PMC

Diskuse

Tato studie poprvé ukazuje, že dlouhodobá konzumace energetických nápojů, samostatně nebo v kombinaci s etanolem, způsobuje biochemické a ultrastrukturální změny v srdečním svalu.

Naše výsledky odhalily, že Red Bull i etanol zvyšují koncentraci glukózy a glykogenu v myokardu. Ve skupině RB bylo zvýšení koncentrace glukózy a glykogenu způsobeno dvěma složkami ED, kofeinem a taurinem. Za normálních okolností kofein způsobuje uvolňování vápníku z intracytoplazmatických zásob (22) a aktivuje AMPK prostřednictvím vápník/kalmodulin-dependentní proteinkinázy kinázy-β (CaMKK) (23). AMPK podporuje příjem a využití glukózy v kardiomyocytech (24). Kromě toho AMPK buď inhibuje syntézu glykogenu prostřednictvím fosforylace glykogen syntázy, nebo aktivuje degradaci glykogenu prostřednictvím fosforylace glykogen fosforylázy (25). Chronická aktivace AMPK, k níž pravděpodobně došlo v naší studii, však může zvýšit syntézu glykogenu zvýšením příjmu glukózy a tvorby glukóza-6-fosfátu. To vyvolává alosterickou aktivaci glykogen syntázy, která může překonat inhibiční fosforylaci AMPK (26). Navíc bylo zjištěno, že taurin zvyšuje příjem glukózy, glykolýzu a syntézu glykogenu v srdci dospělých potkanů (27).

V naší studii vedl etanol k mírnému zvýšení koncentrace glukózy a glykogenu. Etanol snižuje citlivost na inzulín, která je v srdečním svalu zprostředkována tumor nekrotizujícím faktorem-α (TNFα) a/nebo interleukinem-6 (IL-6), což vyvolává aktivaci Jun N-terminálních kináz, které inhibují signální dráhu Akt-AS160-GLUT4 (28). Koncentrace glukózy by se tak měla snížit. Vysvětlení těchto výsledků nemůžeme poskytnout a v literatuře neexistuje žádná studie na toto téma. Ultrastrukturální změny zobrazené na obrázku 4 nás však vedly k úvaze, že Krebsův cyklus nefungoval správně, a v důsledku toho byl ovlivněn metabolismus glukózy v myokardu.

Kombinované podávání Red Bullu a etanolu vedlo k významnému zvýšení koncentrace glukózy, což se očekávalo, protože nezávislé podávání každé z těchto složek zvýšilo koncentraci glukózy v myokardu.

Glykogen je důležitou molekulou pro normální fungování myokardu. Je nezbytný pro ontogenetický vývoj srdce, protože dodává potřebnou energii pro růst a vývoj orgánu (29). Ve zralém orgánu se glykogen nachází v malém množství a dodává energii excito-vodivému systému. Velké množství glykogenu je prospěšné pouze za ischemických podmínek (30). Hromadění glykogenu v myokardu podporuje výskyt preexcitačního syndromu (31). Několik studií uvádí souvislost ED a/nebo alkoholu s výskytem negativních účinků na kardiovaskulární úrovni (palpitace, srdeční arytmie, hypertenze a dokonce náhlá srdeční smrt) (2, 32); nelze tedy vyloučit, že tyto účinky souvisely s akumulací glykogenu v myokardu.

Koncentrace cholesterolu se významně snížila u všech skupin. Tento účinek může být zase příčinou dysfunkcí myokardu, které byly zaznamenány při chronické konzumaci ED a alkoholu. Úlohou cholesterolu je zpevňovat buněčné membrány a udržovat tvar buněk tím, že vytváří „můstky“ (lipidové rafty) v oblastech, kde jsou exprimovány membránové proteiny (33). Kromě toho cholesterol řídí fluiditu membrán, a proto hraje důležitou roli poměr cholesterolu a fosfolipidů (34). Molární poměr cholesterolu a fosfolipidů v plazmatických membránách se obvykle udržuje těsně pod jednotkou (35). Snížení koncentrace cholesterolu proto může vést k destabilizaci membrán, což může následně ovlivnit buněčný metabolismus v myokardu.

Snížení koncentrace cholesterolu vyvolané přípravkem Red Bull mohlo být způsobeno zvýšeným obsahem taurinu a/nebo niacinu přítomných v ED. Tato změna je do jisté míry očekávaná, protože taurin i niacin se používají v prevenci a léčbě aterosklerózy (36, 37). Přesněji řečeno, taurin snižuje sérový cholesterol (38) a niacin snižuje sérový cholesterol a triglyceridy a zvyšuje koncentraci HDL (39).

Snížení cholesterolu v myokardu po chronické léčbě etanolem zaznamenali také Godfrey et al (40) a Hu et al (41), ale nikdo tyto výsledky nikdy nevysvětlil a fyziologický význam tohoto jevu není znám.

Kombinované podávání Red Bullu a etanolu vyvolalo ještě větší snížení cholesterolu v myokardu než nezávislé podávání obou složek.

Naše výsledky ukazují mírné zvýšení koncentrace bílkovin v myokardu u všech léčených skupin, přičemž u skupiny E bylo významné. Mírné zvýšení koncentrace bílkovin pozorované po podání přípravku Red Bull by mohlo být způsobeno vysokým obsahem vitaminu B6. Dávka Red Bullu prodávaného v Rumunsku obsahuje 250 % doporučené denní dávky B6. Vitamin B6 je nezbytným kofaktorem pro fungování více než 140 enzymů potřebných pro syntézu, degradaci a interkonverzi aminokyselin (42).

Vysvětlením výrazného zvýšení koncentrace bílkovin ve skupině E pozorovaného v naší studii by mohla být tvorba proteinových aduktů. Výzkum ukázal, že alkohol způsobuje akumulaci proteinových aduktů v jaterních, nervových a svalových tkáních, což zhoršuje toxicitu etanolu v těchto tkáních (43). Ve studii Worrall et al. (44) bylo v srdeční tkáni potkanů po 6 týdnech léčby alkoholem zjištěno zvýšené množství proteinových aduktů redukovaného acetaldehydu, neredukovaného acetaldehydu a malondialdehyd-acetaldehydu. Předchozí studie navíc ukázala, že adukty tvořené acetaldehydem s proteiny stimulují tvorbu mRNA zodpovědné za syntézu kolagenu a expresi proteinů pojivové tkáně (45).

Aktivity AST a ALT se po všech léčbách zvýšily v myokardu a snížily v séru. Podle ultrastrukturálních změn způsobených Red Bullem a etanolem se očekávalo zvýšení aktivit těchto markerů membránové integrity v séru. Naše výsledky jsou však v souladu s výsledky Mihailovice et al. (46), kteří zaznamenali zvýšení aktivity AST při nezměněné aktivitě ALT v srdečním svalu po desetidenní léčbě etanolem. Naše výsledky ukazují, že Red Bull měl stejné škodlivé účinky jako etanol, přinejmenším v srdečním svalu. Kombinace Red Bullu a etanolu měla navíc synergické a/nebo komplementární účinky na aktivitu AST.

Nejzávažnější ultrastrukturální změny pozorované v srdeční tkáni potkanů léčených etanolem (obr. 4c a a4d)4d) jsou ty, které ukazují na vznik alkoholové kardiomyopatie. Jak upozorňují De Leiris et al (47), u lidí a zvířecích modelů vystavených chronické konzumaci etanolu dochází k funkčním a strukturálním změnám srdeční tkáně. Oxidační stres vyvolává peroxidaci lipidů, oxidaci proteinů, snižuje obsah GSH v mitochondriích a narušuje homeostázu vápníku, což zhoršuje kontraktilitu srdečního svalu. Organely také vykazují změněnou strukturu s dezorganizovanými kristami, což vede ke změně oxidačního metabolismu. Vynikající práce Tsiplenkova et al. (48) podává podrobný soupis poškození způsobených etanolem u alkoholické kardiomyopatie, jako je změna mitochondriálních membrán včetně nabobtnání organel a ztráty krist. Tito autoři také zaznamenali zvýšení počtu mitochondrií u myocytů, u nichž byl prostor obsazený mitochondriemi větší než prostor obsazený myofibrilami. To je v souladu s naším pozorováním zvětšených intermyofibrilárních prostorů vyplněných mitochondriemi. Zajímavé je, že jsme také zjistili, že populace subsarkolemálních mitochondrií byla snížena, zatímco byly přítomny četné lyzující oblasti.

Kromě toho jsme zaznamenali depozita kolagenu v mezibuněčném prostoru, což u lidských pacientů s alkoholovou kardiomyopatií zaznamenali také Urbano-Marquez a Fernandez-Sola (49).

Zda takto změněné kardiomyocyty mohou končit apoptózou nebo nekrózou, zůstává nejasné; zdá se však, že apoptóza, nebo dokonce kombinace apoptózy a nekrózy, způsobuje ztrátu myocytů u alkoholické kardiomyopatie (50).

Zatímco změny kardiomyocytů vyvolané konzumací alkoholu jsou dobře zdokumentovány, důkazů týkajících se ultrastrukturálních změn vyvolaných ED v srdečním svalu je velmi málo, pokud vůbec nějaké. V některých myocytech skupiny RB vykazovalo uspořádání myofibril volnou strukturu a prostor mezi nimi byl obsazen několika velkými (nabobtnalými) mitochondriemi vykazujícími řídkou matrix a rozšířené kristy, což vedlo k předpokladu, že byl ovlivněn oxidativní metabolismus. Všechny tyto morfologické změny korelovaly s naměřenými biochemickými změnami koncentrací glukózy, glykogenu a cholesterolu a aktivit AST a ALT zaznamenanými v naší studii. Přehnanou proliferaci mitochondrií („mitochondriózu“) mezi zúženými myofibrilami jako rys alkoholické kardiomyopatie uvádí také Tsiplenkova et al (48).

V myocytech skupiny RBE byl kumulativní účinek ED a etanolu ještě dramatičtější, s nárůstem ploch lýzy, většinou myofibril bez pravidelného (paralelního) uspořádání, myofibrilami s částí z nich fragmentovanými a několika mitochondriemi s řídkými strukturami a dilatovanými kristami. V intermyofibrilárních prostorech byly přítomny četné vezikuly, pravděpodobně vyplněné glykogenem, jak bylo již dříve popsáno (49) u alkoholické kardiomyopatie. Tyto strukturální změny rovněž podporují biochemické změny naměřené v naší studii. Některé myocyty měly hypochromní jádra s nepravidelnými okraji a interkalární disky byly fragmentované a dehiscentní.