Bananen und Avocados - kaliumreiche Lebensmittel - können zum Schutz vor krankheitserregender Gefäßverkalkung, auch bekannt als Arterienverkalkung, beitragen.
Forscher der Universität von Alabama in Birmingham haben zum ersten Mal gezeigt, dass reduziertes Kalium in der Nahrung eine erhöhte Aortensteifigkeit in einem Mausmodell im Vergleich zu normal mit Kalium gefütterten Mäusen fördert. Eine solche Arteriensteifigkeit beim Menschen ist ein Indikator für Herzkrankheiten und den Tod durch Herzkrankheiten und stellt ein wichtiges Gesundheitsproblem für die Nation als Ganzes dar.
Die UAB-Forscher fanden auch heraus, dass erhöhte Kaliumspiegel in der Nahrung die Gefäßverkalkung und die Steifheit der Aorta verringerten. Darüber hinaus entschlüsselten sie den molekularen Mechanismus, der den Auswirkungen von niedrigem oder hohem Kaliumgeh alt in der Nahrung zugrunde liegt.
Dieses Wissen darüber, wie vaskuläre glatte Muskelzellen in den Arterien die vaskuläre Verkalkung regulieren, unterstreicht die Notwendigkeit, die Nahrungsaufnahme von Kalium bei der Prävention von vaskulären Komplikationen der Arteriosklerose in Betracht zu ziehen. Es bietet auch neue Ziele für potenzielle Therapien zur Vorbeugung oder Behandlung von atherosklerotischer Gefäßverkalkung und Arteriensteifigkeit.
Ein UAB-Team unter der Leitung von Yabing Chen, Ph. D., UAB-Professor für Pathologie und Research Career Scientist am Birmingham VA Medical Center, untersuchte diesen Mechanismus von Gefäßerkrankungen auf drei Arten: lebende Mäuse ernährten sich unterschiedlich Kalium, Querschnitte von Mausarterien, die in Kulturmedium mit unterschiedlichen Kaliumkonzentrationen untersucht wurden, und glatte Gefäßmuskelzellen von Mäusen, die in Kulturmedium gezüchtet wurden.
Anhand von lebenden Mäusen bis hin zu molekularen Ereignissen in Zellen in Kultur stellten die UAB-Forscher einen ursächlichen Zusammenhang zwischen reduziertem diätetischem Kalium und Gefäßverkalkung bei Arteriosklerose fest und deckten die zugrunde liegenden pathogenen Mechanismen auf.
Die Tierversuche wurden im Atherosklerose-anfälligen Mausmodell durchgeführt, den Apoliprotein E-defizienten Mäusen, einem Standardmodell, das bei fettreicher Ernährung anfällig für Herz-Kreislauf-Erkrankungen ist. Unter Verwendung niedriger, normaler oder hoher Mengen an diätetischem Kalium – 0,3 Prozent, 0,7 Prozent bzw. 2,1 Prozent Gewicht/Gewicht – fand das UAB-Team heraus, dass die Mäuse, die mit einer kaliumarmen Diät gefüttert wurden, eine signifikante Zunahme der Gefäßverkalkung aufwiesen. Im Gegensatz dazu hatten die Mäuse, die mit einer kaliumreichen Diät gefüttert wurden, die Gefäßverkalkung deutlich gehemmt. Außerdem hatten die Mäuse mit niedrigem Kaliumgeh alt eine erhöhte Steifheit ihrer Aorten und Mäuse mit hohem Kaliumgeh alt eine verringerte Steifheit, wie durch den Indikator für arterielle Steifheit namens Pulswellengeschwindigkeit angezeigt wird, der durch Echokardiographie bei lebenden Tieren gemessen wird.
Die unterschiedlichen Kaliumspiegel in der Nahrung spiegelten sich in den drei Gruppen von Mäusen in unterschiedlichen Kaliumspiegeln im Blut wider.
Als Forscher arterielle Querschnitte in Kulturen untersuchten, die drei verschiedenen Kaliumkonzentrationen ausgesetzt waren, fanden sie eine direkte Wirkung des Kaliums auf die Arterienverkalkung innerhalb der Arterienringe, basierend auf normalen physiologischen Kaliumspiegeln im Blut. Arterienringe mit niedrigem Kaliumgeh alt hatten eine deutlich verstärkte Verkalkung, während hoher Kaliumgeh alt die Aortenverkalkung hemmte.
„Die Ergebnisse haben ein wichtiges translationales Potenzial“, sagte Paul Sanders, M. D., Professor für Nephrologie an der UAB-Abteilung für Medizin und Mitautor, „da sie den Nutzen einer angemessenen Kaliumergänzung bei der Vorbeugung von Gefäßverkalkung demonstrieren bei zu Atherosklerose neigenden Mäusen und die nachteilige Wirkung einer niedrigen Kaliumaufnahme."
Mechanistische Details
In Zellkulturen führten niedrige Kaliumspiegel im Kulturmedium zu einer deutlich verstärkten Verkalkung glatter Gefäßmuskelzellen. Frühere Forschungen mehrerer Labors, einschließlich Chens Gruppe, haben gezeigt, dass die Verkalkung glatter Gefäßmuskelzellen der Differenzierung von Knochenzellen ähnelt, was zur Umwandlung glatter Muskelzellen in knochenähnliche Zellen führt.
Also testeten die UAB-Forscher die Wirkung des Züchtens von vaskulären glatten Muskelzellen in Zellkulturen mit niedrigem Kaliumgeh alt. Sie fanden heraus, dass die Bedingungen mit niedrigem Kaliumgeh alt die Expression mehrerer Genmarker förderten, die Kennzeichen von Knochenzellen sind, aber die Expression von Markern für vaskuläre glatte Muskelzellen verringerten, was auf die Umwandlung der vaskulären glatten Muskelzellen in knochenähnliche Zellen unter niedrigen Kaliumwerten hindeutet. Kaliumzustände.
Mechanistisch fanden sie heraus, dass niedriges Kalium das intrazelluläre Kalzium in den vaskulären glatten Muskelzellen über einen Kaliumtransportkanal, der als innerer Gleichrichter-Kaliumkanal bezeichnet wird, erhöhte. Dies wurde von der Aktivierung mehrerer bekannter nachgesch alteter Mediatoren begleitet, darunter Proteinkinase C und das calciumaktivierte cAMP-Response-Element-Bindungsprotein oder CREB.
Im Gegenzug erhöhte die CREB-Aktivierung die Autophagie – das intrazelluläre Abbausystem – in den kaliumarmen Zellen. Unter Verwendung von Autophagie-Inhibitoren zeigten die Forscher, dass die Blockierung der Autophagie die Verkalkung blockierte. Daher spielt die Autophagie eine wichtige Rolle bei der Vermittlung der Verkalkung glatter Gefäßmuskelzellen, die durch den Zustand mit niedrigem Kaliumgeh alt induziert wird.
Die Rolle der CREB-Aktivierung und der Autophagie-Signale wurden dann im Maus-Arterienquerschnitt und in lebenden Mausmodellen mit niedrigen, normalen oder hohen Kaliumspiegeln in den Medien oder der Ernährung getestet. Die Ergebnisse beider dieser Systeme unterstützten die wichtige Rolle von Kalium bei der Regulierung der Gefäßverkalkung durch Kalziumsignale, CREB und Autophagie.
Neben Chen und Sanders, Co-Autoren des in JCI Insight veröffentlichten Artikels „Kalium aus der Nahrung reguliert Gefäßverkalkung und Arteriensteifigkeit“, sind Yong Sun, Chang Hyun Byon und Youfeng Yang, Abteilung für Pathologie der UAB; Wayne E. Bradley, Louis J. Dell'Italia und Anupam Agarwal, Medizinische Fakultät der UAB; und Hui Wu, UAB-Abteilung für Kinderzahnheilkunde. Sanders, Agarwal und Chen sind auch Mitglieder der Forschungsabteilung des Veterans Affairs Birmingham Medical Center.
