Cytochrome Oxidase Activity and Mitochondrial Gene Expression in Skeletal Muscle of Patients with Chronic Obstructive Pulmonary Disease

Abstract

Several recent studies have suggested that skeletal muscle bioenergetics are abnormal in patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD). This study investigates the activity of cytochrome oxidase (COX), the terminal enzyme in the mitochondrial electron transport chain, and the expression of two mitochondrial DNA genes related to COX (mRNA of subunit I of COX [COX-I] and the RNA component of the 12S ribosomal subunit [12S rRNA]), in quadriceps femoris muscle biopsies obtained from COPD patients with various degrees of arterial hypoxemia, and from healthy sedentary control subjects of similar age. The activity of COX was measured spectrophotometrically in fresh tissue at 37 degrees C with excess substrate. RNA transcripts were measured using reverse transcription and polymerase chain reaction. The measurements of mRNA COX-I and 12S rRNA were normalized to the mRNA of actin, which is a housekeeping gene not influenced by hypoxia. We found that, compared with control subjects, COPD patients with chronic respiratory failure (PaO2 < 60 mm Hg) showed increased COX activity (p < 0.05). Further, the activity of COX was inversely related to arterial PO2 value (Rho -0.59, p < 0.01). The COX-I mRNA content was not different between patients and control subjects but patients with chronic respiratory failure had higher levels of 12S rRNA (p < 0.05), which were again inversely related to PaO2 (Rho -0.49, p < 0.05). These results indicate that the activity of COX is increased in skeletal muscle of patients with COPD and chronic respiratory failure, and they suggest that this is likely regulated at the translational level by increasing the number of mitochondrial ribosomes.

The potential impact of anaemia of chronic disease in COPD

“…There is a large body of evidence, much of which is beyond the scope of this review, which supports the view that skeletal muscle dysfunction is a major contributor to exercise limitation in COPD [50][51][52][53][54]. It could therefore be hypothesised that the effects observed on muscle performance in nonanaemic athletes with EPO may also be seen in COPD patients.…”

An evaluation of myopathy with biochemical markers in patients with obstuctive sleep apnea syndrome

“…Bu değişiklikler yüksek rakımlı yerlerde yaşayan sağlıklı insanlarda veya kronik kalp yetersizliği, periferik arter hastalığı, kronik tıkayıcı akciğer hastalığı gibi hastalıkları olup kronik hipoksiye maruz kalanlarda karakteristik olarak görünür. [11][12][13][14][15][16][17] Bu ikinci gruptaki hastalarda kaslarda atrofi (kas lifi çapında azalma), tip 2 kas yapısına doğu kayma ve fosfofruktokinaz enzim aktivitesinde, hız sınırlayıcı glikolitik enzimde, mitokondriyal elektron transport sisteminin terminal enzimi olan sitoktom oksizda da artış görünür. [17,18] Sauleda ve ark.…”

“…[11][12][13][14][15][16][17] Bu ikinci gruptaki hastalarda kaslarda atrofi (kas lifi çapında azalma), tip 2 kas yapısına doğu kayma ve fosfofruktokinaz enzim aktivitesinde, hız sınırlayıcı glikolitik enzimde, mitokondriyal elektron transport sisteminin terminal enzimi olan sitoktom oksizda da artış görünür. [17,18] Sauleda ve ark. [17] CPAP tedavisi almayan 12 OUAS hastası ve altı gönüllü sağlıklı kişide kuadriseps femoris kasından perkütan iğne biyopsisi yapmış, taze dokuda fosfofruktokinaz ve sitokrom oksizdaz enzim aktivitesini ölçmüş, ardından da kas tipi analiz yapmışlardır.…”

“…[17,18] Sauleda ve ark. [17] CPAP tedavisi almayan 12 OUAS hastası ve altı gönüllü sağlıklı kişide kuadriseps femoris kasından perkütan iğne biyopsisi yapmış, taze dokuda fosfofruktokinaz ve sitokrom oksizdaz enzim aktivitesini ölçmüş, ardından da kas tipi analiz yapmışlardır.…”

“…Bunlar hipoksi, obezite, fiziksel aktivite, yaşlanma, sigara, ilaç etkileri, oksidatif stres ve sistemik enflamasyondur. [14,17,[19][20][21][22][23][24][25][26][27] Sériès ve ark. [28] OUAS'li hastalarda uvula kasında total kas lifi sayısı, protein içeriği, anaerobik enzim aktivitesine bakmışlar; sadece horlaması olanlara göre, OUAS'de anlamlı yükseklik saptamışlardır.…”