Hongyu Yin

Departamentul de biologie orală, Georgia Regents University, clădire: CL 2140, 1120 15th Street, Augusta, GA 30912 SUA

Spitalul de chirurgie plastică, Academia Chineză de Științe Medicale și Colegiul de Medicină al Uniunii din Beijing, Beijing, China

Henrik O. Berdel

Departamentul de biologie orală, Georgia Regents University, clădire: CL 2140, 1120 15th Street, Augusta, GA 30912 SUA

Palmetto Health/Facultatea de Medicină a Universității din Carolina de Sud, Columbia, SC SUA

David Moore

Departamentul de biologie orală, Georgia Regents University, clădire: CL 2140, 1120 15th Street, Augusta, GA 30912 SUA

Franklin Davis

Departamentul de biologie orală, Georgia Regents University, clădire: CL 2140, 1120 15th Street, Augusta, GA 30912 SUA

Jun Liu

Departamentul de biologie orală, Georgia Regents University, clădire: CL 2140, 1120 15th Street, Augusta, GA 30912 SUA

Mahmood Mozaffari

Departamentul de biologie orală, Georgia Regents University, clădire: CL 2140, 1120 15th Street, Augusta, GA 30912 SUA

Jack C. Yu

Departamentul de biologie orală, Georgia Regents University, clădire: CL 2140, 1120 15th Street, Augusta, GA 30912 SUA

Babak Baban

Departamentul de biologie orală, Georgia Regents University, clădire: CL 2140, 1120 15th Street, Augusta, GA 30912 SUA

Abstract

fundal

O consecință neintenționată, dar inevitabilă, a scăderii muncii fizice și a creșterii productivității în secolele următoare revoluției industriale este decuplarea progresivă între aportul caloric și cheltuielile de energie, primele depășind cele ulterioare. Tendința excesului de aport caloric și reducerea varietății de alimente s-a accelerat în ultima parte a secolului al XX-lea. Acest fenomen combinat cu un stil de viață progresiv mai sedentar a fost prezis în anii 1980 pentru a crea o furtună perfectă de creștere explozivă în așa-numitele boli cronice legate de stilul de viață, cum ar fi hipertensiunea, diabetul, bolile cardiovasculare aterosclerotice și obezitatea (Eaton și colab. 1988). Diabetul este deja a cincea cauză de deces în SUA, rata mortalității crescând cu 45% din 1987. În perioada 1980-2010, prevalența diabetului a crescut cu 300%, potrivit datelor Centrului pentru Controlul și Prevenirea Bolilor. (Roger și colab. 2011). Mai mult, conform Raportului Național al Statisticilor Diabetului (2014), se estimează că 29,1 milioane de americani sunt afectați de diabet zaharat, dintre care 8,1 milioane nu sunt diagnosticați; marea majoritate a acestor indivizi au diabet zaharat de tip 2 (T2DM).

T2DM se caracterizează prin eliberare excesivă de glucoză hepatică, obezitate centrală, secreție de insulină pancreatică afectată și sensibilitate scăzută la insulină de către celulele țintă care duc la rezistență la insulină cu hiperglicemie cronică și persistentă. Rezistența periferică la insulină apare din cauza transducției semnalului indusă de insulină, care determină în mod normal translocarea prin membrană a transportorilor de glucoză, cum ar fi GLUT4 din citosol (Hughes și colab. 1993). GLUT4 este specific celulelor musculare scheletice și adipocitelor, facilitând mișcarea stimulată de insulină a glucozei în celulă.

Există un efect al WBV asupra masei corporale?

Poate WBV să reducă HbA1c la șoarecii diabetici?

Care este efectul WBV asupra indicilor funcției renale (o țintă majoră a T2DM)?

Poate WBV îmbunătăți profilul inflamator circulant și reduce leziunile celulare?

Metode

Animale

Șoarecii masculi de 8 săptămâni, db/m și db/db, au fost obținuți de la Jackson Laboratories (Boston, MA, SUA) și găzduiți în facilitățile pentru animale de laborator de la Georgia Health Sciences University. Utilizarea animalelor pentru aceste studii a fost în conformitate cu standardele etice și a fost aprobată de Comitetul instituțional de îngrijire și utilizare a animalelor.

Proiectare și fabricare vibratoare

Pentru a furniza vibrații verticale sincrone ale întregului corp (WBV) cu amplitudine și frecvență controlate, am folosit o mașină standard WBV disponibilă comercial, oferind 12 viteze (Vibratone AB-760, Hacienda Heights, California 91745, SUA). Am selectat viteza 1 (frecvență: 30 Hz; amplitudine: 3 mm) timp de 20 min/zi timp de 5 zile pe săptămână timp de 6 săptămâni. Amplitudinea este distanța maximă de deplasare a suprafeței platformei pe care au fost așezați șoarecii. Frecvența de 30 Hz și magnitudinea de 0,5-1,5 × gravitație (4,9-14,7 m/s 2) au fost verificate prin accelerometru. Figura 1 prezintă o imagine a platformei vibrante personalizate utilizate în acest studiu.

vibrații

Imagine a platformei vibrante capabile să furnizeze vibrațiile prescrise de înaltă frecvență, cu amplitudine mică („Metode”)

Efectele WBV la șoareci diabetici și non-diabetici

Pentru a testa efectele WBV, au fost utilizate patru grupuri de șoareci masculi (de exemplu, șoareci db/db, un model pentru T2DM și controalele lor nediabetice non-obeze db/m) la vârsta de 2 luni (n = 6 animale/grup): non-vibrat db/db; vibrat db/db; non-vibrat db/m; vibrat db/m. După 6 săptămâni, animalele au fost plasate individual în cuști metabolice pentru a monitoriza aportul de apă, excreția de urină și măsurarea ulterioară a osmolalității urinei. Nivelurile de HbA1c au fost măsurate din sângele colectat în momentul sacrificării (A1CNow, Bayer HealthCare, LLC, Tarrytown, NY, SUA).

Efectele WBV asupra greutății șoarecilor diabetici și non-diabetici

Pentru a determina efectele WBV asupra greutății corporale, animalele experimentale au fost cântărite înainte și după începerea WBV la interval de o săptămână pentru un total de 7 ori.

Evaluarea inflamației și a morții celulare

Pentru evaluarea parametrilor de interes, s-a efectuat sortarea celulelor cu fluorescență accelerată (FACS) a sângelui integral, folosind citometrul de flux FACSCalibur (BD BioSciences, San Diego, CA, SUA), așa cum s-a descris anterior (Baban et al. 2013a, b, c). Pe scurt, celulele au fost spălate de două ori cu soluție salină tamponată cu fosfat rece și apoi resuspendate în tampon de legare și vortexate ușor înainte de incubare cu anticorpi IL-17, Foxp3 sau gammaH2AX. Celulele au fost analizate prin citometrie în flux în decurs de 1 oră după adăugarea unui tampon de legare.

Anticorpi și truse

Anticorpii împotriva citokinei pro-inflamatorii IL-17, precum și markerul antiinflamator Foxp3 au fost achiziționați de la EBIOSCIENCE (San Diego, CA, SUA), unde anticorpul gammaH2AX a fost obținut de la Cell Signaling (Denver, MA, SUA).

analize statistice

Datele au fost analizate utilizând analiza varianței (ANOVA) urmată de testul post-hoc Newman-Keuls pentru a stabili semnificația (p 2). Șoarecii vibrați db/db au prezentat o reducere, deși nesemnificativă, a greutății corporale după 1 săptămână de WBV. Ulterior, totuși, greutatea corporală a fost similară între șoarecii db/db vibrați și non-vibrați. Similar cu șoarecii db/db, WBV nu a afectat în mod semnificativ greutatea corporală a șoarecilor db/m.

Greutatea corporală a fost semnificativ (p 3, nivelurile de HbA1c au fost semnificativ mai mari la șoareci db/db decât db/m. WBV a redus HbA1c (aproximativ 22%; p 1). Pe de altă parte, WBV a redus aportul de lichide cu aproximativ 25% în Șoareci db/db. Șoarecii vibrați db/db au eliminat, de asemenea, mai puțină urină. Mai mult, WBV a îmbunătățit capacitatea de concentrare urinară, așa cum s-a demonstrat printr-o creștere cu 28% a osmolalității urinei la șoarecii vibrați db/db (Tabelul 1). efectul WBV asupra parametrilor urinari în db/db, decât db/m, șoarecii, de asemenea, relevat de dimensiuni mai mari ale efectului, indicând o probabilitate mare de reproductibilitate (Tabelul 1).

tabelul 1

Cușca metabolică rezultă din db/m cu și fără WBV; datele sunt medii ± SD de n = 3 animale/grup

Aport de lichide (mL/24 h) Excreție de urină (mL/24 h) Osmolalitatea urinei (mOsmol/kg)
db/m
Non-vibrat		1,33 ± 0,580,43 ± 0,062480,0 ± 303,2
db/m
vibrat		1,00 ± 0,00 # 0,30 ± 0,173628,5 ± 691,0
db/db
Non-vibrat		21. 00 ± 0.00 *17,00 ± 1,00 *1084,17 ± 65,26 *
db/db
Vibrat		15. 67 ± 1,53 *, # 13,33 ± 1,53 *, # 1387,50 ± 133,30 *, #
Indicele efectului mărimii; non-vibrat vs. vibrat db/m1,941,071,59
Indicele efectului mărimii; non-vibrat vs. vibrat db/db1,901,731,74

* p # p 4, 5); 5); IL-17 este o citokină pro-inflamatorie și un marker al celulelor T helper, în care Foxp3 servește ca marker antiinflamator al celulelor T reglatoare (Aarvak și colab. 1999; Zhang și Zhao 2007). Figura 4 prezintă panouri reprezentative de citometrie în flux, pentru fiecare grup experimental, identificând celule CD4 + care au fost ulterior identificate ca fiind pozitive pentru IL-17 și FoxP3. Așa cum se arată în FIG. 5, în timp ce există o diferență semnificativă atât în ​​IL-17 (panoul a), cât și în Foxp3 (panoul b) care exprimă celule între șoareci db/m și db/db, WBV a fost fără efecte semnificative asupra acestor parametri la șoareci db/m. Pe de altă parte, celulele pozitive IL-17 au fost reduse semnificativ la șoarecii db/db nevibrați. Mai mult, celulelor Foxp3 pozitive li s-a arătat o ușoară creștere a șoarecilor db/db non-vibrați. Pentru a determina dacă WBV reduce leziunile celulare, am determinat expresia gammaH2AX care este un marker al leziunii ADN (Kuo și Yang 2008; Mozaffari și colab., 2012). Așa cum se arată în FIG. Șoarecii 6, db/db au prezentat o creștere semnificativă a expresiei gammaH2AX la db/db decât șoarecii db/m, indiferent de tratamentul cu WBV. Cu toate acestea, procentul de celule din sânge integral care au fost pozitive pentru gamaH2AX au fost reduse semnificativ la șoarecii vibrați decât la șoarecii non-vibrați db/db.

Graficele FACS reprezentative ale celulelor T pozitive IL-17 și FoxP3 în șoareci db/m și db/db vibrați și non-vibrați. Celulele T CD4 + din sângele periferic din grupurile experimentale au fost identificate în continuare ca fiind pozitive pentru IL-17 și FoxP3

Analiza FACS a IL-17 (A) și Foxp3 (b) celule sanguine periferice pozitive obținute de la șoareci vibrați și non-vibrați db/m și db/db; datele sunt media ± SD a procentului de celule CD4 + de n = 6 șoareci/grup. * p 2 și reducerea cu 0,5 g sub nivelul gravitațional la 4,9 m/s 2 în timpul cursei descendente. La 30 Hz, un astfel de WBV este echivalent cu planeta Pământ care își extinde masa cu 50% și apoi o micșorează imediat cu 50% la fiecare 0,033 s. Evident, această afecțiune nu a apărut niciodată în istoria Pământului de 4,54 miliarde de ani. Activitatea musculară este cea care cauzează de obicei astfel de tulpini ciclice în os. Cu alte cuvinte, WBV ar putea „păcăli” oasele corpului să creadă că se face exerciții fizice intense, fără ca mușchii să fie nevoiți să facă treaba.

În concordanță cu îmbunătățirea stării glicemice, WBV a exercitat efecte benefice asupra indicilor inflamației și a leziunilor celulare. Această afirmație este susținută de reducerea celulelor pozitive IL-17, dar a crescut în celulele pozitive Foxp3, precum și de reducerea marcată a celulelor pozitive pentru gamaH2AX în sângele periferic de șoareci db/db, dar nu db/m, supuși WBV. În investigația noastră anterioară a nefropatiei diabetice, am arătat o creștere semnificativă a imunomarcării gammaH2AX în țesutul renal de db/db decât șoarecii db/m (Mozaffari și colab. 2012). Mai mult, celulele renale preparate din rinichi de șoareci db/db au arătat o creștere semnificativă a procentului de celule IL-17 pozitive comparativ cu controlul lor db/m (Baban și colab. 2013b). În lumina rezultatelor prezentului studiu, studiile ulterioare ar trebui să stabilească dacă WBV influențează în mod benefic indicii de inflamație și leziuni celulare din organele țintă, cum ar fi rinichii, care sunt afectați negativ de diabet.

În concluzie, rezultatele prezentului studiu indică faptul că WBV îmbunătățește starea glicemică în asociere cu îmbunătățirea indicilor de inflamație și leziuni celulare la șoareci db/db, un model animal foarte relevant al T2DM. Astfel, impactul benefic al WBV ar trebui explorat în continuare atât în ​​studiile preclinice cât și în cele clinice, în special la adulții tineri supraponderali sau obezi cu pre-diabet sau diabet de tip 2.

Contribuțiile autorilor

HY, HOB, MM, JCY, BB au conceput și proiectat experimentele. HY, JL, HOB, DM, FD, BB au efectuat experimentele. HY, JL, HOB, JCY, BB au analizat datele. JCY, BB a contribuit cu reactivi/materiale/instrument de analiză. HY, HOB, JCY, MM, BB au contribuit la scrierea manuscrisului. HY, HOB, DM, FD, JL, MM, JCY, criteriile BB pentru autor citite și îndeplinite. HY, HOB, DM, FD, JL, MM, JCY, BB sunt de acord cu rezultatele și concluziile manuscrise. Toți autorii au citit și au aprobat manuscrisul final.

Mulțumiri

Acest studiu a fost susținut de Milford B. Hatcher Endowment (furnizat către JY). Autorii îi sunt recunoscători dnei. Edwina Terrell pentru sprijinul său administrativ.

Această lucrare a fost finanțată, parțial, printr-o subvenție din 2009 și 2012 DSRP Medical College din Georgia, Georgia Regents University, precum și printr-o subvenție înzestrată lui Jack C. Yu de la catedra Milford B. Hatcher.

Respectarea liniilor directoare etice

Interese concurente Autorii declară că nu au interese concurente.

Acest articol nu conține studii cu subiecți umani efectuate de niciunul dintre autori.

Toate procedurile urmate pentru utilizarea animalelor în aceste studii au fost în conformitate cu standardele etice și au fost aprobate de Comitetul instituțional de îngrijire și utilizare a animalelor.

Note de subsol

Hongyu Yin și Henrik O. Berdel sunt co-primii autori cu contribuție egală