A szív hipertrófiája nem szükséges kompenzációs válasz a rövid távú nyomástúlterhelésre

A Kardiovaszkuláris Betegségek Osztályától, Belgyógyászati Klinika (JAH, WK, ZW, REK, RMW), Farmakológiai Tanszék (JAH), Veteránügyi Főosztály (JAH, KZ, RMW), Sebészeti Osztály (MK) és Anatómiai és Sejtbiológiai Tanszék (RLD), Iowa Egyetem Orvostudományi Főiskola, Iowa City.

Absztrakt

Háttér- A szív hipertrófiája szükséges kompenzációs válasz a bal kamra (LV) falának tartós emelkedése esetén.

Módszerek és eredmények- Ennek teszteléséhez gátoltuk a kalcineurint ciklosporinnal (CsA) a műtéti úton kiváltott nyomástúlterhelés esetén egerekben, és echokardiográfiával megvizsgáltuk a kamrai térfogat és funkció in vivo paramétereit. A normalizált szívtömeg 45% -kal nőtt 5 héttel a mellkasi aorta sávosodása után (TAB; szívtömeg/testtömeg, 8,3 ± 0,9 mg/g [átlag ± SEM] szemben 5,7 ± 0,1 mg/g szalag nélkül, P 1 Bár úgy gondolják, hogy a hipertrófia kompenzálja a hemodinamikai stresszt, az echokardiográfiailag dokumentált szívizom hipertrófia független kockázati tényező a kardiovaszkuláris morbiditás és mortalitás szempontjából. 2 Mivel a hipertrófia egybeesíti a szívelégtelenség és a rosszindulatú kamrai aritmiákból eredő hirtelen halál kockázatát, a „kompenzációs” és a kóros hipertrófia közötti különbség bizonytalan.

Számos inger ismert, hogy in vitro kardiomiocita hipertrófiát indukál. Ezek az elsődleges ingerek, amelyek hormonokat, citokineket, növekedési faktorokat, vazoaktív peptideket és katekolaminokat tartalmaznak, bonyolult reakciókaszkádokat indítanak, amelyek több egymással kölcsönhatásban levő elágazási ponttal rendelkeznek. 3 4 Fiziológiailag releváns ingerrel (nyomástúlterhelés) végzett in vivo vizsgálatok a vérnyomás csökkentésén kívül négy módszert azonosítottak a szív hipertrófia megelőzésére: az ACE, 5 Gαq, 6 kalcineurin, 7 8 9 vagy c-Jun NH2-terminális kináz gátlása. 10.

A kalcineurin részt vesz a hipertrófiás jelátvitelben a szív 7 9 11 és a vázizom 12 13 14 biomechanikai stressz modelljeiben. Ebben a tanulmányban a kalcineurin specifikus inhibitorát, a ciklosporint (CsA), 15 16 alkalmaztuk a szívre gyakorolt nyomástúlterhelés morfológiai és funkcionális hatásainak vizsgálatára a bal kamrai hipertrófia (LVH) jelenlétében és hiányában. Teszteltük a klasszikus hipotézist, miszerint a hipertrófia szükséges kompenzációs mechanizmus a nyomás túlterheléséhez, a szívizom funkciójának in vivo echokardiográfiás elemzésével.

Mód

Mellkasi aorta szalagozás

Hemodinamika és morfológia

11 egérben, amelyet ketaminnal (90 mg/kg IP) és acepromazinnal (1,8 mg/kg IP) altattak, a jobb és a bal nyaki artériákat tettük ki és kanülöztük a Microrenathane csövekből kihúzott finom katéterekkel. A vérnyomást egyidejűleg regisztráltuk mindkét nyaki artériában.

A vizsgálati időszak után a heparinizált (500 E) egerekből a szívet eltávolítottuk, halálos adag pentobarbitállal (150 mg/kg) eutanizáltuk. A szívet és az aorta 1 cm-t (beleértve a szűkületet is) gyorsan kivágták. A szalagkötést eltávolítottuk, és a szívet szárazra foltoztuk, és lemértük. Az adatokat szívtömegként (nem LV tömegként) jelentjük, hogy lehetővé tegyük a myocyták retrográd-perfúziós enzimatikus disszociációját. 21 A miocita 2D-s sziluettjének felületét 10 véletlenszerűen kiválasztott miocita hosszának és szélességének mérésével becsültük meg endokardiummal dúsított és epikardiummal dúsított frakciókból. A jelentett 2D felületünk (hossz × szélesség) egyenesen arányos a henger felületével (2π × sugár × hossz).

Echokardiográfia

A tudatos szedációt 0,2–0,3 mg SC midazolámmal érték el. Az elülső mellkast borotválták, és előmelegített ultrahangos gélt alkalmaztak. A nézeteket olyan síkokban készítették, amelyek közelítették a parasternalis rövidtengelyes nézetet (akkordszint) és az apikális hosszútengelyes nézetet az embereknél. A csúcsot minden egérben láthatóvá tették. Transthoracalis echokardiogramokat 13 MHz-es szondával rögzítettünk egy Sequoia 256 Acuson echokardiográfon 162 képkocka/másodperces képsebességgel.

A diasztolét, amelyet az LV térfogatának a legnagyobb időpontjának jelöltek, mind a rövid, mind a hosszú tengelyű vetületekben azonosították. A rövidtengelyes nézetben az endocardialis és az epicardialis sziluetteket manuálisan követték nyomon a „front edge – to front edge” egyezmény alkalmazásával. Az általunk kapott akkordszintű rövidtengelyes nézetekben a papilláris izmokat nem tettük láthatóvá. A hosszú tengelyű vetületben az LV hosszát mind az endocardialis, mind az epicardialis felületeken úgy mértük, hogy a szívcsúcs minden egyes helyétől a mitralis szelep síkjának közepéig mérünk. Az LV tömegét és térfogatait a terület hosszának módszerével számoltuk. A pulzusszámot a mitrális beáramlás Doppler-impulzus-hullámának ciklushosszának mérésével határoztuk meg.

2D echokardiográfiai képszerzés és kamrai mérések érvényességét külön, 6 (2-6 hónapos) egérből álló csoportban vizsgáltuk. Az echokardiográfiai vizsgálat után az állatokat eutanizálták, a bal kamrákat feldarabolták, szárazra blottolták és lemérték.

Statisztikai módszerek

A kalcineurin gátlás nem akadályozza meg a hipertrófiát a nyomás túlterhelésének minden modelljében. A kalcineurin gátlásának a nyomás-túlterhelés hipertrófiájára gyakorolt hatásaival kapcsolatban eddig 6 teljes jelentés (beleértve ezt a munkát is) és 2 levél jelent meg: 3 csoport a hipertrófia mély gátlásáról számolt be (ez a munka és a 7. és 9. hivatkozás), 3 jelentés nem. 20 23 24 és 2 közbenső választ észlel. 8 19 A 3 pozitív vizsgálatot különböző fajokon (Sprague-Dawley 7 és Wistar 9 patkányok és C57Bl6 egerek [ez a jelentés]) különféle műveleteknek vetették alá (suprarenalis aorta szalagozás 7 9 és TAB [ez a jelentés]).

Az ellentmondó megállapítások okai nem világosak. A közzétett jelentések közötti technikai különbségek jelentősek a faj, a törzs, az életkor, a műtéti eljárás, valamint a CsA beadásának időzítése, adagolása és beadási módja szempontjából. Egyes csoportok megnövekedett mortalitást jelentettek a CsA-val kezelt egerekben, 7 8 19 23, és lehetséges, hogy a CsA-kezeléssel túlélők kiválasztása előnyben részesítheti a viszonylag nagyobb szívméretű állatokat. Fontos a sebészeti technika is 25; például a suprarenalis aorta sávozás a plazma megnövekedett renin aktivitásával jár, ellentétben a felemelkedő aorta sávozásával. Az aktivált T-sejtek nukleáris faktora (NFAT) transzlokációja a sejtmagba átmeneti, 13 és a kalcineurin-gátlás megindításának időzítése döntő lehet.

Zhang és mtsai 19 a testtömegre és a nyomásgradiensre (LVW/BW/gradiens) normalizált LV tömegről számolnak be, azzal érvelve, hogy ez utóbbi tényező okozza a hipertrófia kisebb ingerének lehetséges hatását. Vizsgálatunk során az altatott egerek egyidejű carotis nyomásmérése hasonló transzszenotikus nyomásgradienseket tárt fel a TAB + Veh és TAB + CsA egerekben. Ezt a megállapítást kiterjesztették a tudatos, nyugtatott egerekre is, mivel hasonló szívteljesítményt mértünk a TAB + Veh és a TAB + CsA egerekben, jelezve, hogy a nyomásgradiensek (amelyek fix szívszűkület jelenlétében változnak, mint a szívteljesítmény négyzete) hasonlóak . Ding és mtsai 20 az LV kalcineurin aktivitásának 72% -os csökkenéséről számolnak be hipertrófiás szívekben; ennek fényében nem várható jelentős hatás a további kalcineurin-gátlással a CsA alkalmazásával.

A kalcineurin gátlás funkcionális következményei

A kompenzációs hipertrófia feltételezhetően kialakul a túlterhelt kamra ejekciós teljesítményének megkönnyítése érdekében a szisztolés és a diasztolés fal stresszének normalizálásával. Kipróbáltuk ezt az elképzelést azzal, hogy megnövelt feltöltési feltételeket írtunk elő, miközben blokkoltuk a kompenzációs reakciót. A várakozásoknak megfelelően a TAB + Veh-nek alávetett egereknél az LV tömege jelentősen megnőtt, és a szisztolés teljesítmény mértékei megmaradtak. Laplace törvénye alapján azt jósoljuk, hogy a kamrai falfeszültség megemelkedik a TAB + CsA egerekben (emelkedett szisztolés nyomás a kamrai sugár vagy a falvastagság változása nélkül). Ha a hipertrófia szükséges kompenzációs válasz, akkor megjósolhatjuk, hogy a TAB + CsA egereknél LV szisztolés diszfunkció, kamra dilatáció és myocyta megnyúlás alakul ki. Eredményeink azt mutatják, hogy ezek egyike sem fordult elő. 2 hasonló csoport a közelmúltban beszámolt hasonlóan fennmaradt szisztolés funkcióról a nyomás túlterhelése esetén, de hipertrófiás kompenzáció nélkül. 9 10

A szívteljesítmény fenntartása a megnövekedett utóterhelés mellett, de a vég-diasztolés vagy a szisztolés térfogat változása nélkül pozitív inotrop hatást von maga után. A homeometrikus autoregulációt (Anrep-effektust) először 1912-ben írták le 27 28, és számos működő szívmodellben számoltak be róla. 25 29 30 31 32 Megállapításaink összhangban vannak a tartós Anrep-hatással. A hipotézis teszteléséhez további munkára lesz szükség.

Perspektíva

Annak ellenére, hogy az embereknél a kalcineurin aktiválódik szívelégtelenség esetén, problémás a CsA hipertrófia vagy szívelégtelenség kezelésének elképzelése. 35 36 Mindazonáltal adataink alátámasztják azt a hipotézist, miszerint a kalcineurin transzkripciós útvonal aktiválása a nyomás-túlterhelés hipertrófia legalább egy korai elemét közvetíti. Ezenkívül a megállapítások legfőbb következménye, hogy a hipertrófia nem szükséges adaptív válasz az emelkedett szívterhelésre ebben a modellben.

Megjegyzés hozzáadva a Bizonyítékhoz

Bartunek és mtsai 37 kimutatták, hogy az L-NAME infúzióval hipertenzívvé tett patkányok (a nitrogén-oxid szintáz inhibitora, amely szintén elnyomja a fehérjeszintézist) fenntartják a bal kamra szisztolés teljesítményét a hipertrófiás kompenzáció hiánya ellenére.

Ez a cikk csak online ábrát tartalmaz, amely a http://www.circulationaha.org oldalon található

1.ábra. A, A TAB eljárást szemléltető sematikus ábra. B, Egyidejű nyomásfelvétel a jobb és a bal carotisból egy egérben az aorta sávosítása után 1 héttel. C és D, Szívtömeg 5 héten át a mellkasi aorta műtéti koarktációja után egerekben. A szív súlyát a testtömegre (C; HW/BW, mg/g) vagy a sípcsont hosszára (D; HW/T, mg/mm) normalizáljuk TAB + Veh (szilárd szimbólumok) vagy ál-működtetett kontrollok (nyitva) egerekben. szimbólumok). Az elemzett szívek számát a D minden adatpontja mellett feltüntetjük.

2. ábra. A, Elszigetelt kamrai miocita nem operált egérből, bemutatva a hosszúság és szélesség becsléseit. B, 2D myocyta felülete (μm 2), az elemzett szívek számával az egyes oszlopokban. *P

3. ábra. A, CsA hatása a szív hipertrófiájára egerekben TAB után. A szívtömeg normalizálódik a testtömegre (HW/BW, mg/g) azoknál az állatoknál, akik TAB + Veh (♦, ugyanaz, mint az 1C. Ábra) vagy TAB + CsA (□) alá esnek. Az elemzett szívek számát minden adatpont mellett feltüntetjük. B, rövid tengelyű szakaszok a papilláris izmok szintjén a TAB-nak vagy TAB + CsA-nak alávetett szívektől az életkorhoz illeszkedő, nem operált kontrollal szemben. C, A testtömeg az életkor függvényében ábrázolva nem operált kontroll egerekben és TAB + Veh vagy TAB + CsA-val kezelt egerekben.

4. ábra. A bal kamrából enzimatikusan disszociált kamrai miociták A, 2D felülete (μm 2) jelentősen megnövekedett felületet mutat a TAB + Veh (szemben TAB + CsA, ál-működtetett kontrollok, nem operált kontrollok és ál-csA) szívekben. A TAB + CsA-nak alávetett szívektől izolált kardiomiociták B, 2D felülete (endokardiális aspektus, ♦; epikardiális aspektus, ▵) a normalizált szívtömeg (HW/T) függvényében ábrázoltuk a TAB + Veh szívekből származó regressziós vonalakkal ( 2C. Ábra). *P

5. ábra. A, LV tömeg az ábrázolt echokardiogramok alapján számítva, és az LV tömeg. A lineáris regressziós képlet az y= 1,15x−17, R 2 = 0,94. B, Echokardiográfiai LV tömeg és ejekciós frakció (EF) tudatos, nyugtatott egerekben, akiket 3 héten át TAB + Veh vagy TAB + CsA-nak tettek ki, összehasonlítva az életkornak megfelelő, nem operált kontrollokkal. *P

Ezt a munkát a Roy J. Carver Jótékonysági Tröszt, a Veteránügyi Minisztérium, valamint az AHA, a Heartland leányvállalata (mindez Dr Hillnek), valamint az AHA (Dr Weiss) támogatásával támogatta. Hálásan köszönjük Dr. Curt Sigmund és Linda Cadaret támogatását a korai echokardiográfiai kísérletek során, és Milan Sonka támogatását a digitalizált echokardiogramokkal kapcsolatban. Őszintén köszönjük Dr. Donald Heistadnak, Michael Welshnek és Kevin Campbellnek a hasznos tanácsokat és bátorítást.