Sıçanlarda fruktozla oluşan insülin rezistansı ve hiperinsülineminin kalp fonksiyonları ve adrenerjik reseptörler üzerinde yolaçtığı olası değişiklikler
The possible changes caused by insulin resistance and hyperinsulinemia on cardiac functions and adrenergic receptors in rats fed with fructose
Yazar: ŞAHİKA GÜNER
Danışman: PROF.DR. TANJU ÖZÇELİKAY
Ankara Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Farmakoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Eczacılık ve Farmakoloji = Pharmacy and Pharmacology

Özet:
İnsulin rezistansı ve hiperinsulineminin başta diyabet olmak üzere hipertansiyon, obezite,hiperlipidemi, aterosikleroz, koroner arter hastalığı gibi bazı bozukulukara yolaçtığıbilinmektedir. İnsulin rezistansıyla birlikte esansiyel hipertansif hastalarda sol ventrikülhipertrofisi, kardiyak diyastolik disfonksiyon ve karotid arter duvar kalınlaşması gibikomplikasyonlar görülmektedir. Deneysel olarak da fruktozdan zengin diyetle beslenensıçanlarda, hiperinsulinemi, insulin rezistansı, hipertansiyon ve sol ventrikül hipertrofisigelişmektedir.Bu bulgulardan hareketle çalışmamızda insulin rezistansı, hiperinsulinemi ve hipertansiyonoluşturulmuş sıçan modelinde olası kardiyak bozukluklar ve bu bozukluklarda adrenerjikreseptörlerin rolünün araştırılması amaçlanmıştır.Bu amaç doğrultusunda fruktozca zengin yemle beslenen sıçanlarda öncelikle insulinrezistansı oluşturulmuştur. Modelin gelişimini belirlemek için sıçanların haftalık yem, sutüketimi, beden ağırlıkları, kan basınçları ve çeşitli biyokimyasal parametreleri (plazmainsulin,glukoz, trigliserit) ölçülmüştür. Glukoza toleransları OGTT yapılarak belirlenmiştir.Ardından kardiyak yanıtlar in vivo, ex vivo ve in vitro olarak incelenmiş. Öte yandan kardiakenerji metabolizmasındaki değişiklikler de diabetik kardiyomyopati patogenezine eşilketmektedir. Bu çalışmada fruktozla beslenen sıçanlarda kardiyak metabolizmadaki değişiklerde incelenmiştir. En son olarak beta adrenerjik reseptör altipleri eNOS, PDK2 ve 4 mRNAdüzeyleri değerlendirilmiştir.Yüksek fruktoz dietiyle beslenen sıçanlarda insülin rezistansı gelişimi yüksek insülin düzeyi(K, 278Â±27 ve F, 356Â±22 pmol/l) ve düşük insülin duyarlılık indeksiyle belirlenmiştir (K,0.89Â±0.21 ve F, 0.34Â±0.02). İnvivo sistolik ve diastolik kan basıncları ve sol ventrikül distolsonu basıncı kontrol gruba göre daha yüksektir ancak Â± dp/dt oranlarında gruplar arasındafarklılık yoktur. Sol ventrikül diastol sonu basıncındaki artış serum fizyolojik infüzyonundan(kg/10ml/dak) sonra daha da belirginleşmiştir. Ex vivo olarak 300 atım/dak. ile stimüle edilenkalplerde sol ventrikül basıncı fruktozlu grubta daha yüksektir. Bazal kardiyak akışlar gruplararasında farklılık göstermemektedir. Preload artışından elde edilen ?Stroke Volume? e karşıoluşan sol ventrikül diastol sonu basınç eğrileri fruktozlu grupda belirgin olarak bozulmuştur(K, 0.92Â±0.02 ve F, 0.39Â±0.09, R2 değeri). Tek doz izoprenaline (10-7M) verildikten sonraalınan sol ventrikül basınç değişiklikleri de fruktozlu grubda kontrollere göre anlamlı olarak azbulunmuştur (K, 159Â±6 ve F, 188Â±15 mmHg). Öte yandan, izole papiller kas preparatındanelde edilen maksimum kontraksiyon fruktozlu grupta azalırken, pD2 değerleri gruplararasında farklılık yoktur.Beta-adrenerjik reseptör ekspresyonları incelendiğinde Beta1-AR mRNA' sında azalma veBeta3-AR mRNA sında artma belirlenirken Beta2-AR mRNA larında fruktoz ve kontrolgrupları arasında değişiklik bulunamamıştır. eNOS, PDK2 ve 4 mRNA ekpresyonları isefruktozlu grupta kontrollere göre artmıştır. Glikoliz hızı fruktozlu grupta (K, 8209Â±966 ve F,4744Â±335 nmol.g-1.dak-1) azalırken yağ asidi oksidasyon hızlarında değişiklik bulunmamıştır(K, 975Â±86 (0.4mM pamitik asit), 727Â±71 (0.8mM palmitik asit), F, 1005Â±82, 644Â±84 nmol.g-1.dak-1).Tüm bu verilerin ışığında insulin rezistansında ventriküler performansın bazal durumda artmaeğiliminde olmasına karşın egzersizle (işyükünün arttırılmasıyla) bozulmaktadır. Ventrikülerperformansdaki bozulmaya beta adrenerjik reseptörlerdeki değişiklikler de eşlik etmektedir.Öte yandan, kardiyomyositlerde glukoz uptake' indeki azalma sonucunda gelişen glikolizhızındaki azalma insülin rezistansında kardiyak disfonksiyona katkıda bulunabilir.Anahtar Kelimeler: Pre-Diabet, Hiperinsülinemi, beta-Adrenerjik Reseptörler,Kardiyomyopati, Sol Ventrikül Disfonksiyonu,

Abstract:
It is well established that insulin resistance and hyperinsulinemia lead to diabetes,hypertension, obesity, dyslipidemia, atherosclerosis and coronary artery disease. Patientswith both insulin resistance and hypertension have been demonstrated to have cardiacabnormalities such as left ventricular hypertrophy, diastolic dysfunction, and carotid arterythickness. Insulin resistance, hyperinsulinemia, hypertension, and left ventricular hypertrophyhave also been demonstrated to develope experimentally in rats fed with high fructose.The purpose of this study is to examine cardiac abnormalities in insulin resistant,hyperinsulinemic and hypertensive rats and also to determine possible effects of adrenergicsystem on these abnormalities.Insulin resistance was induced by high fructose diet in rats and determined weeklymeasurements of food and fluid intake, body weight, indirect blood pressure, plasmaglucose, insulin and trigliseride. Glucose tolerance was assessed by OGTT. Cardiacabnormalities were evaluated both in-vivo, ex-vivo and in vitro. On the other hand, alterationsin cardiac energy metabolism (glucose and fatty acid) contribute to the pathogenegis ofdiabetic cardiomyopathy. This study was also undertaken to examine the alterations incardiac metabolism in fructose-fed rats. Finally, cardiac beta adrenergic receptor subtypes,eNOS and PDK 2, 4 mRNA levels were determined.Insulin resistance in rats receiving high-fructose diet was verified by high insulin levels(278Â±27 in C, and 356Â±22 pmol/l in F) and low insulin sensitivity index (0.89Â±0.21 in C and0.34Â±0.02 in F). Systolic and diastolic blood pressures in addition to left ventricular enddiatolic (LVEDP) pressure were increased, but Â± dp/dt did not change in fructose- fed ratscompared to controls. LVEDP was further increased after saline infusion (kg/10ml/min.) infructose fed rats. Ex-vivo left ventricular pressure obtained by pace (300 beat/min) wasincreased in fructose-fed. Cardiac flows were not different between control and fructose-fedgroups. Stroke volume vs. LVEDP curves obtained by increasing preload was shifted downin fructose group (0.92Â±0.02 in C and 0.39Â±0.09, in F, R2 value). Ex-vivo left ventricularpressure responses to isoprenalin (10-7M) were decreased in fructose fed rats (159Â±6 and188Â±15 mmHg, in C anf F, respectively). On the other hand, maximum contraction ofpapillary muscle preparation was decreased in fructose groups whereas pD2 values were notdifferent in control and fructose groups.Cardiac Beta1-AR mRNAs were decreased, Beta3-AR mRNAs were increased and Beta2-AR mRNAs were unchanged in fructose group compared to control. eNOS, PDK 2- and 4mRNAs were increased compared to control. The rate of glycolysis was decreased infructose group (8209Â±966 and 4744Â±335 nmol.g-1.min-1, in C and F, respectively) without anyalteration in fatty acid oxidation rate (975Â±86, 727Â±71 and 1005Â±82, 644Â±84 nmol.g-1.min-1,in C and F; 0.4, 0.8 mM palmitic acid, respectively).These results indicate that the basal left ventricular performance tend to increase in fructose-fed rats, but the exercise tolerance of these rats decrease. Failed ventricular performance offructose-fed rats has been shown to associate with beta adrenergic receptors change. Onthe other hand, lower glucose uptake into cardiomyocytes and subsequent decrease inglycolysis due to insulin resistance might be contribute of cardiac dysfunction in insulinresistant rats.Key Words: Pre-diabetes, Hyperinsulinemia, beta-adrenergic receptors, Cardiomyopathy,Left Ventricular Dysfunction,