De la Departamentul de Fiziologie și Biofizică, Universitatea din Mississippi Medical Center, Jackson.

De la Departamentul de Fiziologie și Biofizică, Universitatea din Mississippi Medical Center, Jackson.

De la Departamentul de Fiziologie și Biofizică, Universitatea din Mississippi Medical Center, Jackson.

De la Departamentul de Fiziologie și Biofizică, Universitatea din Mississippi Medical Center, Jackson.

De la Departamentul de Fiziologie și Biofizică, Universitatea din Mississippi Medical Center, Jackson.

Vizualizați cea mai recentă versiune a acestui articol. Versiunile anterioare:

Abstract

Hipertensiunea arterială continuă să fie un factor major de risc cardiovascular și un factor major al bolii renale în stadiul final (ESRD). În special, pacienții cu hipertensiune arterială sensibilă la sare au mult mai multe șanse să experimenteze ESRD comparativ cu pacienții hipertensivi insensibili la sare. 1 Studii recente efectuate la oameni și la modele animale de hipertensiune sensibilă la sare indică faptul că o creștere a stresului oxidativ este asociată cu o creștere progresivă a presiunii arteriale și o reducere a funcției renale. Cu toate acestea, mecanismele care stau la baza progresiei hipertensiunii și ESRD în hipertensiunea sensibilă la sare nu sunt clare.

Un model care imită îndeaproape hipertensiunea esențială sensibilă la sare a omului este șobolanul Dahl S. Trăsăturile comune împărtășite de oamenii sensibili la sare și șobolanul S includ creșteri progresive ale presiunii arteriale și leziuni renale, 2.3 creșterea eliberării de O2 ·, 4 și disfuncție endotelială. 5 Recent, am arătat că stresul oxidativ care apare la șobolanii Dahl S cu aport ridicat de sodiu timp de 3 săptămâni contribuie la creșterea presiunii arteriale, dar hemodinamica renală a fost neschimbată la șobolanii cu dietă bogată în sodiu, iar leziunile renale au fost minore. 6 În schimb, afectarea renală este mult mai severă la șobolanii S în dieta bogată în sodiu timp de 5 săptămâni, cu scăderi progresive ale ratei de filtrare glomerulară (GFR) și ale fluxului plasmatic renal, dar rolul stresului oxidativ în hipertensiune arterială scade în hemodinamica renală. iar afectarea renală aferentă nu este clară.

Scopul nostru a fost să testăm ipoteza că stresul oxidativ la șobolanii Dahl S cu un aport ridicat de sodiu timp de 5 săptămâni contribuie la progresia leziunilor renale, la scăderea fluxului plasmatic de GFR și renal și la dezvoltarea hipertensiunii. Am studiat în mod specific dacă terapia antioxidantă, folosind vitaminele C și E, ar putea ajuta la prevenirea leziunilor renale și scăderea hemodinamicii renale și la atenuarea creșterii presiunii arteriale.

Metode

Pregătirea animalelor, măsurători experimentale și instrumente

După 3 săptămâni pe diferite diete, cateterele arteriale și venoase cronice au fost implantate prin artera și vena femurală utilizând tehnici aseptice și anestezie cu izofluran (1%). Semnalele de presiune arterială pulsatilă au fost trimise către un computer digital la 500 Hz timp de 4 secunde din fiecare minut pe parcursul întregii perioade de 24 de ore și au fost utilizate pentru a determina presiunea arterială și ritmul cardiac. Toți șobolanii au fost lăsați să se recupereze timp de 4 zile înainte de a începe o colectare de 10 zile (zile 26-35) de presiune arterială și date funcționale renale.

GFR și fluxul plasmatic renal efectiv au fost determinate la sfârșitul perioadei de 5 săptămâni la șobolani conștienți, așa cum am efectuat anterior, 6,7 prin măsurarea concentrațiilor de iotalamat și aminohippurat dintr-o probă de plasmă de 4 ore post după 12 ore perioada perfuziei intravenoase de 125 I-iotalamat și aminohippurat de sodiu. La sfârșitul perioadei de 5 săptămâni, șobolanii au fost anesteziați cu izofluran și rinichii au fost îndepărtați pentru diferite analize. Țesuturile renale corticale și medulare au fost omogenizate cu tampoane adecvate și inhibitori de protează, iar chimioluminescența a fost măsurată folosind 5 μmol/L de lucigenină, așa cum am efectuat anterior. 8 Cantitățile de proteine ​​din țesuturile renale au fost cuantificate cu testul Lowry, iar proteina din urină a fost măsurată folosind testul Bradford.

Analiza necrozei glomerulare, a sclerozei glomerulare și a leziunilor tubulointerstitiale

O secțiune PAS - hematoxilină de la fiecare șobolan a fost examinată pentru glomeruli necrotici și sclerotici la o mărire de 200 ×. Secțiunile au fost scanate în câmpuri microscopice care nu se suprapun folosind un monitor de computer, iar glomerulii necrotici și sclerotici au fost numărați ca proporție a tuturor profilurilor glomerulare examinate consecutiv de orice diametru.

Leziunea tubulointerstițială a fost analizată folosind o secțiune colorată cu tricrom Masson de la fiecare șobolan. La o mărire de 100 ×, au fost făcute imagini ale câmpurilor consecutive, care nu se suprapun, ale cortexului renal subcapsular spre cortexul renal juxtamedular peste zone consecutive, care nu se suprapun, care se deplasează lateral de-a lungul suprafeței subcapsulare. Folosind Adobe Photoshop 5.5, imaginile au fost importate într-un computer cu o suprapunere a grilei de numărare de 88 de puncte utilizând software-ul Image Pro Plus 4.5 Analitic Imaging. Leziunea tubulointerstițială a fost măsurată ca proporție a numărului de puncte care acoperă cantități crescute de țesut interstițial colorat în albastru, tuburi dilatați care conțin tubuli sau tubuli care prezintă leziuni acute împărțit la numărul de puncte de pe grila care acoperă cortexul neglomerular și nonvascular.

Analize statistice

Comparația datelor de la animale cu diete cu conținut scăzut de sare și cu conținut ridicat de sare cu sau fără vitaminele C și E au fost efectuate mai întâi utilizând analiza varianței în două direcții pentru măsuri repetate sau o analiză completă a varianței aleatorie, urmată de o analiză a varianței într-un mod pentru fiecare grup și un test de diferență cel mai puțin semnificativ Fisher pentru analiza post hoc. Diferențele au fost considerate semnificative statistic dacă P · - Eliberarea răspunsurilor la vitaminele C și E

Figura 1 arată că tratamentul cu vitaminele C și E a scăzut semnificativ eliberarea de O2 · - din țesutul renal cortical și medular la șobolani în regim alimentar bogat în sodiu. În cortexul renal și medulla, tratamentul cu vitamine a scăzut eliberarea de O2 · - în grupurile cu conținut ridicat de sodiu la niveluri care nu diferă semnificativ de cele ale grupului cu conținut scăzut de sodiu.

antioxidanți

figura 1. Eliberare de superoxid în țesutul cortical și medular renal al șobolanilor sensibili la sare Dahl (S) numai cu dietă bogată în sodiu (n = 9), dietă bogată în sodiu plus vitaminele E și C (n = 7), dietă cu conținut scăzut de sodiu (n = 8) și dietă săracă în sodiu plus vitaminele E și C (n = 9). †P

Presiunea arterială medie, ritmul cardiac și răspunsurile de excreție a proteinelor urinare la vitaminele C și E

Figura 2 arată că tratamentul cu vitaminele C și E a redus semnificativ presiunea arterială la șobolanii Dahl S pe o dietă bogată în sodiu. Presiunile sunt afișate în ultimele 10 zile ale experimentului de 5 săptămâni. În ziua 35, presiunea arterială medie a fost de 180 ± 3 mm Hg în grupul cu dietă bogată în sodiu și de 159 ± 5 mm Hg în dieta bogată în sodiu plus grupul cu vitamina C și E (P

Figura 2. Presiunea arterială medie, frecvența cardiacă și răspunsurile de excreție a proteinelor urinare la șobolanii sensibili la sare Dahl (S) cu dietă bogată în sodiu singură (n = 9), dietă bogată în sodiu plus vitaminele E și C (n = 7), dietă cu sodiu singură (n = 8) și dietă cu conținut scăzut de sodiu cu vitaminele E și C (n = 9). †P

Figura 2 arată, de asemenea, că până în ziua 25, excreția de proteine ​​urinare, un indice de afectare renală, a scăzut semnificativ în grupul cu conținut ridicat de sodiu plus vitamină, comparativ cu grupul cu conținut ridicat de sodiu. În ziua 35, excreția de proteine ​​din urină a avut în medie 285 ± 20 mg/zi în grupul cu conținut ridicat de sodiu și 178 ± 36 mg/zi în grupul cu conținut ridicat de sodiu plus vitaminele C și E (P

Figura 3. Viteza de filtrare glomerulară (GFR) și răspunsul efectiv al fluxului plasmatic renal (ERPF) la șobolanii sensibili la sare Dahl (S) cu dietă bogată în sodiu singură (n = 9), dietă bogată în sodiu plus vitaminele E și C (n = 7), dietă săracă în sodiu singură (n = 8) și dietă săracă în sodiu cu vitaminele E și C (n = 9). †P

Analize histologice ale rinichilor

Figura 4 prezintă secțiuni renale reprezentative pentru fiecare grup de șobolani. În grupul cu conținut scăzut de sodiu (Figura 4A) și cu conținut scăzut de sodiu plus vitaminele C și E (Figura 4B), rinichii au avut un aspect normal, cu glomeruli sclerotici mici ocazionali la nivel global în cortexul subcapsular.

Figura 4. Modificări reprezentative ale patologiei rinichilor șobolanilor sensibili la sare Dahl (S) numai cu dietă bogată în sodiu, dietă bogată în sodiu plus vitaminele E și C, dietă cu conținut scăzut de sodiu și dietă cu conținut scăzut de sodiu cu grupuri de vitamine E și C. Rinichii au fost îndepărtați după 5 săptămâni de dietă cu sodiu. S-a folosit pata trichrome masonilor. A, cu conținut scăzut de sodiu. Glomeruli, arteriole și tubuli normali, × 100. B, sodiu scăzut plus vitaminele E și C. Glomeruli normali, vase de sânge și tubuli, × 100. C, sodiu ridicat. Trombonecroză arteriolară (săgeți mici) și leziune glomerulară acută (săgeată mare) și leziune tubulointerstițială, × 100. D, sodiu ridicat plus vitaminele E și C. Leziunea cronică glomerulară și tubulointerstițială. Glomeruloscleroză segmentară (săgeată) și fibroză interstițială, × 100.

La șobolanii cu dietă bogată în sodiu (Figura 4C), rinichii au evidențiat necroză fibrinoidă arterială și arteriolară și necroză glomerulară fibrinoidă. Necroza glomerulară fibrinoidă a fost întâlnită frecvent în continuitate cu necroza arteriolelor aferente. Glomerulii ocazionali la toate nivelurile cortexului au demonstrat scleroză glomerulară globală sau segmentară. Tubulii conțineau celule degenerate, resturi celulare și celule roșii din sânge cu hemoragie interstițială adiacentă arteriolelor necrotice și glomerulilor.

La șobolanii cu dietă bogată în sodiu plus vitaminele C și E (Figura 4D), rinichii au prezentat doar glomeruli ocazionali care au prezentat necroză fibrinoidă glomerulară și arteriolară. Pe lângă micii glomeruli sclerotici la nivel global din cortexul subcapsular, care au fost găsiți la șobolani pe o dietă cu conținut scăzut de sodiu, glomeruli au fost găsiți la toate nivelurile cortexului, care au demonstrat scleroză glomerulară segmentară și globală. Leziunea tubulointerstițială, care a fost mult mai puțin răspândită decât la șobolanii din dieta bogată în sodiu, a constat din grupuri de tubuli dilatați cu membrane bazale îngroșate care au fost înconjurate de cantități crescute de țesut conectiv interstițial.

Răspunsuri medii la daunele glomerulare și tubulointerstitiale la vitaminele C și E

Figura 5 arată că necroza glomerulară medie a crescut semnificativ la șobolanii Dahl S la dieta bogată în sodiu în comparație fie cu grupul cu conținut ridicat de sodiu plus vitaminele, fie cu grupul cu conținut scăzut de sodiu. Tratamentul cu vitaminele C și E a redus semnificativ cantitatea de necroză glomerulară la șobolanii Dahl S la un aport ridicat de sodiu. Scleroza glomerulară, deși prezentă într-un anumit grad la toți șobolanii, nu a fost semnificativ diferită în niciun grup. Scleroza segmentară a fost prezentă în grupul cu conținut ridicat de sodiu și cu conținut ridicat de sodiu plus vitaminele C și E, dar nu în măsura în care a cauzat semnificație statistică pentru scleroza totală. Figura 5 arată, de asemenea, că leziunea medie tubulointerstițială a fost în medie de 0,19 ± 0,03 (zonă fracționată) în grupul cu conținut ridicat de sodiu, iar această zonă a scăzut la 0,11 ± 0,02 la șobolanii cu conținut ridicat de sodiu tratați cu vitaminele C și E. Date privind activitatea renală SOD, consumul de alimente și apă, precum și greutățile corporale și renale pot fi găsite în suplimentul online (http://hyper.ahajournals.org).

Figura 5. Necroză și scleroză glomerulară medie (fracțiune de glomeruli) și leziuni tubulointerstitiale renale la rinichii șobolanilor sensibili la sare Dahl (S) numai cu dietă bogată în sodiu (n = 8), dietă bogată în sodiu plus vitaminele E și C (n = 6), dietă cu conținut scăzut de sodiu (n = 7) și dietă cu conținut scăzut de sodiu cu vitaminele E și C (n = 7). †P

Discuţie

Tratamentul șobolanilor sensibili la sare Dahl cu vitaminele C și E a redus semnificativ stresul oxidativ renal. Tratamentul cu vitamine a crescut efectiv GFR și fluxul plasmatic renal, a scăzut semnificativ leziunile renale și a scăzut presiunea arterială. Aceste date sugerează că stresul oxidativ este unul dintre principalii factori care contribuie la disfuncția renală și la afectarea hipertensiunii sensibile la sare. Datele indică, de asemenea, că mecanismele care contribuie la hipertensiunea sensibilă la sare Dahl sunt scăderi ale GFR și ale fluxului plasmatic renal.

Mai mulți factori ar fi putut contribui la scăderea GFR și a fluxului plasmatic renal. În primul rând, este evident în Figura 4 că o dietă bogată în sodiu duce la necroză glomerulară și vasculară. Acest lucru ar putea determina în mod direct o scădere a numărului de nefroni care funcționează, vasculatura sa asociată scăzând astfel GFR și fluxul sanguin renal. În al doilea rând, hipertensiunea sensibilă la sare a fost asociată cu creșteri ale vasoconstrictorilor. Într-un studiu anterior efectuat în laboratorul nostru, o dietă crescută de sodiu la șobolanii Dahl S timp de 3 săptămâni a cauzat o creștere a izo-izosoprostanilor urinari și plasmatici, care pot provoca vasoconstricție. 8 Alte studii au arătat că o dietă bogată în sodiu este asociată cu creșterea angiotensinei intrarenale II, 10 care poate duce și la vasoconstricție renală. În al treilea rând, O2 renal crescut - eliberarea inactivează oxidul nitric, ceea ce va scădea vasodilatația renală, ducând la creșterea vasoconstricției.

Animalele cu conținut ridicat de sodiu și cu conținut ridicat de sodiu plus vitaminele E și C au relevat modificări patologice contrastante. Șobolanii cu conținut ridicat de sodiu au prezentat modificări renale ale hipertensiunii maligne floride cu leziuni tubulare acute, în care leziunea tubulară părea să apară în primul rând adiacent glomerulilor necrotici în aprovizionarea vasculară a arterelor și arteriolelor necrotice și trombozate. Rinichii șobolanilor care urmează o dietă bogată în sodiu plus vitaminele C și E au prezentat unele dovezi ale hipertensiunii maligne, dar la un nivel mult mai puțin intens decât animalele care au luat doar un conținut ridicat de sodiu. În grupul cu conținut ridicat de sodiu plus vitaminele C și E, histopatologia a fost deplasată către glomeruloscleroză și hiperplazie arterială intimă, mai degrabă decât necroză glomerulară și arterială, iar leziunea tubulointerstițială a apărut mai indolentă decât la animalele cu aport ridicat de sodiu.

Sursele celulare majore ale speciilor reactive de oxigen sunt NADH/NADPH oxidaze, xantin oxidază, oxid nitric sintază, ciclooxigenază, lipoxigenază și enzimele lanțului respirator mitocondrial. Activitatea vasculară NADPH oxidază a crescut la șobolanii hipertensivi spontan predispuși la accident vascular cerebral, 14 și activitatea NADPH oxidazei a scăzut după tratamentul acestor șobolani cu vitamina E sau vitamina C. Xantina oxidază renală la șobolanii Dahl S a crescut în timpul aportului ridicat de sodiu, 18 și inhibarea xantinei activitatea oxidazei cu tungsten scade presiunea arterială. 19

Pe scurt, suplimentele de vitamine C și E la șobolanii Dahl S la o dietă bogată în sodiu au scăzut moderat presiunea arterială, au scăzut stresul oxidativ renal și leziunile renale și au crescut hemodinamica renală. Afectarea renală la șobolanii Dahl S cu conținut ridicat de sodiu a inclus leziuni interstițiale renale semnificative și necroză glomerulară și arterială cu artere trombozate și arteriole. Modificările histopatologice la șobolanii Dahl S cu conținut ridicat de sodiu cu suplimente de vitamina C și E au arătat scăderi semnificative ale leziunilor interstițiale, glomerulare și vasculare și o trecere de la necroza glomerulară la o glomeruloscleroză mai stabilă. Scăderile GFR și ale fluxului plasmatic renal au fost prevenite cu suplimentele de vitamine C și E. Stresul oxidativ renal în hipertensiunea sensibilă la sare joacă un rol major în exacerbarea nefropatiei și scăderea hemodinamicii renale.

Perspective

Au fost efectuate mai multe studii clinice pentru a determina dacă tratamentul cu vitamine poate îmbunătăți bolile cardiovasculare. Deși s-au găsit rezultate variabile, unele studii au arătat că tratamentul pacienților hipertensivi cu vitamina C scade tensiunea arterială. 20 Majoritatea studiilor clinice pe vitamina E au utilizat doze ≤ 400 UI/zi și nu s-a observat nicio reducere a riscului cardiovascular 21; cu toate acestea, când s-au utilizat 800 UI/zi de vitamina E, au avut loc scăderi semnificative ale riscului cardiovascular. Într-un studiu recent de 16 săptămâni la pacienți cu hipercolesterolemie, 400 UI/zi de vitamina E nu au scăzut nivelurile serice de izoprostani F2, dar dozele de 800 UI/zi până la 3200 UI/zi au determinat reduceri semnificative ale nivelurilor de izoprostan F2. 17 Un al doilea motiv pentru care vitamina E a fost ineficientă în unele studii clinice este că vitamina E poate deveni un radical liber în organism24, dar vitamina C poate transforma radicalul pro-oxidant al vitaminei E înapoi în vitamina E, 24 motiv pentru care am folosit vitamina C în studiul nostru. Un al treilea motiv pentru care terapia cu vitamine este ineficientă în studiile clinice este că pacienții aveau afecțiuni preexistente atunci când au intrat în studii. 21-23

Această lucrare a fost trimisă lui Friedrich C. Luft, editor asociat, pentru examinare de către arbitrii experți, decizie editorială și dispoziție finală.

Această cercetare a fost susținută de grantul HL-51971 de la Institutul Național pentru Inimă, Plămân și Sânge.