Die Wirkung des Insulins auf den Glykogengehalt der Netzhaut

Zusammenfassung

Hintergrund Die Wirkung des Insulins auf den Glukose- und Glykogenstoffwechsel in den peripheren Organen ist bekannt, aber Insulineffekte in der Netzhaut sind weitgehend unklar. Wir untersuchten, ob Insulin die Glykogenspeicher der Katzennetzhaut in vitro beeinflusst und ob Glukosemangel den Abbau von Glykogen bewirkt.

Material und Methoden Die Netzhäute der in tiefer Anästhesie enukleierten Katzenaugen wurden direkt oder nach In-vitro-Perfusion in flüssigem Stickstoff asserviert. Folgende Bedingungen wurden untersucht: a) glukosefreie Perfusion ohne Insulin; b) Perfusion mit physiologischer Glukosekonzentration (5,5 mM) ohne, und c) mit Insulin. Der Glykogengehalt wurde in Form von Glukose gemessen, die aus dem enzymatischen Abbau des Glykogens entstand.

Ergebnisse Der Referenzwert für retinales Glykogen nach Enukleation (10-minütige komplette Ischämie) liegt bei 2,4 μg Glukose/mg Protein. Eine 80-minütige glukosefreie Perfusion im Anschluss an „Normoglykämie” reduzierte den Glykogengehalt um 30 %. Die Perfusion mit physiologischer Glukosekonzentration für drei Stunden führte nur zu einem geringen Aufbau der Glykogenreserven. Die Zugabe von Insulin hingegen bewirkte in der gleichen Zeitspanne fast eine Verdreifachung des Basalwertes von Glykogen.

Schlussfolgerungen Insulin beeinflusst den Glykogenmetabolismus der Netzhaut. Der geringe Abbau der Glykogenspeicher unter fehlender Glukoseversorgung lässt den Schluss zu, dass diese nicht in erster Linie als Energiereserve zur Aufrechterhaltung neuronaler Funktionen während Hypoglykämiephasen dienen. Vielmehr könnte das Glykogen eine dynamische Rolle im aktiven Stimulus-Antwort Metabolismus der Netzhaut unter normalen Glukosebedingungen spielen.

Background The effect of insulin on glucose and glycogen metabolism in peripheral organs is well known. However, information about the action of this peptide in the retina is incomplete. We addressed the questions whether insulin influences glycogen content in the cat retina and whether glycogen breakdown is triggered by lack of glucose.

Material and Methods Eyes from adult cats were enucleated under deep barbiturate and fentanylanesthesia. Retinas were snap frozen either before or following arterial in vitro perfusion. Three conditions were studied: a) Perfusion with a glucose- and insulin-free medium; b) perfusion with the addition of physiologic glucose concentration; and c) in combination with insulin. Glycogen content was determined by in vitro measurement of glucose converted from glycogen.

Results The reference value for retinal glycogen after enucleation (10 min of ischemia) is 2.4 μg glucose/mg protein. Glucose- and insulin-free perfusion for 80 min following “normoglycemia” reduced the amount of retinal glycogen by one third. Perfusion for 3 h with 5.5 mM glucose led to a small increase of the partly depleted glycogen stores. Insulin, in contrast, markedly augmented the glycogen content.

Conclusions Insulin led to an increase in retinal glycogen content, indicating an influence of this peptide on retinal glucose and glycogen metabolism. However, it appears that glycogen might play a dynamic role in retinal metabolism as a buffer between abrupt changes in focal metabolic demands that occur during normal glucose supply rather than acting solely as an emergency energy reserve for neural function during hypoglycemia.

Schlüsselwörter

Glykogen - Glukose - Hypoglykämie - Insulin - Netzhaut-Stoffwechsel

Key words

Glycogen - glucose - hypoglycemia - insulin - retinal metabolism

Literatur

• 01 Kern  W, Schlosser  Ch, Kerner  W, Pietrowsky  R, Born  J, Fehm  H L. Evidence for effects of insulin on sensory processing in humans.  Diabetes. 1994;  43 351-356
• 02 Lansel  N, Niemeyer  G. Effects of insulin under normal and low glucose on retinal electrophysiology in the perfused cat eye.  Invest Ophthalmol Vis Sci. 1997;  38 792-799
• 03 Niemeyer  G. Neurobiology of perfused mammalian eyes.  J Neurosci Meth. 1981;  3 317-337
• 04 Phelps  C H. Barbiturate induced glycogen accumulation in brain. An electron microscopic study.  Brain Res. 1971;  39 225-234
• 05 Rosenzweig  S A, Zetterström  Ch, Benjamin  A. Identification of retinal insulin receptors using site-specific antibodies to a carboxyl-terminal peptide of the human insulin receptor α-subunit.  J Biol Chem. 1990;  265 18030-18034
• 06 Rungger-Brändle  E, Kolb  H, Niemeyer  G. Histochemical demonstration of glycogen in neurons of the cat retina.  Invest Ophthalmol Vis Sci. 1996;  37 702-715
• 07 Swanson  A R. Physiologic coupling of glial glycogen metabolism to neuronal activity in the brain.  Can J Physiol Pharmacol. 1992;  70 138-144
• 08 Tsacopoulos  M, Magistretti  P J. Metabolic coupling between glia and neurons.  J Neurosci. 1996;  16 877-885
• 09 Wozniak  M, Rydzewski  B, Baker  S P, Raizada  M K. The cellular and physiological actions of insulin in the central nervous system.  Neurochem Int. 1993;  22 1-10