Дієта з високим вмістом жиру під час вагітності або вигодовування щурів викликає серцево-судинну дисфункцію у дорослого потомства

Анотація

Раніше ми повідомляли, що у дорослих нащадків щурів, які під час вагітності та вигодовування годували раціоном, багатим тваринним жиром, розвиваються дисфункція ендотелію судин та гендерна гіпертензія (16). Дослідження популяції та дослідження на експериментальних тваринах виявили критичні періоди, коли потомство є найбільш вразливим до впливів навколишнього середовища, включаючи харчовий дисбаланс матері. У дослідженнях харчування під час вагітності та вигодовування людини, в яких серцево-судинні та метаболічні функції оцінювались у нащадків у подальшому житті, деякі звіти визначали критичні періоди під час виношування (25), тоді як інші підкреслюють період вигодовування (7). Метою цього дослідження було визначити відносну важливість гестаційного та підсисного періодів для індукції серцево-судинних та метаболічних розладів у нащадків щурячих дам, що харчуються жирною дієтою. Дослідження на експериментальних тваринах з використанням інших харчових втручань під час вагітності, як правило, вказують на важливу роль гестаційного періоду у розвитку порушень серцево-судинної системи та обміну речовин у зрілому віці, оскільки дам часто годують стандартною дієтою чау відразу після пологів (12, 18, 22, 26, 31). Мало хто ретельно досліджував роль періоду вигодовування.

Щоб вирішити цю проблему, ми переходимо виховуваних цуценят від дам, що годуються жиром, до дамб, які нормально годують, і навпаки. Одну групу цуценят з дам, що годували жиром, перехресно виховували до дам, що споживали стандартну чау-їжу, а цуценят з іншої групи дам, що годували чау, перетинали при народженні до дам, що годувались жирною дієтою. Порівняння проводили з нащадками, які піддавались дієті, багатій жирами, як під час вагітності, так і під час вигодовування, а також із контрольованим потомством, яке висмоктували дамами, що годували стандартною чау. Всім групам годували стандартне чау після відлучення. Радіотелеметрія застосовувалась для оцінки серцево-судинних параметрів у вільно рухливих свідомих 180-денних нащадків, а функцію ізольованої резистентності артерій оцінювали за допомогою міографії дрібних судин. Аналіз плазми проводили для визначення гомеостазу глюкози та ліпідного статусу.

Тваринництво та експериментальні дієти

Всіх нащадків годували стандартним чау від відлучення. Ваги тварин реєстрували з 48-годинного віку, коли всі посліди зменшувались до восьми цуценят (4 самці, 4 самки). Споживання їжі реєстрували щодня на дамбах і щотижня - у потомства після відлучення. Тварин витримували протягом 12: 12-годинних циклів світло-темно при постійній температурі та вологості.

Оцінка артеріального тиску, частоти серцевих скорочень та активності у нащадків за допомогою радіотелеметрії

Артеріальний тиск, частоту серцевих скорочень та активність оцінювали за допомогою радіотелеметрії (Dataquest IV, Data Sciences International). Коротко кажучи, система моніторингу складається з імплантованого радіотелеметричного зонда з наповненим рідиною катетером, приєднаним до перетворювача/передавача (радіочастотний перетворювач моделі TA-11 PA-C40), панелі приймача, матриці консолідації та комп'ютера. Випадково відібраним одноліткам (1 чоловік, по 1 жінці з кожного посліду) у віці 180 днів перед операцією вводили бупренорфін (0,1 мг/кг) та знеболювали ізофтораном. Гнучкий катетер був закріплений в черевній аорті, а передавач був зафіксований на черевній стінці. Після одужання щурів розміщували в окремих клітках, і кожну клітку розміщували над панеллю приймача з виходом на комп'ютер. Після 1-тижневого періоду відновлення частоту серцевих скорочень, систолічний та діастолічний артеріальний тиск та активність реєстрували протягом 10 с кожні 5 хв протягом тижня. Розраховано дванадцять годинних денних та нічних середніх значень. Потім тварин голодували протягом ночі, а проби крові отримували шляхом серцевої пункції та плазми, що зберігали при -80 ° C перед аналізом на ліпіди, глюкозу та інсулін.

Оцінка функції брижової дрібної артерії

Вивчали по одному самцю та жінці з кожного посліду. Щурів вбивали при вивиху шийки матки, реєстрували масу тіла та вагу депо жиру. Гілки третього порядку брижової аркади були розсічені та встановлені у фізіологічному розчині солі на міографі невеликого посудини, як описано раніше (16). Артемії субмаксимально звужувались норадреналіном (80% максимальної концентрації) та визначали реакцію на ацетилхолін (10−9 -10 −5 M) та оксид азоту (NO; 10 −8 -10 −5 M). Концентрації NO отримували розведенням насиченого розчину.

Аналіз плазми

Зразки крові натощак отримували шляхом серцевої пункції у щурів, досліджених для телеметричного запису. Щурів постили протягом ночі і вбивали вдиханням СО2. Глюкозу в плазмі крові вимірювали за допомогою звичайного лабораторного ферментативного УФ-тесту (метод HK/G6P-DH; відцентровий аналізатор Cobas Fara) та інсуліну методом ІФА (DRG Instruments GmbH). Концентрацію тригліцеридів у плазмі та загальний вміст холестерину вимірювали за допомогою ферментативних колориметричних аналізів (UNIMATE 5 TRIG та UNIMATE 5 CHOL Roche/BCl, Сассекс, Великобританія).

Статистичний аналіз

Всі значення наведені як середні значення ± SE. Статистичне порівняння в дослідженнях судин проводили шляхом повторних вимірювань ANOVA з корекцією Бонферроні для множинних порівнянь. Значення EC50 визначали після підгонки даних до сигмовидної кривої (GraphPad Software, Сан-Дієго, Каліфорнія) та аналізували за допомогою односторонньої ANOVA з корекцією Бонферроні. Статистичне значення передбачалося, якщо P

Рис. 1.Маса тіла матері та споживання їжі під контролем (▵, n = 10) і дам, що годують жиром під час вагітності та лактації (▴, n = 11, *P

Навпаки, під час вигодовування, незважаючи на значне зменшення середньодобового споживання їжі у жирних дамбах, дні 22-42 (г), 55,15 ± 1,26 г/добу для контролю, n = 10 проти 49,9 ± 0,69, для дам на дієті сала, n = 11, P

Рис.2.Швидкість росту та споживання їжі у чоловіків та жінок нащадків контрольних дамб (OC, ○, n = 6), дамби, що годують салом (OHF, •, n = 6), а також перехресні групи (OC/HF, □, n = 6 і OHF/C, ▾, n = 6). Значення виражаються як середні значення ± SE.

Таблиця 1. Вага тіла та розподіл жиру у нащадків OC, OHF та OC/HF, OHF/C

Значення є середніми ± SE.

* P † P ‡ P § P

Рис.3.A: систолічний та діастолічний артеріальний тиск (SBP та DBP) у чоловіків-нащадків контрольних дамб (OC, ○, n = 6), дамби, що годують жиром (OHF, •, n = 6), а також у групах з перехресним вихованням (OC/HF, □, n = 6 і OHF/C, ▾, n = 6). B: частота серцевих скорочень у чоловіків-нащадків контрольних дамб (OC, ○, n = 6), дамби, що годують жиром (OHF, •, n = 6), а також у групах з перехресним вихованням (OC/HF, □, n = 6 і OHF/C, ▾, n = 6). *P

Таблиця 2. Серцево-судинні параметри та активність у нащадків OC, OHF та OC/HF, OHF/C у віці 180 днів

Значення є середніми ± SE.

* P † P ‡ P

Рис.4.A: SBP та DBP у жіночих нащадків контрольних дамб (OC, ○, n = 6), дамби, що годують жиром (OHF, •, n = 6), або перехресні групи (OC/HF, □, n = 6 і OHF/C, ▾, n = 6). *P

Судинна функція

Чоловік та жінка.

Жодних відмінностей у відповідях на ендотелій не спостерігалося між нащадками чоловічої та жіночої статі в різних групах; отже, дані щодо чоловіків та жінок розглядались разом. У всіх нащадків, які зазнали жирової дієти в період виношування або під час вигодовування, продемонстровано притуплене індуковане ацетилхоліном розслаблення в брижових артеріях порівняно з контролем (шляхом повторних вимірювань ANOVA, OHF проти OC, P

Рис.5.A: ендотелій-залежне розслаблення ацетилхоліну в брижових артеріях третього порядку чоловічих та жіночих нащадків контрольних дамб (OC, ○, n = 16), дамби, що годують жиром (OHF, •, n = 16) та перехресні групи (OC/HF, □, n = 16 і OHF/C, ▾, n = 16). B: не залежне від ендотелію релаксація до водного оксиду азоту у чоловічих та жіночих нащадків контрольних дамб (OC, ○, n = 14), дамби, що годують жиром (OHF, •, n = 14) та перехресні групи (OC/HF, □, n = 9 і OHF/C, ▾, n = 9). *P

Таблиця 3. Ендотелій-залежне розслаблення в малих брижових артеріях у чоловіків та жінок нащадків OC, OHF та OC/HF, OHF/C у віці 180 днів

Значення є середніми ± SE.

* P † P ‡ P § P

Таблиця 4. Профілі глюкози та ліпідів у плазмі у чоловіків та жінок нащадків OC, OHF та OC/HF, OHF/C у віці 180 днів

Значення є середніми ± SE. ЛПВЩ, ліпопротеїни високої щільності.

У цьому дослідженні оцінювали відносну роль внутрішньоутробного та підсисного періодів в індукції серцево-судинної та метаболічної дисфункції на тваринній моделі, що використовує жирове годування під час вагітності та лактації (16). Ми продемонстрували незалежні наслідки годування материнським жиром під час вагітності та вигодовування, оскільки артеріальний тиск, функція ендотелію та інсулін у плазмі крові були ненормальними не лише у нащадків, чиї мами піддавались дієті, багатій жирами, під час вагітності, але також і тоді, коли обмежується періодом вигодовування. Важливо, що, оскільки ендотеліальна функція була найбільш серйозно порушена у нащадків, чиї дамби вживали жирну їжу лише під час вигодовування, здається, що попередній вплив у внутрішньоутробному періоді забезпечує певний рівень захисту від образи жирної дієти після пологів.

Важливість внутрішньоутробного періоду для визначення подальшого серцево-судинного ризику була продемонстрована на кількох моделях тварин, включаючи недоїдання материнського білка (18) та недоїдання у світі (22, 31) під час вагітності, коли гіпертонія та/або резистентність до інсуліну розвивається у дорослих нащадків, незважаючи на дам, яких годують нормальним харчуванням після доставки. Також припускають, що передімплантаційний період є вирішальним (17). Роль періоду вигодовування рідше досліджували, але має серйозні наслідки для постнатального харчування, росту та розвитку.

Вплив на дієту, багату жирами, лише під час гестації було пов’язано з підвищеним систолічним та діастолічним артеріальним тиском у дорослих жіночих нащадків. Вигодовування контрольних тварин за допомогою дамб, що годували жиром, також призвело до підвищення артеріального тиску у дорослому віці, але це обмежувалось підвищенням систолічного тиску. Дослідження на генетично гіпертонічних щурах також мали на увазі, що підвищений артеріальний тиск може бути частково отриманий у період вигодовування (1, 5). Подальші відповідні дослідження включають ті, які впливають на внутрішньоутробний стрес у розвитку поведінкових та функціональних порушень у зрілому віці. У нащадків щурів, які зазнали стресового подразника під час вагітності, але перехрещуються до нормальних дамб, розвивається підвищений систолічний артеріальний тиск у дорослому віці та підвищена реакція на стримуючий стрес (14). Як і в цьому дослідженні, найбільше постраждали жіночі нащадки, що може свідчити про подібність механізму між цими моделями.

Нещодавно Озанн і Хейлз (24) досліджували тривалість життя мишей, які зазнали обмеження білка внутрішньоутробно або під час вигодовування. Нащадки обмежених білками дам, які виховувались для контролю дамб і вирощувались на дієті «в їдальні», помітно знизили тривалість життя порівняно з контролем, що підтверджує припущення, що внутрішньоутробний дефіцит дієти може призвести до фенотипу, що надає перевагу виживанню лише під час обмеження харчування (11). Однак контрольні миші, які харчувались з низьким вмістом білка під час вигодовування, показали збільшення тривалості життя незалежно від наступної дієти, що свідчить про стійку та переважну перевагу обмеженого харчування в період вигодовування.

Ендотеліальна дисфункція була присутня в малих брижових артеріях у всіх нащадків, чиї дамби споживали жирну дієту, що свідчить про те, що цей розлад, як і підвищений СДП, може виникати як внутрішньоутробно, так і під час вигодовування. Ендотеліальна дисфункція може спричинити або бути наслідком резистентності до інсуліну (13) і може відображати активацію запальних шляхів в результаті збільшення ожиріння (4).

Новонароджених щурів доставляють на набагато більш ранній етап розвитку, ніж людські немовлята, і слід дотримуватися обережності, проводячи паралелі з дослідженнями харчування у новонароджених дітей. Однак Лукас та його колеги (7, 19) у дослідженнях недоношених новонароджених, стадія розвитку яких наближається до стадії розвитку новонароджених щурів, повідомили, що годування сумішшю молоком (багатим жирами) порівняно з грудним молоком пов'язане з підвищенням артеріального тиску і зменшення дилатації, яка залежить від ендотелію, у ранньому дорослому віці. Це аналогічно даному дослідженню, в якому найбідніша ендотеліальна функція була виявлена у тих щурів, які піддавались підвищеному вмісту жиру лише під час вигодовування.

Вирощування щурів у невеликих послідах (обмежене до 4-х цуценят) призводить до перегодовування під час вигодовування та призводить до фенотипових подібностей із сучасною моделлю, таких як збільшення ожиріння, гіперінсулінемія, стійкість до лептину, ожиріння (27) та зміна ліпідних профілів (10) у зрілому віці. Ці дослідження наголошують на важливих фенотипових індукційних впливах періоду вигодовування.

У нормотензивних чоловічих нащадків у всіх експериментальних групах спостерігалася значна брадикардія, тоді як частота серцевих скорочень була нормальною у жінок-гіпертоніків. Це означає, що самки можуть виявляти неадекватну реакцію барорецепторів на підвищений артеріальний тиск. Зниження чутливості до барорецепторних рефлексів пов'язане як з метаболічним синдромом (2), так і з есенціальною гіпертензією (20).

Аномалії у 180-денного потомства відбувались без будь-яких змін у плазмовому ліпідному профілі, як раніше повідомлялося в цій моделі у цьому віці (16). У літніх тварин спостерігається чітко аномальний профіль глюкози та ліпідів (16). Як правило, концентрація глюкози у плазмі крові підвищується у нащадків чоловіків та жінок на дамах, що годуються жиром, але не в групах, які перехресно виховуються. Однак інсулін у плазмі натще був значно підвищений у всіх групах, які зазнали жиру. Нещодавно ми показали резистентність до інсуліну у літніх тварин за допомогою еуглікемічного гіперінсулінемічного затиску (30). Отже, гіперінсулінемія індукується незалежно як у внутрішньоутробному періоді, так і в період вигодовування.

Як повідомлялося раніше (29), дами з'їдали значно менше дієти з високим вмістом жиру під час вагітності, так що їх споживання насправді було достатньо калорійним для контролю. Тим не менше, загальне споживання жиру було приблизно в чотири рази більшим у дам, що годували жиром, ніж контрольні. Оскільки жир замінювали інші складові раціону, і хоча для компенсації додавали вітаміни, мікроелементи та білки, вміст вуглеводів зменшився на 14% порівняно з контролем. Тому ми не можемо повністю виключити можливість того, що індукований дієтою фенотип пояснюється дисбалансом у співвідношенні вуглеводів до жиру.

Ця модель тварин має певну схожість з іншими моделями розвитку, кожна з яких призводить до фенотипу з особливостями метаболічного синдрому (11), що, як припускають, може передбачати загальний механізм, що лежить в основі. Матеріальна активація осі гіпоталамусу гіпофіза надниркових залоз (28) та гіперінсулінемія матері (29) мають значення.

Оскільки певні особливості метаболічного синдрому набули нащадки щурів, матері яких вживали жирну дієту як внутрішньоутробно, так і/або під час вигодовування, це дослідження демонструє широке вікно сприйнятливості розвитку до дієтичного дисбалансу, поширеного як серед популяцій розвинені країни та країни деяких країн, що розвиваються, переживають швидкий економічний перехід. Дані свідчать про те, що «прогностичні адаптивні» реакції виникають внутрішньоутробно, щоб захистити від наступних «дієтичних проблем» у постнатальному періоді. Представлені спостереження забезпечують міцну підтримку розвитку хвороб дорослих у розвитку.

Це дослідження було підтримане Британським фондом серця. Л. Постон підтримується благодійною організацією Tommy's the Baby.

СНОГИ

Витрати на публікацію цієї статті частково були сплачені за рахунок оплати сторінок. Тому стаття має бути позначена цим «реклама”Відповідно до 18 U.S.C. Розділ 1734 виключно для зазначення цього факту.

Ми вдячні П. Ламбу, Дж. Джуде та Г. Фулчеру за технічну допомогу.