Szívelektrofiziológia kurzus 2008 Iszkémia/reperfúzió okozta kamrai aritmiák és megelőzési lehetőségeik Papp Rita PhD hallgató Hemodinamikai labor
A miokardiális iszkémia fogalma "Ischo" = "visszatartás" "haima" = "vér "A szívizom elégtelen vérellátása" (Opie) "Az artériás keringés hiánya" (Jennings) "Ellátás-igény egyensúly felborulása" (Schelbert) Alapkoncepció: A miokardium vérigénye és vérellátása közötti egyensúly felborul Oka: a koszorúér arteriák betegsége (CAD = Coronary Artery Disease) (az erek intimájában és mediájában fellépő degeneratív elváltozások, endothel károsodás, atheromás plakk képződés)
Iszkémia következményei a szívben Koszorúér szűkület, okklúzió Fizikális/emocionális stressz vér ellátás /vér igény csökkent perfúzió metabolikus változások csökkent szívfunkció Elektrofiziológiai változások, aritmiák
Az iszkémia súlyosságát befolyásolja: fizikális, emocionális stressz (vérigényt növeli) vérellátás-csökkenés mértéke, ez függ: a szűkület helyétől a szűkület mértékétől kollaterális keringéstől okklúzió rossz kollaterális keringés szte n proximális ózis :Iszkémiás terület disztális jó kollaterális keringés vérhiány időtartamától (<5 okklúzió reverzibilis, <15-20 reverzibilis de idő kell hozzá, >20-30 már irreverzibilis)
Enyhe iszkémia Normál vérellátottság extracell. glükóz extracell. zsírsav zsírsav glükóz extracell. zsírsav ATP piruvát tejsav O2 glükóz ATP piruvát citrát kör ox. foszf. ox. foszf. NAD+ ADP+Pi NADH CP F1F0 - zsírsav glikogén citrát kör NADH O2 extracell. glükóz glikogén ATP tejsav NAD+ CP F1F0 O2 O2 - ADP+Pi ATP
Súlyos iszkémia Normál vérellátottság extracell. glükóz extracell. zsírsav zsírsav glükóz extracell. zsírsav ATP piruvát tejsav O2 glükóz piruvát ox. foszf. ox. foszf. NAD+ ADP+Pi NADH CP ATP - ATP citrát kör F1F0 - zsírsav glikogén citrát kör NADH O2 extracell. glükóz glikogén tejsav NAD+ CP F1F0 O2 O2 - ADP+Pi ATP
Aritmiák már néhány perc iszkémia után megjelenhetnek Extraszisztolék száma Kutya iszkémia/reperfúzió modell Bal koronária anterior descendens (LAD) ágán okklúzió LCX: bal koronária circumflex ága LCX LAD 40 35 30 25 20 15 10 1a 5 1b 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Iszkémia idő (perc)
Az 1a aritmiák celluláris háttere: az ionegyensúly gyors felborulása H+, Na+i, Ca2+i, K+ vesztés Tejsav, H+, Na+, ADP, Pi: vízbeáramlás, ödéma H 2O H + NHE ph (5,5-6!!) 3 Na IKATP NCX Na+ Tejsav H+ sejtmag K+ + Ca2+ ATP IK1 K+ ADP, Pi SER Cl-
Hatás a szívfunkcióra és az ST-szakaszra Szívfunkció: Sok Ca2+i: diasztolés relaxáció, végdiasztolés nyomás, preload Kevés ATP: kontrakciós erő gyengül, hibernáció, reverzibilis (reperfúzióban azonnal helyreáll) ST szakasz: okklúzió ----- + ++ + áram + +++ Sérült területen K+ kiáramlás az extracell. térbe: pozitívabb lesz áram folyik ide az egészséges részről EKG-n látható, ST-eleváció Perceken belül megjelenik, az iszkémia súlyosságával arányos
Elektrofiziológiai következmények depolarizáció, nyugalmi membránpotenciál Na+ csatorna inaktiváció, lassú AP felfutás, AP hossza és amplitúdója is lassú, bizonytalan ingerületvezetés, vezetési blokkok po2, K+, ph gradiensek Legsúlyosabb elváltozások az iszkémia középpontjában és többnyire az endokardiumban lassú ingerületvezetés, blokkok Iszkémiás-normál terület határa: heterogén aritmiáknak ez is kedvez AP
Kamrai aritmiatípusok vérnyomás balkamrai (LV) nyomás LV kontraktilitás (+/-dp/dt) aktiváció inhomogenitása epikardiális EKG 1-2 koronária flow végtagi EKG Extraszisztolé (ES)
Kamrai tachykardia (VT) Kamrafibrilláció (VF) vérnyomás balkamrai (LV) nyomás 4 vagy több ES LV kontraktilitás (+/-dp/dt) aktiváció inhomogenitása epikardiális EKG 1-2 koronária flow végtagi EKG
VT és VF 1 Unipoláris EKG elvezetések iszkémiás kutyaszív epikardiális felszínéről in vivo VF: kaotikus aktiváció Szinuszritmus 1 2 3 4 VT 2 4 Ref. VF 3
Az 1a aritmiák kialakulási mechanizmusa Reentry Oka: vezetési blokk, inhomogén refrakteritás aktivációs hullám visszafordul Reentry 2D-ben: (Aktivációs térkép izolált egérszív epikardiumáról) Normál ütés Reentry reentry kör hasadása: fibrilláció
Az 1a aritmiákat rövid aritmiamentes periódus, majd újabb aritmiafázis követi 40 ES 35 30 25 20 15 10 1a 5 1b 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Iszkémia 3-8. perc Iszkémia 15-25. perc Kevésbé súlyos aritmiák Súlyos aritmiák, nagy mortalitás, emberben is! Emberben kevéssé ismert 60 Idő (perc)
Az 1b fázisú aritmiák jóval súlyosabbak, mint az 1a fázis Modell: altatott kutya, ES VT VF LAD okklúzió 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 1a 5 1b 10 15 Okklúzió időtartama (min) 20 25
Az 1b aritmiák okai és mechanizmusa ATP elfogy, ATP-ázok leállnak, katekolaminfelszabadulás: Ca2+i K+ Na+-K+ pumpa 3 Na+ NCX Na+ Késői utódepolarizáció (DAD), ha eléri a küszöböt (TP), fokális aritmiákat okoz Membrán Ca2+ ATPáz NA, A β-ar Réskapcsolatok bezáródása Ca2+ ATP Ø sejtmag SERCA SER ph
A réskapcsolat (gap junction) = elektromos szinapszis Közvetlen elektromos kapcsolat ingerületvezetés Anyagok kicserélődése a sejtek között (< 1kDa) 6 db connexin fehérje: félcsatorna, 2 félcsatorna: réskapcsolat (gap junction) Molekulatömeg alapján 3 connexin izoforma a szívben: Cx40, 43, 45; kamrában a Cx43 a leggyakoribb Szabályzás: Ca2+i, ATP, ph, foszforiláció
Iszkémia okozta réskapcsolat-zárás (elektromos szétkapcsolódás, uncoupling) Ca2+i meredek emelkedése és a réskapcsolatok zárása egybeesik Réskapcsolat-záródás mérése: Ca2+ Küszöbalatti áram a szövetre feszültség visszamérése Elektromos impedancia (váltóáramú áramkör ellenállása) U/I: szöveti ellenállás uncoupling Modell: nyúl szemölcsizom Fáziskésés: membránok okozzák, réskapcsolatzárással arányos
Uncoupling egybeesése az 1b fázisú aritmiákkal in vivo kutya szívben Hogyan vezet aritmiához a réskapcsolat-záródás? ES száma/perc Ingerületvezetést lassítja, inhomogénné teszi Szöveti ellenállás Vezetési blokk keletkezhet (Ohm*cm) Zárt GJ Reentry Nyitott GJ Fáziskésés ( ) Nyitott GJ Zárt GJ Idő (perc)
A szövet további sorsa: További iszkémia, szubakut fázis (órák-napok) kevés aritmia, ezek nem életveszélyesek, viszont: egyre súlyosabb károsodások (3-4 órán belül nagymértékű sejtpusztulás, apoptózis-nekrózis) Reperfúzió, ha 2-3 órán belül történik: a még menthető sejtek egy része túlél
Funkcióváltozások: akut/szubakut fázis (iszkémia 30 - órák, napok) Szabadgyökök, foszfolipáz membránkárosodás Membrán pórusain át ion, fehérjevesztés Enzimvesztés: laktát dehidrogenáz, kreatin kináz, szintjük a vérből mérhető, infarktus markerek +annak súlyosságát jelzik Kontraktilis rendszer bontása elkezdődik Sejthalállal végződik, fibrózis a nekrotikus területen infarktusos heg Enzimvesztés: LDH, CK Lyukak a membránon: az ionegyensúly teljes felborulása!! foszfolipáz Ca2+ proteázok Ca2+ O2-, H2O2, OH., OONO- sejtmag Kontraktilis rendszer proteolízise
Reperfúzió: az anyagcsere gyors helyreállása (?) EKG, ph gyorsan helyreáll (2-3 perc) Ca2+, Na+ szint továbbra is magas Robbanásszerű szabadgyök felszabadulás (reperfúzió 4-7 tetőzik) Károsodott endotél: permeábilis, + reaktív hiperémia is elmaradhat, no-reflow veszélye. Xantin oxidáz Hirtelen nyíló réskapcsolatok: halálszignált is továbbítják a szomszéd sejtbe Neutrofil granulociták: szabadgyökforrások! 3 Na+ O2-, H2O2, OH., OONOsejtmag Ca2+ Ca2+ Ca2+ NCX Sejthalált indukáló szignálok átjutása
Reperfúziós aritmiák Altatott kutya, 25 perc LAD okklúzió, hirtelen reperfúzió Súlyos aritmiák, nagy mortalitás Emberben, lassabb reperfúzió esetén kevésbé súlyos 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 ES VT VF 5 10 15 20 25 Reperfúzió
Iszkémia/reperfúzió együttes következményei Sejtpusztulás, infarktusos heg (fibrózis) anatómiai reentry Stunning: ( hibernációval!) ideiglenes, reverzibilis kontraktilitás-csökkenés a reperfundált szövetben, inotrópokra válaszol, csökkent Ca2+ érzékenység? Szívelégtelenség, pitvarfibrilláció Okklúziótól disztálisan szimp. idegek elhalnak β-ar upreguláció heterogén, extrém katekolamin-érzékeny terület, további aritmiák forrása lehet Anatómiai (fix) reentry Inf. heg
I/R károsodás megelőzési lehetőségei 1. Gyógyszeres megelőzés: szívfunkció javítása, koleszterolszint csökkentése, reperfúzióban antioxidánsok, Ca2+ antagonisták adása 2. A szív saját adaptációs mechanizmusainak kihasználása prekondicionálás posztkondicionálás
A prekondicionálás fogalma Ami nem öl meg, erősebbé tesz (Nietzsche) Rövid, szubletális iszkémia/reperfúziós periódusok védetté (prekodicionálttá) teszik a szívet az ismételten fellépő, de immáron hosszabb iszkémia/reperfúziós inzultus káros következményeivel szemben A jelenség 1986 óta ismert (Murry et al.). Klasszikus (iszkémiás) prekondicionálás protokoll: I R I R 5 min 20 min 5 min 20 min Prekondicionálás Teszt iszkémia 25 min Reperfúzió
Antiaritmiás hatás in vivo kutyában Kontroll ES VT VF Prekondicionált 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 ES 5 10 VT 15 VF 20 25 Túlélés! 0 5 10 15 Okklúzió időtartama (min) 20 25 REPERFÚZIÓ
A prekondicionálás: védelem Iszkémia/reperfúzió okozta aritmiákkal szemben I/R okozta sejtpusztulással szemben (késlelteti) Iszkémia okozta szívfunkcióromlás, ST eleváció, I/R okozta stunning ellen A védőhatás időtartama: korai fázis: PC inger után 1-2 óráig érvényes (szignalizációs események) késői fázis: PC inger után 24-48 óráig ismét van védő hatás (génszintű változások)
A prekondicionálás mechanizmusa Prekondicionáló inger: klasszikus PC-ben iszkémia, de lehet szívingerlés, hő/hideg, fizikai aktivitás O2 igény/o2 ellátás arány eltolása szükséges. I R I R 5 min 20 min 5 min 20 min Teszt iszkémia Reperfúzió 25 min Effektor: Trigger : Mediátor: NHE, NCX, L-típ. Ca2+ csat. adenozin másodlagos hírvivők (Ca2+) szarkolemmális KATP csat. bradikinin endogén opiátok NO szabadgyökök PKC, ERK, MAPK, Akt kinázok mit. KATP csatorna réskapcsolatok, mitokondrium O2 felhasználás ATP vesztés, savasodás Ca2+, Na+ túltelítődés Jobb ingerületvezetés
A prekondicionálás csökkenti a réskapcsolatok záródását teszt iszkémiában ES száma/perc Kontroll PC Szöveti ellenállás Zárt GJ Nyitott GJ Fáziskésés Nyitott GJ Zárt GJ Idő (perc)
A prekondicionálás klinikai vonatkozásai Jelen: megléte emberben is igazolt PTCA koronáriatágítás infarktus után szívműtét: szív megállítása előtt több rövid aortalefogás életmód: fizikai aktivitás prekondicionál Jövő: farmakológiai prekondicionálás a szívinfarktus által veszélyezetett embereknél, leutánozva a klasszikus prekondicionálás szignalizációját mechanizmus teljes, pontos ismeretét igényli
Posztkondicionálás Lassabb, fokozatosabb reperfúzió csökkenti a reperfúziós aritmiákat és stunning mértékét, gyorsítja a szívfunkció helyreállását, ill. csökkenti a reperfúzió okozta sejtpusztulást (de nem befolyásolja az iszkémia következményeit). Posztkondicionálás protokoll: Iszkémia I-R Reperfúzió régi-új felfedezés, prekondicionáláshoz hasonló háttérmechanizmusok, pl. adenozin Klinikai alkalmazás: könnyebb, kézenfekvőbb mint a prekondicionálásé PTCA akut infarktus utáni trombolízis
K ö s z ö n ö m a f i g y e l m e t!