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Discussione

Questo studio dimostra, per la prima volta, che il consumo a lungo termine di EDs, individualmente o in combinazione con l’etanolo, causa alterazioni biochimiche e ultrastrutturali nei muscoli del cuore.

I nostri risultati hanno rivelato che sia Red Bull che l’etanolo hanno aumentato le concentrazioni di glucosio e glicogeno nel miocardio. Nel gruppo RB, l’aumento delle concentrazioni di glucosio e glicogeno è stato causato da due ingredienti di ED, caffeina e taurina. Normalmente, la caffeina provoca il rilascio di calcio dai depositi intracitoplasmatici (22) e attiva l’AMPK attraverso la chinasi proteica calcio/calmodulina-dipendente-β (CaMKK) (23). AMPK promuove l’assorbimento e l’utilizzo del glucosio nei cardiomiociti (24). Inoltre, AMPK inibisce la sintesi del glicogeno attraverso la fosforilazione della glicogeno sintetasi o attiva la degradazione del glicogeno attraverso la fosforilazione della glicogeno fosforilasi (25). Tuttavia, l’attivazione cronica di AMPK, come probabilmente è accaduto nel nostro studio, può aumentare la sintesi di glicogeno aumentando l’assorbimento del glucosio e la formazione di glucosio-6-fosfato. Questo induce l’attivazione allosterica della glicogeno sintasi che può superare la fosforilazione inibitoria di AMPK (26). Inoltre, è stato riportato che la taurina aumenta l’assorbimento del glucosio, la glicolisi e la sintesi del glicogeno nel cuore di ratti adulti (27).

Nel nostro studio, l’etanolo ha portato a un leggero aumento delle concentrazioni di glucosio e glicogeno. L’etanolo diminuisce la sensibilità all’insulina, che è mediata nel muscolo cardiaco dal fattore di necrosi tumorale-α (TNFα) e/o dall’interleuchina-6 (IL-6), inducendo l’attivazione delle chinasi N-terminali Jun, che inibisce la via di segnalazione Akt-AS160-GLUT4 (28). Come tale, la concentrazione di glucosio dovrebbe essere diminuita. Non possiamo fornire una spiegazione di questi risultati, e non c’è nessuno studio su questo argomento in letteratura. Tuttavia, le modifiche ultrastrutturali mostrate nella figura 4 ci hanno portato a considerare che il ciclo di Krebs non funzionava correttamente e, di conseguenza, il metabolismo del glucosio nel miocardio era influenzato.

La somministrazione combinata di Red Bull ed etanolo ha prodotto un aumento significativo della concentrazione di glucosio, che era previsto perché la somministrazione indipendente di ciascuno di questi componenti ha aumentato la concentrazione di glucosio nel miocardio.

Il glicogeno è una molecola vitale per il normale funzionamento del miocardio. È necessario per lo sviluppo ontogenetico del cuore, perché fornisce l’energia necessaria per la crescita e lo sviluppo dell’organo (29). Nell’organo maturo, il glicogeno si trova in piccole quantità e fornisce energia al sistema eccitoconduttore. Una grande quantità di glicogeno è utile solo in condizioni ischemiche (30). L’accumulo di glicogeno nel miocardio favorisce l’incidenza della sindrome da pre-eccitazione (31). Diversi studi hanno riportato un’associazione degli ED e/o dell’alcol con il verificarsi di effetti negativi a livello cardiovascolare (palpitazioni, aritmie cardiache, ipertensione e persino morte cardiaca improvvisa) (2, 32); pertanto, non possiamo escludere la possibilità che questi effetti fossero collegati all’accumulo di glicogeno nel miocardio.

La concentrazione di colesterolo è diminuita significativamente in tutti i gruppi. Questo effetto può a sua volta essere una causa delle disfunzioni miocardiche riportate nel consumo cronico di EDs e di alcol. Un ruolo del colesterolo è quello di irrigidire le membrane cellulari e mantenere la forma delle cellule formando “ponti” (rafts lipidici) nelle regioni in cui le proteine di membrana sono espresse (33). Inoltre, il colesterolo controlla la fluidità della membrana e, di conseguenza, gioca un ruolo importante nel rapporto colesterolo-fosfolipidi (34). Il rapporto molare tra colesterolo e fosfolipidi nelle membrane plasmatiche è solitamente mantenuto appena sotto l’unità (35). Pertanto, la riduzione della concentrazione di colesterolo può portare alla destabilizzazione della membrana, che può a sua volta influenzare il metabolismo cellulare nel miocardio.

La diminuzione della concentrazione di colesterolo indotta da Red Bull potrebbe essere dovuta all’elevato contenuto di taurina e/o niacina presente nell’ED. Questo cambiamento è in qualche modo atteso perché sia la taurina che la niacina sono usate nella prevenzione e nella cura dell’aterosclerosi (36, 37). Più precisamente, la taurina riduce il colesterolo sierico (38) e la niacina riduce il colesterolo sierico e i trigliceridi e aumenta la concentrazione di HDL (39).

La diminuzione del colesterolo nel miocardio dopo il trattamento cronico con etanolo è stata riportata anche da Godfrey et al. (40) e Hu et al. (41), ma nessuno ha mai spiegato questi risultati e il significato fisiologico del fenomeno è sconosciuto.

La somministrazione combinata di Red Bull ed etanolo ha indotto una riduzione ancora maggiore del colesterolo nel miocardio rispetto alla somministrazione indipendente dei due componenti.

I nostri risultati mostrano un leggero aumento della concentrazione proteica miocardica in tutti i gruppi trattati, essendo significativo nel gruppo E. Il leggero aumento della concentrazione di proteine osservato dopo la somministrazione di Red Bull potrebbe essere dovuto all’alto contenuto di vitamina B6. Una dose di Red Bull venduta in Romania contiene il 250% della dose giornaliera raccomandata di B6. La vitamina B6 è un cofattore essenziale nel funzionamento di oltre 140 enzimi necessari per la sintesi, la degradazione e l’interconversione degli aminoacidi (42).

La formazione di addotti proteici potrebbe essere una spiegazione per il significativo aumento della concentrazione di proteine nel gruppo E osservato nel nostro studio. La ricerca ha dimostrato che l’alcol causa l’accumulo di addotti proteici nei tessuti epatici, nervosi e muscolari, aggravando la tossicità indotta dall’etanolo in questi tessuti (43). In uno studio di Worrall et al. (44), nel tessuto cardiaco dei ratti, dopo 6 settimane di trattamento con alcol, sono state trovate maggiori quantità di addotti proteici acetaldeide ridotta, acetaldeide non ridotta e malondialdeide-acetaldeide. Inoltre, uno studio precedente ha dimostrato che gli addotti formati dall’acetaldeide con le proteine stimolano la formazione dell’mRNA responsabile della sintesi del collagene e l’espressione delle proteine del tessuto connettivo (45).

Le attività ALT sono aumentate nel miocardio e diminuite nel siero dopo tutti i trattamenti. Secondo le alterazioni ultrastrutturali causate dalla Red Bull e dall’etanolo, ci si aspettava che le attività di questi marcatori dell’integrità della membrana fossero aumentate nel siero. Tuttavia, i nostri risultati sono coerenti con quelli di Mihailovic et al. (46), che hanno riportato un aumento dell’attività AST con attività ALT invariata nel muscolo cardiaco dopo un trattamento di 10 giorni con etanolo. I nostri risultati mostrano che Red Bull ha avuto gli stessi effetti dannosi dell’etanolo, almeno nel muscolo cardiaco. Inoltre, la combinazione di Red Bull ed etanolo ha avuto effetti sinergici e/o complementari sull’attività AST.

Le alterazioni ultrastrutturali più gravi osservate nel tessuto cardiaco dei ratti trattati con etanolo (Fig. 4c e4d)4d) sono quelle che indicano l’insorgenza della cardiomiopatia alcolica. Come sottolineato da De Leiris et al. (47), soggetti umani e modelli animali esposti al consumo cronico di etanolo subiscono alterazioni funzionali e strutturali nel tessuto cardiaco. Lo stress ossidativo induce la perossidazione dei lipidi, l’ossidazione delle proteine, riduce il contenuto di GSH dei mitocondri e disturba l’omeostasi del calcio, compromettendo la capacità contrattile del muscolo cardiaco. Gli organelli mostrano anche strutture modificate con cristae disorganizzate, con conseguente alterazione del metabolismo ossidativo. Un eccellente lavoro di Tsiplenkova et al. (48) fornisce un inventario dettagliato dei danni causati dall’etanolo nella cardiomiopatia alcolica, come l’alterazione delle membrane mitocondriali, compreso il rigonfiamento degli organelli e la perdita delle criste. Questi autori hanno anche notato un aumento del numero di mitocondri con i miociti, in cui lo spazio occupato dai mitocondri era maggiore di quello occupato dalle miofibrille. Questo è coerente con la nostra osservazione di spazi intermiofibrili allargati e pieni di mitocondri. È interessante notare che abbiamo anche trovato che la popolazione di mitocondri subsarcolemici era ridotta, mentre erano presenti numerose aree di lisi.

Inoltre, abbiamo notato depositi di collagene nello spazio intercellulare, che è stato anche riportato da Urbano-Marquez e Fernandez-Sola (49) in pazienti umani con cardiomiopatia alcolica.

Se tali cardiomiociti alterati possano finire in apoptosi o in necrosi rimane poco chiaro; tuttavia, l’apoptosi, o anche una combinazione di apoptosi e necrosi, sembra produrre la perdita di miociti nella cardiomiopatia alcolica (50).

Mentre le alterazioni dei cardiomiociti indotte dal consumo di alcol sono ben documentate, ci sono poche prove, se non nessuna, riguardo alle alterazioni ultrastrutturali indotte da EDs nel muscolo cardiaco. In alcuni miociti del gruppo RB, la disposizione delle miofibrille mostrava una struttura allentata e lo spazio tra di esse era occupato da numerosi mitocondri di grandi dimensioni (gonfiati) che mostravano una matrice rarefatta e criste dilatate, il che ha fatto supporre che il metabolismo ossidativo fosse interessato. Tutte queste alterazioni morfologiche erano correlate alle alterazioni biochimiche misurate nelle concentrazioni di glucosio, glicogeno e colesterolo e nelle attività AST e ALT riportate nel nostro studio. La proliferazione esagerata di mitocondri (“mitocondriosi”) tra le miofibrille ristrette è stata riportata anche da Tsiplenkova et al. (48), come caratteristica della cardiomiopatia alcolica.

Nei miociti del gruppo RBE, gli effetti cumulativi dell’ED e dell’etanolo erano ancora più drammatici, con un aumento delle aree di lisi, una maggioranza di miofibrille senza una disposizione regolare (parallela), miofibrille con una parte di esse frammentate, e diversi mitocondri con strutture rarefatte e cristae dilatate. Negli spazi intermiofibrillari erano presenti numerose vescicole, probabilmente riempite di glicogeno, come è stato precedentemente riportato (49) nella cardiomiopatia alcolica. Queste alterazioni strutturali supportano anche i cambiamenti biochimici misurati nel nostro studio. Diversi miociti avevano nuclei ipocromici con bordi irregolari, e i dischi intercalati erano frammentati e deiscenti.