Effekt av tillskott av antioxidativa mineralämnen vid behandling av hypertoni hos albinoråttor

Abstract

Oxidativ stress har involverats i olika patologier, inklusive hypertoni, åderförkalkning, diabetes och kronisk njursjukdom. Det aktuella arbetet utformades i syfte att undersöka potentialen hos antioxidanterna koppar, mangan och zink vid behandling av hypertoni hos Wistar-råttor. Råttorna utfodrades med 8 % NaCl-diet i 5 veckor och behandlades med kosttillskott i närvaro av det utmanande medlet i ytterligare 4 veckor. Tillägget sänkte blodtrycket avsevärt jämfört med hypertensiv kontroll. Resultatet visade också på en signifikant minskning av nivåerna av totalt kolesterol, triglycerider, lipoproteinkolesterol med låg densitet och mycket låg densitet, malondialdehyd, insulin och en ökning av lipoproteinkolesterol med hög densitet, totala antioxidativa aktiviteter och kväveoxid i de tillagda grupperna jämfört med den hypertensiva kontrollen. Det genomsnittliga procentuella skyddet mot aterogenes visade 47,13 ± 9,60 % för alla grupper som fick tillskott. Det genomsnittliga arteriella blodtrycket uppvisade en signifikant positiv korrelation med glukos, totalkolesterol, triglycerider, lipoproteinkolesterol med låg densitet, lipoproteinkolesterol med mycket låg densitet, aterogent index, insulinresistens och malondialdehyd, medan lipoproteinkolesterol med hög densitet och total antioxidantaktivitet uppvisade en negativ korrelation. Resultatet visade därför på ett starkt samband mellan oxidativ stress och högt blodtryck och understryker antioxidantmineralers roll för att minska oxidativ stress, dyslipidemi och insulinresistens i samband med högt blodtryck.

1. Introduktion

Hypertoni är en av de vanligaste sjukdomarna i världen och en viktig dödsorsak till följd av kardiovaskulär svikt. På grund av den associerade morbiditeten och mortaliteten är hypertoni ett folkhälsoproblem , och därför bör vårdpersonalens intresse vara att söka efter lämpliga strategier för förebyggande och hantering. Ökad vaskulär oxidativ stress kan vara inblandad i patogenesen för hypertoni, som är en viktig riskfaktor för kardiovaskulär sjukdom och dödlighet i de utvecklade länderna och utvecklingsländerna. Hypertoni orsakas av komplexa interaktioner mellan genetisk predisposition och miljöfaktorer. Ökat saltintag kan förvärra höjningen av blodtrycket och utvecklingen av följdskador på slutorganen.

Det nya konceptet att strukturella och funktionella avvikelser i kärlsystemet, inklusive endoteldysfunktion, ökad oxidativ stress och minskad antioxidantverksamhet, kan föregå hypertoni och bidra till dess patogenes, har fått stöd på senare år . Djurstudier har i allmänhet gett stöd åt hypotesen att ökat blodtryck är förknippat med ökad oxidativ stress . Förhöjda lipidperoxidationsbiprodukter och minskad aktivitet hos antioxidantsystemen har rapporterats hos personer med högt blodtryck . Flera studier har visat på en ökning av nivåerna vid hypertoni och implicerar NADPH-oxidas som en källa till överskottet .

Angiotensin II har visat sig vara en potent aktivator av NADPH-oxidasaktivitet i glatt muskulatur i kärl, endotelceller och kardiomyocyter . Ett gemensamt fynd vid alla typer av hypertoni samt vid diabetes och metaboliskt syndrom är endoteldysfunktion, som kännetecknas av en obalans i uttrycket av och känsligheten för vasodilaterande och vasokonstriktoriska medel, vilket resulterar i ökad kärltonus och därmed en ökning av flödesmotståndet .

Kopper, mangan och zink brukar kallas antioxidativa mineraler som krävs för aktiviteten hos vissa antioxidativa enzymer. Hiroyuki et al. rapporterade att zinkbrist kan spela en avgörande roll för utvecklingen av genetisk hypertoni förmodligen genom den oxidativa stress som orsakas av hypertoni. Det är känt att superoxidanjoner snabbt inaktiverar den vasodilator som härrör från endotelet, kväveoxid, och därmed främjar vasokonstriktion . Försök att motverka de hypertensiva effekterna av reaktiva syrearter har därför lett till användning av exogena antioxidanter för att förbättra kärlfunktionen och sänka blodtrycket i djurmodeller och vid hypertoni hos människor . Utvärderingen av den potentiella effekten av antioxidanterna koppar, mangan och zink vid behandling av högt blodtryck ligger till grund för denna studie.

2. Metoder

2.1. Kemikalier och reagenser

Analytiskt sorterade kemikalier och reagenser användes för denna undersökning. Kopparsulfat och mangansulfat kom från May and Baker, England, medan zinksulfat kom från J.T. Baker chemical company, Philipsburg, New Jersey.

2.2. Försöksdjur

Manliga wistarråttor med en vikt på mellan 150-180 g köptes in från fakulteten för veterinärmedicin, Usmanu Danfodiyo University, Sokoto, Nigeria och fick acklimatisera sig i två veckor innan försöket påbörjades. Djuren delades in i sex grupper om fem råttor vardera och de utfodrades med pelleterat tillväxtfoder (Vital feed, Jos, Nigeria) och fick tillgång till vatten ad libitum under hela försöksperioden. Försöksprotokollet godkändes av den etiska kommittén vid Usmanu Danfodiyo University, Sokoto, Nigeria.

2.3. Induktion av hypertoni

Råttorna placerades på en diet med hög salthalt (8 % NaCl) utom normotensiv kontroll i 9 veckor genom att tillsätta 8 % NaCl till fodret. Behandlingen inleddes från och med den sjätte veckan av saltbelastning.

2.4. Mätning av blodtryck

Blodtrycket övervakades varje vecka med hjälp av svansmanschettmetoden med hjälp av icke-invasiv Ugo Basile, serie 58500 Blood Pressure Recorder. Medelvärdet av fyra avläsningar togs för varje råtta, och råttans temperatur övervakades under hela mätperioden. Det genomsnittliga arteriella blodtrycket beräknades enligt följande ekvation: där SP och DP är systoliskt respektive diastoliskt tryck.

2,5. Beredning av tillskott

Koppar, mangan och zink bereddes genom att kopparsulfat, mangansulfat och zinksulfat löstes upp i destillerat vatten för att erhålla 2,5 mg/mL koppar, 2,4 mg/mL mangan respektive 11 mg/mL zink. Alla tillskott bereddes strax före administrering.

2.6. Gruppering av djur och behandling

Grupp I Normal obehandlad/destillerat vatten. Grupp II Hypertensiv kontroll / destillerat vatten. Grupp III Saltbelastad behandling med 4 mg/kg koppar. Grupp IV Saltbelastad behandlad med 10 mg/kg mangan. Grupp V Saltbelastad behandling med 20 mg/kg zink. Grupp VI Saltbelastad behandlad med 4 mg/kg koppar, 10 mg/kg mangan och 20 mg /kg zink.

Koncentrationerna av tillskotten valdes utifrån det rekommenderade kosttillskottet och lämpliga doser administrerades oralt till de behandlade grupperna i enlighet med deras kroppsvikt genom intubation med hjälp av en intravenös kanylslang i 4 veckor. Tjugofyra timmar efter den sista behandlingen sövdes djuren med kloroformånga och fasteblodprover togs genom hjärtpunktion i märkta rör för biokemiska analyser. Råttornas viktförändringar övervakades under hela försöksperioden.

2.7. Uppskattning av biokemiska parametrar

Blodprovet fick koagulera och centrifugerades vid 4000 g i tio minuter och det erhållna serumet användes för uppskattning av glukos, lipidprofil, total antioxidantstatus, insulin, superoxiddismutas, katalas och kväveoxid. Djuren offrades och levern från varje råtta dissekerades och sköljdes med iskall saltlösning för att avlägsna blodet. 10 % homogenat framställdes i iskall 0,1 M Trisbuffert, pH 7,4 med hjälp av en homogenisator. Homogenatet centrifugerades vid 4000 g i 15 minuter. Supernatanterna användes för uppskattning av tiobarbitursyre reaktiv substans (TBARS) och glutationperoxidasaktivitet.

Den fastande serumglukosnivån uppskattades med glukosoxidasmetoden . Serumets totala kolesterol, triglycerider och högdensitetslipoproteinkolesterol bestämdes med enzymatisk metod.

Serumets lågdensitetslipoproteinkolesterol och mycket lågdensitetslipoproteinkolesterol beräknades med formeln av friedewald et al. Aterogent index beräknades som förhållandet mellan LDL-kolesterol och HDL-kolesterol .

Kolorimetrisk metod användes för uppskattning av serumets totala antioxidantstatus och vävnadsmalondialdehyd .

Cayman’s Superoxide Dismutase Assay Kit användes för uppskattning av SOD. Testet använder ett tetrazoliumsalt för detektion av superoxidradikaler som genereras av xantinoxidas och hypoxantin vid 450 nm. En enhet SOD definieras som den mängd enzym som behövs för att uppvisa 50 % dismutation av superoxidradikalerna.

Katalasaktiviteten uppskattades med hjälp av Cayman’s Catalase Assay Kit. Metoden bygger på enzymets reaktion med metanol i närvaro av en optimal koncentration av H2O2. Den formaldehyd som produceras mäts med 4-amino-3-hydrazino-5-mercapto-1,2,4-triazol (Purpald) som kromogen vid 540 nm.

Glutathionperoxidasaktivitet bestämdes med hjälp av Cayman’s Assay Kit. Denna analys mäter glutathionperoxidasaktiviteten indirekt genom en kopplad reaktion med glutathionreduktas. Oxiderad glutation, som bildas vid reduktion av hydroperoxid av glutationperoxidas, återvinns till sitt reducerade tillstånd av glutationreduktas och NADPH. Oxidationen av NADPH till NADP+ åtföljs av en minskning av absorbansen vid 340 nm.

Nitric oxide was estimated by Cayman’s Assay Kit. Testet ger en exakt och bekväm metod för att mäta den totala nitrat/nitrit-koncentrationen i en enkel tvåstegsprocess. Det första steget är omvandlingen av nitrat till nitrit med hjälp av nitratreduktas. Det andra steget är tillsatsen av Griess-reagenset som omvandlar nitrit till en djupt lila azoförening.

Insulin uppskattades med hjälp av SPI biorat insulin enzyme immunoassay kit. Testet bygger på konkurrens mellan omärkt råttinsulin och acetylkolinesteras som är kopplat till råttinsulin (spårämne) för begränsade specifika platser för marsgris-antiserum mot råttinsulin. Plattan tvättades sedan och Ellmans reagens tillsattes i brunnarna, och acetylkolinesteraset agerar på Ellmans reagens för att bilda en gul förening som bestämdes vid 405 nm.

Insulinresistensindex beräknades med Homeostasis Model Assessment-Insulin Resistance (HOMA-IR) . Procentuellt skydd mot aterogenes beräknades med hjälp av följande ekvation

2,8. Statistisk analys

Värdena uttrycks som genomsnittlig standardavvikelse för 5 råttor i varje grupp. Resultatet analyserades statistiskt med hjälp av envägs variansanalys (ANOVA), följt av Dunnetts multipla jämförelsetest med hjälp av programvaran GraphPad Instat. Skillnader ansågs vara signifikanta när .

3. Resultat

Råttornas viktökning (figur 1) visade att saltbelastad obehandlad kontroll ökade mer i vikt () än de behandlade grupperna och normotensiv kontroll. Tilläggsbehandling visade signifikant () effekt på viktförändringarna hos råttorna jämfört med den hypertensiva kontrollen.

Figur 1

Viktökning hos saltinducerad hypertensiv behandlad med antioxidativa mineraler. Grp I: normal obehandlad, Grp II: hypertensiv obehandlad, Grp III: saltbelastad behandlad med koppar, Grp IV: saltbelastad behandlad med mangan, Grp V: saltbelastad behandlad med zink och Grp VI: saltbelastad behandlad med mineraler kombinerat jämfört med grupp II.

Det fanns en signifikant () ökning av det genomsnittliga arteriella blodtrycket hos de saltbelastade råttorna (figur 2). Tilläggsbehandling orsakade en signifikant minskning av det genomsnittliga arteriella blodtrycket i de behandlade grupperna i förhållande till den hypertensiva kontrollen.

Figur 2

Effekt av saltdiet och antioxidanttillskott på genomsnittligt arteriellt blodtryck hos saltbelastade råttor. Vecka 1-5: enbart saltdiet, vecka 6-9: saltdiet plus kosttillskott, MABP-medelvärde arteriellt blodtryck Grp I: normal obehandlad, Grp II: hypertensiv obehandlad, Grp III: saltbelastad behandlad med koppar, Grp IV: saltbelastad behandlad med mangan, Grp V: saltbelastad behandlad med zink, och Grp VI: saltbelastad behandlad med mineraler kombinerat.

Saltbelastning orsakade en signifikant ökning av serumglukos, insulin och insulinresistens (tabell 1), och tillskott med mineralämnen vänder trenden.

Effekt av tillskott på serumlipidprofilen och det aterogena indexet presenteras i tabell 2. Resultatet visade på en signifikant minskning av nivåerna av TC, TG, LDL-C, VLDL-C och AI och en ökning av HDL-C jämfört med den obehandlade saltbelastade gruppen.

Det procentuella skyddet mot aterogenes (figur 4) visade på en signifikant () ökning av det procentuella skyddet i gruppen som fick tillskott av mineralerna i kombination jämfört med grupperna med koppar, mangan och zink. Gruppen som behandlades med mineraler kombinerade visade det högsta skyddet på 60,79 % medan gruppen som kompletterades med mangan visade det lägsta skyddet på 38,76 %.

Figur 4

Procentuellt skydd mot aterogenes hos saltinducerade hypertensiva råttor som fått tillskott av mineraler Grp I: normal obehandlad, Grp II: hypertensiva obehandlade, Grp III: saltbelastade behandlade med koppar, Grp IV: saltbelastade behandlade med mangan, Grp V: saltbelastade behandlade med zink, Grp VI: saltbelastade behandlade med mineraler kombinerade jämfört med grp VI.

Effekten av tillskott på total antioxidantstatus, kväveoxid och MDA (tabell 3) visade en signifikant ökning av nivåerna av TAS mellan obehandlad grupp och grupperna mangan () och mineral kombinerat (). Resultatet visade också på en signifikant () minskning av vävnads-MDA i de tillagda grupperna jämfört med den obehandlade kontrollen. Endotelfunktionen förbättrades också efter tillskott.

Resultatet av effekten av tillskott på antioxidativa enzymer presenteras i tabell 4. Resultatet visade att tillskott ökade aktiviteterna hos cat, Gpx och SOD jämfört med hypertensiv kontroll.

Korrelationskoefficient () för MABP mot glukos, insulinresistens, lipidprofil och markörer för oxidativ stress presenteras i figur 5. Resultatet visade signifikant positiv korrelation mellan MABP och glukos, insulin, insulinresistens, TC, TG, LDL-C, VLDL-C, AI och MDA medan HDL-C, TAS, SOD, Cat och GPx visade negativ korrelation med MABP.

Figur 5

Korrelationskoefficient () för MABP mot markörer för glukos, insulinresistens, lipidprofil och oxidativ stress. MABP: genomsnittligt arteriellt blodtryck, Glc: glukos, HOMA-IR: Homeostasis Model Assessment-Insulin Resistance GPx: glutationsperoxidas, SOD: superoxiddismutas, TC: totalkolesterol, TG: triglycerid, HDL-C: högdensitetslipoproteinkolesterol, LDL-C: LDL-C: Lipoproteinkolesterol med låg densitet, VLDL-C: Lipoproteinkolesterol med mycket låg densitet, AI: Aterogent index, Vit: Vitamin, TAS: Total antioxidantstatus, MDA: Malondialdehyd, NO: kväveoxid ES: Extremt signifikant, VS: Mycket signifikant, S: Signifikant och NS: Ej signifikant.

4. Diskussion

Hypertoni är bland de främsta riskfaktorerna för kardiovaskulära sjukdomar . I denna modell användes en diet som innehöll 8 % NaCl för att framkalla hypertoni hos wistarråttor i 5 veckor och saltladdad diet med tillskott i ytterligare 4 veckor. Högt saltinnehåll har rapporterats orsaka högt blodtryck hos råttor . Mekanismen genom vilken kost med hög salthalt inducerar hypertoni kan bero på en ökning av den cirkulerande natriumnivån, vilket leder till att cellerna släpper ut vatten på grund av det osmotiska trycket, vilket höjer trycket på blodkärlens väggar . Andra möjliga mekanismer skulle delvis kunna bero på en ökning av plasmans förmåga att hämma , -Adenosintrifosfatas som höjer blodtrycket genom att hämma natrium-kalciumutbytespumpen i den glatta kärlmuskulaturen , eller att natriumdieten är förknippad med ökat intrarenalt angiotensin II som kan resultera i renal kärlkramp och ökad renal produktion på grund av aktivering av NADPH-oxidas . Överproduktion av superoxidanjoner och andra fria radikaler på grund av aktivering av NADPH-oxidas kan överväldiga den antioxidativa förmågan och orsaka obalans mellan oxidant- och antioxidantstatus, vilket kan leda till oxidativ stress. Resultatet visade att saltbelastning ökade det arteriella blodtrycket hos råttorna och tillskott av antioxidantmineraler förhindrar höjningen av blodtrycket. Observationen bekräftar rapporten om att saltbelastning av olika stammar av råttor som Sprague-Dawley-råttor och wistarråttor resulterar i ökat blodtryck.

Gruppen som kompletterades med kombinerade mineraler normaliserade nästan det genomsnittliga arteriella blodtrycket, vilket tyder på att kombinationsbehandling tycks vara effektivare när det gäller att sänka blodtrycket än enskilt tillskott av antioxidativa mineraler.

Den blodtryckssänkande effekten av koppar, mangan och zink i denna modell skulle kunna tillskrivas deras fria radikalavskiljande egenskaper som minskar kväveoxidsläckningen genom superoxidanjonen, minskar NADPH-oxidasaktiviteten eller ökar superoxiddismutasaktiviteten eftersom dessa mineraler utgör en väsentlig och integrerad del av superoxiddismutas. Resultatet av det aktuella arbetet bekräftar rapporten om att zinktillskott sänker blodtrycket hos saltbelastade hypertensiva råttor .

De ökade nivåerna av triglycerider, totalt kolesterol, lipoproteinkolesterol med låg densitet och kolesterol med mycket låg densitet samt minskningen av lipoproteinkolesterol med hög densitet som observerades hos hypertoniska råttor jämfört med den grupp som fick zinktillskott bekräftas av flera studier . Den möjliga mekanism som ligger till grund för förhållandet mellan ökade nivåer av HDL-C och minskat LDL-C och kardiovaskulärt utfall av hypertoni efter tillskott i den här studien kan bero på ökad syntes eller minskad nedbrytning av HDL-C som kan minska de oxiderade lipidarterna i LDL-partiklar och därmed skydda dem från aterogenes. Detta skulle verkligen kunna återspegla utgångspunkten för skyddet mot ateroskleros. Resultatet visade också minskade nivåer av glukos, insulin, insulinresistens, malondialdehyd och ökad kväveoxid i de grupper som fick tillskott jämfört med den hypertensiva kontrollen. Den förbättrade endotelfunktionen och insulinkänsligheten som observerades i de tillagda grupperna bekräftar den roll som antioxidantkoppar, mangan och zink spelar i behandlingen av hypertoni. De exakta molekylära mekanismer som ligger till grund för antioxidativa effekter av dessa mineraler på insulinkänslighet och endotelfunktion var således inte helt fastställda i denna modell, men skulle kunna medieras genom undertryckande av oxidativ stress, vilket resulterade i förbättrad antioxidantstatus och endotelfunktion, vilket framgick av den minskade nivån av lipidperoxidationsindex, malondialdehyd, och ökad kväveoxid, som är ett mått på endotelfunktion.

Resultaten av studien tyder på att saltbelastning inducerar hypertoni via oxidativ stress, eftersom den framkallar lipidperoxidation och påverkar, aktiviteterna av antioxidativa enzymer hos råttorna. Detta indikeras av ökningen av den totala antioxidantstatusen och aktiviteterna hos superoxiddismutas, katalas och glutationsperoxidas efter tillskott av antioxidantmineraler som överväldigades på grund av den oxidativa stress som inducerades av salt.

Det gjordes också ett försök att korrelera det genomsnittliga arteriella blodtrycket med alla biokemiska parametrar som utvärderades i vår modell för att fastställa graden av association mellan dessa variabler. Resultatet visade på en signifikant positiv korrelation mellan genomsnittligt arteriellt blodtryck och glukos, totalt kolesterol, triglycerider, lipoproteinkolesterol med låg densitet, lipoproteinkolesterol med mycket låg densitet, aterogent index, insulinresistens och malondialdehyd, medan lipoproteinkolesterol med hög densitet, total antioxidantstatus, katalas, superoxiddismutas och glutationperoxidas visade en signifikant negativ korrelation.

Den positiva korrelationen mellan MABP och malondialdehyd tyder på att en ökning av blodtrycket resulterade i mer produktion av reaktiva substanser i form av tiobarbiturinsyra, och tillskott minskade både MABP och MDA. Den negativa korrelationen mellan MABP och total antioxidantstatus, katalas, SOD och glutationsperoxidas tyder på att en ökning av MABP nedreglerade aktiviteterna hos dessa enzymer och minskade TAS, vilket kan tillskrivas produktionen av överskott av fria radikaler, men tillskott förbättrar effekterna.

Dessa observationer bekräftade ytterligare den roll som oxidativ stress spelar vid hypertoni, och tillskott med antioxidativa mineraler har potential att förebygga eller fördröja de kardiovaskulära komplikationerna av hypertoni eftersom våra resultat ger antioxidantskydd. Det är dock inte klart om ökningen av mängden reaktiva syrearter är en följd av hypertoni eller inte.

5. Slutsats

Resultatet bekräftar den roll som oxidativ stress spelar vid hypertoni och understryker koppars, mangans och zinks roll för att fördröja och behandla kardiovaskulära komplikationer av hypertoni.