Biochemická remodelace srdečního svalu u dětí
Teze přednášky ke jmenovacímu řízení profesorem
(Zasedání vědecké rady 17. června 1999)

Název: Biochemická remodelace srdečního svalu u dětí operovaných v Kardiocentru FN - Motol; normoxemické a hypoxemické vrozené vady srdečního svalu.

Doc. RNDr. Václav Pelouch, CSc. (Ústav lékařské chemie a biochemie 2. LF UK)

Komplexní biologická struktura kardiovaskulárního systému je během ontogenetického vývoje charakterizována složitými interakcemi: od orgánové přes tkáňové a buněčné složení až k molekulární stavbě jednotlivých srdečních oddílů. Vrozené srdeční vady patří mezi nejčastější kongenitální anomálie, které se významnou měrou podílejí na novorozenecké a kojenecké úmrtnosti. Jsou primárně podmíněny odlišným vývojem myokardu (v prvním trimestru gravidity - především mezi šestým až osmým týdnem fetálního života). Vzhledem k multifaktoriální etiologii je primární prevence zatím nemožná. Embryogenetické teorie o jejich původu byly donedávna spíše spekulativní; komplexní pracovní úsilí skupin pediatrických kardiologů, chirurgů, morfologů, biochemiků i farmakologů, spolu s řadou nových metodických postupů umožnilo, že dnes jsou tyto děje podstatně lépe charakterizovány. Zatímco jsou relativně dostupná data o morfologii vrozených vad myokardu, údaje o chemickém složení a biochemické remodelaci srdeční tkáně stále prakticky chybějí.

Myokard je heterogenní tkáň složená z odlišných svalových populací: myocyty z komorové svaloviny jsou, ve srovnání s atriální svalovinou, větší, mají i více mitochondrií. Rozdíly byly zjištěny i na úrovni biochemické - ATPasová aktivita atriálního myozinu je vyšší, obsahuje immunologicky odlišné lehké (LC - m.v. cca 20 000) i těžké řetězce (HC- m.v. 200 000). Kapacita enzymů aerobního i anaerobního metabolismu byla v komorové svalovině významně vyšší. V rámci tohoto přehledu bych rád shrnul některé biochemické výsledky, které vznikly v rámci dlouholeté spolupráce s Kardiocentrem FN v Motole.

Materiál a metodiky
Studie byla provedena na 65 peroperačně odebraných vzorcích srdečního svalu dětí s různými normoxemickými (především defekt atriálního či komorového septa - arteriální kyslíková saturace kolem 94%) a hypoxemickými (Fallotova tetralogie - arteriální kyslíková saturace kolem 62%) vrozenými vadami srdečního svalu. Vzorky tkáně byly rychle zváženy a transferovány do předchlazených homogenizačních zkumavek, uloženy do hlubokomrazicího prostoru. Později byla provedena proteinová profilace - isolace, preparace a charakterizace kolagenních (proteiny extracelulární matrix isolované ve frakci pepsin-rozpustných a pepsin-nerozpustných kolagenních bílkovin) a nekolageních proteinů srdečního svalu (frakce metabolických a kontra-ktilních proteinů). Následně byly jednotlivé proteinové frakce separovány a potom kvalitativně (např. stanovení proteinu, hydroxyprolinu) a kvantitativně analyzovány (elektroforetické přístupy - isoformy HC a LC a určení kolagenních typů, měření aktivity různých metabolických enzymů, stanovení různých metaloproteináz ap). Paralelně byly isolovány jednotlivé fosfolipidové komponenty (majoritní i minoritní fosfolipidy - PC, PE, DPG, PI, PS a SM) a stanovena jejich proporce ve vzorcích atriální a komorové svalovině normoxemických a hypoxemických pacientů.

Kvantitativní remodelace proteinového profilu
Z výsledků vyplynulo, že koncentrace celkových proteinů srdečního svalu (suma nekolagenních a kolagenních proteinů) je vyšší v atriální svalovině u normoxemických pacientů - jako důsledek vyšší koncentrace kolagenních proteinů (isolované v pepsin-rozpustné i pepsin-nerozpustné frakci). Koncentrace celkových proteinů v atriální a komorové svalovině u hypoxemických pacientů se však neliší. Analyza nekolagenních proteinů (suma metabolických a kontraktilních proteinů) ukázala, že koncentrace této frakce proteinů se u normoxemických pacientů v atriální a komorové svalovině neliší, u hypoxemických pacientů koncentrace nekolagenních proteinů v atriální svalovině klesá. Celkové množství hydroxyprolinu (který charakterizuje množství kolagenu) je významně vyšší v atriální svalovině jak u normoxemických tak hypoxemických pacientů. Bylo zdánlivě překvapujicí, že hypoxemie nezvýšila množství kolagenu ani v komorách ani v atriích (podrobněji dále). Na druhé straně jsme však ukázali, že množství nově synthetizovaného hydroxyprolinu (ve frakci pepsin-rozpustných kolagenních proteinů) bylo významně zvýšeno ve vzorcích atriální svaloviny hypoxemických pacientů.

Kvalitativní remodelace proteinového profilu
Kvalitativní odlišnosti kolagenních i nekolagenních proteinů byly pozorovány již u normoxemických pacientů. Vyšší koncentrace celkového hydroxyprolinu v atriální svalovině byla podmíněna vyšším množství kolagenních agregátů (isolovaných ve frakci pepsin-nerozpustných kolagenních proteinů). Překvapujicí nález, že chronická hypoxemie nezvyšuje množství kolagenu souvisí pravděpodobně s naměřenou odlišnou aktivitou jednotlivých metaloproteináz - ve vzorcích hypoxemických pacientů byla aktivita zvýšena. Je proto možné předpokládat, že nově syntetizovaný kolagen (např. v atriální svalovině) je i rychleji degradován a proto celková koncentrace hydroxyprolinu se podstatně v hypoxemii nemění. Biologický a funkční význam tohoto fenoménu však zřejmý není a bude vyžadovat další pokusy. Srdeční kolagen je tvořen především kolagenem typ I (heterotrimer) a kolagenem typ III (homotrimer) a některými minoritními kolageny (např. kolageny typu IV, V, VI). Všechny vzorky kolagenních proteinů však byly kontaminovány i relativně malými proteinovými fragmenty (mol. váha mezi 29 000- 35 000) - tyto bílkovinné fragmenty byly především ve vzorcích komorové svaloviny u normo- i hypoxemických pacientů. Na základě našich pokusů však není možné jednoznačně rozhodnout zda se jedná o fragmentaci molekuly kolagenu, nebo zda jsou proteiny, které vznikly jako důsledek fragmentace cytoskeletu.

Odlišnosti byly zjištěny i na úrovni myofibrilárních proteinů - vyšší ATPasová aktivita atriálního myosinu odráží pravděpodobně jak rozdíly na úrovni HC (dominantní je alfa-alfa dimer HC), tak LC řetězců myosinu - atriální lehké řetězce myosinu byly kontaminovány LC komorové svaloviny. Protože kvantitativní kontaminace nebyla u hypoxemických pacientů významně odlišná, předpokládáme, že toto spíše odráží poškození myokardu - podobný nález byl totiž detekován i v dospělého myokardu při různých onemocnění.

Kvantitativní remodelace fosfolipidů
Na základě našich předběžných výsledků můžeme uzavřít, že fosfolipidové složení atriální a komorové svaloviny je u normoxemických pacientů odlišné; koncentrace majoritních fosfolipidů (PC a PE) byla v komorách vždy vyšší. U hypoxemických pacientů tento atrio- ventrikulární rozdíl mizí, protože se koncentrace majoritních fosfolipidů v atriální svalovině hypoxemií mírně zvyšuje. Zjistili jsme dále, i vyšší koncentraci DPG v komorách - fosfolipidu, který je především charakteristický pro mitochondriální membránu. Tento nález tak dobře koreluje s vyšší aktivitou enzymů aerobní oxidace v této části myokardu. Hypoxemie koncentraci DPG významně neovlivnila. Lze se proto domnívat, že množství mitochondrií nemusí být přímou příčinou ovlivnění metabolických dějů v nemocném srdečním svalu. Tyto nálezy však budou nutně vyžadovat další pokusy - isolace různých buněčných kompartmentů srdečního svalu, biochemická charakterizace různých membrán či procentuální zastoupení plasmalogenů a diacylu ve frakci fosfolipidů by měly přispět k objasnění položených. Koncentrace minoritní fosfolilipidů (PS, PI, SM) se v komorách a atriích hypoxemických a normoxemických pacientů však nelišila.

Na základě těchto biochemických nálezů lze uzavřít, že existují významné atrio-ventrikulární rozdíly v proteinovém i fosfolipidovém složení srdečního svalu u normoxemických a hypoxemických vrozených vad myokardu. Tyto jsou charakterizovány odlišnostmi jak na úrovni myofibrilárních tak extracelulárních proteinů myokardu. Spolu s jiným fosfolipidovým složením jednotlivých membrán či ovlivněnou aktivitou enzymů metabolických drah v myokardu se toto podílí na změněné funkci srdečního svalu. Možná remodelace srdečního svalu by měla být proto uvažována při chirurgických rekonstrukcích srdeční anatomie. Je možné, že funkční změny kardiovaskulárního systému, pozorované až v dospělosti u lidí, kteří byli v mládí z tohoto důvodu operovány, mohou být částečně vysvětlovány právě odlišným biochemickým složením jednotlivých částí myokardu v perinatálním vývoji.

Literatura je u autora

(Výsledky, které jsou v tomto článku jsou výsledkem řešení několika grantových projektů: grant IGA MZ No. 0366-3 - řešeno v létech 1991-1993, grant IGA MZ. No. 2039-3 - řešeno v létech 1994-1996, grant IGA MZ No. 4037-3 - řešeno v létech 1997-1999)

Zpět na obsah červnového čísla