Nutukimas, atsparumas insulinui ir skeleto raumenų funkcija Jolita Čiapait÷, PhD 2007–2013 m. Žmogiškųjų išteklių pl÷tros veiksmų programos 3 prioriteto „Tyr÷jų geb÷jimų stiprinimas“ VP1-3.1-ŠMM-05-K priemon÷s „MTTP tematinių tinklų, asociacijų veiklos stiprinimas“ projektas „Lietuvos biochemikų draugijos potencialo kurti žinių visuomenę didinimas“ (NR. VP1-3.1-ŠMM-05-K-01-022) Jolita Čiapait÷, PhD Biomedicininio BMR katedra, Biomedicinin÷s Inžinerijos Fakultetas, Eindhoveno Technologijos Universitetas, Eindhovenas, Olandija
43
Embed
Nutukimas, atsparumas insulinui ir skeleto raumenų funkcija · • Priežastys, d÷l kurių skeleto raumenys vaidina svarbų vaidmenį gliukoz÷s homeostaz÷s palaikyme: • Skeleto
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Nutukimas, atsparumas insulinui ir skeleto raumenų funkcija
Jolita Čiapait÷, PhD
2007–2013 m. Žmogiškųjų išteklių pl÷tros veiksmų programos 3 prioriteto „Tyr÷jų geb÷jimų stiprinimas“ VP1-3.1-ŠMM-05-K priemon÷s „MTTP tematinių tinklų, asociacijų veiklos stiprinimas“projektas „Lietuvos biochemikų draugijos potencialo kurti žinių visuomenę didinimas“
(NR. VP1-3.1-ŠMM-05-K-01-022)
Jolita Čiapait÷, PhD
Biomedicininio BMR katedra, Biomedicinin÷s Inžinerijos Fakultetas, Eindhoveno Technologijos Universitetas, Eindhovenas, Olandija
Cukrinis diabetas
• Vienas iš klinikinių požymių – padid÷jusi gliukoz÷s koncentracija kraujyje.
• Komplikacijos:
• Kraujagyslių ir nervų pažeidimai.
Biomedical NMR PAGE 115-3-2011
• Priežastys:
• Susilpn÷jęs insulino poveikis periferiniuose audiniuose (i.e. atsparumas insulinui).
• Negaminamas insulinas.
Cukrinis diabetas
• Skiriami du tipai:• I tipo (~10%)
− Paprastai autoimunin÷ liga, sunaikinamos insuliną gaminančios kasos ββββ-ląstel÷s.
− Liga pasireiškia ankstyvame amžiuje.
• II tipo (~90%)
Biomedical NMR PAGE 215-3-2011
• II tipo (~90%)− lemiantys veiksniai:
− genetiniai,
− gyvenimo būdo (mažas fizinis aktyvumas, dieta →→→→nutukimas),
− kultūriniai.
− Paprastai išsivysto vyresnio amžiaus žmon÷ms (tendecija jaun÷ti).
II tipo diabeto epidemiologijaD
iab
etu
serg
an
čių
in
div
idų
skaič
ius
(Mil
ijo
nai)
Išsivysčiusios šalys Besivystančios šalys
Biomedical NMR PAGE 315-3-2011
Wild et al. (2004) Diabetes Care. 27(5):1047-1053.
Amžiaus grup÷ (Metai)
Dia
betu
serg
an
čių
in
div
idų
skaič
ius
(Mil
ijo
nai)
171 milijonas 2000 m.366 milijonai 2030 m.
Gliukoz÷s homeostaz÷
Biomedical NMR PAGE 415-3-2011
Gliukoz÷s homeostaz÷s sutrikimas lemia cukrinio diabeto išsivystymą
Gliukoz÷s homeostaz÷
• Priežastys, d÷l kurių skeleto raumenys vaidina svarbų vaidmenį gliukoz÷s homeostaz÷s palaikyme:
• Skeleto raumenys sudaro 40-50% suaugusio žmogaus kūno mas÷s.
• Skeleto raumenys sunaudoja ~50% su maistu gautos
Biomedical NMR PAGE 515-3-2011
• Skeleto raumenys sunaudoja ~50% su maistu gautos gliukoz÷s. (Basu et al. (2001) Diabetes 50:1351-1362)
Skeleto raumens struktūra
Raumuo
Raumeninių skaidulįpluoštelis Storasis filamentas
Aktinas
Miozinas
Biomedical NMR PAGE 615-3-2011
Miofibril÷Miofilamentai
Plonasis filamentas
Raumeninių skaidulų tipai
Skaidulų tipai I II A II X II B
Oksidacinis paj÷gumas Didelis Didelis Vidutinis Mažas
Glicolitinis paj÷gumas Mažas Didelis Didelis Didelis
Susitraukimo j÷ga Maža Vidutin÷ Didel÷ Labai didel÷
Susitraukimo greitis L÷tas Vidutiniškas Greitas Labai greitas
Atsipalaidavimo greitis L÷tas Vidutiniškas Greitas Labai greitas
Atsparumas nuovargiui Didelis Gana didelis Vidutinis Mažas
Meta
bo
lin
÷s
Mech
an
in÷s
Skeleto raumens atsparumas insulinui
Biomedical NMR PAGE 815-3-2011
Lowell BB & Shulman GI. Science 2005 307:384-387.
Skeleto raumens atsparumas insulinui
• Modelin÷ tyrimų sistema - graužikai (žiurk÷s, pel÷s).
• Ypač dažnai naudojama tiriant su nutukimu susijusio atsparumo insulinui atsiradimo mechanizmus.
Biomedical NMR PAGE 915-3-2011
Skeleto raumens atsparumas insulinui
• Ankstyvi daug riebalų turinčios dietos sukelti pokyčiai graužikų skeleto raumenyse:• Riebalų rūgščių ββββ-oksidacijos stimuliacija mitochondrijose. (Turner
et al. (2007) Diabetes 56:2085-92; van den Broek et al. (2010) FASEB J. 24:1354-64)
• Mitochondrijų biogenez÷s stimuliacija. (Hancock et al. (2008) PNAS.105:7815-20; van den Broek et al. (2010) FASEB J. 24:1354-64)
Biomedical NMR PAGE 1015-3-2011
• Padid÷jęs mitochondrijų oksidacinio fosforilinimo sistemos fermentų raiškos lygis. (De Wilde et al. (2008) Physiol.Genom. 32:360-9)
• Padid÷jęs miozino sunkiosios grandin÷s l÷tos izoformos raiškos lygis. (De Wilde et al. (2008) Physiol.Genom. 32:360-9)
• Daug riebalų turinčios dietos sukelia raumeninių skaidulų kompozicijos pokytį (glikolitin÷s →→→→ oksidacin÷s)?
Tyrimų tikslas
• Nustatyti skirtingų daug riebalų turinčių dietų poveikį skeleto raumens susitraukimo rodikliams.
• Nustatyti ar šis poveikis yra susijęs su raumeninių skaidulų kompozicijos pokyčiu.
Biomedical NMR PAGE 1115-3-2011
Metodai: Eksperimento planas
• Tyrimų objektas• 12 savaičių vyriškos gimin÷s C57BL/6J pel÷s• n=32 (4 x 8)
• Dietos (S. van den Berg et al. Nutr Metab (Lond). 2010 Mar 27;7:24.)
• Mažai riebalų turinti dieta (LFD; 10 En% riebalų (palmių aliejus))• Daug riebalų turinti dieta (HFD L; 45 En% riebalų (kaiul÷s taukai))• Daug riebalų turinti dieta (HFD PO; 45 En% riebalų (palmių aliejus))• Daug riebalų turinti dieta (HFD POS; 45 En% riebalų (palmių aliejus + tristearinas))
Biomedical NMR PAGE 1215-3-2011
• Daug riebalų turinti dieta (HFD POS; 45 En% riebalų (palmių aliejus + tristearinas))
• Stearato (C18:0) koncentracija dietose:− HFD L 15.0%− HFD PO 4.4%− HFD POS 13.9%
• Trukm÷:• 5 savait÷s• Atsparumas insulinui periferiniuose audiniuose (S. van den Berg et al. Nutr Metab
(Lond). 2010 Mar 27;7:24.)
Tristearinas(glicerolio tristearatas)
Metodai: Tiriami raumenys
• Musculus Extensor digitorum longus (EDL)
− Sudarytas iš greitų-glikolitinių (II tipo) skaidulų.
LaFramboise et al. J Mol Cell Cardiol. 2003 35:1307–1318.
• Musculus Soleus (SOL)
Biomedical NMR PAGE 1315-3-2011
− Mišrus raumuo, sudarytas iš l÷tų-oksidacinių ir greitų-glikolitinių ( I / II tipo) skaidulų.
Jackaman et al. Cell Motil Cytoskeleton. 2007, 64: 914–925;
LaFramboise et al. J Mol Cell Cardiol. 2003, 35:1307–1318.
Daug riebalų turinčios dietos nekeičia miozino sunkiųjų grandinių kompozicijos
Biomedical NMR PAGE 3115-3-2011
Duomenys: Vidurkia ± SEM; n=6 grup÷je
0
20
40
60
80
IIa/x IIb I
HFD Palm oil + Tristearin
MHC isoform
0
20
40
60
80
IIa/x IIb I
HFD Palm oilHFD Palm oil + Tristearin
MHC isoform
Apibendrinimas
• Daug riebalų turinčių dietų sukelti skeleto raumens susitraukimo rodiklių pokyčiai n÷ra nulemti raumeninių skaidulų kompozicijos pokyčio, nes nepakito:
• Mitochondrijų tankis,
• Raumens oksidacinis paj÷gumas,
Biomedical NMR PAGE 3215-3-2011
• Raumens oksidacinis paj÷gumas,
• Miozino sukiųjų grandinių raiškos profilis.
Rezultatai
4
5
6LFDHFD LardHFD Palm oilHFD Palm oil + Tristearin
Te
ns
ion
(N
/g)
Maksimali j÷ga
5
6
7
8LFDHFD LardHFD Palm oilHFD Palm oil + Tristearin
Te
ns
ion
(N
/g)
Maksimali j÷ga
EDL Soleus
Kaip paaiškinti dietų poveikį maksimaliai susitraukimo j÷gai soleus raumenyje?
Biomedical NMR PAGE 3315-3-2011
0
1
2
3
4
Te
ns
ion
(N
/g)
* *
$
0
1
2
3
4
5
Te
ns
ion
(N
/g)
Vienkartinis susitraukimas
Rezultatai: Troponinas T
• Troponinas T (TnT) reguliuoja j÷gos generavimą susitraukimo metu.
Biomedical NMR PAGE 3415-3-2011
− TnT izoformų kompozicija turi įtakos raumens susitraukimo j÷gos dydžiui. (Ozgut et al. (1999) Am. J. Physiol. Cell. Physiol. 276:1162-70)
− Kūno svoris ir mityba gali moduliuoti TnT izoformų raiškos lygį ir kompoziciją. (Marden et al. (2008) J. Exp. Biol. 211:3653-60)
TnT FS – greita skeleto raumenų izoformaTnT SS – l÷ta skeleto raumenų izoforma
0
0.5
1
1.5
TnT FS TnT SS
HFD Palm oil + Tristearin
Tn
T e
xp
res
sio
n (
A.U
.)
* *
* * *
0
1
2
3
4
Te
ns
ion
(N
/g)
* *
$
Išvados
• Dietų poveikis skeleto raumes susitraukimo parametrams priklauso nuo raumens skaidulų kompozicijos:• EDL (greitame-glikolitiniame) raumenyje atsipalaidavimo trukm÷
pailg÷jo, o kiti parametrai liko nepakitę.• Soleus (mišriame oksidaciniame-glikolitiniame) raumenyje
maksimali susitraukimo j÷ga sumaž÷jo, atsipalaidavimo trukm÷ sutrump÷jo, o susitraukimo trukm÷, kaip ir EDL, nepakito.
• Skeleto raumes susitraukimo parametrų pokyčiai nebuvo nulemti
Biomedical NMR PAGE 3815-3-2011
• Skeleto raumes susitraukimo parametrų pokyčiai nebuvo nulemti raumeninių skaidulų kompozicijos pokyčio.
• Maksimalios susitraukimo j÷gos sumaž÷jimas soleus raumenyje yra susijęs su Troponino T izoformų raiškos pokyčiu.
• Maistinių riebalų kilm÷s svarba išlieka neaiški. Dietos su palmių aliejumi tur÷jo šiek tiek stipresnį neigiamą poveikį nei dieta su kiaulių taukais, kas galbūt gal÷tų būti susiję su atitinkamu šių dietų poveikiu skeleto raumens jautrumui insulinui.
Išvados
• Dietų poveikis skeleto raumes susitraukimo parametrams priklauso nuo raumens skaidulų kompozicijos:• EDL (greitame-glikolitiniame) raumenyje atsipalaidavimo trukm÷
pailg÷jo, o kiti parametrai liko nepakitę.• Soleus (mišriame oksidaciniame-glikolitiniame) raumenyje
maksimali susitraukimo j÷ga sumaž÷jo, atsipalaidavimo trukm÷ sutrump÷jo, o susitraukimo trukm÷, kaip ir EDL, nepakito.
• Skeleto raumes susitraukimo parametrų pokyčiai nebuvo nulemti
Biomedical NMR PAGE 3915-3-2011
• Skeleto raumes susitraukimo parametrų pokyčiai nebuvo nulemti raumeninių skaidulų kompozicijos pokyčio.
• Maksimalios susitraukimo j÷gos sumaž÷jimas soleus raumenyje yra susijęs su Troponino T izoformų raiškos pokyčiu.
• Maistinių riebalų kilm÷s svarba išlieka neaiški. Dietos su palmių aliejumi tur÷jo šiek tiek stipresnį neigiamą poveikį nei dieta su kiaulių taukais, kas galbūt gal÷tų būti susiję su atitinkamu šių dietų poveikiu skeleto raumens jautrumui insulinui.
Išvados
• Dietų poveikis skeleto raumes susitraukimo parametrams priklauso nuo raumens skaidulų kompozicijos:• EDL (greitame-glikolitiniame) raumenyje atsipalaidavimo trukm÷
pailg÷jo, o kiti parametrai liko nepakitę.• Soleus (mišriame oksidaciniame-glikolitiniame) raumenyje
maksimali susitraukimo j÷ga sumaž÷jo, atsipalaidavimo trukm÷ sutrump÷jo, o susitraukimo trukm÷, kaip ir EDL, nepakito.
• Skeleto raumes susitraukimo parametrų pokyčiai nebuvo nulemti
Biomedical NMR PAGE 4015-3-2011
• Skeleto raumes susitraukimo parametrų pokyčiai nebuvo nulemti raumeninių skaidulų kompozicijos pokyčio.
• Maksimalios susitraukimo j÷gos sumaž÷jimas soleus raumenyje yra susijęs su Troponino T izoformų raiškos pokyčiu.
• Maistinių riebalų kilm÷s svarba išlieka neaiški. Dietos su palmių aliejumi tur÷jo šiek tiek stipresnį neigiamą poveikį nei dieta su kiaulių taukais, kas galbūt gal÷tų būti susiję su atitinkamu šių dietų poveikiu skeleto raumens jautrumui insulinui.
Išvados
• Dietų poveikis skeleto raumes susitraukimo parametrams priklauso nuo raumens skaidulų kompozicijos:• EDL (greitame-glikolitiniame) raumenyje atsipalaidavimo trukm÷
pailg÷jo, o kiti parametrai liko nepakitę.• Soleus (mišriame oksidaciniame-glikolitiniame) raumenyje
maksimali susitraukimo j÷ga sumaž÷jo, atsipalaidavimo trukm÷ sutrump÷jo, o susitraukimo trukm÷, kaip ir EDL, nepakito.
• Skeleto raumes susitraukimo parametrų pokyčiai nebuvo nulemti
Biomedical NMR PAGE 4115-3-2011
• Skeleto raumes susitraukimo parametrų pokyčiai nebuvo nulemti raumeninių skaidulų kompozicijos pokyčio.
• Maksimalios susitraukimo j÷gos sumaž÷jimas soleus raumenyje yra susijęs su Troponino T izoformų raiškos pokyčiu.
• Maistinių riebalų kilm÷s svarba išlieka neaiški. Dietos su palmių aliejumi tur÷jo šiek tiek stipresnį neigiamą poveikį nei dieta su kiaulių taukais, kas galbūt gal÷tų būti susiję su atitinkamu šių dietų poveikiu skeleto raumens jautrumui insulinui.
Pad÷ka
Eindhoven University of Technology• Department of Biomedical Engineering
• Biomedical NMR groupJeroen Jeneson
• Biomodeling groupWillemijn Groenendaal
Biomedical NMR PAGE 4215-3-2011
Willemijn Groenendaal
Joep Vanlier
Leiden University Medical Center• Department of Human Genetics