Laboratorul de investigații clinice, Institutul Național pentru îmbătrânirea programului de cercetare intramurală, Baltimore, Maryland, SUA

Departamentul de Științe Farmaceutice, Universitatea din Buffalo, Universitatea de Stat din New York, Buffalo, NY, SUA

D.E.M. și R.W. a contribuit în mod egal.

Laboratorul de Neuroștiințe, Institutul Național pentru îmbătrânirea programului de cercetare intramurală, Baltimore, Maryland, SUA

D.E.M. și R.W. a contribuit în mod egal.

Laboratorul de Neuroștiințe, Institutul Național pentru îmbătrânirea programului de cercetare intramurală, Baltimore, Maryland, SUA

Laboratorul de Neuroștiințe, Institutul Național pentru îmbătrânirea programului de cercetare intramurală, Baltimore, Maryland, SUA

Laboratorul de investigații clinice, Institutul Național pentru îmbătrânirea programului de cercetare intramurală, Baltimore, Maryland, SUA

Laboratorul de investigații clinice, Institutul Național pentru îmbătrânirea programului de cercetare intramurală, Baltimore, Maryland, SUA

Laboratorul de Neuroștiințe, Institutul Național pentru îmbătrânirea programului de cercetare intramurală, Baltimore, Maryland, SUA

Corespondență: Laboratorul de Neuroștiințe, Institutul Național de Îmbătrânire, 5600 Nathan Shock Dr., Baltimore, MD 21224, SUA. E-mail: [email protected] Căutați mai multe lucrări ale acestui autor

Laboratorul de investigații clinice, Institutul Național pentru îmbătrânirea programului de cercetare intramurală, Baltimore, Maryland, SUA

Departamentul de Științe Farmaceutice, Universitatea din Buffalo, Universitatea de Stat din New York, Buffalo, NY, SUA

D.E.M. și R.W. a contribuit în mod egal.

Laboratorul de Neuroștiințe, Institutul Național pentru îmbătrânirea programului de cercetare intramurală, Baltimore, Maryland, SUA

D.E.M. și R.W. a contribuit în mod egal.

Laboratorul de Neuroștiințe, Institutul Național pentru îmbătrânirea programului de cercetare intramurală, Baltimore, Maryland, SUA

Laboratorul de Neuroștiințe, Institutul Național pentru îmbătrânirea programului de cercetare intramurală, Baltimore, Maryland, SUA

Laboratorul de investigații clinice, Institutul Național pentru îmbătrânirea programului de cercetare intramurală, Baltimore, Maryland, SUA

Laboratorul de investigații clinice, Institutul Național pentru îmbătrânirea programului de cercetare intramurală, Baltimore, Maryland, SUA

Laboratorul de Neuroștiințe, Institutul Național pentru îmbătrânirea programului de cercetare intramurală, Baltimore, Maryland, SUA

Corespondență: Laboratorul de Neuroștiințe, Institutul Național de Îmbătrânire, 5600 Nathan Shock Dr., Baltimore, MD 21224, SUA. E-mail: [email protected] Căutați mai multe lucrări ale acestui autor

ABSTRACT

MATERIALE ȘI METODE

Animale și proceduri chirurgicale

Dietele și procedurile experimentale

Probele de sânge (2 ml) au fost extrase din vena cozii fiecărui șobolan în tuburi care conțin EDTA (BD Vacutainer, Franklin Lakes, NJ, SUA) în diferite momente, inclusiv: chiar înainte de începerea dietelor, la fiecare 2 săptămâni în primele 6 săptămâni după inițierea dietelor și 2 săptămâni după alimentarea cu AL a fost reluată. Toate probele de sânge au fost obținute după un post peste noapte, unde mâncarea a fost reținută în după-amiaza zilei precedente. În timpul perioadei DR, s-au prelevat probe de sânge într-o zi de post pentru șobolani în regim IF. Plasma a fost recoltată din probe de sânge și depozitată la - 80 ° C până la analiză.

Evaluarea chimică a sângelui

Concentrațiile de glucoză plasmatică au fost măsurate folosind un analizor de glucoză Beck-man (Beckman Instruments, Fullerton, CA, SUA). Concentrația de corticosteron în plasmă a fost măsurată folosind un kit de radioimunoanaliză disponibil comercial (ICN Diagnostics, Costa Mesa, CA, SUA).

Activități fiziologice și comportamentale

Înregistrările activităților de bază înainte de DR au demonstrat valori stabile ale parametrilor care au urmat un ritm circadian zilnic. Deși parametrii fiziologici au fost monitorizați continuu timp de 3 săptămâni înainte și 8 săptămâni după inițierea dietelor, datele au fost extrase din ultima zi a fiecărei săptămâni în scopuri de analiză și prezentare. Datele pentru șobolani din grupul IF au fost extrase dintr-una din ultimele două zile ale fiecărei săptămâni care a corespuns cu o zi de post. Datele au fost organizate și prezentate ca valori medii fie în timpul luminii

(6:00 - 18:00) sau perioade întunecate (18:00 - 6:00). Comparațiile statistice s-au făcut de obicei în două moduri, adică modificarea la același șobolan ca răspuns la regimuri dietetice diferite (în cadrul grupului) și diferența dintre șobolani ca răspuns la diete diferite în aceeași perioadă (între grupuri).

Analiza spectrală

Blocuri de 24 de ore de intervale inter-bătăi și presiuni sanguine diastolice au fost extrase folosind Dataquest A.R.T. software la diferite intervale săptămânale și procesat offline cu MATLAB (The Mathworks, Natick, MA, SUA) care rulează pe un computer standard Pentium 4 1,80 GHz. Pentru fiecare înregistrare de 2,5 minute, bătăile ectopice și valorile externe au fost înlocuite cu media măsurării valide anterioare și următoare înainte de eșantionarea semnalului la 10 Hz (efectuată utilizând o funcție spline) pentru a asigura măsuri echidistante. O periodogramă modificată, care a inclus o fereastră FFT și Hamming discretă pentru a preveni scurgerea spectrală, a fost utilizată pentru a calcula densitatea spectrală de putere a fiecărui segment de 2,5 minute. Fiecare spectru a fost integrat între 0,2-0,75 și 0,75-2,5 Hz pentru a calcula puterea în benzile LF și respectiv HF. Pentru a stabili cursul timpului acestor măsuri, s-au construit graficele de putere LF și HF și raportul LF/HF pe blocurile de 24 de ore, iar valorile zonei sub curbă (ASC) au fost calculate folosind regula trapezoidală liniară. Aceste proceduri au fost automatizate automat, cu algoritmi în MATLAB.

Analize statistice

Datele fiziologice și comportamentale au fost analizate utilizând măsuri repetate ANOVA, urmate de evaluări post hoc cu testul Student Newman Keuls. ANOVA unidirecțională, urmată de testul SNK sau de Student t test, a fost folosit pentru a compara măsurile biochimice. Diferențele valorilor medii ale ASC LF, HF și LF/HF au fost evaluate utilizând măsuri repetate neparametrice ANOVA (testul Friedman) și testele multiple de comparație Dunn cu valori de restricție predietare.

REZULTATE

Greutatea corporală și activitatea circadiană

Greutatea corporală a scăzut ca răspuns la inițierea atât a regimurilor IF, cât și a celor CR, pierderea majoră în greutate apărând în primele 2-3 săptămâni, urmată de o adaptare la DR caracterizată printr-o creștere lentă și constantă în perioada de 16 săptămâni DR (Fig. 1) . Cu toate acestea, șobolanii din grupul CR au avut greutăți corporale constant mai mici comparativ cu cei din grupul IF (P

restricția

Modificări ale greutății corporale la șobolani înainte, în timpul și după regimurile de hrănire IF și CR. Simbolurile reprezintă valori medii, care au fost măsurate săptămânal, iar barele de eroare corespund sem (n = 6/grup).

Ritmul cardiac și tensiunea arterială

HR în ambele grupuri a scăzut treptat ca răspuns la inițierea ambelor regimuri de DR și, deși tendința a fost similară în ambele perioade, efectul a apărut mai semnificativ în perioada întunecată decât în ​​perioada de lumină (Fig. 2A). Din DR wk 2-8, HR a fost redus semnificativ în comparație cu măsurile pre-DR la aceiași șobolani (P

Ritm cardiac (A) și TA diastolică (B) răspunsuri la dietele IF și CR. Datele sunt afișate ca valori medii, fie în perioada întunecată, fie în perioada de lumină, iar barele de eroare reprezintă sem (n = 6/grup). *P

TA sistolică a scăzut treptat pentru ambele diete, cu magnitudinea efectului mai mare în perioada întunecată (vezi Fig. 7 din Suplimentul de date online). Comparativ cu valorile pre-DR, TA sistolică a fost redusă semnificativ de la săptămâna 3 la săptămâna 8 pentru grupul IF și de la săptămâna 2 până la săptămâna 8 pentru grupul CR, platoul fiind atins în ambele grupuri la săptămâna 3. - Niveluri de DR în prima săptămână când s-a reluat regimul AL. TA sistolică în ultimele 2 săptămâni de AL a fost mai mare decât în ​​timpul săptămânii DR 3 până la 8 (P

Măsurători biochimice

Concentrațiile de glucoză plasmatică au fost măsurate la fiecare șobolan înainte și 2, 4 și 6 săptămâni după inițierea DR și 2 săptămâni după ce alimentarea cu AL a fost reluată (Fig. 3A). Regimul CR a produs o scădere semnificativă a concentrației plasmatice de glucoză în decurs de 2 săptămâni (P

Concentrațiile plasmatice de glucoză și costicosteron înainte, în timpul și după dietele IF și CR măsurate la intervale selectate. Ambele regimuri au redus concentrațiile plasmatice de glucoză (A) și a crescut concentrația de corticosteron (B). Valorile sunt prezentate ca medii (± SEM).

Spre deosebire de glucoză, concentrațiile plasmatice de corticosteron au crescut pentru regimul IF 4 săptămâni după inițierea dietei și au rămas ca atare până după reluarea alimentării cu AL (P 7, 8).

Analiza spectrală

Suprafața sub curbele de timp de putere (ASC) LF, HF și LF/HF 24 h pentru HRV și DPV au fost calculate la momentul inițial, chiar înainte de inițierea DR și la 2, 3, 4, 18 și 19 săptămâni după DR, unde ultimele două puncte de timp reflectă 2 și 3 săptămâni după reluarea programelor de alimentare AL. O comparație a valorilor ASC între grupurile IF și CR în condițiile de bază a arătat că grupurile erau similare înainte de DR (vezi Fig. 8 din Suplimentul de date online).

Șobolanii supuși regimului IF au prezentat o scădere treptată și semnificativă a puterii LF a DPV (Fig. 4A, panourile din mijloc și din dreapta), în timp ce componenta HF a DPV a rămas relativ stabilă. În schimb, modificările în banda LF a DPV nu au atins semnificație statistică în grupul CR, deși tendințele datelor au fost similare între regimuri (Fig. 4B). Toate măsurile spectrale după reluarea regimului AL nu au fost statistic diferite de valorile inițiale.

Zona sub curbele de timp de 24 de ore (ASC) pentru frecvența joasă (LF), frecvența înaltă (HF) și componentele LF/HF la variabilitatea tensiunii arteriale diastolice în IFA) și CR (B) șobolani la intervale selectate (săpt. 18 și 19 sunt 2 și 3 săptămâni după reluarea hranei AL). Barele reprezintă valori medii, iar barele de eroare corespund sem (n = 5 sau 6). *P

Puterea atât în ​​benzile LF cât și HF ale spectrelor HRV a fost semnificativ crescută în timpul dietelor IF și CR, iar raporturile stabile LF/HF sugerează că puterea totală HRV a fost crescută (Fig. 5A, B). De acord cu rezultatele analizei DPV, toate măsurile spectrale ale HRV nu au fost semnificative statistic de la nivelurile pre-DR, odată ce alimentarea cu AL a fost reluată.

Suprafața sub curbele de timp de 24 de ore (AUC) pentru frecvența joasă (LF), frecvența înaltă (HF) și componentele LF/HF la variabilitatea ritmului cardiac în IFA) și CR (B) șobolani la intervale selectate (săpt. 18 și 19 sunt 2 și 3 săptămâni după reluarea hranei AL). Barele reprezintă valori medii, iar barele de eroare corespund sem (n = 5 sau 6). *P

DISCUŢIE

În acest studiu am arătat că îmbunătățirea parametrilor văzuți ca factori de risc ai bolilor cardiovasculare umane ca răspuns la DR la șobolanii adulți a fost însoțită de modificări semnificative ale măsurilor spectrale ale HR și ale variabilității diastolice a TA. Șobolanii menținuți fie pe regimul dietetic IF, fie pe CR au prezentat o putere LF scăzută în DPV și o putere crescută HF în HRV, sugerând că DR a produs o activitate ANS simpatică scăzută și mărește tonusul parasimpatic sau vagal. Analiza noastră spectrală a DPV confirmă studii anterioare care au relevat efectele simpatolitice ale DR folosind alte măsuri (15, 16). Cu toate acestea, datele prezentate aici sunt primele care sugerează că DR poate produce o creștere a tonusului vagal. Având în vedere că scăderea HRV este un factor de risc pentru dezvoltarea bolilor coronariene la om (11), dacă opusul este adevărat și creșterea HRV conferă un risc scăzut, datele noastre sugerează un beneficiu cardiovascular suplimentar al DR și poate oferi o perspectivă suplimentară asupra factorilor contribuind la mecanismele prin care IF și CR îmbunătățesc funcția cardiovasculară la animale.

Efectele DR asupra sistemului cardiovascular în acest model animal, care ar fi construit ca benefic la om, par a fi independente de regimul DR este implementat. Capacitatea CR de a prelungi durata de viață la șoareci s-a dovedit a fi dependentă de gradul de CR, unde durata de viață maximă crește odată cu scăderea progresivă a aportului caloric (1). Cu toate acestea, șoarecii menținuți pe un regim IF, în care aportul total de alimente nu a fost restricționat, s-au dovedit a avea îmbunătățiri în reglarea glucozei și rezistența neuronală la leziuni care au îndeplinit sau le-au depășit pe cele induse de un regim CR (3). În acest studiu, șobolanii din dieta CR au demonstrat o scădere mai mare în greutate (Fig. 1) și reduceri ale concentrațiilor plasmatice de glucoză (Fig. 3). Lipsa efectului asupra concentrațiilor de glucoză a IF a fost neașteptată, întrucât un studiu anterior a relevat concentrații bazale semnificativ mai mici de glucoză circulantă la șoareci IF (6); implicațiile sale nu sunt clare.

În rezumat, un efect parasimpatimimetic al DR a fost identificat din analiza spectrală a puterii datelor HRV la șobolani expuși la regimuri dietetice IF sau CR.

Măsurile spectrale ale DPV confirmă, de asemenea, studii anterioare care relevă faptul că astfel de diete scad activitatea ANS simpatică. Schema de eșantionare a datelor mai frecventă utilizată în acest studiu a oferit o perspectivă asupra ratelor relativ rapide la care efectele fiziologice ale DR sunt atinse atunci când dietele sunt inițiate și inversate la întoarcerea animalelor la hrănirea cu AL. Deși nu este clar dacă IF și CR sunt fezabile la om, studiile preliminare raportează rezultate promițătoare (28, 29) și susțin investigațiile clinice în curs, precum și efortul de a dezvolta medicamente care prezintă proprietăți mimetice CR (30).

Această cercetare a fost prezentată parțial la reuniunea anuală a Society for Neuroscience 2004 (San Diego) și a fost susținută de Programul de cercetare intramurală al Institutului Național de Îmbătrânire al Institutelor Naționale de Sănătate. Niciunul dintre autori nu declară interese financiare concurente care ar putea fi percepute ca influențând această cercetare.