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Endothelium and myocyte cellular insulin receptor alterations in a rat model of myocardial infarction

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Ischemic heart disease is considered to be one of the leading causes of death in adults. While extensive research on mechanisms contributing to the pathogenesis of myocardial infarction (MI) has been underway, it is not known whether insulin receptor characteristics and postreceptor signaling have been fully addressed as yet. Present work attempts to investigate whether the remodeling process effectively induces alteration(s) in insulin-binding characteristics at the coronary endothelium and cardiomyocytes using a rat heart model of MI. MI was induced by ligation of the left anterior descending coronary artery of adult male Sprague–Dawley rats. Two animal groups were used in the study: (i) sham-operated CHAPS-untreated and CHAPS-treated, and (ii) MI CHAPS-untreated and MI CHAPS-treated. A physical model describing 1:1 stoichiometry of reversible insulin binding to its receptors present on the endothelium and at cardiomyocytes after CHAPS treatment was considered for data analysis. Quantitation of the collected effluents after heart perfusion, the inlet at the aortic and outlet at the coronary sinus sites, were curve fitted using a first-order Bessel function, which determines the binding constants (kn), the reversible constant (k n), the dissociation constant (kd = k n/kn), and the residency time constant (τ = 1/k n). In addition, hearts were excised, separated into right and left ventricles, and individually weighed, and areas of infarcted regions were measured. Results of the MI group showed significant increases in relative heart mass, left ventricle mass, and right ventricle mass normalized to total body mass. MI induced severe ischemia and irreversible myocardial injury as assessed by planimetry and histologic studies. The data showed differences in insulin receptor affinities at the endothelial and cardiac myocytes in the sham and in the MI-operated rats. The observed reduction in the binding affinity of insulin at the myocyte postinfarction may explain the pathogenic role of insulin in ischemic heart disease and, hence, resistance. Therefore, insulin administration during and post MI might be cardioprotective.Key words: myocardial infarction, insulin binding, cardioprotection, insulin therapy.

La cardiopathie ischémique est considérée comme une des principales causes de décès chez les adultes. Un grand nombre d'études portent sur les mécanismes contribuant à la pathogenèse de l'infarctus du myocarde (IM), mais on ignore si les caractéristiques du récepteur de l'insuline et la signalisation post-récepteur ont été examinées en détail. Le présent travail a pour but d'examiner si le processus de remodelage induit une ou des modifications dans les caractéristiques de fixation de l'insuline au niveau de l'endothélium coronaire et des cardiomyocytes, en utilisant un modèle d'IM chez le rat. L'IM a été induit en ligaturant l'artère coronaire descendante antérieure gauche de rats Sprague–Dawley mâles adultes. Deux groupes d'animaux ont été utilisés pour l'étude : (i) groupe non traité au CHAPS opéré de manière fictive; groupe traité au CHAPS, (ii) groupe avec IM non traité au CHAPS; groupe avec IM traité au CHAPS. Un modèle physique décrivant une stoïchiométrie de 1:1 de la fixation réversible de l'insuline à ses récepteurs présents sur l'endothélium et les cardiomyocytes après le traitement au CHAPS a été considéré pour l'analyse quantitative des données. Les données des effluents prélevés après la perfusion cardiaque, amont du sinus de Valsava et aval du sinus coronaire, ont servi à l'ajustement d'une fonction de Bessel de premier ordre pour déterminer les constantes de fixation (k n), la constante réversible (k n), la constante de dissociation (k d = k n/k n) et la constante de temps de séjour (τ = 1/k n). De plus, les cœurs ont été excisés, divisés en ventricules droit et gauche et pesés séparément, et des zones des régions infarcies mesurées. Les résultats du groupe avec IM ont montré une augmentation significative du poids relatif du cœur, du ventricule gauche et du ventricule droit normalisé au poids corporel total. Les analyses planimétriques et histologiques ont indiqué que l'IM a induit une ischémie sévère et une lésion cardiaque. Les données ont montré des différences dans les affinités insuline-récepteur au niveau de l'endothélium et des myocytes cardiaques chez les rats opérés de manière fictive et les rat avec IM opérés. La réduction de l'affinité de fixation de l'insuline au niveau du myocyte, après l'infarctus, pourrait expliquer le rôle pathogène de l'insuline dans la maladie cardiaque ischémique et, par conséquent, de la résistance. Ainsi, l'administration d'insuline durant et après un IM pourrait avoir un effet cardioprotecteur.Mots clés : infarctus du myocarde, fixation de l'insuline, cardioprotection, insulinothérapie.[Traduit par la Rédaction]
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Document Type: Research Article

Publication date: March 1, 2003

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