Kontraktionsverhalten isolierter Kardiomyozyten adulter Ratten bei starker Hyperglykämie und oxidativem Stress

Abstract

Die diabetische Kardiomyopathie ist ein mittlerweile anerkanntes, eigenständi-ges Krankheitsbild. Als Ursachen werden Veränderungen der Kalziumwirkung, der Katecholaminwirkung sowie der Einfluss reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) diskutiert. In dieser Arbeit wurde der Einfluss einer Hyperglykämie auf die verschiedenen Kontraktionsparameter isolierter Kardiomyozyten sowie die Veränderung der Wirkung oben genannter Faktoren an der hyperglykämischen Zelle untersucht. Des Weiteren wurde untersucht, welchen Einfluss Tuberoinfundibulares Peptid (TIP39) als über die NO Produktion wirkender Mediator kardialer Funktion auf die Kontraktionseigenschaften der Zelle unter Hyperglykämie hat. Überprüft wurde damit die Hypothese, dass die durch Hyperglykämie induzierten ROS durch Reaktion mit NO zu Peroxinitrat die NO-Konzentration im Kardiomyozyten senken. Dies könnte ein weiterer Mechanismus sein, wodurch ROS neben der direkt schädigenden Wirkung, dem diabetischen Herzen schaden. Gearbeitet wurde mit isolierten Kardiomyozyten adulter Ratten, welche für 24 Stunden einer starken Hyperglykämie von 35 mmol/l, einer moderaten Hyperglykämie von 15 mmol/l bzw. einem normoglykämischem Medium von 5 mmol/l ausgesetzt waren. Je nach Versuchsaufbau wurden zusätzlich Messun-gen mit verschiedenen Mediumkalziumkonzentrationen, Mediumviskositäten, Isoprenalinkonzentrationen und verschiedenen Konzentrationen an TIP39 durchgeführt. Die Kontraktionsparameter wurden mit einem Video-Gesteuerten Zellgrenzenerkennungssystem gemessen. Bei den für 24 Stunden einer starken Hyperglykämie ausgesetzten Zellen verlangsamte sich vor allem die Relaxationsgeschwindigkeit. Unter Last zeigte sich bei moderater Hyperglykämie eine verstärkte, bei starker Hyperglykämie jedoch eine stark eingeschränkte Zellverkürzung. Die Ansprechbarkeit auf Kalzium war vor allem bei hohen extrazellulären Kalziumkonzentrationen verringert. Dies zeigte sich besonders in einer Reduktion der Kontraktionsgeschwindigkeit. Auch die beta-adrenerge Stimulierbarkeit war bei der hyperglykämischen Zelle herabgesetzt. Hier wurde der Unterschied besonders bei der relativen Zellverkürzung deutlich.Hyperglykämie zeigt keinen Einfluss auf die Ansprechbarkeit auf TIP39 als NO vermittelter Mediator der kardialen Funktion. Unter der Wirkung von L-NA als Inhibitor der eNOS zeigt TIP39 einen deutlich repressiven Effekt auf die relative Zellverkürzung, die Kontraktionsgeschwindigkeit und die Relaxa-tionsgeschwindigkeit. Es sind also nicht nur die langfristigen Schäden eines Diabetes wie Mikro- und Makroangiopathie oder verschiedene histopathologische Veränderungen für die diabetische Kardiomyopathie verantwortlich, sondern bereits nach kurzen Glukosespitzen zeigen sich Veränderungen in der Kontraktionskinetik der Zellen. Besonders deutlich wird dies unter Last. TIP39 wurde eindeutig als Mediator kardialer Funktion über die NO Produktion identifiziert, jedoch hat eine Hyperglykämie keinen Einfluss auf dessen Wirkung. Demnach hat ein Hyperglykämie bzw. die durch diese induzierten ROS keinen signifikanten Einfluss auf die NO Konzentration im Kardiomyozyten. Diabetic cardiomyopathy is meanwhile accepted autonomous disease. Differences in calcium and catecholamine signalling and the formation of reactive oxygen species (ROS) are discussed as important factors in the pathogenesis.In this study the influence of hyperglycaemia on the contraction of cardiomyocytes and on the effects of the above mentioned factors were investigated. In addition we examined the influence of NO-producing Tuberoinfundibular Peptid of 39 Residues (TIP39) on the contraction parameters of cardiomyocytes under normoglycaemic and hyperglycaemic conditions. In hyperglycaemia, ROS are elevated and can react to peroxinitrat with NO, lowering the level of NO. By this mechanism ROS may harm the diabetic heart besides its direct damage. Isolated cardiomyocytes of adult rats were incubated for 24 hours with a strong hyperglycaemia of 35 mmol/l, a moderate hyperglycaemia of 15 mmol/l or in normoglycaemic medium of 5 mmol/l glucose. The contraction parameters were measured using a video-based cell edge detection system. Contraction parameters were measured using different concentrations of calcium, isoprenalin, increased viscosity and different concentrations of TIP39. Under strong hyperglycaemia the cardiomyocytes showed significant slower relaxation times. Under load the cells incubated with a moderate hyperglycaemia showed a stronger relative cell-shortening, the cells incubated with strong hyperglycaemia showed a restricted cell-shortening.The positive influence of calcium on the contractility was especially reduced at high extra cellular calcium concentrations under hyperglycaemia, specifically a reduced contraction-speed was found. The beta-adrenergic responsiveness was reduced at the hyperglycaemic cell, measurements showed a significantly reduced cell-shortening. Hyperglycamia showed no effect on the influence of TIP39 as a mediator of cardiac function via the NO production. Under influence of L-NA as an inhibitor of the NOS, TIP39 showed a significant repressive effect on the cell-shortening, the contraction-speed and the relaxation-speed. So it is not only the long-term damage of a diabetes like micro- and macroan-giopathy and different histopathological changes which causes diabetic-cardiomyopathy, rather short but strong periods of hyperglycaemia changes the contraction-kinetic of the cells. Especially under load these changes were shown. TIP39 was clearly identified as a mediator of cardiac function via NO produc-tion, but a hyperglycaemia had no influence to its effects. This shows that hyperglycaemia and the elevated levels of ROS under hyperglycaemia respectively have no significant influence on the intracellular NO concentration of the cardiomyocyte.