Chronic ethanol administration alters hepatic rates of glycerol phosphorylation and glycerol 3-phosphate oxidation: a dynamic in vivo 31P magnetic resonance spectroscopy study

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Abstract

We used dynamic in vivo 31P magnetic resonance spectroscopy to noninvasively study the metabolism of glycerol by the liver in living rats, as a means of detecting subtle metabolic changes induced by chronic ethanol consumption. Rats subjected to chronic ethanol consumption and their pair-fed controls were given a metabolic load of glycerol (0.75 or 1.3 mL glycerol·kg body mass-1, i.p. or i.v) under normoxic or hyperoxic (98% O2) conditions. Changes in the level of glycerol 3-phosphate were followed in situ by monitoring the hepatic 31P phosphomonoester resonance every 7 or 13 min for up to 330 min. When challenged with a large dose of glycerol, chronic ethanol-treated rats exhibited less accumulation of glycerol 3-phosphate than controls, independent of the route of administration of the glycerol or whether the two groups were fasted or fed. For example, 1.3 mL glycerol·kg-1 i.v. under normoxic conditions resulted in a two-fold increase in phosphomonoester in ethanol-treated rats compared with a five-fold increase in controls. The ethanol-treated rats also showed a slower rate of phosphorylation of glycerol and slower oxidation of glycerol 3-phosphate than controls, indicating decreased activities of the glycerol kinase and glycerol 3-phosphate dehydrogenase steps, and hence slower glycerol utilization. The rate of glycerol utilization was dose and oxygen concentration dependent. Kinetic analysis indicated that the chronic ethanol-induced decrease in the glycerol 3-phosphate dehydrogenase reaction was due to a decreased rate of NADH reoxidation in the liver, likely owing to a decrease in oxygen supply or utilization in the ethanol-treated rats. These observations support the hypothesis of pre-existing hypoxia in rat liver after chronic ethanol administration. This study demonstrates the utility of dynamic in vivo 31P magnetic resonance spectroscopy in following the metabolism of a glycerol load as a sensitive, nonperturbing, and potentially clinically applicable test of liver function.

Le métabolisme du glycérol a été étudié in vivo, de façon non invasive, dans le foie de rats à l'aide de la spectroscopie de résonance magnétique du 31P afin de détecter les petits changements métaboliques induits par une consommation chronique d'éthanol. Des rats ayant consommé de l'éthanol de façon chronique et des rats témoins nourris de façon appariée ont reçu une dose métabolique de glycérol (0,75 ou 1,3 mL de glycérol·kg-1 de poids corporel, i.p. ou i.v.) dans des conditions normoxiques ou hyperoxiques (O2 98%). Les changements de taux de glycérol-3-phosphate ont été suivis in situ en mesurant la résonance des liens phosphomonoester 31P hépatiques à chaque 7 ou 13 min jusqu'à 330 min. Après une forte dose de glycérol, l'accumulation de glycérol-3-phosphate est moindre chez les rats consommant de l'éthanol de façon chronique que chez les rats témoins, peu importe la voie d'administration du glycérol ou si les rats sont nourris ou à jeun. Par exemple, lorsque 1,3 mL de glycérol·kg-1 est administré i.v. dans des conditions normoxiques, le taux de liens phosphomonoester double chez les rats consommant de l'éthanol, tandis qu'il quintuple chez les rats témoins. Les taux de phosphorylation du glycérol et d'oxydation du glycérol-3-phosphate sont moins rapides chez les rats consommant de l'éthanol que chez les rats témoins, ce qui indique une diminution de l'activité de la glycérol kinase et de la glycérol-3-phosphate déshydrogénase, donc, une utilisation plus lente du glycérol. Le taux d'utilisation du glycérol est fonction de la dose de glycérol et de la concentration d'oxygène. L'étude cinétique montre que la diminution de l'activité de la glycérol-3-phosphate déshydrogénase induite par une consommation chronique d'éthanol est attribuable à une diminution du taux de réoxydation du NADH dans le foie, probablement à cause d'une diminution de l'apport ou de l'utilisation de l'oxygène chez les rats consommant de l'éthanol. Ces résultats sont en accord avec l'hypothèse qu'une hypoxie est déjà présente dans le foie de rats ayant consommé de l'éthanol de façon chronique. Cette étude démontre que la spectroscopie dynamique de résonance magnétique du 31P est utile pour suivre in vivo le métabolisme d'une dose de glycérol, car c'est une méthode sensible, non perturbatrice, qui peut être appliquée en clinique pour évaluer la fonction hépatique. [Traduit par la Rédaction]

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