От Отдела за сърдечно-съдови заболявания, Катедра по вътрешни болести (JAH, WK, ZW, REK, RMW), Катедра по фармакология (JAH), Катедра по ветерани (JAH, KZ, RMW), Катедра по хирургия (MK) и Катедра по анатомия и клетъчна биология (RLD), Университет на Айова, Медицински колеж, Айова Сити.

От Отдела за сърдечно-съдови заболявания, Катедра по вътрешни болести (JAH, WK, ZW, REK, RMW), Катедра по фармакология (JAH), Катедра по ветерани (JAH, KZ, RMW), Катедра по хирургия (MK) и Катедра по анатомия и клетъчна биология (RLD), Университет на Айова, Медицински колеж, Айова Сити.

От Отдела за сърдечно-съдови заболявания, Катедра по вътрешни болести (JAH, WK, ZW, REK, RMW), Катедра по фармакология (JAH), Катедра по ветерани (JAH, KZ, RMW), Катедра по хирургия (MK) и Катедра по анатомия и клетъчна биология (RLD), Университет на Айова, Медицински колеж, Айова Сити.

От Отдела за сърдечно-съдови заболявания, Катедра по вътрешни болести (JAH, WK, ZW, REK, RMW), Катедра по фармакология (JAH), Катедра по ветерани (JAH, KZ, RMW), Катедра по хирургия (MK) и Катедра по анатомия и клетъчна биология (RLD), Университет на Айова, Медицински колеж, Айова Сити.

От Отдела за сърдечно-съдови заболявания, Катедра по вътрешни болести (JAH, WK, ZW, REK, RMW), Катедра по фармакология (JAH), Катедра по ветерани (JAH, KZ, RMW), Катедра по хирургия (MK) и Катедра по анатомия и клетъчна биология (RLD), Университет на Айова, Медицински колеж, Айова Сити.

От Отдела за сърдечно-съдови заболявания, Катедра по вътрешни болести (JAH, WK, ZW, REK, RMW), Катедра по фармакология (JAH), Катедра по ветерани (JAH, KZ, RMW), Катедра по хирургия (MK) и Катедра по анатомия и клетъчна биология (RLD), Университет на Айова, Медицински колеж, Айова Сити.

От Отдела за сърдечно-съдови заболявания, Катедра по вътрешни болести (JAH, WK, ZW, REK, RMW), Катедра по фармакология (JAH), Катедра по ветерани (JAH, KZ, RMW), Катедра по хирургия (MK) и Катедра по анатомия и клетъчна биология (RLD), Университет на Айова, Медицински колеж, Айова Сити.

От Отдела за сърдечно-съдови заболявания, Катедра по вътрешни болести (JAH, WK, ZW, REK, RMW), Катедра по фармакология (JAH), Катедра по ветерани (JAH, KZ, RMW), Катедра по хирургия (MK) и Катедра по анатомия и клетъчна биология (RLD), Университет на Айова, Медицински колеж, Айова Сити.

Резюме

Заден план—Сърдечната хипертрофия се счита за необходим компенсаторен отговор на продължително повишаване на стреса на стената на лявата камера (LV).

Методи и резултати—За да тестваме това, ние инхибирахме калциневрин с циклоспорин (CsA) при определяне на хирургично индуцирано претоварване на налягане при мишки и изследвахме in vivo параметри на камерния обем и функция, използвайки ехокардиография. Нормализираната сърдечна маса се увеличава с 45% до 5 седмици след превръзване на гръдната аорта (TAB; сърдечно тегло/телесно тегло, 8,3 ± 0,9 mg/g [средно ± SEM] спрямо 5,7 ± 0,1 mg/g необвързано, P 1 Въпреки че се смята, че хипертрофията компенсира хемодинамичния стрес, ехокардиографски документирана хипертрофия на миокарда е независим рисков фактор за сърдечно-съдова заболеваемост и смъртност. 2 Тъй като хипертрофията придава съвпадащ риск от сърдечна недостатъчност и внезапна смърт, произтичащи от злокачествени вентрикуларни аритмии, разграничението между „компенсаторна“ и патологична хипертрофия е несигурно.

Известно е, че редица стимули предизвикват хипертрофия на кардиомиоцитите in vitro. Тези първични стимули, които включват хормони, цитокини, растежни фактори, вазоактивни пептиди и катехоламини, предизвикват сложни реакционни каскади с множество взаимодействащи точки на разклоняване. 3 4 Проучвания in vivo с използване на физиологично значим стимул (претоварване с налягане) са идентифицирали 4 начина за предотвратяване на сърдечна хипертрофия, освен понижаване на кръвното налягане: инхибиране на ACE, 5 Gαq, 6 калциневрин, 7 8 9 или c-Jun NH2-терминална киназа. 10

Калциневринът участва в хипертрофична сигнална трансдукция в модели на сърдечен 7 9 11 и скелетен мускул 12 13 14 биомеханичен стрес. В това проучване използвахме циклоспорин (CsA), специфичен инхибитор на калциневрин, 15 16 като инструмент за изследване на морфологични и функционални ефекти от претоварване на налягането върху сърцето при наличие и отсъствие на хипертрофия на лявата камера (LVH). Тествахме класическата хипотеза, че хипертрофията е необходим компенсаторен механизъм за претоварване на налягането чрез анализ на миокардната функция in vivo чрез ехокардиография.

Методи

Гръдна аортна лента

Хемодинамика и морфология

При 11 мишки, анестезирани с кетамин (90 mg/kg IP) и ацепромазин (1,8 mg/kg IP), дясната и лявата каротидна артерия бяха изложени и канюлирани с фини катетри, изтеглени от тръбата на Microrenathane. Кръвното налягане се регистрира едновременно в двете сънни артерии.

След периода на изследване сърцето беше отстранено от хепаринизирани (500 U) мишки, евтаназирани със смъртоносна доза пентобарбитал (150 mg/kg). Сърцето и 1 см аорта (включително стенотичния сегмент) бяха бързо изрязани. Превързващата лигатура беше отстранена и сърцето беше изсушено и претеглено. Данните се отчитат като сърдечна маса (а не като LV маса), за да се даде възможност за ретроградно-перфузионна ензимна дисоциация на миоцитите. 21 Повърхността на 2D силует на миоцита се изчислява чрез измерване на дължината и ширината на 10 произволно избрани миоцити от обогатени с ендокард и обогатени с епикард фракции. Нашата отчетена 2D повърхност (дължина × ширина) е право пропорционална на повърхността на цилиндъра (2π × радиус × дължина).

Ехокардиография

Постигната е съзнателна седация с midazolam 0,2 до 0,3 mg SC. Предният гръден кош е обръснат и е нанесен предварително загрят ултразвуков гел. Изгледите са направени в равнини, които апроксимират парастерналния изглед с къса ос (хордално ниво) и апикалния изглед с дълга ос при хората. Апексът се визуализира при всички мишки. Трансторакалните ехокардиограми са записани с 13-MHz сонда на ехокардиограф Sequoia 256 Acuson при честота на кадрите 162 кадъра в секунда.

Диастолата, обозначена като времето, когато обемът на ЛН е най-голям, е идентифицирана както в късите, така и в дългоосните проекции. В изгледа с къса ос ендокардният и епикардният силуети са проследени ръчно чрез конвенцията „водещ ръб до преден ръб“. Папиларните мускули не бяха визуализирани в изгледите на хордално ниво на къси оси, които получихме. В дългоосната проекция дължината на ЛН се измерва както за ендокардиална, така и за епикардна повърхност чрез измерване от всяко съответно място на сърдечния връх до центъра на равнината на митралната клапа. Масата и обемите на НН се изчисляват по метода на площта. 22 Сърдечната честота се определя чрез измерване на продължителността на цикъла на доплер-разследване на импулсни вълни на митралния поток.

Проучихме валидността на нашите 2D ехокардиографски снимки и вентрикулографски измервания в отделна група от 6 мишки (на възраст от 2 до 6 месеца). След ехокардиографско изследване животните бяха евтаназирани, а левите вентрикули бяха дисектирани, изтрити на сухо и претеглени.

Статистически методи

Инхибирането на калциневрин не предотвратява хипертрофия при всички модели на претоварване под налягане. Към днешна дата са публикувани 6 пълни доклада (включително тази работа) и 2 писма, отнасящи се до ефектите на инхибирането на калциневрин върху хипертрофия на претоварване под налягане: 3 групи съобщават за дълбоко инхибиране на хипертрофия (тази работа и справки 7 и 9), 3 доклад № ефект, 20 23 24 и 2 откриват междинен отговор. 8 19 Трите положителни проучвания са при различни видове (плъхове Sprague-Dawley 7 и Wistar 9 и мишки C57Bl6 [този доклад]), подложени на различни операции (надбъбречна аортна лента 7 9 и TAB [този доклад]).

Причините за противоречивите констатации са неясни. Техническите разлики между публикуваните доклади са значителни по отношение на видовете, щама, възрастта, хирургичната процедура и времето, дозировката и начина на приложение на CsA. Някои групи съобщават за повишена смъртност при мишки, лекувани с CsA, 7 8 19 23 и е възможно избирането на оцелели от CsA лечение да благоприятства животни с относително по-голям размер на сърцето. Хирургичната техника също е важна 25; например, надбъбречната аортна лента е свързана с повишена активност на плазмения ренин, за разлика от лентата на възходящата аорта. 26 Транслокацията на ядрения фактор на активирани Т-клетки (NFAT) към ядрото е преходна, 13 и времето за започване на инхибирането на калциневрин може да бъде от решаващо значение.

Zhang и сътр. 19 съобщават за тегло на LV, нормализирано до телесно тегло и градиент на налягането (LVW/BW/градиент), аргументирайки, че този последен фактор отчита потенциалното влияние на по-малък стимул за хипертрофия. В нашето проучване едновременните измервания на каротидното налягане при анестезирани мишки разкриват подобни трансстенотични градиенти на налягане при мишки TAB + Veh и TAB + CsA. Това откритие се разпростира върху съзнателни, успокоявани мишки, тъй като измерваме подобни сърдечни изходи при мишки TAB + Veh и TAB + CsA, което показва, че градиентите на налягането (които варират в зависимост от квадрата на сърдечния обем в присъствието на фиксирана стеноза) са подобни . Ding et al 20 съобщават за 72% намаление на активността на LV калциневрин в хипертрофирани сърца; като се има предвид това, не би се очаквало значително въздействие от по-нататъшното инхибиране на калциневрин, използвайки CsA.

Функционални последици от инхибирането на калциневрин

Предполага се, че се развива компенсаторна хипертрофия, за да се улесни изхвърлянето на претоварената камера чрез нормализиране на систоличния и диастоличния стрес на стената. Тествахме тази идея, като наложихме състояние на повишено допълнително натоварване, като същевременно блокирахме компенсаторния отговор. Както се очакваше, мишките, подложени на TAB + Veh, показаха значително увеличена маса на LV и мерките за систолно действие бяха запазени. Въз основа на закона на Лаплас предсказваме, че стресът на вентрикуларната стена е повишен при мишки TAB + CsA (повишено систолично налягане без промяна в радиуса на вентрикула или дебелината на стената). Ако хипертрофията беше необходим компенсаторен отговор, бихме могли да прогнозираме, че TAB + CsA мишките ще развият систолна дисфункция на LV, дилатация на камерата и удължаване на миоцитите. Нашите резултати показват, че нито едно от тях не се е случило. По подобен начин запазената систолна функция при настройка на претоварване под налягане, но без хипертрофична компенсация, беше съобщена наскоро от 2 други групи. 9 10

Поддържането на сърдечния дебит при повишено допълнително натоварване, но без промяна в крайните диастолични или крайни систолични обеми предполага положителен инотропен ефект. Хомеометричната авторегулация (ефект на Анреп) е описана за първи път през 1912 г. 27 28 г. и е докладвана в различни работещи сърдечни модели. 25 29 30 31 32 Нашите открития са в съответствие с устойчив ефект на Anrep. За проверка на тази хипотеза ще е необходима допълнителна работа.

Перспектива

Въпреки че калциневринът се активира при сърдечна недостатъчност при хората, 34 предвиждайки използването на CsA като лечение за хипертрофия или сърдечна недостатъчност е проблематично. 35 36 Независимо от това, нашите данни подкрепят хипотезата, че активирането на транскрипционен път на калциневрин медиира поне ранен компонент на хипертрофия на претоварване под налягане. Освен това, основното отражение на констатациите е, че хипертрофията не е необходим адаптивен отговор на повишеното сърдечно натоварване в този модел.

Бележка добавена в Proof

Bartunek et al 37 са показали, че плъховете, хипертонични чрез инфузия на L-NAME (инхибитор на синтазата на азотен оксид, който също така потиска синтеза на протеин), поддържат систоличната ефективност на лявата камера въпреки липсата на хипертрофична компенсация.

Тази статия има само онлайн фигура, която може да бъде намерена на http://www.circulationaha.org

хипертрофия

Фигура 1. A, Схема, илюстрираща TAB процедура. B, Едновременни записи на налягане от дясната и лявата сънна артерия в мишка 1 седмица след аортна лента. C и D, Сърдечна маса през 5 седмици след хирургична коарктация на гръдна аорта при мишки. Сърдечното тегло се нормализира спрямо телесното тегло (C; HW/BW, mg/g) или дължината на пищяла (D; HW/T, mg/mm) при мишки, подложени на TAB + Veh (твърди символи) или фиктивни контроли (отворени символи). Броят на анализираните сърца е посочен до всяка точка от данни в D.

Фигура 2. A, Изолиран вентрикуларен миоцит от неоперирана мишка, илюстриращ оценки на дължина и ширина. B, 2D повърхност на миоцитите (μm 2), с брой анализирани сърца, посочени във всяка лента. *P

Фигура 3. A, Ефект на CsA върху сърдечната хипертрофия при мишки след TAB. Сърдечната маса се нормализира до телесното тегло (HW/BW, mg/g) за животни, подложени на TAB + Veh (♦, същото като на фигура 1C) или TAB + CsA (□). Броят на анализираните сърца е посочен до всяка точка от данни. B, Срези с къса ос на ниво папиларни мускули от сърца, подложени на TAB или TAB + CsA, спрямо неактивен контрол, съобразен с възрастта. C, телесна маса, нанесена като функция от възрастта при неоперирани контролни мишки и при мишки, подложени на TAB + Veh или TAB + CsA.

Фигура 4. A, 2D повърхност (μm 2) на вентрикуларни миоцити, ензимно дисоциирани от лявата камера, разкриват значително увеличена повърхност в сърцата, подложени на TAB + Veh (срещу TAB + CsA, контролирани с фалшиви контроли, неоперативни контроли и фалшиви + CsA). B, 2D повърхност на кардиомиоцити, изолирани от сърца, подложени на TAB + CsA (ендокардиален аспект, ♦; епикарден аспект, ▵), начертан като функция от нормализирана сърдечна маса (HW/T) с регресивни линии, получени от сърца TAB + Veh, насложени ( Фигура 2В). *P

Фигура 5. A, LV маса, изчислена от ехокардиограми, начертани спрямо LV маса. Формулата за линейна регресия е у= 1,15х-17, R 2 = 0,94. B, Ехокардиографска LV маса и фракция на изтласкване (EF) при съзнателни, успокоени мишки, подложени на TAB + Veh или TAB + CsA в продължение на 3 седмици спрямо неактивни контроли, съобразени с възрастта. *P

Тази работа беше подкрепена с безвъзмездни средства от благотворителния тръст на Рой Дж. Карвър, Министерството на ветераните и AHA, партньор на Heartland (всички за д-р Хил) и AHA (д-р Weiss). Благодарим на д-р Кърт Зигмунд и Линда Кадарет за подкрепа по време на ранните експерименти с ехокардиография и на Милан Сонка за съдействието с дигитализираните ехокардиограми. Искрено благодарим на д-р Доналд Хейстад, Майкъл Уелш и Кевин Кембъл за полезни съвети и насърчение.