Differentiële effecten van androgenen op de hypertrofie en...

Faculteit Geneeskunde en Gezondheidswetenschappen

Opleiding Lichamelijke Opvoeding en Bewegingswetenschappen

Academiejaar 2011-2012

Differentiële effecten van androgenen

op de hypertrofie en atrofie

signaalwegen in de skeletspier tijdens

‘disuse’ atrofie

Masterproef voorgelegd tot het behalen van de graad van Master in Lichamelijke Opvoeding

en Bewegingswetenschappen

Door: Rombaut Toon

Promotor: Prof. Dr. Derave Wim

Begeleider: De Naeyer Hélène

I

Voorwoord

Beste lezer,

De keuze om een thesisonderwerp te zoeken in het vakgebied van de fysiologie had ik al een

tijdje gemaakt. Ik ben al langer erg geïnteresseerd in het menselijke lichaam en al zijn

complexiteiten. Dit was ook één van de redenen om voor deze studie te gaan.

Elk jaar kregen we wel een vak welke deze interesse nog extra aanwakkerde: in het eerste jaar

was er biochemie, in het tweede fysiologie en in het derde jaar de inspanningsfysiologie.

Ik wist dat het niet eenvoudig zou worden om deze thesis tot een goed einde te brengen en

heb dan ook meerdere moeilijke momenten gekend. Het was een uitdaging om alles goed te

vinden, lezen, begrijpen, onderzoeken, analyseren en uiteindelijk zelf te gaan neerschrijven.

Deze thesis was zeker een zeer leerrijkproces, waar ik onder meer heb leren doorwerken

ondanks grote tegenslagen. Deze thesis was niet enkel intellectueel een zeer verruimende

ervaring, maar ik heb mijzelf ook beter leren kennen.

Graag zou ik nog gebruik willen maken van het voorwoord om enkele mensen te bedanken.

Prof. W. Derave zou ik graag bedanken voor zijn noodzakelijk kordaatheid en opbouwende

kritiek.

Mijn ouders om hun geduld en steun. Ik was zeker niet altijd de gemakkelijkste persoon

tijdens het hele proces.

Als laatste zou ik de persoon willen bedanken zonder wie ik deze thesis nooit had kunnen

volbrengen. Voor haar geduld en sturing, voor haar raad en hulp, voor haar tijd en vertrouwen

dat ze in mij heeft gevestigd en geïnvesteerd.

Bedankt Hélène.

II

Abstract

Doelstellingen

Het androgeen testosteron is een hormoon met een spierhypertrofie inducerende werking.

Deze kan van belang zijn in de strijd tegen disuse atrofie. Omwille van de systemische

werking van testosteron en zijn neveneffecteten is het noodzakelijk te zoeken naar

spierspecifieke moleculaire signaalmoleculen die als therapeutische targets kunnen dienen. In

dit onderzoek werd er onderzocht welke effecten testosteron suppletie heeft op de hypertrofie

en atrofie signaalwegen in de skeletspier tijdens disuse atrofie. Ook willen we een beter beeld

krijgen van de moleculaire inwerking op beide signaalwegen door disuse atrofie en wordt er

na gegaan of cryptorchisme wel degelijk van belang is in het tail suspension model.

Methoden

90 muizen werden ad random toegewezen aan één van de drie onderzoeksgroepen: de

controlegroep (SHAM), en twee tail suspension condities, deze met en zonder testosteron

behandeling (respectievelijk TS+V en TS+T). Na 1, 5 en 14 dagen durende

interventieperioden werden de spieren gedissecteerd en werd de spiemassa bepaald, daarna

werd het mRNA geïsoleerd uit de spieren om de moleculaire regulatie na de gaan.

Resultaten

De spieratrofie was na 5 dagen tail suspension ongeveer gelijk in de EDL (daling van 21% in

spiermassa) en SOL (daling van 23% in spiermassa). Echter, na 14 dagen tail suspension was

daling in de massa van de SOL (32%) 10% hoger dan deze van de EDL(22%). Na 1 dag tail

suspension werd er reeds een significante opregulatie van de atrogenen Atrogin-1 en MuRF-1

gevonden welke zich meestal verder zette tot de 5e dag tail suspension. Na 14 dagen werd er

niet langer een significant verschil gevonden tussen de tail suspension condities en de controle

groep. In de EDL was de opregulatie van de atrogenen steeds hoger (+ maal 6) na 5 dagen tail

suspension dan in de SOL (+ maal 3).

Conclusie

Er kan verondersteld worden dat de spiervezeltypes I en II verschillend reageren op disuse

atrofie. Het moleculaire mechanisme tijdens disuse atrofie blijkt tijdsafhankelijk te zijn. Er is

echter geen bewijs gevonden voor een disuse geïnduceerde downregulatie van de hypertrofie

signaalweg. Testosteron heeft geen enkele invloed op de spiermassa en de twee signaalwegen

tijdens disuse atrofie.

III

Inhoudstafel

Voorwoord ................................................................................................................................... I

Abstract ...................................................................................................................................... II

Doelstellingen ........................................................................................................................ II

Methoden ............................................................................................................................... II

Resultaten .............................................................................................................................. II

Conclusie ............................................................................................................................... II

1 Literatuurstudie ................................................................................................................... 1

1.1 Inleiding ....................................................................................................................... 1

1.2 Spieratrofie ................................................................................................................... 2

1.2.1 Mechanismen van spieratrofie .............................................................................. 2

1.2.2 Hypertrofie en atrofie signaalwegen .................................................................... 3

1.3 Oorzaken van spieratrofie ............................................................................................ 6

1.3.1 Pathologieën ......................................................................................................... 6

1.3.2 Sarcopenie ............................................................................................................ 6

1.3.3 Disuse ................................................................................................................... 7

1.4 Klinische relevantie ..................................................................................................... 9

1.5 Huidige therapieën ..................................................................................................... 11

1.5.1 Fysieke activiteit ................................................................................................. 11

1.5.2 Nutritionele interventies ..................................................................................... 12

1.6 Testosteron, een hormonale interventie ..................................................................... 12

1.6.1 Androgenen ........................................................................................................ 12

1.6.2 Synthese .............................................................................................................. 14

1.6.3 Werkingsmechanisme ......................................................................................... 15

1.6.4 Suppletie ............................................................................................................. 16

2 Probleemstelling ............................................................................................................... 20

3 Hypothese ......................................................................................................................... 21

4 Materialen en methoden ................................................................................................... 22

4.1 Studie design .............................................................................................................. 22

4.2 Operatie en behandeling ............................................................................................ 23

4.3 Biopten ....................................................................................................................... 23

4.4 RNA-isolatie en qPCR ............................................................................................... 24

4.5 Statistische analyse .................................................................................................... 25

5 Resultaten ......................................................................................................................... 26

5.1 Lichaamsgewicht, zaadblaasjes en testes ................................................................... 26

5.1.1 Lichaamsgewicht ................................................................................................ 26

IV

5.1.2 Zaadblaasjes ....................................................................................................... 27

5.1.3 Testes ................................................................................................................. 27

5.2 EDL en SOL massa ................................................................................................... 28

5.2.1 Musculus extensor digitorum longus ................................................................. 28

5.2.2 Musculus soleus ................................................................................................. 28

5.3 Genexpressies in de EDL .......................................................................................... 30

5.3.1 Atrogin-1 ............................................................................................................ 30

5.3.2 MuRF-1 .............................................................................................................. 30

5.3.3 4EBP1 ................................................................................................................ 31

5.3.4 S6K1................................................................................................................... 32

5.4 Genexpressies in de SOL .......................................................................................... 32

5.4.1 Atrogin-1 ............................................................................................................ 32

5.4.2 MuRF-1 .............................................................................................................. 33

5.4.3 4EBP1 ................................................................................................................ 34

5.4.4 S6K1................................................................................................................... 35

6 Discussie .......................................................................................................................... 36

6.1 Relevantie van cryptorchisme tijdens tail suspension ............................................... 36

6.2 Spiervezelspecificiteit tijdens disuse atrofie ............................................................. 37

6.3 Spiervezelspecificiteit van testosteron tijdens disuse atrofie .................................... 37

6.4 Genexpressies ............................................................................................................ 39

6.4.1 Invloed van testosteron tijdens disuse atrofie .................................................... 39

6.4.2 Invloed van het spiervezeltype op disuse atrofie ............................................... 39

6.4.3 Up- en Down regulatie ....................................................................................... 40

6.4.4 Tijdsafhankelijkheid........................................................................................... 41

6.5 Conclusie ................................................................................................................... 42

7 Referentielijst ................................................................................................................... 43

1

1 Literatuurstudie

1.1 Inleiding

Skeletale spieren in verschillende delen van het lichaam worden onderworpen aan

verschillende patronen van rekrutering en activiteit. De anti-zwaartekracht m. soleus (SOL),

bijvoorbeeld, is belangrijk in het onderhouden van de lichaamshouding en wordt gedurende

langere periodes gerekruteerd op een gemiddelde intensiteit; terwijl de m. extensor digitorum

longus (EDL) minder vaak wordt gerekruteerd, korte en relatief krachtige contracties uitvoert.

Dit verschillend rekruteringspatroon toont zich in trage contractiele eigenschappen, hoge

uitputtingsweerstand en hoge oxidatieve capaciteit van de soleus spier, terwijl de EDL snelle

contractiele eigenschappen bevat, vlug uitgeput en een hoge glycolytische capaciteit heeft. De

contractiele eigenschappen worden duidelijk afgestemd op de functionele vraag opgelegd aan

de spier (Degens & Alway, 2005).

Spiermassa en –functionaliteit zijn dus zeer plastisch. Wanneer spiermassa afneemt door een

onevenwicht in spierproteïne synthese en degradatie spreekt men over spieratrofie. Deze is

tegengesteld aan spierhypertrofie waar spierproteïne synthese groter is dan de degradatie.

Vaak gepaard gaande met, en meer problematisch dan het verlies aan spiermassa, is de

verminderde functionele capaciteit van de spieren, waardoor het probleem klinisch relevant

wordt omdat sprake is van een negatieve impact op de levenskwaliteit en levensverwachting

(Debigar et al, 2001).

Verschillende condities worden in verband gebracht met spieratrofie en –zwakte. Zo kan

atrofie ontstaan ten gevolge van pathologieën en fysiologische processen, maar ook ten

gevolgen van immobilisatie, gewichtloosheid en een sedentaire levensstijl. Spieratrofie kan in

alle condities ten minste deels worden toegeschreven aan het verminderde spiergebruik,

ongebruik of beter gekend als disuse (Degens & Alway, 2005).

De onderliggende moleculaire mechanismen verantwoordelijk voor deze musculaire

adaptaties zijn tot op heden nog niet volledig ontrafeld. Vanuit de gedachte dat deze echter

van groot belang kunnen zijn in de strijd tegen spieratrofie is dit onderzoek uitgevoerd.

2

1.2 Spieratrofie

1.2.1 Mechanismen van spieratrofie

Spierproteïnen worden continu gesynthetiseerd en afgebroken, dit dagelijks met een

gemiddelde turnover van 1-2% (Fearon et al). In normale omstandigheden is de synthese

gelijk aan de afbraak waardoor de spiermassa constant blijft. Spieratrofie treedt dus op

wanneer de synthese afneemt, de afbraak toeneemt of een combinatie van beide. Factoren

zowel binnen als buiten de spiercel beïnvloeden deze processen.

Verschillende intracellulaire signaalwegen zijn reeds in verband gebracht met de regulatie van

spieratrofie. Hoewel deze signaalwegen voornamelijk anabool of katabool zijn van natuur,

zijn er sterke aanwijzingen dat er een cross-relatie bestaat tussen deze individuele cascades.

Als gevolg ontstaat spieratrofie door een chronisch onevenwicht in de activatie van deze

signaalwegen (Skipworth et al, 2006).

Verschillende systemische mediatoren hebben ook een belangrijke invloed op de spieratrofie.

Circulerende mediatoren omvatten de pro-inflammatoire cytokines, neuro-endocrine

hormonen, homeostatische groeifactoren en in het geval van cachexie tumor afgeleide

proteolytische factoren (Skipworth et al, 2006).

Ook worden er verscheidene intracellulaire effector mechanismen in verband gebracht met

proteïne degradatie. Ubiquitine is hier het voornaamste protease, zij breekt namelijk de

belangrijkste spierproteïnen actine en myosine af. Ubiquitine kan echter niet de hieruit

ontstane actine-myosine complexen of myofibrillen afbreken. Hiervoor zijn andere proteasen

noodzakelijk die zowel upstream als downstream in de ubiquitine-protease signaalweg

inwerken om een volledige afbraak van de spierproteïnen te garanderen (Skipworth et al,

2006).

De relevante signaalwegen voor zowel spieratrofie als –hypertrofie worden hieronder

uitgelegd.

3

1.2.2 Hypertrofie en atrofie signaalwegen

Zoals reeds aangegeven wordt de spiercelgrootte bepaald door het evenwicht in spierproteïne

synthese en degradatie. Deze beide processen zijn strak geregeld en met elkaar verbonden.

Beiden worden gestimuleerd en geïnhibeerd door enerzijds verschillende en anderzijds

gemeenschappelijke signaalwegen.

1.2.2.1 Hypertrofie signaalwegen

Er wordt algemeen aangenomen dat hypertrofie voor volwassen individuen voornamelijk

afhankelijk is van proteïne turnover (fig. 1). De cellulaire turnover speelt enkel een

belangrijkere rol in embryonale en postnatale fase van de levensloop (Moss & Leblond,

1971).

Fig. 1. Schematische weergave van de atrofie en hypertrofie signaalwegen.

IGF-1 signaalweg

Het eiwit verantwoordelijk voor de activatie van de PI3K/Akt signaalweg is insuline-like

growth factor 1 (IGF-1). Phosphatidylinositol3-kinase (PI3K) wordt als eerste geactiveerd in

de hypertrofiesignaalweg en zorgt voor de productie van Phosphatidylinositol-3,4,5-

triphosphates. Deze laatste zorgt op zijn beurt voor de activatie Akt. Er zijn 3 vormen van Akt

genen gevonden bij zoogdieren; Akt1, Akt2 en Akt3. Elke vorm schijnt een verschillende

functie te vervullen. In de skeletspier komen voornamelijk Akt1 en Akt2 voor terwijl in de

hersenen voornamelijk Akt3 voorkomt. Training wordt dan ook in verband gebracht met de

activatie van Akt1 in de contraherende spieren (Turinsky & Damrau-Abney, 1999). Aan het

plasmamembraan wordt Akt gefosforyleerd door minstens twee verschillende kinase, PDK1

4

en het mTOR-Rictor complex. De hieruit volgende relevante downstream tak is de mTOR

signaalweg.

Een andere tak is de glycogen synthase kinase 3β (GSK3β) welke geblokkeerd wordt door

Akt. GSK3β inhibeert proteïne synthese gestart door eukariotic initiation factor 2B (eIF2B)

(Hardt & Sadoshima, 2002). Expressie van een inactieve dominante negatieve kinase vorm

van GSK3β induceert drastisch hypertrofie in skeletale myotubes (Rommel et al, 2001). In

vivo is het echter nog niet bewezen dat inhibitie van de negatieve actie van GSK3β op eIF2B

voldoende is om hypertrofie te bevorderen.

mTOR wordt indirect geactiveerd door Akt door de inactiviteit van het kleine G proteïne

Rheb ongedaan te maken. Deze Rheb activeert op zijn beurt het mTOR complex dat deel

uitmaakt van twee multiproteïne complexen: mTORC1 en mTROC2. mTORC1 is

noodzakelijk voor de fosforylatie van het ribosomale proteïne S6 (S6K1) en 4EBP1, een

onderdrukker van het cap-bindend proteïne eIF4E. mTOR1 stimuleert dus proteïne synthese

via S6K1 en inhibeert de synthese onderdrukkende werking van 4EBP1. De S6K1 op zijn

beurt heeft een negatieve invloed op PI3K. mTORC2 is verantwoordelijk voor de signalisatie

tussen Akt-FoxO, welke later zal worden besproken.

Andere gekende triggers van deze signaalweg zijn catecholamines, onder meer vrijgezet door

fysieke inspanningen, die inwerken op de aanmaak van IGF-1 en β-agonisten die rechtstreeks

inwerken op Akt.

1.2.2.2 Atrofie signaalwegen

Cellulaire turnover is niet zozeer belangrijk in daadwerkelijke atrofie processen, maar wel in

het al dan niet falen van de groei in de embryonale en postnatale periode. Als gevolg is ook

hier de proteïne turnover de te bespreken factor (Sandri M, 2008) (fig. 1).

FoxO signaalweg

De FoxO familie van transcriptie factoren bestaat uit drie isovormen; FoxO1, FoxO3 en

FoxO4 zijn betrokken in de upregulatie van ubiquitine ligasen Atrogin-1 of muscle atrophy F-

box (MAFbx) en muscle ring finger1 (MuRF-1). Deze ubiquitine ligasen zijn onderdeel van

het ubiquitine-proteasoom systeem, welke uiteindelijk verantwoordelijk zijn voor proteïne

degradatie of atrofie. Het systeem bestaat uit drie verschillende enzymatische componenten:

E1 ubiquitine-activerend enzym, E2 ubiquitine-conjugerend enzym en E3 ubiquitine-ligase

5

enzym (Hershko & Ciechanover, 1998). Deze laatste zijn verantwoordelijk voor de substraat

specificiteit.

FoxO3 bleek voldoende te zijn in het bevorderen van Atrogin-1 expressie en spieratrofie

(Sandri et al, 2004), terwijl FoxO1 een reductie in spiermassa en vezelatrofie veroorzaakt

(Southgate et al, 2007).

Energie stress in spiercellen is een trigger voor atrofie (Aguilar et al, 2007). AMPK is de

cellulaire sensor voor de energy balans. Er is dan ook een verband gevonden tussen AMPK en

FoxO3. AMPK fosforyleert verschillende AKT onafhankelijke sites op FoxO3, waardoor

transcriptie wordt geactiveerd (Greer et al, 2007). De behandeling van spiercellen met

AICAR, een AMPK activator, veroorzaakt een verhoging van de proteïne afbraak en Atrogin-

1 expressie via de FoxO familie (Nakashima et al,2007).

1.2.2.3 Onderling verband

De IGF-1 signaalweg werkt in op de FoxO transcriptie factoren via Akt. Akt zorgt ervoor dat

FoxO uit de nucleus wordt uitgesloten naar het cytoplasma door deze te fosforyleren. Op deze

manier wordt de upregulatie van zowel Atrogin-1 als MuRF-1 tegen gegaan. Ondanks deze

inhiberende werking op FoxO, is een upregulatie van de IGF-1 signaalweg onvoldoende om

atrofie volledig te blokkeren (Criswell et al, 1998).

De IGF-1 signaalweg zou ook inwerken op de foxO-familie downstream van Akt. mTOR is in

staat de meerderheid van veranderingen door IGF-1 geïnduceerd te blokkeren, inclusief de

omgekeerde regulering van atrofie-gestimuleerde genen. mTOR zou echter niet inwerken

door fosforylatie van de FoxO transcriptie factoren. Het lijkt er dus op dat er verschillende

check-points van atrofie signalering downstream van de Akt activatie liggen (Laters et al,

2004).

Omgekeerd zorgt de activatie van de FoxO familie voor een upregulatie van 4EBP1 en

downregulatie van mTOR (Southgate et al, 2007). Dus, wanneer Akt wordt onderdrukt in

actieve proteïne afbraak en FoxO wordt opgewekt, wordt proteïne synthese verder onderdrukt.

De TNF-α signaalweg activatie leidt tot de onderdrukking van de IGF-1 signaalweg (de

Alvaro et al, 2004; Droga et al, 2007). IKK inhibeert de IGF-1 signaalweg ter hoogte van het

PI3K.

6

1.3 Oorzaken van spieratrofie

1.3.1 Pathologieën

Mogelijke pathologische oorzaken van spieratrofie zijn cachexie, uithongering, primaire

neurogene degeneratie en neuromusculaire aandoeningen.

Cachexie wordt in verband gebracht met tal van aandoeningen, waarvan AIDS en kanker de

meest frappante voorbeelden zijn, en deze heeft een direct negatief effect op de spiermassa

door de aanwezigheid van pro-inflammatoire cytokines (Visser et al, 2002).

Bij uithongering wordt er traditioneel aangenomen dat eerst de vetreserves worden uitgeput

alvorens de vetvrije massa wordt aangesproken, deze uitputting kan echter afhankelijk zijn

van de snelheid van uithongering. Uithongering, om welke reden dan ook, leidt uiteindelijk

tot het verlies van spiermassa en –kracht.

Vaak gepaard gaande met deze pathologische condities treedt er veel minder fysieke activiteit

op, welke leidt tot een gebrek aan mechanische stress in de spieren. Pathologische condities

brengen dan ook vaak disuse atrofie met zich mee.

1.3.2 Sarcopenie

Sarcopenie is een fysiologisch proces wat momenteel wordt gedefinieerd als het verlies aan

spiermassa, spierfunctie en spierkwaliteit gerelateerd aan veroudering (Zinna et al, 2003). Om

sarcopenie functioneel te kunnen benoemen worden personen waarvan de skeletale

spiermassa gedeeld door de lengte meer dan twee standaardafwijkingen onder het

gemiddelde van de jongeren liggen gezien als personen met sarcopenie. Deze operationele

definitie gebruikend blijkt dat in de verenigde staten 53% van de mannen en 43% van de

vrouwen ouder dan 80 jaar sarcopenie hebben. Op jongere leeftijden liggen deze percentages

merkelijk lager: 27% van de mannen en 36% van de vrouwen met een leeftijd tussen 75 en

80, 20% van mannen en 33% van de vrouwen met een leeftijd tussen 70 en 74 jaar

(Baumgartner et al, 1999).

Het verlies aan spiermassa komt zowel bij sedentaire als fysiek actieve ouderen voor, des al

niet te min wordt disuse toch ook aangehaald als een oorzaak van het verlies. Wat in

tegenstelling staat met de gezonde volwassenen populatie, waar geen netto verlies aan

spiermassa optreedt in een evenwichtige situatie door het feit dat bij deze populatie de

spierproteïne synthese en degradatie in balans zijn.

Deze daling van de spiermassa is het resultaat van een daling in zowel de spiervezeldoorsnede

als in het –aantal (Kobayashi et al, 1992). De daling in spiermassa komt voornamelijk voor in

7

de type II vezels, waarbij de type I vezels relatief onaangetast blijven (Jakobsson et al, 1990;

Tomonaga M, 1977). Deze type I vezels kunnen relatief onaangetast blijven doordat er

denervatie van de type II vezels plaats vindt en partiële reinnervatie door motorneuronen van

type I vezels (Larsson et al, 1978) (fig. 2).

Fig. 2. Leeftijdsgerelateerder motorische eenheid aanpassingen. Figuur overgenomen uit Saini

et al, 2009.

1.3.3 Disuse

Een langdurige periode met verminderde activiteiten, zoals het geval bij sedentairen,

inactiviteit of immobiliteit ten gevolge van ziekte en gewichtloosheid, wordt in verband

gebracht met veranderingen in de expressie van metabole, structurele en contractiele

proteïnen van de skeletspier (Jones et al, 2004).

Deze al dan niet gedwongen fysieke inactiviteit zorgt voor het ontstaan van een vicieuze

cirkel. Door de daling aan fysieke activiteit neemt de spieratrofie toe, welk op zijn beurt zorgt

voor een stijging in de relatieve belasting van activiteiten. Deze stijging in relatieve belasting

maakt het moeilijker om fysiek actief te zijn waardoor deze verder zal afnemen en op deze

manier de cirkel sluit (Glass DJ, 2003).

Deze disuse geïnduceerde atrofie resulteert in een verminderde dwarsdoorsnede van de

spiervezel, spiermassa en capaciteit om kracht te produceren. Ook is er een algemene

verschuiving naar het snelle spiervezel fenotype (Stevenson et al, 2003). Disuse induceert een

meer uitgesproken spieratrofie en slow-to-fast myosine heavy chain (MHC) transitie in de

soleus dan in snelle spieren (Fitts et al, 2001; Fluckey et al, 2002; Stevens et al, 2000;

8

Talmadge et al, 1995). De contractiele eigenschappen van de EDL tonen kwalitatief

gelijkaardige, maar kleinere veranderingen dan de soleus spier (Aboudrar et al, 1992). In de

EDL kan de slow-to-fast MHC zelfs volledig afwezig zijn en de massa bewaard blijven (Fitts

et al, 2001; Fluckey et al, 2002; Stevens et al, 2000). Deze verschillende reactie van de trage

soleus en de snelle EDL kan te wijten zijn aan de omvang van verandering in activiteitsniveau

van de spier, waar de soleus een relatief grote reductie in activiteit ondergaat tijdens disuse

vergeleken met de EDL. Ook kan het verband houden met het feit dat de EDL reeds

ruimschoots samengesteld is uit snelle MHC isovormen wat zich dan zou verzetten tegen een

significante slow-to-fast transitie. In lijn hiermee ondergaat de snelle m. Gastrocnemius een

significante fast-to-fast MHC transitie (Stevens et al, 2000). Als gevolg zullen spieren

aangetast door disuse atrofie sneller kunnen contraheren en relaxeren (Bigard et al, 1998).

Spier disuse gaat tevens vaak samen met een verhoogde vermoeibaarheid (Fitts et al, 2001;

Mc Donald et al, 1992). Eén van de oorzaken van deze verhoging is de verminderde

oxidatieve capaciteit van de spier (Degens & Veerkamp, 1994; Ohira et al, 2002, Fitts et al,

2001). Verder kunnen ook het verlies aan capillairen, reductie van de doorbloeding in rust en

de verminderde arteriolaire reactiviteit bijdragen aan een verminderde vermoeibaarheid door

de vertraagde energie en zuurstof voorziening naar de spier (Aboudrar et al, 1992; Larsson et

al, 1997; Tyml & Costello, 2001). Echter, het verlies aan capillairen en gereduceerde

maximale doorbloeding is grotendeels proportioneel met het verlies van spiermassa

(Aboudrar et al, 1992; Kano et al, 2000). De slow-to-fast transitie kan hier dus

verantwoordelijk voor geacht worden. Deze transities is omgekeerd aan deze bij sarcopenie.

Hoewel de aantasting van het spiervezeltype totaal verschillend is, volgt de daling in

spiermassa geassocieerd met disuse het zelfde overkoepelende mechanisme, namelijk de

daling in proteïne synthese en toename in proteïne degradatie (Taillandier et al, 1996).

De afname in spierkracht tijdens disuse is voornamelijk toe te schrijven aan het verlies van

spiermassa. Toch is het moeilijk om de fysiologische dwarsdoorsnede van de spier in vivo te

bepalen. Het is vaak waargenomen in volledige spieren en spiervezels dat het krachtverlies

tijdens disuse groter is dan verwacht wordt van het verlies in spiermassa (Fitts et al, 2001;

Larsson et al, 1996; Reid et al, 2002; Tesch et al, 2004; Widrick et al, 1999). De vermindering

in specifieke spanning als gevolg van disuse is grotendeels te wijten aan een verminderde

myofibrillaire volumedensiteit per spiervezel (Fitss et al, 2001; Larsson et al, 1996).

9

Apoptose is de intern gecodeerde celdood en speelt een belangrijke rol in de balans tussen cel

overleving en cel dood. Hoe apoptose wordt gereguleerd tijdens disuse is nog niet volledig

gekend. Correlaties tussen de expressie van inhibitor of differentiation-2 (Id2) en markers van

apoptose suggereren dat Id2 kan leiden tot apoptose tijdens spieratrofie (Alway et al, 2002;

Alway et al, 2003; Siu & Alway, 2005).

Immobilisatie is echter een speciale vorm van disuse atrofie omdat de spierlengte van groot

belang is. Het is namelijk zo dat immobilisatie met verkorte positie spieratrofie induceert,

maar immobilisatie met verlengde positie spierhypertrofie induceert. Deze hypertrofie is

grotendeels te wijten aan de toevoeging van sarcomeren in de longitudinale richting

(Goldspink et al, 1992; Hnik et al, 1989). Immobilisatie in de verkorte positie veroorzaakt een

preferentiële transcriptie van snelle isovormen, welke doet denken aan de slow-to-fast

transitie waargenomen bij disuse modellen, terwijl in verlengde positie er een upregulatie van

onrijpe en trage myosine isovormen plaats vindt (Goldspink et al, 1992; Talmadge et al,

1995). Deze verschillende reactie zou het resultaat kunnen zijn van de verhoogde expressie

van Insuline-like Growth Factor 1 (IGF-1) in de verlengde positie, welke onveranderd blijft in

de verkorte positie (Yang et al, 1997).

Hoewel de effecten van disuse op de spieren reeds relatief goed gekend zijn, blijven de

onderliggende moleculaire mechanismen onduidelijk. Een vaak toegepast model om disuse

atrofie te onderzoeken is tail of hindlimb suspension. Beide methoden bestaan er in de

proefdieren te beletten de achterste ledematen mechanische te kunnen belasting. Dit door deze

op te hangen aan hun achterste ledematen zelf of aan de staart. Eén probleem bij dit model is

dat het feit dat de testes in het abdomen kunnen afzakken waardoor de testosteron productie

wordt beïnvloed (Royland et al, 1994; Wright et al, 1997; Amann et al, 1992).

1.4 Klinische relevantie

De daling in functionele capaciteit en spierkracht maakt spieratrofie klinisch relevant. Er is

niet enkel een daling in de kwantiteit van de spieren, er is ook een daling in de kwaliteit.

Hierdoor ondervinden personen geconfronteerd met spieratrofie hinder in het dagelijkse

leven. Uit de huidige literatuur blijkt echter dat er zeer weinig aandacht wordt besteed aan dit

aspect van spieratrofie. Implicaties worden enkel omschreven voor geïsoleerde ziektebeelden.

Concrete voorbeelden hiervan zijn deze van sarcopenie en disuse atrofie bij chronic

obstuctive pulmonary disease (COPD ). Echter, onderzoek bij gezonde individuen

10

geconfronteerd met een extreme vorm van spieratrofie, heeft aangetoond dat er wel degelijk

een verband bestaat tussen spieratrofie en een verhoogde morbiditeit en mortaliteit (Metter et

al, 2002).

Bij sarcopenie dalen zowel de dynamische, statische als kinetische spierkracht met de leeftijd

(Aniansson et al, 1980). De capaciteit om kracht te produceren, de contractiekracht en de

algemene contractie- en relaxatietijd gaan achteruit. De daling in functionele capaciteit wordt

duidelijk door het gestegen relatief risico op het hebben van evenwichtsstoornissen, het

gebruik van een wandelstok en het hebben van een handicap bij ten minste drie instrumentale

activiteiten van het dagelijkse leven (Baumgartner et al, 2004).

De relatie tussen sarcopenie en functionele handicaps wordt echter verstoord door andere

variabelen. Wanneer deze relatie wordt uitgezuiverd voor leeftijd, ras, BMI, gezondheid en

comorbiditeit verzwakt de kracht van deze relatie significant (Janssen et al, 2004).

Uit verder onderzoek is dan ook gebleken dat niet zozeer de spiermassa, maar wel de

spierkracht een predictiefactor in de mortaliteit van ouderen is (Gale et al, 2007).

Hieruit blijkt dat sarcopenie niet enkel morbiditeit maar ook mortaliteit in combinatie met

andere pathologieën veroorzaakt.

COPD is bewezen op een zelfde manier in te werken op de mortaliteit als sarcopenie.

Gebaseerd op de gevestigde relatie tussen lichaamsgewicht en overleving, en het preferentieel

verlies van spierweefsel bij COPD, kan er worden gespeculeerd dat spieratrofie een sterke

predictor is van mortaliteit bij COPD (Shols et al, 1998; Bernard et al, 1998).

Het verlies aan spiermassa zorgt niet enkel voor een gedaalde spierkracht, maar ook voor een

gedaalde VO2max. Deze daalt aan een snelheid van 3.8% per decennium vanaf de leeftijd van

30 jaar (Astrand et al, 1973). In deze daling is spiermassa de enige significante factor

gebleken (Fleg et al, 1985). Op deze manier komt de VO2max steeds dichter bij de kritieke

grens van 18ml/min/kg voor mannen en 15ml/min/kg voor vrouwen. Deze kritische grens

houdt in dat, wanneer deze overschreden wordt het zelfstandig functioneren praktisch

onmogelijk wordt. Dagdagelijkse taken worden ontzettend zwaar en zullen anaëroob

verlopen. Stofzuigen, bijvoorbeeld, vereist een VO2max van 17 ml/min/kg.

Disuse atrofie gaat vaak gepaard met nadelige veranderingen in botsterkte als gevolg van de

verminderde mechanische loading, welke normaal wordt gegenereerd door contraherende

11

spieren (Aguire et al, 2006). Deze veranderingen in botsterkte kunnen ernstige gevolgen

hebben, het bot kan broos en meer vatbaar voor breuken worden. Breuken zullen moeten

worden ingegipst waardoor er verdere disuse atrofie optreedt: een nieuwe vicieuze cirkel

ontstaat.

1.5 Huidige therapieën

Elke behandeling van spieratrofie heeft tot doel de spiermassa te verhogen en de functionele

resultaten te bevorderen, welke uiteindelijk leiden tot een verbeterde levenskwaliteit voor de

patiënten.

De volgende therapieën kunnen specifiek of in een specifieke combinatie worden toegepast

voor elke conditie, dit omdat het onderliggende mechanisme kan verschillen naar gelang de

oorzaak.

1.5.1 Fysieke activiteit

In sommige gevallen wordt de atrofie gecompliceerd en versneld door andere medische

condities en medicaties. Deze kunnen potentieel de capaciteit om fysieke activiteit uit te

voeren verhinderen of reduceren, welke op hun beurt de vicieuze cirkel versterken (Peel &

Mossberg, 1995).

Krachttraining is de meest effectieve oefening om atrofie af te remmen en spierkracht te

behouden of te verhogen. Met krachttraining wordt de spiermassa en spierkracht verhoogd bij

zowel vrouwen als mannen. Deze verhoging van spiermassa en spierkracht is tevens waar te

nemen bij de bijzonder oude bevolking (Balagopal et al, 2001; Drukker et al, 2001).

Samenvallend is er een stijging in de maximale vrijwillige spierkracht en hypertrofie in de

spiervezel (Parise et al, 2000).

Progressieve krachttraining twee tot drie keer per week verbeteren de fysieke functies en

verminderen de fysieke handicaps en spierzwaktes bij ouderen. Functionele beperkingen zoals

evenwicht, wandelsnelheid, recht staan uit een stoel en de trap opgaan verbeteren door middel

van krachttraining (Liu et al, 2009).

Aërobe training geeft dan weer belangrijke voordelen in de cardiovasculaire fitheid.

Er is echter weinig geweten over de duur van deze effecten na stopzetting van training.

Een voorgeschreven trainingsprogramma ter behoud van een onafhankelijke levensstijl hoort

dan ook een combinatie van zowel krachttraining voor de spierkracht, als aërobe training voor

12

de cardiovasculaire fitheid, te bevatten. Meestal worden er ook lenigheids- en

evenwichtsoefeningen aan toegevoegd (Singh, 2002).

In de meeste gevallen kan krachttraining echter niet instaan voor het stoppen of omkeren van

het atrofie proces (Lynch, 2004). Desondanks wordt er algemeen aangenomen dat het deze

wel afremt en daarom ook moet overwogen worden in elke interventie waar mogelijk.

1.5.2 Nutritionele interventies

Proteïne poeders en specifieke aminozuren worden verwacht het verlies aan spierproteïne te

verzachten en een meer gunstige intracellulair milieu te voorzien om zo proteïne synthese te

promoten (Dorrens & Rennie, 2003; Volpi et al, 2003).

Creatine suppletie is effectief bevonden voor patiënten met musculaire dystrofie en

mitochondriale myopathie, en is bekwaam sarcopenie te verzachten en nuttig om rehabilitatie

te faciliteren na disuse atrofie (Pearlman & Fielding, 2006).

Nutritionele strategieën hebben dus hun bijdrage in het verzachten van atrofie, maar zijn

efficiënter wanneer deze gecombineerd worden met fysieke activiteit. Een complementaire

benadering met geneesmiddelentherapie in de behandeling van ernstige vormen van atrofie is

aangewezen.

1.6 Testosteron, een hormonale interventie

In vele gevallen vereist de ernst van atrofie een farmaceutische interventie die de synthese van

proteïnen promoot en/of de degradatie van proteïnen reduceert.

1.6.1 Androgenen

Androgenen worden gedefinieerd als hormonen die de groei en ontwikkeling stimuleren van

het mannelijke voortplantingssysteem. Dit omvat het scrotum, het mannelijke ductus systeem

en bijhorende organen zoals de prostaat, zaadcellen en de penis.

Deze mannelijke hormonen zijn tevens noodzakelijk voor het optreden en ontwikkelen van de

secundaire geslachtskenmerken. Deze omvatten de mannelijke lichaamsbouw als gevolg van

de musculaire ontwikkeling en lineaire groei.

Daarenboven zijn androgenen noodzakelijk voor de normale seksuele functie en

vruchtbaarheid (George et al, 1994). Tevens hebben zij belangrijke metabole effecten op

proteïne- (Urban et al,1995), koolhydraat- (Marin et al, 1995) en vetmetabolisme (Kohn FM,

2006). Als zodanig dragen zij bij tot de bepaling van spiermassa en –kracht, alsook van bot-

13

en vetmassa. Bovendien beïnvloeden androgenen het gedrag (Olweus et al, 1980) en cognitie

(Newman et al, 2005).

Testosteron (fig. 3), dihydrotestosteron, androsteendion, dehydroepiandrosteron en zijn

sulfaat zijn de hoofdandrogenen in de bloedsomloop.

Fig. 3. Structuurformule van testosteron, overgenomen van

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Testosteron.PNG.

1.6.1.1 Fysiologie

Testosteron maakt deel uit van de menselijke fysiologie. Het mannelijke hormoon speelt reeds

een belangrijke rol vanaf de zwangerschap. Testosteron is onder meer verantwoordelijk voor

de seksuele ontwikkeling (Hannema & Hughes, 2007; Kellokumpu-Lehtinen, 1980),

spermatogenese (Sanborn et al, 1997; Singh et al, 1995), seksueel functioneren (Guay AT,

2006; Mikhail N, 2006) en de lineaire groei (Vandershueren et al, 2004; Kerrigan & Rogol,

1992). Meer van belang zijn de invloeden op de secundaire geslachtskenmerken en

lichaamssamenstelling.

1.6.1.2 Secundaire geslachtskenmerken

Seksuele differentiatie begint reeds tijdens de zwangerschap, wanneer de gonaden zich

vormen (Sobel et al, 2004). De aanvang van differentiatie wordt geassocieerd met hoge

gonadotrofine-releasing hormoon (GnRH) pulsen. Deze stimuleren de secretie van

luteïniserend hormoon, LH, en follikel stimulerend hormoon, FSH, door de hypofyse, die op

hun beurt de stijging van sekshormonen vooraf gaan. De mannelijke puberteit is de periode

waarin de testosteronsecretie stijgt tot de volwassenen productie. Testosteron verhoogt

14

rechtstreeks de spiergrote en –massa, stembanden, botten, kracht, verdiept de stem en

verandert de vorm van het aangezicht en het skelet (Cartault et al, 2008). Wanneer testosteron

in de huid wordt omgezet in DHT versnelt het de groei van gezichts- en lichaamshaar (Randal

VA, 1994). Wanneer testosteron omgezet wordt in 17-β-estradiol, (E2) , speelt deze een

beslissende rol in botmaturatie en de groei van het kraakbeen (Juul A, 2001).

1.6.1.3 Lichaamssamenstelling

Sinds decennia is het gekend dat skeletale spiermassa één van de doelwit weefsels is voor

androgenen. Personen met een verlaagde vrij testosteron index hebben dan ook lagere

appendiculaire spiermassa dan deze met een normale index (Roy et al, 2002). De

appendiculaire spiermassa bestaat uit de spieren in de schouder- en bekken gordel en deze

van de ledematen. Testosteron levels correleren ook met visceraal en subcutaan vetweefsel,

hoe lager het testosteron niveau hoe hoger het aandeel vetweefsel (Rebuffescrive et al, 1991;

Seidell et al, 1990)

Omdat er lage 5α-reductase levels aanwezig zijn in de skeletale spieren wordt er aangenomen

dat niet DHT maar testosteron het belangrijkste androgeen is in de spieren (Bahsin et al,

2003). Bij mannen zijn androgenen noodzakelijk om de normale spiermassa en –kracht te

behouden (Mauras et al, 1998). Het mechanisme van testosteron actie is echter weinig

bekend. Mannelijke spieren bevatten aromatase enzym activiteit, welke een potentiele

werking van testosteron via E2 suggereert (Matsumine et al, 1986).

1.6.2 Synthese

De aanmaak van testosteron gebeurt bij de man voor 95% in de testis en voor 5% in de

bijnier. Alle steroïde hormonen worden gesynthetiseerd vanuit de precursor cholesterol

(Stocco & Clark, 1996). Er zijn drie bronnen van cholesterol in de aanmaak van steroïde

hormonen: de novo synthese vanuit acetaat, een pool cholesterolesters in steroïdogene

weefsels en voedingsbronnen. Ongeveer 80% van het cholesterol, gebruikt voor de

steroïdhormoon synthese, is afkomstig van de voedingsbronnen. In het menselijk plasma

wordt deze getransporteerd onder de vorm van low-density lipoproteïnen (LDL) partikels.

De eerste stap in de steroïde hormoon synthese is de omzetting van cholesterol naar

pregnenolon. Deze staat onder controle van het luteïniserend hormoon en vind plaats in de

mitochondria en is de snelheid beperkende stap.

15

In het endoplasmatisch reticulum wordt het verkregen pregnenolon verder omgezet tot

testosteron via verschillende enzymatische reacties (fig. 4).

Fig. 4. schematische voorstelling van de steroïdogenese, overgenomen van

http://carolguze.com/text/442-6-sexual_differentiation.shtml.

1.6.3 Werkingsmechanisme

Een hormoon kan enkel invloed uit oefenen op die weefsels die de juiste receptoren bevatten.

Om te kunnen inwerken op de receptoren moeten de hormonen eerst de cel binnen dringen.

Zo is testosteron in staat om passief door het celmembraan te diffunderen om zich vervolgens

te binden op de androgeen receptor (AR) waardoor de androgene acties plaats kunnen vinden

(Giorgi & Stein, 1981). Ook is het mogelijk dat het testosteron eerst wordt omgezet in

dihydrotestosteron (DHT) door 5α-reductase, alvorens zich te binden aan de AR. DHT heeft

een 10 keer hogere affiniteit voor de AR en wordt gezegd een hogere efficiëntie te hebben dan

testosteron (Wilbert et al, 1983; Deslypere et al, 1992).

Androgeen receptoren zijn in tal van weefsels aanwezig. AR zijn in een relatieve overvloed

aanwezig in de hypothalamus, bijnier, epididymis, prostaat, hypofyse, skeletale spieren,

nieren, lever en hart (Sar et al, 1990). Ook zijn er AR aanwezig in tal van andere weefsels

waaronder botweefsel (Abu et al, 1997).

16

Wanneer testosteron zich op de AR bindt, vormt zich een ligandbinding welke ervoor zorgt

dat de AR dissocieert van zijn chaperonne-eiwit en een dimeer vormt. Dit dimeer is in staat

om de celkern binnen te dringen, waar hij de reactieve elementen op de promotor van de

doelgenen herkent en de transcriptiefactoren rekruteert (Chang et al, 1995).

1.6.3.1 Indirecte effecten via IGF-1

Data suggereren dat androgenen de circulerende en lokale IGF-1 levels kunnen reguleren

(Hobbs et al, 1993).

IGF-1 wordt verondersteld een mediator te zijn in de anabole acties van androgenen op de

spieren. IGF-1 lijkt belangrijk te zijn voor zowel de proliferatie als de differentiatie van de

skeletspier myoblasten (Florini et al, 1996).

Desondanks het feit dat studies de androgeen actie op de regulatie van IGF-1 in skeletspieren

ondersteunen, is de omvang van inwerking van deze signaalweg op het gehele proces nog

onduidelijk.

1.6.4 Suppletie

Ondanks de goed omschreven effecten van testosteron suppletie blijven de onderliggende

moleculaire mechanismen relatief ongekend.

1.6.4.1 Invloed op spiermassa

Serumlevels van testosteron en adrenale androgenen dalen met de leeftijd. Er zijn dan ook

epidemiologische data die de relatie tussen deze daling in testosteron en daling in spiermassa,

spierkracht en functionele status ondersteunen (Perry et al,2000). Recent onderzoek heeft

tevens onweerlegbaar aangetoond dat androgenen, zoals testosteron, de spiermassa bij mensen

reguleert (Herbst & Bahsin, 2004; Brill et al, 2002; Schroeder et al, 2003; Bahsin et al,

2003;Harman et al, 2003; Wittert et al, 2003; Woodhouse et al, 2004).

Bij mensen zijn er duidelijke bewijzen dat fysiologische testosterontoediening de vetvrije

massa doet toenemen in condities met lage circulerende androgenen. Testosteron substitutie is

dan ook effectief in het bestrijden van spieratrofie bij hypogonadale mannen (Brodsky et al,

1996; Bahsin et al, 1997), oudere mannen met normaal of laag serum testosteron (Snyder et

al, 1999, 2000; Ferrando et al, 2002) en Hiv-geïnfecteerde mannen met laag serum testosteron

(Bahsin & Javanbakht, 1999).

Vergelijkbare resultaten werden aangetoond met suprafysiologische toediening bij eugonadale

gezonde mannen (Griggs et al; Bahsin et al, 1996) en Hiv-geïnfecteerde mannen met normaal

testosteron niveau (Fairfield et al, 2001).

17

Opkomende data suggereren dat testosteron spiervezel hypertrofie induceren door in te

werken op verschillende stappen in de signaalwegen van zowel proteïne synthese als

degradatie (Bahsin & Herbst, 2004).

1.6.4.2 Invloed op spierkracht

Ondanks het feit dat er consensus heerst over het feit dat androgeen toediening leidt tot een

verhoogde spiermassa, is deze minder aanwezig over de inwerking op spierprestatie en

fysieke functie. De huidige klinische toepassingen van androgenen als anabole agentia zijn

dan ook gebaseerd op de hypothese dat testosteron geïnduceerde spiermassa aangroei zou

geassocieerd zijn met klinisch betekenisvolle verbeteringen in spierprestatie en fysieke functie

(Bahsin S, 2003).

Uit twee verschillende onderzoeken (Storer et al, 2003; Bahsin et al, 2000) blijkt dat de

maximale vrijwillige kracht en het spiervermogen verbeteren door testosteron toediening.

Deze verbetering is echter proportioneel met de verhoging van de spiermassa waardoor er

geen verbeteringen optreden in zake contractiliteit. Bij krachttraining is er wel een verbetering

in de contractiele eigenschappen van de spieren. De vermoeibaarheid van de spieren bleef

echter onveranderd bij testosteron toediening.

Bepaald onderzoek illustreerde niet enkel een toename in spiermassa, maar ook in

spiergrootte en spierkracht (Bhasin et al, 1996). De dwarsdoorsnede van de spier nam toe bij

zowel de personen behandeld met testosteron zonder extra krachttraining als deze met

krachttraining. Deze met krachttraining toonden echter een grotere toename in

dwarsdoorsnede. De spierkracht steeg net zoals de dwarsdoorsnede voor beide groepen en ook

hier was er een grotere toename voor de personen die testosteron suppletie combineerden met

krachttraining. Men kan dan ook besluiten dat supra fysiologische dosissen van testosteron,

zonder krachttraining, volstaan om de spiermassa, -grootte en –kracht te doen toenemen. De

toename kan echter worden gemaximaliseerd door suppletie te combineren met krachttraining

(Bhasin et al, 1996).

Hoewel sommige studies een verbeterde spierkracht wisten aan te tonen als gevolg van

testosteron toediening (Schroeder et al, 2003), faalden anderen er in om significante effecten

te bewijzen ondanks de winst in spiermassa door androgeen toediening (Wang et al, 2004).

18

De effecten van androgenen op de spierkracht blijven als gevolg minder duidelijk (Axell et al,

2006).

1.6.4.3 Invloed op spierfunctionaliteit

Hypogonadisme wordt geassocieerd met een verhoogd risico op vallen, verminderd statisch

en dynamisch evenwicht, verzwakt vermogen om recht te staan vanop een stoel en de tandem

walk (hiel telkens tegen de tenen plaatsen) uit te voeren. Verminderde testosteron levels

worden dan ook in verband gebracht met een verhoogd risico op functionele beperkingen

(Szulc et al, 2003).

De effecten van testosteron toediening op het fysiek functioneren en gezondheidsgerelateerde

outcomes zijn echter nog niet aangetoond. Het is enkel voor ouderen geweten of

testosterontoediening volstaat om het risico op vallen, breuken en beperkingen te reduceren.

Bij jongeren is hier geen onderzoek naar verricht. Tevens kan fysiek functioneren en

gezondheid gerelateerde kwaliteit van hun leven verbeteren (Bahsin S, 2003). Pilootstudies

(Bakhshi et al, 2000; Amory et al, 2002) bieden echter een rationale voor verdere trails in

zake testosteron suppletie.

1.6.4.4 Somatische Neveneffecten

Er wordt algemeen aanvaard dat het misbruik van anabole androgene steroïden geassocieerd

kan worden met somatische neveneffecten, maar de incidentie en prevalentie lijkt echter

beperkt. Neveneffecten blijken enkel tot stand te komen wanneer er sprake is van een

langdurig en vaak excessief gebruik. Om deze redenen worden steroïden gecatalogeerd bij

andere illegale substanties met een relatief lage schade impact.

Acute neveneffecten

Kleinere acute neveneffecten van steroïdengebruik zijn: vochtretentie voornamelijk in de

extremiteiten, gastro-intestinale irritatie, diarree, buikpijn en een vettige huid.

Acute neveneffecten met een meer klinische impact zijn: geelzucht, menstruele

abnormaliteiten en hypertensie. Er kunnen zich infecties voordoen op de plaats van injectie,

welke pijn en abcessen veroorzaken. Omdat er aromatisatie van de toegediende steroïden kan

voorkomen, waardoor er verhoogde oestrogeen levels kunnen optreden bij mannen (Wilson

JD, 1988), kan dit leiden tot borstpijnen en vaak irreversibele gynaecomastie.

Observationele studies duiden aan dat de meerderheid (88-96%) van de anabole

steroïdengebruikers minstens één neveneffect ondervinden. De meest voorkomende zijn acne

19

( 40-54%), testiculaire atrofie (40-51%), gynaecomastie ( 10-34%), huidstriemen (34%) en

injectie-gebied pijnen (36%) (Evans NA, 2004).

Chronische neveneffecten

Gezondheidsgevolgen in verband gebracht met anabool steroïdenmisbruik omvatten onder

meer urogenitale problemen en acne. De grootste zorgen gaan echter uit naar de

cardiovasculaire neveneffecten; hypertensie, artherosclerose, hartaanvallen, beroertes en

hepatische ziekten; levercystes en andere leververanderingen als ook leverkanker ( Melchert

& Welder, 1995; Sulivan et al, 1998). Veranderingen bij mannen die reversibel zijn, omvatten

de spermaproductie, impotentie, pijnlijk urineren en het krimpen van de testes. Steroïden

worden tevens in verband gebracht met prostaatkanker (Creagh et al, 1988). Veranderingen

bij vrouwen zijn onder meer het ontstaan van een onregelmatige menstruele cyclus en het

ontwikkelen van meer mannelijke karakteristieken zoals minder lichaamsvet, kleinere borsten,

lagere stem, buitensporige groei van lichaamshaar en een irreversibel verlies van hoofdhaar

als ook clitorale groei.

Bezorgdheden omtrent deze chronische neveneffecten hebben investeringen in de

ontwikkeling van selective androgen receptor modulator (SARM) doen toenemen.

Deze SARM’s hebben dezelfde anabole effecten op de spier, maar hebben niet dezelfde

neveneffecten. Het idee achter deze SARM’s is dat deze een grotere androgeen receptoren

(AR) en weefselspecificiteit kunnen bezitten door hun grotere vatbaarheid tot structurele

modificaties. De eerste generatie SARM’s is er in geslaagd om een agonistische werking in

zowel het spier- als botweefsel te bekomen en slechts een gedeeltelijke agonistische werking

in de prostaat en zaadblaasjes (Bhasin et al, 2006).

20

2 Probleemstelling

Disuse atrofie is een wijd verspreid probleem waar iedereen vroeg of laat mee geconfronteerd

wordt. Hindlimb of tail suspension is een model dat frequent gebruikt wordt ter inductie

disuse atrofie in een onderzoekssetting. Het probleem met dit model is dat er door het

inzakken van de testes een gedaalde testosteron productie optreed, welke een bias in het

onderzoek vormt. In dit onderzoek trachten we te achterhalen of deze gedaalde testosteron

productie ook daadwerkelijk een significant effect heeft op de atrofie.

Desondanks het feit dat het globale mechanisme, het onevenwicht in proteïne degradatie en

synthese, verantwoordelijk voor spieratrofie bekend is, blijven de onderliggende

mechanismen onduidelijk. Er zijn genen gekend die verantwoordelijk zijn voor ofwel

hypertrofie, ofwel atrofie. Deze lijst van gekende genen is nog zeer beperkt en dus lang niet

exhaustief. Daarenboven wordt de genen transcriptie steeds vooraf gegaan door een

signaalweg. Deze staat onder invloed van tal van factoren, een enorme verzameling van

factoren die men nu enigszins in kaart begint te brengen, maar nog lang niet compleet is.

Bovendien wordt er aangenomen en is er reeds aangetoond dat er een wisselwerking bestaat

tussen verschillende signaalwegen. Hoe deze wisselwerking juist in elkaar zit en op welke

niveaus deze allemaal plaats vinden is nog steeds relatief ongekend.

Dus, de kennis waarover men momenteel beschikt is jammer genoeg slechts een deel van een

veel groter geheel. Kennis die men zou kunnen gebruiken om de aanmaak van adequate

geneesmiddelen te garanderen. Geneesmiddelen die in tal van condities zouden kunnen

worden toegepast, enerzijds om daadwerkelijke pathologieën te bestrijden, en anderzijds om

ongemakken gepaard gaande met leeftijd, ziekte, omgeving te verhelpen.

Testosteron lijkt een zeer goede oplossing voor disuse atrofie door zijn sterk anabole werking.

Echter, door zijn systemische werking geeft testosteron behandeling ook tal van

nevenwerkingen die niet wenselijk zijn. In dit onderzoek trachten we aan de hand van

testosteron behandeling moleculaire signaalwegen die betrokken zijn bij disuse atrofie en

testosteron, bloot te leggen om zo therapeutische targets te ontdekken.

21

3 Hypothese

De spier specifieke ubiquitine ligasen Atrogin-1 en MuRF-1 worden gezien als mastergenen

in de regulatie van spieratrofie, terwijl S6K1 en 4EBP1 bepalende genen zijn in de regulatie

van de spierhypertrofie. De moleculaire regulatie van deze genen tijdens disuse atrofie is

echter niet gekend en het is onduidelijk of er een spiervezelspecifieke respons is. Bovendien

zijn de effecten van testosteron suppletie tijdens disuse atrofie op de moleculaire targets

ongekend.

Is de androgeen deficiëntie daadwerkelijk betrokken bij atrofie tijdens tail suspension?

Disuse atrofie zal gepaard gaan met een upregulatie van de atrofie inducerende genen,

met tegelijk een down regulatie van de hypertrofie inducerende genen.

Disuse atrofie induceert een tijdsafhankelijk effect op de mRNA expressie van deze

genen.

Testosteron behandeling in suprafysiologische hoeveelheden zal een positief effect

hebben op disuse atrofie.

Het spiervezeltype, glycolytische tegen over oxidatieve spiervezels, zal bepalen hoe er

moleculair wordt gereageerd op disuse atrofie, maar ook op de testosteron

behandeling.

22

4 Materialen en methoden

4.1 Studie design

Negentig mannelijke C57BL/6JOla muizen (Harlan Laboratories) van 8 weken oud werden ad

random toegewezen aan één van de 3 interventie groepen (fig. 5). In de controle groep

(SHAM) ondergingen de muizen een schijnoperatie, de muizen werden verdoofd, er werd een

incisie gemaakt en vervolgens werden de muizen weer toe genaaid. Dit om de effecten van

een chirurgische ingreep uit te kunnen sluiten.

In een tweede groep (TS+V) kregen de muizen subcutaan een lege silastic tube (Silclear

tubing 1.57 × 2.41 mm, Degania, Israel ) van 1 cm lengte (vehicle) ingepland in de nek. Deze

groep onderging tail suspension als atrofie inductor. De tail suspension hield in dat de muizen

aan hun staart werden opgetild, zodanig dat de achterste ledematen niet meer mechanisch

belast werden. De staart werd vastgehecht met tape aan een S-vormige paperclip. Dit werd via

een metalen draad aan een rail boven de kooi (type C) vastgemaakt, zodanig dat de muizen

zich in een hoek van 30 graden ten opzicht van de bodem vrij konden bewegen op de

voorpoten, met de achterpoten opgeheven van de bodem. In de derde en laatste groep (TS+T)

ondergingen de muizen tail suspension en kregen zij een zelfde silastic tube als de TS+V

groep subcutaan in de nek ingepland, met een suprafysiologische hoeveelheid testosteron

(Sigma-Aldrich), ½ verdund met cholesterol zoals beschreven door Vanderschueren et al.

Sacrifiëring werd uitgevoerd op 3 tijdstippen, respectievelijk 1 dag, 5 dagen en 14 dagen. Bij

elke interventie bestond iedere groep uit 10 muizen.

Het protocol werd goedgekeurd door de ethische commissie dierproeven, van de faculteit

geneeskunde en gezondheidswetenschappen, Universiteit Gent.

23

Fig. 5. Schematische weergaven van het studie design

4.2 Operatie en behandeling

Bij aankomst kregen de dieren 2 weken tijd om te acclimatiseren alvorens te starten met de

operatie. Voor het inplanten de silastic tubes werden de muizen verdoofd met Isofluraan aan

de hand van inhalatie (Forene; Abbott, Brussels, Belgium).

De implantatie van de silastic tubes gebeurde steeds 2 dagen voor aanvang van de tail

suspension, op deze manier konden de muizen recupereren van de ondergane operatie en

kregen de silastic tubes de tijd om de release aan te vatten. De toediening van testosteron werd

nadien gecontroleerd door het wegen van de zaadblaasjes en de testes. Er werd dagelijks

toegekeken op het welzijn van de muizen. Hierbij werd aandacht besteed aan de voedsel- en

waterinname, uitzicht van de vacht, ademhaling en het lichaamsgewicht werd opgevolgd.

4.3 Biopten

Na 1 dag, 5 dagen of 14 dagen werden de dieren gesacrifieerd via cervicale dislocatie en

werden de soleus (SOL) en extensor digitorum longus (EDL) gedissecteerd, zowel aan het

linker als rechter lidmaat.

Verder werden ook de zaadblaasjes en testes gedissecteerd. Al de verkregen biopten werd

onmiddellijk ingevroren in vloeibaar stikstof en later bewaard op een temperatuur van -80° C

om verdere mRNA expressie analyse mogelijk te maken.

Groep 14

dagen 5dagen 1dag Muizen

C57BL/6JOla N=90

N=10 N=10 N=10 SHAM

N=10 N=10 N=10 TS+V

N=10 N=10 N=10 TS+T

24

4.4 RNA-isolatie en qPCR

RNA-isolatie gebeurde met behulp van Tripure Isolation Reagent (Roche Diagnostics,,

Vilvoorde, België) gevolg door een clean-up met de RNaesy mini kit (Qiagen, Venlo,

Nederland) volgens de instructies van de fabrikant. DNase behandeling werd uitgevoerd door

middel van de RNAse-Free DNase kit (Qiagen). RNA-concentratie werd gemeten met de

Nanodrop ND-2000 Spectrophotometer (Thermo-Scientific). De zuiverheid van het RNA

werd beoordeeld aan de hand van de A260/A280 ratio. De daarop volgende cDNA synthese

gebeurde aan de hand van de iScript cDNA Synthesis kit (BioRad, Nazareth, Belgium)

volgens de instructies van de fabrikant.

Hierna kon de real-time quantitative polymerase chain reaction (qPCR) worden uitgevoerd op

het Lightcycler 480 system (Roche), gebruik makende van een 8µl reactiemix. Deze

reactiemix bestond uit 3 µl cDNA (1/10 verdund), 300 nM forward en reverse primer en 4 µl

SYBRGreen PCR Master Mix (Applied Biosystems, Halle, Belgium). Het cyclische

programma bestaat uit een polymerase activatie bij 95°C gedurende 10 minuten, gevolgd door

40 cycli bij 95°C gedurende 15 seconden en 60°C gedurende 60 seconden. In deze cycli

ondergaan de cDNA strengen achtereenvolgens denaturatie (bij 95°C), welke ervoor zorgt dat

het dubbelstrengig cDNA afwikkelt en splitst in enkelvoudige strengen, met vervolgens

primer annealing met elongatie (bij 60°C). Deze primer annaeling met elongatie staat in voor

het opnieuw verkrijgen van dubbelstrengig cDNA (fig. 6).

Primer sequenties voor Atrogin-1, Murf-1, 4EBP1 en S6K1 werden overgenomen van de

RTprimerDB site (http://medgen.ugent.be/rtprimerdb/). De sequentie specificiteit werd

bevestigd door gebruik te maken van NCBI Blast analyse

(http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi). Om de specificiteit van het amplicon na te gaan werd

de smeltcurve onderzocht (15sec bij 95°C, 1min bij 60°C en 15sec bij 95°C, waarbij telkens

om de 3°C het fluorescentiemateriaal gemeten werd) en qPCR efficiëntie berekend (E = 10^(-

1/slope)). Genormaliseerde genexpressie waarden werden berekend door de ruwe

genexpressie waarden van elk staal te delen door het geometrisch gemiddelde van de 3 meest

stabiele referentie genen (Ppia, Rplp0 and B2M) zoals bepaald met behulp van GeNorm.

Relatieve genexpressie niveaus werden berekend via de delta-delta-Ct method (2 Ct, controle -

Ct, test) (Vandesompele et al, 2002).

25

Fig. 6. Schematische weergaven van de qPCR. Figuur overgenomen van

http://en.wikipedia.org/wiki/File:PCR.svg)

4.5 Statistische analyse

Data analyse gebeurde met behulp van het software programma SPSS (SPSS 19.0, Chicago,

IL). Om statistische verschillen tussen gemiddelden te bepalen werd er gebruik gemaakt van

de one-way ANOVA test, met als post-hoc analyse de LSD test. Significantie werd

verondersteld indien de p-waarde minder dan 0,05 bedroeg.

26

5 Resultaten

5.1 Lichaamsgewicht, zaadblaasjes en testes

5.1.1 Lichaamsgewicht

Na één dag tail suspension, met of zonder testosteron behandeling (respectievelijk TS+V en

TS+T), werd er geen significant verschil gevonden in het lichaamsgewicht van de muizen

vergeleken met de controle groep (SHAM). Na 5 en 14 dagen tail suspension was het

lichaamsgewicht van beide interventiegroepen significant gedaald in vergelijking met de

controle groep (fig. 7).

De TS+V groep had na 5 dagen een daling van 24% en na 14 dagen een daling van 19% in

lichaamsgewicht vergeleken met de SHAMs. De TS+T groep kende een gelijkaardige daling,

na 5 dagen 21% en na 14 dagen 12% tegen over de controle groep. Er werd geen significant

verschil in lichaamsgewicht tussen de TS+V en TS+T groep gevonden.

Fig. 7. Effecten van 1, 5 en 14 dagen tail suspension, zonder (TS+V) of met testosteron

behandeling (TS+T), op het lichaamsgewicht. De foutenbalken stellen de standaard deviatie

voor. * (P<0.05), † (P<0.01), ‡ (P<0.001): significant verschillend van SHAM.

27

5.1.2 Zaadblaasjes

Testosteron suppletie was succesvol, de androgeen gevoelige zaadblaasjes vertoonden

duidelijke hypertrofie. Het gewicht van de zaadblaasjes was bij elke interventie periode (1, 5

en 14 dagen), significant hoger bij de testosteron toegediende groep (TS+T) vergeleken met

deze met vehicle (TS+V; P<0,001) of de controle groep (SHAM). Na 5 en 14 dagen tail

suspension zonder testosteron toediening (TS+V) was de massa van de zaadblaasjes

significant gedaald vergeleken met de controle groep (fig. 8). Wanneer we naar de relatieve

massa van de zaadblaasjes kijken ten op zichte van het lichaamsgewicht vonden we na tail

suspension geen significant verschil in vergelijking met de controle groep.


behandeling (TS+T), op de massa van de zaadblaasjes. De foutenbalken stellen de standaard

deviatie voor. * (P<0.05), † (P<0.01), ‡ (P<0.001): significant verschillend van SHAM.

5.1.3 Testes

De massa van de testes vertoonde eveneens een duidelijke atrofie. Na 1 dag tail suspension

was het gewicht van testes bij de TS+V groep reeds significant lager vergeleken met de

controle groep. 5 en 14 dagen tail suspension, met of zonder testosteron behandeling

(respectievelijk TS+V en TS+T) resulteerde in een significante daling in het gewicht van de

testes vergeleken met de controle groep. Geen significante verschillen tussen de twee tail

suspension condities werden waargenomen (fig. 9). Wanneer we naar de relatieve massa ten

opzichte van het lichaamsgewicht van de testes kijken, werd er geen significant verschil

gevonden tussen de verschillende groepen.

28


behandeling (TS+T), op de massa van de testes. De foutenbalken stellen de standaard deviatie

voor. * (P<0.05), † (P<0.01), ‡ (P<0.001): significant verschillend van SHAM.

5.2 EDL en SOL massa

5.2.1 Musculus extensor digitorum longus

Na 1 dag tail suspension werd er zoals verwacht, geen significante daling in de EDL

spiermassa gevonden vergeleken met de controle groep. Na 5 en 14 dagen tail suspension was

er een significante daling in EDL massa vergeleken met de controle groep. De TS+V groep

kent een significante daling in de EDL massa van respectievelijk 21% na 5 dagen en 22% na

14 dagen. De TS+T groep toont een significante daling in EDL massa na 5 dagen 15% en na

14 dagen 19% vergeleken met de controle groep. Geen significante verschillen tussen de

TS+V en TS+T groep werd gevonden wat erop wijst dat testosteron behandeling de disuse

atrofie niet kon tegengaan. De SHAM groep vertoond een significante stijging (p<0.05) in de

EDL massa tussen de 1 en 14 dagen. De TS+V vertoond een significante daling (P<0.05) in

EDL massa tussen 1 en 5 dagen tail suspension terwijl de TS+T geen significante daling

overheen de verschillende interventieperiodes vertoond (fig. 10).

5.2.2 Musculus soleus

Zoals verwacht werd er na 1 dag tail suspension geen significante daling in de SOL massa

waargenomen. Na 5 en 14 dagen tail suspension werd er een significante daling in SOL massa

vergeleken met de controle groep. De TS+V groep kende een daling in de SOL massa van

respectievelijk 23% na 5 dagen en 32% na 14 dagen. De TS+T groep toont een significante

29

daling in SOL massa na 5 dagen 22% en na 14 dagen 36% vergeleken met de controle groep.

Geen significante verschillen tussen de TS+V en TS+T groep werd gevonden wat erop wijst

dat testosteron behandeling de disuse atrofie niet kon tegengaan. Net zoals in de EDL is er een

significante stijging in de massa te vinden tussen 1 en 14 dagen. De TS+V en TS+T groep

toonden een significant gedaalde (P<0.05) SOL massa na 5 en 14 dagen tail suspension tegen

over de 1e dag. (fig. 11).


behandeling (TS+T), op de EDL massa. De foutenbalken stellen de standaard deviatie voor.

* (P<0.05), † (P<0.01), ‡ (P<0.001): significant verschillend van SHAM.


behandeling (TS+T), op de SOL massa. De foutenbalken stellen de standaard deviatie voor.

* (P<0.05), † (P<0.01), ‡ (P<0.001): significant verschillend van SHAM.

30

5.3 Genexpressies in de EDL

5.3.1 Atrogin-1

Na 1 dag tail suspension (TS+V, TS+T) werd er een significant hogere Atrogin-1 mRNA

expressie gevonden vergeleken met de controle groep. Na 5 dagen tail suspension was de

Atrogin-1 mRNA 4 en 6-voudig opgereguleerd in respectievelijk de TS+T en TS+V groep.

Na 14 dagen werden geen significante verschillen in genexpressie gevonden (fig. 12).


behandeling (TS+T), op mRNA expressie van Atrogin-1 in de EDL. De foutenbalken stellen

de standaard deviatie voor. * (P<0.05), † (P<0.01), ‡ (P<0.001): significant verschillend van

SHAM.

5.3.2 MuRF-1

De MuRF-1 mRNA expressie in de EDL was na 1 dag tail suspension significant hoger dan

deze in de controle groep (respectievelijk 3- en 2.5-voudige opregulatie voor respectievelijk

TS+V en TS+T). Na 5 dagen tail suspension werd een significante verdere opregulatie in de

MuRF-1 mRNA expressie waargenomen (respectievelijk 7- en 8-voudige opregulatie voor

respectievelijk TS+V en TS+T). Na 14 dagen tail suspension werd een significant verschil in

MuRF1 mRNA expressie waargenomen tussen de TS+V en TS+T groep (fig. 13).

31


behandeling (TS+T), op mRNA expressie van MuRF-1 in de EDL. De foutenbalken stellen de

standaard deviatie voor. * (P<0.05), † (P<0.01), ‡ (P<0.001): significant verschillend van

SHAM; $ (P<0.001) significant verschil tussen TS+V en TS+V.

5.3.3 4EBP1

De 4EBP1 mRNA expressie was na 1 dag tail suspension significant hoger dan deze bij de

controle groep. Na 5 dagen tail suspension werd de 4EBP1 mRNA expressie verder

opgereguleerd in de TS+V groep (6,5-voudig) en TS+T groep (4-voudig) in vergelijking met

de controle groep. Na 5 dagen tail suspension werd een hogere 4EBP1 mRNA expressie

waargenomen in de TS+V vergeleken met de TS+T groep dewelke borderline significant

verschillend was (P=0.05). De 4EBP1 mRNA expressie was na 14 dagen tail suspension niet

significant verschillend tussen de interventiegroepen (fig. 14).

32


behandeling (TS+T), op mRNA expressie van 4EBP1 in de EDL. De foutenbalken stellen de


SHAM.

5.3.4 S6K1

Na 1 dag tail suspension zonder testosteron suppletie was de S6K1 expressie significant lager

dan deze bij de groep met testosteron suppletie en de controle groep. Na 5 en 14 dagen tail

suspension werden geen significante verschillen met de controle groep gevonden (fig. 15).


behandeling (TS+T), op mRNA expressie van S6K1 in de EDL. De foutenbalken stellen de ±


SHAM; $ (P<0.05) significant verschil tussen TS+V en TS+V.

5.4 Genexpressies in de SOL

5.4.1 Atrogin-1

Atrogin-1 mRNA expressie was na 1 dag tail suspension significant hoger vergeleken met de

controle groep (respectievelijk 2- en 2,5-voudige opregulatie in de TS+T en TS+V groep).

Tevens, Atrogin-1 mRNA expressie was in de groep TS+V significant (p<0,05) hoger dan

deze van de TS+T groep na 1 dag. Na 5 dagen tail suspension met testosteron toediening

(TS+T) was de Atrogin-1 mRNA expressie verder opgereguleerd (4,5-voudig) vergeleken met

de controle groep. Hoewel er voor de groep TS+V na 5 dagen geen significante stijging in

Atrogin-1 mRNA expressie was gevonden, verschilt deze niet significant van de TS+T groep.

33

Na 14 dagen tail suspension werd er geen enkel verschil waargenomen in Atrogin-1 mRNA

expressie tussen de verschillende groepen (fig. 16).


behandeling (TS+T), op mRNA expressie van Atrogin-1 in de SOL. De foutenbalken stellen

de standaard deviatie voor. * (P<0.05), † (P<0.01), ‡ (P<0.001): significant verschillend van

SHAM.

5.4.2 MuRF-1

Na 1 dag tail suspension was de MuRF-1 mRNA expressie significant hoger dan deze in de

controle groep (respectievelijk 2- en 2,5-voudige opregulatie voor TS+T en TS+V). De

MuRF-1 mRNA expressie was na de 5 dagen tail suspensions met testosteron suppletie

significant gestegen tegen over de controle groep (5-voudige opregulatie). Na 14 dagen tail

suspension werd er geen enkel verschil terug gevonden in de MuRF-1 mRNA expressie

tussen de drie groepen. Geen significante verschillen tussen de TS+V en TS+T groep werd

gevonden (fig. 17).

34


behandeling (TS+T), op mRNA expressie van MuRF-1 in de SOL. De foutenbalken stellen de


SHAM.

5.4.3 4EBP1

Na 1 dag tail suspension was de 4EBP1 mRNA expressie significant hoger dan deze bij de

controle groep (respectievelijk 2-voudige opregulatie voor zowel TS+T als TS+V). Na 5

dagen tail suspension was de 4EBP1 mRNA expressie significant gestegen tegen over de

controle groep (respectievelijk 5- en 3,5-voudige opregulatie voor TS+T en TS+V). Na 14

dagen tail suspension was er geen verschil te vinden in 4EBP1 mRNA expressie tussen de

verschillende groepen. Geen significante verschillen tussen de TS+V en TS+T groep werd

gevonden (fig. 18).

35


behandeling (TS+T), op mRNA expressie van 4EBP1 in de SOL. De foutenbalken stellen de


SHAM.

5.4.4 S6K1

Na 1 dag tail suspension werd er een significant hogere S6K1 mRNA expressie gevonden in

vergelijking met de controle groep (respectievelijk 1,5-voudige opregulatie voor zowel TS+T

als TS+V). Na 5 dagen tail suspension was de S6K1 mRNA expressie nog steeds 1,5-voudig

opgereguleerd tegen over de controle groep. Na 14 dagen tail suspension was er niet langer

een verschil in S6K1 expressie tussen de verschillende groepen. Deze upregulatie is

tegengesteld aan de downregulatie die normaal wordt waargenomen tijdens disuse atrofie en

is dan ook zeer eigenaardig (fig. 19).


behandeling (TS+T), op mRNA expressie van S6K1 in de SOL. De foutenbalken stellen de ±


SHAM.

36

6 Discussie

6.1 Relevantie van cryptorchisme tijdens tail suspension

Tijdens tail en hindlimb suspension dalen de testes in het abdomen af (Royland et al, 1994;

Wright et al, 1997). In het abdomen is het steeds warmer dan in het scrotum, en deze

hyperthermische omgeving veroorzaakt een daling in de productie van testosteron (Amann et

al, 1992). Een onderdrukking van het testosteronniveau zorgt voor een daling van de proteïne

synthese in het gehele lichaam (Mauras et al, 1998). Ook wordt spontaan en experimenteel

geïnduceerde androgeen deficiëntie geassocieerd met een lagere vetvrije massa (Roy et al,

2002; Szulc et al, 2003; van den Beld, 2000). Deze ontwikkeling kan dus zorgen voor een

versterkend effect boven op de atrofie inductie via disuse.

De massa van de testes nam duidelijk af gedurende de interventie periode voor beide tail

suspension groepen. Tevens is er een daling te zien in de massa van de zaadblaasjes na 5 en

14 dagen tail suspension in de TS+V groep vergeleken met de controle groep. Dit wijst op een

daling in het testosteron niveau in deze groep. Het gewicht van de zaadblaasjes was

significant toegenomen in de groep met testosteron behandeling (TS+T) tegenover de twee

andere groepen (respectievelijke SHAM en TS+V), wat duidt op een geslaagde testosteron

behandeling. Ook in ons onderzoek is er dus sprake van cryptorchisme en een gedaalde

testosteron productie als gevolg hiervan. Als we kijken naar de geïnduceerde atrofie en

mRNA expressies van de atrogenen is er geen enkel verschil te vinden tussen tail suspension

met of zonder testosteron behandeling (respectievelijk TS+T en TS+V). Hieruit kan je de

veronderstelling maken dat, een door cryptorchisme geïnduceerde milde androgeendeficiëntie

geen enkele invloed heeft op het atrofieproces tijdens disuse atrofie.

Echter, wanneer we de massa van de zaadblaasjes en de testes relatief gaan bekijken ten

opzichte van het lichaamsgewicht worden er geen significante verschillen gevonden. Enkel

een meting van het testosteronniveau in het serum kan hierover dus uitsluitsel bieden.

37

6.2 Spiervezelspecificiteit tijdens disuse atrofie

De anti-zwaartekracht SOL is belangrijk in het onderhouden van de lichaamshouding en

wordt gedurende langere periodes gerekruteerd op een gemiddelde intensiteit. Deze SOL

wordt dan ook gezien als een tonische spier omwille van zijn bijna constante spierspanning.

De EDL wordt dan weer gezien als een fasische spier omdat deze slechts actief is tijdens

dynamische bewegingen. De EDL wordt minder vaak gerekruteerd en voert korte en relatief

krachtige contracties uit. Tail suspension zorgt dan ook voor een veel grotere reductie in

activiteit in de SOL dan bij de EDL (Degens & Alway, 2005). Doordat de omvang van

verandering in spieractiviteit veel groter is in de tonische spieren dan bij de fasische spieren is

dit een mogelijke verklaring voor de meer uitgesproken atrofie in de SOL dan deze in de

EDL. De trage spiervezels lijken dus gevoeliger aan disuse atrofie dan de snelle spiervezels.

Deze veronderstelling wordt ondersteund door verschillende studies (Fitts et al, 2001; Fluckey

et al, 2002; Stevens et al, 2000; Talmadge et al, 1995;).

Zowel de massa van de EDL als deze van de SOL waren na 5 en 14 dagen tail suspension

significant gedaald tegen over de controle groep. Tijdens tail suspension met en zonder

testosteron behandeling is de evolutie in spiermassa bijna gelijk in beide spieren. Na 14 dagen

tail suspension echter merken we op dat in de SOL een 10% hogere reductie in spiermassa

heeft plaats gevonden dan in de EDL tegen over de controle groep. Wanneer deze echter in de

tijd worden vergeleken blijkt dat er enkel een significante daling in EDL massa is ontstaan na

5 dagen tail suspension. Bij de SOL is zowel na 5 als 14 dagen de SOL massa significant

gedaald tegenover 1 dag tail suspension. Ons onderzoek geeft dan ook een bevestiging van de

veronderstelling dat trage spiervezels gevoeliger zijn aan disuse atrofie dan de snelle

spiervezels.

6.3 Spiervezelspecificiteit van testosteron tijdens disuse atrofie

Het is reeds onweerlegbaar aangetoond dat androgenen, waaronder testosteron, de spiermassa

beïnvloeden in het menselijke lichaam (Herbst & Bahsin, 2004). De toediening van

suprafysiologische dosissen testosteron heeft positieve effecten op de spiergroei bij jonge

gezonde mannen, ouderen (Griggs et al, 1989; Bhasin et al 1996;; Snyder et al, 1999, 2000;

Ferrando et al, 2002). Bij hypogonadale mannen bekomt men zelfs positieve effecten met een

fysiologische hoeveelheid (Brodsky et al, 1996; Bahsin et al, 1997). Androgenen verhogen de

spiermassa en –kracht in verschillende condities van atrofie, zoals cachexie, kanker en AIDS

(Gold et al, 2006; Hart et al, 2001; Kicman AT, 2008).

38

In dit onderzoek waarbij het effect van testosteron behandeling tijdens disuse atrofie werd

onderzocht, is er echter geen positieve invloed gevonden op de spiermassa. Dit kan te wijten

zijn aan het feit dat de suprafysiologische dosis te laag was om de disuse atrofie tegen te gaan.

Echter, het is geweten dat muizenspieren minder gevoelig zijn dan mensen voor testosteron.

Om deze reden is het niet uit te sluiten dat een testosteron behandeling van 2 maal de

fysiologische hoeveelheid bij de mens wel voor een positieve impact zou kunnen zorgen.

Hogere dosissen zouden dus wel in staat kunnen zijn om een positieve invloed op de

spieratrofie te bekomen. Hierbij moeten we echter de bedenking maken wat de biologische

relevantie is van zulke hoeveelheden testosteron. De neveneffecten zullen hierdoor niet te

vermijden zijn. In experimentele context kan dit echter wel worden toegepast om duidelijke

verandering te bekomen en op deze manier moleculaire targets bloot te leggen. Ook kan een

onderliggend mechanisme, geactiveerd door disuse, aan de basis liggen van het niet inwerken

van testosteron. Een eerder uitgevoerde pilootstudie door H. De Naeyer gaf een reductie in

spiermassa van 14% bij muizen na orchidectomie. Deze daling kon echter worden tegen

gegaan door het toedienen van fysiologische hoeveelheden testosteron. Dit leid ons naar de

veronderstelling dat testosteron enige vorm van spiercontractie nodig heeft om actief te

kunnen zijn.

Testosteron induceert zowel in de snelle als de trage spiervezels hypertrofie. Er wordt in de

literatuur echter gesuggereerd dat het grootste verschil in spiergrootte tussen testosteron

gebruikers en niet-gebruikers gevonden wordt in de trage type I spiervezels (Kadi et al, 1999;

Kadi et al, 2000; Eriksson et al, 2005). In overeenstemming hiermee werd reeds aangetoond

dat type I spiervezels gevoeliger zijn voor anabole middelen dan type II spiervezels (Hartgens

et al, 1996). Uit onze resultaten kan echter verondersteld worden dat tijdens disuse atrofie

testosteron behandeling zowel op de snelle als de trage spiervezels geen enkel effect heeft.

39

6.4 Genexpressies

De spier specifieke ubiquitine ligasen Atrogin-1 en MuRF-1 worden gezien als mastergenen

in de regulatie van spieratrofie, terwijl S6K1 en 4EBP1 bepalende genen zijn in de regulatie

van de spierhypertrofie. De atrogenen Atrogin-1 en MuRF-1vertoonden dan ook een duidelijk

upregulatie gedurende de interventie perioden van 1 en 5 dagen tail suspension. Na 14 dagen

was er niet langer een significant verschil te vinden tussen de tail suspension condities en de

controle groep. Ook het 4EBP1 gen vertoonde een zelfde evolutie overheen de verschillende

interventie perioden. Deze upregulatie wordt verondersteld te zijn veroorzaakt door de

gekende inwerking van de FoxO-familie op 4EBP1.

6.4.1 Invloed van testosteron tijdens disuse atrofie

Testosteron behandeling bleek geen significant effect te hebben op de spiermassa van zowel

EDL als SOL. Ook op moleculair niveau blijkt dit zo te zijn. Opmerkelijk is dat de groep met

testosteron behandeling een lagere, maar niet significante, mRNA expressie had van Atrogin-

1 en 4EBP1 in de snelle EDL-spier vergeleken met deze zonder testosteron behandeling.

Terwijl in de trage SOL de mRNA expressies van zowel Atrogin-1 als MuRF-1 en deze van

4EBP1 bij de groep met testosteron behandeling steeds hoger lagen, maar niet significant, dan

deze zonder testosteron behandeling. Hieruit rijst de vraag of er significante effecten zouden

kunnen gevonden worden wanneer er hogere dosissen testosteron worden gebruikt in de

interventie.

6.4.2 Invloed van het spiervezeltype op disuse atrofie

Tijdens atrofie ten gevolge van sepsis en chronisch hartfalen werd reeds aangetoond dat zowel

Atrogin-1 als MuRF-1 een hogere genexpressie vertonen in het snelle spiervezeltype (Yu et

al, 2008; Lecker et al, 2004). Het is echter niet geweten of veranderingen in de mRNA

expressie van de atrogenen als gevolg van disuse atrofie verschillen tussen de verschillende

spiertypes (Okamoto et al, 2011). Eén onderzoek heeft aangetoond dat zowel Atrogin-1 en

MuRF-1 mRNA een hogere expressie kent in het snelle spiervezeltype tijdens disuse atrofie

(Okamoto et al, 2011). Deze resultaten worden ook in ons onderzoek ondersteund. In de SOL,

het trage spiervezeltype, stegen de Atrogin-1 en MuRF-1 mRNA expressies tijdens tail

suspension maximaal tot het drievoud van de SHAM’s. Terwijl in de EDL, het snelle

spiervezeltype, deze mRNA expressies tijdens tail suspension tot het 6- en zelfs 7-voud van

de SHAM’s stegen.

40

Deze hogere mRNA expressies in de EDL tegen over de SOL komen niet overeen met de

hogere atrofie gevonden in SOL. Deze discrepantie wijst enerzijds op een verschillende

moleculaire reactie op disuse atrofie, anderzijds kan er ook verondersteld worden dat de snelle

spiervezels minder gevoelig zijn voor deze atrogenen. Op deze laatste stelling zou het meten

van de eiwitexpressie uitsluitsel moeten bieden.

De mRNA expressie van 4EBP1 in de SOL steeg in de tail suspension groep tot een 4-voud

van de SHAM’s, deze in de EDL steeg tot een 7-voud van de SHAM’s. Deze verschillen

tussen de spiervezeltypes vertonen duidelijk een overeenkomst met de atrogenen. Dit tegen

over de S6K1 mRNA expressie waar er in de EDL geen duidelijk te verklaren patroon in

terug te vinden was. In de SOL was deze genexpressie gestegen na 1 en 5 dagen tail

suspension. Deze ontwikkeling is niet zoals verwacht, en is dan ook niet te verklaren in dit

studiedesign. Echter, een mogelijke verklaring is het in actie treden van een

tegenwerkingsmechanisme om totale atrofie tegen te gaan. Het meten van de gefosforyleerde

eiwitexpressies (S6K1 en 4EBP1 zijn enkel actief wanneer deze gefosforyleerd zijn) en

upstream targets, zou hierover meer duidelijkheid kunnen scheppen.

6.4.3 Up- en Down regulatie

Disuse atrofie wordt steeds verondersteld gepaard te gaan met een upregulatie van de

ubiquitine ligasen Atrogin-1 en MuRF-1. De ubiquitine proteasoom signaalweg wordt dan

ook gezien als diegene met de belangrijkste rol in spier atrofie (Lecker et al, 1999).

Hypertrofie wordt dan verondersteld samen te gaan met een upregulatie van het kinase S6K1

en een downregulatie van de repressor 4EBP1. Door het feit dat er verbindingen bestaan

tussen deze twee verschillende signaalwegen rijst er dan ook de veronderstelling dat disuse

atrofie niet enkel een upregulatie van de atrofie genen induceert, maar ook een downregulatie

van de hypertrofie genen. Ubiquitine ligasen Atrogin-1 en MuRF-1 worden niet geactiveerd in

condities gepaard gaande met hypertrofie. Wat suggereert dat hun expressie wordt

geïnhibeerd tijdens hypertrofie (Saini et al, 2009; Brunet et al, 1999). Tijdens atrofie is het

echter nog niet geweten of er zowel een upregulatie van de atrogenen als downregulatie van

de hypertrofie genen plaats vindt. In ons onderzoek geven de mRNA expressies duidelijk

weer dat er wel degelijk een upregulatie van de atrogenen Atrogin-1 en MuRF-1 aanwezig is

tijdens tail suspension. In 2004 bekwam Jones et al. eveneens een significante stijging in

beide atrogenen onder invloed van immobilisatie. Ook het hypertrofie inhiberende gen,

4EBP1, onderging een upregulatie gedurende de tail suspension. Deze upregulatie is

41

waarschijnlijk en voornamelijk het gevolg van de gestegen activiteit van de FoxO-familie in

de atrofie signaalweg. Deze upregulatie kan gezien worden als een bevestiging van de reeds

gekende verbinding tussen FoxO en 4EBP1.De verwachte downregulatie van het hypertrofie

inducerende gen, S6K1, was echter minder duidelijk aanwezig, integendeel. In de SOL werd

er zelfs een upregulatie gevonden na 1 en 5 dagen tail suspension. In de EDL werd er wel een

significante daling gevonden na 1 dag tail suspension. Hierover is er dus geen duidelijkheid

gevonden in dit onderzoek. Het feit dat S6K1 enkel aangetoond is hypertrofie te induceren als

reactie op kracht training, kan hier een verklaring zijn (Bodine et al, 2001). Want, om deze

reden is het niet zo dat S6K1 dan ook zo’n belangrijke rol speelt in het behoud van de basale

proteïne turnover. Welke genen wel deze rol vervullen is onmogelijk af te leiden uit dit

onderzoek.

Uit dit onderzoek is niet duidelijk of disuse atrofie al dan niet voor de combinatie van een up-

en downregulatie van de atrofie en hypertrofie signaalwegen zorgt. In de snelle EDL-spier

lijkt er wel indicatie in deze richting te zijn, in de trage SOL is er geen enkele reden om deze

stelling aan te nemen. Het zou dan ook zeer interessant zijn om te gaan kijken naar upstream

targets van de besproken genen.

6.4.4 Tijdsafhankelijkheid

Eerder in de literatuur wordt al aangegeven dat zowel Atrogin-1 als MuRF-1 een belangrijke

rol zouden spelen in de aanvang van het atrofie proces en dus niet alleen in het onderhouden

van de atrofie (Centner et al, 2001). Voorgaand onderzoek met disuse condities (denervatie en

immobilisatie) suggereerde reeds dat de mRNA expressie pieken van zowel Atrogin-1 als

MuRF-1 na 3 dagen interventie plaatsvinden (Akamoto et al, 2011; Sacheck et al, 2007; Zhao

et al, 2008; Krawieck et al, 2005). Er worden in de literatuur echter geen verschillen

aangegeven tussen de snelle en trage spiervezeltypes. Ons onderzoek geeft inzake tijdseffect

een meer gedetailleerd beeld inzake spiervezeltype. Op basis van onze resultaten zijn we in

staat om verschillen tussen de snelle en trage spiervezels bloot te leggen. In de SOL had

MuRF-1 mRNA na 1 dag tail suspension reeds het hoogste expressie niveau bereikt. Het

Atrogin-1 mRNA kende nog een zeer lichte stijging na 5 dagen in de expressie. In de EDL

wordt het hoogste niveau van zowel Atrogin-1 als MuRF-1 pas na 5 dagen bereikt.

42

Hieruit kan je dus de veronderstelling maken dat de trage spiervezels sneller de maximale

upregulatie van de atrogenen bereiken dan de snelle spiervezels. Het is wel zo dat het

onmogelijk is uit te sluiten dat in ons onderzoek de eigenlijk expressie pieken na 3 dagen

interventie zouden liggen. Er is in gelijkaardig onderzoek telkens op de 3e dag de hoogste

mRNA expressie gevonden van Atrogin-1 en MuRF-1 in zowel de trage als snelle spiervezels,

maar hier werden geen metingen gedaan na 5 dagen. (Okamoto et al, 2011).

6.5 Conclusie

Cryptorchisme kan verondersteld worden het atrofie proces niet te beïnvloeden tijdens de

disuse atrofie modellen tail en hindlimb suspension. Net als in tal van andere onderzoeken

(Fitts et al, 2001; Fluckey et al, 2002; Stevens et al, 2000; Talmadge et al, 1995;) blijkt disuse

atrofie ook in ons onderzoek een grotere impact te hebben op de trage spiervezels dan op de

snelle spiervezels. Trage spiervezels vertonen echter lagere mRNA expressies van de

atrogenen in de trage spiervezels welke een verschillende gevoeligheid suggereren in de

verschillende spiervezeltypes. Testosteron heeft geen enkele positieve invloed op de disuse

geïnduceerde atrofie, zowel op spiermassa als op mRNA niveau. Er is tevens geen bewijs

gevonden voor een downregulatie van de hypertrofie genen tijdens disuse atrofie.

43

7 Referentielijst

- Aboudrar S, Desplanches D, Graber-von Bergen F, Favier R, Okyayuz-Baklouti I,

Hoppler H. Effects of torbafylline on muscle atrophy: prevention and recovery. Can J

Physiol Pharmacol 1992;70:814-820.

- Abu EO, Horner A, Kusec V, Triffitt JT, Compston JE. The localization of androgen

receptors in human bone. J Clin Endocrinol Metab 1997;82:3493-3497.

- Aguirre, J. I., Plotkin, L. I., Stewart, S. A., Weinstein, R. S., Parfitt, A. M., Manolagas,

S., et al. Osteocyte apoptosis is induced by weightlessness in mice and precedes

osteoclast recruitment and bone loss. J Bone Miner Res 2006:21; 605−615.

- Akiko O, Qibin J, Yasuharu N, Takayuki A, Toshikazu M, Susumu M, Toru F.

Acupuncture ameliorated skeletal muscle atrophy induced by hindlimb suspension in

mice. Biomechanical and Biophysical Research Communications 2011;410:434-439.

- Altuwaijiri S, Lee DK, Chuang KH, Ting HJ, Yang Z, Xu Q, et al. Androgen receptor

regulates expression of skeletal muscle-specific proteins and muscle cell types.

2004;25:27-32.

- Always SE, Degens H, Krihnamurth G, Smith CA. Potential role for Id myogenic

repressors in apoptosis and attenuation of hypertrophy in muscles of aged rats. Am J

Physiol Cell Physiol 2002;283:C66-76.

- Always SE, Martyn JK, Ouyang J, Chaudrai A, Murlastis ZS. Id2 expression during

apoptosis and satellite cell activation in unloaded and loaded quail skeletal muscles.

Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 2003;284:R540-549.

- Amann RP, Deaver DR, Zirkin BR, Grills GS, Sapp WJ, Veeramachaneni DN,

Clemens JW, Banerjee SD, Folmer J, Gruppi CM, et al. Effects of microgravity or

simulated launch on testicular function in rats. J Appl Physiol 1992:73;174S–185S

- Amory JK, Chansky HA, Chansky HL, et al. Preoperative supraphysiological

testosterone in older men undergoing knee replacement surgery. J Am Geriatr Soc

2002;50:1698-1701.

- Aniansson A Grimby G, Rundgren A. Isometric and isokinetic quadriceps muscle

strength in 70-year-old men and women. Scand J Rehabil Med 1980;12(4):161-8.

- Aquirre JL, PLotkin LI, Steward SA, Weinstein RS, Parfitt AM, Manolagas SC, et al.

Osteocyte apoptosis is induced by weightlessness in mice and precedes osteoclast

recruitment and bone loss. J Bone Miner Res 2006;21:605-615.

44

- Astrand I, Astrand PO, Hallback I, et al. Reduction in maximal oxygen uptake with

age. J appl Phys 1973;35(5):649-54.

- Axell AM, MacLean HE, Plant DR, Harcourt LJ, Davis JA, Jimenez M, et al. Am J

Physiol Endocrinol Metab 2006;291:E506-E516.

- Bahsin S, Storer TW, Javanbakht M, et al. Testosterone replacement and resistance

exercise in HIV-infected men with weight loss and low testosterone levels. JAMA

2000;283:763-770.

- Bahsin S, Woodhouse L, Storer TW. Androgen effects on body composition. Growth

Horm IGF Res 2003;13(suppl A):S63-S71.

- Bahsin S, Woodhouse L, Storer TW. Androgen effects on body composition. Growth

Horm IGF Res 2003;13SupplA:S63-71.

- Bahsin S. Testosterone supplementation for aging-associated sarcopenie. J Gerontol A

Biol Sci Med Sci 2003;58:1002-1008.

- Bakhshi V, Elliot M, Gentili A, et al. Testosterone improves rehabilitation outcomes

in ill older men. J Am Geriatr Soc 2000;48:550-553.

- Balagopal P, Schimke J, Ades P, et al. Age effect on transcript levels and synthesis

rate of muscle MHC and response to resistance exercise. Am J Physiol Endocrinol

Metab 2001;280:E203-8.

- Baumgartner RN, Koehler KM, Gallagher D, et al. Epidemiology of sarcopenie among

the elderly in New Mexico. Am J Epidemol 1998;147:755-63.

- Baumgartner RN, Waters DL, Gallagher D, et al. Predictors of skeletal muscle mass in

eldery men and women. Mech ageing Dev 1999;107:123-36.

- Bhasin S, Storer T, Berman N, et al. The effects of suprafysiologic doses of

testosterone on muscle size and strength in normal men. The New England J of Med

1996;335(1):1-7.

- Bigard AX, Boehm E, Veksler V, Mateo P, Anflous K , Ventura-Clapier R. Muscle

unloading induces slow to fast transition in myofibrillar but not mitochondrial

properties. Relevance to skeletal muscle abnormalities in heart failure. J Physiol

1998;548:649-661.

- Bodine SC, Latres E, Baumhueter S, Lai VK, Nunez L, Clarke BA, Poueyimour WT,

Glass DJ. Identification of ubiquitin ligasen required for skeletal muscle atrophy.

Science 2001:295(5547);1704-1708.

- Borst SE. Interventions for sarcopenie and muscle weakness in older people. Age

Ageing 2004;33:548-55.

45

- Brill KT, Weltman AL, Gentili A, et al. Single and combined effects of growth

hormone and testosterone administration on measures of body composition, physical

performance, mood, sexual function, bone turnover, and muscle gene expression in

healthy older men. J Clin Endocrinol Metab 2002;87:5649-5657.

- Brunet A, Bonni A, Zigmond MJ, Lin MZ, Juo P Hu LS, Anderson MJ, Arden KC,

Blenis J, Greenberg ME. Akt promotes cell survival by phosphorylating and inhibiting

a Forkhead transcription factor. Cell 1999:96(6);857-868.

- Butterfield GE, Thompson J, Rennie MJ, et al. Effect of rhGH and rhIGF-1 treatment

on protein utilization in elderly women. Am J Endocrinol Metab 1997;35:E94-9.

- Cartault A, Edouard T, Pienkowki C, Tauber M. [Normal puberty]. Rev Prat

2008;58:1311-1316.

- Chang C, Saltzman A, Yeh S, Young W, Keller E, Lee HJ, Wang C, Mizokami A.

Androgen receptor: an overview. Crit Rev Eukaryot Gene Expr 1995;5:97-125.

- Chen Y, Zajac JD, MacLean HE. Androgen regulation of satellite cell function. J

Endocrinol 2005;186:21-31.

- David R Thomas. Sarcopenia. Clin Geriatr Med 26 (2010) 331-3346.

- Debigare R, Cote CH, Maltais F. Peripheral muscle wasting in chronic obstructive

pulmonary disease. Clinical relevance and mechanisms. Am J Respir Crit Care Med

2001;164:1712-1717.

- Degens H & Always SE. Control of muscle size during disuse, disease, and aging. Int

J Sports Med 2006;27:94-99.

- Degens H, Veerkamp JH. Changes in oxidative capacity and fatigue resistance in

skeletal muscle. Int J Biochem 1994;26:871-878.

- Deslypere JP, Young M, Wilson JD, McPhaul MJ. Testosterone and 5[alpha]-

dihydrotestosterone interact differently with the androgen receptor to enhance

transcription of the MMTV-CAT reporter gene. Mol Cell Endocrinol 1992;88:15-22.

- Drukker M, de Bie RA, Van Rossum E. The effects of exercise training in

institutionalized elderly people: a systematic review. Phys Ther Rev 2001;6(4):273-

85.

- Eriksson A, Kadi F, Malm C, Thornell LE. Skeletal muscle morphology in power-

lifters with and without anabolic steroids. Histochem Cell Biol 2005:124;167–175.

Essential amino acids are primarily responsible for the amino acid stimulation of

muscle protein anabolism in healthy elderly adults. Am J Clin Nutr 2003:78; 250−258.

46

- Evans NA. Current concepts in anabolic-androgenic steroids. Am J Sports Med

2004;32:534-542.

- Evans WJ, Morley JE, Argiles J, et al. Cachexia: a new definition. Clin Nutr

2008;27(6):793-9.

- Fearon KC, Hansell DT, Preston T, Plumb JA, Davies J, Sharipo D, et al. Influence of

whole body protein turnover rate in resting energy expenditure in patients with cancer.

Cancer Res 1988;48(4):2294-303.

- Ferrando AA, Sheffield-Moore M, Yeckel CW, et al. Testosterone administration to

older men improves muscle function: Molecular and physiological mechanisms. Am J

Physiol Endocrinol Metab 2002;282(3):E601-7.

- Fitts RH, Riley DR, Widrick JJ. Functional and structural adaptations of skeletal

muscle to microgravity. J Exp Biol 2001;204:3201-3208.

- Fleg JL, Lakatta EG. Loss of muscle mass is a major determinant of the age-related

decline in maximal aerobic capacity. Circulation 1985;72S:464.

- Florini JR, Ewton DZ, Coolican SA. Growth hormone and the insuline-like growth

factor system in myogenesis. Endocr Rev 1996;17:481-517.

- Fluckey JD, Dupont-Versteegden EE, Montague DC, Knox M, Tesch P, Peterson CA,

Gaddy-Kurten D. A rat resistance exercise regimen attenuates losses of

musculoskeletal mass during hindlimb suspension. Acta Physiol Scand 2002;176:293–

300.

- Gale CR, Martyn CN, Cooper C, et al. Grip strenght, body composition and mortality.

Int J Epidemol 2007;36:228-35.

- George FW & Wilsonn JD. Sex determination and differentiation. In The Physiology

of Reproduction eds. Knobel E & Neil JD. Raven Press Ltd, New York 1994.

- Giogi EP & Stein WD. The transport of steroids into animal cells in culture.

Endocrinology 1981;108:688-697.

- Glass DJ. Molecular mechanisms modulating muscle mass. Trends Mol Med

2003;9(8):344-350.

- Goldspink G, Scutt A, Martindale J, Jaenicke T, Turay L, Gerlach GF. Stretch and

force generation induce rapid hypertrophy and myosin isoform gene switching in adult

skeletal muscle. Biochem Soc Trans 1991;19:368–373.

- Guay AT. Testosterone and erectile physiology. Aging Male 2006;9:201-206.

- Hannema SE & Hughes IA. Regulation of wolffian duct development. Horm Res

2007;67:142-151.

47

- Harman SM, Blackman MR. The effects of growth hormone and sex steroid on lean

body mass, fat mass, muscle strength cardiovascular endurance and adverse in healthy

elderly women and men. Horm Res 2003;60(Suppl 1):121-124.

- Hartgens F, Kuipers H, Wijnen JA, Keizer HA. Body composition, cardiovascular risk

factors and liver function in long-term androgenic–anabolic steroids using

bodybuilders three months after drug withdrawal. Int J Sports Med 1996:17;429–433.

- Herbst KL & Bhasin S. Testosterone action on skeletal muscle. Curr Opin Clin Nutr

Metab Care 2004;7:271-277.

- Hnik P, Bass A, Vejsada R, Mackova EV, Goldspink DF, Teisinger J, Kasicki S. Is

maintained stretch another factor determining muscle status? In: Rose FC, Jones R,

Vrbova G (eds). Comprehensive Neurologic Rehabilitation. New York: Demos

1989:15–26.

- Hobbs CJ, Plymate SR, Rosen CJ, Adler RA. Testosterone administration increases

insulin-like growth factor-I levels in normal men. J Clin Endocrinol Metab

1993;77:776-779.

- Jakobsson, F., Borg, K., & Edström, L. Fiber-type composition, structure and

cytoskeletal protein location of fibers in anterior tibial muscle. Acta Neuropathol

1990:80; 459−468.

- Janssen I, Baumgartner RN, Ross R, et al. Skeletal muscle cutpoints associated with

elevated physical ability risk in older men and women. Am J Epidemol

2004;159(4):413-21.

- Jones SW, Hill RJ, Krasney PA, O’Conner B, Peirce N, Greenhaff PL. Disuse atrophy

and exercise rehabilitation in humans profoundly affects the expression genes

associated with the regulation of skeletal muscle mass. FASEB J 2004;18:155-165.

- Jones SW, Hill RJ, Krasney PA, O’Conner B, Peirce N, Greenhaff PL. Disuse atrophy

and exercise rehabilitation in humans profoundly affects the expression of genes

associated with the regulation of skeletal muscle mass. FASEB J 2004:18(9):1025-

1027.

- Juul A. The effects of oestrogens on linear bone growth. Hum Reprod update

2001;7:303-313.

- Kadi F, Eriksson A, Holmner S, Thornell L-E. Effects of anabolic steroids on the

muscle cells of strength-trained athletes. Med Sci Sports Exerc 1999:31;1528–1534.

- Kadi F. Adaptation of human skeletal muscle to training and anabolic steroids. Acta

Physiol Scand 2000:646;1–52.

48

- Kano Y, Shimegi S, Takahashi H, Masuda K, Katsuta S. Changes in capillary luminal

diameter in rat soleus muscle after hindlimb suspension. Acta Physiol Scand

2000;169:271–276.

- Kellokumpu-Lehtinen P. The histochemical localization of acid phosphates in human

fetal urethral and prostatic epithelium. Invest Urol 1980;17:435-440.

- Kerrigan JR & Rogol AD. The impact of gonadal steriod hormone action on growth

hormone secretion during childhood and adolescence. Endocr Rev 1992;13:281-298.

- Kobayashi, H., Robbins, N., & Rutishauser, U. Neural cell adhesion molecule in aged

mouse muscle. Neuroscience 1992:48; 237−248.

- Kohn FM. Testosterone and body functions. Aging male 2006;9:183-188.

- Krawiec BJ, Frost RA, Vary TC, Jefferson LS, Lang CH. Hindlimb casting decreases

muscle mass in part by proteasomedependent proteolysis but independent of protein

synthesis. Am J Physiol Endocrinol Metab 2005:289;E969–E980.

- Larsson L, Li X, Berg HE, Frontera WR. Effects of removal of weightbearing function

on contractility and myosin isoform composition in single human skeletal muscle

cells. Pflugers Arch 1996;432:320–328.

- Larsson L, Li X, Frontera WR. Effects of aging on shortening velocity and myosin

isoform composition in single human skeletal muscle cells. Am J Physiol

1997;272:C638 –649.

- Larsson, L., Sjödin, B., & Karlsson, J. Histochemical and biochemical changes in

human skeletal muscle with age in sedentary males, age 22–65 years. Acta Physiol

Scand 1978:103; 31−39.

- Lecker SH, Solomon V, Mitch WE, Golberg AL. Muscle protein breakdown and

critical role of the ubiquitine-proteasome pathway in normal and disease states. J Nutr

1999:129;227S-237S.

- Liu CJ, Latham NK. Progressive resistance strength training for improving physical

function in older adults. Cochrane Database Syst Rev 2009;4:CD002759.

- Lynch GS, Schertzer JD, Ryall JG. Therapeutic approaches for muscle wasting

disorders. Pharmacology and Therapeutics 2007;113:461-487.

- Lynch GS. Emerging drugs for sarcopenie: age-related muscle wasting. Expert Opin

Emerg Drugs 2004;9:345-361.

- Marin P, Oden B, Bjorntorp P. Assimilation and mobilization of triglycerides in

subcutaneous abdominal and femoral adipose tissue in vivo in men: effects of

androgens. J Clin Endocrinol Metab 1995;80:239-243.

49

- Matsumine H, Hirato K, Yanaihara T, Tamada T, Yoshida M. Aromatization by

skeletal muscle. J Clin Endocrinol Metab 1986;63:717-720.

- Mauras N, Hayes V, Welch S, Rini A, Helgeson K, Dokler M et al.. Testosterone

deficiency in young men: marked alterations in whole body protein kinetics, strength,

and adiposity. J Clin Endocrinol Metab 1998:83; 886–1892.

- Mauras N, Hayes V, Welch S, Rini A, Helgeson K, Dokler M, Veldhuis JD, Urban RJ.

Testoterone deficiency in young men: marked alterations in whole body protein

kinetics, strength, and adiposity. J Clin Endocrinol Metab 1998;83:1886-1892.

- McDonald KS, DelpMD, Fitts RH. Fatigability and blood flow in the rat

gastrocnemius-plantaris-soleus after hindlimb suspension. J Appl Physiol

1992;73:1135–1140.

- Metter EJ, Talbot LA, Schrager M, Conwit R. Skeletal muscle strength as a predictor

of all-cause mortality in healthy men. J Gerontol A Biol Sci Med Sci 2002;57A:359-

365.

- Mikhail N. Does testosterone have a role in erectile function? Am J Med

2006;119:373-382.

- Morley JE, Baumgartner RN, Roubenoff R, et al. Sarcopenia. J Lab Clin Med

2001,137(4):231-43.

- Newman ML, Sellers JG, Josephs RA. Testosterone, Cognition, and social status.

Horm Behav 2005;47:205-211.

- Ohira M, Hanada H, Kawano F, Ishihara A, Nonaka I, Ohira Y. Regulation of the

properties of rat hind limb muscles following gravitational unloading. Jpn J Physiol

2002;52:235–245.

- Olweus D, Mattson A, Schalling D, Low H. Testosterone, aggression, physical, and

personality dimensions in normal adolescent males. Psycosom Med 1980;42:253-269.

- Paddon-Jones D, Sheffield-Moore M, Creson DL, et al. Hypercortisolemia alters

muscle protein anabolism following ingestion of essential amino acids. Am J Physiol

Endocrinol Metab 2003;284:E946-53.

- Papadakis MA, Grady D, Black D, et al. Growth hormone replacement in healthy

older men improves body composition but not functional ability. Ann Intern Med

1996;124:708-16.

- Parise G, Yarasheski KE. The utility of resistance training and amino acid

supplementation for reversing associated decrements in muscle protein mass ad

function. Curr Opin Clin Nutr Metab 2000;3(6):489-95.

50

- Randall VA. Role of 5 alpha-reductase in healthy and disease. Baillieres Clin

Endocrinol Metab 1994;8:405-431.

- Rebuffescrive M, Marin P, Bjorntorp P. Effect of testosterone on abdominal adipose-

tissue in men. International Journal of Obesity 1991;15:791-795.

- Reid MB, Lannergren J, Westerblad H. Respiratory and limb muscle weakness

induced by tumor necrosis factor-alpha: involvement of musclemyofilaments. Am J

Respir Crit Care Med 2002;166:479–484.

- Rogol AD & Yeslasis CE. Clinical review 31: anabolic-androgenic steroids and

athletes: what are the issues? J Clin Endocrinol Metab 1992;74:465-469.

- Rolf C. Potential adverse effects of long-term testosterone therapy. Bailliére’s Clin

Endocrinol and Metab 1998;12(3):521-534.

- Roy TA, Blackman MR, Harman SM, et al. Interrelationships of serum testosterone

and free testosterone index with FFM and strength in aging men. Am J Physiol

Endocrinol Metab 2002;283:E284-E294.

- Royland JE, Weber LJ, and Fitzpatrick M. Testes size and testosterone levels in a

model for weightlessness. Life Sci 1994:54;545–554.

- Sacheck JM, Hyatt JP, Raffaello A, Jagoe RT, Roy RR, Edgerton VR, Lecker SH,

Goldberg AL. Rapid disuse and denervation atrophy involve transcriptional changes

similar to those of muscle wasting during systemic diseases. FASEB J 2007:21;140–

155.

- Saini A, Faulkner S, Al-Shanti N, Stewart C. Powerful signals for weak muscles.

Ageing research reviews 2009:8;251-267.

- Sanborn BM, Steinberger A, Tcholakian RK, Steinberger E. Direct measurement of

androgen receptors in cultured Sertoli cells. Steroids 1977;29:493-502.

- Sandri Marco. Signaling in muscle atrophy and hypertrophy. Physiology 2008;23:160-

170.

- Sar M, Lubahn DB, French FS, Wilson EM. Immunohistochemical localization of the

androgen receptor in rat and human tissues. Endocrinology 1990;127:3180-3186.

- Schols AM, Buurman WA, Staal van den Brekel AJ, et al. Evidence for a relation

between metabolic derangements and increased levels of inflammatory mediators in a

subgroup of patients with chronic obstructive pulmonary disease. Thorax

1996;51:819-24.

51

- Schroeder ET, Singh A Bahsin S, et al. Effects of an oral androgen on muscle and

metabolism in older, community-dwelling men. Am J Physiol Endocrinol Metab

2003,284:E120-E128.

- Seidell JC, Bjorntorp P, Sjostrom L, Kvist H, Sannerstedt R. Visceral fat accumulation

in men is positively associated with insulin, glucose and C-peptide levels, but

negatively with testosterone levels. Metabolism 1990;32:897-901.

- Signh MA. Exercise comes of age: rationale and recommendations for a geriatric

exercise prescription. J Gerontol 2002;57:M262-M282.

- Singh J, O’Neil C, Handelsman DJ. Induction of spermatogenesis by androgens in

gonadotropin-deficient (hpg) mice. Endocrinology 1995;136:5311-5321.

- Singh MA, Ding W, Manfredi TJ, et al. Insulin-like growth factor I in skeletal muscle

after weight-lifting exercise in frail elder. Am J Physiol 1999;277:E135-44.

- Siu PM, Alway SE. Id2 and p53 participate in apoptosis during unloading-induced

muscle atrophy. Am J Physiol Cell Physiol 2005; in press.

- Skipworth RJE, Stewart GD, Ross JA, Guttridge DC, Fearon KCH. The molecular

mechanisms of skeletal muscle wasting: Implications for therapy. Surgeon

2006;4(5):273-283.

- Snyder PJ, Peachey H, Hannoush P, et al. Effect of testosterone treatment on body

composition and muscle strength in men over 65 years of age. J Clin Endocrinol

Metab 1999;84:2647-53.

- Sobel V, Zhu YS, Imperato-McGinley J. Fetal hormones and sexual differentiation.

Obstet Gynecol Clin North Am 2004;31:837-856,x-xi.

- Stevens L, Firinga C, Gohlsch B, Bastide B, Mounier Y, Pette D. Effects of

unweighting and clenbuterol onmyosin light and heavy chains in fast and slowmuscles

of rat. Am J Physiol Cell Physiol 2000;279:C1558–1563.

- Stevenson EJ, Giresi PG, Koncarevic A, Kandarian SC. Global analysis of gene

expression patterns during disuse atrophy in rat skeletal muscle. J Physiol

2003;551:33-48.

- Stocco DM & Clark BJ. Regulation of the acute production of steroids in

steriodogenic cells. Endocr Rev 1996;17:221-244.

- Storer TW, Magliano L, Woodhouse L, et al. Testosterone dose-dependently increases

maximal voluntary strength and leg power, but does not affect fatigability or specific

tension. J Clin Endocrinol Metab 2003;88:1478-1485.

52

- Sullivan ML, Martinez CM, Gennis P, Gallagher EJ. The cardiac toxicity of anabolic

steroids. Prog Cardiovasc Dis 1998;41:1-15.

- Szulc P, Claustrat B, Marchand F, Delmas PD. Increased risk of falls and increased

bone resorption in elderly men with partial androgen deficiency: the MINOS study. J

Clin Endocrinol Metab 2003;88:5240-5247.

- Taillandier D, Aurousseau E, Meynial-Denis D, Bechet D, Ferrara M, Cottin P, et al.

Coorination of lysosomal, Ca2+

-activated and ATP-Ubiquitin-dependent proteinases in

the unweighted rat soleus muscle. Biochem J 1996;15: 65-72.

- Talmadge RJ, Roy RR, Bodine-Fowler SC, Pierotti DJ, Edgerton VR. Adaptations in

myosin heavy chain profile in chronically unloaded muscles. Basic Appl Myol

1995;5:117–137.

- Tesch PA, Trieschmann JT, Ekberg A. Hypertrophy of chronically unloaded muscle

subjected to resistance exercise. J Appl Physiol 2004;96:1451–1458.

- Thomas DR. Anorexia: etiology, epidemiology, and management in the older people.

Drugs Aging 2009;26:557-70.

- Thomas DR. Loss of skeletal muscle mass in aging: examining the relationship of

starvation. Sarcopenie and cachexia. Clin Nutr 2007;26(4):389-99.

- Tomonaga, M. Histochemical and ultrastructural changes in senile human skeletal

muscle. J Am Geriatr Soc 1977:25; 125−131.

- Tyml K, Mathieu-Costello O. Structural and functional changes in the

microvasculature of disused skeletal muscle. Front Biosci 2001;6:D45–52.

- Urban RJ, Bodenburg YH, Gilkison C, Foxworth J, Coggan AR, Wolfe RR, Ferrande

A. Testosterone administration to elderly men increases skeletal muscle strength and

protein synthesis. Am J Physiol 1995;169:E820-826.

- Van Amsterdam J, Opperhuizen A, Hartgens F. Adverse health effects of anabolic-

androgenic steroids. Regulatory toxicology and pharmacology 20120;57:117-123.

- van den Beld AW, de Jong FH, Grobbee DE, et al. Measures of bioavailable serum

testosterone and estradiol and their relationships with muscle strength, bone density,

and body composition in elderly men. J Clin Endocrinol Metab 2000; 85:3276–3282.

- Vanderschueren D, Vandeput L, Boonen S, Lindberg MK, Bouillon R, Ohlsson C.

Androgens and bone. Endocr Rev 2004;25:389-425.

- Visser M, Pahor M, Taaffe DR, et al. Relationship of interleukine-6 and tumor

necrosis factor-alpha with muscle mass and muscle strength in elderly man and

women: the Health ABC Study. J Gerontol A Biol Sci Med Sci 2002;57(5):M326-32.

53

- Volpi E, Mittendorfer B, Wolf SE, et al. Oral amino acids stimulate muscle protein

anabolism in the elderly despite higher first-pass splanchnic extraction. Am J Physiol

Endocrinol Metab 1999;277:E513-20.

- Volpi, E., Kobayashi, H., Sheffield-Moore, M., Mittendorfer, B., &Wolfe, R. R.

- Welle S, Thornton CA. High-protein meals do not enhance myofibrillar synthesis after

resistance exercise in 62- to 75-yr old men and women. Am J Physiol Endocrinol

Metab 1998;274:E677-83.

- Wilbert DM, Griffin JE, Wilson JD. Characterization of the cytosol androgen receptor

of the human prostate. J Clin Endocrinol Metab 1983;56:113-120.

- Wilson JD. Androgen abuse by athletes. Endocr Rev 1988;9:181-199.

- Wittert GA, Chapman IM, Haren MT, et al. Oral testosterone supplementation

increases muscle and decreases fat mass in healthy elderly males with low-normal

gonadal status. J Gerontol A Biol Sci Mes Sci 2003;58:618-625.

- Woodhouse LJ, Gupta N, Bahsin M, et al. Dose-dependent effects of testosterone on

regional adipose tissue distribution in healthy young men. J Clin Endocrinol Metab

2004;89:718-726.

- Wright EJ, Young GP, and Goldstein M. Reduction in testicular temperature after

varicocelectomy in infertile men. Urology 1997:50;257–259.

- Yang H, Alnaqeeb M, Simpson H, Goldspink G. Changes inmuscle fibre type,

musclemass and IGF-I gene expression in rabbit skeletal muscle subjected to stretch. J

Anat 1997;190:613–622.

- Zhao J, Zhang Y, Zhao W, Wu Y, Pan J, Bauman WA, Cardozo C. Effects of

nandrolone on denervation atrophy depend upon time after nerve transection. Muscle

Nerve 2008:37;42–49.

- Zinna EM, Yarasheski KE. Exercise treatment to counteract protein wasting of chronic

diseases. Curr Opin Clin Nutr Metab Care 2003;6(1):87-93.

Differentiële effecten van androgenen op de hypertrofie en...

Documents

Transcript of Differentiële effecten van androgenen op de hypertrofie en...