İzoproterenol ile oluşturulan kardiyak hasara kükürt dioksitin etkisinin elektrofizyolojik parametrelerle incelenmesi
Investigation of the effect of sulfur dioxide on isoproterenol induced cardiac injury by electrophysiological parameters
Yazar: UĞUR DALAMAN
Danışman: DOÇ. DR. NAZMİ YARAŞ
Akdeniz Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Biyofizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Biyofizik = Biophysics
Dizin: Antioksidanlar = Antioxidants ; Elektrofizyoloji = Electrophysiology ; Kalp = Heart ; Kalp hastalıkları = Heart diseases ; Kardia = Cardia ; Kükürt dioksit = Sulfur dioxide ; İzoproterenol = Isoproterenol

Özet:
Uzun yıllardır toksik etkileri bilinen ve bu doğrultuda araştırılan karbon monoksit (CO), nitrik oksit (NO), hidrojen sülfür (H2S) ve kükürt dioksit (SO2) moleküllerinin, son yıllarda insan vücudu tarafından da üretildiği ve fizyolojik süreçlerde görevli moleküller olduğu anlaşılmıştır. Aynı zamanda bu moleküllerin fizyolojik koşulların dışında, patofizyolojik koşullarda da etkili oldukları fark edilmiştir. Bu çalışmamızda sıçanlarda oluşturulan hipertrofik patolojinin etiyolojisi üzerine SO2 molekülünün rolünün elektrofizyolojik yöntemlerle incelenmesi ve işlevinin anlaşılmasına yönelik bilgilerin ortaya konması amaçlanmıştır. Bu amaçla bir haftalık isoproterenol uygulaması sonucunda kardiyak hasar oluşturularak SO2 donorü etkileri kardiomyosit düzeyinde gözlemlenmiştir. Bununla birlikte antioksidan karışım uygulamasıyla da, SO2 molekülünün olası etkilerinin antioksidan mekanizmayla ilişkisi açıklığa kavuşturulmuştur.
Öncelikle kalp ağırlığı/tibia uzunluğu oranı incelenerek, izoproterenol uygulaması sonucunda hipertrofinin oluştuğu ve uygulanan moleküllerin bu süreci durdurmadığı tespit edilmiştir. Bu hastalık modelinin aksiyon potansiyeli depolarizasyon süresinde bir uzamaya neden olduğu ve SO2 uygulamasının bu uzamayı geri döndürdüğü tespit edilmiştir. Ayrıca bu uzamaya antioksidan karışımın paralel bir etkiye sahip olduğu bulunmuştur. Bu uzamanın nedeninin başka çalışmalarda gösterildiği üzere geç sodyum akımlarından (INaL) dolayı gerçekleştiği söylenebilir. Bununla birlikte izoproterenolün Ca2+ akımlarını azalttığı ancak SO2 uygulamasıyla birlikte Ca2+ akımlarının kontrol seviyelerine geri döndüğü görülmüştür. Antioksidan karışımın ise hipertrofik modelde gözlenen Ca2+ akımlarının azalışına her hangi bir etkisinin olmadığı fark edilmiştir. Bu bilgilerin dışında SO2'nin elektriksel parametrelerde düzelmelere sebep olsa da mekanik parametrelerde olumsuz değişikliklere neden olduğu fark edilmiştir. Bunun nedeninin ise yapılan diğer çalışmaların da gösterdiği üzere Ca2+ duyarlılığında gözlenen artışa bağlı olarak diyastolik fonksiyon bozukluklarının gerçekleşmesidir. SO2 molekülünün bu etkisinin antioksidan sistemle her hangi bir ilişkisinin bulunup bulunmadığını anlayabilmek için biyokimyasal parametreler de incelenmiştir. Bu incelemenin sonucunda kardiyak hasarın protein oksidasyonu ve lipit peroksidasyonuna neden olmadığı saptanmış ve SO2 molekülünün etkilerinin bu sistem üzerinden olamayacağı sonucuna ulaşılmıştır. Bununla birlikte tek başına SO2 uygulamasının protein karbonil değerlerini arttırarak oksidatif hasara neden olduğu belirlenmiştir. Bu çerçevede SO2 molekülünün fizyolojik koşullarda oksidatif bir etki yaratırken, koşulların değişmesine bağlı olarak sistem üzerinde farklı etkilerin olabileceği yorumu yapılmıştır. 
Sonuç olarak SO2 molekülünün patolojik durumlarda kardiyovasküler sistem üzerine olumlu etkilerinin olduğu konusunda verilere ulaşılmıştır. Bu etki mekanizmasının net bir şekilde anlaşılabilmesi amacıyla daha detaylı çalışmaların yapılması gerekmektedir.

Abstract:
Cardiac hypertrophy is an initial adaptive response to several types of cardiovascular stress and can precede the decompensatory phase of heart failure. Excitation-contraction coupling in cardiac muscle of hypertrophic cardiomyopathy (HCM) remains poorly understood, despite the fact that the genetic alterations are well defined. In this sense, many intracellular signaling molecules and pathways has been tested. Among these, the most interesting ones are gasotransmitters referred to as the carbon monoxide (CO), nitrogen monoxide (NO) and hydrogen sulfide (H2S) respectively. These molecules have been identified as primary contaminants of the environment, but the understanding of the production pathways and mechanisms physiological role draw the attention. In addition to these substances, sulfur dioxide (SO2) is the one that still investigated in the same way. SO2 is toxic and allergic agent and metabolic removal processes is also known for a long time. Recent studies regarding the heart muscle beside other organs, SO2 is endogenously produced and possible intercellular signaling molecule. However, several articles were discussing that subsidence of SO2 is histologically effective in the formation of hypertrophic signal. However, the influence on heart's electrical and mechanical functions is unknown.  Based on these reasoning, the study designed to investigate the effect of SO2 on cardiomyocytes' excitation-contraction coupling in HCM model. 
This study was designed to uncover the potential role of SO2 in rat model of HCM generated by excessive ?-adrenergic stimulation was used. Single cells have been obtained by enzimatically from hearts of rats given ?-adrenergic agonist isoproterenol subcutaneously to generate HCM and/or SO2 donor sodium metabisulfite (i.p) for 7 days. 
It has been found that SO2 and antioxidant mixture do not effect that isoprotenol application caused hypertrophy by examining heart weight/tibia length ratio. It is observed that appeared pathology model caused lengthening at repolarization phase of action potential and SO2 application reversed this process. Moreover, antioxidant mixture does have an parallel effect on this lengthening. In other studies, this lengthening explained as it took place due to the INa-L currents. Although isoprotenol reduced Ca2+ current, Ca2+ current was lessened to control levels with application of SO2. It have been noticed that antioxidant mixture does not have any effect on the Ca2+ currents. Apart from this information, it is noticed that leads to adverse changes in mechanical parameters, even though SO2 causes improvement in the electrophysiological parameters. A number of studies showed that diastolic dysfunction appeared because of occurred Ca2+ sensitivity. The main reason of this interpretation is that shortening in the resting sarcomere length along with decreasing contraction amplitude. In order to understand that the relation between antioxidant system and effects of SO2 molecule mentioned above, biochemical parameters are also studied. As a result of this study, it is found that cardiac damage did not caused protein oxidation and lipid peroxidation and it is emphasized that possible effects of SO2 molecules cannot be out of this system. However, it is determined that SO2 application does not increase protein carbonyl values. In this context, while SO2 molecule creates oxidative stress in physiological conditions, different effects on the system can be revealed depending on the changing conditions
Consequently, the obtained data have implications for the understanding of cardiovascular system pathology and positive effect of SO2 molecule. In order to fully understand of this effect, detailed studies should required