METABOLISMUS MYOKARDU ISCHEMICKÁ CHOROBA SRDEČNÍ 11. 10. 2017 METABOLISMUS SRDCE  Srdce konzumuje všechny substráty, jejichž hladina v krvi je dostatečné vysoká.  Novorozenci – preferují aerobní glykolýzu, protože volníé mastné kyseliny s dlouhým řetězcem (vysoký obsah v mateřském mléce) potřebují na myelinizaci NS  Zdraví dospělí preferují lipidy jako zdroj energie (nejvyšší energetická výtěžnost)  Dospělí s ischemickou chorobou srdeční – možná je pouze anaerobní glykolýza s tkáňovou podporou mašinérie HIF (ATP)  Dospělí s DM – převaha lipidů, nedostatek cukrů, také ketony;; v případě postižení koronárních cév opět jen anaerobní glykolýza  Pacienty se srdečním selháním – toxické efekty metabolismu cukrů i tuků EPIKARDIÁLNÍ TUKOVÁ TKÁŇ (EAT) Epikardiální část – mezi vnitřním povrchem visverálního listu pleury a vlastním povrchem myokardu (bez fascie-sdílená mikrocirkulace) původ-splanchnopleurický mezoderm – zásoben difúzí z koronárních arterií. Podobný hnědému tuku (vysoká exprese UCP-1 aj.) Výskyt: volná plocha PK, část LK, síní a okolo cév EPIKARDIÁLNÍ TUKOVÁ TKÁŇ Epikardiální část Funkce Tukový depot pro zátěžové situace Pufrační systém pro liperlipidemické situace, které kardiomyocyty špatně tolerují Udržování tepla v myokardu při změnách teploty tělového jádra (vlastnosti hnědého tuku) „Polštář“ pro cévy při rázech pulsové vlny Remodelace cév (pozitivní) EPIKARDIÁLNÍ TUKOVÁ TKÁŇ  Perikardiální složka (parakardiální) – tuk mezi vnějším povrchem parientální listu pleury a stěnou hrudníku – původprimitivní hrudní mezenchym–zásobení z a. mammaria int. PERIVENTRIKULÁRNÍ EAT A DIASTOLICKÁ FUNKCE  Obezita je rizikový faktor pro diastolickou dysfunkci levé komory a je považována za prediktor rozvoje srdečního selhání.  Zvýšený periventrikulární objem EAT je jedním z nejdůležitějších příčin diastolické dysfunkce, což může být spojeno se snížením koronární funkční rezervy (CFR).  Periventrikulární EAT může ovlivňovat relaxaci, ale ne compliance levé komory. EAT A MIKROCIRKULACE KORONÁRNÍHO ŘEČIŠTĚ  EAT je ektopický viscerální tuk, který je v přímém kontaktu s myokardem a koronárními cévami. Jeho akumulace a zejména distribuce je asociována s aterosklerózou koronárních arterií jako další, relativně nezávislý rizikový faktor.  CFR (funkční koronární rezerva) závisí na kombinaci efektů epikardiální koronární rezervy a mikrovaskulární dysfunkce koronárního řečiště. Předpokládá se možnost parakrinního účinku peroventrikulárního EAT na koronární mikrocirkulaci. ZÁNĚT A PLAKY V plakách byl prokázán vyšší obsah Th1 buněk a také vyšší exprese příslušných cytokinů jako IFN-γ. Uvolněním IFN-γ Th1 buňky  zvyšují fragilitu fibrózní čepičky.  zvyšují také trombogenní potenciál plaku  povolávají a aktivují makrofágy  redukují syntézu kolagenu  zvyšují obsah matrix metaloproteináz Prozánětlivé signály jako γ-interferon (Th1 buňky) zhoršují schopnost hladkých svalových buněk (SMC) syntetizovat nový kolagen, který je potřeba pro opravu a udržování extracelulární matrix fibrózní čepičky. Matrix metaloproteinázy, významně regulované prozánětlivými mediátory, silně přispívají k likvidaci intersticiálního kolagenu, což oslabuje fibrózní čepičku a zvyšuje pravděpodobnost její ruptury. Current Cardiology Reports September 2017, 19:84 Ruptura a eroze plaku u akutního srdečního selhání Current Cardiology Reports September 2017, 19:84 ZÁNĚT A PLAKY Zánět se patogeneticky účastní při rozvoji akutního koronárního syndromu (ACS). Dva hlavní mechanismy při rozvoji ACS  ruptura fibrózní čepičky plaku, která způsobuje fatální IM (vyšší stupeň zánětu), a  povrchová eroze intimy (nižší stupeň zánětu) Tloušťka fibrózní čepičky ≈ 60 to 70 μm. Current Cardiology Reports September 2017, 19:84 ZÁNĚT A PLAKY Hlavním rysem ACS je dysregulace získané imunity  Abnormality subpopulací CD4+helper T-buněk jsou asi u poloviny pacientů s ACS asociovány se zhoršenou prognózou, zejména u pacientů s diabetes mellitus.  Subpopulace CD4+CD28null T-buněk má  Zvýšenou odolnost vůči apoptóze  Prozánětlivé vlastnosti (zvýšená produkce IFN-γ a TNF-α), silně asociované s ACS;  CD4+CD28null T-buňky jsou přítomny zejména u nálezů nestabilní anginy pectoris s rupturou Nerovnováha v imunitních mechanismech může přispívat k destabilizaci plaku jako jeden z nejdůležitějších faktorů Current Cardiology Reports September 2017, 19:84 ZÁNĚT A PLAKY  Th17 buňky jsou charakterizovány expresí rozdílného transkripčního faktoru (retinoid-related orphan receptor, ROR-γt) a produkcí cytokinu Il-17.  IL-17 je zřejmě proaterogenní. Zvýšení počtu buněk Th17 a zvýšená exprese asociovaných cytokinů (IL-17, IL-21 a IL-23) byly popsány v aterosklerotických lezích karotických arterií a opět byly asociovány s progresí lézí a vulnerabilitou plaků. Current Cardiology Reports September 2017, 19:84 ZÁNĚT A PLAKY  Th17 buňky mají rysy, které se překrývají s inducibilními Tregs (T buňky produkující IL-17/IL-10) a s Th1 (T – buňky produkující IL- 17/IFNγ)  Role Treg v patogeneze aterosklerózy je dobře známá. Tato subpopulaceT-buněk inhibuje rozvoj i progresi aterosklerózy supresí efektorové odpovědi T-buněk. ACS patienti mají  nízké hladiny cirkulujících Treg,  redukovanou supresivní funkci Treg a  zvýšenou vnímavost Treg k apoptóze. Current Cardiology Reports September 2017, 19:84 Role zánětu při rozvoji srdečního selhání a nestability plaku Current Cardiology Reports September 2017, 19:84 ZÁNĚT A SRDEČNÍ SELHÁNÍ  Dysregulace autofagie a následná akumulace volných kyslíkových radikálů (ROS), což vede k aktivaci signálních cest Toll-like receptorů (TLR-s).  Zvláště porucha autofagie u dysfunkčních mitochondrií(mitophagie) může vést k uvolnění DAMPs, důležitých podporovatelů zánětu Current Cardiology Reports September 2017, 19:84 ZÁNĚT A SRDEČNÍ SELHÁNÍ  Mitochondriální DNA (mtDNA) se může z postižených buněk uvolnit do cirkulace (sekundární proces problému s mitofagií) a může být rozpoznána TLR9 neutrofilů, což povede k následné produkci prozánětlivých cytokinů (TNF-α, IL-1β a IL-6).  Oxidovaná mtDNA může aktivovat NLRP3 inflamasom, klíčový prvek v zánětlivé odpovědi u akutního koronárního syndromu a akutního srdečního selhání. Current Cardiology Reports September 2017, 19:84 DAMPS, PAMPS A AKTIVACE TLR-4 SIGNÁLNÍ CESTY  Toll-like receptor 4 (TLR4) hraje zásadní roli v rozvoji aterosklerózy prostřednictvím aktivace kinázy asociované s interleukin-1 receptorem a aktivací transkripce nuclear factor-κB (NF-κB), což vede k expresi prozánětlivých genů. TLR-4 signalizace vede také ke zvýšené tvorbě pěnových buněk a aktivaci matrix metaloproteináz s následnou destabilizací plaku.  Podobnou roli hraje TLR-4 i v progresi chronického srdečního selhání. Current Cardiology Reports September 2017, 19:84 DAMPS, PAMPS A AKTIVACE TLR-4 SIGNÁLNÍ CESTY  TLRs rozpoznávají specifické ligandy, damage-associated molecular patterns (DAMPs) a pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) pocházející z poškozených buněk a z patogenů. Během srdečního stresu (ischémie, hypertenze, metabolický syndrom) dochází k uvolnění DAMPs z kardiomyocytů - highmobility group box 1 (HMGB1)and heat shock protein 60 (HSP 60).  PAMPs také mohou stimulovat aktivaci TLRs signalizace, což se děje při rozvoji srdečního selhání z virové myokarditidy.  Vysoké hladiny doses LPS indukují produkci prozánětlivých cytokinů v makrofázích prostřednictvím aktivace TLR-4, nuclear factor κB, a NOD-like receptor family pyrin domain–containing protein 3 (NLRP3) inflammasome, což může vést k dysfunkci levé komory. Current Cardiology Reports September 2017, 19:84 RŮZNÉ LINIE MAKROFÁGŮ JAKO PROTAGONISTŮ PROBÍHAJÍCÍHO ZÁNĚTU U SRDEČNÍHO SELHÁNÍ A ÚČAST NLRP-3 INFLAMASOMU  Celkový počet makrofágů u srdečního selhání roste dvěma cestami  Povolávání monocytů pomocí C-C chemokinového receptoru 2 (CCR2)  Místní proliferací rezidentních makrofágů . Rezidentní makrofágy zvýšeně exprimují reparativní geny; CCR2+ makrofágy zvýšeně exprimují prozánětlivé geny v NOD-like receptor family pyrin domain–containing protein 3 (NLRP3) inflammasome pathway. Tento aktivovaný inflamasom je mocným mediátorem imunitní odpovědi aktivací IL-1β a IL-18 kaspázou -1. NLRP3 inflamasom může prostřednictvím kaspázy -1 indukovat také pyroptózu, což vede ke ztrátě kardiomyocytů a k redukci kontraktilní rezervy srdce, a tedy k progresi srdečního selhání.  Pyroptóza je vysoce zánětlivá forma programované buněčné smrti, mkterá se objevuje při infekcích intracelulárními patogeny a je zřejmě součástí antimikrobiální odpovědi organismu. RŮZNÉ LINIE MAKROFÁGŮ JAKO PROTAGONISTŮ PROBÍHAJÍCÍHO ZÁNĚTU U SRDEČNÍHO SELHÁNÍ A ÚČAST NLRP-3 INFLAMASOMU  Iniciace pyroptózy v makrofázích může být způsobena rozpoznáním PAMPs prostřednictvím NOD-like receptors (NLRs) např. při virové myokarditidě nebo prostřednictvím lipopolysacharidů (LPS) uvolněných střevní mikroflórou u metabolického syndromu při rozvoji srdečního selhání.  U diabetické kardiomyopatie závisí aktivace inflamasomu na produkci ROS v důsledku mitochondriální dysfunkce, což vede ke zvýšené vnímavosti vůči rozvoji aterosklerózy, dyslipidémie, hypertenze a protrombotického stavu.  Finally, another contribution to the establishment of heart failure comes from the profibrotic pathways elicited by recruited cardiac macrophages, which play a pivotal role in the transdifferentiation of fibroblasts to myofibroblasts through expression of transforming growth factor (TGF)-β. Also in this setting, NLRP3 was found to represent a key element through regulation of mitochondrial ROS (mROS) production and Smad signaling, ultimately leading to profibrotic gene expression. Current Cardiology Reports September 2017, 19:84 Role PAMPs v prozánětlivém aterosklerotickém programu Current Cardiology Reports September 2017, 19:84 ISCHEMICKÁ CHOROBA SRDEČNÍ  Je onemocnění způsobené nerovnováhou mezi krevním zásobením myokardu (průtokem) a jeho energetickými požadavky. Redukce koronárního průtoku je ve vztahu k progresivní ateroskleróze se stupňující se okluzí koronárních arterií. Koronární průtok dále klesá v důsledku vazospazmu, trombózy nebo cirkulačních změn vedoucích k hypoperfúzi. KORONÁRNÍ PRŮTOK  Závisí na tlakovém rozdílu mezi aortálním diastolickým tlakem a tlakem v levé síni. Během systoly je koronární průtok redukován, především pro Venturiho efekty na koronárních vstupech a pro kompresi intramuskulárních arterií během kontrakce srdečních komor. FAKTORY REDUKUJÍCÍ KORONÁRNÍ PRŮTOK  Snížený diastolický tlak v aortě  Zvýšený intraventrikulární tlak a kontrakce myokardu  Stenóza koronárních arterií (fixovaná koronární stenóza, akutní změna plaky-ruptura, hemoragie), trombóza, vazokonstrikce)  Stenóza a regurgitace aortální chlopně  Zvýšený tlak v pravé síni ROZVOJ ATEROSKLERÓZY  Iniciace  Zánět  Tvorba fibrózní čepičky  Ruptura plaku  Thrombóza FUNKČNÍ ENDOTEL  Konstantní převaha dazodilatace  Antiadhezivní stav (NO, PGI2)  Konstantní lokální antikoagulační a fibrinolytický stav (nárůst AT III, proteinu C, proteinu S, tPA, PAI-1) PŘÍČINY ENDIOTELIÁLNÍ DYSFUNKCE  Modifikace LDL (oxidace, glykace, tvorba imunních komplexů)  Exprese adhezivních molekul  Uvolnění cytokinů (atrakce a migrace prozánětlivých buněk do subendoteliálního prostoru  Protrombotický fenotyp dysfunkčního endotelu „RESPONSE-TO-RETENTION“ MODEL ATEROGENEZE  Aterogeneza je iniciována fokální retencí ApoB na molekulách subendoteliální matrix, zvláště na proteoglykanech.  Adherované lipoproteiny jsou modifikovány(zvláště agregací a oxidací), což vede k maladaptivní zánětlivé odpovědi. Do subendoteliálního prostoru vstupují monocyty, diferencují se na makrofágy a fagocytují adherované a modifikované lipoproteiny. Stávají se pěnovými buňkami. Vytvářejí tukové proužky a společně s T-lymfocyty, mastocyty a dalšími buňkami udržují zánětlivou reakci. Proces se akceleruje dalšími lipoproteiny, které vstupují do cévní stěny.  Do intimy podle vlivem prozánětlivého milieu (cytokiny) migrují hladké svalové buňky a produkují fibrózní čepičku (kolagen), což je zřejmě maladaptivní remodelující odpověď cevní stěny na poškození. „RESPONSE-TO-RETENTION“ MODEL OF ATHEROGENESIS  Uvolnění cytokinů (platelet-derived growth factor a transforming growth factor-β (TGF-β) z monocytů, makrofágů a poškozených endoteliálních buněk podporuje další akumulaci makrofágů a migraci a proliferaci hladkých svalových buněk.  Během progrese procesu se objevují lokální nekrotické léze s mrtvými makrofágy. V těchto lezích se akumuluje extracelulární debris, krystaly cholesterolu, proteázy a protrombogenní materiál. To vede k ztenčení fibrózní čepičky, její erozi, ruptuře plaku a rozvoji akutní cévní příhody (MI, cévní mozková příhoda). Průřez normální cévoul Stabilní angina pectoris Nestabilní angina pectoris Infarkt myokardu Sníženýkrevníprůtok ISCHÉMIE MYOKARDU  Deplece adenosin trifosfátu (ATP) a jiných vysoce energetických fosfátů v důsledku přepojení metabolismu na anaerobní glykolýzu. Kontraktilita postižena během 60 s.  Deplece ATP vede ke: snížené relaxaci myofilament, depleci glykogenu, poruchám iontové rovnováhy a otoku buněk. MYOCARDIAL ISCHEMIA  Nevertheless, these effects can be reversed and normal myocyte contractile function restored if the duration of ischemia is sufficiently brief (generally considered to be less than 20 min of severe ischemia).  If the ischemia is prolonged, irreversible injury will develop, which is characterized by damage and/or disruption of the myocyte sarcolemmal membrane.  Plasma membrane damage leads to loss of osmotic balance and the leakage of cellular metabolites into the extracellular space.  Damage to the mitochondrial membranes compromises the cell's ability to generate ATP upon reperfusion, as well as results in release of mitochondrial proteins that can directly stimulate the apoptotic cell death pathway.  Disruption of lysosomal membranes is especially dire, as this can lead to the release of degradative enzymes capable of digesting essentially all cellular constituents, invariably leading to cellular necrosis. AKUTNÍ ISCHÉMIE MYOKARDU  Indukuje rychlý nárůst(10 min) cirkulující glukózy, laktátu, glutaminu, glycinu, glycerolu, fenylalaninu tyrosinu a fosfoetanolaminu; pokles látek obsahujích cholin a triacylglycerolů, změny podílu celkových, esterifikovaných a neesterifikovaných mastných kyselin. Kreatin se zvyšuje za dvě hodiny od začátku ischémie. BUNĚČNÁ SMRT INDUKOVANÁ ISCHÉMIÍ/ REPERFÚZÍ  Počet kardiomyocytů se během ischémie snižuje nekrózou i apoptózou.  Nedávno byla definována i tzv. nekroptóza jako “programovaná nekróza během ischémie/ reperfúze“. HOMEOSTÁZA KALCIA V MYOCYTECH  Ztráta myocytární kalciové homeostázy má za následek buněčné změny, které predisponují myocyt k irreverzibilnímu poškození.  Přetížení mitochondrií kalciem vede ke změně mitochondriální permeability (MPT), což je stresová odpověď , kdy dochází k otevření pórů s vysokou vodivostí na vnitřní mitochondriální membráně . To povede k aktivaci apoptózy a aktivaci četných intracelulárních degradačních enzymů, schopných poškodit buněčné struktury a navodit buněčnou smrt (fosfolipázy, proteázy a endonukleázy). Aktivace fosfolipáz povede k poškození buněčných membrán, porušení osmotických rovnováh mezi extra - a intracelulárním prostředním včetně nerovnováhy iontové a k uvolnění lysosomálních enzymů do cyoplasmy. Příčiny a konsekvence iontové nerovnováhy během ischémie. Ischémie má za následek přerušení aerobní glykolýzy a přepnutí na anaerobní metabolismus, což vede k buněčné i tkáňové acidóze (laktát). Akumulace intracelulárního H+ stimuluje NHE s následnou akumulací intracelulárního Na+. Ta stimuluje reverzní aktivitu NCX, což vede k akumulaci intracelulárního Ca2+. Pokud je ischémie dlouhodobější, vytváří se intracelulární přetížení Ca2+, což vede k aktivaci degradačních enzymů (tj. proteáz, fosfolipáz a endonukleáz)a ke zvýšení mitochondriální permeability (MPT) a ke smrti kardiomyocytu. NHE, Na+/H+ exchanger; NCX, Na+/Ca2+ exchanger; MPT, mitochondrial permeability transition. Adam J. Perricone , Richard S. Vander Heide Novel therapeutic strategies for ischemic heart disease Pharmacol Res. 2014 Nov;89:36-45. METABOLISM SRDCE V ISCHEMICKÝCH PODMÍNKÁCH Pokles β-oxidace MK Nárůst anaerobní glykolýzy Nárůst laktátu Pokles zásob glykogenu NEMOC KORONÁRNÍCH ARTERIÍ (CAD)  Multifaktoriální etiologie, časté rizikové faktory  Neovlivnitelné: genetika, epigenetika, věk, pohlaví, rasa, rodinná anamnéza, nízký socioekonomicky status (?)  Ovlivnitelné: celkový cholesterol, kouření, diabetes mellitus, hypertenze, životní styl  Existují ale i pacienti s CAD bez těchto rizikových faktorů. AKUTNÍ A CHRONICKÁ ISCHEMICKÁ CHOROBA SRDEČNÍ  Akutní koronární syndrom – obecně se vztahuje k nestabilní angině pectoris s rizikem rozvoje IM  Stabilní angina pectoris – bolest na hrudníku během fyzické aktivity  Nestabilní angina pectoris – bolest na hrudníku v klidových podmínkách  Prinzmetalova angina pectoris – bolest na hrudníku vyvolaná spasmy koronárních arterií (ateroskleroticky postižených) Vztahy mezi stavem koronárních arterií a klinickým syndromem ISCHEMICKÁ KARDIOMYOPATIE  Onemocnění vzniká na základě vážné koronární aterosklerózy, která postihuje všechny velké koronární cévy. Cévní zásobení myocytů je tak neadekvátní, že vede ke ztráze myocytů, které jsou více či méně nahrazovány vazivem (srdeční fibróza). Někdy se rozvíjí excentrická hypertrofie. Srdce se stává zvýšeně poddajné (diastolická dysfunkce), což vede až k jeho dilataci (2-3x větší). Vysoká úmrnost na srdeční selhání. INFARKT MYOKARDU  Klinické příznaky:  Bolest, anginózní po cvičení. Rychlý nástup v klidových podmínkách, několik hodin. Intenzita bolesti osciluje, ve 20% nepřítomna („tichý“ IM, zejména u diabetiků a starších jedinců)  Aktivace vegetativního NS: pocení, nausea, zvracení, únava, neklid,  Pacienti jsou bledí, šedí, zpocení  Sinusová tachykardie (= aktivace sympatiku)  Lehká horečka (do 38°C) během prvních 5 dnů DIAGNOSTIKA IM Alespoň dva příznaky přítomny: Typická bolest na hrudníku Odpovídající změny na EKG Nárůst srdečních biomarkerů MI Signs on ECG Q wave, ST elevation, T wave inversion Infarkt myokardu na EKG SRDEČNÍ BIOMARKERY Jiné markery akutního koronárního syndromu PŘÍZNAKY IM Akutní IM má unikátní individuální průběh. Příznaky od žádných až po náhlou srdeční smrt. Bezpříznakoví pacienti častěji diabetici  Bolest na hrudníku se popisuje jako pocit tlaku nebo plnosti nebo zvukových fenoménů ve střední části hrudníku  Iradiace bolesti do zubů, ramene, paže nebo zad  Dyspnoe nebo pocit krácení dechu  Dyskomfort v oblasti nadbřišku s nauzeou nebo zvracením  Pocení  Synkopa  Postižení kognitivních funkcí bez jiné příčiny Objevuje se kdykoli během dne dle typu (sova, skřivan) INFARKT MYOKARDU  Patogeneza:  Okluzivní intrakoronární trombus – v 90% transmurálních infarktů  Vazospazmus – na podkladě koronární aterosklerózy nebo bez ní, možné asociace s agregací destiček  Embolizace- z levostranné nástěnné trombózy, vegetativní endokarditidy nebo paradoxními emboly z pravé strany srdce při persistujícím foramen ovale. INFARKT MYOKARDU - TYPY  Transmurální infarkt – postihuje celou tloušťku levé komory od endokardu k epikardu, obvykle na přední a zadní stěně a v septu, s extenzí do pravé komory v 15-30% případů. Izolované infarkty pravé komory a pravé síně jsou extrémně vzácné.  Subendokardiální infarkt – multifokální oblasti nekrózy do1/3 až poloviny tloušťky stěny zevnitř (subendokardiálně). Nevede ke stejným projevům jako transmurální infarkt. PATOFYZIOLOGIE IM  Závažnost záleží na třech faktorech  Poloha okluze v koronární arterii,  Trvání okluze  Přítomnost či nepřítomnost otevřeného kolaterálního řečiště. Čím je okluze bližší aortě, tím větší masa myokardu je ohrožena ischémií až nekrózou. Čím je větší rozsah poškození, tím je větší riziko smrti, protože srdce je ohroženo selháním jako pumpy. Čas podporuje rozvoj irreverzibilních změn distálně od okluze. STEMI (=„MI with ST elevation“) je obvykle výsledkem kompletní koronární oklue po prasknutí plaky. Nejčastěji navazuje na rupturu plaky, která uzavírala více než 50% průsvitu cévy. NSTEMI (= „MI without ST-elevation“) je obvykle asociována s rupturou plaky, která uzavírala méně než 50% průsvitu cévy. Vyšší časná mortalita u STEMI, mortalita po roce už vyrovnaná. DÍKY ZA POZORNOST