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Bibliographic Metadata

Title
Effect of heme oxygenase-1 induction on ischemia-reperfusion-injury in skeletal muscle / submitted by Martin Andreas
Additional Titles
Effect of Heme Oxygenase-1 Induction on Ischemia-Reperfusion-Injury in Skeletal Muscle
AuthorAndreas, Martin
CensorWolzt, Michael
Published2013
Description131 Bl. : Ill., graph. Darst.
Institutional NoteWien, Med. Univ., Diss., 2013
Annotation
Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
Zsfassung in dt. Sprache
LanguageEnglish
Bibl. ReferenceOeBB
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)Hämoxygenase / Hämarginat / Ischämie / Reperfusion / MRI / Prekonditionierung
Keywords (EN)heme ogygenase / heme arginate / ischemia-reperfusion injury /, functional MRI / preconditioning
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-1767 Persistent Identifier (URN)
Restriction-Information
 The work is publicly available
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Effect of heme oxygenase-1 induction on ischemia-reperfusion-injury in skeletal muscle [4.54 mb]
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Classification
Abstract (German)

Einleitung Hämarginat (HA) induziert die Expression des Enzyms Hämoxygenase - 1 (HO-1). HO-1 kann den Ischämie-Reperfusionsschaden (IRS) reduzieren. Die Magnetresonanz- tomographie (MRI) und -spektroskopie (MRS) sind Methoden, die bereits häufig zur Beschreibung des oxidativen Muskelstoffwechsels angewendet wurden. Diese Techniken können daher möglicherweise auch für die Evaluierung des IRS herangezogen werden.

Die Ziele dieses Projekts waren die Entwicklung von MR - spezifischen Methoden zur Darstellung und Evaluierung des IRS sowie die Evaluierung des ischämischen Präkonditionierens und der Induktion von HO-1 zur Reduktion des IRS.

Methoden Insgesamt wurden 35 Probanden in drei randomisierte Studien eingeschlossen. Das ischämische Präkonditionieren und die Induktion von HO-1 wurden mittels MRI und MRS beschrieben. Zusätzlich wurde in einer Studie die Muskelkraft gemessen.

Die Ischämie am Bein wurde mittels Aufblasen einer Oberschenkelmanschette für 20 Minuten erzeugt. Anschließend folgte eine reduzierte Reperfusion für einen Zeitraum von 5 Minuten. Ischämisches Präkonditionieren wurde 4 oder 48 Stunden vor der längeren Ischämie angewandt. HA (1 mg/kg Körpergewicht) oder Placebo wurde 24 Stunden vor der Ischämie infundiert. Veränderungen in den 31P MRS Messwerten und den BOLD (blood oxygen level-dependent) MRI Signalen wurden aufgezeichnet.

Ergebnisse Das Phosphokreatin (PCr) Signal sank deutlich während der Ischämie und erholte sich rasch in der Reperfusionsphase. Das BOLD Signal sank ebenfalls in der Ischämie, zunächst rasch und nach einigen Minuten nur mehr gering, und stieg im Rahmen der postischämischen Hyperämie an.

Ischämisches Präkonditionieren 4 Stunden vor der Ischämie konnte das PCr Reperfusionssignal im Vergleich zu den anderen Gruppen deutlich erhöhen und reduzierte das BOLD MRI Signal.

Nach der Infusion von HA war das maximale BOLD MRI Signal in der Reperfusion höher und wurde früher erreicht als in der Placebogruppe.

Rückschlüsse Ischämisches Präkonditionieren und HA können den Muskelstoffwechsel nach der Ischämie positiv beeinflussen. Ischämisches Präkonditionieren erhöhte die PCr Produktion und damit auch den Sauerstoffverbrauch, was zu einer Reduktion des BOLD MRI Signals führte. Eine einzelne Dosis von HA könnte, wahrscheinlich durch eine schützende Wirkung auf die Endothelzelle, die Reperfusionseigenschaften deutlich verbessern.

Abstract (English)

Introduction Heme arginate (HA) induces heme oxygenase-1 (HO-1), which protects tissue against ischemia-reperfusion injury (IRI). Magnetic resonance (MR) imaging and spectroscopy have been applied to assess skeletal muscle oxidative metabolism. Therefore, MR may enable the characterization of IRI in skeletal muscle. The goals of this project were the establishment of MR measurements for the detection of IRI and the evaluation of ischemic preconditioning (IPC) and HO-1 induction as therapeutic approaches of IRI in healthy subjects.

Methods Thirty-five participants were included in three randomized crossover protocols in which the effects of IPC and HO-1 induction were measured by MR and muscle force assessments. Leg ischemia was administered over 20 minutes with or without a subsequent slow reperfusion for 5 minutes, followed by full reperfusion. IPC was administered 4 or 48 hours prior to ischemia. HA (1 mg/kg body weight) or placebo was infused 24 hours prior to ischemia for the induction of HO-1. Changes in 31P MR spectroscopy and blood oxygen level-dependent (BOLD) functional MRI signals were recorded.

Results The phosphocreatine (PCr) signal decreased robustly during ischemia and recovered rapidly during reperfusion. The BOLD signal intensity decreased during ischemia and increased during hyperemic reperfusion.

IPC 4 hours prior to ischemia significantly increased the maximal PCr reperfusion signal and mitigated the peak BOLD signal during reperfusion.

Peak reactive BOLD functional MRI signal was significantly increased and occurred earlier after HA compared to placebo.

Conclusions IPC and HA positively influenced muscle metabolism after IRI. IPC resulted in an increase in PCr production and higher oxygen consumption, thereby mitigating the peak BOLD signal.

A single high dose of HA improves reperfusion patterns during ischemia reperfusion injury in humans.

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