Abstract
Le stress oxydatif a été impliqué dans diverses pathologies, notamment l’hypertension, l’athérosclérose, le diabète et les maladies rénales chroniques. Le présent travail a été conçu dans le but d’étudier les potentiels des antioxydants cuivre, manganèse et zinc dans le traitement de l’hypertension chez les rats Wistar. Les rats ont été nourris avec un régime à 8% de NaCl pendant 5 semaines et traités avec des suppléments en présence de l’agent stimulant pendant 4 semaines supplémentaires. La supplémentation a permis de réduire de manière significative la pression sanguine par rapport au contrôle de l’hypertension. Les résultats indiquent également une diminution significative des taux de cholestérol total, de triglycérides, de cholestérol à lipoprotéines de basse densité et de cholestérol à lipoprotéines de très basse densité, de malondialdéhyde et d’insuline, ainsi qu’une augmentation du cholestérol à lipoprotéines de haute densité, des activités antioxydantes totales et de l’oxyde nitrique dans les groupes supplémentés par rapport au groupe témoin hypertendu. Le pourcentage moyen de protection contre l’athérogenèse a indiqué 47,13 ± 9,60 % pour tous les groupes supplémentés. La pression artérielle moyenne a montré une corrélation positive significative avec le glucose, le cholestérol total, les triglycérides, le cholestérol des lipoprotéines de basse densité, le cholestérol des lipoprotéines de très basse densité, l’indice athérogène, la résistance à l’insuline et le malondialdéhyde, tandis que le cholestérol des lipoprotéines de haute densité et les activités antioxydantes totales ont montré une corrélation négative. Le résultat a donc indiqué une forte relation entre le stress oxydatif et l’hypertension et souligne le rôle des minéraux antioxydants dans la réduction du stress oxydatif, de la dyslipidémie et de la résistance à l’insuline associée à l’hypertension.
1. Introduction
L’hypertension est l’une des maladies les plus courantes dans le monde et une cause majeure de décès par insuffisance cardiovasculaire. En raison de la morbidité et de la mortalité associées, l’hypertension est un problème de santé publique, et donc la nécessité de rechercher des stratégies de prévention et de gestion appropriées devrait être la préoccupation des fournisseurs de soins de santé. L’augmentation du stress oxydatif vasculaire pourrait être impliquée dans la pathogenèse de l’hypertension, un facteur de risque majeur de maladie cardiovasculaire et de mortalité dans les pays développés et en développement. L’apparition de l’hypertension est due à des interactions complexes entre la prédisposition génétique et les facteurs environnementaux. L’augmentation de la consommation de sel peut aggraver l’élévation de la pression artérielle et le développement des dommages consécutifs aux organes finaux .
L’angiotensine II s’est avérée être un activateur puissant de l’activité de la NADPH oxydase dans les muscles lisses vasculaires, les cellules endothéliales et les cardiomyocytes . Un constat commun à tous les types d’hypertension ainsi qu’au diabète et au syndrome métabolique est le dysfonctionnement endothélial, caractérisé par un déséquilibre dans l’expression et la sensibilité aux agents vasodilatateurs et vasoconstricteurs, ce qui entraîne une augmentation du tonus vasculaire et donc une augmentation de la résistance au flux .
Le cuivre, le manganèse et le zinc sont communément désignés comme des minéraux antioxydants qui sont nécessaires à l’activité de certaines enzymes antioxydantes. Hiroyuki et al. ont signalé que la carence en zinc pourrait jouer un rôle crucial dans le développement de l’hypertension génétique, vraisemblablement par le biais du stress oxydatif causé par l’hypertension. On sait que l’anion superoxyde inactive rapidement le vasodilatateur dérivé de l’endothélium, l’oxyde nitrique, favorisant ainsi la vasoconstriction. Par conséquent, les tentatives de contrecarrer les effets hypertensifs des espèces réactives de l’oxygène ont conduit à l’utilisation d’antioxydants exogènes pour améliorer la fonction vasculaire et réduire la pression artérielle dans les modèles animaux et l’hypertension humaine. Ainsi, l’évaluation de l’effet potentiel des antioxydants cuivre, manganèse et zinc dans la gestion de l’hypertension constituent la base de cette étude.
2. méthodes
2.1. Produits chimiques et réactifs
Des produits chimiques et des réactifs de qualité analytique ont été utilisés pour cette recherche. Le sulfate de cuivre et le sulfate de manganèse provenaient de May and Baker, en Angleterre, tandis que le sulfate de zinc provenait de J.T. Baker chemical company, Philipsburg, New Jersey.
2.2. Animaux expérimentaux
Des rats wistar mâles pesant entre 150 et 180 g ont été achetés à la Faculté de médecine vétérinaire, Université Usmanu Danfodiyo, Sokoto, Nigeria et ont été autorisés à s’acclimater pendant deux semaines avant le début de l’expérience. Les animaux ont été regroupés en six groupes de 5 rats chacun et ont été nourris avec des aliments de croissance granulés (Vital feed, Jos, Nigeria) et ont eu accès à de l’eau ad libitum pendant toute la période expérimentale. Le protocole expérimental a été approuvé par le comité d’éthique de l’Université Usmanu Danfodiyo, Sokoto, Nigeria.
2.3. Induction de l’hypertension
Les rats ont été placés sous un régime riche en sel (8% NaCl) sauf le contrôle normotendu pendant 9 semaines en ajoutant 8% de NaCl à l’alimentation . Le traitement a commencé à partir de la 6e semaine de charge en sel.
2.4. Mesure de la pression artérielle
La pression artérielle a été surveillée chaque semaine par la méthode du brassard de queue en utilisant un enregistreur de pression artérielle non invasif Ugo Basile, série 58500. La moyenne de quatre lectures a été prise pour chaque rat, et la température du rat a été surveillée pendant toute la période de mesure. La pression artérielle moyenne a été calculée selon l’équation suivante : où SP et DP sont respectivement la pression systolique et diastolique.
2,5. Préparation des suppléments
Le cuivre, le manganèse et le zinc ont été préparés en dissolvant du sulfate de cuivre, du sulfate de manganèse et du sulfate de zinc dans de l’eau distillée pour obtenir respectivement 2,5 mg/mL de cuivre, 2,4 mg/mL de manganèse et 11 mg/mL de zinc. Tous les suppléments ont été préparés juste avant l’administration.
2.6. Regroupement des animaux et traitement
Groupe I Normal non traité/eau distillée. Groupe II Contrôle hypertensif/eau distillée. Groupe III Chargé en sel traité avec 4 mg/kg de cuivre. Groupe IV Salin traité avec 10 mg/kg de manganèse. Groupe V Traitement au sel avec 20 mg/kg de zinc. Groupe VI traité par charge saline avec 4 mg/kg de cuivre, 10 mg/kg de manganèse et 20 mg /kg de zinc.
Les concentrations des suppléments ont été choisies en fonction de l’apport alimentaire recommandé et les doses appropriées administrées par voie orale aux groupes traités en fonction de leur poids corporel par intubation à l’aide d’un tube à canule intraveineuse pendant 4 semaines. Vingt-quatre heures après le dernier traitement, les animaux ont été anesthésiés avec des vapeurs de chloroforme et des échantillons de sang à jeun ont été prélevés par ponction cardiaque dans des tubes étiquetés pour des analyses biochimiques. Les variations de poids des rats ont été suivies tout au long de la période expérimentale.
2.7. Estimation des paramètres biochimiques
L’échantillon de sang a été laissé coaguler et centrifugé à 4000 g pendant dix minutes et le sérum obtenu a été utilisé pour l’estimation du glucose, du profil lipidique, du statut antioxydant total, de l’insuline, de la superoxyde dismutase, de la catalase et de l’oxyde nitrique. Les animaux ont été sacrifiés et le foie de chaque rat a été disséqué, rincé avec une solution saline glacée pour éliminer le sang. Un homogénat à 10 % a été préparé dans un tampon Tris 0,1 M glacé, pH 7,4, à l’aide d’un homogénéisateur. L’homogénat a été centrifugé à 4000 g pendant 15 minutes. Les surnageants ont été utilisés pour l’estimation de la substance réactive de l’acide thiobarbiturique (TBARS) et l’activité de la glutathion peroxydase.
Le taux de glucose sérique à jeun a été estimé par la méthode de la glucose oxydase . Le cholestérol total sérique , les triglycérides et le cholestérol des lipoprotéines de haute densité ont été déterminés par une méthode enzymatique.
Le cholestérol sérique des lipoprotéines de basse densité et le cholestérol des lipoprotéines de très basse densité ont été calculés par la formule de friedewald et al . L’indice athérogène a été calculé comme le rapport entre le cholestérol LDL et le cholestérol HDL .
La méthode colorimétrique a été utilisée pour l’estimation du statut antioxydant total sérique et du malondialdéhyde tissulaire .
Le kit de dosage de la superoxyde dismutase de Cayman a été utilisé pour l’estimation de la SOD. Le dosage utilise un sel de tétrazolium pour la détection des radicaux superoxyde générés par la xanthine oxydase et l’hypoxanthine à 450 nm. Une unité de SOD est définie comme la quantité d’enzyme nécessaire pour présenter une dismutation de 50 % des radicaux superoxyde.
L’activité catalase a été estimée à l’aide du kit de dosage de la catalase de Cayman. La méthode est basée sur la réaction de l’enzyme avec le méthanol en présence d’une concentration optimale de H2O2. Le formaldéhyde produit est mesuré avec le 4-amino-3-hydrazino-5-mercapto-1,2,4-triazole (Purpald) comme chromogène à 540 nm.
L’activité de la glutathion peroxydase a été dosée à l’aide du kit de dosage de Cayman. Ce dosage mesure indirectement l’activité de la glutathion peroxydase par une réaction couplée avec la glutathion réductase. Le glutathion oxydé, produit lors de la réduction de l’hydroperoxyde par la glutathion peroxydase, est recyclé à son état réduit par la glutathion réductase et le NADPH. L’oxydation du NADPH en NADP+ s’accompagne d’une diminution de l’absorbance à 340 nm.
L’oxyde nitrique a été estimé par le kit de dosage de Cayman. Ce test fournit une méthode précise et pratique pour mesurer la concentration totale de nitrate/nitrite dans un processus simple en deux étapes. La première étape est la conversion du nitrate en nitrite à l’aide de la nitrate réductase. La seconde étape est l’ajout du réactif de Griess qui convertit le nitrite en un composé azoïque d’un violet profond.
L’insuline a été estimée par le kit de dosage immunoenzymatique de l’insuline SPI biorat. Le dosage est basé sur la compétition entre l’insuline de rat non marquée et l’acétylcholinestérase liée à l’insuline de rat (traceur) pour des sites spécifiques limités de l’antisérum anti-insuline de rat de cobaye. La plaque a ensuite été lavée et le réactif d’Ellman ajouté dans les puits, et le traceur acétylcholinestérase agit sur le réactif d’Ellman pour former un composé jaune qui a été déterminé à 405nm.
L’indice de résistance à l’insuline a été calculé par l’évaluation du modèle d’homéostasie – résistance à l’insuline (HOMA-IR) . Le pourcentage de protection contre l’athérogénèse a été calculé en utilisant l’équation suivante
2,8. Analyse statistique
Les valeurs sont exprimées en écart-type moyen pour 5 rats dans chaque groupe. Les résultats ont été analysés statistiquement à l’aide d’une analyse de variance (ANOVA) à sens unique, suivie du test de comparaison multiple de Dunnett en utilisant le logiciel GraphPad Instat. Les différences ont été considérées comme significatives lorsque .
3. Résultats
Le gain de poids des rats (Figure 1) a indiqué que le contrôle non traité chargé en sel gagne plus de poids () que les groupes traités et le contrôle normotendu. La supplémentation a montré un effet significatif () sur les changements de poids des rats par rapport au contrôle hypertendu.
Il y avait une augmentation significative () de la pression artérielle moyenne des rats chargés en sel (Figure 2). La supplémentation a provoqué une diminution significative de la pression artérielle moyenne des groupes traités par rapport au contrôle hypertendu.
La charge en sel a provoqué une augmentation significative du glucose sérique, de l’insuline et de la résistance à l’insuline (tableau 1), et les suppléments avec les éléments minéraux inversent la tendance.
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| HOMA-IR : Homeostasis Model Assessment-Insulin Resistance, I-témoin normotendu, II-témoin hypertendu, III-groupe traité au cuivre, IV-groupe traité au manganèse, V-groupe traité au zinc, VI-groupe traité avec tous les minéraux. Les valeurs sont exprimées en moyenne ± SD ; . en comparaison avec le grp II, en comparaison avec le grp I, en comparaison avec le grp I par le test de comparaison multiple de Dunnette. |
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L’effet de la supplémentation sur le profil lipidique sérique et l’indice athérogène est présenté dans le tableau 2. Le résultat a indiqué une diminution significative des niveaux de TC, TG, LDL-C, VLDL-C, et AI et une augmentation du HDL-C par rapport au groupe non traité chargé en sel.
| Groupe | TC (mg/dL) | TG (mg/dL) | HDL-C (mg/dL) | LDL-C (mg/dL) | VLDL-C (mg/dL) | AI | ||
| I | ||||||||
| II | ||||||||
| III | ||||||||
| IV | ||||||||
| V | ||||||||
| VI | ||||||||
Les valeurs sont exprimées en moyenne ± SD ; . par rapport au groupe II, par rapport au grp II, par rapport au groupe I, et par rapport au groupe I par le test de comparaison multiple de Dunnette.
Le % de protection contre l’athérogénèse (figure 4) a indiqué une augmentation significative () du % de protection dans le groupe supplémenté en minéraux combinés par rapport aux groupes cuivre, manganèse et zinc. Le groupe traité avec des minéraux combinés a montré la protection la plus élevée de 60,79% tandis que le groupe supplémenté avec du manganèse a montré la protection la plus faible de 38,76%.
L’effet de la supplémentation sur le statut antioxydant total, l’oxyde nitrique et la MDA (tableau 3) a montré une augmentation significative des niveaux de TAS entre le groupe non traité et les groupes manganèse () et minéraux combinés (). Le résultat a également indiqué une diminution significative () du MDA tissulaire des groupes supplémentés par rapport au contrôle non traité. La fonction endothéliale a également été améliorée après la supplémentation.
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| TAS : Statut antioxydant total, MDA : malondialdéhyde, I : contrôle normotendu, II : contrôle hypertendu, III : groupe traité au cuivre, IV : groupe traité au manganèse, V : groupe traité au zinc, et VI : groupe traité avec tous les minéraux. Les valeurs sont exprimées en moyenne ± SD ; . par rapport au groupe II, par rapport au groupe II, par rapport au groupe I, et par rapport au groupe I par le test de comparaison multiple de Dunnette. |
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Le résultat de l’effet de la supplémentation sur les enzymes antioxydantes est présenté dans le tableau 4. Le résultat indique que la supplémentation a augmenté les activités de cat, Gpx, et SOD par rapport au contrôle hypertendu.
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| GPx : glutathion peroxydase, SOD : superoxyde dismutase, I : témoin normotendu, II : témoin hypertendu, III : groupe traité au cuivre, IV : groupe traité au manganèse, V : groupe traité au zinc, et VI : groupe traité avec tous les minéraux. Les valeurs sont exprimées en moyenne ± SD ; . par rapport au groupe II, par rapport au groupe II, par rapport au groupe I, et par rapport au groupe I par le test de comparaison multiple de Dunnette. |
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Le coefficient de corrélation () de la MABP avec le glucose, la résistance à l’insuline, le profil lipidique et les marqueurs du stress oxydatif est présenté dans la figure 5. Le résultat a montré une corrélation positive significative entre la MABP et le glucose, l’insuline, la résistance à l’insuline, le TC, le TG, le LDL-C, le VLDL-C, l’AI et le MDA tandis que le HDL-C, le TAS, le SOD, le Cat et le GPx ont montré une corrélation négative avec la MABP.
4. Discussion
L’hypertension fait partie des facteurs de risque les plus importants pour les maladies cardiovasculaires . Dans ce modèle, un régime contenant 8% de NaCl a été utilisé pour induire l’hypertension chez les rats wistar pendant 5 semaines et un régime chargé en sel avec supplémentation pendant 4 semaines supplémentaires. Il a été signalé que la teneur élevée en sel provoque l’hypertension chez les rats . Le mécanisme par lequel les régimes à forte teneur en sel ont induit l’hypertension pourrait être dû à l’augmentation du niveau de sodium circulant qui entraîne la libération d’eau par les cellules en raison de la pression osmotique qui augmente la pression sur les parois des vaisseaux sanguins. D’autres mécanismes possibles pourraient être en partie dus à une augmentation de la capacité du plasma à inhiber l’adénosine triphosphotase qui augmente la pression artérielle en inhibant la pompe d’échange sodium-calcium dans les muscles lisses vasculaires, ou au fait que le régime sodique est associé à une augmentation de l’angiotensine II intrarénale qui peut entraîner une vasoconstriction rénale et une augmentation de la production rénale due à l’activation de la NADPH oxydase. La surproduction d’anions superoxydes et d’autres radicaux libres due à l’activation de la NADPH oxydase peut dépasser la capacité antioxydante et provoquer des déséquilibres entre les statuts oxydant et antioxydant, ce qui peut entraîner un stress oxydatif. Les résultats indiquent que la charge en sel augmente la pression artérielle des rats et que la supplémentation en minéraux antioxydants prévient l’élévation de la pression artérielle. L’observation confirme le rapport selon lequel la charge en sel de diverses souches de rats telles que les rats Sprague-Dawley et les rats wistar entraîne une augmentation de la pression artérielle.
Le groupe supplémenté en minéraux combinés a presque normalisé la pression artérielle moyenne, ce qui indique que la thérapie combinée semble être plus efficace dans la réduction de la pression artérielle qu’une seule supplémentation en minéraux antioxydants.
L’effet de réduction de la pression artérielle du cuivre, du manganèse et du zinc dans ce modèle pourrait être attribué à leurs propriétés de piégeage des radicaux libres qui diminuent l’extinction de l’oxyde nitrique par l’anion superoxyde, diminuent l’activité de la NADPH oxydase ou augmentent l’activité de la superoxyde dismutase puisque ces minéraux forment une partie essentielle et intégrale de la superoxyde dismutase. Le résultat du travail actuel confirme le rapport selon lequel la supplémentation en zinc abaisse la pression artérielle des rats hypertendus chargés en sel .
L’augmentation des taux de triglycérides, de cholestérol total, de cholestérol à lipoprotéines de basse densité et de cholestérol à lipoprotéines de très basse densité et la diminution du cholestérol à lipoprotéines de haute densité observées chez les rats hypertendus par rapport au groupe supplémenté corroborent avec plusieurs études . Le mécanisme possible qui sous-tend la relation entre l’augmentation des niveaux de C-HDL et la diminution du C-LDL et l’issue cardiovasculaire de l’hypertension après la supplémentation dans cette étude pourrait être dû à une augmentation de la synthèse ou à une diminution de la dégradation du C-HDL qui pourrait diminuer les espèces lipidiques oxydées dans les particules de LDL, les protégeant ainsi de l’athérogenèse. Cela pourrait en effet refléter le point de départ de la protection contre l’athérosclérose. Les résultats ont également montré une diminution des taux de glucose, d’insuline, de résistance à l’insuline, de malondialdéhyde et une augmentation de l’oxyde nitrique dans les groupes supplémentés par rapport au groupe témoin hypertendu. L’amélioration de la fonction endothéliale et de la sensibilité à l’insuline observée dans les groupes supplémentés confirme le rôle des antioxydants cuivre, manganèse et zinc dans la gestion de l’hypertension. Ainsi, les mécanismes moléculaires exacts qui sous-tendent les effets antioxydants de ces minéraux sur la sensibilité à l’insuline et la fonction endothéliale n’ont pas été entièrement déterminés dans ce modèle, mais pourraient être médiés par la suppression du stress oxydatif qui a entraîné une amélioration du statut antioxydant et de la fonction endothéliale, comme en témoigne la diminution du niveau de l’indice de peroxydation lipidique, le malondialdéhyde, et l’augmentation de l’oxyde nitrique, une mesure de la fonction endothéliale.
Les résultats de l’étude suggèrent que la charge en sel induit l’hypertension via le stress oxydatif, puisqu’elle suscite la peroxydation lipidique et influence, les activités des enzymes antioxydantes chez les rats. Ceci est indiqué par l’augmentation du statut antioxydant total et des activités de la superoxyde dismutase, de la catalase et de la glutathion peroxydase après la supplémentation en minéraux antioxydants qui a été dépassée en raison du stress oxydatif induit par le sel.
On a également tenté de corréler la pression artérielle moyenne avec tous les paramètres biochimiques évalués dans notre modèle afin de déterminer le degré d’association entre ces variables. Le résultat a indiqué une corrélation positive significative entre la pression artérielle moyenne et le glucose, le cholestérol total, les triglycérides, le cholestérol à lipoprotéines de basse densité, le cholestérol à lipoprotéines de très basse densité, l’indice athérogène, la résistance à l’insuline et le malondialdéhyde tandis que le cholestérol à lipoprotéines de haute densité, le statut antioxydant total, la catalase, la superoxyde dismutase et la glutathion peroxydase ont montré une corrélation négative significative.
La corrélation positive entre la MABP et le malondialdéhyde suggère que l’augmentation de la pression artérielle a entraîné une plus grande production de substances réactives de l’acide thiobarbiturique, et la supplémentation a diminué à la fois la MABP et le MDA. La corrélation négative entre la MABP et le statut antioxydant total, la catalase, la SOD et la glutathion peroxydase est une preuve que l’augmentation de la MABP a régulé à la baisse les activités de ces enzymes et a diminué le TAS qui pourrait être attribué à la production de radicaux libres en excès, mais la supplémentation améliore, les effets.
Ces observations ont encore confirmé le rôle du stress oxydatif dans l’hypertension, et les supplémentations en minéraux antioxydants ont le potentiel de prévenir ou de retarder les complications cardiovasculaires de l’hypertension puisque nos résultats fournissent une protection antioxydante. Cependant, il n’est pas clair si l’augmentation de la quantité d’espèces réactives de l’oxygène est une conséquence de l’hypertension ou autre.
5. Conclusion
Le résultat a confirmé le rôle du stress oxydatif dans l’hypertension et souligne le rôle du cuivre, du manganèse et du zinc dans le retardement et le traitement des complications cardiovasculaires de l’hypertension.