Újabb endogén ágensek és szöveti kölcsönhatásaik vizsgálata a kardiovaszkuláris szabályozásban Kékesi Violetta, Sax Balázs és a „perikardiális munkacsoport” Semmelweis Egyetem, Kardiológiai Központ Kísérleti Kutató Laboratórium

nitrogén monoxid prosztaglandinok (PGI 2, PGE 2, PGF2  ) szöveti angiotenzin II adenin nukleozidok (adenozin, inozin) endothelinek (ET-1, ET-2, ET-3) natriuretikus peptidek (ANP, BNP, CNP) apelin, adrenomedullin, PTHrP, ghrelin citokinek (IL-2, IL-4, IL-6, IL-10, IL-13) növekedési faktorok (bFGF, VEGF) Fontosabb lokális szabályozó ágensek:

A szív endogén szabályozó ágenseinek biológiai hatásai képződése felszabadulása eliminációja valós szívszöveti koncentrációi A szívműködést befolyásoló szöveti hatótényezők

Intramiokardiális anyagforgalom: az intersticiális folyadéktér (ISF) kitüntetett szerepe ISF parenchimasejt érsimaizomsejt endotélsejt plazma perikardiális folyadék epithelsejt lokális szöveti koncentráció ≠ plazma koncentráció

miokardiális mikrodialízis (experimentális, regionális, folyamatos mosás - konc. grádiensek ) epikardiális gyűrű (experimentális, regionális, felszíni abrázió) epikardiális lemez (experimentális, regionális, kis mintamennyiség - mérési hiba) perikardiális infúzió (experimentális, globális, ekvilibrációs idő, mintatérfogat) perikardiális folyadék analízis (humán és experimentális, globális, egyensúlyi állapotban vizsgál) Az ISF endogén regulátorai koncentrációjának mérési módszerei

A perikardiális folyadék, mint vizsgálati anyag kapcsolat a többi kompartmenttel: - intersticiális tér - intracelluláris tér - keringő vér összetevők biológiai mérése miokardiális transzszudátum nagy mennyiségű biológiailag aktív anyag jól elkülöníthető homogén folyadék

plazma vs. natív perikardiális folyadék (humán adatok) Adenozin 63 (29-102) vs. 738 ( ) nmol/L Inozin 52 (30-73) vs. 347 ( ) nmol/L Endotelin-1 3 (  1) vs. 73 (  10) pg/mL ANP 28 (12-58) vs. 259 ( ) pg/mL BNP 21 (  8) vs. 325 (  137) pg/mL Ferritin 146 (21-407) vs. 375 ( ) ng/mL intercelluláris koncentrációt jellemezhetik részt vehetnek a szívműködés szabályozásában autokrin / parakrin reguláció A perikardiális folyadék összetevőinek szerepe a szívműködésben

Az intraperikardiálisan (ip.) adott drogok kimutatott farmakológiai hatásai ip. adott drogok (C6, TTX) modulálják a neurotranszmissziót (Miyazaki et al. 1989) ip. adott NO donor (SNP) gátolja a trombocita-aggregációt szűkített koronáriákban (Willerson et al. 1997) ip. adott L-arginin védőhatása a szimpatikus izgalom aritmogenitása ellen szívinfarktusban (Fei et al. 1997) ip. alkalmazott gén-transzfer (bFGF) serkenti az angiogenezist krónikus ischaemiás modellben (Harada et al. 1994, Uchida et al. 1995, March 2000) ip. antitumoros kemoterápiás hatás humán terápia során (Shaka, 1997)

a perikardiális folyadék összetétel-változása alapján a kevéssé vizsgálható szöveti rekeszekben zajló folyamatok követése a perikardiális folyadék koncentrációviszonyaiban tükröződő szabályozás plaszticitásának, időbeliségének, hatástartományának vizsgálata inkubációs perikardiális modell és speciális mintavételi technika A perikardiális endogén regulátor ágensek szerepe a szívműködésben: a változások dinamikája

Hatásvizsgálatok a perikardiális térben ADO – adenozin, ET-1 – endothelin-1, AT II – angiotenzin II ADOET-1 Katekol- aminok Natriuretikus peptidek AT II – + ? – – – + –

A perikardiális ágensek hatásvizsgálata Preparátum in situ kutyaszív (n = 114) kísérleti modell zárt perikardium ismételt mintavételezés (8-10 minta) standard inkubációs idők (15-15 perc) standard mintatérfogatok (0,75 mL/kg, PBSA) teljes mintaleszívás térfogati korrekció hemodinamikai és elektrofiziológiai hatások követése PBSA – albuminnal kiegészített pufferolt (pH 7,4) fiziológiás sóoldat

Az endotelin-1 és az adenin nukleozid rendszer működése és kölcsönhatásai

A perikardiális purin metabolitok bazális koncentrációi

. n= 10, 9, 11; *p  0,05; **p  0,01 vs. plazma,  p  0,05 vs. natív perikardiális folyadék

Kontroll ET-1 15’ ET-1 30’ ET-1 45’ ET-1 (150 pmol/kg ip.) szív- és keringési hatásai I. BP (Hgmm) 116 ± ± ± ± 9 HR (1/min) 157 ± ± ± ± 12 dP/dt max (  ) 2827 ± ± ± ± 269 *p<0,01 vs. kontroll, n = 9 ST (mV) -0,01 ± 0,00 0,68 ± 0,01* 0,44 ± 0,03* 0,26 ± 0,03* mérési fázisok BP – artériás középnyomás, HR – szívfrekvencia, dP/dt max - kontraktilitás

Az ET-1 ischaemizáló hatása a MAP és UV paraméterekben MAPD 90 =MAP időtartam 90%-os repolarizációnál; UV=felszálló szár meredeksége; BK=bal kamra; Endo=endokardiális; Epi=epikardiális; *p<0,05 ** p<0,01 vs. Kontroll n=5 Kontroll Minta I Minta II Minta III * * * Kontroll Minta I Minta II Minta III * ** *

ET-1 hatása a miokardiális adenin nukleozid és hipoxantin felszabadulására

Az ip. adott adenozin és inozin eliminációja a perikardiális térben és az artériás plazmában

Szív- és keringési paraméterek alakulása adenozin és inozin i.p. adása során. 2 ± 2 -3 ± 2 -2 ± 3 -5 ± 2 -9 ± 2** -13 ± 4** -3 ± ± 2** -11 ± 13** *p<0,05 ** p<0,01 vs. kontroll, n = ADENOZIN 10  mol/L 100  mol/L 1000  mol/L BP (ΔHgmm) HR (Δ1/min) dP/dt max (Δ%) INOZIN 1 mmol/L 10 mmol/L 100 mmol/L BP (ΔHgmm) HR (Δ1/min) dP/dt max (Δ%) 3 ± 3 5 ± 5 6 ± 3 -5 ± 1* -7 ± 2* -10 ± 3* -5 ± 4 -6 ± 5 -7 ± 7

Adenozin nukleozidok (ADO, INO) hatása a miokardiális ET-1 felszabadulásra * p<0,05 vs. kontroll ** p<0,02 vs. kontroll n = Bazális ET-1 koncentrációk: Perikardiális minta ADO: 23  7 pg/mL INO: 20  8 pg/mL Artériás plazma minta ADO: 18  4 pg/mL INO: 16  5 pg/mL

PreproET-1 mRNS expressziója kutyaszívben 45 perc perikardiális adenozin kezelés után BK SS kontroll n=4 ADO i.p. n=7 BK: bal kamra; S: szeptum; ADO i.p: intraperikardiálisan adott adenozin *

Az endotelin-1 és az adenin nukleozid rendszer működése és kölcsönhatásai - összefoglalás A repetitív perikardiális mintavételezésre kidolgozott módszerrel az adenin nukleozid koncentrációk jól reprodukálhatóan mérhetők A perikardiális folyadékban adenin nukleozidok plazmáénál lassabb eliminiációja igazolható Az ágensek (ET-1, ADO) perikardium felől kifejtett kardiális hatásai (szubepikardiális ischaemia, bradikardia) moderáltak, de szignifikáns módon megjelennek Az ip. ET-1 aktiválja a metabolikus adaptációt (ADO, INO miokardiális felszabadulás), ami a perikardiális minták koncentráció-viszonyaiban jól követhető Az ip. ADO - normál vérellátású szívben - kompenzatórikus ET-1 produkciót vált ki, ami a preproET-mRNS expresszió szintjén is igazolható

Az angiotenzin II hatása az endotelin-1 és a nátriuretikus peptid felszabadulásra

Az angiotenzin II ip. szív- és keringési hatásai. Angiotenzin II i.p. (  g/kg) Artériás középnyomás (  mmHg) 0  4 2  2 7  3 14  2 ** Szívfrekvencia (  ütés/perc) -3  1 -1  1 1  2 6  4 dP/dt max (  %) -5  1 1  3 7  3 10  3 * dP/dt max, bal kamrai kontraktilitás *p<0,02 **p<0,001, n=8

Angiotenzin II (AT II) hatása a miokardiális big- ET-1 képződésre és ANP felszabadulásra. *p  0,05 vs. kontroll (C) **p  0,01 vs. kontroll (C) n = 8

AT II endotelin-1 produkcióra és ANP felszabadulásra kifejtett hatása - összefoglalás PERIKARDIÁLIS FOLYADÉK SZÍV INTERSTÍCIUM viszcerális perikardium endotelin-1 preproET-1 bigET-1 ECE-1 angiotenzinogén angiotenzin I angiotenzin II renin ACE szöveti RAS angiotenzin II endotelin-1 bigET-1 ANPANP

Perikardiális aktivátorok - Miokardiális hatások. K ARDIOREGULÁTOR Á GENSEK ip. HATÁSAI P ERIKARDIÁLIS F OLYADÉK P LAZMA E NDOTELIN -1 ADO  INO  ANP  BNP   A DENOZIN, I NOZIN ET-1  A NGIOTENZIN II Big-ET-1  ET-1  ANP   N ORADRENALIN & D OPAMIN ET-1 ADO  

A szív endogén szabályozó ágenseinek képződése/felszabadulása és hatékony szöveti koncentrációja a perikardiális folyadék analízise révén jól vizsgálható A perikardiális térbe juttatott és/vagy ott felhalmozódó ágensek aktiválják a szívbeni szabályozó rendszereket Az aktiváció a megfelelő regulátor ágensek koncentrációjának jelentős és dinamikus változásaként követhető a perikardiális folyadékmintákban A szív intersticiumban zajló folyamatokról, a lokális szabályozó mechanizmusok ágenseinek kölcsönhatásairól in vivo számos információ nyerhető Perikardiális folyadéktér: intersticiális követőtér, extracelluláris hatótér

Dr. Juhász-Nagy Sándor † Dr. Fazekas Levente Dr. Szokodi IstvánDr. Nagy Andrea Dr. Tóth MiklósDr. Losonczi László Dr. Merkely Béla Dr. Soós Pál Dr. Horkay Ferenc Dr. Zima Endre Dr. Barát Erzsébet Dr. Toma Ildikó Dr. Selmeci LászlóDr. Entz László jr. A Kardiológiai Központ (korábban Ér- és Szívsebészeti Klinika) perikardiális kutatócsoportjának tagjai.