Országos Doktori Tanács

Témakiírások

A hyperkoleszterolemia kialakulása, mechanizmusainak vizsgálata a kardiovaszkuláris rendszerben

alapadatok
témakiírás címe
A hyperkoleszterolemia kialakulása, mechanizmusainak vizsgálata a kardiovaszkuláris rendszerben
intézmény
témakiíró
témakiírás leírása
A kardiovaszkuláris megbetegedések mintegy felét az iszkémiás szívbetegségek (ISZB) teszik ki, melynek leggyakoribb megnyilvánulási formái az angina pectoris, a szívelégtelenség, a szívinfarktus, és az aritmia, s elsősorban a kamrafibrilláció miatt fellépő hirtelen szívhalál.
Az elmúlt 10 évben nem változott lényegesen a keringési betegségek halálozási gyakorisága, ami igen magas szinten egy stagnáló állapotot jelez. Földrajzi régiónként azonban már eltéréseket tapasztalunk: az elmúlt 30 évben a legtöbb fejlett országban (USA, Japán, dél-európai országok) a halálozás csökkent, ugyanakkor a kelet-európai országokban a mortalitás kimagasló mértékben emelkedett. Egyes becslések szerint – mivel a népesség elöregedésével a kardiovaszkuláris betegségek előfordulása növekszik – 2020-ra mind a fejlett, mind a jelenleg fejlődő országokban az iszkémiás szívbetegség lesz a vezető halálok. Jóllehet az ISZB pontos patogenezise nem tisztázott, a rizikófaktorokat jól ismerjük: magas „low density” lipoprotein-koleszterin-szint (LDL-C) a vérben, alacsony „high density” lipoprotein-koleszterin-szint (HDL-C) és E-vitamin-szint, valamint gyenge fizikai állapot. Ugyancsak rizikófaktor a magas triglycerid- és inzulinszint, mely inzulin-rezisztenciáról tanuskodik, de az erre vonatkozó adatok még kevéssé tisztázottak. Számos szisztémás betegség (pl. hipertónia, diabétesz, hipotireózis) szintén kapcsolatba hozható a koszorúér-betegség kockázatának növekedésével.
Epidemiológiai megfigyelések alapján jól ismert, hogy a legtöbb fejlett országban az étrend magas zsír-, telített zsírsav, és koleszterintartalma, valamint a jelentős kalória bevitel összefüggésbe hozható a szívbetegségekből eredő halálozásokkal. Ugyanakkor néhány mediterrán országban, főként Franciaország egyes területein, a jelentős zsír- és telítettzsírsav-bevitel mellett abszolút értékben és arányát tekintve is lényegesen alacsonyabb az iszkémiás szívbetegségek morbiditása és mortalitása mint más azonos fejlettségű országokban. Tudományos vizsgálatok sokasága próbált magyarázatot keresni a tapasztalt eltérésre, s feltételezték, hogy a jelenség mögött életmódbeli, táplálkozási eltérések húzódnak meg. Úgy tűnt, hogy a franciák életvitele sokkal szabadabb, nem annyira túlhajszoltak, a stressz kevésbé van jelen az életükben, mint más, iparilag fejlett országokban. Ugyanakkor más rizikófaktorok megléte, mint például a magas vérnyomás, a dohányzás, a túlsúly ugyanúgy jellemző volt valamennyi vizsgált országra. A leglényegesebb tényező, melyben eltérés mutatkozott a franciák és más országok lakosai között, az étrend összetétele, azon belül is a rendszeres hal és vörösborfogyasztás volt. A korai tanulmányok azt vizsgálták, vajon a vörösbor és más alkoholos italok alkoholtartalma adhat-e magyarázatot a jelenségre. Több kutatócsoport talált összefüggést a mérsékelt alkoholfogyasztás és a csökkent kardiovaszkuláris betegségek rizikója között. Az alkohol képes növelni a kardioprotektív hatású HDL-koleszterin szintet, és kismértékben csökkenteni az aterogén LDL szintjét. Ismert, hogy a HDL-koleszterin egyik fehérjekomponense, az apoprotein A-1 (apo A-1) alacsony volta jobban jelzi a kardiovaszkuláris megbetegedés rizikójának mértékét, mint maga a HDL-koleszterin-szint. Egyes tanulmányok rámutattak, hogy az alkohol indukálja az apo A-1 képződését. Nagyobb mennyiségű alkohol fogyasztása esetén azonban nem hagyható figyelmen kívül, hogy az alkoholbevitel felesleges kalóriákhoz juttatja a szervezetet, és a VLDL-képzés (very low density lipoprotein) fokozásán keresztül a trigliceridszint emelkedéséhez, s így a lipidparaméterek módosulásához vezet. Az egyéb étrendi antioxidánsok mellett (tokoferolok, aszkorbinsav, karotinok) a növényi eredetű fenolos vegyületek is kedvezően befolyásolhatják a kardioprotektív mechanizmusokat. A boreredetű fenolos vegyületek (flavonoidok és nem flavonoid típusú komponensek) gátolják az alacsony fajsúlyú lipoproteinek (LDL) oxidációját, az eikozanoidszintézist, a trombocitaaggregációt, fokozzák az értágító hatású nitrogén-oxid termelését, és meggátolják az erek összehúzódásáért felelős endothelin-1 képződését. Ezért hypercholesterolémiás állatkísérleti modellünkben az állatokat előkezelhetjük flavonoidtartalmú farmakonnal. Így pontosabb hatásmechanizmusokba is bepillantást nyerhetünk az antioxidáns hatású vegyületek tekintetében.
Bizonyos egyénekben az alacsony omega-3 többszörösen telítetlen zsírsav tartalmú étrend fogyasztása növelheti az ISZB kockázatát. Ugyanígy hatnak a rossz stressz-levezetési módszerek és a testmozgás hiánya, valamint a jelentős tömegeket érintő ülő munka. Az „edzés” fontosságának tekintetében egy nagyon fontos analógiát vonhatunk a prekondícionálással. A prekondícionálás jelenségét már két évtized óta ismerjük. A „védelem első ablakaként” Murry és mtsai. (1986.) mutatták be először, hogy a szívszövet ATP kimerülését lassítani lehet, ha az iszkémiás periódust egy rövid iszkémia, és egy rövid időtartamú reperfúzió előzi meg. Mindazonáltal az intermittáló rövid periódusok során a káros katabolitok kimosásra kerülnek, ami kimondottan hasznosnak bizonyult a miokardium szempontjából.
Az elektrofiziológiai és metabolikus változásokból eredő patofiziológiai elváltozások felléphetnek akut iszkémia következtében, valamint előző infarktusok okozta strukturális változása miatt. Amióta felfedezték a szívizom prekondícionálás jelenségét, azóta ez a felfedezés számít a legtöbb kutató szerint a legkövetkezetesebb és legreprodukálhatóbb beavatkozásnak a posztiszkémiás sérülések késleltetésére.
A szívizom iszkémiás megbetegedéseiben és a szívsebészeti beavatkozások során az iszkémia/reperfúzió jelenségének központi szerepe van. Az elmúlt három évtizedben végzett kutatások megerősítették, hogy a reperfúzió – a véráramlás, az oxigén- és tápanyagellátás helyreállása az előzőleg iszkémiás szövetben – gyors metabolikus, elektrofiziológiai, morfológiai és funkcionális változásokat hoz létre. Bár a reperfúzió nélkülözhetetlen az iszkémia által károsodott szervek felépülésében, mégsem kockázatmentes, mivel ronthatja az iszkémia utáni állapotban lévő szövetek funkcióját.
Tennant és Wiggers (1935) megfigyelte, hogy a kamrafibrilláció nemcsak az iszkémiás szakaszban, hanem a keringés visszaállítása után, a reperfúziós szakaszban is nagy intenzitással bekövetkezhet. Vagyis a reperfúzió – mely nélkül az iszkémiás szívizom elhal – aritmiához vezethet. Ennek egyik oka az, hogy azokban a sejtekben, melyek az iszkémia ideje alatt hipoxiássá váltak, a hirtelen reoxigenizáció nagymértékű enzimfelszabadulással és strukturális károsodással jár az iszkémiás metabolitok kimosódása és a szabadgyökképződés miatt. A prekondícionálással társított kardiális védelem jelentősen képes lassítani a szívszövet ATP kimerülését, a szabad gyökök és a kimondottan károsnak tekinthető katabolitok kimosása miatt. Felmerült a gondolat, hogy a prekondícionálás elősegíti különböző endogén védő anyagok képződését és felszabadulását, mint, pl.: a nitrogén-monoxid, bradikinin, prosztaciklin és adenozin, amelyek antiiszkémiás és antiaritmiás hatással rendelkeznek. A valósághoz azonban hozzátartozik, hogy a pontos hatásmechanizmus a mai napig nem tisztázott és nem elfogadott. Fontos kiemelnünk, hogy az állatkísérletek túlnyomó többségét a PC és a hozzá tartozó mechanizmusok terén, nagyrészt egészséges állatszíveken végezték (nyúl, patkány, kutya vagy sertés), az előzetes koronária vagy miokardiális sérülések nélkül. Ily módon a kapott eredmények patofiziológiai és klinikai jelentősége korlátozott, és ez laboratóriumi és klinikai dilemmához vezet. A PC tanulmányozása során az is kiderült, hogy ellentétben az ép egészséges szövettel, az előzőleg koleszterin diétával indukált hiperkoleszterinémiás állatok, nem adaptálódnak a prekondícionálás során az iszkémiás inzultusok által okozott károsodásokhoz.
Kutatási modellünkben úgynevezett „izolált dolgozó szív” készüléket használunk. Ennek legfontosabb előnye, hogy a különböző farmakonok közvetlen szívhatásai válnak vizsgálhatóvá, hiszen a denerváció miatt a hormonális és neurális hatásokat kiiktatjuk. Állatkísérletes modellünkben a nyulakat 8 héten keresztül 1%-os koleszterin oldatba áztatott táppal etetünk (ad libitum). A kezelt csoport állatait pedig, valamilyen növényi vagy szintetikus farmakonnal kezelünk a koleszterin-diéta mellet (pl.: statin, fibrát, antioxidáns, stb.) A hypercholesterolémia kialakulását követően az állatokat ketamin/xilazin (40/5mg/ttkg) elaltatjuk és 1000 NE heparinnal i.v antikoaguláljuk. A mellkas feltárása után a szívet hideg (4 C ) perfúziós oldatba helyezzük, a lehető legrövidebb idő alatt az aortát és a vena pulmonalist kanüláljuk, majd „Langendorff módon” 5 percig spontán működés alatt „felépülni” hagyjuk. A perfúziós oldat módosított Krebs-Henseleit puffer, melynek összetétele a következő (mM-ban kifejezve): 118 NaCl, 4.7 KCl, 1.7 CaCl2, 25 NaHCO3, 0.36 KH2PO4, 1.2 MgSO4, 10 glükóz. A perfúziós oldatot előzőleg 95% O2 és 5% CO2 keverékével telítjük (pH: 7.4, 37 oC). Az 5 perc leteltével a szívet dolgozó üzemmódban 10 percig működtetjük, miközben rögzítjük a szívfunkciós paramétereket mint pl. szívfrekvencia, aorta kiáramlás, koronária átáramlás, aorta nyomás, illetve monitorozzuk az EKG-t. Ezután az aortába ill. a vena pulmonalisba érkező folyadék útját elzárjuk és a szívet 30 perc ún. globál iszkémiának vetjük alá. Az iszkémiás periódus leteltével a folyadék útját újra megnyitjuk és Langendorff módban 10 percig felépülni hagyjuk a szíveket, majd dolgozó módba „kapcsoljuk”. A szívfunkciós paramétereket és az EKG-t 0, 30, 60, 90, 120. percekben rögzítjük. A 120 perc reperfúzió leteltével a szívet 1%-os trifenil-tetrazolium (TTC) oldattal festjük meg, és planimetriás software segítségével kiszámoljuk az infarktusos terület nagyságát. A különböző csoportok aortáját (arcus, thoracalis, abdominalis) Sudan-IV alkoholos oldatában tároljuk egy napon keresztül, majd szintén a planimetriás szoftver segítségével meghatározzuk az atheroscleroticus „plaque” százalékos mértékét.
A kísérleti állatok egy másik csoportjának a szíveit az iszkémia-reperfúzió leteltével molekuláris biológiai módszerek alkalmazásával vizsgálatoknak vetjük alá. A 120 perc reperfúzió után a szíveket két részre osztjuk. Az egyik részt azonnal folyékony nitrogénba tesszük, a másikat pedig 4%-os formalinba helyezzük immunhisztokémiai vizsgálatokhoz. A fagyasztott szövetet Western-blot analízissel vizsgáljuk tovább GLUT-4, endotelin, nitric-oxide, thioredoxin, heme-oxygenase, VEGF protein expresszióra. Az immunhisztokémiai vizsgálatok során vizsgáljuk a kapilláris denzitást ill. a cardiomyocyta és endothelium sejtjeinek apoptózisát, valamint különböző fehérjék esetében a mitokondrium és a sejtmag közötti transzlokációt.
Eredményeinket nemzetközi folyóiratokban kívánjuk publikálni.
felvehető hallgatók száma
1 fő
jelentkezési határidő
2008-05-23