Title: Remodelace myokardu a c
1Remodelace myokardu a cévní steny za
patofyziologických stavu. Metabolismus myokardu
za patologických stavu
2Srdce a jeho mechanický stav
- Mechanický stav srdce muže ovlivnovat srdecní
frekvenci a rytmus. Napetí myokardu vyvolává
okamžité i dlouhodobé odpovedi, které vedou až k
arytmiím. - Akutní mechanické napetí reverzibilne
depolarizuje bunecnou membránu a zkracuje akcní
potenciál. To je dáno aktivací mechanosenzitivních
iontových kanálu (selektivní K, selektivní Cl-,
neselektivní a ATP-senzitivní K kanály,
neselektivní Na, neselektivní Ca2). - Chronický stres aktivuje v srdci genovou expresi
v kardiomyocytech i nonmyocytech. Signální
transdukce ANF a rustových faktoru iniciuje
remodelacní proces, který vede k hypertrofii a na
druhé strane zvyšuje tendenci k arytmiím zvýšením
senzitivity neselektivních iontových kanálu na
napetí ve stene myokardu.
3(No Transcript)
4Schematický diagram zmen indukovaných akutním a
chronickým napetím na srdci, které mohou vést k
arytmiím
5Zvýšené diastolické napetí steny levé komory
Produkce TNFalfa v myokardu
Dysfunkce a dilatace levé komory
6Podrodiny mitogenem aktivovaných protein kináz
(MAPK) v kardiovaskulárním systému
7Remodelace myokardu
- Hypertrofie kardiomyocytu
- Migrace a proliferace fibroblastu
- Zmeny v rozsahu a složení extracelulární matrix v
srdci. - Fibrotická remodelace zahrnuje zvýšenou expresi
matrix metaloproteináz a humorálních faktoru
(transforming growth faktor TGF-ß, angiotenzin
II, endotelin-1 a tumor necrosis faktor-a).
8Srdecní fibróza
- Depozice zesítovaného kolagenu je ve zdravém
dospelém srdci velmi nízká. - S vekem jeho obsah stoupá, což odpovídá menší
roztažnosti tkáne. - V nemocných srdcích ( srdecní hypertrofie,
srdecní selhání, infarkt myokardu) se depozice
kolagenu dramaticky zvyšuje. - Dva typy fibrózy
- (1) reparacní fibróza (disperzní)
- (2) reaktivní fibróza (vzniká ve vztahu ke
kapilárám, pak se rozptyluje v myokardu. - Fibroblasty jsou senzitivní na cirkulující
hormony,které ovlivnují jejich proliferativní
odpoved na patologické stimuly.
9Srdecní bunky
- Myocyty predstavují 75 tkáne normálního
myokardu, ale jen 3040 celkového poctu bunek
v srdci. - Vetšina nonmyocytu jsou fibroblasty, v menší míre
endoteliální bunky, hladké svalové bunky aj.. - Každý kardiomyocyt má ve zdravém myokardu poblíž
svého fibroblasta. Pri patologických stavech se
casto rozvíjí fibróza (ischemická choroba
srdecní, revmatická choroba, hypertrofie,
infarkt). - Fibroblasty mají zachovaný proliferacní potenciál
ve zdravém srdci dospelého cloveka (na rozdíl od
myocytu).
10Fibroblasty
- Fibroblasty jsou principiálne pohyblivé bunky,
které obsahují aktin (hlavne a-aktin hladkých
svalových bunek) a myozin. - jsou pleiomorfní a jejich obsah aktinu a myozinu
a jejich usporádání jsou ovlivneny okolními
podmínkami, zejména mechanickými. Funkce - sentinelové bunky, které fungují jako lokální
imunitní modulátory. - Ovlivnují srdecní elektrofyziologii.
- Další funkce pravdepodobné
-
11Puvod srdecních fibroblastu
- Mezenchymální bunky, z nichž vznikají srdecní
fibroblasty, mají dvojí puvod. - (1) z proepikardiálního orgánu a
- (2) z epiteliálne mesenchymální transformace v
prubehu tvorby chlopní. - Jiné zdroje problematické z hlediska jejich
relevance pro zdravý myokard (vyvíjející se
kostní dren, neuronální lišta, diferenciace z
cévních sten, z cirkulujících progenitorových
bunek..). - Obsah fibroblastu se zvyšuje behem normálního
vývoje i s vekem.
12Strukturální a funkcní charakteristika srdecních
fibroblastu
- Podílí se na strukturálních, biochemických,
mechanických a elektrických vlastnostech
myokardu. - Jsou tradicne definovány jako bunky mezenchymu,
které produkují intersticiální kolagen (oproti
myocytum , které produkují kolagen typu IV jako
cást své bazální membrány, fibroblasty produkují
také kolagen typu typu I, III a VI).
13Parakrinní efekty behem remodelace
- Angiotenzin II, TGF-ß a tumour necrosis factor-a
se úcastní autokrinní a parakrinní regulace
hypertrofie, porliferace fibroblastu obrat
proteinu ECM. - Angiotensin II dále stimuluje exprese
kolagenových genu a syntézu kolagenu a redukuje
degradaci kolagenu (snížením aktivity
metaloproteináz v srdecních fibroblastech - Endotelin-1 indukuje hypertrofii myocytu a
stimuluje syntézu kooagenu. - Remodelace myokardu je ovlivnena také chronickou
adrenergní stimulací. - Statiny inhibují proliferaci fibroblastu.
14Transkripcní regulace genu kolagenu I TGF-beta
- Transforming growth faktor (TGF-beta je
klícovým regulátorem remodelace extracelulární
matrix. - Dve komplementární cesty, které vedou k
- redukci degradace ECM
- stimulaci akumulace matrix
- Duležité pro pochopení vzniku a rozvoje
fibrotických stavu.
15TGF- signální transdukce
16Transkripcní regulace genu kolagenu typu I
prostrednictvím TNF-alfa
-
- Tumor necrosis faktor alfa (TNF-alfa), uvolnovaný
aktivovanými makrofágy, hraje klícovou roli v
zánetlivých procesech (rheumatoidní arthritida a
osteoartritida). - Degradace ECM je klícovým krokem techto stavu a
duležitou složkou morfogenezy, organogenezy a
tkánové remodelace.
17TNFalfa - signální transdukce
18Matricelulární proteiny
- Jsou proteiny extracelulární matrix, které
modulují interakce mezi bunkami a matrix a nemají
zrejme prímou strukturální roli - Jejich rodina zahrnuje tenascin-C (TN-C),
tenascin-X (TN-X), osteonektin, osteopontin,
trombospondin-1 (TSP1) a trombospondin-2 (TSP2). - Jejich exprese je vysoká behem embryogeneze, ale
témer chybí behem normálního postnatálního
života. - Objevuje se znovu jako odpoved na poškození.
19Remodelace pri hypertrofii
- charakterizována
- Nárustem velikosti kardiomyocytu
- Vyšší syntézou proteinu
- Vyšší organizací sarkomery
- Reaktivací nekterých fetálních genu.
- Celý tento strukturální proces zahájen signálními
kaskádami, které reagují na - Zvýšenou pracovní zátež myokardu
- Poškození myokardu
20Remodelace pri hypertrofii
- Tato strukturální remodelace je adaptivní
odpovedí, která má zajistit - normální tenzi steny myokardu
- srdecní výdej
- Déletrvající hypertrofie je maladaptacním
procesem a vede k - zvýšenému riziku arytmií
- rozvoji srdecního selhání
- Rozdíl mezi kompenzacní a maladaptivní
hypertrofií je v tom, že pouze maladaptivní vede
k srdecnímu selhání - U kompenzacní hypetrofie (navozené
cvicením-atleti) nikdy nedochází k velkému
zesílení steny myokardu a není prítomna fibróza. - V soucasnosti se nedá ríci, zda kompenzacní
hypetrofie vždy prechází po delší dobe v
maladaptacní nebo zda je v urcitých prípadech
hypertrofie maladaptacní od samého zacátku.
21Remodelace pri hypertrofii
- Zvýšené riziko fatálních ventrikulárních arytmií
- Príciny
- Alterace délky akcního potenciálu
- Porucha metabolismu kalcia v myokardu
- Re-entry kruhy v oblastech s pomalým nehomogenním
vedením - Blokády.
- Alterace vedení od bunky bunce dáno zrejme
zmeneným expresním profilem a typem gap
junctions.
22Hypertrofická remodelace- gap junctions
- Gap junctions obvykle v interkalátních discích,
cetné gap junction kanály. - Kanály jsou tvoreny gap junction proteiny
(konexiny) - 6 konexinu vytvárí interakcí konexon (hemikanál)
na povrchu jedné bunky, který leží naproti
konexonu sousední bunky a tak spolecne tvorí
intercelulární kanál. - V kardiomyocytech se exprimují produkty 3
konexinových genu, konexinu43 (Cx43), 40 (Cx40) a
45 (Cx45). - V komorách predominantní Cx43, exprimuje se ve
velkých koncentracích ve všech bunkách pracovního
myokardu a u cloveka i v celém prevodním systému. - Cx40 a Cx45 jsou prítomny predevším v komorovém
prevodním systému.
23Hypertrofická remodelace-konexiny
- Pri maladaptacní hypertrofii dochází k poruše gap
junctions intersticiální fibrózou. - Behem iniciální fáze hypertrofie dochází zrejme
k upregulaci konexinu. - Konexiny jsou zrejme down regulovány behem
prolongované hypertrofie, která prechází v
srdecní selhání. - O presných mechanismech, které rídí expresi
konexinu behem hypertrofie se v soucasné dobe
málo ví.
24Úloha sodíku
- Zmeny v intracelulárních hladinách Na, Nai
mohou mít velký úcinek na kontraktilní funkci
prostrednictvím modulace výmeníku Na/Ca. - U srdecního selhání se upregulace tohoto Na/Ca
exchangeru považuje za mechanismus ke kompenzaci
zpomaleného vychytávání Ca2 z cytoplasmy, které
je zpusobeno defektní funkcí pumpy SERCA2a.
25Patologická hypertrofie myokardu
26Normal heart (cross section)
Koncentrická hypertrofie levé komory.
27Normal heart (cross section)
Excentrická hypertrofie levé komory
28Remodelace srdce po IM
- Rozsah akutního infarktu ( pocet mrtvých
kardiomyocytu) je rozhodující pro remodelaci levé
srdecní komory a pro riziko srdecního selhání. - Pro chronický stav po infarktu existují další
rizika - Pozdní kardiomyocytární smrt
- Hypertrofie
- Fibróza
- Úcast apoptózy (byla detekována ve všech stadiích
IM)
29Remodelace myokardu po IM
- Behem hojení IM se uplatnuje proces srdecní
remodelace - Casná remodelace zahrnuje tvorbu jizvy
- Komorová remodelace ovlivnuje zejména viabilní
nepostižený myokard se zvlášte hlubokými vlivy na
extracelulární matrix. - Velký vliv oxidacního stresu. Vliv ROS (volné
kyslíkové radikály) muže být prínosný i
poškozující podle koncentrace, místa produkce a
celkového redox stavu bunky. ROS mohou být
produkovány všemi srdecními bunkami. - Za patofyziologických podmínek mohou být velkými
metabolickými zdroji ROS mitochondrie xantin
oxidáza a nefagocytující NADPH oxidázy.
30Remodelace srdce po infarktu-pozdní fáze
- Behem subakutní fáze IM se zvyšuje proliferace
nonmyocytárních bunecných populací v závislosti
na proliferaci a infiltraci. Tyto bunky ovlivnují
postinfarktovou remodelaci prostrednictvím
syntézy extracelulární matrix a sekrecí cytokinu
i parakrinních faktoru, které dále ovlivnují
všechny prítomné populace bunek. - Prespocetné nonmyocytární bunky jsou v pozdejších
fázích odstraneny apoptózou.
31(No Transcript)
32Sínový myokard behem fibrilace síní.
- Zmeny sínového myokardu behem atriální fibrilace
v rámci strukturální remodelace - Zvýšený objem kardiomyocytu
- Ztráta sarkomer
- Akumulace glykogenu
- Abnormality mitochondrií
- U atriální fibrilace dochází zrejme ke kombinaci
príznaku degenerace a príznaku odpovídajícím
fetálnímu fenotypu, se snahou o dediferenciaci
kardiomyocytu.
33Remodelace cévní steny
- Je zmena kalibru cévy, obvykle s malou nebo
žádnou zmenou v celkové hmotnosti tkáne. - Jemný pohyb tkáne smerem k a od lumen, který
snižuje nebo zvyšuje prusvit cévy - Pri redukci obvodu cévy bez rozšírení intimy je
možno pripsat redukci prusvitu cévy konstriktivní
remodelaci.
34Remodelace cévní steny
- Je fyziologický a patofyziologický proces v rámci
dynamiky cévní steny. - Pri zvetšení aterosklerotického plaku dochází i
ke zvetšení prurezu cévy. - Ke zúžení lumen však dochází jen pri prekrocení
remodelacních schopností cévy. - Redukce prutoku cévou je doprovázena konstrikcní
remodelací cévy.
35Remodelace cévní steny
-
- Jedná se o primárne fyziologický proces, který
cévy používají k udržení adekvátního lumen jako
odpovedi na zmeny prutoku. - Pri remodelaci za fyziologických stavu (redukce
prutoku v arteriální cirkulaci po narození) lze
dosáhnout velkých zmen v kalibru cév
koordinovanou proliferací a zánikem bunek médie.
Takový koordinovaný proces muže efektivne
svraštovat nebo naopak zvetšovat vrstvu médie,
což vede k negativní nebo pozitivní remodelaci,
nebo dokonce k okluzi dané cévy. - Není dosud jisté, zda remodelace primárne zacíná
v médii nebo adventicii poškozených cév, nebo zda
proces probíhá jako kombinace deju v obou
vrstvách cévní steny.
36Remodelace cévní steny
-
- Pri casné ateroskleróze dochází k dilataci
postižených cév v odpovedi na zvýšenou tlouštku
intimy. Tato iniciální dilatace se muže podobat
remodelaci po fyziologických zmenách v prutoku
cév. - Pri pokrocilé ateroskleróze se prusvit remodeluje
neadekvátne. Skutecným cílem angioplastiky je
proto zabránit cévám v hojení a v jejich
opetovném nastavení na nevhodný kalibr po
dilataci. - Nesklerotické cévy se mohou dostatecne
remodelovat a tvorit extenzivní množství intimy.
37Remodelace cévní steny
- Velká reakce na poškození arteriální steny se
objevuje i v adventicii cévy. V adveticii dochází
po poškození cévní steny k nejvetší proliferaci
s diferenciací adventiciálních fibroblastu na
myofibroblasty a dochází k tvorbe neoadventicie.
- Adventiciální myofibroblasty jsou schopny
syntetizovat kolagen i vytváret kolagenovou sít.
To muže vést ke kontrakci adventiciální jizevnaté
tkáne, což má za následek svraštení cévy vcetne
médie. Adventiciální myofibroblasty jsou u
cloveka schopny do jisté míry migrovat do médie a
prispívat k tvorbe neointimy. - Podíl adventicie na cévní remodelaci po poškození
je zrejme u cloveka menší než u zvírat (hlodavci).
38Remodelace cévní steny
- Remodelace cévní steny je postupný proces, kdy
dochází dlouhodobe k vetším redukcím lumen. - Smeruje dovnitr (negativní-konstriktivní
remodelace nebo navenek (pozitivní-expanzivní
remodelace). - Restenóza muže být zpusobena negativní remodelací
dilatované arterie s malou tvorbou neointimy. - Pozitivní remodelace dilatované cévy muže
zahrnout velké množství neointimy, aniž se céva
stane stenotickou. - Rozsah remodelace po angioplastice zrejme
nekoreluje s rozsahem remodelace v oblasti
primárních aterosklerotických zmen, což
naznacuje, že schopnost negativní remodelace není
jednoduchou vlastností této oblasti cirkulace.
39Remodelace-ECM
- Remodelace zahrnuje také zmeny v extracelulární
matrix (ECM). - Angioplastika zpusobuje akutní zmeny v syntéze a
degradaci extracelulární matrix, což má za
následek zvýšenou syntézu kolagenu a sníženou
aktivitu matrix metaloproteináz a tak sníženou
degradaci matrix. - Zmeny v matrix cévní steny mohou být behem tvorby
restenózy stejne duležité jako zmeny v poctu
bunek. - Ruzný podíl obou jevu na tvorbe restenózy na
zvírecích modelech oproti cloveku.
40(No Transcript)
41(No Transcript)
42Mechanismy odpovedné za restenózu po angioplastice
- A Poškozená céva pred intervencí. Stenotický
segment. - B Po angioplastice roztažení intimy i plaku i
medie s roztažením stenotického segmentu.
Angioplastika je úspešná nebo komplikovaná
trombózou a okluzí cévy. Casné selhání muže být
zpusobeno elastickým stažením po dilataci. - Pozdní selhání zpusobeno tvorbou trombu (bílého i
cerveného (C) - Ten po remodelaci bunkami hladkého svalstva,
které se stehují z médie do intimy, vytvárí
neointimu (D). - Tvorba neointimy muže být zpusobena také migrací
a proliferací hladkých svalových bunek z medie do
intimy, zpusobenou poškozením (E). - Restenóza muže být zpusobena také negativní
remodelací (F). Pri poškození médie nebo
adventicie dojde k proliferaci bunek a tvorbe
kolagenu smerem k adventicii. Následná
organizace kolagenu povede ke kontrakci a
smrštení cévy. - Nárust neointimy nepovede nutne k restenóze,
pokud dojde k dostatecné dilataci (remodelacní)
cévní steny - Negativní remodelace muže vést k restenóze,
ackoliv tvorba neointimy je minimální.
43Tvorba neointimy
- Arteriální poškození po koronární intervenci
indukuje množství zmen, které budou vést k
proliferaci hladkých svalových bunek a jejich
migraci do místa poškození. - Angioplastika indukuje
- (1) mechanické napetí cévy s rupturou l.elastica
interna a poškození médie - (2) denudaci endotelu, což vede k k expozici
cirkulujícím mitogenum ( AT II) - (3) uvolnení mitogenu a cytokinu z krevních
desticek, endoteliálních bunek, hladkých
svalových bunek, zánetlivých bunek.
44Tvorba neointimy
- Hladké svalové bunky jsou normálne v artériích
dospelého cloveka v G0 fázi bunecného cyklu. Ve
zvírecích modelech poškození/restenóza poškození
indukuje proliferaci bunek intimy i médie po vlne
exprese immediate early genu po vstupu hladkých
svalových bunek do bunecného cyklu. Bunky pak
mohou proliferovat, migrovat, nebo obojí, a
syntetizovat extracelulární matrix a kolagen.
Tyto procesy mohou být rízeny chemoatraktanty,
cytokiny a mitogeny produkovanými místne
destickami. Nerízená bunecná proliferace, migrace
a syntéza matrix vede potom k tvorbe neointimy.
45Mechanismy pusobení stentu
- Rozšírení lumen cévy je dáno kombinací
- redukce plaku (komprese/embolizace)
- osové redistribuce plaku v lézi (smerem
proximálním i distálním od stentu ci
angioplastiky), - vypuzení plaku
- rozšírení cévy.
46Restenóza po stentování
- Na rozdíl od angioplastiky, restenóza po
stentování je dána predevším tvorbou neointimy). - Stentování je spojeno s nárustem tvorby neointimy
do 3 mesícu po intervenci, s malými zmenami do 6.
mesíce. Mezi 6 mesíci a 3 lety dochází prekvapive
k redukci neointimy, což znamená, že neointima je
sama schopna remodelace. - Role bunecné proliferace behem restenózy zustává.
Patrne malá bunecná proliferace spolu se
syntézou matrix stací k tvorbe neointimy.
47Apoptóza
- Apoptóza (programovaná bunecná smrt) hladkých
svalových bunek se výrazne podílí na mnoha
cévních onemocneních souvisejících s
atresklerózou, poškozením arterií a restenózami
po angioplastikách. - Apoptóza techto bunek je regulována
- Interakcí místního mezibunecného a cytokinového
prostredí uvnitr cévní steny. - Expresí pro- a antiapoptotických celulárních
proteinu (death receptory, protoonkogeny a tumor
supresorové geny
48Abnormální baroreceptorové reflexy
Cytokiny (TNF ?)
NO
Volné O. radikály
Hormony (KA, ET-1, steroidy)
Genetické faktory
Vnejší faktory
Metabolický stav Celkové/místní faktory
Energetické rezervy
Funkce endotelu
Apoptóza kosterního svalstva
Klidový energetický výdej
Funkce kosterního svalstva
Funkce myokardu
Apoptóza myokardu
Srdecní sval
Cévní systém
Energetický stav
Kosterní sval
Zhoršení CHSS (chronické srdecní selhání)
49Preference energetických substrátu v myokardu
- Fetus a novorozenec-glykolýza
- Dospelý jedinec-FFA
- Dospelý jedinec s ICHS anaerobní glykolýza
- Dospelý clovek s DM glykolýza
- Dospelý clovek se srdecní hypertrofií glykolýza
- Dospelý clovek se srdecním selháním glyko- a
lipotoxicita?
50PDK 1-4 PDP 1-2
Nárust vychytávání glukózy myokardiální bunkou,
zpusobený nezávisle insulinem a ischemií
51Mechanismus, kterým insulin a ischémie zvyšují
myokardiální vychytávání glukózy
- Insulin podporuje translokaci GLUT4 z
intracelulárního skladujícího kompartmentu do
plasmatické membrány pres receptorem stimulovanou
aktivaci fosforylacní kaskády zahrnující
substráty pro insulinový receptor (IRS-1 a -2) a
protein kinázy Akt/PKB a PI3-k. - Ischemický signál má za následek translokaci
GLUT4 jako následek redukovaného obsahu bunecné
energie, což vede k aktivaci protein kinázy
citlivé na AMP. Následné vychytávání glukózy vede
k tvorbe ATP v procesu glykolýzy a komplexu
pyruvát- dehydrogenázy (PDC), což vede k oxidaci
glukózy. - Adapted from McNulty PH, Ettinger SM, Gilchrist
IC, et al. Cardiovascular implications of insulin
resistance and noninsulin-dependent diabetes
mellitus. J Cardiothorac Vasc Anesth.
200115768-777.
52Vnímání inzulinových signálu v hypotalamu
- Mediobazální hypotalamus-nucleus arcuatus
primární receptivní oblast pro inzulin a leptin - 2 typy neuronu
- Orexigenní NPY(neuropeptid Y)/AGRP (agouti-
related peptide)? - Anorexigenní POMC(proopiomelanokortin)/CART
(cocaine-amphetamine-related transcript?
53(No Transcript)
54HIF-1
- HIF-1 je za normoxických podmínek ubikvitinován a
následne degradován behem 5 minut. - Pri nízké hladine O2 (lt5 O2) je HIF-1
stabilizován, což vede k tvorbe funkcního
komplexu transkripcního faktoru s ARNT (aryl
hydrocarbon receptor nuclear translocator) . - Tento komplex aktivuje geny úcastnící se v
následných zmenách angiogenezy, erytropoézy a
metabolismu glukózy.
55Kompetice glukózy a volných mastných kyselin v
srdecní bunce
56Glukotoxicita a lipotoxicita v myokardu pri
nadbytku glukózy a volných mastných kyselin
57Myokardiální lipotoxicita a glykotoxicita pri
nadbytku glukózy a volných mastných kyselin (FFA)
- Vychytávání nadbytku FFA povede k útlumu
vychytávání glukózy a tvorby energie z glukózy. - Podpora syntézy ceramidu z cytosolového
long-chain fatty acyl coenzymu A (LCFA). - Akumulace ceramidu inciuje apoptózu. Nadbytek
glukózy vede k tvorbe ROS a produktu pozdní
glykace (AGE) srdecních proteinu a podpore
glykosylace a defosforylace glukózou regulovaných
jaderných transkripcních faktoru, což ovlivní
transkripce funkcne významných myokardiálních
genu - PKCprotein kinase C PPPpentose phosphate
pathway PP-2Aprotein phosphatase 2-A
ATPadenosine triphosphate AMPKadenosine
monophosphate-regulated kinase
SERCA2sarcoplasmic reticulum calcium ATPase