Influence of sepsis on cardiac metabolism and function in dependence of intrinsic exercise capacity

Marx, Jonas GND

Sepsis, defined as life-threatening organ dysfunction caused by a dysregulated host response to infection, represents a global health issue due to high prevalence and mortality. Manifestation of septic cardiomyopathy (SCM), one of many complications in sepsis, is associated to a worse outcome. The molecular features of SCM and septic effects on cardiac metabolism are not sufficiently characterized. Genetic predisposition for exercise capacity may be one factor influencing the course of sepsis. Sepsis-survival experiments with high capacity runners (HCR) and low capacity runners (LCR), a rat model for intrinsic exercise capacity, linked high exercise capacity to an advantage in survival 24 h after sepsis induction. The reasons for this advantage are unknown. We intend to identify potential sepsis-related alterations of cardiac metabolism and function that may be responsible for the mentioned findings and aim to uncover new metabolic mechanisms involved in the development of sepsis-associated cardiac dysfunction. Sepsis was induced by intraperitoneal injection of a pooled human stool sample in male HCR and LCR rats at the age of 15 weeks. Isolated working heart perfusions were performed without sepsis induction as well as 24-36 h, 4-5 d and 4-5 w after sepsis induction with modified Krebs-Henseleit buffer containing glucose (5 mM) and sodium oleate (0.4 mM) bound to 1% bovine serum albumin (BSA). [U-14C]-glucose and [9,10-3H]-oleate were added to the perfusion medium to assess cardiac glucose and fatty acid oxidation. After 30 min of baseline perfusion, insulin was administered to evaluate cardiac insulin sensitivity. Cardiac function and performance were monitored continuously throughout the experiment. Morphological parameters of the rats including body and heart weight were recorded. Enzymatic activities of carnitine palmitoyltransferase I and II were determined using a spectrophotometric method.

Die Sepsis, definiert als eine lebensbedrohliche Organdysfunktion verursacht durch eine überschießende Immunantwort des Organismus auf eine Infektion, stellt ein globales Gesundheitsproblem mit hoher Prävalenz und Mortalität dar. Das Auftreten einer septischen Kardiomyopathie (SCM), einer der vielen Komplikationen im Rahmen der Sepsis, ist mit einem ungünstigeren Krankheitsverlauf assoziiert. Die molekularen Eigenschaften der SCM und Effekte der Sepsis auf den Herzstoffwechsel generell sind nicht hinreichend charakterisiert. Ein Faktor, der den Verlauf einer Sepsis beeinflussen könnte, ist die genetische Prädisposition für intrinsische Leistungskapazität. In Versuchen mit septischen Ratten mit hoher (HCR) und niedriger (LCR) intrinsischer Leistungskapazität zeigte sich, dass Tiere mit hoher Leistungskapazität Vorteile im Überleben 24 h nach Sepsisinduktion aufwiesen. Die Ursachen dieses Überlebensvorteils blieben unklar. Die vorliegende Arbeit zielt darauf ab, potentielle Veränderungen von Herzstoffwechsel und -funktion im Rahmen einer Sepsis zu beschreiben, die möglicherweise mitverantwortlich für die festgestellten Unterschiede im Überleben sind, und neue metabolische Mechanismen zu entdecken, welche zur Entwicklung einer Sepsis-assoziierten kardialen Dysfunktion beitragen. In männlichen HCR und LCR Ratten im Alter von 15 Wochen wurde eine Sepsis durch intraperitoneale Injektion einer gepoolten humanen Stuhlsuspension induziert. Nach 24-36 h, 4-5 d und 4-5 w wurden die Ratten euthanasiert, um isoliert arbeitende Herzperfusionen mit modifiziertem Krebs-Henseleit-Buffer, angereichert mit Glukose (5 mM) und Oleat (0.4 mM) gebunden an 1% BSA, durchzuführen. [U-14C] -Glukose und [9,10-3H] -Oleat wurden dem Perfusionsmedium zugegeben, um den kardialen Glukose- und Fettsäurestoffwechsel quantitativ einzuschätzen. Nach einer Perfusionszeit von 30 min zur Messung der basalen Substratoxidation wurde Insulin zur Bewertung der kardialen Insulinsensitivität in das Perfusionssystem gegeben. Herzfunktion und -leistung wurden kontinuierlich während der Perfusion aufgezeichnet. Morphologische Parameter der Ratten einschließlich Körper- und Herzgewicht wurden protokolliert. Die enzymatische Aktivität der Carnitin-Palmitoyltransferasen I und II, isoliert aus Herzgewebe, wurden spektrophotometrisch bestimmt.

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Marx, Jonas: Influence of sepsis on cardiac metabolism and function in dependence of intrinsic exercise capacity. Jena 2019.

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