PMC

Előadás

Ez a tanulmány mutatja be először, hogy az ED-k hosszú távú fogyasztása, külön-külön vagy etanollal kombinálva, biokémiai és ultrastrukturális változásokat okoz a szívizomban.

Eredményeink szerint a Red Bull és az etanol egyaránt növelte a glükóz és a glikogén koncentrációját a szívizomban. Az RB csoportban a glükóz- és glikogénkoncentráció növekedését az ED két összetevője, a koffein és a taurin okozta. Normális esetben a koffein kalcium felszabadulását okozza az intracitoplazmatikus raktárakból (22) és aktiválja az AMPK-t a kalcium/kalmodulinfüggő protein kináz kináz-β (CaMKK) (23) révén. Az AMPK elősegíti a glükóz felvételét és felhasználását a kardiomiocitákban (24). Emellett az AMPK vagy gátolja a glikogénszintézist a glikogénszintáz foszforilációján keresztül, vagy aktiválja a glikogénlebontást a glikogénfoszforiláz foszforilációján keresztül (25). Az AMPK krónikus aktiválása azonban, ahogyan az valószínűleg a mi vizsgálatunkban is történt, növelheti a glikogénszintézist a glükózfelvétel és a glükóz-6-foszfát képződésének fokozásával. Ez a glikogén-szintáz alloszterikus aktivációját indukálja, amely leküzdheti az AMPK gátló foszforilációját (26). Emellett arról is beszámoltak, hogy a taurin növeli a glükózfelvételt, a glikolízist és a glikogénszintézist felnőtt patkányok szívében (27).

Vizsgálatunkban az etanol a glükóz- és glikogénkoncentráció enyhe emelkedéséhez vezetett. Az etanol csökkenti az inzulinérzékenységet, amit a szívizomban a tumor nekrózis faktor-α (TNFα) és/vagy az interleukin-6 (IL-6) közvetít, ami a Jun N-terminális kinázok aktiválódását indukálja, ami gátolja az Akt-AS160-GLUT4 jelátviteli útvonalat (28). Ily módon a glükózkoncentrációnak csökkennie kellett volna. Ezekre az eredményekre nem tudunk magyarázatot adni, és az irodalomban nincs erre vonatkozó tanulmány. A 4. ábrán látható ultrastrukturális változások azonban arra engedtek következtetni, hogy a Krebs-ciklus nem működött megfelelően, és ennek következtében a szívizomzat glükózanyagcseréje is károsodott.

A Red Bull és az etanol együttes adagolása a glükózkoncentráció jelentős növekedését eredményezte, ami várható volt, mivel az egyes komponensek független adagolása növelte a glükózkoncentrációt a szívizomzatban.

A glikogén a szívizomzat normális működéséhez létfontosságú molekula. Szükséges a szív ontogenetikus fejlődéséhez, mivel biztosítja a szerv növekedéséhez és fejlődéséhez szükséges energiát (29). Az érett szervben a glikogén kis mennyiségben található meg, energiát szolgáltatva az excito-konduktor rendszer számára. A nagy mennyiségű glikogén csak iszkémiás körülmények között előnyös (30). A glikogén felhalmozódása a szívizomban kedvez a preexcitációs szindróma kialakulásának (31). Számos tanulmány számolt be az ED-k és/vagy az alkohol összefüggéséről a kardiovaszkuláris szintű negatív hatások (szívdobogás, szívritmuszavarok, magas vérnyomás, sőt hirtelen szívhalál) előfordulásával (2, 32); ezért nem zárhatjuk ki, hogy ezek a hatások összefüggésben állnak a glikogén felhalmozódásával a szívizomban.

A koleszterin koncentrációja minden csoportban jelentősen csökkent. Ez a hatás viszont oka lehet az ED-k és az alkohol krónikus fogyasztása esetén jelentett szívizom működési zavaroknak. A koleszterin szerepe a sejtmembránok merevítése és a sejtek alakjának fenntartása azáltal, hogy “hidakat” (lipid raftokat) képez azokban a régiókban, ahol a membránfehérjék kifejeződnek (33). Ezenkívül a koleszterin szabályozza a membrán fluiditását, és következésképpen fontos szerepet játszik a koleszterin-foszfolipid arányban (34). A plazmamembránokban a koleszterin és a foszfolipidek moláris aránya általában éppen egység alatt marad (35). Ezért a koleszterinkoncentráció csökkentése a membránok destabilizációjához vezethet, ami viszont befolyásolhatja a sejtek anyagcseréjét a szívizomban.

A Red Bull által kiváltott koleszterinkoncentráció-csökkenés az ED-ben jelen lévő megemelkedett taurin- és/vagy niacin-tartalomnak tudható be. Ez a változás némileg várható, mivel mind a taurint, mind a niacint az érelmeszesedés megelőzésére és gyógyítására használják (36, 37). Pontosabban a taurin csökkenti a szérumkoleszterinszintet (38), a niacin pedig a szérumkoleszterinszintet és a triglicerideket, valamint növeli a HDL-koncentrációt (39).

A krónikus etanolkezelést követő csökkent koleszterinszintről a szívizomban Godfrey és munkatársai (40) és Hu és munkatársai (41) is beszámoltak, de ezeket az eredményeket még senki sem magyarázta meg, és a jelenség élettani jelentősége ismeretlen.

A Red Bull és az etanol együttes adása még nagyobb koleszterinszint-csökkenést idézett elő a szívizomban, mint a két komponens független adása.

Eredményeink a szívizom fehérjekoncentrációjának enyhe növekedését mutatják minden kezelt csoportban, ami az E csoportban szignifikáns. A Red Bull adagolása után megfigyelt enyhe fehérjekoncentráció-növekedés a magas B6-vitamin-tartalomnak tudható be. A Romániában forgalmazott Red Bull egy adagja az ajánlott napi B6-adag 250%-át tartalmazza. A B6-vitamin több mint 140, az aminosavak szintéziséhez, lebontásához és interkonverziójához szükséges enzim működéséhez nélkülözhetetlen kofaktor (42).

A fehérjeadduktok képződése magyarázat lehet a vizsgálatunkban megfigyelt jelentős fehérjekoncentráció-növekedésre az E csoportban. Kutatások kimutatták, hogy az alkohol fehérjeadduktok felhalmozódását okozza a máj-, ideg- és izomszövetekben, ami súlyosbítja az etanol okozta toxicitást ezekben a szövetekben (43). Worrall és munkatársai (44) vizsgálatában 6 hetes alkoholkezelés után patkányok szívszövetében megnövekedett mennyiségű redukált acetaldehid fehérjeadduktot, redukálatlan acetaldehidet és malondialdehid-acetaldehidet találtak. Továbbá egy korábbi vizsgálat kimutatta, hogy az acetaldehid által a fehérjékkel képződött adduktok serkentik a kollagén szintéziséért felelős mRNS képződését és a kötőszöveti fehérjék expresszióját (45).

Az AST és ALT aktivitás minden kezelést követően nőtt a szívizomban és csökkent a szérumban. A Red Bull és az etanol által okozott ultrastrukturális elváltozások alapján várható volt, hogy e membránintegritás-markerek aktivitása a szérumban megnő. Eredményeink azonban összhangban vannak Mihailovic és munkatársai (46) eredményeivel, akik 10 napos etanolos kezelést követően az AST-aktivitás növekedéséről számoltak be változatlan ALT-aktivitás mellett a szívizomban. Eredményeink azt mutatják, hogy a Red Bullnak ugyanolyan káros hatásai voltak, mint az etanolnak, legalábbis a szívizomban. Továbbá a Red Bull és az etanol kombinációja szinergista és/vagy kiegészítő hatással volt az AST-aktivitásra.

Az etanollal kezelt patkányok szívszövetében megfigyelt legsúlyosabb ultrastrukturális elváltozások (4c. és és4d. ábra)4d) az alkoholos kardiomiopátia kialakulására utalnak. Amint arra De Leiris és munkatársai (47) rámutattak, a krónikus etanolfogyasztásnak kitett humán személyek és állatmodellek szívszövetében funkcionális és szerkezeti változások mennek végbe. Az oxidatív stressz lipidperoxidációt, fehérjeoxidációt indukál, csökkenti a mitokondriumok GSH-tartalmát, és megzavarja a kalcium-homeosztázist, ami rontja a szívizom összehúzódási képességét. Az organellák módosított struktúrát is mutatnak, rendezetlen cristákkal, ami megváltozott oxidatív metabolizmust eredményez. Tsiplenkova és munkatársai (48) kiváló munkája részletes leltárt ad az etanol által az alkoholos kardiomiopátiában okozott károkról, mint például a mitokondriális membránok megváltozása, beleértve a szervsejtek duzzadását és a cristae-k elvesztését. Ezek a szerzők a mitokondriumok számának növekedését is észlelték a miocitáknál, amelyekben a mitokondriumok által elfoglalt tér nagyobb volt, mint a miofibrillumok által elfoglalt tér. Ez összhangban van a mi megfigyelésünkkel a megnagyobbodott, mitokondriumokkal teli intermiofibrilláris terekről. Érdekes módon azt is tapasztaltuk, hogy a szubarkolemális mitokondriumpopuláció csökkent, miközben számos lízisterület volt jelen.

Emellett kollagénlerakódásokat észleltünk az intercelluláris térben, amiről Urbano-Marquez és Fernandez-Sola (49) is beszámolt alkoholos kardiomiopátiában szenvedő humán betegeknél.

Az, hogy az ilyen megváltozott kardiomiociták apoptózissal vagy nekrózissal végződhetnek-e, továbbra sem világos; úgy tűnik azonban, hogy az apoptózis, vagy akár az apoptózis és nekrózis kombinációja okozza az alkoholos kardiomiopátiában a miociták elvesztését (50).

Míg az alkoholfogyasztás által kiváltott kardiomiocita-változások jól dokumentáltak, az ED-k által a szívizomban kiváltott ultrastrukturális változásokról nagyon kevés bizonyíték van, ha van egyáltalán. Az RB csoport néhány myocitájában a myofibrillumok elrendeződése laza szerkezetet mutatott, és a közöttük lévő teret több nagy (duzzadt) mitokondrium foglalta el, amelyek ritkás mátrixot és kitágult cristákat mutattak, ami az oxidatív anyagcsere befolyásolására engedett következtetni. Mindezek a morfológiai elváltozások korreláltak a glükóz-, glikogén- és koleszterinkoncentráció, valamint az AST- és ALT-aktivitás mért biokémiai változásaival, amelyekről tanulmányunkban beszámoltunk. A mitokondriumok túlzott elszaporodásáról (“mitokondriózis”) a beszűkült myofibrillumok között Tsiplenkova és munkatársai (48) is beszámoltak, mint az alkoholos kardiomiopátia egyik jellemzőjéről.

Az RBE csoport myocytáiban az ED és az etanol kumulált hatása még drámaibb volt, a lízisfelületek növekedése, a szabályos (párhuzamos) elrendeződés nélküli myofibrillumok többsége, a myofibrillumok egy része töredezett, és számos mitokondrium ritkult szerkezetű és kitágult cristae-val. Az intermyofibrilláris terekben számos, valószínűleg glikogénnel töltött vezikulát találtunk, amint arról korábban már beszámoltak (49) alkoholos kardiomiopátiában. Ezek a szerkezeti elváltozások is alátámasztják a vizsgálatunkban mért biokémiai változásokat. Számos myocitának hipokróm sejtmagja volt szabálytalan határokkal, az interkalációs lemezek pedig töredezettek és dehiscentáltak voltak.