Arq Bras Cardiol abc Arquivos Brasileiros de Cardiologia Arq. Bras. Cardiol. 0066-782X 1678-4170 Sociedade Brasileira de Cardiologia - SBC XBfVDrwQZ69NS8rwyqZXHRj S0066-782X2021001000290 abc.20200121 10.36660/abc.20200121 Artigo Original Naringina e Trimetazidina Melhoram a Sensibilidade Barorreflexa e a Atividade Elétrica do Trato Solitário do Núcleo na Lesão de Isquemia-Reperfusão Renal Amini Negin 1 2 Sarkaki Alireza 1 2 Dianat Mahin 1 2 Mard Seyyed Ali 1 2 Ahangarpour Akram 1 2 0000-0003-2290-8565 Badavi Mohammad 1 2 Ahvaz Jundishapur University of Medical Sciences School of Medicine Department of Physiology Ahvaz Irã Department of Physiology, School of Medicine, Ahvaz Jundishapur University of Medical Sciences, Ahvaz - Irã Ahvaz Jundishapur University of Medical Sciences Research Institute of Basic Medical Sciences The Persian Gulf Physiology Research Center Ahvaz Irã The Persian Gulf Physiology Research Center, Research Institute of Basic Medical Sciences, Ahvaz Jundishapur University of Medical Sciences, Ahvaz - Irã Correspondência: Mohammad Badavi • Ahvaz Jundishapur Univ Med Sci – Physiology - Dept. of Physiology, Faculty of Medicine Ahvaz Jundishapur University of Medical Sciences Ahvaz Khuzestan 6135733118 - Irã. E-mail: badavim@yahoo.com

Contribuição dos autores

Concepção e desenho da pesquisa: Amini N, Sarkaki A, Badavi M; Obtenção de dados: Amini N; Análise e interpretação dos dados: Amini N, Dianat M, Mard SA, Ahangarpour A, Badavi M; Análise estatística e Redação do manuscrito: Amini N, Badavi M; Revisão crítica do manuscrito quanto ao conteúdo intelectual importante: Sarkaki A, Dianat M, Mard SA, Ahangarpour A, Badavi M.

Potencial conflito de interesse

Não há conflito com o presente artigo

 06 09 2021 08 2021 117 2 290 297 14 02 2020 12 08 2020 17 06 2020 This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License Resumo Fundamento:

O núcleo do trato solitário (NTS) é uma área do cérebro que desempenha um papel fundamental na regulação renal e cardiovascular através dos impulsos dos barorreceptores.

 Objetivos:

O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da Naringina (NAR) e trimetazidina (TMZ), isoladamente e combinadas, na atividade elétrica do NTS e na sensibilidade barorreflexa (SBR) na lesão de isquemia e reperfusão (I/R) renal.

 Métodos:

Foram utilizados quarenta ratos machos Sprague-Dawley (200-250 g), alocados em 5 grupos com 8 ratos cada. Grupos: 1) Sham; 2) I/R; 3) TMZ 5 mg/kg; 4) NAR 100 mg/kg; e 5) TMZ5 + NAR100. A veia femoral esquerda foi canulada para infundir a solução salina ou droga e avaliar a SBR. A I/R foi induzida por oclusão dos pedículos renais por 45 min, seguida de reperfusão de 4 horas. O eletroencefalograma local do NTS foi registrado antes, durante a isquemia e durante a reperfusão. A fenilefrina foi injetada por via intravenosa para avaliar a SBR ao final do tempo de reperfusão. Os dados foram analisados por ANOVA de duas vias com medidas repetidas seguida pelo teste post hoc de Tukey. Um valor de p<0,05 foi considerado como significativo.

 Resultados:

As ondas elétricas do NTS não se alteraram durante o tempo de isquemia, mas diminuíram significativamente durante todos os tempos de reperfusão. A atividade elétrica do NTS e a SBR foram reduzidas drasticamente em ratos com lesão I/R; no entanto, a administração de NAR e TMZ, isoladamente e combinadas, melhorou significativamente essas alterações em ratos com lesão I/R.

 Conclusões:

Os resultados mostraram que a lesão de I/R leva à redução da atividade elétrica da SBR e do NTS, e pode haver uma ligação entre a I/R e a diminuição da SBR. Além disso, a NAR e a TMZ são agentes promissores para tratar complicações de I/R.

 Palavras-chave: Isquemia-Reperfusão Renal Sensibilidade Barorreflexa Núcleo do Trato Solitário Naringina Trimetazidina Introdução

A lesão renal aguda (LRA) é um grande problema clínico com alta prevalência que afeta mais de 50% dos pacientes na unidade de terapia intensiva e causa mortalidade superior a 60%.1,2 A isquemia/reperfusão renal (I/R) é uma das causas mais importantes de LRA, e a geração de espécies reativas de oxigênio (ERO) desempenha um papel importante em eventos de lesão de I/R.3

A superprodução de radicais livres na lesão de I/R induz apoptose e, em última instância, morte celular e disfunção orgânica.3 O estresse oxidativo (ERO sobre o sistema de defesa antioxidante) é conhecido como um fator de lesão de I/R.3 Radicais livres de oxigênio e ERO são transmitidos pela corrente sanguínea para órgãos distantes e são considerados agentes intermediários para danos a órgãos distantes resultantes de I/R.4,5

O Núcleo do Trato Solitário (NTS) atua como a porta de entrada para o sistema nervoso central para inserir informações sensoriais que desempenham um papel importante na regulação cardiovascular.6 Barorreceptores periféricos, quimiorreceptores e nervos aferentes simpáticos renais criam a sinapse primária no NTS.7 A disfunção dos barorreceptores leva à perda da regulação das flutuações da pressão arterial e diminuição da sensibilidade barorreflexa (SBR), a qual é uma base fisiopatológica bem conhecida nos distúrbios cardiovasculares.8 As evidências disponíveis indicam que a degradação do NTS leva a alternâncias da pressão arterial.7 Portanto, o NTS é um dos principais centros de regulação da SBR.8

A Naringina (4, 5, 7-trihidroxiflavanona-7-ramnoglucosídeo, NAR) é um composto polifenol encontrado principalmente na toranja e em várias plantas cítricas. Os efeitos antimicrobianos, antimutagênicos, anticâncer, antiinflamatórios, eliminadores de radicais livres e antioxidantes da NAR foram demonstrados.9,10 Os efeitos protetores da NAR através do aumento da atividade de enzimas antioxidantes foram documentados.9,10

A trimetazidina (dicloridrato de 1- [2,3,4-trimetoxibenzil] piperazina, TMZ), é uma droga anti-isquêmica utilizada na angina instável.11 O poro de transição da permeabilidade mitocondrial (mPTP, do inglês mitochondrial permeability transition pore) localizado na membrana interna da mitocôndria desempenha um papel poderoso na produção de ERO e no início da apoptose após lesão de I/R.12 Um estudo experimental documentou que a TMZ foi capaz de inibir o mPTP e reduzir o tamanho do infarto na lesão de I/R do miocárdio e a atividade da caspase-3.13 Além disso, foi relatada a inibição da peroxidação lipídica pela TMZ.14 O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da NAR e TMZ, isoladamente e em combinação, na atividade elétrica de campo local do NTS, no eletroencefalograma (EEG) local e na SBR após lesão renal de I/R.

 Métodos Drogas

TMZ, NAR, cetamina, xilazina e uretano foram adquiridos da Sigma Co. USA. NAR e TMZ foram dissolvidas em água destilada, e o uretano foi dissolvido em solução salina normal imediatamente antes do uso.

 Animais

No estudo atual, e de acordo com nossos estudos anteriores e outros semelhantes, quarenta ratos machos Sprague-Dawley (pesando 200-250 g) foram adquiridos no centro de criação e cuidados de animais da Ahvaz Jundishapur University of Medical Sciences (AJUMS). Todos os animais foram alojados em gaiolas padrão (4 em cada gaiola) sob temperatura (22 ± 2°C) e umidade (50-55%) controladas e ciclo claro/escuro de 12 h (luzes ligadas às 07:00 da manhã), com livre acesso a pellets de ração alimentar e água da torneira. Os ratos foram alocados de forma simples e não randomizada em cinco grupos com oito ratos cada. Grupos: 1) Sham, 2) I/R, 3) TMZ 5 mg/kg; ratos com lesão de I/R receberam TMZ (5 mg/kg, iv) cinco minutos antes da reperfusão,15 4) NAR 100 mg/kg; ratos com lesão de I/R receberam NAR (100 mg/kg, ip) uma vez por dia durante sete dias antes da I/R,10 e 5) TMZ 5 mg/kg + NAR 100 mg/kg; ratos com lesão de I/R receberam TMZ 5 mg/kg + NAR 100 mg/kg. Os ratos nos grupos sham e I/R receberam veículo (solução salina estéril). Os ratos do grupo sham foram submetidos a procedimento cirúrgico idêntico, sem clampeamento e indução de I/R.

 Cirurgia estereotáxica para implante de eletrodo

Uma semana antes do registro do EEG, os ratos foram anestesiados com cetamina (50 mg/kg) e xilazina (5 mg/kg), por via intraperitoneal. A temperatura corporal dos ratos foi mantida em 36,5 ± 0,5°C utilizando almofadas térmicas com as cabeças montadas em um dispositivo estereotáxico (Narishige Co., Japão) para a cirurgia de implantação de eletrodos. Um eletrodo bipolar de fio aço inoxidável revestido em teflon (0,005” tipo “bare”, 0,008” revestido, A-M Systems, Inc. WA) foi implantado no NTS com o atlas estereotáxico de Paxinos e Watson com coordenação de AP = −14,04 mm até o bregma; ML = 0,4 mm e DV = 8 mm a partir da dura-máter, de maneira adequada.16 Todos os implantes foram fixados no crânio com resina acrílica odontológica e dois pequenos parafusos-âncora de vidro.

 Indução de isquemia/reperfusão (I/R) renal

Os ratos foram mantidos em jejum durante a noite antes da cirurgia (por pelo menos 10 h), mas com livre acesso à água. No dia da cirurgia, os ratos de cada grupo foram anestesiados com uretano (1,7 g/kg, i.p.).17 Em seguida, os ratos foram colocados sobre uma almofada térmica (Harvard Apparatus, Reino Unido) para manter a temperatura corporal em aproximadamente 37 ºC. Quinze minutos após a anestesia, a veia femoral esquerda foi cateterizada utilizando um cateter de polietileno (PE50) para infusão de solução salina ou TMZ, e a artéria femoral esquerda foi utilizada para medir a pressão arterial e a SBR. Os rins esquerdo e direito foram expostos através de uma incisão na linha média. A isquemia bilateral foi induzida por oclusão de ambos os pedículos renais através de clampeamento não-traumático por 45 min. Depois disso, as pinças de clampeamento foram removidas e a reperfusão continuou por 4 horas.18

 Registro local de EEG

Potenciais de campo locais (EEG local) do NTS dos ratos foram adicionados a um bio-amplificador ML135 (aquisição de dados de 4 canais, Power Lab. e software Lab Chart versão 7, AD Instruments Co., Austrália) com amplificação de 1 mV, taxa de amostragem de 400 Hz e filtragem de passa-banda de 0,3–70 Hz por 5 minutos. O período de variações básicas de 5 segundos do EEG foi comparado em todos os grupos. A potência elétrica das bandas de frequência foi medida em mV2/Hz. O registro do EEG local foi realizado antes da isquemia por 45 min e durante o tempo de isquemia e reperfusão, de maneira adequada.

 Medida da pressão arterial média

A pressão arterial média foi registrada através da cateterização da artéria femoral esquerda conectada a transdutor de pressão e monitorada através do Power Lab System (AD Instruments, Austrália), antes da isquemia por 20 min para adaptação, durante o tempo de isquemia e reperfusão.

 Sensibilidade barorreflexa

Em todos os grupos, ao final do período de reperfusão, foram realizadas injeções intravenosas de fenilefrina (10 a 20 µg/kg) e as alterações na pressão arterial e frequência cardíaca foram registradas com transdutor de pressão e monitoradas e registradas em um PC, utilizando o software Lab Chart. Intervalos de 15 minutos de recuperação foram realizados entre as injeções da droga para atingir o nível anterior de pressão arterial. Para cada injeção, a amplitude máxima da pressão resultante e bradicardia foram utilizadas para calcular a pressão arterial média (ΔPAM) e as alterações da frequência cardíaca (ΔFC). A razão da variação de ΔFC para a variação de ΔPAM foi utilizada como o índice da SBR.19

 Análise estatística

Os dados obtidos para pressão arterial média, frequência cardíaca e EEG local foram analisados com ANOVA de duas vias com medidas repetidas seguida pelo teste post hoc de Tukey para comparações múltiplas utilizando o software Prisma versão 6.0 (San Diego, CA). Os dados foram expressos como média e desvio padrão (DP). Valores de p <0,05 foram considerados como diferenças significativas.

 Resultados Efeito da NAR, TMZ ou a combinação de ambas na atividade elétrica de campo local do NTS

Não houve alterações significativas na potência elétrica do NTS durante o período pré-I/R e durante os 45 minutos de isquemia. Entretanto, a potência elétrica do NTS diminuiu drasticamente durante toda a 1ᵃ, 2ᵃ, 3ᵃ e 4ᵃ horas do período de reperfusão no grupo I/R em comparação com os ratos do grupo sham. Por outro lado, a administração de NAR e TMZ, isoladamente ou combinadas, melhorou sua energia em comparação com o grupo I/R (Tabela 1).

Efeito do pré-tratamento com Naringina (NAR), Trimetazidina (TMZ) ou combinação de ambas na atividade elétrica do NTS após lesão renal de I/R
Grupos Potência do EEG (mV2/Hz)
Pré-IR Isquemia Tempo de reperfusão (h)
1º 2º 3º 4º
Sham 0,723 ± 0,117 0,675 ± 0,126 0,699 ± 0,116 0,68 ± 0,104 0,673 ± 0,104 0,695 ± 0,13
IR 0,725 ± 0,081 0,652 ± 0,052 0,635 ± 0,095*** 0,61 ± 0,082*** 0,587 ± 0,042*** 0,592 ± 0,025***
NAR 0,705 ± 0,034 0,653 ± 0,051 0,673 ± 0,029 0,65 ± 0,033# 0,63 ± 0,041# 0,646 ± 0,038##
TMZ 0,712 ± 0,067 0,668 ± 0,085 0,673 ± 0,073 0,65 ± 0,069# 0,632 ± 0,054# 0,637 ± 0,069#
NAR+TMZ 0,75 ± 0,07 0,65 ± 0,069 0,673 ± 0,064 0,65 ± 0,047# 0,627 ± 0,049# 0,64 ± 0,053##

Os dados foram representados como média ± DP (n = 8). Sham (grupo cirúrgico sham), I/R (Isquemia-reperfusão + solução salina normal), NAR (I/R + NAR 100 mg/kg, ip, por uma semana), TMZ (I/R + TMZ 5 mg/kg, iv, antes da reperfusão). NAR + TMZ, combinação de NAR e TMZ. ANOVA de duas vias com medidas repetidas seguida pelo teste post hoc de Tukey.

p<0.001, vs. grupo sham.

p<0.05

p<0.01, vs. grupo I/R.

 Efeito da NAR e TMZ na frequência cardíaca e pressão arterial

A lesão renal de I/R reduziu significativamente a frequência cardíaca, enquanto o pré-tratamento com NAR, TMZ ou a combinação de ambas restaurou de alguma forma a frequência cardíaca aos valores normais (Figura 1). Em relação à pressão arterial média, os resultados não mostraram diferenças entre os grupos (Figura 2).

Efeito do pré-tratamento com Naringina (NAR), Trimetazidina (TMZ) ou a combinação de ambas na frequência cardíaca após lesão de I/R renal (I/R). Os dados foram representados como média ± DP (n = 8). Sham (grupo cirúrgico sham), I/R (Isquemia-reperfusão + solução salina normal), NAR (I/R + NAR 100 mg/kg, ip, por uma semana), TMZ (I/R + TMZ 5 mg/kg, iv, antes da reperfusão). NAR + TMZ, combinação de NAR e TMZ. ANOVA de duas vias com medidas repetidas seguida pelo teste post hoc de Tukey. *p<0,05, vs. grupo sham. Efeito da Naringina (NAR), Trimetazidina (TMZ) ou a combinação de ambas na pressão arterial média após lesão de I/R renal (I/R). Os dados foram representados como média ± DP (n = 8). Sham (grupo cirúrgico sham), I/R (Isquemia-reperfusão + solução salina normal), NAR (I/R + NAR 100 mg/kg, ip, por uma semana), TMZ (I/R + TMZ 5 mg/kg, iv, antes da reperfusão). NAR + TMZ, combinação de NAR e TMZ. ANOVA de duas vias com medidas repetidas seguida pelo teste post hoc de Tukey. Efeito de NAR e TMZ na SBR

Como mostrado na 3, a SBR foi significativamente reduzida no grupo com lesão de I/R quando comparado ao grupo sham. No entanto, a administração de NAR ou TMZ restaurou-a; portanto, não houve diferença entre os grupos sham, NAR e TMZ; contudo, a combinação de ambas elevou a SBR de forma mais significativa.

Efeito do pré-tratamento com Naringina (NAR), Trimetazidina (TMZ) ou a combinação de ambas na sensibilidade barorreflexa (ΔFC/ΔPAM) após I/R renal (I/R). Os dados foram representados como média ± DP (n = 8). Sham (grupo cirúrgico sham), I/R (Isquemia-reperfusão + solução salina normal), NAR (I/R + NAR 100 mg/kg, ip, por uma semana), TMZ (I/R + TMZ 5 mg/kg, iv, antes da reperfusão). NAR + TMZ, combinação de NAR e TMZ. ANOVA de duas vias com medidas repetidas seguida pelo teste post hoc de Tukey. *p<0.05, ***p<0.001, vs. grupo sham, #p< 0.05 vs. grupo I/R. Discussão

Os achados do presente estudo demonstraram que a lesão de I/R enfraqueceu a atividade elétrica do NTS e da SBR. Entretanto, as mudanças nas ondas cerebrais após a I/R mostraram que a atividade elétrica do NTS foi suprimida e essas alterações foram afetadas por uma possível disfunção cardíaca e renal. A atividade elétrica anormal subsequente do NTS pode prejudicar ainda mais a função cardíaca e agravar as complicações isquêmicas na função renal. Por outro lado, o pré-tratamento com NAR e TMZ por si só restaura as potências elétricas gama e delta, enquanto sua combinação com TMZ melhora todas as outras ondas elétricas registradas do NTS e também restaura a SBR. As fibras aferentes dos barorreceptores são recebidas principalmente no NTS, que tem uma complexa relação neuronal com outras áreas do sistema nervoso central e área vasomotora (o núcleo ambíguo e a medula ventrolateral rostral).20 Vários estudos já mostraram que doenças como o diabetes, a hipertensão e a insuficiência renal mediada por estresse oxidativo podem enfraquecer a SBR.21 A LRA aumenta a produção de citocinas anti-inflamatórias e reduz a clearance de citocinas, levando assim à respostas inflamatórias sistêmicas aumentadas.22,23 Um estudo anterior mostrou uma correlação relativa entre a disfunção dos barorreceptores e o estresse oxidativo.24 Outros estudos mostraram que os antioxidantes podem melhorar a SBR em vários modelos experimentais.25 Por outro lado, verificou-se que a administração de sequestrantes de radicais livres como a enzima superóxido dismutase (SOD) e a catalase (CAT) em coelhos com aterosclerose foi capaz de melhorar a função dos barorreceptores, indicando a inibição do efeito das ERO no desempenho dos barorreceptores.26

No presente estudo, a NAR e a TMZ, isoladamente ou combinadas, melhoraram a SBR, que pode ter ocorrido através de seus efeitos antioxidantes, através do sequestro da peroxidação lipídica. Nosso estudo anterior mostrou que a NAR ou a TMZ ou a combinação de ambas pode reduzir a disfunção glomerular através do aumento da capacidade antioxidante e redução do nível de microRNA-10a.27 Em concordância com este estudo e outros achados anteriores, a SBR é atenuada pelo estresse oxidativo, e os compostos polifenóis a melhoram através do sequestro dos radicais livres.28 Além disso, muitas evidências indicaram que a lesão de I/R levou à redução da síntese de óxido nítrico, que é um dos principais contribuintes de disfunção endotelial, seguida pela disfunção dos barorreceptores.29 A este respeito, a NAR melhora a disfunção endotelial sintetizando e aumentando a biodisponibilidade do óxido nítrico.30 Em um estudo realizado em humanos, também foi demonstrado que a TMZ melhorou a disfunção endotelial na insuficiência cardíaca crônica, ao reduzir os níveis de peroxidação de lipídios.31 Um estudo experimental mostrou que a TMZ reduziu o malondialdeído, um índice de lesão oxidativa renal, em um modelo de lesão de I/R renal.14 A TMZ estimula a oxidação da glicose ao reduzir a oxidação dos ácidos graxos beta, que levam à produção de ATP com menor consumo de oxigênio.11

Os resultados deste estudo mostraram a melhora da SBR com o pré-tratamento com NAR e/ou TMZ na I/R. Embora o mecanismo preciso dos efeitos antioxidantes de NAR e TMZ na SBR não esteja claro na I/R renal, é possível que a NAR, a TMZ ou a combinação de ambas aumentem a SBR na I/R renal devido à melhora da função do sistema nervoso autônomo. Recentemente, foi demonstrado que a administração de antioxidantes pode melhorar a SBR através da melhora da função autonômica.24 Os mecanismos centrais da NAR e TMZ precisam ser esclarecidos em novos estudos sobre a função do sistema nervoso autônomo.25

A redução da função renal leva ao acúmulo de toxinas e ao aumento da osmolalidade sérica, o que pode estimular diretamente a síntese do fator de crescimento endotelial vascular. Além disso, o aumento da produção de ERO leva ao dano endotelial e à permeabilidade da barreira hematoencefálica (BHE).32,33 Várias linhas de estudos mostraram que o desempenho da BHE foi interrompido em modelos experimentais de LRA indicados pelo corante azul de Evans sobre a permeabilidade para o tecido cerebral.34,35 Por outro lado, modelos inflamatórios experimentais induzidos pelo fator de necrose tumoral alfa (TNF-α) aumentam a permeabilidade da BHE de forma anormal. Esses estudos experimentais apoiam a ideia de que a inflamação associada à LRA aumenta as citocinas inflamatórias na corrente sanguínea e isso pode prejudicar a permeabilidade da BHE.36 Muitas evidências demonstraram que a NAR é um potente antioxidante que atravessa a BHE e reduz os fatores inflamatórios para proteger o cérebro.37,38 Uma queda abrupta na função renal leva ao acúmulo de toxinas e ao aumento da osmolalidade sérica, o que pode aumentar as ERO, resultando em lesão endotelial, ruptura da BHE e dos transmissores cerebrais.39

Um estudo experimental mostrou que a lesão cerebral de I/R resulta em alterações nos parâmetros eletrofisiológicos cardíacos, bem como na redução da atividade elétrica do NTS. Entretanto, a administração de antioxidantes evitou essas complicações.16 A redução da disponibilidade de oxigênio para o sistema neuronal, seguida pela ruptura dos vasos sanguíneos levou a uma cascata de eventos, incluindo ativação de receptores de glutamato e influxo de Ca2 +.40 A ativação dos receptores de glutamato causou um aumento na concentração citoplasmática de Ca2+ como resultado do influxo de Ca2+ através dos canais dos receptores α-amino-3-hidroxi-5-metilisoxazol-4-propionato (AMPA) e N-metil-D-aspartato (NMDA) e canais de Ca2+ dependentes de voltagem (VDCC, do inglês voltage-dependent Ca2+ channels). A abertura dos receptores inotrópicos de glutamato e o consequente influxo de Na+ e Ca2+ são identificados como os primeiros estágios do processo excitotóxico.40

Outro estudo experimental mostrou que LRA induzida por I/R renal levava à disfunção renal e aumento da atividade do nervo simpático renal e aumento das concentrações de norepinefrina, indicando o papel do sistema nervoso simpático no desenvolvimento da LRA.41 Recentemente, o papel dos nervos renais no modelo de I/R renal mostrou que a denervação do nervo renal simpático melhorou a função do órgão, reduziu a resposta dos fatores inflamatórios e a apoptose sem alterações na pressão arterial.42 Por outro lado, Mitaka et al. mostraram que a I/R renal levou a uma redução da pressão arterial e nenhuma alteração da frequência cardíaca, o que se opõe aos resultados deste estudo.43 Essa controvérsia pode estar relacionada ao modelo experimental, à espécie animal e ao período de reperfusão. Nosso estudo anterior indicou que a lesão renal de I/R resulta em disfunção renal e lesão miocárdica, e o pré-tratamento com NAR e TMZ, isoladamente ou combinadas, poderia ter papel protetor no efeito remoto da LRA no estresse oxidativo e lesão miocárdica através da regulação do Nrf-2.44

Limitações

Este estudo apresentou algumas limitações. Primeiramente, ele é parte de uma tese de doutorado, incluindo limitações financeiras e de tempo. Portanto, não foi possível identificar alguns parâmetros como histologia cerebral e medidas de parâmetros moleculares e antioxidantes no tecido cerebral. Nosso objetivo foi investigar a atividade da SBR e do NTS no modelo de LRA.

 Conclusão

Nossos achados, juntamente com os achados de outras pesquisas, estão de acordo com o presente estudo, que sugere que a redução da função renal devido à lesão de I/R renal leva à redução da atividade elétrica da SBR e do NTS. Provavelmente, existe uma ligação entre a redução da função renal e a diminuição da SBR, embora a NAR e a TMZ, isoladamente ou combinadas, melhorem a atividade elétrica da SBR e do NTS. Entretanto, pode-se esperar que esses tipos de agentes antioxidantes possam ser utilizados para prevenir complicações renais de lesão de I/R em áreas além do local da lesão.

Fontes de financiamento

O presente estudo foi financiado por The Persian Gulf Physiology Research Center of Ahvaz Jundishapur University of Medical Sciences.

Vinculação acadêmica

Este artigo é parte de tese de Doutorado de Negin Amini pelo Ahvaz Jundishapur University of Medical Sciences..

Aprovação ética e consentimento informado

Este estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética do Ahvaz Jundishapur University of Medical Sciences sob o número de protocolo IR.AJUMS.REC.1395.149. Todos os procedimentos envolvidos nesse estudo estão de acordo com a Declaração de Helsinki de 1975, atualizada em 2013.

 Agradecimentos

Este artigo é parte da tese de doutorado de Negin Amini, que é estudante da Ahvaz Jundishapur University of Medical Sciences. Este trabalho recebeu apoio do Persian Gulf Physiology Research Center of Ahvaz Jundishapur University of Medical Sciences. Os autores agradecem a ajuda e apoio financeiro do Persian Gulf Research Center of Ahvaz Jundishapur University of Medical Sciences.

 Referências Trof RJ Di Maggio F Leemreis J Groeneveld AJ Biomarkers of acute renal injury and renal failure Shock 2006 26 3 245 253 1. Trof RJ, Di Maggio F, Leemreis J, Groeneveld AJ. Biomarkers of acute renal injury and renal failure. Shock. 2006; 26 (3):245-53. Leung AK Yan WW Renal replacement therapy in critically ill patients Hong Kong Med J 2009 15 2 122 129 2. Leung AK, Yan WW. Renal replacement therapy in critically ill patients. Hong Kong Med J. 2009;15 (2):122-9. Kosieradzki M Rowinski W Ischemia/reperfusion injury in kidney transplantation: mechanisms and prevention Transplantation proc 2008 40 10 3279 3288 3. Kosieradzki M, Rowinski W. Ischemia/reperfusion injury in kidney transplantation: mechanisms and prevention. Transplantation proc. 2008;40 (10): 3279-88. Kalogeris T Baines CP Krenz M Korthuis RJ Cell biology of ischemia/reperfusion injury Int Rev Cell Mol Biol 2012 298 229 317 10.1016/B978-0-12-394309-5.00006-7 4. Kalogeris T, Baines CP, Krenz M, Korthuis RJ. Cell biology of ischemia/reperfusion injury. Int Rev Cell Mol Biol. 2012; 298: 229-317. doi.org/10.1016/B978-0-12-394309-5.00006-7 Carden DL Granger DN Pathophysiology of ischaemia–reperfusion injury J Pathol 2000 190 3 255 266 5. Carden DL, Granger DN. Pathophysiology of ischaemia–reperfusion injury. J Pathol. 2000; 190(3): 255-66. Dibona GF Kopp UC Neural control of renal function Physiol Rev 1997 77 1 75 197 6. Dibona GF, Kopp UC. Neural control of renal function. Physiol Rev. 1997; 77(1): 75-197. Kawabe T Chitravanshi VC Kawabe K Sapru HN Cardiovascular function of a glutamatergic projection from the hypothalamic paraventricular nucleus to the nucleus tractus solitarius in the rat Neuroscience 2008 153 3 605 617 7. Kawabe T, Chitravanshi VC, Kawabe K, Sapru HN. Cardiovascular function of a glutamatergic projection from the hypothalamic paraventricular nucleus to the nucleus tractus solitarius in the rat. Neuroscience. 2008; 153(3): 605-17. Kaur M Chandran DS Jaryal AK Bhowmik D Agarwal SK Deepak KK Baroreflex dysfunction in chronic kidney disease World J Nephrol 2016 5 1 53 65 8. Kaur M, Chandran DS, Jaryal AK, Bhowmik D, Agarwal SK, Deepak KK. Baroreflex dysfunction in chronic kidney disease. World J Nephrol. 2016;5(1):53-65. Singh D Chopra K The effect of naringin, a bioflavonoid on ischemia-reperfusion induced renal injury in rats Pharmacolol Res 2004 50 2 187 193 9. Singh D, Chopra K. The effect of naringin, a bioflavonoid on ischemia-reperfusion induced renal injury in rats. Pharmacolol Res. 2004;50(2):187-93. Gaur V Aggarwal A Kumar A Protective effect of naringin against ischemic reperfusion cerebral injury: possible neurobehavioral, biochemical and cellular alterations in rat brain Eur J Pharmacol 2009 616 1-3 147 154 10. Gaur V, Aggarwal A, Kumar A. Protective effect of naringin against ischemic reperfusion cerebral injury: possible neurobehavioral, biochemical and cellular alterations in rat brain. Eur J Pharmacol. 2009; 616(1-3):147-54. Szwed H Sadowski Z Pachocki R Domżał-Bocheńska M Szymczak K Szydłowski Z Proposed antiischemic effects of trimetazidine in coronary diabetic patients. A substudy from TRIMPOL-1 Cardiovasc Drugs Therap 1999 13 3 217 222 11. Szwed H, Sadowski Z, Pachocki R, Domżał-Bocheńska M, Szymczak K, Szydłowski Z, et al. Proposed antiischemic effects of trimetazidine in coronary diabetic patients. A substudy from TRIMPOL-1. Cardiovasc Drugs Therap. 1999; 13 (3): 217-22. Jassem W Heaton ND The role of mitochondria in ischemia/reperfusion injury in organ transplantation Kidney Int 2004 66 2 514 517 12. Jassem W, Heaton ND. The role of mitochondria in ischemia/reperfusion injury in organ transplantation. Kidney Int. 2004;66(2):514-7. Argaud L Gomez L Gateau-Roesch O Couture-Lepetit E Loufouat J Robert D Trimetazidine inhibits mitochondrial permeability transition pore opening and prevents lethal ischemia-reperfusion injury J Mol Cell Cardiol 2005 39 6 893 899 13. Argaud L, Gomez L, Gateau-Roesch O, Couture-Lepetit E, Loufouat J, Robert D, et al. Trimetazidine inhibits mitochondrial permeability transition pore opening and prevents lethal ischemia-reperfusion injury. J Mol Cell Cardiol. 2005; 39(6): 893-9. Grekas D Dioudis C Papageorgiou G Iliadis S Zilidis C Alivanis P Lipid Peroxidation After Acute Renal Ischemia and Reperfusion in Rats: The Effect of Trimetazidine Ren Fail 1996 18 4 545 552 14. Grekas D, Dioudis C, Papageorgiou G, Iliadis S, Zilidis C, AlivanisP, et al. Lipid Peroxidation After Acute Renal Ischemia and Reperfusion in Rats: The Effect of Trimetazidine. Ren Fail. 1996;18(4): 545-52. Cau J Favreau F Tillement JP Lerman LO Hauet T Goujon JM Trimetazidine reduces early and long-term effects of experimental renal warm ischemia: a dose effect study J Vasc Surg 2008 47 4 852 860 15. Cau J, Favreau F, Tillement JP, Lerman LO, Hauet T, Goujon JM. Trimetazidine reduces early and long-term effects of experimental renal warm ischemia: a dose effect study. J Vasc Surg. 2008; 47(4): 852-60. Nejad KH Dianat M Sarkaki A GharibNaseri MK Badavi M Farbood Y Ellagic acid improves electrocardiogram waves and blood pressure against global cerebral ischemia rat experimental models Electron physician 2015 7 4 1153 1162 16. Nejad KH, Dianat M, Sarkaki A, GharibNaseri MK, Badavi M, Farbood Y. Ellagic acid improves electrocardiogram waves and blood pressure against global cerebral ischemia rat experimental models. Electron physician. 2015;7(4): 1153-62. Maleki M Nematbakhsh M Renal Blood Flow Response to Angiotensin 1-7 versus Hypertonic Sodium Chloride 7.5% Administration after Acute Hemorrhagic Shock in Rats Int J Vas Med 2016 2016 6562017 6562017 10.1155/2016/6562017 17. Maleki M, Nematbakhsh M. Renal Blood Flow Response to Angiotensin 1-7 versus Hypertonic Sodium Chloride 7.5% Administration after Acute Hemorrhagic Shock in Rats. Int J Vas Med. 2016;2016: 6562017. Doi: 10.1155/2016/6562017 Nesic Z Todorovic Z Stojanovic R Basta-Jovanovic G Radojevic-Skodric S Velickovic R Single-dose intravenous simvastatin treatment attenuates renal injury in an experimental model of ischemia-reperfusion in the rat J Pharmacol Sci 2006 102 4 413 417 18. Nesic Z, Todorovic Z, Stojanovic R, Basta-Jovanovic G, Radojevic-Skodric S, Velickovic R, et al. Single-dose intravenous simvastatin treatment attenuates renal injury in an experimental model of ischemia-reperfusion in the rat. J Pharmacol Sci. 2006; 102(4): 413-7. Azadbakht MK Nematbakhsh M Angiotensin 1-7 administration alters baroreflex sensitivity and renal function in sympathectomized rats J Nephropathol 2017 7 2 79 82 19. Azadbakht MK, Nematbakhsh M. Angiotensin 1-7 administration alters baroreflex sensitivity and renal function in sympathectomized rats. J Nephropathol. 2017;7(2):79-82. Franczyk-Skora B Gluba-Brzozka A Wranicz JK Banach M Olszewski R Rysz J Sudden cardiac death in CKD patients Int Urol Nephrol 2015 47 6 971 982 20. Franczyk-Skora B, Gluba-Brzozka A, Wranicz JK, Banach M, Olszewski R, Rysz J. Sudden cardiac death in CKD patients. Int Urol Nephrol. 2015; 47(6): 971-82. Tu H Zhang D Li Y-L Cellular and molecular mechanisms underlying arterial baroreceptor remodeling in cardiovascular diseases and diabetes Neurosci Bull 2019 35 1 98 112 21. Tu H, Zhang D, Li Y-L. Cellular and molecular mechanisms underlying arterial baroreceptor remodeling in cardiovascular diseases and diabetes. Neurosci Bull. 2019;35(1):98-112. Andres-Hernando A Dursun B Altmann C Ahuja N He Z Bhargava R Cytokine production increases and cytokine clearance decreases in mice with bilateral nephrectomy Nephrol Dial Transplant 2012 27 12 4339 4347 22. Andres-Hernando A, Dursun B, Altmann C, Ahuja N, He Z, Bhargava R, et al. Cytokine production increases and cytokine clearance decreases in mice with bilateral nephrectomy, Nephrol Dial Transplant. 2012; 27(12):4339-4347. Chen J Hartono JR John R Bennett M Zhou XJ Wang Y Early interleukin 6 production by leukocytes during ischemic acute kidney injury is regulated by TLR4 Kidney Int 2011 80 5 504 515 23. Chen J, Hartono JR, John R, Bennett M, Zhou XJ, Wang Y, et al. Early interleukin 6 production by leukocytes during ischemic acute kidney injury is regulated by TLR4. Kidney Int. 2011; 80(5): 504-15. Monteiro MM Franca-Silva MS Alves NF Porpino SK Braga VA Quercetin improves baroreflex sensitivity in spontaneously hypertensive rats Molecules 2012 17 11 12997 3008 24. Monteiro MM, Franca-Silva MS, Alves NF, Porpino SK, Braga VA. Quercetin improves baroreflex sensitivity in spontaneously hypertensive rats. Molecules. 2012; 17(11): 12997-3008. Botelho-Ono MS Pina HV Sousa KH Nunes FC Medeiros IA Braga VA Acute superoxide scavenging restores depressed baroreflex sensitivity in renovascular hypertensive rats Auton Neurosci 2011 159 1-2 38 44 25. Botelho-Ono MS, Pina HV, Sousa KH, Nunes FC, Medeiros IA, Braga VA. Acute superoxide scavenging restores depressed baroreflex sensitivity in renovascular hypertensive rats. Auton Neurosci. 2011; 159(1-2): 38-44. Li Z Mao HZ Abboud FM Chapleau MW Oxygen-derived free radicals contribute to baroreceptor dysfunction in atherosclerotic rabbits Circ Res 1996 79 4 802 811 26. Li Z, Mao HZ, Abboud FM, Chapleau MW. Oxygen-derived free radicals contribute to baroreceptor dysfunction in atherosclerotic rabbits. Circ Res. 1996; 79(4): 802-11. Amini N Sarkaki A Dianat M Mard SA Ahangarpour A Badavi M The renoprotective effects of naringin and trimetazidine on renal ischemia/reperfusion injury in rats through inhibition of apoptosis and down regulation of micoRNA-10a Biom Pharmacother 2019 112 108568 108568 10.1016/j.biopha.2019.01.029 27. Amini N, Sarkaki A, Dianat M, Mard SA, Ahangarpour A, Badavi M. The renoprotective effects of naringin and trimetazidine on renal ischemia/reperfusion injury in rats through inhibition of apoptosis and down regulation of micoRNA-10a. Biom Pharmacother. 2019; 112: 108568. DOI: 10.1016/j.biopha.2019.01.029 Queiroz TM Guimaraes DD Mendes LG Junior Braga VA alpha-lipoic acid reduces hypertension and increases baroreflex sensitivity in renovascular hypertensive rats Molecules 2012 17 11 13357 67 28. Queiroz TM, Guimaraes DD, Mendes-Junior LG, Braga VA. alpha-lipoic acid reduces hypertension and increases baroreflex sensitivity in renovascular hypertensive rats. Molecules. 2012;17(11): 13357-67. Chapleau MW Cunningham JT Sullivan MJ Wachtel RE Abboud FM Structural versus functional modulation of the arterial baroreflex Hypertension 1995 26 2 341 347 29. Chapleau MW, Cunningham JT, Sullivan MJ, Wachtel RE, Abboud FM. Structural versus functional modulation of the arterial baroreflex. Hypertension. 1995;26 (2): 341–7. Ikemura M Sasaki Y Giddings JC Yamamoto J Preventive effects of hesperidin, glucosyl hesperidin and naringin on hypertension and cerebral thrombosis in stroke-prone spontaneously hypertensive rats Phytother Res 2012 26 9 1272 1277 30. Ikemura M, Sasaki Y, Giddings JC, Yamamoto J. Preventive effects of hesperidin, glucosyl hesperidin and naringin on hypertension and cerebral thrombosis in stroke-prone spontaneously hypertensive rats. Phytother Res. 2012; 26(9): 1272-7. Belardinelli R Solenghi M Volpe L Purcaro A Trimetazidine improves endothelial dysfunction in chronic heart failure: an antioxidant effect Eur Heart Journal 2007 28 9 1102 1108 31. Belardinelli R, Solenghi M, Volpe L, Purcaro A. Trimetazidine improves endothelial dysfunction in chronic heart failure: an antioxidant effect. Eur Heart Journal. 2007; 28(9):1102-8. Chi OZ Hunter C Liu X Tan T Weiss HR Effects of VEGF on the blood-brain barrier disruption caused by hyperosmolarity Pharmacology 2008 82 3 187 192 32. Chi OZ, HunterC, Liu X, Tan T, Weiss HR. Effects of VEGF on the blood-brain barrier disruption caused by hyperosmolarity. Pharmacology. 2008; 82(3):187-92. Sadik NA Mohamed WA Ahmed MI The association of receptor of advanced glycated end products and inflammatory mediators contributes to endothelial dysfunction in a prospective study of acute kidney injury patients with sepsis Mol Cell Biochem 2012 359 1-2 73 81 33. Sadik NA, Mohamed WA, Ahmed MI. The association of receptor of advanced glycated end products and inflammatory mediators contributes to endothelial dysfunction in a prospective study of acute kidney injury patients with sepsis. Mol Cell Biochem. 2012; 359(1-2): 73-81. Tso N Hsu HP Wu CM Liu CC Lei HY Tumour necrosis factor-α causes an increase in blood-brain barrier permeability during sepsis J Med Microbiol 2001 50 9 812 821 34. Tso N, Hsu HP, Wu CM, Liu CC, Lei HY. Tumour necrosis factor-α causes an increase in blood-brain barrier permeability during sepsis. J Med Microbiol. 2001;50(9): 812-21. Liu M Liang Y Chigurupati S Lathia JD Pletnikov M Sun Z Acute kidney injury leads to inflammation and functional changes in the brain J Am Soc of Nephrol 2008 19 7 1360 1370 35. Liu M, Liang Y, Chigurupati S, Lathia JD, Pletnikov M, Z Sun, et al. Acute kidney injury leads to inflammation and functional changes in the brain. J Am Soc of Nephrol. 2008;19(7): 1360-70. Prieto I Martinez JM Hermoso F Ramirez MJ Vargas F De Gasparo M Oral administration of losartan influences aminopeptidase activity in the frontal cortex Eur Neuropsychopharmacol 2000 10 4 279 282 36. Prieto I, Martinez JM, Hermoso F, Ramirez MJ, Vargas F, De Gasparo M, et al. Oral administration of losartan influences aminopeptidase activity in the frontal cortex. Eur Neuropsychopharmacol. 2000;10(4): 279-82. Zbarsky V Datla KP Parkar S Rai DK Aruoma OI Dexter DT Neuroprotective properties of the natural phenolic antioxidants curcumin and naringenin but not quercetin and fisetin in a 6-OHDA model of Parkinson's disease Free Radic Res 2005 39 10 1119 1125 37. Zbarsky V, Datla KP, Parkar S, Rai DK, Aruoma OI, Dexter DT. Neuroprotective properties of the natural phenolic antioxidants curcumin and naringenin but not quercetin and fisetin in a 6-OHDA model of Parkinson's disease. Free Radic Res. 2005; 39(10):1119-25. Tsai TH Determination of naringin in rat blood, brain, liver, and bile using microdialysis and its interaction with cyclosporin a, a p-glycoprotein modulator J Agric Food Chem 2002 50 23 6669 6674 38. Tsai TH. Determination of naringin in rat blood, brain, liver, and bile using microdialysis and its interaction with cyclosporin a, a p-glycoprotein modulator. J Agric Food Chem. 2002;50(23): 6669-74. Nongnuch A Panorchan K Davenport A Brain–kidney crosstalk Crit Care 2014 18 3 225 225 10.1186/cc13907 39. Nongnuch A, Panorchan K, Davenport A. Brain–kidney crosstalk. Crit Care. 2014;18(3): 225. doi: 10.1186/cc13907. Mattson MP Excitotoxic and excitoprotective mechanisms: abundant targets for the prevention and treatment of neurodegenerative disorders Neuromolecular Med 2003 3 2 65 94 40. Mattson MP. Excitotoxic and excitoprotective mechanisms: abundant targets for the prevention and treatment of neurodegenerative disorders. Neuromolecular Med. 2003; 3(2): 65-94. Fujii T Kurata H Takaoka M Muraoka T Fujisawa Y Shokoji T The role of renal sympathetic nervous system in the pathogenesis of ischemic acute renal failure Eur J Pharmacol 2003 481 2-3 241 248 41. Fujii T, Kurata H, Takaoka M, Muraoka T, Fujisawa Y, Shokoji T, et al. The role of renal sympathetic nervous system in the pathogenesis of ischemic acute renal failure. Eur J Pharmacol. 2003; 481(2-3):241-8. Kim J Padanilam BJ Renal denervation prevents long-term sequelae of ischemic renal injury Kidney Int 2015 87 2 350 358 42. Kim J, Padanilam BJ. Renal denervation prevents long-term sequelae of ischemic renal injury. Kidney Int. 2015; 87(2): 350-8. Mitaka C Si MK Tulafu M Yu Q Uchida T Abe S Effects of atrial natriuretic peptide on inter-organ crosstalk among the kidney, lung, and heart in a rat model of renal ischemia-reperfusion injury Intensive Care Med 2014 2 1 28 28 10.1186/s40635-014-00280028 43. Mitaka C, Si MK, Tulafu M, Yu Q, Uchida T, Abe S, et al. Effects of atrial natriuretic peptide on inter-organ crosstalk among the kidney, lung, and heart in a rat model of renal ischemia-reperfusion injury, Intensive Care Med. 2014;2(1):28. doi: 10.1186/s40635-014-0028-8. Amini N Dianat M Mard SA Ahangarpour A Badavi M Protective effects of naringin and trimetazidine on remote effect of acute renal injury on oxidative stress and myocardial injury through Nrf-2 regulation Pharmacol Rep 2019 71 6 1059 1066 44. Amini N, Dianat M, Mard SA, Ahangarpour A, Badavi M. Protective effects of naringin and trimetazidine on remote effect of acute renal injury on oxidative stress and myocardial injury through Nrf-2 regulation. Pharmacol Rep. 2019;71(6): 1059-1066. Original Article Naringin and Trimetazidine Improve Baroreflex Sensitivity and Nucleus Tractus Solitarius Electrical Activity in Renal Ischemia-Reperfusion Injury Amini Negin 1 2 Sarkaki Alireza 1 2 Dianat Mahin 1 2 Mard Seyyed Ali 1 2 Ahangarpour Akram 1 2 0000-0003-2290-8565 Badavi Mohammad 1 2 Ahvaz Iran Department of Physiology, School of Medicine, Ahvaz Jundishapur University of Medical Sciences, Ahvaz - Iran Ahvaz Iran The Persian Gulf Physiology Research Center, Research Institute of Basic Medical Sciences, Ahvaz Jundishapur University of Medical Sciences, Ahvaz - Iran Mailig Address: Mohammad Badavi • Ahvaz Jundishapur Univ Med Sci – Physiology - Dept. of Physiology, Faculty of Medicine Ahvaz Jundishapur University of Medical Sciences Ahvaz Khuzestan 6135733118 - Iran. E-mail: badavim@yahoo.com

Author Contributions

Conception and design of the research: Amini N, Sarkaki A, Badavi M; Acquisition of data: Amini N; Analysis and interpretation of the data: Amini N, Dianat M, Mard SA, Ahangarpour A, Badavi M; Statistical analysis and Writing of the manuscript: Amini N, Badavi M; Critical revision of the manuscript for intellectual content: Sarkaki A, Dianat M, Mard SA, Ahangarpour A, Badavi M.

Potential Conflict of Interest

No potential conflict of interest relevant to this article was reported.

 Abstract Background:

Nucleus tractus solitarius (NTS) is a brain area that plays a key role in kidney and cardiovascular regulation via baroreceptors impulses.

 Objectives:

The aim of this study was to evaluate the effect of naringin (NAR) and trimetazidine (TMZ) alone and their combination on NTS electrical activity and baroreceptor sensitivity (BRS) in renal ischemia- reperfusion (I/R) injury.

 Methods:

Forty male Sprague-Dawley rats (200- 250 g) were allocated into 5 groups with 8 in each. 1) Sham; 2) I/R; 3) TMZ 5 mg/kg; 4) NAR 100 mg/kg; and 5) TMZ5+ NAR100. The left femoral vein was cannulated to infuse saline solution or drug and the BRS was evaluated. I/R was induced by occlusion of renal pedicles for 45 min, followed by 4 hours of reperfusion. The NTS local electroencephalogram (EEG) was recorded before, during ischemia and throughout the reperfusion. Phenylephrine was injected intravenously to evaluate BRS at the end of reperfusion time. The data were analyzed by two-way repeated measurement ANOVA followed by Tukey's post hoc test. A p-value <0.05 was considered significant.

 Results:

NTS electrical waves did not change during ischemia time, while they significantly decreased during the entire reperfusion time. NTS electrical activity and BRS dramatically reduced in rats with I/R injury; however, administration of NAR, TMZ alone or their combination significantly improved these changes in rats with I/R injury.

 Conclusions:

The results showed that I/R injury leads to reduced BRS and NTS electrical activity and there may be an association between I/R and decreased BRS. In addition, NAR and TMZ are promising agents to treat I/R complications.

 Keywords: Renal ischemia-reperfusion injury Baroreflex sensitivity Nucleus tractus solitaries Naringin Trimetazidine Introduction

Acute kidney injury (AKI) is a major clinical problem with high prevalence that affects more than 50% of patients in the intensive care unit (ICU) and causes mortality > 60%.1,2 Renal ischemia/reperfusion (I/R) is one of the most important causes of AKI and the generation of reactive oxygen species (ROS) play an important role in I/R injury events.3

The overproduction of free radicals in the I/R injury induces apoptosis and, ultimately, cell death and organ dysfunction.3 Oxidative stress (reactive oxygen species over the antioxidant defense system) is known as a factor in I/R injury.3 Free oxygen radicals and ROS are transmitted through the bloodstream to distant organs and are considered as intermediate agents of damage to distant organs resulting from I/R.4,5

The Nucleus tractus solitarius (NTS) acts as the gateway to the central nervous system for sensory information entry, which plays an important role in cardiovascular regulation.6 Peripheral baroreceptors, chemoreceptors and renal sympathetic afferent nerves create the primary synapse in the NTS.7 Baroreceptor dysfunction leads to loss of regulation of blood pressure fluctuations and impaired baroreceptor reflex sensitivity (BRS), which is a well-known pathophysiological basis of cardiovascular disturbances.8 Available evidence indicates that NTS degradation leads to blood pressure alternations.7 Therefore, NTS is one of the main centers for BRS regulation.8

Naringin (4, 5, 7-trihydroxyflavanone-7-rhamnoglucoside, NAR) is a polyphenol compound, which is found mainly in grapefruit and a number of citrus plants. Antimicrobial, anti-mutagenic, anticancer, anti-inflammatory, free radical scavenging and antioxidant effects of NAR have been shown.9,10 The protective effects of NAR through the increased activity of antioxidant enzymes have been documented.9,10

Trimetazidine (1-[2, 3, 4-trimethoxybenzyl] piperazine dihydrochloride, TMZ) is an anti-ischemic drug used in unstable angina.11 The mitochondrial permeability transition pore (mPTP), located on the inner membrane of mitochondria plays a powerful role in the production of ROS and the onset of apoptosis following I/R injury.12 An experimental study documented that TMZ was able to inhibit mPTP and reduce the infarction size in myocardial I/R injury and caspase-3 activity.13 Moreover, the inhibition of lipid peroxidation by TMZ has been reported.14 The aim of this study was to evaluate the effect of NAR and TMZ alone and as a combined therapy on the local field electrical activity of the NTS at the local electroencephalography (EEG) and BRS sensitivity following renal I/R injury.

 Methods Drugs

TMZ, NAR, ketamine, xylazine and urethane were purchased from Sigma Co. USA. NAR and TMZ were dissolved in distilled water and urethane was dissolved in normal saline solution just before use.

 Animals

In current study, and according to our previous study and other similar ones, forty male Sprague-Dawley rats (weighing 200- 250 g) were purchased from an animal breeding and care center of Ahvaz Jundishapur University of Medical Sciences (AJUMS). All animals were housed in standard cages (4 in each cage) under controlled temperature (22 ± 2 °C), humidity (50-55%) and a 12-h light/dark cycle (lights on at 07:00 am), with free access to food chow pellets and tap water. The rats were simply and non-randomly allocated into five groups of eight animals in each. Groups: 1) Sham, 2) I/R, 3) TMZ 5 mg/kg; I/R rats received TMZ (5 mg/kg, iv) five minutes before reperfusion,15 4) NAR 100 mg/kg; I/R rats received NAR (100 mg/kg, i.p) once daily for seven days before I/R,10 and 5) TMZ 5 mg/kg + NAR 100 mg/kg; I/R rats received TMZ 5 mg/kg + NAR 100 mg/kg. Rats in sham and I/R groups received vehicle (sterile saline solution). Rats in the sham group were submitted to the same surgical procedure as the other groups, without the use of clamps and I/R induction.

 Stereotaxic surgery to implant electrode

A week prior to EEG recording, the rats were anesthetized with ketamine (50 mg/kg) and xylazine (5 mg/kg), intraperitoneally. The rats’ body temperature was maintained at 36.5±0.5 ° C using heating pads, with their heads mounted in a stereotaxic device (Narishige Co. Japan) for electrode implantation surgery. A coated stainless steel Teflon bipolar metal wire electrode (0.005” bare, 0.008” coated, A-M systems, Inc. WA) was implanted in the NTS with Paxinos and Watson stereotaxic atlas, with coordination of AP=-14.04 mm from bregma; ML= 0.4 mm, and DV=8 mm from the dura, correspondingly.16 All implants were fixed to the skull using dental acrylic cement and two small glass anchor bolts.

 Induction of renal ischemia/reperfusion (I/R)

Rats were kept in fasting condition overnight prior to the surgery (for at least 10 h) but had free access to water. At the day of surgery, the rats from each group were anaesthetized with urethane (1.7 g/kg, i.p).17 Then, the rats were placed on heating pads (Harvard Apparatus, UK) to keep the body temperature approximately at 37 ° C. Fifteen minutes after the anesthesia, the left femoral vein was catheterized using a polyethylene catheter (PE50) to infuse saline solution or TMZ and the left femoral artery was used to measure blood pressure and baroreflex sensitivity. The left and right kidneys were exposed through a midline incision. Bilateral ischemia was induced by occluding both renal pedicles using non-traumatic clamps for 45 min. After that, the clamps were removed and reperfusion continued for 4 hours.18

 Local EEG recording

The local field potentials (local EEG) from the rats’ NTS were fed to a ML135 bio amplifier (4-Channels data acquisition Power Lab. and Lab Chart software version 7, AD Instruments Co., Australia) with 1 mV amplification, 400 Hz sampling rate, and 0.3–70 Hz band pass filtration for 5 minutes. The basic 5-sec EEG variation period were compared in all groups. The electrical power of frequency bands were measured as mV2/Hz. The local EEG recording was performed before ischemia for 45 min, during ischemia and reperfusion time, correspondingly.

 Mean arterial pressure measurement

The mean arterial pressure was recorded through the catheterization of the left femoral artery that connected to a pressure transducer and monitored by a Power Lab System (AD Instruments, Australia), before ischemia for 20 min for adaptation, during ischemia and reperfusion time.

 Baroreflex sensitivity

In all groups, at the end of reperfusion period, intravenous injections of phenylephrine (10 to 20 µg/kg) were performed and the changes in blood pressure and heart rate were recorded using pressure transducer and monitored and recorded on PC, using Lab Chart software. There were 15 minute-intervals for recovery between drug injections to reach the previous level of blood pressure. For each injection, the maximum amplitude of the resulting pressure and bradycardia were used to calculate the mean arterial pressure (ΔMAP) and heart rate changes (ΔHR). The ratio of ΔHR change to ΔMAP change was used as the BRS index.19

 Statistical analysis

The data obtained for mean arterial pressure, heart rate and local EEG were analyzed with two-way repeated measurement ANOVA followed by Tukey's test as a post hoc test for multiple comparisons using Prism software, version 6.0 (San Diego, CA). The data were expressed as the mean and standard deviation (SD). P-values < 0.05 were considered as significant differences.

 Results The effect of NAR, TMZ or their combination on NTS local field electrical activity

There were no significant alterations in NTS electrical power during pre-I/R and 45-minute ischemia period. However, NTS electrical power was dramatically decreased during the entire 1st, 2nd, 3rd and 4th hours of reperfusion period in the I/R group compared with sham rats. On the other hand, the administration of NAR and TMZ alone or in combination improved its power compared with the I/R group (Table 1).

Effect of Naringin (NAR), Trimetazidine (TMZ) or their combination pretreatment on NTS electrical activity following renal I/R injury
Groups EEG Power (mV2/Hz)
Pre-IR Ischemia Reperfusion Time (h)
1st 2nd 3rd 4th
Sham 0.723 ± 0.117 0.675 ± 0.126 0.699 ± 0.116 0.68 ± 0.104 0.673 ± 0.104 0.695 ± 0.13
IR 0.725 ± 0.081 0.652 ± 0.052 0.635 ± 0.095*** 0.61 ± 0.082*** 0.587 ± 0.042*** 0.592 ± 0.025***
NAR 0.705 ± 0.034 0.653 ± 0.051 0.673 ± 0.029 0.65 ± 0.033# 0.63 ± 0.041# 0.646 ± 0.038##
TMZ 0.712 ± 0.067 0.668 ± 0.085 0.673 ± 0.073 0.65 ± 0.069# 0.632 ± 0.054# 0.637 ± 0.069#
NAR+TMZ 0.75 ± 0.07 0.65 ± 0.069 0.673 ± 0.064 0.65 ± 0.047# 0.627 ± 0.049# 0.64 ± 0.053##

Data were represented as mean ± SD (n=8). Sham (sham operated group), I/R (Ischemia-reperfusion + normal saline), NAR (I/R + NAR 100 mg/kg, i.p, for one week), TMZ (I/R + TMZ 5 mg/kg, iv, before reperfusion). NAR + TMZ, combination of NAR and TMZ. Repeated measure-Two-way ANOVA followed by Tukey's post hoc test.

p<0.001, vs. sham group.

p<0.05,

p<0.01, vs. I/R group.

 Effect of NAR and TMZ on heart rate and arterial pressure

Renal I/R injury significantly reduced the heart rate, while pretreatment with NAR, TMZ or their combination somewhat restored the heart rate to the normal values (Figure 1). Regarding the mean arterial pressure, the results showed no differences between the different groups (Figure 2).

Effect of Naringin (NAR), Trimetazidine (TMZ) or their combination pretreatment on heart rate, following renal I/R (I/R). Data were represented as mean ± SD (n=8). Sham (sham operated group), I/R (Ischemia-reperfusion + normal saline), NAR (I/R + NAR 100 mg/kg, i.p, for one week), TMZ (I/R + TMZ 5 mg/kg, iv, before reperfusion). NAR + TMZ combination of NAR and TMZ. Repeated measure-Two-way ANOVA followed by Tukey's post hoc test. *p<0.05, vs. sham group. Effect of Naringin (NAR), Trimetazidine (TMZ) or their combination pretreatment on mean arterial pressure following renal I/R (I/R). Data were represented as mean ± SD (n=8). Sham (sham operated group), I/R (Ischemia-reperfusion + normal saline), NAR (I/R + NAR 100 mg/kg, i.p, for one week), TMZ (I/R + TMZ 5 mg/kg, iv, before reperfusion). NAR + TMZ, combination of NAR and TMZ. Repeated measure-Two-way ANOVA followed by Tukey's post hoc test. Effect of NAR and TMZ on BRS

As shown in figure 3, BRS was significantly reduced in the I/R injury group when compared to the sham group. However, the administration of NAR or TMZ restored it; so there was no difference between the sham, NAR and TMZ groups; however, their combination increased the BRS more significantly.

Effect of Naringin (NAR), Trimetazidine (TMZ) or their combination pretreatment on baroreceptor sensitivity (ΔHR/ΔMAP)) following renal I/R (I/R). Data were represented as mean ± SD (n=8). Sham (sham operated group), I/R (Ischemia-reperfusion + normal saline), NAR (I/R + NAR100 mg/kg, i.p, for one week), TMZ (I/R + TMZ 5 mg/kg, iv, before reperfusion). NAR + TMZ, combination of NAR and TMZ. Repeated measure-Two-way ANOVA followed by Tukey's post hoc test. *p<0.05, ***p<0.001, vs. sham group, #p< 0.05 vs. I/R group. Discussion

The findings of the current study demonstrated that the I/R injury weakened NTS electrical activity and BRS. However, changes in brain waves after I/R showed that NTS electrical activity was suppressed and these changes were affected by possible heart and kidney dysfunction. Subsequent abnormal NTS electrical activity can further impair cardiac function and aggravate ischemic complications in renal function. On the other hand, pre-treatment with NAR and TMZ alone restored gamma and delta electrical powers, while its combination with TMZ improved all other NTS recorded electrical waves and also restored BRS. The afferent inputs of baroreceptors are primarily received in the NTS, which has a neuronal complex relationship with other areas of the central nervous system and the vasomotor area (the ambiguous core and rostral ventrolateral medulla).20 Various studies have shown that diseases such as diabetes, hypertension, and renal failure mediated by oxidative stress can weaken the BRS.21 Acute kidney injury (AKI) increases the production of anti-inflammatory cytokines, and reduces the clearance of cytokines, thus leading to increased systemic inflammatory responses.22,23(19, 20) A previous study has shown a relative correlation between baroreceptor dysfunction and oxidative stress.24 Other studies showed that antioxidants can improve BRS in various experimental models.25 On the other hand, it was found that the administration of free radical scavengers, such as superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT) in rabbits suffering from atherosclerosis was able to improve baroreceptor function, indicating the inhibition of ROS effect on the baroreceptor performance.26

In the present study, NAR and TMZ alone or in combination improved baroreceptor sensitivity, which may have occurred due to their antioxidant effects through lipid peroxidation scavenging. Our previous study has shown that NAR, TMZ or their combination can reduce glomerular dysfunction by enhancing antioxidant capacity and reducing the microRNA-10a level.27 In line with this study and other previous findings, BRS is attenuated by oxidative stress, and polyphenol compounds improve it by scavenging free radicals.28 In addition, extensive evidence indicated that I/R led to the reduction of nitric oxide synthesis, which is a major contributor of endothelial dysfunction, followed by baroreceptor dysfunction.29 In this regard, NAR improves endothelial dysfunction by synthesizing and increasing nitric oxide bioavailability.30 In a human study, it has also been shown that TMZ improved endothelial dysfunction in chronic heart failure by reducing lipid peroxidation levels.31 An experimental study showed that TMZ reduced malondialdehyde, a renal oxidative injury index in a renal I/R injury model.14 TMZ stimulates glucose oxidation by reducing the oxidation of beta-fatty acids, which leads to the production of ATP with less oxygen consumption.11

The results of this study showed BRS improvement with NAR and TMZ pretreatment in I/R. Although the precise mechanism of the antioxidant effects of NAR and TMZ on BRS is unclear in renal I/R, it is possible that NAR, TMZ or their combination increase BRS in renal I/R by improving the autonomic nervous system function. Recently, it has been shown that the administration of antioxidants can improve BRS by improving autonomic function.24 The central mechanisms of NAR and TMZ need to be clarified in further studies on the autonomic nervous system function.25

The reduction in renal function leads to the accumulation of toxins and increased serum osmolality, which can directly stimulate vascular endothelial growth factor synthesis. In addition, the increase in ROS production leads to endothelial damage and permeability of the blood-brain barrier (BBB).32,33 Several lines of studies have shown that BBB performance was disrupted in experimental models of AKI indicated by Evans blue dye over the permeability into the brain tissue.34,35 On the other hand, experimental inflammatory models induced by alpha tumor necrosis factor (TNF-α) abnormally increases the permeability of the BBB. These experimental studies support the idea that inflammation associated with AKI elevates the inflammatory cytokines in the bloodstream and this can impair BBB permeability.36 Extensive evidence showed that NAR is a potent antioxidant that crosses the BBB and reduces inflammatory factors to protect the brain.37,38 A sudden drop in kidney function leads to toxin accumulation and increased serum osmolality, which can increase ROS, resulting in endothelial injury, BBB and brain transmitter disruption.39

An experimental study showed that cerebral I/R injury results in changes in cardiac electrophysiological parameters, as well as reduction in NTS electrical activity. However, the administration of anti-oxidants prevented these complications.16 The reduction in oxygen availability to the neuronal system, followed by the ruptured blood vessels, led to a cascade of events, including activation of glutamate receptors and Ca2+ influx.40 The activation of glutamate receptors caused an increase in cytoplasmic Ca2+ concentrations, as the result of Ca2+ influx through α-amino-3-hydroxy-5-methylisoxazole- 4-propionate (AMPA) and N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor channels, and voltage-dependent Ca2+ channels (VDCC). The opening of inotropic glutamate receptors, and the consequent influx of Na+ and Ca2+, is identified as the first stages in the excitotoxic process.40

Another experimental study showed that AKI induced by renal I/R led to renal dysfunction and increased renal sympathetic nerve activity and increased norepinephrine concentrations, indicating the role of the sympathetic nervous system in the development of AKI.41 Recently, the role of renal nerves in the renal I/R model showed that renal sympathetic nerve denervation improved renal function, reduced the response of inflammatory factors and apoptosis without changes in blood pressure.42 While Mitaka et al. showed that renal I/R led to a reduction in blood pressure and no changes in heart rate, which is opposed to the results of this study.43 This controversy may be related to the experimental model, the animal species and the reperfusion period. Our previous study indicated that renal I/R injury result in kidney dysfunction and myocardial injury and pre-treatment with NAR and TMZ alone or their combination might have a protective role on the remote effect of AKI on oxidative stress and myocardial injury through Nrf-2 regulation.44

Limitations

This study had some limitations. Firstly because it is part of a Ph.D. thesis, including financial and time limitations. Therefore, we could not identify some parameters such as brain histology and measurement of molecular and antioxidant parameters in the brain tissue. Our aim was to investigate BRS and NTS activity in the AKI model.

 Conclusion

Our findings, along with other research findings, are in line with the present study, which suggest the reduction in renal function due to renal I/R injury, leading to a reduction in BRS and NTS electrical activity. Probably, there is an association between renal function reduction and BRS decrease, although NAR and TMZ alone or their combination improved the BRS and the NTS electrical activity. However, it can be hoped that these antioxidant agents can be used to prevent renal I/R complications in areas beyond the injury site.

Sources of Funding

This study was funded by The Persian Gulf Physiology Research Center of Ahvaz Jundishapur University of Medical Sciences.

Study Association

This article is part of the thesis of Doctoral submitted by Negin Amini, from Ahvaz Jundishapur University of Medical Sciences.

Ethics approval and consent to participate

This study was approved by the Ethics Committee of the Ahvaz Jundishapur University of Medical Sciences under the protocol number IR.AJUMS.REC.1395.149. All the procedures in this study were in accordance with the 1975 Helsinki Declaration, updated in 2013.

 Acknowledgments

This article is a part of Ms. Negin Amini's Ph.D. thesis, who is a student at Ahvaz Jundishapur University of Medical Sciences. This work was supported by the Persian Gulf Physiology Research Center of Ahvaz Jundishapur University of Medical Sciences. The authors gratefully acknowledge the help and financial support of the Persian Gulf Research Center of Ahvaz Jundishapur University of Medical Sciences.