Fejezetek az agy vérellátásának szabályozásából 5. 2016.október 6.
Az agyi értónust befolyásoló tényezők Vazoaktív metabolitok EC neurotranszmitterek SIMAIZOM ENDOTHELIUM LUMEN
Furchgott, R., Zawadzki, J., The Obligatory Role of Endothelial Cells in the Relaxation of Arterial Smooth Muscle by Acetylcholine, Nature, vol. 288, Nov. 27, 1980, pp. 373-376; O 2 NADPH L-Arginine NO synthase NO Oxidized Nitric oxide (NO) synthesis Nitrate/nitrite
Furgchgott's Sandwich Robert F Furchgott mutatta ki, hogy az acetilkolin által létrehozott vazodilatáció az endotheliumtól függő. Az ú.n "sandwich" kísérlek segítségével bizonyította, hogy dilatáció csak intakt endothelium mellett alakul ki.
Ignarro segítette az EDRF azonosítását Louis Ignarro írta le, hogy az EDRF tágítja az ereket. Szintén ő határozta meg-spektrális analízis segítségével- az anyag természetét és azonosította, hogy ez nem más, mint az NO.
Murad felfedezése: az enzimek aktivációja Ferid Murad ismerte, hogy a nitroglicerin az érsimaizom relaxációját okozza. Amikor a guanylyl cikláz aktiválódik és nő a cgmp szintje bekövetkezik az izom relaxációja. Azt bizonyította, hogy a nitroglicerin NO felszabaduláson keresztül hat. NO gázt buborékoltatott olyan folyadékon keresztül, amelyben volt GC; és a ciklikus GMP szint emelkedett.
Az endothelium által befolyásolt sejtek (bal oldalon) és az endothelium diszfunkció következményei az agyban (balra). Faraci F M Am J Physiol Heart Circ Physiol 2011;300:H1566-H1582 2011 by American Physiological Society
Az érellenállás megoszlása az agyban Faraci F M Am J Physiol Heart Circ Physiol 2011;300:H1566-H1582 2011 by American Physiological Society
Az enos aktivációján keresztül megvalósuló NO termelés és az jeltovábbítása az ér simaizomban Faraci F M Am J Physiol Heart Circ Physiol 2011;300:H1566-H1582 2011 by American Physiological Society
Az NO és a reactive oxygen species (ROS) közötti kapcsolatrendszer (enos- eredetű NO jelátvitel via sgc, cgmp, és cgki. Faraci F M Am J Physiol Heart Circ Physiol 2011;300:H1566-H1582 2011 by American Physiological Society
A renin-angiotenzin rendszer elemei Faraci F M Am J Physiol Heart Circ Physiol 2011;300:H1566-H1582 2011 by American Physiological Society
Az ANG II-által kiváltott vaszkuláris megbetegedések sémája Faraci F M Am J Physiol Heart Circ Physiol 2011;300:H1566-H1582 2011 by American Physiological Society
Endotheliális eredetű hiperpolarizáló faktor (EDHF) ACh, SP, Uridin trifoszfát (UTP), ADP az enos gátlása esetén is relaxálnak Hasolóan a ciklooxigenáz (COX) gátlása után is létrejön a dilatáció - dilatátor prosztanoidok sem okozzák A simaizon sejtben hyperpolarizáció jön létre-amit a K + csatornák megnyílása okoz EDRF lehet epoxieikozatetraénsavak (EET-k), endogén cannabinoid (anandamide), hydroxil gyökök, O 2- és K + Másik lehetőség a gap junctionon keresztül érvényesülő közvetlen hiperpolarizáció Az EET tűnik a legvalószínűbbnek- Az NO a nagyobb erekben- az EET-k a kisebb erekben hatnak
Az agyi artériák EDHF-által kiváltott dilatációja Andresen, J. et al. J Appl Physiol 100: 318-327 2006; Copyright 2006 American Physiological Society
Az érátmérő változássa (%) Az endothelium funkciójának gátlása (PDB) csökkenti az erek dilatációs készségét 60 50 40 30 * 20 10 * * 0-10 3 M 0.1 M 5% CO 2 BK PDB OXI +BK PDB+ PDB+ 5% CO 2 OXI
Oxitocin hatására endothelium-függő vazodilatáció jön létre, amely elfedi a simaizomra gyakorolt konstriktor hatást 25 10-8 és 10-6 mol/l 20 15 * 10 5 I1 I2 I4 0-5 -10 K1 K2 H -15 * * * * * *
Kísérleti protokoll Hiperkapnia és I/R (kontroll) Kezelés: 1. Hiperkapnia 5-10% CO 2 inhaláció 2. I/R (10 perc/60 perc) 98 μm 164 μm műtét 5% CO 2 inhaláció 1 2 3 4 5 perc 5% CO 2 inhaláció 1 2 3 4 5 perc n=6 10% CO 2 inhaláció 6 7 8 9 10 perc Iszkémia (10 perc) Reperfúzió (60 perc) 10% CO 2 inhaláció 6 7 8 9 10 perc
Az alaptól való eltérés %-ban A hypercapnia által okozott vazodilatáció endothelium függő és érzékeny az ischaemiára 40 5% CO 2 35 * 10% CO 2 30 25 20 + * + + * + 15 10 5 + + 0 kontroll 1 hr 2 hr 4 hr Ischaemia után Bari et al, Brain Res, (1998)
Endothelium eredetű konstrikció A bazális dilatátor hatások hiánya (NO, PGI 2, PGE 2 ) Tromboxán A2 (TXA2), PGF 2α Endothelin-1: főként patofiziológai szerepe van pl. TNF α, trombin, a shear stress hiánya stb. fokozza a termelését (nagy erekben szerotonin - indomethacin szenzitív vazokonstrikció) Egyensúly a konstriktor és dilatátor ágensek között Az NO elnyomja
Fig. 1. The endothelium generates a variety of signals that influence cerebrovascular tone under normal conditions and during disease Andresen, J. et al. J Appl Physiol 100: 318-327 2006; Copyright 2006 American Physiological Society
Fig. 2. A: whole mount of rat middle cerebral artery stained with silver nitrate to visualize cell borders Andresen, J. et al. J Appl Physiol 100: 318-327 2006; Copyright 2006 American Physiological Society
Factors affecting vascular tone and structure
- kórállapotok - megváltozott antikoaguláns és gyulladás gátló hatások - az ér növekedés és remodellezés (átépülés) gátlása az endothelium eredetű vazodilatáció zavarát okozhatja, ha az NO elveszíti biológiai aktivitását.
Unifying model: Endothelial dysfunction to CVD Xanthine oxidase, NADP/NADPH oxidase uncoulpled enos NO bioavailability
Kereszthíd aktiváció a simaizomban Ca 2+ -által stimulált myosin foszforiláció 4 Ca 2+ Calmodulin, Cm Ca Cm 4 Ca Cm 4 myosin light chain kinase (MLCK) myosin light chain kinase regulatory light chain ATP Mg 2+ ADP P relaxation contraction P myosin phosphatase
Az érátmérő változása (%) glibenclamide ATP - + K + aprikalim ATP camp cgmp vasodilators A K ATP aktivációra kialakuló vazodilatációt az ischaemia gátolja K ATP 40 35 30 25 20 15 10 5 0 kontroll -8 10 mol/l APK -6 10 mol/l APK 1 ó 2 ó 4 ó Ischaemia után
Az érátmérő változása (%) Az ischaemia/reperfúzió nem károsítja a K Ca funkciót charybdotoxin, iberiotoxin K Ca vazodilatátor - + - K + Ca 2+ depolarizáció 30 vazokonstriktor 25 20 kontroll Ischemia után 15 10 5 0 10-7 10-5 10-7 10-5 mol/l
Copyright 2001 American Physiological Society Fig. 1. Bryan, R. M. et al. Am J Physiol Heart Circ Physiol 280: H2011-H2022 2001
Példa egy tipikus miogén válaszra (egér ellenállásér) Schubert R et al. Cardiovasc Res 2008;77:8-18 European Society of Cardiology 2007. All rights reserved.for permissions please email: journals.permissions@oxfordjournals.org
Nyomás-indukálta változás hörcsög rezisztencia arteriolában Schubert R et al. Cardiovasc Res 2008;77:8-18 European Society of Cardiology 2007. All rights reserved.for permissions please email: journals.permissions@oxfordjournals.org
Izolált simaizom sejtek agyi arteriolából
patch clamp technikával mért csatorna áramok
Az ischemia-reperfúzió megváltoztatja a K+ csatornák aktiválhatóságát
EtOH kontrahálja a nyomás alatti tartott agyi artériákat Liu P. et.al. PNAS 2004;101:18217-18222 Copyright 2004, The National Academy of Sciences
EtOH által kiváltott agyi értónus fokozódással párhuzamosan nő az artéria fal Ca2+. tartalma Diltiazem: Ca2+ csatorna blokkoló Liu P. et.al. PNAS 2004;101:18217-18222 Copyright 2004, The National Academy of Sciences
EtOH hatására csökken a BK csatorna aktiváció Liu P. et.al. PNAS 2004;101:18217-18222 Copyright 2004, The National Academy of Sciences
Hogyan lesz a mechanikai feszültség növekedéséből vazokonstrikció. Schubert R et al. Cardiovasc Res 2008;77:8-18 European Society of Cardiology 2007. All rights reserved.for permissions please email: journals.permissions@oxfordjournals.org
Az érsimaizom K + csatornáinak
K + csatornák fontos effektor fehérjék K + csatornák szabályozzák a vaszkuláris tónust, K + csatornák hatására alakul ki a membrán potenciál és szabályozzák az intracellulláris Ca 2+ forgalmat (szintet) Az érsimaizom 5 féle K + csatornát tartalmaz (hat) Ca 2+ -activated K + (BK Ca ), ATP-sensitive K + (K ATP ), inward rectifier K + (Kir), voltage-gate K + (Kv) two pore domain K + (K 2P )
ATP szenzitív K+ csatorna Ezek a csatornák számos más helyen is funkcionálnak
Miként befolyásolják az ATP függő K + csatornákat a másodlagos hírvivők NPY, hisztamin, szerotonin úgy okoznak konstrikciót az agyi ereken, hogy gátolják a K ATP csatornákat
A feszültségfüggő és a Ca 2+ -függő K + -csatornák szerepe nyomás által indukált vazokonstrikcióban
A vazoaktív anyagok hatását a Kir csatornák felerősítik
Simaizom- Endothel sejt együttműködés Vascular Smooth Muscle cgmp Ca ++ V m Guanylate cyclase RELAXATION Gap Junction L Nitric oxide (NO, EDRF) Endothelium NOS EDHF Agonist V m Nitric oxidesynthase Argnine Nitric oxide citruline The smooth muscle effect is terminated by phosphodiesterase 5 removes the cgmp and allows intracellular Ca ++ to rise: Viagra (sildenafil) works by inhibiting phosphodiesterase5.? Endothelin Shear Stress, e.g., Ach, bradykinin, histamine Unfortunately nitro-vasodilators (e.g. nitroglycerine) also work by elevating cgmp. The combined effect of Viagra and nitroglycerine can be life threatening! http://www.youtube.com/watch?v=vik121c8izi NO diffuses from endothelium to VSM, activates guanylate cyclase to produce cgmp. cgmp, which reduces intracellular Ca ++ by inactivating an L-type Ca ++ channels. cgmp also sensitizes the myosin sensitivity to Ca ++.