velikost textu

Effect of selected drugs on mitochondrial metabolism in an in vitro model of human skeletal muscle

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
Effect of selected drugs on mitochondrial metabolism in an in vitro model of human skeletal muscle
Název v češtině:
Vliv vybraných farmak na mitochondriální metabolismus v in vitro modelu lidského kosterního svalu
Typ:
Disertační práce
Autor:
MUDr. Adéla Krajčová, Ph.D.
Školitel:
prof. MUDr. Michal Anděl, CSc.
Oponenti:
MUDr. Eva Kieslichová, Ph.D.
MUDr. Josef Houštěk, DrSc.
Konzultant:
MUDr. František Duška, Ph.D.
Id práce:
145394
Fakulta:
3. lékařská fakulta (3.LF)
Pracoviště:
II.interní klinika (12-2INK)
Program studia:
Fyziologie a patofyziologie člověka (P5106)
Obor studia:
-
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
13. 9. 2018
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Angličtina
Abstrakt:
SOUHRN Úvod: Rostoucí počet studií ukazuje, že mitochondriální dysfunkce mohou být způsobeny některými běžně užívanými léky a sehrávat klíčovou roli v rozvoji jejich nežádoucích účinků. Jedním z příkladů je derivát fenolu propofol. Propofol je intravenózní, rychle a krátkodobě působící hypnotikum, které se rutinně užívá jak k anestezii v průběhu operačních zákroků, tak i k sedaci na jednotkách intenzivní péče. Syndrom propofolové infuze (PRIS) je vzácnou, avšak závažnou komplikací podávání léku s velmi vysokou mortalitou. Mezi jeho typické známky patří metabolická acidóza, nově vzniklé arytmie, změny na EKG podobné známkám pozorovaným u Brugada syndromu, hypertriglyceridémie, horečka, hepatomegalie, rhabdomyolýza, srdeční a/nebo renální selhání. Riziko vzniku syndromu se zvyšuje se stoupající dávkou a dobou podávání (˃48 hod). Mechanismus vzniku syndromu není dosud znám: pilotní studie provedené na animálních modelech naznačují poškození mitochondriálního metabolismu. V úvodní části práce byla provedena rešerše všech 153 publikovaných kazuistik popisujících PRIS a všech dosud provedených experimentálních prací. Dalším cílem studie bylo potvrdit hypotézu mitochondriálního poškození pomocí prolongované in vitro expozice lidských svalových buněk různým koncentracím propofolu a poté měřením jejich mitochondriálních funkcí metodou extracelulárního fluxu. Metody: Vyhledány byly všechny kazuistiky popisující syndrom propofolové infuze (v období let 1990-2014) a provedena byla analýza jak vztahu mezi jednotlivými známkami PRIS a dávkou a dobou podávání propofolové infuze, tak i rizikových faktorů zvyšujících pravděpodobnost mortality. V in vitro studii byly použity svalové buňky, izolované z kosterního svalu (m. vastus lateralis) získaného biopsií pacientů (n=30) v průběhu elektivních operací kyčelního kloubu. Buňky byly vydiferencovány v myotuby a poté exponovány 4 koncentracím propofolu odpovídajících jeho hladině v plazmě při podávání propofolové infuze při sedaci či anestezii (1, 2.5, 5 a 10 µg/ml). Po 96 hodinách expozice byl měřen jejich energetický metabolismus pomocí XF-24 extracelulárního flux analyzátoru. V průběhu experimentu byla měřena spotřeba kyslíku jak bazální, tak po přidání dalších 3 látek: inhibitoru ATPasy, odpřahovače a inhibitoru dýchacího řetězce. Z naměřených dat jsme následně určili bazální spotřebu kyslíku (OCR), obrat ATP, leak protonů přes vnitřní mitochondriální membránu a kapacitu dýchacího řetězce. Kapacita β-oxidace mastných kyselin byla měřena jak metodou extracelulárního fluxu (jako etomoxirem inhibovatelná OCR po přidání odpřahovače a palmitátu), tak pomocí radioaktivně značeného palmitátu. Pro detailnější otestování funkce dýchacího řetězce byla měřena respirace po přidání specifických substrátů a inhibitorů pro jednotlivé komplexy (I, II, III a IV). Aktivity jednotlivých komplexů byly navíc měřeny spektrofotometricky. Výsledky: Meta-analýza dat získaných ze 153 publikovaných kazuistik PRIS ukázala více než >51% mortalitu. Faktory spojenými s vyšší mortalitou byly dávka a délka podávání propofolové infuze, horečka a kraniotrauma. Srdeční selhání a metabolická acidóza se objevily časně po začátku podávání propofolu a byly závislé na dávce, zatímco výskyt arytmií, změn na EKG a rhabdomyolýzy se zvýšil s dobou podávání propofolové infuze, nezávisle na dávce. V in vitro studii byl porovnáván efekt propofolu s kontrolními buňkami rostoucími v čistém mediu i s buňkami exponovanými buď pouze lipidovému nosiči propofolu (Intralipidu) anebo směsi mastných kyselin odpovídajících složení Intralipidu (55% kyselina linoleová, 27% kyselina olejová a 10.5% kyselina palmitová). Viabilita buněk a bazální spotřeba kyslíku byla ovlivněna pouze nejvyššími koncentracemi propofolu (10 µg/ml), zatímco již nejnižší testované koncentrace snížily maximální kapacitu dýchacího řetězce. Expozice propofolem způsobila mírné odpřažení vnitřní mitochondriální membrány, nezávislé na dávce propofolu. Jednotlivé komplexy dýchacího řetězce nebyly inhibovány. Nejvýznamnější abnormitou, navozenou propofolem, byla inhibice oxidace mastných kyselin na 36%, resp. 33% bazálních hodnot (expozice 2.5, resp. 10 µg/ml propofolu). Závěr: Diagnóza PRIS může být obtížná, protože některé z typických příznaků PRIS mohou často (>95%) chybět (hypertriglyceridémie, horečka, hepatomegalie, srdeční selhání) a jiné (např. arytmie) se objevují později. Klinické projevy PRIS naznačují poškození mitochondriálního metabolismu. Provedená in vitro studie prokázala, že propofol snižuje maximální respirační kapacitu dýchacího řetězce a způsobuje výraznou inhibici β-oxidace mastných kyselin v lidském kosterním svalu.
Abstract v angličtině:
SUMMARY Introduction: Increasing number of reports reflect that mitochondrial dysfunction can be induced by some of the commonly used drugs and can play a key role in the development of their adverse effects. One of these drugs is a phenol derivative propofol. Propofol is an intravenous, fast and short-acting hypnotic agent, routinely used either for induction and maintenance of anaesthesia during surgery, or for sedation in intensive care units. Propofol infusion syndrome (PRIS) is a rare, but serious adverse effect of the drug with a very high mortality. Typical features of the syndrome include metabolic acidosis, arrhythmias, ECG changes that are similar to those of Brugada syndrome, hypertriglyceridemia, fever, hepatomegaly, rhabdomyolysis, cardiac and/or renal failure. The risk of the syndrome increases with raising dose and duration of propofol administration (˃48 hours). The mechanism of the syndrome is still unknown: pilot studies performed on animal models are suggestive of its mitochondrial origin. In the first part of the study, we performed the analysis of 153 published case reports and all experimental studies related to PRIS. Another aim of the study was to test hypothesis of propofol- induced mitochondrial damage by in vitro exposure of human skeletal muscle-derived cells to a range of propofol concentrations and then assessment of mitochondrial functions by Extracellular Flux Analysis. Methods: We searched for all case reports describing PRIS (published between 1990 and 2014) and we analysed both the relationship between signs of PRIS and the rate and duration of propofol infusion, and risk factors for mortality. In the in vitro study, we used human skeletal muscle cells that were isolated from skeletal muscle (m. vastus lateralis) obtained from patients (n=30) undergoing hip replacement surgery. Cells were differentiated into myotubes and exposed to a range of 4 propofol concentrations resembling its levels in human plasma during propofol infusion at sedation or anaesthesia (1, 2.5, 5 a 10 µg/mL). After 96 hours of exposure, energy metabolism was assessed using XF-24 Extracellular Flux Analyzer. During experiment, we measured oxygen consumption rate (OCR) at baseline and after addition of three agents: inhibitor of ATPase, uncoupler and inhibitor of respiratory chain. The measurement enabled us to determine basal OCR, ATP production, proton leak and maximal respiratory capacity of the respiratory chain. The capacity of fatty acid oxidation was measured using both Extracellular Flux Analyzer (by etomoxir- induced inhibition of OCR after addition of palmitate and uncoupler) and radioactively labelled [1- 14C] palmitate. In addition, we measured respiration after addition of specific substrates and inhibitors for individual complexes of the respiratory chain (complex I, II, III and IV). Activities of individual complexes were also measured spectrophotometrically. Results: Meta-analysis of 153 case reports about PRIS showed more than >51% mortality. Risk factors associated with high mortality were dose and duration of propofol infusion, fever and craniotrauma. Cardiac failure and metabolic acidosis occurred early after initiation of propofol infusion and are dose-dependent, whilst arrhythmias, ECG changes and rhabdomyolysis appeared more frequently after prolonged propofol infusion, irrespective of dose. In the in vitro study, we compared effect of propofol on myotubes with control cells incubated in fresh medium or exposed to either lipid vehicle (Intralipid) or non-esterified fatty acids (NEFA) mixture resembling Intralipid composition (55% of linoleic acid, 27% of oleic acid and 10.5% of palmitic acid). Cell viability and basal oxygen consumption were influenced by only the highest propofol concentration (10 µg/mL), whilst the lowest concentration already caused decrease of maximal respiratory capacity. Exposure to propofol caused a mild uncoupling of inner mitochondrial membrane, irrespective of propofol dose. Individual complexes of the respiratory chain were not inhibited. The most significant propofol-induced abnormality was inhibition of fatty acid oxidation to 36% and 33% of baseline values (exposure to 2.5 and 10 µg/mL of propofol, respectively). Conclusion: Diagnosis of PRIS may be challenging as some of its typical features are often (>95%) missing (hypertriglyceridemia, fever, hepatomegaly, cardiac failure) and others (e.g. arrhythmias) appear later. Clinical features of PRIS are suggestive of its mitochondrial origin. Our in vitro study showed that propofol decreases maximal respiratory capacity and causes profound inhibition of fatty acid oxidation in human skeletal muscle.
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce MUDr. Adéla Krajčová, Ph.D. 3.04 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce MUDr. Adéla Krajčová, Ph.D. 134 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky MUDr. Adéla Krajčová, Ph.D. 127 kB
Stáhnout Autoreferát / teze disertační práce MUDr. Adéla Krajčová, Ph.D. 1021 kB
Stáhnout Posudek vedoucího prof. MUDr. Michal Anděl, CSc. 1.04 MB
Stáhnout Posudek oponenta MUDr. Eva Kieslichová, Ph.D. 1.58 MB
Stáhnout Posudek oponenta MUDr. Josef Houštěk, DrSc. 1.24 MB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 1.12 MB