Збільшення вмісту білка скелетних м’язів за рахунок селективного агоніста β-2-адренергічного препарату кленбутеролу

Braz J Med Biol Res, червень 1998, том 31 (6) 819-825

Збільшення вмісту білка в скелетних м'язах за допомогою селективного агоніста β-2 кленбутеролу посилює гіпоальбумінемію у щурів, які харчуються дієтою з низьким вмістом білка.

А.Л. Савая 1 та П.Г. Ланн 2

1 Disciplina de Neurofisiologia e Fisiologia Endócrina, Departamento de Fisiologia, Universidade Federal de São Paulo, São Paulo, SP, Brasil
2 Харчова лабораторія Данна, Кембридж, Великобританія

Анотація

Це дослідження досліджувало, як впливав на харчовий статус щурів, які годувались з низьким вмістом білка, коли тварин обробляли селективним агоністом ß-2 кленбутеролом (CL). В експериментах використовували чоловіків (4 тижні) від інбредного, без специфічного патогену штаму щурів з капюшоном, що містився в харчовій лабораторії Данна (N = 6 щурів на групу). Лікування ХЛ (Ventipulmin, Boehringer-Ingelheim Ltd., дієта 3,2 мг/кг протягом 2 тижнів) спричинило загострення симптомів, пов’язаних з дефіцитом білка у щурів. Концентрації альбумінів у плазмі крові, і без того низькі у щурів, які харчувалися дієтою з низьким вмістом білка (група А), додатково знижувались у щурів CL (A = 25,05 ± 0,31 проти CL = 23,64 ± 0,30 г/л, P

Вступ

Гіпоальбумінемія є основною ознакою білково-енергетичного синдрому недоїдання квашиоркору. Дані досліджень балансу показали, що для виникнення гіпоальбумінемії не тільки дієтичний білок є неадекватним, але також необхідне, щоб споживання енергії перевищувало вимоги до обмеженого білком темпу зростання (1,2). Однак механізми, за допомогою яких надлишок енергії перешкоджає метаболізму білка, залишаються невідомими.

В даний час добре встановлено, що щури та інші тварини, які харчуються раціонами з низьким вмістом білка, стають гіперфагічними, але здатні розвіювати значну частину свого енергетичного надлишку завдяки зростанню індукованого дієтою термогенезу (3). Зокрема, було описано значне збільшення активності коричневої жирової тканини (4-6). Відповідно до цієї картини, один з гормонів, який безпосередньо бере участь у розсіюванні енергії, норадреналін (NE), підвищений у щурів, які харчуються низькобілковими дієтами (7,8). Багато досліджень (9-13) також продемонстрували посилене відкладення білка та підвищення швидкості синтезу білка в скелетних м'язах, коли або звичайні щури, або щури, які харчуються з низьким вмістом білка, отримували специфічний β-2 селективний агоніст, кленбутерол . Тому не виключено, що підвищення рівня норадреналіну, яке виникає як метаболічний наслідок надмірного споживання енергії, може впливати на підтримку білка скелетних м’язів, навіть якщо споживання білка з їжею обмежене. Очевидно, такий механізм може пояснити невідповідний розподіл білка та гіпоальбумінемію, що спостерігається у щурів з дефіцитом білка (14,15), та синдром "дезадаптації" квашіоркору у дітей (16,17).

Хоча дослідження впливу β-адренергічних агоністів на швидкість метаболізму та активність коричневої жирової тканини (BAT) показали, що дії симпатичної нервової системи на BAT опосередковуються переважно адренорецепторами ß-1, селективні агоністи ß-2 також беруть участь, оскільки загальне інгібування може бути досягнуте лише комбінацією антагоністів ß-1 та ß-2 рецепторів (18). Насправді, як і препарати ß-1, β-2 селективні адренергічні агоністи стимулюють споживання кисню у щурів і підвищують як температуру НДТ, так і активність шляху протонної провідності мітохондрій у цій тканині (9).

У цьому звіті описується спроба метаболічних змін, які стимулюють синтез м’язового білка та розсіювання енергії у щурів, що харчуються дієтами з низьким вмістом білка, шляхом введення селективного агоніста ß-2 кленбутеролу. Ми очікували, що посилення симпатичної активності погіршить особливості, про які раніше повідомляли для щурів, що харчувались низькобілковими дієтами (6), і, отже, спричиняє велике зниження плазмового альбуміну. Це може бути розумним доказом того, що гіпоальбумінемії сприяє також підвищена активність β-2-селективних агоністів під час споживання дієт з низьким вмістом білка. Крім того, щоб мати кращу картину метаболічних змін, спричинених цим медикаментозним лікуванням, було виміряно два гормони - Т3 та інсулін, які, як відомо, пов’язані з рівнем альбуміну в плазмі крові у щурів, які харчуються з низьким вмістом білка (1,4, 6,15).

Матеріал та методи

В експериментах використовували самців інбредного штаму щурів з капюшоном, що не містив патогенних мікроорганізмів. За 3 тижні тварин відлучали від грудей на синтетичну казеїнову дієту з вмістом білкової енергії: співвідношення загальної енергії (Р: Е) 0,20 (таблиця 1) за 1 тиждень до початку експериментальних процедур, а потім розділили на 3 групи. Щури контрольної групи (А) отримали вільний доступ до дієти з низьким вмістом білка (Р: Е 0,03) протягом 2 тижнів (Таблиця 1). У щурів, які лікувались наркотиками (група CL), кленбутерол гідрохлорид (специфічний β-2 селективний агоніст, ринок Ventipulmin, Boehringer-Ingelheim Ltd., Лондон, Великобританія) був змішаний з дієтою з низьким вмістом білка (дієта 3,2 мг/кг) ) протягом 2 тижнів. Третю групу, яка отримувала контрольну дієту з низьким вмістом білка, годували в парі з тваринами ХЛ (група Р).

Протягом експериментального періоду щурів окремо утримували в дротяних клітках, обладнаних лотками для збору пролитої їжі. Температуру навколишнього середовища підтримували на рівні 20-23 o C і підтримували 12-годинний цикл світло-темрява. Їжа та вода були у вільному доступі. Тварин зважували і щодня реєстрували споживання їжі.

Наприкінці експериментального періоду тварин вбивали між 10:00 та 11:00 год знекровленням під наркозом діетиловим ефіром. Кров збирали в гепаринізовані пробірки і отриману плазму зберігали при -20 o C до необхідності для аналізу. Міжлопаткову БАТ видаляли в крижаний буфер SHE (0,25 моль/л сахарози, 0,1 ммоль/л HEPES, 0,1 моль/л калію ЕДТА, рН 7,2) і відокремлювали від прилеглих м’язів та білого жиру. Потім його промокали, зважували та гомогенізували і витримували при 4 o C для аналізу активності цитохромоксидази. Печінку та шлунково-м’язовий м’яз на одній нозі виймали та зважували, а аликвоти розбирали у невеликі олов’яні капсули для аналізу азоту за допомогою автоматизованого аналізатора азоту (Dumas Analyzer, Carlo Erba, Erba Science, Swindon, UK). Білок розраховували як N х 6,25.

Оксидазу цитохрому с (EC 1.9.3.1.) Аналізували в гомогенатах НДТ шляхом окислення відновленого цитохрому с спектрофотометрично при 550 нм, згідно з методом Йонетані та Рей (19). Альбумін плазми визначали за допомогою бромокрезольної зеленої методики (6). Концентрації Т3 та інсуліну в плазмі вимірювали за допомогою радіоімунологічного аналізу з використанням реагентів, що поставляються у формі набору Amersham International (Amersham, Bucks, UK).

Оцінка складу туші була отримана шляхом сублімаційного сушіння туші тварин. Вода в тілі (%) і жир (%) в організмі розраховувались із загального вмісту води в організмі, виміряного висушуванням. Передбачалося, що вода становить 732 г/кг нежирної вологої маси тварин (20) згідно рівняння:% жиру = 100 (1 -% загальної кількості води в тілі) /0,732. Потім відсоток жиру перетворювали на загальний жир за формулою:% жиру х маса тіла/100.

Статистичні відмінності оцінювали за допомогою односторонньої ANOVA. Потім для парних порівнянь проводили тест найменшої значущої різниці.

Обговорення

З отриманих результатів ясно, що стимуляція ß-2-адренергічної системи кленбутеролом викликала загострення симптомів, пов'язаних з дефіцитом білка у щурів. Концентрації альбуміну в плазмі крові, і без того низькі у щурів, які годувались з низьким вмістом білка, у подальшому знижувались у оброблених тварин (6). У зв'язку з цим зниженням плазмового альбуміну загальний білок печінки знизився нижче рівня, який спостерігається у тварин із вільним доступом до дієти з низьким вмістом білка, тоді як білок м'язів шлунково-кишкового тракту був вищим, ніж добре збережені значення, зазвичай описані для тварин, які годували низько білкова дієта, знайдена нами та іншими (15). Більше того, більшість із цих змін залежали від дози (результати не показані), причому ефект був більш вираженим із збільшенням концентрації кленбутеролу в дієті. Очевидно, що загальний ефект дезадаптації дієти з низьким вмістом білка був посилений введенням препарату.

Незважаючи на відсутність суттєвої різниці у споживанні їжі, щури, які отримували кленбутерол, продемонстрували набагато більший спад у порівнянні з відповідними щурами, що годувались парою. Це було пов'язано з помітним зменшенням запасів жиру. Негативні ефекти на ефективність росту однозначно вказують на те, що відбулося значне посилення енергетичного обміну в цілому (не через підвищення специфічного термогенезу НДТ), відповідно до результатів, повідомлених іншими авторами (9,12). Відсутність підвищення рівня термогенезу BAT у цій ситуації з явно низькою енергетичною ефективністю можна пояснити, оскільки відомо, що термогенна активність BAT стимулюється головним чином β-1 адренергічними рецепторами, хоча певна стимуляція ß-2 рецепторів і відбувається (18). Якщо вважати, що у цих щурів, які харчуються з низьким вмістом білка, активність НДТ вже значно підвищена, легко зрозуміти, чому ця менш потужна стимулююча дія за допомогою β-2-рецепторів не може призвести до подальшого підвищення активності НДТ. У цьому дослідженні активність цитохром-оксидази BAT насправді трохи знизилася, хоча і не відрізнялася від щурів, які мали вільний доступ до дієти з низьким вмістом білка.

З іншого боку, можна стверджувати, що зменшений ріст тварин, які отримували лікування, міг виникнути внаслідок кишкової мальабсорбції споживаної їжі, оскільки відомо, що симпатична стимуляція сприяє розслабленню кишечника. Однак, якщо ця припущення є вірним, лікування ХЛ повинно спричинити метаболічні зміни, такі як ті, що спостерігаються у тварин з обмеженим енергоспоживанням, тобто відновлення рівня плазмового альбуміну, зниження загальних значень Т3 у плазмі крові, поліпшення білка печінки тощо. Насправді зміни, виявлені у щурів, які отримували CL, були протилежними до очікуваних. Тому виявляється, що найбільш вірогідним поясненням зменшення маси тіла та жиру на тушці у щурів, які отримували CL-лікування, є загальне збільшення швидкості метаболізму, стимульоване цим селективним агоністом ß-2.

Як і в інших дослідженнях, наші результати вказують на те, що кленбутерол збільшує вміст білка в м’язах, пов’язаний із зменшенням вмісту білка в печінці (виражається на загальну кількість печінки), і має потужну ліполітичну дію (10–12). Ці спостереження свідчать про те, що синтез альбуміну в плазмі крові був порушений безпосередньою β-2-адренергічно-опосередкованою стимуляцією вмісту м’язового білка. Більше того, ці висновки підтверджують опис метаболічної дезадаптації, що спостерігається у щурів з дефіцитом білка, і підтверджують припущення, що саме краще збереження м'язів, ймовірно, зменшує доступність амінокислот у печінці і, зменшуючи синтез альбуміну, викликає гіпоальбумінемію.

Ці висновки узгоджуються з результатами інших досліджень. Емері та ін. (21), вивчаючи синтез білка в печінці, скелетних м’язах та НДТ щурів, які протягом 2 тижнів харчувались 7,6% білковою дієтою, показали, що у відповідь на цю дієту існують відмінності в синтезі білків м’язів та печінки. Крім того, вони показали, що спостерігалося зменшення синтезу в обох тканинах, але збереження білкової маси в НДТ. Однак печінка та м’язи по-різному реагували на стрес, пов’язаний з дефіцитом білка. У печінці пригнічений синтез білка був зумовлений падінням (на 20% нижче, ніж контроль) активності РНК (g білка, синтезованого g РНК -1 день -1), без зміни вмісту РНК. І навпаки, в скелетних м’язах активність РНК не змінювалась за допомогою дієти, і пригнічений синтез білка цілком можна пояснити падінням вмісту РНК. Подібні висновки також були отримані Waterlow et al. (22) у тварин, які харчуються 3,5% білковою дієтою.

Невідомо, чому виникають ці відмінності в печінці та м’язах. У цьому експериментальному протоколі не спостерігалось значних відмінностей у плазмі загального Т3 або інсуліну. Кроу та Ройл (23) виявили низький рівень інсуліну та глюкози у плазмі крові, але підвищену чутливість до інсуліну у щурів, які харчувалися дієтою з низьким вмістом білка (4% білка), порівняно з групою, яка годувалась парою та отримувала 14,4% білкової дієти. З іншого боку, Сакума та ін. (2) знайшли докази того, що щури годували білковою дієтою з 3%, але при нормальному споживанні енергії мали різницю в регуляції генів у порівнянні з щурами, які годувались з низьким вмістом білка та з низькою енергією. Ці автори виявили, що цей харчовий стан призвів до зниження концентрації мРНК альбуміну як у загальній цитоплазматичній РНК, так і в полі [А] t РНК настільки ж, як і концентрація сироваткового альбуміну. Незалежно від механізмів, що беруть участь у регуляції синтезу білка печінки та м’язів у цьому стані споживання низького вмісту білка, нинішні результати вказують на те, що β-2 селективна адренергічна стимуляція кленбутеролом збільшує м’язовий білок і, як наслідок, зменшує доступність амінокислот у печінці.

На закінчення, ці результати свідчать про те, що механізми, що стосуються збереження м’язових білків у тварин, які харчуються з низьким вмістом білка, такі як активація симпатичної ß-2, можуть також сприяти порушенню функції печінки і, отже, гіпоальбумінемії.

Список літератури

1. Lunn P & Austin S (1983). Надмірне споживання енергії сприяє розвитку гіпоальбумінемії у щурів, які харчуються дієтами з низьким вмістом білка. Британський журнал харчування, 49: 9-15. [Посилання]

2. Sakuma K, Ohyama T, Sogawa K, Fujii-Kuriyama Y & Matsumura Y (1987). Дієта з низьким вмістом білка та високою енергією індукує пригнічену транскрипцію мРНК альбуміну в печінці щурів. Журнал харчування, 117: 1141-1148. [Посилання]

3. Ротвелл, Нью-Джерсі, Stock MJ & Tyzbir RS (1982). Енергетичний баланс та функція мітохондрій у печінці та коричневому жирі щурів, що харчуються дієтами "кафетерію" з різним вмістом білка. Журнал харчування, 112: 1663-1672. [Посилання]

4. Тизбір Р.С., Кунін А.С., Сімс Н.М. і Данфорд-молодший Е (1981). Вплив складу дієти на концентрацію трийодтироніну (Т3) у сироватці крові, метаболізм печінкових мітохондрій та активність човникової системи у щурів. Журнал харчування, 111: 252-259. [Посилання]

5. Ротвелл Нью-Джерсі, Stock MJ & Tyzbir RS (1983). Механізми термогенезу, викликані дієтами з низьким вмістом білка. Обмін речовин, 32: 257-261. [Посилання]

6. Sawaya AL & Lunn PG (1985). Докази того, що підвищена концентрація трийодтироніну в плазмі щурів, які харчуються дієтами з дефіцитом білка, є фізіологічно активною. Британський журнал харчування, 53: 175-181. [Посилання]

7. Кеновіан А.В., Вандер Туїг Дж.Г. і Ромсос ДР (1984). Споживання дієти з низьким вмістом білка збільшує обмін норадреналіну в коричневій жировій тканині. Журнал харчування, 114: 543-549. [Посилання]

8. Вандер Туїг Дж.Г. і Ромсос ДР (1984). Вплив вуглеводів, жирів та білків у їжі на обмін норадреналіну у щурів. Обмін речовин, 33: 26-33. [Посилання]

9. Emery PW, Rothwell NJ, Stock MJ & Winter PD (1984). Хронічний вплив агоністів β2-адренорецепторів на склад тіла та синтез білка у щурів. Звіти про біологічні науки, 4: 83-91. [Посилання]

10. Rothwell NJ & Stock MJ (1987). Вплив селективного бета-2-адренергічного агоніста (кленбутеролу) на енергетичний баланс і склад тіла у нормальних щурів із дефіцитом білка. Звіти про біологічні науки, 7: 933-940. [Посилання]

11. Bates PC & Pell JM (1991). Дія та взаємодія гормону росту та бета-агоніста, кленбутеролу, на ріст, склад тіла та білок у карликових мишей. Британський журнал харчування, 65: 115-129. [Посилання]

12. Perez-Llamas F, Sastre JF & Zamora S (1991). Вплив рівня білка в їжі на ріст: ефект кленбутеролу. Порівняльна біохімія та фізіологія, 99: 671-675. [Посилання]

13. Choo JJ, Horan MA, Little RA & Rothwell NJ (1992). Анаболічний ефект кленбутеролу на скелетні м’язи опосередковується активацією ß2-адренорецепторів. Американський журнал фізіології, 263 (Ендокринологія та метаболізм, 26): E50-E56. [Посилання]

14. Coward WA, Whitehead RG & Lunn PG (1977). Причини, чому гіпоальбумінемія може з’являтися або не з’являтися при білково-енергетичному недоїданні. Британський журнал харчування, 38: 115-126. [Посилання]

15. Lunn P & Austin S (1983). Різниця в метаболізмі азоту між щурами з дефіцитом білка та енергією з дефіцитом білка та аналогічно обмеженими темпами росту. Аннали харчування та обміну речовин, 27: 242-251. [Посилання]

16. Гопалан С (1968). Квашіоркор і маразм. Еволюція та відмінні риси. В: MacCance RA та Widdowson EM (редактори), Дефіцит калорій та дефіцит білка. Черчілль, Лондон, 49-58. [Посилання]

17. Россу Ж.Е. (1989). Квашіоркор у Північній Америці. Американський журнал клінічного харчування, 49: 588-592. [Посилання]

18. Stribling D (1983). Фармакологія термогенезу. В: Girardier L & Stock M (Редактори), Термогенез ссавців. Чепмен і Холл, Лондон, 11: 321-354. [Посилання]

19. Yonetani T & Ray GS (1965). Метод вимірювання оксидази цитохрому с. Журнал біологічної хімії, 240: 3392-3398. [Посилання]

20. Sheng HP & Huggins RA (1979). Огляд досліджень складу тіла з акцентом на загальну кількість води та жиру в організмі. Американський журнал клінічного харчування, 32: 630-647. [Посилання]

21. Emery PW, Rothwell NJ & Stock MJ (1983). Синтез білка в печінці, скелетних м’язах та коричневій жировій тканині щурів, які харчуються дієтою з дефіцитом білка. Звіти про біологічні науки, 3: 569-573. [Посилання]

22. Waterlow JC, Garlick PJ & Millward DJ (1978). Оборот білка в тканинах ссавців та в усьому тілі. Видавнича компанія Північної Голландії, Амстердам. [Посилання]

23. Crowe PJ & Royle GT (1988). Кінетика глюкози при впливі виснаження білка при вливанні глюкози на щурах, що голодують. Журнал харчування, 118: 1240-1244. [Посилання]

Листування та виноски

Адреса для листування: А.Л. Савая, Dsciplina de Neurofisiologia e Fisiologia Endócrina, Departamento de Fisiologia, Universidade Federal de São Paulo, Rua Botucatu, 862, Ed. Biomédicas, 2º andar, 04023-060 Сан-Паулу, SP, Бразилія. Факс: 55 (011) 872-8631. Електронна адреса: [email protected]

Дослідження за підтримки CNPq та Dunn Nutrition Fund. Публікація за підтримки FAPESP. Отримано 13 червня 1997 р. Прийнято 26 лютого 1998 р.

Весь вміст цього журналу, за винятком випадків, коли зазначено інше, ліцензовано за ліцензією Creative Commons Attribution