Dynamic medicine : DM, 2005; 4: 7-7 (más artículos en esta revista)

Libre Mg 2 + concentración en el músculo de la pantorrilla glucógeno fosforilasa y fosfructoquinasa deficiencia de los pacientes evaluados en diferentes condiciones metabólicas de la NIC 31 P

BioMed Central
Emil Malucelli (emil@med.unibo.it) [1], Raffaele Lodi (raffaele.lodi @ unibo.it) [1], Andrea Martinuzzi (andrea.martinuzzi @ cn.lnf.it) [1], Caterina Tonon ( C.tonon @ med.unibo.it) [1], Bruno Barbiroli (bruno.barbiroli @ unibo.it) [1], Stefano Iotti (iotti@med.unibo.it) [1]
[1] Dipartimento di Medicina Clínica Biotecnología e Applicata, Università di Bologna, Via Massarenti 9, 40138 Bologna, Italia

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Resumen
Antecedentes

El aumento de citosólico libre Mg 2 + se produzcan durante el ejercicio y la recuperación inicial de los músculos del esqueleto humano es acompañado por una disminución en el pH citosólico como se muestra en vivo por espectroscopía de resonancia magnetica de fósforo (31 P MRS). In vivo para investigar en qué medida la homeostasis intracelular libre de Mg 2 + está relacionada con el pH en el músculo esquelético humano, hemos realizado un estudio de los pacientes con miopatías metabólicas debido a diferentes trastornos del metabolismo del glucógeno que comparten una falta de la acidificación intracelular muscular durante el ejercicio.

Métodos

Evaluamos el 31 de la P MRS pH citosólico libre y la concentración de magnesio ([Mg 2 +]) en el músculo durante el ejercicio, ternera y post-ejercicio de recuperación en dos pacientes con la enfermedad de McArdle con deficiencia muscular de glucógeno fosforilasa (McArdle), y dos hermanos, ambos afectados Por la enfermedad de Tarui con deficiencia muscular fosfructoquinasa (PFK).

Resultados

Todos los pacientes mostraron una falta de acidosis intracelular muscular durante el ejercicio. Al resto sólo un paciente mostró una PFK [Mg 2 +] más alto que el valor se encuentra en los sujetos control. Durante el ejercicio y la recuperación McArdle pacientes no mostraron ningún cambio significativo en libre [Mg 2 +], mientras que tanto los pacientes mostraron disminución de PFK libre [Mg 2 +] y una notable acumulación de phosphomonoesters (PME). Durante la recuperación inicial de ambos McArdle pacientes mostraron un pequeño aumento de libre [Mg 2 +] PFK pacientes mientras que en el modelo de libre [Mg 2 +] estaba relacionada con la tasa de recuperación de la PME.

Conclusión

I) la homeostasis de la libre [Mg 2 +] en el músculo esquelético humano está fuertemente ligada a pH como muestra de los pacientes [Mg 2 +] patrón durante el ejercicio;

Ii) el modelo de [Mg 2 +] durante el ejercicio y después de los ejercicios de recuperación en los dos PFK pacientes sugiere que [Mg 2 +] es influenciada por la acumulación de los intermediarios fosforilados monosacárido de la glucogenolisis, como lo demuestra el aumento de la PME pico de la señal.

Iii) 31 P MRS es una herramienta adecuada para la evaluación in vivo de libre citosólico [Mg 2 +] en el músculo esquelético humano en distintas condiciones metabólicas;

Antecedentes

Humanos músculos esqueléticos contienen aproximadamente el 35% del magnesio total del cuerpo humano, que es un cofactor esencial en una serie de reacciones de células. Iones de magnesio influyen en el equilibrio de muchas reacciones celulares que participan en bioenergético al interactuar con moléculas y fosforilados interferir en la cinética de transporte de iones a través de las membranas plasmáticas [1]. Hay considerables pruebas de que Mg 2 + es transportado activamente y regulada, aunque los mecanismos son aún desconocidos en gran medida [2]. En el músculo esquelético las variaciones de pH citosólico, phosphocreatine (PCr) y fosfato inorgánico (Pi), las concentraciones de influir en el complejo multi-sistema de equilibrio de las especies moleculares vinculante iones de magnesio. Como consecuencia [Mg 2 +] cambia considerablemente en diferentes condiciones metabólicas tales como descanso, el ejercicio y la recuperación, lo que representa un aumento acompañado de una disminución de pH intracelular durante el ejercicio y la recuperación [3].

Se evaluó el pH y la citosólica [Mg 2 +] antes del 31 de P MRS en reposo, durante el ejercicio y después de los ejercicios de recuperación muscular en la pantorrilla de dos pacientes con la enfermedad de McArdle con deficiencia muscular de glucógeno fosforilasa (McArdle), y dos hermanos afectados por Tarui con la enfermedad de deficiencia muscular fosfructoquinasa (PFK).

Estos dos tipo de glucogenosis, que se caracteriza por la casi ausencia de la actividad de las enzimas que participan en la glucogenolisis (McArdle) y glicolisis (PFK) itinerarios, muestran, en general, limitada o ausencia de la producción de ácido láctico intracelulares, según el grado de déficit de la enzima [4, 5 ]. Como consecuencia, los pacientes con McArdle y de la enfermedad de Tarui, típicamente muestran una disminución o una falta de la acidificación intracelular durante el ejercicio muscular cuando se estudió el 31 de P MRS [6, 7]. Hemos utilizado estas enfermedades naturales como modelos experimentales para estudiar el modelo de libre Mg 2 + durante el ejercicio y la recuperación en ausencia de la acidificación intracelular de entender en qué medida la homeostasis intracelular libre de Mg 2 + está relacionada con el pH.

Métodos
Los pacientes

Se estudiaron 4 pacientes: dos hombres no vinculados ambos de 42 años de edad, con deficiencia de myo-fosforilasa (llamado MCArdle Iy II, respectivamente) y dos hermanos de 18 años y 10 años con deficiencia fosfructoquinasa (PFK llamado Iy II, respectivamente), detectada por histoquímicas / Análisis bioquímico del músculo.

Diez voluntarios sanos (10 hombres edad: 33 ± 15) fueron contratados como sujetos de control. Por escrito el consentimiento informado se obtuvo de todos los temas.

Protocolo

MR espectros fueron adquiridos en un 1,5 T de General Electric Signa sistema de escáner de cuerpo entero. Pulsos de radiofrecuencia en 25,866 MHz con un ancho de pulso de 400 μ s y un transmisor de potencia de 0,5 kW transmitió una superficie de bobina (20,5 cm de diámetro; General La electrónica) y la resonancia señales fueron recogidas por una bobina receptora 7,5 cm. Una tabla de datos complejos de 1024 puntos se recogen para cada FID. El ancho de banda fue de 2 kHz. El retraso entre la transmisión y la recepción fue de 0,5 ms y el tiempo fue de 250 μ s. El estímulo-respuesta secuencia se repitió cada 5000 ms (TR = 5000 ms). Campo magnético homogeneidad fue optimizado por shimming el espectro de 1 H de agua (FWMH 0.25-0.35 ppm)

El espectroscópicos mediciones se realizaron de acuerdo a la cuantificación y evaluación de la calidad de los protocolos definidos por la CEE concertados Proyecto de Investigación sobre "Caracterización de tejidos por SRA y la RM", COMAC-BME II.1.3 [8].

Temas sentar posición supina con una 20.5/7.5 cm de diámetro transmisor / receptor de superficie de bobina centrado en la máxima circunferencia de la pantorrilla derecha muscular. Músculo ejercicio aeróbico gradual consta de diferentes niveles de 1 minuto cada uno (12-FIDs), de la flexión plantar contra un pedal utilizando un neumático ergometer [9]. Todos los pacientes tuvieron que llevar a cabo un ejercicio de llegar a un PCr agotamiento de aproximadamente el 50% al final del ejercicio. Sesenta y cuatro FIDs en reposo, y 12 FIDs para cada nivel de los trabajos fueron en promedio. Durante la recuperación de 4 FIDs bloques de datos (20 s) se registraron durante 60 s, mientras más tiempo se recogieron los bloques de entonces. El área de cada metabolito señal se ajustó a una línea Lorentzian forma utilizando un tiempo-dominio adecuado programa AMARES / JMRUI [10], la concentración de PCr y Pi se calcula suponiendo una concentración normal de ATP, de 8 mM [11]. El citosólica de pH y [Mg 2 +] se calcula a partir de la química de cambio Pi y β-ATP respectivamente, ambos medidos a partir de la resonancia de PCr, mediante una ecuación que tiene en cuenta la influencia mutua entre el pH y [Mg 2 +] [ 3]. El cálculo simultáneo de [Mg 2 +] y el pH se realizó por el paquete de software específico MagicMC, que hemos desarrollado y puesto a disposición a través de Internet [12].

Resultados

31 P MRS espectros de músculo esquelético humano típicamente muestran el pico de la señal: phosphomonoesters (PME), que representa a los intermediarios fosforilados monosacárido de la glucogenolisis, fosfato inorgánico (Pi), phosphocreatine (PCr) y los tres grupos de fosfato α, β, γ de la ATP .

La figura 1 muestra los espectros de la NIC 31 P adquirido al final del ejercicio en el músculo de la pantorrilla y McArdle PFK pacientes en comparación con la de un sujeto de control de alcanzar un nivel similar de PCr agotamiento. Fin ejercicio de ambos espectros PFK pacientes muestran un marcado aumento en el pico de la PME.

Cuadro 1 informes y el resto de fin de ejercicio los valores citosólico [Mg 2 +] y el pH en los pacientes ternera muscular, en comparación con los valores medios obtenidos en un grupo de control de diez temas con un final de ejercicio comparable PCr agotamiento. Al resto todos los pacientes mostraron un pH citosólico no difieren de los valores de control. Descanso citosólico [Mg 2 +] PFK II en paciente fue 0,45 mM, más alto que el valor de control (0,32 + 0,04 mM) [3], mientras que en I PFK y ambos McArdle de pacientes fue normal. Ambos McArdle y PFK me pacientes llegado a un agotamiento similar PCr justo por encima del 50%, mientras que PFK II paciente detuvo a un menor grado de PCr agotamiento. Todos los pacientes mostraron una falta de acidosis intracelular durante el ejercicio, que muestra valores de pH más altos que los controles al final del ejercicio. Citosólico libre [Mg 2 +] al final del ejercicio fue menor en ambos PFK pacientes en comparación con los valores de control. La variación de la libre [Mg 2 +] de descanso a final de ejercicio (Δ [Mg 2 +]) fue negativo en ambos PFK los pacientes y en los pacientes McArdle II.

Figura 2 informes de los patrones de citosólico libre [Mg 2 +] y pH obtenidos en los pacientes durante el ejercicio (grupo AyB) y la recuperación (grupo CyD), en comparación con los patrones típicos de un voluntario sano comparables con PCr agotamiento. Durante el ejercicio y la recuperación McArdle pacientes no mostraron ningún cambio significativo (McArdle II) o pequeño cambio (McArdle I), en la libre [Mg 2 +], mientras que tanto los pacientes mostraron disminución de PFK libre [Mg 2 +] durante el ejercicio. Por otra parte, durante la recuperación de la pauta de libre [Mg 2 +] era diferente en los dos PFK pacientes, con PFK II muestra un incremento moderado en los primeros meses de recuperación.

Figura 3 informe de la PME patrón de los dos PFK pacientes durante el ejercicio y la recuperación. PFK me paciente muestra un ritmo de crecimiento más lento de los dos PME acumulación y recuperación en comparación con los pacientes PFK II.

Discusión

En el músculo esquelético las variaciones de pH citosólico, phosphocreatine y de las concentraciones de fosfato inorgánico influir en el complejo multi-sistema de equilibrio de las distintas moléculas que unen a los iones de magnesio. Como consecuencia libre citosólico [Mg 2 +] puede cambiar considerablemente en diferentes condiciones metabólicas tales como descanso, el ejercicio y la recuperación. Se ha demostrado el 31 de P MRS que el aumento de citosólico libre [Mg 2 +] que ocurren en el músculo esquelético de sujetos sanos durante el ejercicio y la recuperación inicial es acompañado por una disminución en el pH citosólico, y los cambios en citosólico libre [Mg 2 + ] Fueron principalmente el resultado de la predominante efecto de la [H +]. [3]. Este resultado fue atribuido a los mecanismos vinculantes de la competencia existente entre el Mg 2 + y H + hacia las moléculas con carga negativa presente en el citosol celular [3]. Sin embargo, la relación de causalidad entre el pH y [Mg 2 +] No se ha demostrado todavía, como se podría sostener que el ejercicio muscular de por sí provoca un aumento de la citosólico libre [Mg 2 +]. Por lo tanto, hemos utilizado los pacientes con McArdle y de la enfermedad de Tarui como modelos experimentales para estudiar el modelo de [Mg 2 +] durante el ejercicio y la recuperación en ausencia de la acidificación intracelular de entender en qué medida la homeostasis intracelular libre de Mg 2 + está relacionada con el pH. Debido a la naturaleza poco común de estos trastornos se pudo matricular sólo dos pacientes de ambas enfermedades y, por lo tanto, hemos tenido que hacer frente a un pequeño tamaño de la muestra. Los resultados muestran que el aumento de citosólico [Mg 2 +] que ocurren en el músculo esquelético durante el ejercicio es en realidad la consecuencia del aumento de la concentración de H + y no de otros mecanismos relacionados con la contracción de los músculos. Además, encontramos que tanto PFK pacientes mostró una reducción de la [Mg 2 +] durante el ejercicio, coincidiendo con el aumento de la PME. La disminución de [Mg 2 +] también persistió durante la recuperación en PFK me paciente que se detecta una lenta recuperación de la PME. La PME punto máximo en los 31 P MRS espectros corresponde a la fosforilados monosacárido intermedias de la glucogenolisis. Por lo tanto, debido al déficit de la fosfructoquinasa actividad en la enfermedad de Tarui, la PME se muestra por la acumulación de estos pacientes es probable debido al aumento de la fructosa-6-fosfato, lo que representa un nuevo lugar de unión de Mg 2 + citosólico. Como consecuencia de ello, interpretamos la disminución de [Mg 2 +] coincidiendo con el aumento de la PME debido a la unión de Mg 2 + a la fructosa-6-fosfato. Un estudio anterior (6) informó de que la acumulación anormal de la PME de PFK pacientes durante el ejercicio fue acompañado por un subnormal Pi acumulación. Este hallazgo se interpreta como una consecuencia de la incorporación de Pi libre en fosforilados intermediarios glicolíticos. Sin embargo, tanto nuestros pacientes no mostró Pi trampa en la PME, ya que nos encontramos con que la suma de PCr y Pi es constante para toda la duración de ejercicio, mientras que el total de los fosfatos señal aumentado proporcionalmente al incremento PME. Por lo tanto, el [Mg 2 +] disminución PFK encuentran en los pacientes no puede ser atribuida a una disminución de la acumulación de Pi.

Además, PFK II de pacientes mostraron una mayor disminución de [Mg 2 +] de descanso a final de ejercicio en comparación con PFK me paciente. Accidentalmente, PFK II paciente también tiene un desglose PCr más pequeños, sin embargo, esto no puede ser la causa de la mayor disminución de [Mg 2 +], como menor [PCr] corresponde a la disminución calculada [Mg 2 +] (3).

Conclusión

Nuestros resultados muestran que:

I) libre [Mg 2 +] está fuertemente ligada a pH en el músculo esquelético la homeostasis como la sugerida por un estudio en voluntarios sanos [3], y de simulación por ordenador en un modelo de imitación química de células musculares citosol [13];

Ii) la disminución de la libre [Mg 2 +] durante el ejercicio, en tanto sugiere que los pacientes PFK [Mg 2 +] es influenciada por la acumulación de fructosa-6-fosfato, un nuevo sitio de unión para citosólicas Mg 2 +, como lo demuestra la Acumulación de la phosphomonoesters punto máximo en los 31 P MRS espectros de estos pacientes.

Iii) 31 P MRS es una herramienta adecuada para la evaluación in vivo de libre citosólico [Mg 2 +] en el músculo esquelético humano durante el descanso, el ejercicio y la recuperación;

Contribuciones de los autores

EM participó en el diseño del estudio, realizó el post-procesamiento y el análisis estadístico, RL y CT participó en el diseño del estudio y coordinó la recopilación de datos, AM participó en el diseño del estudio, BB participó en la coordinación del estudio, participó en la SI El diseño del estudio, coordinado el estudio, y redactó el manuscrito. Todos los autores leído y aprobado el manuscrito final.

Agradecimientos

Esta labor fue apoyada por Ricerca Fundamental Orientata (ex cuota del 60%) y por Programas di Ricerca Scientifica di Rilevante Interesse Nazionale - Cofin (ex 40% de cuota).