Veränderungen der Calcium-Homöostase als mögliche Ursache einer linksventrikulären Funktionsstörung im humanen "hibernating myocardium"

1. Hintergrund: Rahimtoola definierte Anfang der 80er Jahre den Begriff "hibernating myocardium" als ein Stadium persistierender Beeinträchtigung myokardialer und linksventrikulärer Funktion in Ruhe, aufgrund eines chronisch reduzierten koronaren Blutflusses. Die funktionelle Beein-trächtigung kann entweder durch Verbesserung des Blutflusses oder durch Reduzierung des Sauerstoffbedarfs partiell oder komplett aufgehoben werden. Im humanen "hibernating myocardium" (HHM) variieren die Pathomechanismenmodelle zwischen wiederholten Episoden von myokardialem "stunning", bedingt durch eine begrenzte Koronarreserve bei unveränderter Ruheperfusion, und chronischer Ischämie, verursacht durch einen reduzierten Koronarfluß. Weiterhin konnten bisher eine Reihe von myokardialen Spezifika, die einer kontraktilen Dysfunktion im HHM zugrunde liegen können, gezeigt werden: ultrastrukturelle Veränderungen, Degeneration der Myozyten und metabolische Modifikationen. In dieser Arbeit sollte nun mit der Kenntnis um die Bedeutung einer intakten intrazellulären Calcium-Homöostase für eine regelrechte myokardiale Kontraktilität die Hypothese untersucht werden, ob diese im HHM möglicherweise gestört ist. Ursache für eine Störung des Calciumhaushaltes könnte eine ver-änderte Expression der Calcium-regulierenden Proteine sein. Die wichtigsten Calcium-regulierenden Proteine, wie z.B. die sarkoplasmatische Calcium-ATPase (SERCA2a), Phospholamban (PLN), Natrium-Calcium Austauscher (NCX) und Ryanodin-Rezeptor (RyR2) waren daher Gegenstand der Untersuchungen und sollten im Einzelnen quantifiziert werden. Zusätzlich wurde das Hitzeschockprotein hsp70 untersucht, welches eine wesentliche Rolle in der Phosphorylierungskaskade intrazellulärer Proteinkinasen spielt. <br>2. Material und Methoden: Bei 14 Patienten mit angiographisch dokumentierter linksventrikulärer Dysfunktion wurden mittels 201Thallium-Szintigraphie, Dobutamin-Echokardiographie und Radionuklid-Ventrikulographie Gebiete von HHM präoperativ ermittelt. Im Rahmen einer Bypass-Operation wurden anschließend Myokardbiopsien aus den als HHM detektierten Arealen entnommen. Eine signifikante Verbesserung bzw. Normalisierung der regionalen Funktion nach Wiederherstellung einer adäquaten Perfusion wurde drei Monate nach Revaskularisierung durch Wiederholung der präoperativ durchgeführten Untersuchungen dokumentiert. Im Rah-men einer molekularbiologischen Untersuchung wurden die humanen Gewebeproben mittels Polymerasekettenreaktion und Western-Blot auf Genexpression und Proteingehalt Calcium-regulierender Proteine bzw. hsp70 untersucht. <br>3. Ergebnisse: Im HHM sind nicht nur die Genexpression von PLN (densitometrische Einheiten, HHM: 1.33 ± 0.14, Kontrolle: 1.04 ± 0.29, p<0.05) und der Proteingehalt (HHM: 1.76 ± 0.32, Kontrolle: 1.00 ± 0.28, p<0.05), sondern auch dessen auf die SR-Ca2+-ATPase bezogener relativer Gehalt im Vergleich zu gesundem Herzgewebe signifikant erhöht (HHM: 2.21 ± 0.79 vs. 0.99 ± 0.16, p<0.05). Andere den Calcium-Haushalt entscheidend beeinflussende Proteine, wie beispielsweise SERCA2 und NCX, waren lediglich in ihrer mRNA-Expression, nicht aber in ihrer Proteinmenge im HHM verändert. Desweiteren konnten keinerlei Veränderungen des Ryanodinrezeptors festgestellt werden. Der Proteingehalt (HHM: 2.61 ± 0.17, Kontrolle: 1.00 ± 0.18; p<0.05) von hsp70 war zudem signifikant gesteigert. <br>4. Diskussion: PLN inhibiert physiologischerweise in dephosphoryliertem Zustand die Calcium-Transport-Kapazität der SR-Calcium-ATPase. Im HHM kommt es möglicherweise durch ein hochreguliertes PLN zu einer Inhibition dieser SR-Calcium-ATPase und damit zu einer Veränderungen der myokardialen Calcium-Homöostase. Diese signifikant erhöhten Proteinmengen von PLN könnten eine entscheidende Rolle bei einer im HHM gestörten linksventrikulären Kontraktili-tät spielen. Zusätzlich kann auf eine Fehlregulation der Phosphorylierungskaskade geschlossen werden, da ein vermehrt vorkommendes hsp70 im HHM intrazelluläre Proteinkinasen inhibieren und Phosphatasen aktivieren kann. Daraus leitet sich in der Folge ein dynamischer Prozess ab, der aufgrund eines wahrscheinlich vermehrten intrazellulären Calcium-Gehaltes zu einer reduzierten linksventrikulären Funktion führt. <br>Die veränderte Calcium-Homöostase kann während eines reduzierten myokardialen Sauerstoffangebotes als ein protektiver Mechanismus zur Erhaltung der zellulären Integrität inter-pretiert werden.

Author dc:creator

• Nef, Holger Markus

Contributors dc:contributor

• Holubarsch, Christian J. F.

• Humanes hibernating myocardium
• kontraktile Dysfunktion
• calcium-regulierende Proteine
• human hibernating myocardium
• contractile dysfunction
• calcium-regulating proteins

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