Rogerio F. Ribeiro, Jr.

1 Divizia de Cardiologie, Departamentul de Medicină, Universitatea din Maryland, Baltimore, MD, SUA

proteine

2 Departamentul de Științe Fiziologice, Universitatea Federală din Espirito Santo, Vitoria, ES, Brazilia

Erinne R. Dabkowski

1 Divizia de Cardiologie, Departamentul de Medicină, Universitatea din Maryland, Baltimore, MD, SUA

Kelly A. O'Connell

1 Divizia de Cardiologie, Departamentul de Medicină, Universitatea din Maryland, Baltimore, MD, SUA

Wenhong Xu

1 Divizia de Cardiologie, Departamentul de Medicină, Universitatea din Maryland, Baltimore, MD, SUA

Tatiana de Fatima Galvao

1 Divizia de Cardiologie, Departamentul de Medicină, Universitatea din Maryland, Baltimore, MD, SUA

3 Unitate de terapie intensivă, spitalul Israelita Albert Einstein, Sao Paulo, Brazilia

Peter A. Hecker

1 Divizia de Cardiologie, Departamentul de Medicină, Universitatea din Maryland, Baltimore, MD, SUA

Kadambari C. Shekar

1 Divizia de Cardiologie, Departamentul de Medicină, Universitatea din Maryland, Baltimore, MD, SUA

Ivanita Stefanon

2 Departamentul de Științe Fiziologice, Universitatea Federală din Espirito Santo, Vitoria, ES, Brazilia

William C. Stanley

1 Divizia de Cardiologie, Departamentul de Medicină, Universitatea din Maryland, Baltimore, MD, SUA

4 Disciplina de fiziologie, Universitatea din Sydney, Sydney, Australia

Date asociate

Abstract

Introducere

Insuficiența cardiacă este o problemă majoră de sănătate publică în lumea industrializată și, în ciuda tratamentului agresiv cu farmacoterapii actuale, prognosticul pentru acești pacienți rămâne slab. Recent s-a sugerat că cantitatea și compoziția macronutrienților din dietă pot afecta simptomele și rezultatele la pacienții cu insuficiență cardiacă (Chess & Stanley, 2008; Kalantar-Zadeh și colab., 2008; Ershow și Costello, 2006). Mai exact, s-a sugerat că o dietă bogată în proteine ​​ar putea fi benefică în stadiile avansate ale insuficienței cardiace. Liniile directoare actuale privind tratamentul insuficienței cardiace nu oferă recomandări cu privire la aportul de proteine, grăsimi și carbohidrați (Lindenfeld și colab., 2010; Dickstein și colab., 2008). În stadiile avansate ale insuficienței cardiace, pacienții experimentează frecvent o pierdere progresivă a masei musculare și a grăsimii, denumită „cașexie cardiacă”, care este un puternic predictor al agravării insuficienței cardiace și a rezultatului clinic slab (Anker și colab., 2003). S-a propus că creșterea aportului de proteine ​​și/sau de energie totală a pacienților cu insuficiență cardiacă incachexică poate preveni sau inversa cașexia, dar acest lucru rămâne definitiv stabilit (Rozentryt și colab., 2010; Aquilani și colab., 2008).

Metode

Proiectare experimentală

Experimentele au fost efectuate în conformitate cu Ghidul pentru îngrijirea și utilizarea animalelor de laborator (publicația NIH 85-23) și au fost aprobate de Comitetul instituțional de îngrijire și utilizare a animalelor de la Universitatea din Maryland. Au fost efectuate două protocoale experimentale, iar în ambele protocoale tratamentul dietetic a fost inițiat la trei zile după operație. În Protocolul 1 s-au evaluat efectele aportului de proteine ​​(18% sau 30% din aportul de energie ca proteină) asupra masei ventriculare stângi, dimensiunea camerei, funcția contractilă și fiziologia mitocondrială. Protocolul 1 a fost o concepție de 2 la 2 care compara chirurgia de constricție falsă sau aortică și fie o dietă normală cu proteine, fie o dietă bogată în proteine. Tratamentul dietetic a fost inițiat la trei zile după intervenția chirurgicală falsă sau de constricție aortică până la insuficiența cardiacă indusă și a continuat timp de 14 săptămâni. La momentul repartizării la dietă, dimensiunile grupului erau 15 și 20 pentru grupurile de insuficiență și, respectiv, pentru insuficiența cardiacă, pentru animalele care au primit 18% din aportul de energie sub formă de proteine ​​și 14 și 20 pentru animalele de insuficiență și insuficiență cardiacă cu 30%.

În Protocolul 2 am evaluat efectele tratamentului dietetic mai prelungit (22 săptămâni) pentru a permite dezvoltarea unui eșec mai avansat. Protocolul 2 avea un singur grup fals care a fost hrănit cu dieta de 18% proteine ​​și două grupuri cu insuficiență cardiacă hrănite fie cu 18%, fie cu 30% proteine. La momentul repartizării la dietă, dimensiunile grupului erau 16 pentru grupul fals și 32 și 20 pentru animalele cu insuficiență cardiacă hrănite cu 18% sau 30% proteine, respectiv.

Chirurgie de constricție aortică transversă

Insuficiența cardiacă a fost indusă prin restrângerea aortei transversale cu o clemă de tantal implantată chirurgical. Șobolanii Sprague-Dawley masculi (7-8 săptămâni, 70-100 g, Harlan, Indianapolis, IN) au fost anesteziați cu izofluran (5%), intubați și ventilați mecanic cu 1,5-2,5% izofluran în oxigen pentru a efectua. A fost efectuată o sternotomie parțială mediană și timusul a fost rezecat. După disecția arcului aortic, o clemă de tantal (clemă de hemostază cu diametru intern de 0,50 mm) a fost plasată pe aortă între trunchiul brahiocefalic și artera carotidă comună stângă așa cum s-a descris anterior în detaliu (Zaha și colab., 2003). Animalele operate de Sham, potrivite în funcție de vârstă, au fost supuse aceleiași proceduri fără aplicarea clemei.

Dietele

Cele două diete au fost fabricate la comandă folosind ingrediente purificate (Research Diets, New Brunswick, NJ, SUA) și ambele conțineau 14% din energie din grăsimi (untură de porc și unt de soia) și erau lipsite de zahăr (Tabelul 1). Dieta standard cu proteine ​​normale conținea 18% din energia totală din proteine ​​(cazeină + L-cistină) și 68% din carbohidrați ca „maltodextrină și amidon de porumb. Dieta bogată în proteine ​​avea 30% din energia totală din proteine ​​și 56% din carbohidrați. Dietele au fost potrivite pentru conținutul de vitamine, minerale și celuloză (Tabelul 1).

tabelul 1

Ingredient (g per kg de dietă) Dieta standard
(18% din energie din
Proteine) Dieta bogată în proteine
(30% din energie din
Proteină)
Cazeină174291
L-cistină2.64.2
Amidon de porumb538429
Maltodextrină 10121121
Celuloză4848
Untură5151
Ulei de soia1010
Minerale și vitamine5555

Ecocardiografie

Funcția ventriculară stângă a fost evaluată prin ecocardiografie cu sisteme de imagistică pentru animale mici de înaltă rezoluție (VisualSonics Inc., Toronto, Canada). Animalele au fost anesteziate (1,5% izofluran cu mască), pieptul a fost ras și imaginile au fost dobândite cu șobolanul în poziție culcat pe o platformă de încălzire, așa cum s-a descris anterior (Duda și colab., 2009). În Protocolul 1 am folosit un sistem Vevo 770, cu traductor model RMV 716, iar în Protocolul 2 am folosit un sistem de imagine de înaltă rezoluție Vevo 2100 cu un traductor MS250.

Recoltarea țesuturilor

După 14 săptămâni (Protocolul 1) sau 22 săptămâni (Protocolul 2) de tratament, animalele au fost anesteziate cu 5,0% izofluran între 3 și 6 ore după inițierea fazei luminoase în timp ce li s-a oferit acces gratuit la alimente. Toracele a fost deschis și sângele a fost colectat din ventriculul stâng și pus imediat pe gheață și centrifugat pentru a obține ser. Inima a fost îndepărtată, iar secțiunile peretelui liber al ventriculului stâng au fost luate pentru analize biochimice și depozitate la -80 ° C, iar restul a fost utilizat pentru izolarea mitocondrială așa cum este descris mai jos.

Izolarea mitocondrială

Respirația mitocondrială

Respirația mitocondrială a fost evaluată atât în ​​IFM cât și în SSM așa cum s-a descris anterior (O'shea și colab., 2009). Mitocondriile izolate (0,20 mg/ml) au fost respirați în tampon de respirație conținând 100 mM KCl, 50 mM MOPS, 5 mM KH2PO4, 1 mM EGTA și 1 mg/mL BSA/fracțiunea V. Statele III și IV au fost măsurate cu glutamat + malat (respectiv 10 și 5 mM), palmitoilcarnitină (40 μM) și succinat (20 mM) cu rotenonă (7,5 μM). Raportul controlului respirator (RCR) a fost calculat ca starea 3/starea 4, iar raportul ADP/O ca oxigen total utilizat în starea 3 împărțit la cantitatea de ADP adăugată în cameră.

Evaluarea toleranței mitocondriale la stres

Capacitatea SSM și IFM de a tolera fie Ca2+, fie stresul oxidativ MPT indus de speciile reactive de oxigen (ROS) a fost evaluată folosind teste stabilite, așa cum s-a descris anterior (Papanicolaou și colab., 2012). Pe scurt, mitocondriile (500 μg) au fost resuspendate în mediu de testare de 2,0 ml conținând 100 mM KCl, 50 mM MOPS, 5 mM KH2PO4, 5 mM EGTA, 1 mM MgCl2, 5 mM glutamat și 5 mM malat. Absorbția mitocondrială a Ca 2+ a fost măsurată la 37 ° C din fluorescența indicatorului Ca 2+ verde calciu-5N (CaGN-5N; Sonde moleculare) cu o excitație și emisie de 488 și 530. Absorbția Ca 2+ a fost preluată din cad în Ca 2+ extramitocondrial în urma unei injecții în bolus de 3 μL de Ca 2+ 15 mM (30 nmoli Ca 2+/mg proteină mitocondrială). După stabilizare (6 până la 8 minute) s-a inițiat în cuvă o perfuzie continuă de peroxid de hidrogen terț-butilic (tBH: 400 mM) la o rată de 0,2 μL/min (53 nmoli tBH · mg proteină mitocondrială -1 -1 min -1 ), iar concentrația de Ca 2+ liber în mediu a fost monitorizată. Concentrația extra-mitocondrială de Ca 2+ a fost, de asemenea, monitorizată fără perfuzie de tBH sau Ca 2+, ceea ce a stabilit că MPT nu a apărut fără adăugarea de tBH (datele nu sunt prezentate).

Umflarea mitocondrială indusă de Ca 2+, după cum se deduce din scăderea absorbanței mitocondriilor izolate, a fost evaluată așa cum s-a descris anterior (Khairallah și colab., 2010). Pe scurt, mitocondriile au fost resuspendate în tampon conținând 100 mM KCl, 50 mM MOPS, 5 mM KH2PO4, 5 mM EGTA, 1 mM MgCl2, 5 mM glutamat și 5 mM malat. la 200 μL de tampon fără calciu și monitorizat la 540 nm timp de 2 minute pentru a obține o linie de bază, apoi s-au adăugat fie 100 sau 500 nmoli Ca 2+/mg proteină mitocondrială și absorbanța a fost monitorizată timp de 15 minute.

analize statistice

Valorile sunt afișate ca medie ± eroare standard a mediei (SEM). Efectele tratamentului au fost evaluate utilizând un ANOVA cu 2 căi care compară chirurgia și dieta pentru Protocolul 1 și un ANOVA cu 1 cale pentru protocolul 2, cu testul post hoc al Bonferroni pentru a evalua diferențele între grupuri. Supraviețuirea între grupurile de insuficiență cardiacă a fost comparată folosind metoda Kaplan-Meier. Evaluarea umflării mitocondriale induse de Ca 2+ și absorbția de Ca 2+ și eliberarea de Ca 2+ indusă de tBH au fost evaluate cu un ANOVA cu 2 căi pentru măsuri repetate. O valoare P mai mică de 0,05 a fost considerată semnificativă.

Rezultate

Protocol 1 - 14 săptămâni de tratament

Nici dieta sau bandajul aortic nu au afectat în mod semnificativ supraviețuirea cu dieta standard la 14 săptămâni, cu 100% (15/15) și 79% (11/14) supraviețuire la șobolanii fals hrăniți cu diete proteice de 18% și, respectiv, 30% și 95 Supraviețuirea% (19/20) și 85% (17/20) la șobolanii cu insuficiență cardiacă au alimentat dietele proteice de 18% și respectiv 30%. Animalele cu insuficiență cardiacă au avut o masă corporală mai mică decât falsul respectiv atunci când au fost hrăniți cu 30% proteine, dar nu cu 18% proteine. Masa hepatică și lungimea tibiei au fost similare în toate grupurile (Tabelul 2). Grupurile de insuficiență cardiacă au avut hipertrofie cardiacă, așa cum se observă într-o creștere semnificativă a masei atriilor și a ventriculilor stâng și drept comparativ cu animalele simulate, fără nici un efect al dietei (Tabelul 2, Figura 1). Masele de grăsime retroperitoneală și epididimă și rinichii au fost mai mici la animalele cu insuficiență cardiacă în ambele grupuri de dietă comparativ cu animalele simulate (Tabelul 2). insuficiență cardiacă (Tabelul 2).