PMC

Diskussion

Denna studie visar för första gången att långvarig konsumtion av energidrycker, enskilt eller i kombination med etanol, orsakar biokemiska och ultrastrukturella förändringar i hjärtmuskulaturen.

Våra resultat avslöjade att både Red Bull och etanol ökade glukos- och glykogenkoncentrationerna i myokardiet. I RB-gruppen orsakades ökningen av glukos- och glykogenkoncentrationerna av två ingredienser i ED, koffein och taurin. Normalt orsakar koffein kalciumfrisättning från de intracytoplasmatiska lagren (22) och aktiverar AMPK via kalcium/Calmodulin-beroende proteinkinas-kinas-β (CaMKK) (23). AMPK främjar upptag och användning av glukos i kardiomyocyterna (24). Dessutom hämmar AMPK antingen glykogensyntesen via fosforylering av glykogensyntas eller aktiverar glykogennedbrytningen via fosforylering av glykogenfosforylas (25). Kronisk aktivering av AMPK, vilket troligen skedde i vår studie, kan dock öka glykogensyntesen genom att öka glukosupptaget och bildandet av glukos-6-fosfat. Detta inducerar en allosterisk aktivering av glykogensyntas som kan övervinna hämmande fosforylering av AMPK (26). Dessutom har det rapporterats att taurin ökar glukosupptaget, glykolysen och glykogensyntesen i hjärtat hos vuxna råttor (27).

I vår studie ledde etanol till en liten ökning av glukos- och glykogenkoncentrationerna. Etanol minskar känsligheten för insulin, vilket i hjärtmuskeln förmedlas av tumörnekrosfaktor-α (TNFα) och/eller interleukin-6 (IL-6), vilket inducerar aktivering av Jun N-terminala kinaser, vilket hämmar signalvägen Akt-AS160-GLUT4 (28). Som sådan borde glukoskoncentrationen ha minskat. Vi kan inte ge någon förklaring till dessa resultat, och det finns ingen studie om detta ämne i litteraturen. De ultrastrukturella förändringar som visas i figur 4 fick oss dock att anse att Krebscykeln inte fungerade korrekt och att glukosmetabolismen i myokardiet följaktligen påverkades.

Den kombinerade administreringen av Red Bull och etanol gav en signifikant ökning av glukoskoncentrationen, vilket var förväntat eftersom den oberoende administreringen av var och en av dessa komponenter ökade glukoskoncentrationen i myokardiet.

Glykogen är en viktig molekyl för att myokardiet ska fungera normalt. Den är nödvändig för hjärtats ontogenetiska utveckling, eftersom den tillför den nödvändiga energin för organets tillväxt och utveckling (29). I det mogna organet finns glykogen i små mängder som ger energi till excito-konduktorsystemet. En stor mängd glykogen är fördelaktigt endast under ischemiska förhållanden (30). Glykogenansamling i myokardiet gynnar förekomsten av preexcitationssyndrom (31). Flera studier har rapporterat ett samband mellan ED och/eller alkohol och förekomsten av negativa effekter på kardiovaskulär nivå (hjärtklappning, hjärtarytmier, högt blodtryck och till och med plötslig hjärtdöd) (2, 32); vi kan därför inte utesluta att dessa effekter var kopplade till glykogenackumulering i myokardiet.

Kolesterolkoncentrationen minskade signifikant i alla grupper. Denna effekt kan i sin tur vara en orsak till de dysfunktioner i hjärtmuskeln som rapporterats vid kronisk konsumtion av ED och alkohol. En roll för kolesterolet är att styva cellmembranen och upprätthålla cellernas form genom att bilda ”broar” (lipid rafts) i de områden där membranproteinerna uttrycks (33). Dessutom kontrollerar kolesterolet membranens fluiditet och spelar följaktligen en viktig roll för förhållandet mellan kolesterol och fosfolipider (34). Molförhållandet mellan kolesterol och fosfolipider i plasmamembranen bibehålls vanligtvis strax under ett (35). Därför kan en minskning av kolesterolkoncentrationen leda till destabilisering av membranen, vilket i sin tur kan påverka cellmetabolismen i myokardiet.

Den minskning av kolesterolkoncentrationen som inducerades av Red Bull kan ha berott på det förhöjda innehållet av taurin och/eller niacin som finns i ED. Denna förändring är i viss mån förväntad eftersom både taurin och niacin används för att förebygga och bota ateroskleros (36, 37). Närmare bestämt minskar taurin serumkolesterol (38) och niacin minskar serumkolesterol och triglycerider och ökar HDL-koncentrationen (39).

Förminskat kolesterol i myokardiet efter kronisk etanolbehandling har också rapporterats av Godfrey et al. (40) och Hu et al. (41), men ingen har någonsin förklarat dessa resultat och den fysiologiska betydelsen av fenomenet är okänd.

Den kombinerade administreringen av Red Bull och etanol inducerade en ännu högre minskning av kolesterol i myokardiet än den oberoende administreringen av de två komponenterna.

Våra resultat visar en liten ökning av myokardiets proteinkoncentration i alla behandlade grupper, som var signifikant i E-gruppen. Den lätta ökningen av proteinkoncentrationen som observerades efter administrering av Red Bull kan bero på det höga innehållet av vitamin B6. En dos Red Bull som säljs i Rumänien innehåller 250 % av den rekommenderade dagliga dosen B6. Vitamin B6 är en viktig kofaktor i funktionen av över 140 enzymer som krävs för syntes, nedbrytning och interkonvertering av aminosyror (42).

Bildningen av proteinaddukter skulle kunna vara en förklaring till den signifikanta ökningen av proteinkoncentrationen i E-gruppen som observerades i vår studie. Forskning har visat att alkohol orsakar ackumulering av proteinaddukter i lever-, nerv- och muskelvävnad, vilket förvärrar den etanolinducerade toxiciteten i dessa vävnader (43). I en studie av Worrall et al. (44) fann man efter sex veckors alkoholbehandling ökade mängder av proteinaddukter av reducerad acetaldehyd, oreducerad acetaldehyd och malondialdehyd-acetaldehyd i hjärtvävnad hos råttor. Dessutom har en tidigare studie visat att addukter som bildas av acetaldehyd med proteiner stimulerar bildandet av mRNA som är ansvarigt för syntesen av kollagen och uttrycket av bindvävsproteiner (45).

AST- och ALT-aktiviteterna ökade i myokardiet och minskade i serum efter alla behandlingar. Enligt de ultrastrukturella förändringar som orsakats av Red Bull och etanol förväntades aktiviteterna av dessa membranintegritetsmarkörer öka i serum. Våra resultat överensstämmer dock med resultaten från Mihailovic et al. (46), som rapporterade en ökning av AST-aktiviteten med oförändrad ALT-aktivitet i hjärtmuskeln efter en 10-dagars behandling med etanol. Våra resultat visar att Red Bull hade samma skadliga effekter som etanol, åtminstone i hjärtmuskeln. Dessutom hade kombinationen av Red Bull och etanol synergistiska och/eller kompletterande effekter på AST-aktiviteten.

De allvarligaste ultrastrukturella förändringarna som observerades i hjärtvävnaden hos råttor som behandlats med etanol (fig. 4c och och4d)4d) är sådana som tyder på uppkomsten av alkoholisk kardiomyopati. Som påpekats av De Leiris et al. (47) genomgår människor och djurmodeller som utsätts för kronisk etanolkonsumtion funktionella och strukturella förändringar i hjärtvävnaden. Oxidativ stress inducerar lipidperoxidation, proteinoxidation, minskar GSH-innehållet i mitokondrier och stör kalciumhomeostasen, vilket försämrar hjärtmuskelns kontraktionsförmåga. Organellerna uppvisar också modifierade strukturer med oorganiserade cristae, vilket leder till förändrad oxidativ metabolism. Ett utmärkt arbete av Tsiplenkova et al. (48) ger en detaljerad inventering av de skador som orsakas av etanol vid alkoholisk kardiomyopati, t.ex. förändring av mitokondriemembranen inklusive svullnad av organellen och förlust av cristae. Dessa författare noterade också en ökning av antalet mitokondrier med myocyter, där det utrymme som upptas av mitokondrier var större än det som upptas av myofibriller. Detta stämmer överens med vår observation av förstorade intermyofibrillära utrymmen fyllda med mitokondrier. Intressant nog fann vi också att den subsarkolemala mitokondriapopulationen var minskad, samtidigt som det fanns många lysisområden.

Därutöver noterade vi kollagenavlagringar i det intercellulära utrymmet, vilket också har rapporterats av Urbano-Marquez och Fernandez-Sola (49) hos mänskliga patienter med alkoholisk kardiomyopati.

Om sådana förändrade kardiomyocyter kan sluta i apoptos eller nekros förblir oklart; apoptos, eller till och med en kombination av apoptos och nekros, tycks dock ge upphov till myocytförlust vid alkoholisk kardiomyopati (50).

Och även om kardiomyocytförändringar som induceras av alkoholkonsumtion är väl dokumenterade, finns det mycket få bevis, om ens några, för ultrastrukturella förändringar som induceras av ED i hjärtmuskeln. I vissa myocyter i RB-gruppen uppvisade myofibrillernas arrangemang en lös struktur och utrymmet mellan dem var upptaget av flera stora (svullna) mitokondrier som uppvisade en sällsynt matris och dilaterade cristae, vilket ledde till antagandet att den oxidativa ämnesomsättningen var påverkad. Alla dessa morfologiska förändringar korrelerade med uppmätta biokemiska förändringar i glukos-, glykogen- och kolesterolkoncentrationer samt AST- och ALT-aktiviteter som rapporterades i vår studie. Den överdrivna spridningen av mitokondrier (”mitokondrios”) mellan förträngda myofibriller rapporterades också av Tsiplenkova et al. (48), som ett kännetecken för alkoholisk kardiomyopati.

I myocyterna i RBE-gruppen var de kumulativa effekterna av ED och etanol ännu mer dramatiska, med en ökning av lysisområdena, majoriteten av myofibriller utan ett regelbundet (parallellt) arrangemang, myofibriller med en del av dem fragmenterade och flera mitokondrier med glesare strukturer och dilaterade cristae. Många vesiklar fanns i de intermyofibrillära utrymmena, troligen fyllda med glykogen, vilket tidigare har rapporterats (49) vid alkoholisk kardiomyopati. Dessa strukturella förändringar stöder också de biokemiska förändringar som uppmättes i vår studie. Flera myocyter hade hypokroma kärnor med oregelbundna gränser, och de interkaliska skivorna var fragmenterade och dehiscenta.