Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/86266
Title: Efeitos do sumo de mirtilo na evolução da disfunção hepática num modelo animal de pré-diabetes
Other Titles: Effects of blueberry juice on the evolution of hepatic dysfunction in an animal model of prediabetes
Authors: Castela, Ana Catarina Oliveira 
Orientador: Rolo, Anabela Pinto
Reis, Flávio Nelson Fernandes
Keywords: pré-diabetes; modelo animal de dieta hipercalórica; disfunção hepática; dinâmica mitocondrial; sumo de mirtilo; prediabetes; animal model of hypercaloric diet; hepatic dysfunction; mitochondrial dynamics; blueberry juice
Issue Date: 18-Sep-2018
Serial title, monograph or event: Efeitos do sumo de mirtilo na evolução da disfunção hepática num modelo animal de pré-diabetes
Place of publication or event: Departamento de Ciências da Vida, FCTUC
Abstract: Em conjunto com os dados epidémicos da diabetes mellitus do tipo 2 (DMT2), também a prevalência da pré-diabetes tem vindo a aumentar, nomeadamente em Portugal, onde em 2015 atingiu um valor estimado de 27,4% da população adulta. A pré-diabetes, descrita como um estado de elevado risco para o desenvolvimento de DMT2, é, sem dúvida, uma fase privilegiada para implementar estratégias para prevenção da progressão da doença, reduzindo o risco de complicações a longo prazo.A esteatose hepática, caracterizada essencialmente por uma marcada acumulação lipídica no tecido hepático, é muito frequente na DMT2 (40-70%), onde assume geralmente a forma de doença do fígado gordo não alcoólico. Esta condição tem um forte impacto ao nível da mitocôndria dos hepatócitos, responsáveis pela produção de cerca de 90% de ATP consumido pela célula, desempenhando um papel central em diversas funções, incluindo no metabolismo glicídico e lipídico. É hoje perfeitamente reconhecida a importância crucial de uma dieta saudável na prevenção e/ou tratamento de várias doenças, nomeadamente as metabólicas. O mirtilo (Vaccinium spp) é um fruto rico em compostos bioativos, incluindo fenólicos, que conferem inúmeros efeitos benéficos, nomeadamente em distúrbios metabólicos, devido à sua elevada capacidade antioxidante e às propriedades anti-inflamatórias e sensibilizadoras da insulina. Existem estudos, tanto em animais como em humanos, que avaliaram o efeito dos mirtilos na DMT2, contudo, os mecanismos celulares associados às suas propriedades benéficas, nomeadamente em situações mais precoces de doença (pré-diabetes), ainda não estão completamente elucidados.A hipótese deste estudo experimental é a de que num estado de pré-diabetes induzido por uma dieta hipercalórica (HC) existem já alterações hepáticas, para as quais os desequilíbrios da bioenergética mitocondrial são de extrema relevância. Equaciona-se ainda a possibilidade do sumo de mirtilo poder ser uma abordagem terapêutica (nutracêutica) segura e eficaz na prevenção da evolução da doença. Assim, o principal objetivo foi avaliar o seu efeito num modelo animal de pré-diabetes induzido por uma dieta HC, com destaque para a disfunção e lesão do tecido hepático, em particular para a bioenergética e dinâmica mitocondrial.Foram utilizados ratos Wistar machos, divididos em 4 grupos, durante 23 semanas: Controlo, submetido a água e ração padrão; Mirtilo, tratado com sumo de mirtilo (25g/kg/dia) entre as semanas 9 e 23; Pré-diabético com dieta HC, mantido com sacarose (35%) na bebida durante as primeiras 9 semanas, somando-se a esta dieta uma ração rica em gordura (60%) nas 14 semanas seguintes; e Pré-diabético tratado com sumo de mirtilo (HC+M), submetido ao mesmo protocolo mas tratado com sumo de mirtilo entre as semanas 9 e 23.Os nossos resultados mostraram que este modelo pré-diabético de 23 semanas de dieta hipercalórica (grupo HC) origina aumento do peso corporal, hiperglicemia pós-prandial (normoglicemia em jejum), redução da tolerância à glicose, hiperinsulinemia pós-prandial, resistência à insulina, hipertrigliceridemia e aumento do estado oxidativo em soro. Para além disso, observou-se a presença de esteatose hepática focal, para além de diversas alterações relacionadas com a bioenergética mitocondrial do hepatócito, incluindo perturbações ao nível do potencial transmembranar (aumento da lag-phase, indicativo de alterações a nível do sistema fosforilativo), aumento da respiração mitocondrial, diminuição da permeabilidade mitocondrial e um aumento da expressão proteica de COXIV (indicativa da existência de alterações ao nível do sistema de fosforilação oxidativa mitocondrial). A adição de sumo de mirtilo à dieta hipercalórica (grupo HC+M) foi capaz de prevenir o desenvolvimento de grande parte destas modificações metabólicas induzidas pela dieta. Especificamente, melhorou a sensibilidade à insulina, a tolerância à glicose e o perfil antioxidante no soro, preveniu a hipertrigliceridemia e, para além disso, atenuou as alterações hepáticas, tanto a nível da esteatose focal como dos processos associados à dinâmica mitocondrial.Em conclusão, uma dieta hipercalórica, constituída por elevados teores de lípidos (60%) e de hidratos de carbono (35% de sacarose) induziu uma condição de pré-diabetes e disfunção/lesão hepática precoce. O tratamento simultâneo com sumo de mirtilo preveniu a evolução destas alterações induzidas pela dieta, por mecanismos hipoteticamente relacionados com o seu efeito sensibilizador da insulina, pelas suas propriedades antioxidantes ou ainda através de preservação da eficiência mitocondrial a nível do hepatócito. Contudo, serão necessários estudos adicionais, incluindo a avaliação de outros tempos de exposição, outras doses de sumo de mirtilo e/ou dos seus principais componentes, bem como análise de outros marcadores, para melhor compreensão dos mecanismos celulares e moleculares subjacentes aos efeitos do sumo de mirtilo nesta fase da pré-diabetes.
Along with the epidemic data of type 2 diabetes mellitus (T2DM), the prevalence of prediabetes has also been increasing, namely in Portugal, where in 2015 it reached an estimated rate of 27.4% of the adult population. Prediabetes, described as a state of high risk for the development of T2DM, is certainly a privileged phase to implement strategies for preventing the progression of disease, reducing the risk of long-term complications.Hepatic steatosis, mainly characterized by marked lipid accumulation in hepatic tissue, is a very common condition in T2DM (40-70%), where it usually takes the form of non-alcoholic fatty liver disease. This condition has a strong impact on the hepatic mitochondria, which are responsible for the production of over 90% of the ATP consumed by the cell, with a central role in several functions, including glucose and lipid metabolism.The crucial importance of a healthy diet in the prevention and/or treatment of various diseases, including metabolic disorders, is now well recognized. Blueberry (Vaccinium spp) is a fruit rich in bioactive compounds, including phenolics ones, which confer numerous beneficial effects, namely in metabolic disorders, due to its high antioxidant capacity and its anti-inflammatory and insulin-sensitizing properties. There are several studies, both in animals and in humans, that evaluated the effect of blueberries on T2DM, however, the cellular mechanisms associated with its beneficial properties, namely in earlier disease situations (prediabetes), are still not completely elucidated.The hypothesis of this experimental study is that in a prediabetes state induced by a hypercaloric diet (HC) there are already hepatic changes, for which the imbalances of mitochondrial bioenergetics are of the utmost relevance. In addition, it is envisaged the possibility of blueberry juice may be a safe and effective non-pharmacological therapeutic approach (nutraceutical) for the prevention of disease progression. In this sense, the main objective of this work was to evaluate its effect on an animal model of prediabetes induced by an HC diet, highlighting the dysfunction and damage of hepatic tissue, with a particular focus on bioenergetics and mitochondrial dynamics.Male Wistar rats, divided into 4 groups, were used for 23 weeks: Control, submitted to water and standard chow; Blueberry, treated with blueberry juice (25g/kg/day) between weeks 9 and 23; Prediabetic with HC diet, maintained with sucrose solution (35%) into the beverage during the first 9 weeks, adding to this a high fat diet (60%) in the following 14 weeks; and prediabetic treated with blueberry juice (HC+M), submitted to the same protocol but treated with blueberry juice between weeks 9 and 23.Our results showed that this prediabetic model induced by 23 weeks of hypercaloric diet (HC group) leads to an increase of body weight, postprandial hyperglycemia (with fasting normoglycemia), impaired glucose tolerance, postprandial hyperinsulinemia, insulin resistance, hypertriglyceridemia and increased oxidative status in serum. Moreover, the presence of focal hepatic steatosis was observed, in addition to several changes related with hepatic mitochondrial bioenergetics, including impairment of the transmembrane potential (prolonged lag-phase, an indicative of changes in the phosphorylative system), increased mitochondrial respiration, decreased mitochondrial permeability, and increased protein expression of COXIV (indicative of changes in the mitochondrial oxidative phosphorylation system). The addition of blueberry juice to the HC (HC+M group) was able to prevent the development of most of these metabolic changes induced by diet. In particular, it improved insulin sensitivity, glucose tolerance and serum antioxidant profile, prevented hypertriglyceridemia and, in addition, attenuated the hepatic changes, both within the focal steatosis and beyond the processes associated with mitochondrial dynamics.In conclusion, a hypercaloric diet, containing high content of lipids (60%) and carbohydrate (35% sucrose), induced a condition of prediabetes and early hepatic liver dysfunction/injury. The concomitant treatment with blueberry juice prevented the evolution of these changes induced by diet, by mechanisms hypothetically related to its insulin sensitizing effect, by its antioxidant properties or through the preservation of mitochondrial efficiency at the hepatocyte level. However, further studies, including the evaluation of other exposure times, other doses of blueberry juice and/or its major bioactive compounds, as well as the analysis of other markers, will be required to better understand the cellular and molecular mechanisms underlying the effects of blueberry juice at this stage of prediabetes.
Description: Dissertação de Mestrado em Bioquímica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
URI: http://hdl.handle.net/10316/86266
Rights: embargoedAccess
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