Abstract Cardiac loading induces left ventricular hypertrophy and cardiac remodeling which when prolonged, leads to heart failure, a complex syndrome affecting approximately 1-2% of the adult population of the Western world with a prevalence increasing with age. Pathological remodeling involves functional and structural changes that are associated with fetal gene expression, sarcomeric re-organization, hypertrophy of cardiomyocytes, fibrosis, inflammation, oxidative stress and impairment of metabolism. The aim of this study was to investigate the role of three novel factors during the cardiac remodeling process with different experimental models of cardiac overload. Phosphatase and actin regulator 1 (Phacr1) expression was rapidly downregulated due to myocardial infarction (MI). Adenovirus-mediated Phactr1 overexpression changed the skeletal α-actin to cardiac α-actin ratio in both healthy and infarcted rat hearts and cultured cardiomyocytes. Phactr1 could regulate the actin isoform switch via the serum response factor (SRF). The expression of transforming growth factor (TGF)- β-stimulated clone 22 (TSC-22) was rapidly induced by multiple hypertrophic stimuli and was also evident post-MI. In addition, TSC-22 could regulate collagen 3a1 expression in the heart. The expression of retinal degeneration 3-like (Rd3l) was downregulated in response to pressure overload and also downregulated post-MI. Rd3l knockout mice expressed increased myocyte hypertrophy and cardiac dysfunction in response to a transverse aortic constriction (TAC) induced pressure overload. This thesis provides novel information about Phactr1, TSC-22 and Rd3l in load-induced cardiac hypertrophy and remodeling. Collectively these studies increase our understanding of the regulatory mechanisms underlying the progression of heart failure. / Tiivistelmä Sydämen kuormitus saa aikaan vasemman kammion liikakasvun eli hypertrofian ja sydämen uudelleenmuovautumisen, mikä pitkittyessään johtaa sydämen vajaatoimintaan. Sydämen vajaatoiminta on monimutkainen oireyhtymä, josta länsimaissa kärsii noin 1-2 % aikuisväestöstä, ja esiintyvyys nousee iän myötä. Patologisessa uudelleenmuovautumisessa tapahtuu toiminnallisia ja rakenteellisia muutoksia, joihin liittyy muutoksia geenien ilmentymisessä, sarkomeerin uudelleen järjestäytymistä, sydänlihassolujen koon kasvua, fibroosia, tulehdusta, oksidatiivista stressiä ja aineenvaihdunnan huonontumista. Tämän työn tarkoituksena oli tutkia kolmen uuden tekijän roolia sydämen uudelleenmuovautumisessa erilaisissa kokeellisissa sydämen kuormituksen malleissa. Fosfataasin ja aktiinin säätelijä 1:n (Phactr1) ilmentyminen väheni nopeasti infarktin seurauksena. Adenovirusvälitteinen Phactr1:n ylituotanto muutti luusto- ja sydänlihasaktiinien isomuotojen suhdetta sekä terveessä että infarktisydämessä, samoin viljellyissä sydänlihassoluissa. Phactr1 saattaa säädellä isomuotojen suhdetta seerumiresponsiivisen tekijän (SRF) avulla. Transformoituvan kasvutekijä β1:n stimuloima proteiini 22:n (TSC-22) ilmentyminen nousi nopeasti usean hypertrofisen stimuluksen seurauksena sekä infarktin jälkeen. Lisäksi TSC-22 voisi säädellä kollageeni 3a1:n ilmentymistä sydämessä. Retinan degeneroituvan proteiinin 3 kaltaisen tekijän (Rd3l) ilmentyminen väheni sekä painekuormituksen että infarktin seurauksena. Rd3l-poistogeenisillä hiirillä aortan ahtauman aiheuttama painekuormitus sai aikaan lisääntynyttä sydänlihassolujen hypertrofiaa ja sydämen toimintahäiriöitä. Tämä väitöskirjatutkimus tuo uutta tietoa Phactr1-, TSC-22- ja Rd3l-geeneistä kuormituksen aiheuttamassa sydämen hypertrofiassa ja uudelleenmuovautumisessa. Nämä tulokset auttavat osaltaan ymmärtämään monimutkaisia molekyylitason mekanismeja, jotka johtavat sydämen vaajatoiminnan kehittymiseen.

Abstract Cardiac hypertrophy is an adaptive response to increased cardiac workload. It is initially beneficial, since it helps to maintain cardiac output, but ultimately it is considered as an independent predictor for heart failure and sudden cardiac death. The cardiac hypertrophic response is triggered by mechanical and neurohumoral stimuli and is associated with the activation of complex changes in gene programming and intracellular signaling pathways. The purpose of this study was to investigate the expression of some novel load-induced factors i.e. melusin, thrombospondin (TSP)-1 and -4 and LIM and cysteine-rich domains protein 1 (LMCD1)/dyxin during the hypertrophic response. Melusin was expressed in cardiac tissue both in the atria and ventricles, furthermore its expression was very rapidly activated in response to multiple hypertrophic stimuli predominantly in the left atria. Melusin gene expression was activated when cultured cardiac myocytes were subjected to mechanical stretch or hypertrophic agonists such as endothelin-1 or angiotensin (Ang II). TSP-1 and TSP-4 gene expressions were rapidly activated at an early stage of pressure overload. Myocardial infarction (MI) induced the expression of both TSP-4 and TSP-1 mRNA in the heart. TSP-4 may also be an endothelial cell-specific marker of pressure overload since its expression was limited to endothelial cells in the adult heart. The expression of LMCD1/dyxin was found to be induced during the cardiac hypertrophic response and after MI. By itself, mechanical load was a critical regulator of LMCD1/dyxin gene expression. LMCD1/dyxin is a putative novel p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK) target since adenovirus-mediated overexpression of p38 MAPK upregulated LMCD1/dyxin expression. In addition, during the Ang II-induced pressure overload p38 MAPK phosphorylation levels correlated with the early induction of LMCD1/dyxin expression. In conclusion, this study provides new information on the expression of melusin, TSP-1 and -4 and LMCD1/dyxin in the cardiac hypertrophic response. Early induction of their gene expression may represent an initial step in the adaptive and protective remodeling processes following increased workload in the heart. / Tiivistelmä Sydänlihas mukautuu lisääntyneeseen kuormitukseen lihassolujen koon kasvun eli hypertrofian avulla. Pitkittyessään hypertrofinen kasvu on kuitenkin tärkeä sydämen vajaatoimintaa ja äkkikuolemaa ennakoiva riskitekijä. Hypertrofisessa vasteessa mekaaninen venytys sekä neurohumoraaliset tekijät saavat aikaan solunsisäisten signaalinvälitysreittien aktivoitumisen, mikä johtaa lisääntyneeseen geenien luentaan ja proteiinituotantoon. Väitöskirjassa tutkittiin uusien kuormitusaktivoituvien tekijöiden, melusiinin, trombospondiini (TSP) -1:n ja -4:n sekä dyksiinin ilmentymistä hypertrofisen vasteen aikana. Melusiinia ilmentyy sydämessä sekä kammioissa että eteisissä, mutta painekuormituksen myötä se aktivoituu nopeasti pääasiassa vasemmassa eteisessä. Sydänlihassolujen soluviljelymallissa melusiinin luenta lisääntyy suoraan mekaanisen venytyksen ja hypertrofisten agonistien vaikutuksesta. Painekuormitus aktivoi nopeasti myös TSP-1:n ja -4:n luentaa sydämessä. TSP-1:n ja -4:n geeniluenta lisääntyy myös kokeellisessa sydäninfarktimallissa. Lisäksi sydämessä TSP-4:ää havaittiin olevan ensisijaisesti endoteelisoluissa. Dyksiinin ilmentyminen lisääntyi sekä painekuormituksen että sydäninfarktin aiheuttaman sydänlihaksen uudelleenmuovautumisen aikana. Mekaaninen kuormitus riitti jo yksinään aktivoimaan dyksiinin geeniluentaa sydämessä. Lisäksi mitogeeni-aktivoituvan p38-proteiinikinaasin havaittiin säätelevän dyksiinin ilmentämistä. Väitöskirjatyössä saatiin uutta tietoa sydänlihaksen kuormituksen aikaisista muutoksista geenien luennassa sydänlihaksessa. Työssä osoitettiin, että painekuormitus aktivoi sydämessä aiemmin vähän tutkittujen geenien, melusiinin, TSP-1:n ja -4:n sekä dyksiinin, ilmentymistä. Näiden tekijöiden aktivoituminen hypertrofisen vasteen alkuvaiheessa antaa viitettä siitä, että tekijät osallistuvat kuormittuneen sydänlihaskudoksen uudelleenmuovautumiseen. Melusiini voi toimia erityisesti eteiskudosta kuormitukselta suojaavissa mekanismeissa, kun taas TSP-4 osoittautui aktivoituvan painekuormituksessa nimenomaan endoteelisoluissa.

Abstract The increase of cardiac hemodynamic load that requires increased mechanical performance drives adaptation of the heart to maintain cardiac function. Modification of protein synthesis in cardiomyocytes allows the cells to adapt to the increased load. Cardiomyocyte hypertrophy and activation of cardiac fibroblasts over the long term is maladaptive and leads to heart failure (HF). Members of the transforming growth factor-β (TGF-β) superfamily contribute to the remodeling process. TGF-β1 acts as a paracrine messenger between cardiomyocytes and cardiac fibroblasts. Connective tissue growth factor (CTGF) modulates TGF-β signaling and plays a role in the development of fibrosis. In the current study, we aimed to investigate whether blocking the actions of CTGF could alleviate ischemic injury and reduce cardiac remodeling. We determined whether blocking the action of these ligands would modulate cardiac hypertrophy and fibrosis. In the first study, we found that antagonizing the function of CTGF protected from transverse aortic constriction (TAC) -induced left ventricular remodeling. In the second study in myocardial infarction (MI) model, blocking the function of CTGF resulted in improved post-MI survival and this prevented to the decrease in left ventricular contractile function as compared to the situation in control mice. Treatment with CTGF mAb attenuated the development of dilated cardiomyopathy and limited the increase in cardiomyocyte size and deposition of interstitial fibrosis in a remote area. In the third study, targeting the TGF-β superfamily members myostatin and activins, by administration of a soluble decoy receptor of activin receptor 2B (ACVR2B-Fc) did not affect the extent of MI injury or cardiac remodeling in MI -induced ischemic HF. Understanding the complex and converging pathways regulating cardiac remodeling is a major challenge, but it may allow for opportunities to develop new therapies, new medicines and provide new hope for people with these life-threatening diseases. / Tiivistelmä Sydämen lisääntynyt kuormitus vaatii lisääntynyttä supistusvoimaa, joka johtaa sydänlihaksen adaptaatioon pumppaustehon ylläpitämiseksi. Alkuvaiheessa sydämen liikakasvu on hyödyllistä, mutta pidempään jatkuessaan se johtaa lopulta pumppaustoiminnan heikkenemiseen ja sydämen vajaatoimintaan. Useiden signalointimekanismien on osoitettu säätelevän sydänlihaksen adaptoitumista patologisille tiloille. Transformoiva kasvutekijä –β (TGF-β) proteiiniperhe säätelee sydämen adaptoitumista sekä vasemman kammion seinämän myötäävyyttä venytykselle. TGF-β1 indusoi supistuskykyisten myofibroblastien muodostumista sekä kollageenin tuotantoa. Runsas kollageenin tuotanto vahvistaa sydämen seinämää ja on tarpeen sydäninfarktivaurion korjaamisessa, mutta pitkään jatkuessaan se heikentää sydämen toimintaa ja altistaa rytmihäiriöille, sydämen vajaatoiminnalle sekä sydänperäiselle äkkikuolemalle. Sidekudoskasvutekijä (CTGF) säätelee TGF-β1:n signalointia ja se osallistuu haavan paranemiseen sekä fibroosiin. Tutkimuksessa selvitettiin, voidaanko sidekudoskasvutekijän tai TGF-β -perheen proteiinien toimintaa estämällä lievittää sydämen vajaatoiminnan kehittymistä. Koetuloksemme osoittavat, että CTGF:n toiminnan estäminen vasta-aineen (mAb) avulla vähentää hemodynaamisen liikakuormituksen indusoimaa vasemman kammion toiminnan heikkenemistä, kammion laajenemista sekä fibroosia. CTGF mAb myös vähentää kuolleisuutta ja estää sydämen toiminnan heikkenemistä sydäninfarktin jälkeen sekä lievittää sydäninfarktin jälkeistä dilatoivan kardiomyopatian kehittymistä. Aktiviinien ja myostatiinin toiminnan esto liukoisen aktiviinireseptori 2B:n (ACVR2B-Fc) avulla sen sijaan ei vaikuta sydäninfarktivaurioon tai iskeemisen vajaatoiminnan kehittymiseen. ACVR2B-Fc kuitenkin lisää luurankolihaksen kasvua, estäen sydämen vajaatoimintaan liittyvää luurankolihaskatoa. Sydämen hypertrofian ja vajaatoiminnan syntymisen kannalta keskeisten signaalinvälitysreittien tunnistaminen ja niiden toiminnan ymmärtäminen auttaisi kehittämään tehokkaampia lääkehoitoja sydänsairauksiin.

Abstract Acute myocardial infarction is a life-threatening condition that occurs as a result of reduced blood flow in the cardiac muscle, eventually leading to tissue damage. In infarcted areas, cardiomyocytes have insufficient ability to proliferate and replace the injured cells, which is associated with a deficient pumping capacity. A strictly regulated combinatorial interplay of transcription factors, e.g., GATA4, NKX2-5, TBX5, and MEF2C, orchestrates cardiac type gene expression during the cardiomyocyte differentiation and maturation processes. The aim of the present study was to (i) characterize the protein-protein interaction of the cardiac transcription factors GATA4-NKX2-5, (ii) evaluate the chemical agents that modify the synergy of GATA4-NKX2-5 in vitro, (iii) examine the capacity of the lead compound to promote myocardial repair in vivo after myocardial infarction and other cardiac injuries and (iv) study the structural features of the compound important for metabolism and cytotoxicity. Integration of the experimental mutagenic data with computational modeling suggests that the structural architecture of the GATA4-NKX2-5 interaction resembles the protein structure of the conserved DNA binding domain of nuclear receptors. Fragment-based screening, reporter gene-based optimization and pharmacophore searching were utilized to identify the most potent lead compound targeting the GATA4-NKX2-5 interaction: N-[4-(diethylamino)phenyl]-5-methyl-3-phenylisoxazole-4-carboxamide. This compound presented anti-hypertrophic effects in vitro and cardioprotective effects in vivo. In addition, structural analysis of the lead compound revealed the signature molecular features for metabolism and cytotoxicity. Current drug treatments are able to delay, but not prevent the progress of the heart failure; therefore, modulators of protein-protein interactions of key transcription factors may represent a novel class of pharmaceuticals for cardiac remodeling and repair. / Tiivistelmä Sydäninfarkti on henkeä uhkaava verenkierron häiriö, joka syntyy veren virtauksen äkillisen vähentymisen seurauksena sydänlihaksessa aiheuttaen kudosvaurion. Vaurioituneen sydänlihaskudoksen kyky uusiutua tai korvata kuolleet sydänlihassolut uusilla on puutteellinen, ja tämän seurauksena sydämen pumppauskyky heikkenee. Transkriptiotekijöiden GATA4, NKX2-5, TBX5 ja MEF2C muodostamat ja koordinoimat proteiinikompleksit säätelevät sydänsolujen geenien ilmenemistä solujen elinkaaren aikana. Väitöskirjatyön tavoitteena oli (i) karakterisoida geeninsäätelytekijöiden GATA4-NKX2-5 molekyylirakenteet ja niiden keskinäinen vuorovaikutus, (ii) seuloa kemiallisia yhdisteitä, jotka muokkaavat GATA4-NKX2-5 proteiinikompleksin aikaansaamaa geeniaktivaatiota, (iii) tutkia johtoyhdisteen vaikutuksia in vivo sydäninfarktia ja painekuormitusta kuvaavissa eläinmalleissa, ja (iv) tutkia johtoyhdisteen molekyylirakenteen yhteyttä yhdisteen metaboliaan ja sytotoksisuuteen. Väitöskirjatyö osoittaa molekyylimallinuksen ja kokeellisten tulosten perusteella, että geeninsäätelytekijöiden GATA4-NKX2-5 proteiinikompleksin orientaatio matkii tumareseptoriperheen DNA domeenin tertiäärirakennetta. Molekyylifragmenttien, lusiferaasi-reportterikokeen ja farmakoforimallin avulla seulottiin ja optimoitiin sitoutumisvoimakkuudeltaan lupaavin GATA4-NKX2-5 proteiinikompleksin toimintaan vaikuttava johtoyhdiste: N-[4-(dietyyliamino)fenyyli]-5-metyyli-3-fenyyli-isoksatsoli-4-karboksamidi. Johtoyhdisteellä havaittiin solu- ja eläinmalleissa hypertrofiaa estäviä vaikutuksia in vitro ja sydäntä suojaavia vaikutuksia in vivo. Väitöskirjatyö osoitti lisäksi aktiivisten molekyylien rakenneominaisuuksia, jotka keskeisesti vaikuttavat yhdisteiden metaboliaan ja sytotoksisuuteen. Nykyinen lääkehoito hidastaa, mutta ei pysäytä sydänlihasvaurioon liittyvän kroonisen sydämen vajaatoiminnan etenemistä. Lääkevaikutuksen kohdentaminen sydämen keskeisten transkriptiotekijöiden yhteisvaikutukseen avaa uuden mahdollisen tutkimuslinjan sydänlihasvaurion estossa ja korjauksessa.

Abstract Cardiac hypertrophy is the primary adaptive mechanism of the heart to increased workload, though when advanced, it becomes a leading predictor for heart failure and sudden death. The growth stimulus elicited by a hemodynamic load is attributable to a combination of mechanical and neurohumoral factors, but the precise roles of individual growth promoting components are still unclear. This study utilized atrial natriuretic peptide (ANP) and B-type natriuretic peptide (BNP) as model genes with which to investigate the involvement and mechanisms of mechanical stress and peptide growth factors in hypertrophic response of cardiac myocytes. The direct effect of mechanical stretch was studied in two different in vitro models of cultured neonatal rat cardiomyocytes. In the first approach, hypo-osmotic swelling -induced stretch increased ANP mRNA levels in atrial cells. In the second model, cyclic mechanical stretch of ventricular cells grown on flexible membranes evoked ANP and BNP gene expression and secretion. The mechanisms of stretch-induced BNP gene expression were studied by measurement of the activities of transcription factors and by utilizing promoter analysis together with site specific mutations. Stretch activated the binding of the transcription factor GATA-4 similarly to pressure overload in vivo. Mutational studies revealed that specific GATA consensus sites on the BNP promoter, in combination with an Nkx-2.5 binding element, were critical for stretch-activated BNP transcription. Importantly, a reduction of GATA-4 protein levels inhibited the stretch-induced hypertrophic response. Both cyclic mechanical stretchin vitro and hemodynamic overload in vivo activated the expression of peptide growth factor bone morphogenetic protein-2 (BMP-2). The effects of BMP-2 closely resembled those of mechanical stretch including the increase in the expressions of ANP and BNP. Furthermore, the BMP antagonist noggin inhibited the effect of stretch on ANP and BNP. Fibroblast growth factor 1 stimulated ANP synthesis and secretion in a protein kinase C dependent manner. In conclusion, this work demonstrates that mechanical stretch per se is sufficient to activate the hypertrophic gene program in cardiac myocytes. This effect seems to be at least partially mediated by the growth factor BMP-2 acting in a paracrine manner. The activation of the GATA-4 transcription factor, in cooperation with a factor binding to the Nkx-2.5 binding element, is essential for mechanical stretch-induced cardiomyocyte hypertrophy. / Tiivistelmä Sydämen tärkein mukautumiskeino kohonneeseen työmäärään on sydänlihaksen kasvu. Sydänlihaksen liikakasvu on kuitenkin tärkein sydämen vajaatoiminnan ja äkkikuoleman ennustetekijä. Hemodynaamisen ylikuormituksen kasvua edistävä vaikutus on lukuisten mekaanisten ja neurohumoraalisten tekijöiden summa, jossa kunkin yksittäisen tekijän osuus on vielä epäselvä. Tässä väitöskirjatyössä tutkittiin mekaanisen venytyksen ja peptidikasvutekijöiden osuutta ja vaikutusmekanismeja sydämen liikakasvun synnyssä käyttämällä malligeeneinä sydämen eteispeptidiä (ANP) ja B-tyypin natriureettista peptidiä (BNP). Mekaanisen venytyksen välitöntä vaikutusta tutkittiin vastasyntyneen rotan sydänsoluviljelymalleissa. Osmolaliteetin muutoksella aiheutettu venytys lisäsi ANP:n lähetti-RNA-tasoja eteissoluissa. Venyväpohjaisilla kalvoilla kasvatettujen kammiosolujen syklinen venytys stimuloi ANP:n ja BNP:n geeniekspressiota ja eritystä. BNP:n geenisäätelymekanismeja tutkittiin mittaamalla transkriptiotekijöiden aktiivisuutta sekä geeninsiirtokokeilla hyödyntäen muunneltuja BNP:n geenisäätelyalueita. Venytys lisäsi transkriptiotekijä GATA-4:n sitoutumisaktiivisuutta samaan tapaan kuin painekuormitus koe-eläimillä. Tietyt BNP:n säätelyalueen GATA-sitoutumispaikat yhdessä Nkx-2.5:ttä sitovan elementin kanssa osoittautuivat tärkeiksi venytysvasteen kannalta. GATA-4 -proteiinitasojen vähentäminen esti venytyksen aiheuttamaa kasvuvastetta. Sekä syklinen mekaaninen venytys soluviljelykokeissa että hemodynaaminen ylikuormitus koe-eläimillä lisäsivät peptidikasvutekijä bone morphogenetic protein-2:n (BMP-2) geeniekspressiota. BMP-2:n suorat vaikutukset puolestaan muistuttivat läheisesti mekaanisen venytyksen vaikutusta, ANP:n ja BNP:n lisääntynyt geeniekspressio mukaan lukien. BMP-antagonisti noggin esti lisäksi venytyksen vaikutusta ANP:iin ja BNP:iin. Työssä osoitettiin myös, että fibroblastikasvutekijä 1 stimuloi ANP:n synteesiä ja eritystä proteiinikinaasi C:n välityksellä. Yhteenvetona tulokset osoittavat, että mekaaninen venytys itsessään riittää aktivoimaan sydänlihaksen kasvuun liittyvää geeniohjelmaa. Vasteen välittäjänä näyttää kuitenkin ainakin osittain toimivan paikallisesti tuotettu BMP-2. Edelleen, transkriptiotekijä GATA-4 yhdessä Nkx-2.5 -elementtiin sitoutuvan tekijän kanssa osoittautui välttämättömäksi mekaanisen venytyksen aiheuttamalle kasvuvasteelle.

STRENGHT TRAINING AND INFLUENCING FACTORS Objectives: The aim of this thesis is to form, apply and find the influence of created workout regarding body composition changes. Methods: In this work we used bioimpedance analysis, antropomotorical measurements of muscle mass and diagnostics of previous physical experience. Results: Considering the following measurement we found out significant changes in fat mass and muscle mass ratio as well as increase of muscle mass in upper extremities. Keyowords: muscle strenght, adaptation, muscle hypertrophy, fat loss, dietary supplements, training programme

Abstract Heart failure (HF) is a complex pathological state, involving simultaneous alterations in several signalling pathways and changes in gene programming. In HF, activation of the neurohumoral factors and renin-angiotensin-aldosterone (RAA) system occurs as a compensatory mechanism to combat the abnormal ventricular function. Developments in cardiac gene delivery methods have exerted a significant impact to treat HF and to discover the novel molecular mechanisms associated with HF and other cardiac diseases. This study demonstrated that adenovirus–mediated gene delivery of B-type natriuretic peptide (BNP) into the anterior wall of the left ventricle decreased myocardial fibrosis and increased capillary density. Post-infarction BNP improved systolic function associated with normalization of cardiac sarcoplasmic reticulum Ca2+-ATPase (SERCA) 2 expression and phospholamban phosphorylation at Thr17. On the other hand, (Pro)renin receptor ([P]RR) gene delivery resulted deleterious effects on cardiac function and (P)RR activation induced distinct angiotensin II (Ang II)-independent extracellular matrix remodelling and worsening of cardiac function. (P)RR gene delivery resulted in Ang II-independent activation of extracellular-signal regulated (ERK1/2) phosphorylation and increased myocardial fibrosis. In conclusion, the present study indicates that myocardial BNP gene delivery can achieve pleiotropic, context-dependent, favourable effects on cardiac function and that BNP can act locally as a mechanical load–activated regulator of angiogenesis and fibrosis. These results also implicate that (P)RR blockers may display additional cardiac effects in addition to its ability to evoke effective RAA system blockade. Overall, the findings of this study provide a better understanding of the molecular mechanisms involved in the biological actions of BNP and (P)RR, and identify BNP and (P)RR as potential novel drug targets for the treatment of HF. / Tiivistelmä Neuroendokriinisellä aktivaatiolla, jonka seurauksena aiheutuu muun muassa verisuonten supistumista ja laajenemista sekä nesteen kertymistä elimistöön, on tärkeä merkitys sydämen vajaatoiminnan kehittymisessä. Neuroendokriininen aktivaatio kompensoi sydämen vajaatoiminnan seurauksena tapahtuvaa kammioiden poikkeavaa toimintaa. Yksi keskeisimmistä verisuonia supistavista tekijöistä on reniini-angiotensiini-aldosteroni (RAA) -järjestelmä, ja verisuonia laajentaviin tekijöihin kuuluvat muun muassa natriureettiset peptidit, kuten B-tyypin natriureettinen peptidi (BNP) ja A-tyypin natriureettinen peptidi. Geeninsiirtomenetelmillä on ollut merkittäviä vaikutuksia uusien hoitomenetelmien kehittämisessä, sydämen vajaatoiminnan syiden selvittämisessä ja uusien kohdegeenien tunnistamisessa sydämen vajaatoiminnan hoitoon. Väitöskirjan tutkimustulokset osoittivat, että suora adenovirusvälitteinen geeninsiirto rotan sydämen vasemman kammion etuseinään on toimiva menetelmä uusien kohdegeenien löytämiseksi sydämen vajaatoiminnan hoitoon. BNP:n geeninsiirto vähensi merkitsevästi fibroosin muodostumista ja lisäsi verisuonten uudismuodostumista sydämessä. Sydäninfarktin jälkeen BNP paransi sydämen systolista toimintaa, johon liittyi aktiivisen kalsiumpumpun, SERCA2:n ja fosfolambaani-proteiinin fosforylaation normalisoituminen. (Pro)reniini reseptorin ([P]RR) geeninsiirto aiheutti angiotensiini II:sta riippumatonta solunulkoisen matriksin uudelleenmuotoutumista ja sydämen toiminnan huonontumista sekä lisääntynyttä sydämen fibroosia. Väitöskirjatutkimus antaa uutta tietoa solunsisäisistä molekulaarisista mekanismeista sydänsoluissa. BNP geeninsiirto aiheutti sydämen tautitilasta riippuvia suotuisia tapahtumia, ja se toimi paikallisesti muun muassa fibroosia ehkäisevänä tekijänä. (P)RR geeninsiirtotulosten perusteella voidaan olettaa, että (P)RR:n salpaus saattaa olla uusi tehokas hoitokeino sydämen vajaatoiminnan hoitoon.

Abstract Left ventricular hypertrophy (LVH), a common complication of elevated blood pressure (BP), is a risk factor for cardiovascular (CV) morbidity and mortality. Adiponectin has been shown to have cardioprotective effects and is inversely associated with LVH. BP can be measured at a clinical visit, as a momentary value. Ambulatory blood pressure (APB) measurement (ABPM) is a method of repeated BP measurements through a defined period, targeted to evaluate the circadian BP profile. High BP and ABPM have been shown to be associated with LVH and left ventricular diastolic dysfunction (LVDD). A high sodium intake has been associated with elevated BP and adverse CV outcome. The aim of this study was to investigate the associations between adiponectin and left ventricular mass index (LVMI), a measure of LVH, ABPM and the development of LVDD during long-term follow-up, ABPM and the change in LVMI during long-term follow-up, and the role of dietary sodium intake in the incidence of AF. Adiponectin has been shown to have vasoprotective, anti-inflammatory and cardioprotective effects. Hypoadiponectinemia has been associated with hypertension, coronary artery disease (CAD) and LVH. In this study, adiponectin levels were inversely associated with LVMI, even after adjustment with conventional risk factors of LVH, in a fairly large sample of middle-aged subjects. Elevated BP and pulse pressure (PP) have been associated with echocardiographic measures of LVDD. In this study, the association between APBM and the development of LVDD during a 20-year follow-up was evaluated. Ambulatory PP (APP) was shown to independently associate with the development of LVDD, even after adjustment with conventional risk factors of LVDD. APBM has been associated with LVH in cross-sectional assessments and has also been shown to have predictive value in future LVMI or LVH. In a few studies the predictive value of APP in future LVMI was observed. In the present study, an increase in APP was shown to predict the change in LVMI during long-term follow-up. In this study, the association between dietary sodium intake and the incidence of AF was evaluated. A high sodium intake predicted the occurrence of AF, which is a novel finding. In conclusion, this study offers novel findings about predictive factors in the entity of cardiac remodelling. / Tiivistelmä Vasemman kammion hypertrofia on yleinen kohonneen verenpaineen seuraus ja sen on todettu olevan sydän- ja verisuonitapahtumien riskitekijä. Adiponektiinin on osoitettu suojaavan vasemman kammion hypertrofialta. Ambulatorinen verenpaineen mittaus on menetelmä, jossa verenpaine mitataan määritellyllä ajanjaksolla toistuvasti, mikä antaa kuvan verenpaineesta vuorokauden eri jaksoissa. Kohonneella ambulatorisella verenpaineella on osoitettu olevan yhteys vasemman kammion hypertrofiaan sekä vasemman kammion diastoliseen vajaatoimintaan. Runsas natriumin saanti on yhteydessä kohonneeseen verenpaineeseen sekä sydän- ja verisuonisairauksiin. Tämän tutkimuksen tarkoituksena on selvittää yhteyksiä adiponektiinin ja vasemman kammion massaindeksin välillä, ambulatorisen verenpaineen ja vasemman kammion diastolisen vajaatoiminnan kehittymisen välillä, ambulatorisen verenpaineen ja vasemman kammion massaindeksin muutoksen välillä sekä natriumin saannin ja eteisvärinän ilmaantuvuuden välillä. Adiponektiinilla on todettu olevan suotuisia vaikutuksia verisuonistoon, tulehdusreaktion hillintään sekä sydänlihakseen. Matalan adiponektiinitason on osoitettu olevan yhteydessä verenpainetautiin, sepelvaltimotautiin sekä vasemman kammion hypertrofiaan. Tässä tutkimuksessa adiponektiinihormonilla osoitettiin olevan käänteinen yhteys vasemman kammion massaindeksiin, vaikka perinteiset riskitekijät otettiin huomioon. Kohonneella verenpaineella sekä pulssipaineella on osoitettu olevan yhteys vasemman kammion diastoliseen vajaatoimintaan. Tässä tutkimuksessa arvioitiin ambulatorisen verenpaineen merkitystä vasemman kammion diastolisen vajaatoiminnan kehittymisessä. Ambulatorinen pulssipaine osoittautui riskitekijäksi, vaikka perinteiset riskitekijät otettiin huomioon. Ambulatorisella verenpaineella ja pulssipaineella on osoitettu olevan yhteys vasemman kammion hypertrofiaan poikkileikkaustutkimuksissa ja seurantatutkimuksissa. Tässä tutkimuksessa ambulatorisen pulssipaineen nousun havaittiin ennustavan vasemman kammion massaindeksin kasvua pitkäaikaisseurannassa. Tässä tutkimuksessa korkean natriumin saannin todettiin olevan yhteydessä lisääntyneeseen eteisvärinän ilmaantuvuuteen. Tätä yhteyttä ei ole aiemmin todettu muissa tutkimuksissa. Tässä tutkimuksessa löydettiin uusia riskitekijöitä sydämen patologisiin ilmentymiin liittyen.

This thesis is focused on the analysis of experimental ECG records drawn up in isolated rabbit hearts and aims to describe changes in EKG caused by ischemia and left ventricular hypertrophy. It consists of a theoretical analysis of the problems in the evaluation of ECG during ischemia and hypertrophy, and describes an experimental ECG recording. Theoretical part is followed by a practical section which describes the method for calculating morphological parameters, followed by ROC analysis to evaluate their suitability for the classification of hypertrophy and at the end is focused on classification.

Abstract Achilles tendon rupture (ATR) conservative treatment result usually good clinical outcome, but despite the treatment method calf muscle strength deficit persist. Recent evidence suggests that surgery might surpass conservative treatment in restoring strength after ATR, but structural explanations for surgery-related improved strength remain uncertain. The purposes of this thesis were to compare calf muscle isokinetic strength recovery, calf muscle volume, fatty degeneration and AT elongation after conservative treatment or after open surgical repair of ATR. An additional aim was to assess the role of fascial augmentation in terms of calf muscle isokinetic strength recovery, AT elongation, calf muscle volume atrophy and fatty degeneration, and their relationship with calf muscle isokinetic strength in long-term follow-up after ATR surgery. Surgery resulted in 10% to 18% greater plantar flexion strength (P = 0.037) compared to conservative treatment. The mean differences between affected and healthy soleus muscle volumes were -18% after surgery and -25% after conservative treatment (P = 0.042). At 18 months, AT were, on average 19 mm longer in patients treated conservatively compared to surgery (P < 0.001). At 18 months, patients with greater (2–3) fatty degeneration had lower soleus muscle volumes and plantar flexion strength in the healthy leg. In long term, augmentation did not affect any of the strength variables, but the injured side showed 12% to 18% strength deficit compared with the healthy side (P < 0.001). The AT was, on average, 12 mm longer in the affected leg than in the healthy leg (P < 0.001). The mean soleus muscle volume was 13% lower in the affected leg than in the healthy leg (P < 0.001). The mean volumes of the medial- and lateral gastrocnemius muscles were 12% and 11% lower in the affected leg than in the healthy leg, respectively (P < 0.001). AT elongation correlated substantially with plantar strength deficit (ρ = 0.51, P < 0.001) and with both gastrocnemius (ρ = 0.46, P = 0.001) and soleus muscle atrophy (ρ = 0.42, P = 0.002). Calf muscle fatty degeneration was more common in the affected leg compared healthy leg (P ≤ 0.018). In conclusion, surgery of ATR restored calf muscle isokinetic strength earlier and more completely than conservative treatment. Conservative treatment resulted in greater soleus muscle atrophy and AT elongation compared surgery, which may partly explain the surgery related better strength results. Augmentation provided no long-term benefits compared with simple suturation, and a 12 to 18% plantar flexion strength deficit compared to the healthy side persisted. AT elongation may explain the smaller calf muscle volumes, greater fatty degeneration, and plantar flexion strength deficit observed in long-term follow-up after surgical repair of ATR. / Tiivistelmä Akillesjännerepeämän (ATR) konservatiivisella ja leikkaushoidolla hoidolla saavutetaan hyvät kliiniset tulokset. Viimeisimmät tutkimukset kuitenkin viittaavat leikkaushoidolla saavutettavan paremmat voimat kuin konservatiivisella hoidolla, mutta rakenteelliset selitykset leikkaushoidon paremmalle pohjelihaksen voimille ovat epäselviä. Työn tarkoituksena oli verrata pohjelihaksen isokineettisten voimien palautumista, pohjelihastilavuuksia, rasvadegeneraatiota ja akillesjänteen (AT) pidentymistä ATR:n konservatiivisen- ja leikkaushoidon jälkeen. Tarkoituksena oli arvioida lihaskalvovahvikkeen merkitystä pohjelihaksen isokineettisten voimien palautumisessa pitkäaikaisseurannassa. Lisäksi tutkimme AT pidentymisen, pohjelihastilavuuksien ja rasvadegeneraation suhdetta pohjelihaksen isokineettisiin voimiin ATR:n leikkaushoidon jälkeen 14 v seurannassa. Leikkaushoidolla saavutettiin 10–18 % paremmat pohjelihaksen voimat verrattuna konservatiiviseen hoitoon. Leikkaushoidon jälkeen soleuslihasten tilavuuksien puoliero terveen jalan hyväksi oli 18 % ja konservatiivisen hoidon jälkeen 25 %. 18 kk kohdalla konservatiivisesti hoidettujen AT oli 19 mm pidempi verrattuna leikkauksella hoidettuihin. 18 kk kohdalla potilaat, joilla vamma jalan soleuslihaksen rasva-degeneraatio oli korkea (2–3), kärsivät suuremmasta soleuslihaksen atrofiasta ja pohjelihaksen voima puolierosta. Voimat eivät muuttuneet 12 kk ja 14 v kontrollien välillä. Lihaskalvovahvikkeella ei ollut merkitystä voimien palautumisessa pelkkään suoraan ompeluun verrattuna, mutta vammapuoli jäi 10–18 % heikommaksi verrattuna terveeseen jalkaan. Vammajalan akillesjänne oli 12 mm pidempi terveeseen jalkaan verrattuna. Vammajalan kolmipäisen pohjelihaksen tilavuus oli 11–13 % pienempi verrattuna terveeseen jalkaan. Akillesjänteen pituus korreloi pohjelihaksen voimapuolieron sekä pohjelihasatrofian kanssa. Akillesjännerepeämän leikkaushoidolla pohjelihaksen isokineettiset voimat palautuvat nopeammin ja täydellisemmin kuin konservatiivisella hoidolla. Leikkaushoitoon verrattuna konservatiivinen hoito johtaa suurempaan soleuslihaksen atrofiaan ja akillesjänteen pidentymään, mikä selittää osittain leikkaushoidon paremmat voimatulokset. 14 v seurannassa lihaskalvovahvikkeesta ei ole etua akillesjännerepeämän leikkaushoidossa. Akillesjännerepeämän leikkaushoidosta huolimatta potilaalle jää terveeseen jalkaan verrattuna 10–18 % pohjelihasten voimapuoliero. Akillesjänteen pidentyminen mahdollisesti selittää pohjelihasten atrofian, rasvadegeneraation ja pysyvän pohjelihasten voimapuolieron akillesjännerepeämän leikkaushoidon jälkeen 14 v seurannassa.