 400 mM) infúziót indítottunk 0,2 μL/perc sebességgel (53 nmol tBH · mg mitokondriális fehérje –1 · min –1 ), és a tápközegben a szabad Ca 2+ koncentrációját monitoroztuk. Az extra-mitokondriális Ca 2+ koncentrációt tBH vagy Ca 2+ infúzió nélkül is monitoroztuk, amely megállapította, hogy MPT nem következett be tBH hozzáadása nélkül (az adatokat nem mutatjuk be).

A Ca 2+ által kiváltott mitokondriális duzzanatot az izolált mitokondriumok abszorbancia-csökkenésének következtében értékeltük a korábban leírtak szerint (Khairallah et al., 2010). Röviden: a mitokondriumokat 100 mM KCl, 50 mM MOPS, 5 mM KH2PO4, 5 mM EGTA, 1 mM MgCl2, 5 mM glutamát és 5 mM malát tartalmú pufferben szuszpendáltuk. 96 lyukú lemezolvasóval 50 μg mitokondriális fehérjét adtunk hozzá. 200 μl kalciummentes pufferhez, és 2 percig 540 nm-en követtük nyomon az alapvonalat, majd 100 vagy 500 nmol Ca 2+/mg mitokondriális fehérjét adtunk hozzá, és az abszorbanciát 15 percig követtük nyomon.

Statisztikai analízis

Az értékek az átlag ± az átlag standard hibája (SEM) formájában vannak feltüntetve. A kezelési hatásokat kétutas ANOVA alkalmazásával értékelték, összehasonlítva a műtétet és az étrendet az 1. protokollhoz, és egyirányú ANOVA-t a 2. protokollhoz, a Bonferroni poszt-hoc tesztjével a csoportok közötti különbségek értékelésére. A szívelégtelenség csoportjai közötti túlélést Kaplan-Meier módszerrel hasonlítottuk össze. A mitokondriális Ca 2+ által indukált duzzanat és Ca 2+ felvétel, valamint a tBH által indukált Ca 2+ felszabadulás értékelését kétutas ANOVA-val értékeltük ismételt mérésekhez. A 0,05 alatti P értéket szignifikánsnak tekintették.

Eredmények

1. protokoll - 14 hetes kezelés

Sem a diéta, sem az aorta sávozás nem befolyásolta szignifikánsan a túlélést a szokásos étrenddel a 14. héten: 100% (15/15) és 79% (11/14) túlélés az álpatkányoknál a 18, illetve 30% fehérjetartalmú étrendet etették, illetve % -Os (19/20) és 85% -os (17/20) túlélés a szívelégtelenségben szenvedő patkányokban a 18% -os, illetve 30% -os fehérjetartalmú táplálékkal. A szívelégtelenségben szenvedő állatok testtömege alacsonyabb volt, mint a színlelt állatok, ha 30% fehérjét etettek, de 18% fehérjével nem. A májtömeg és a sípcsont hossza minden csoportban hasonló volt (2. táblázat). A szívelégtelenség csoportjainak szívelégtelensége volt, amint azt a pitvarok, valamint a bal és a jobb kamra tömegének szignifikáns növekedése mutatja a színlelt állatokhoz képest, étrend nélkül (2. táblázat, 1. ábra). A retroperitonealis és epididymális zsírpárnák és a vese alacsonyabb volt a szívelégtelenségben szenvedő állatokban mindkét étrendcsoportban, mint a színlelt állatoké (2. táblázat). A vese tömegének csökkenése a vese diszfunkció lehetőségére utal, azonban a szérum kreatinin-koncentráció értékelése nem talált diétás vagy szívelégtelenség (2. táblázat).