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 !
