Myokardiální dysfunkce v sepsi –  charakteristika a patogenetické mechanizmy


Myocardial dysfunction in sepsis –  definition and pathogenetic mechanisms

Sepsis is considered to be the major cause of morbidity and mortality of patients hospitalised in intensive care. It’s defined as a systemic inflammatory response of organism to infection. Incidence of myocardial dysfunction in studies with severe sepsis patients is up to two thirds of patients. Cardiac dysfunction shows a continuum from isolated and mild diastolic dysfunction to combined severe diastolic and systolic failure of both ventricles mimicking even cardiogenic shock in some patients. Typical features of septic myocardial dysfunction (SMD) are decrease in ejection fraction (EF) with dilatation of ventricles, e. g. increase in end‑diastolic volume (EDV). Reversi­bility of myocardial dysfunction during a period from 7 to 10 days in survivors is other typical manifestation of SMD. Hence, one can speculate that development of such a type of SMD as a temporary protective compensatory mechanism could be advantageous for of an individual patient. A large body of evidence about mechanisms of SMD was described; endothelial dysfunction with consequent microcirculatory and mitochondrial dysfunction and role of circulating factors are considered to be the most important.

Key words:
sepsis –  myocardial dysfunction –  endothelium –  cytokines –  NO –  mitochondria –  troponin –  BNP


Autoři: K. Muriová ;  J. Maláska ;  F. Otevřel ;  M. Slezák ;  M. Kratochvíl ;  P. Ševčík
Působiště autorů: Klinika anesteziologie, resuscitace a intenzivní medicíny Lékařské fakulty MU a FN Brno, pracoviště Bohunice, přednosta prof. MU Dr. Pavel Ševčík, CSc.
Vyšlo v časopise: Vnitř Lék 2010; 56(3): 220-225
Kategorie: Přehledné referáty

Souhrn

Sepse je dominující příčinou morbidity a mortality pacientů hospitalizovaných na jednotkách intenzivní péče. Je definována jako systémová zánětlivá odpověď organizmu na přítomnost infekce. Dysfunkce myokardu jako součást multiorgánového selhání postihuje až 2/ 3 pacientů v těžké sepsi. Škála funkčních změn je kontinuální od izolované a lehké poruchy relaxace komor až po kombinovanou těžkou biventrikulární dysfunkci, imitující až obraz kardiogenního šoku. Typickým nálezem při hodnocení septické myokardiální dysfunkce (SMD) echokardiografickými metodami je pokles ejekční frakce (EF) s dilatací komor, tedy zvýšením end‑diastolického objemu (EDV). Důležitým prognostickým znamením je dynamika dysfunkce myokardu v prvních dnech rozvoje sepse. U přeživších pacientů dochází obvykle 7.– 10. den od manifestace septického šoku k normalizaci kardiálních funkcí. Lze tedy spekulovat, že rozvoj určitého typu SMD, jako dočasného ochranného kompenzačního mechanizmu, může být pro organizmus z hlediska přežití výhodný. V patogenezi SMD byla popsána řada mechanizmů. Předpokládá se dysfunkce endotelu s navazující poruchou mikrocirkulace a mitochondriální dysfunkcí, významnou roli hraje kardiodepresivní vliv cirkulujících faktorů, především endotoxinu, TNF, interleukinů.

Klíčová slova:
sepse –  myokardiální dysfunkce –  endotel –  cytokiny –  NO –  mitochondrie –  mikrocirkulace

Úvod

Podle epidemiologických studií je sepse hlavní příčinou morbidity a mortality pacientů hospitalizovaných na pracovištích intenzivní péče. Každý rok je ve Spojených státech amerických zaznamenáno 750 000 případů těžké sepse a následných 210 000 úmrtí. V Evropě se dle studie SOAP III (Sepsis Occurrence in Acutely Ill Patients) sepse vyskytne u asi 35 % pacientů v průběhu jejich pobytu na jednotce intenzivní péče. I přes určité pokroky v terapii se mortalita pacientů s těžkou sepsí pohybuje mezi 20 a 70 % v závislosti na věku pacienta, asociované patologii a počtu selhávajících orgánů [1– 3].

Sepse představuje komplex imunologických, metabolických a kardiovaskulárních změn vyplývajících z dysregulace antimikrobiálních mechanizmů, které za normálních okolností hostitele chrání. Jde ve své podstatě o nezastupitelný obranný mechanizmus, jehož cílem je eliminace infekce a zabránění jejímu šíření. Za určitých okolností však může dojít k propagaci zánětlivé reakce i na místa původně nepostižená infekčním inzultem, k rozvoji orgánové dysfunkce a v konečném důsledku k ireverzibilní poruše integrity orgánových funkcí následované smrtí nemocného [4– 5]. Pojmem sepse je tedy označována systémová zánětlivá reakce organizmu na přítomnost infekce.

Charakteristika myokardiální dysfunkce v sepsi

Postižení kardiovaskulárního systému, projevující se hypotenzí a nízkým srdečním výdejem, je jedním ze základních a nejčastějších terapeutických problémů u septických pacientů. Např. dle studie SOAP III [3] je kardiovaskulární systém postižen u více než 60 % pacientů s těžkou sepsí, s mortalitou asi 42 %.

Septický šok tradičně dělíme do dvou fází. Časná, hyperdynamická fáze je charakterizována teplou periferií, nízkou systémovou vaskulární rezistencí (SVR) a vysokým srdečním výdejem (CO –  Cardiac Output) [6]. U ně­kte­rých pacientů, zejména u těch s neadekvátní tekutinovou resuscitací, stav progreduje do pozdní, hypodynamické fáze, v níž jsou dominantními klinickými znaky studená periferie, vzestup SVR a nízký srdeční výdej [7,8]. Přestože u pacientů v hyperdynamické fázi šoku nacházíme vysoký CO, je stav myokardu při podrobnějším zkoumání mnohem složitější. Pro technické limitace bylo do 80. let minulého století možné rutinně měřit CO jen pomocí metody transpulmonární termodiluce a vzhledem ke zvýšeným hodnotám nebylo na eventuální dysfunkci pomýšleno. Až Calvin et al za použití izotopové ventrikulografie pozorovali zvýšení end-diastolického objemu levé komory (LVEDV) a snížení její ejekční frakce (LV EF) u pacientů v sepsi. Přesto ve své době konstatovali, že porucha myokardiální kontraktility není hlavní charakteristikou časné fáze sepse. Fenomén „septické myokardiální dysfunkce“ (SMD) byl poprvé popsán až Parkerovou et al. Pomocí radionuklidové ventrikulografie a PAC (Pulmonary Artery Catheter, Swan- Ganzův katétr) pozorovali reverzibilní pokles LV EF pod 40 % u přežívajících pacientů se septickým šokem. Naproti tomu u nikoho ze zemřelých nebyl takto významný pokles pozorován. Redukovaná LV EF byla pozorována u 50 % pacientů v septickém šoku, a dokonce 25 % pacientů bez šokových známek mělo významně redukovanou LV EF [9]. Přežívající měli díky podstatně zvýšenému LVEDV i end-systolickému objemu levé komory (LVESV) normální tepový objem (SV –  Stroke Volume) navzdory snížené LV EF. Tyto změny přetrvávaly asi 4 dny a normalizovaly se mezi 7. a 10. dnem od začátku septického šoku. Studie zaměřené na pravostranné srdeční oddíly prokázaly podobné změny. Pokles ejekční frakce pravé komory (RVEF), redukce její kontraktility a vzestup end-diastolického objemu pravé komory (RVEDV) probíhá nezávisle na tlakových změnách v a. pulmonalis (PAP –  Pulmonary Artery Pressure) a plicní vaskulární rezistenci (PVR –  Pulmonary Vascular Resistence). Autoři svou práci uzavřeli konstatováním, že zvýšený afterload pravé komory není dominantní příčinou dysfunkce pravé komory v septickém šoku. Popisované změny byly opět reverzibilní a normalizovaly se rovněž mezi 7. a 10. dnem od začátku sepse. K normalizaci však docházelo jenom u těch nemocných, kteří ataku přežili [10]. Na základě výše uvedených fakt vznikla hypotéza protektivního efektu SMD v průběhu sepse.

Díky technologickému pokroku využily další studie k hodnocení vlastností myokardu v sepsi také transtorakální (TTE) a transezofageální echokardio-grafii (TEE). Autoři zjistili pokles LV EF o více než 50 % u přibližně poloviny pacientů s těžkou sepsí a septickým šokem. Poallert na základě monitorace pomocí PAC a TEE zjistil, že změny v septickém myokardu se kontinuálně pohybují od diastolické dysfunkce až k diastolickému a systolickému selhání komor imitujícímu obraz kardiogenního šoku [11]. Nedávno Vieillard- Baron a jeho skupina sledovali 67 pacientů v septickém šoku, kteří měli negativní kardiální anamnézu. Monitorace byla prováděna pomocí TEE a za systolickou dysfunkci levé komory (LV –  left ventricle) byla považována LV EF menší než 45 %. Pokles LV EF byl pozorován u 40 ze 67 pacientů (tj. u 60 %!). Dysfunkce byla navíc částečně korigovatelná kombinací dobutaminu a noradrenalinu nebo adrenalinem. Podstatné opět bylo, že pokles LV EF byl reverzibilní, a navíc nebyl spojen s horší prognózou [12].

Patogenetické mechanizmy

Na základě výzkumu u lidí a experimentů na zvířecích modelech je k dispozici mnoho poznatků týkajících se dílčích mechanizmů myokardiálních změn v sepsi. Etiologie SMD je ale velmi komplexní a přesné mechanizmy zodpovědné za depresi kardiálních funkcí zůstávají stále nejasné. Dominantní roli však hrají cirkulující faktory s následnou poruchou mikrocirkulace a mitochondriální dysfunkcí.

Koronární makrocirkulace v sepsi

První úvahy o myokardiální depresi v sepsi byly založeny na hypotéze globální myokardiální ischemie. Tento předpoklad vycházel z výsledků studia animálních modelů endotoxinového šoku, které přesvědčivě ukazovaly na globální myokardiální ischemii [13]. Postupně se však ukázalo, že model zvířecího endotoxinového šoku neodpovídá průběhu sepse u lidí a není vhodný ke studiu SMD. Následně např. Hotchkiss et al neprokázali známky buněčné hypoxie na srdcích septických potkanů [14]. Studie využívající nukleární magnetickou rezonanci u pacientů v septickém šoku shodně detekovaly normální hladinu vysokoenergetických fosfátů v myokardu. Pacienti v sepsi měli dokonce luxusní koronární průtok se sníženou A-V diferencí kyslíku a s nulovou produkcí laktátu v samotném srdci [15]. Globální ischemie se změnami v makrocirkulaci není tedy charakteristickým znakem myokardu v sepsi.

Mikrocirkulace v septickém myokardu

Naproti tomu na mikroskopické úrovni lze v septickém myokardu pozorovat zásadní změny. V experimentu, po podání endotoxinu, byla v myokardu psů pozorována výrazná heterogenita mikrocirkulace s edémem endoteliálních buněk a vznikem neokluzivních depozit fibrinu. Následný edém kardiomyocytů vzniklý na podkladě zánětem ovlivněné cévní permeability zhoršoval myokardiální poddajnost (compliance), a tím i funkci srdce jako celku, kvůli úzké spolupráci endoteliálních buněk a kardiomyocytů. Aktivace endotelových buněk na jedné straně vede ke zvýšené produkci NO (nitric oxide, oxid dusnatý), endotelinu a prostaglandinů, které parakrinně působí na kardiomyocyty, na straně druhé aktivované kardiomyocyty ovlivňují endoteliální bariérovou funkci a umožňují transendoteliální migraci neutrofilů do intersticia myokardu [16,17].

Metabolické a ultrastrukturální změny

Při histologickém vyšetření myokardu zemřelých pacientů i experimentálních zvířat s indukovanou sepsí byla nalezena kumulace lipidů a glykogenu v kardiomyocytech. Dalším pozoruhodným výsledkem těchto studií byla neshoda mezi histologickým nálezem a tíží orgánové dysfunkce. Rozsah nekrózy či apoptózy buněk v srdci (ale i v ledvinách, játrech a plicích) byl relativně malý a nekorespondoval se závažností klinického nálezu [5]. U septických pacientů s rozvinutou SMD byly tedy histologickými metodami nalezeny pouze minimální změny. Morfologický korelát SMD bude tedy třeba hledat na ultrastrukturální úrovni.

Dysfunkce myofibril

Funkce kontraktilního aparátu úzce sou-visí s intracelulární homeostázou kalcia (Ca2+). Depolarizace povrchové membrány spouští kontrakci kardiomyocytů. Depolarizační signál se přenáší na sarkoplazmatické retikulum (SR), dochází k uvolnění kalcia a k aktivaci kontraktilních proteinů. Endotoxin a cytokiny blokují L-typ Ca2+ kanálů SR v izolovaných kardiomyocytech septických potkanů, což následně vede k poklesu intracelulární koncentrace Ca2+ v systole. Tyto abnormality vedou k signifikantnímu snížení kontraktility [18]. Zpětné vychytávání Ca2+ v průběhu diastoly též klesá. U pacientů, kteří na septický šok zemřeli, byla navíc pozorována parciální disrupce myofilament, vzniklá pravděpodobně na podkladě vystupňované aktivity metaloproteináz. Tyto enzymy mohou degradovat kontraktilní aparát, ale i cytoskelet. Poškození kontraktilního aparátu a snížená senzitivita myofibril vůči Ca2+ se podílejí na myokardiální depresi v sepsi [17].

Mitochondriální dysfunkce

U septických pacientů je zpočátku spotřeba kyslíku (VO2) a hladina bazálního metabolizmu zvýšená, ale s rozvojem orgánové dysfunkce a s progresí septického šoku oba parametry klesají. Prolongovaná sepse je provázena stoupající tenzí O2 ve tkáních, což navíc koreluje se závažností onemocnění. Z toho vyplývá, že hlavní charakteristikou rozvinuté sepse s MOF je snížená utilizace O2 mitochondriemi, tj. mitochondriální dysfunkce [15,17]. Je stále jasnější, že závažnost myokardiální dysfunkce, ale i mortalita korelují s tíží mitochondriální dysfunkce. Kardiomyocyty pacientů a septických zvířat vykazují ultrastrukturální mitochondriální poškození a bio­energetické abnormality [19]. Redukovaná konzumpce O2, způsobená poklesem aktivity mitochondriálních enzymů elektronového transportního řetězce, byla u zvířat popsaná v pozdní fázi sepse. Jedním ze základních mechanizmů je inhibiční efekt volných kyslíkových radikálů (ROS –  Reactive Oxygene Species) a reaktivního dusíku na oxidativní fosforylaci a produkci ATP. Byly popsány abnormality na různých místech dýchacího řetězce. Např. skupina kolem Mervyna Singera odhalila defekt komplexu I, na němž začíná elektronový transport [20]. Levy et al se zaměřili na komplex IV –  cytochromoxidázu, která je naopak terminální oxidázou dýchacího řetězce a přenáší elektrony z cytochromu c na molekulu O2 za vzniku vody [21]. Porucha v aktivitě cytochromoxidázy může přerušit oxidativní fosforylaci, zhoršit utilizaci kyslíku, a vést tak k orgánové dysfunkci. Tento předpoklad byl ve výše uvedené práci podložen zjištěním, že inhibice cytochromoxidázy azidem a kyanidem způsobuje hypokontraktilitu kardiomyocytů s následnou depresí kardiálních funkcí.

V průběhu sepse se na jedné straně vyskytuje zvýšená produkce super­oxidového radikálu (O2 ) a oxidu dusnatého (NO) spolu s nedostatkem antioxidantů přítomných v mitochondriích. Mitochondriální DNA je navíc vnímavější na poškození indukované endotoxinem než jaderná DNA. Na druhé straně však byla v experimentu na zvířeti prokázána stimulace mitochondriální bio­geneze v myokardu pomocí ROS [22]. Dalším mechanizmem podporujícím vznik mitochondriální dysfunkce je zvýšená exprese mitochondriálních „rozpojovacích proteinů“ (UCP –  Uncoupling Proteins). UCP tvoří komplex proteinů (UCP 1 až 5), které odpojují fosforylaci od oxidace. Přebytečná energie je uvolněna ve formě tepla. Např. UCP- 1 (thermogenin) je za fyziologických podmínek spojený s produkcí tepla v hnědé tukové tkáni. Role UCP-2 a UCP-3 nalezených v lidském srdci je méně jasná, zejména v průběhu sepse. UCP navíc snižují tvorbu ROS, což naopak oxidační stres snižuje [23]. Také proteiny tepelného šoku (HSP –  Heat Shock Proteins) lokalizované nejen v mitochondriích chrání za stresových podmínek důležité proteinové struktury a funkce. Jejich záměrná aktivace u septických potkanů redukuje dysfunkci mitochondrií v myokardu a snižuje mortalitu [24].

V rozvoji mitochondriální dysfunkce hrají důležitou roli proteinové póry MPTP (Mitochondrial Permeability Transition Pore) zprostředkující přechodnou permeabilitu mitochondrií. Jsou v místech, kde dochází ke styku vnitřní a vnější mitochondriální membrány. Za patologických okolností, jako je sepse, trauma nebo ischemie, dochází k jejich otevření, což je spojeno se zduřením matrix mitochondrií, rozpojením respiračního řetězce (od tvorby ATP), kolapsem membránového potenciálu (protonového gradientu), efluxem kalcia a uvolněním malých proteinů jako cytochromu c s následnou aktivací kaspázové kaskády, která spustí programovanou smrt buněk –  apoptózu [19,25]. Přítomnost apoptózy v kardiomyocytech byla pozorována v experimentálním modelu dilatační ischemické kardiomyopatie, popáleninového traumatu a sepsi [26]. MPTP jsou specifické, vysoce vodivé kanály, jejichž složitá molekulární struktura je zatím známa jen částečně. Klíčové strukturální komponenty tohoto komplexu jsou adeninnukleotidová translokáza (ANT), proteinový transportér vnitřní (Tim) a vnější (Tom) mitochondriální membrány, cyklophilin D v matrix a napěťově dependentní aniontový kanál (VDAC –  Voltage- Dependent Anion Channel) ve vnější mitochondriální membráně. Experimentální inhibicí MPTP (Cyklosporin A, Bcl- 2) bylo dosaženo zlepšení mitochondriální funkce v septickém srdci myší a zlepšení orgánové dysfunkce a přežívání [19].

Autonomní deregulace

Po aplikaci endotoxinu v krysím modelu vede následná přímá β-adrenoreceptorová stimulace k redukci kontraktility a snížené buněčné akumulaci cAMP (cyklický adenozin mono-fosfát) v porovnání s fyziologickým stavem. Pokud se ale obejde β-adrenoreceptorový komplex a působí se přímo na adenylátcyklázu (forskolinem), kontraktilní funkce není endotoxinem ovlivněna [27]. Předpokládá se tedy poškození systému β-adrenoreceptor- adenylátcykláza endotoxinem.

Bylo zjištěno, že hladiny katecholaminů v sepsi jsou zvýšené [28]. Tento fakt jistě souvisí se sníženou expresí srdečních β- receptorů (down-regulací). Dle dalších referencí mohou být β-receptory také inaktivovány přítomností superoxidového radikálu [29]. Klinické studie potvrzují, že dávky beta mimetik, nutné k podpoře oběhu, musí být často během prvních 24 hod terapie až zdvojnásobeny. Tento efekt navíc nepozorujeme u léčiv se slabou β-agonistickou aktivitou jako např. dopamin. Vysoké hladiny katecholaminů tedy v séru pacientů se sepsí vyvolávají desenzibilizaci β-adrenoreceptorů a tím –  spolu s inhibičním účinkem endotoxinu a ROS –  jsou zodpovědné za sníženou kontraktilitu myokardu v septickém šoku [30,31].

Úloha cirkulujících faktorů

Endotoxin (nebo také lipopolysacharid –  LPS)

Tato obvyklá komponenta stěny gram­negativních bakterií podaná lidem vyvolává hemodynamické změny typické pro septický šok a hladina endotoxinu pak koreluje se stupněm myokardiální dysfunkce [32]. Endotoxinem indukované ovlivnění myokardu závisí na přítomnosti TLR receptorů (Toll-Like Receptors) a CD 14 (Cluster of Diferentiation). TLR- 4 musí být přítomný na makrofázích a na neutrofilech, aby došlo k následné dysfunkci myocytů v průběhu endotoxemie [33]. Přítomnost TLR- 2 je nevyhnutelná při vzniku myokardiální dysfunkce při grampozitivní sepsi [34]. Endotoxemie ale není detekovatelná u všech pacientů se septickým šokem. Navíc, na základě prolongovaného trvání myokardiální dysfunkce, nemůžeme LPS považovat za jedinou substanci zodpovědnou za depresi kardiálních funkcí v sepsi. V experimentálním modelu dochází po aplikaci dexametazonu k zablokování endotoxinem indukované kontraktilní dysfunkce. To ukazuje na nepřímou toxicitu endotoxinu, zprostředkovanou sekundárně přes steroid-senzitivní mechanizmy, jako je indukce Ca2+-dependentní NOS (Nitric Oxide Synthasis) nebo stimulace uvolnění cytokinů [35].

Cytokiny

Parillo et al poukázali na přítomnost cirkulujícího faktoru snižujícího funkci myokardu (Myocardial Depressant Factor) u lidí se septickým šokem. Sérum pacientů z akutní fáze onemocnění totiž signifikantně snižovalo kontrakci izolovaných kardiomyocytů potkanů. Tyto in vitro změny odpovídaly změnám LV EF u pacientů, jejichž sérum bylo testováno. Imunoabsorpce TNF-α (Tumor Necrosis Factor-α) a IL-1β (Interleukin 1β) ze séra pacientů pak vedla k poklesu depresivní aktivity séra na izolované kardiomyocyty potkanů. Opětovná aplikace neupraveného séra pacientů vedla k opětovnému snížení kontrakce izolovaných kardiomyocytů [36].

Ve skupině cytokinů sehrávají klíčovou roli TNF-α a IL-1β. IL-6 byl prokázán jako hlavní mediátor myokardiální dysfunkce u dětí s meningokokovým septickým šokem [37].

TNF

TNF, jeden z hlavních faktorů prozánětlivé odpovědi hostitele na infekci, je včasným mediátorem endotoxinem indukovaného šoku a sehrává důležitou roli v jeho patogenezi. TNF-α je tvořen především v makrofázích. Četné studie prokázaly tvorbu TNF-α v kardiomyocytech jako odpověď na sepsi, zvýšené hladiny TNF-α korelovaly se snížením srdeční kontraktility a relaxace [38]. Ně­kte­ré z těchto vlivů mohou být potenciálně výhodné, ochraňující myokard před patofyziologickým stresem. Exprese genu pro TNF-α není v srdci konstituční, ale je dvojnásobně zvýšena při stresových stimulech. Současná stimulace kardiomyocytů prostřednictvím TNF-α indukuje zvýšenou expresi HSP (27 a 72 kDa), které jsou pokládány za důležité při ochraně a následné reparaci tkání. Odpověď hostitele na infekci zahrnuje také syntézu mnoha přirozených antagonistů TNF-α, jako TNF vážící proteiny 1 a 2 (TNF BP –  TNF Binding Protein) a solubilní TNF-α receptor. Aplikace solubilního TNF-α receptoru v experimentu dokáže zvrátit indukovanou myokardiální depresi v izolovaných myocytech [39]. Z toho plyne předpoklad současné abnormální regulace aktivity TNF-α v patogenezi myokardiální dysfunkce. Koncentrace TNF-α dosahuje vrcholu za 90 min až 2 hod po aplikaci endotoxinu. Má bio­logický poločas asi 30 min, je degradován v játrech, gastrointestinálním traktu a ledvinách. Účinkuje prostřednictvím receptorů TNFR- 1 a TNFR- 2 (TNF Receptor). Imunitní reakce po rozpoznání jednotlivých struktur mikroorganizmů je zahájena produkcí TNF-α a IL-1 aktivovanými makrofágy a T-lymfocyty. Tyto tzv. primární mediátory jsou zodpovědné za uvolnění dalších mediátorů sekundárních, které znásobují inflamatorní odpověď [40,41].

IL-1 sehrává klíčovou roli v systémové imunitní odpovědi v sepsi a septickém šoku. Je syntetizován monocyty, makrofágy a neutrofily. IL-1 působí negativně inotropně a snižuje kontraktilitu myokardu stimulací NOS [42]. Další prozánětlivý cytokin důležitý v patogenezi sepse je IL-6. Je produkován různými buňkami (monocyty/ makrofágy, endoteliální buňky, fibroblasty) jako odpověď na stimulaci endotoxinem, TNF-α a IL-1 [4,43]. Dalším cytokinem je MMIF, který se také podílí na rozvoji myokardiální dysfunkce [44,45].

Oxid dusnatý (NO)

Oxid dusnatý (NO) je malá, vysoce reaktivní molekula s bio­logickým poločasem několik sekund. Je produkována ve všech typech buněk srdce. Četná klinická a experimentální data ukazují na významnou úlohu endogenního vasodilatátoru oxidu dusnatého v procesu myokardiální dysfunkce [46]. NO je syntetizován ze semiesenciální aminokyseliny L- argininu pomocí tří izoforem NOS za přítomnosti různých kofaktorů (obr. 1).

NO je syntetizován ze semiesenciální aminokyseliny L-argininu pomocí tří izoforem NOS za přítomnosti různých kofaktorů [48].
Obr. 1. NO je syntetizován ze semiesenciální aminokyseliny L-argininu pomocí tří izoforem NOS za přítomnosti různých kofaktorů [48].

Za fyziologických podmínek je NOtvořený konstitutivními enzymy (cNOS == NOS-1,3) exprimovanými hlavně v endotelových buňkách (eNOS) a neu-ronech (nNOS), ale i v jiných buněčných typech –  myocytech a buňkách endokardu [47]. Za stresových podmínek, ke kterým patří i sepse, dochází indukcí inducibilní NOS (iNOS nebo NOS- 2) k produkci velkého množství NO v endoteliálních buňkách, v buňkách hladké svaloviny cév, v endokardu a makrofázích [7]. To vede u septických pacientů k poklesu vaskulárního tonu a reaktivity na vazopresory [48,49]. Za bazálních podmínek je role NO v regulaci myokardiální kontraktility malá. Chybějící efekt NO na myokardiální kontraktilitu za bazálních podmínek vysvětlují studie, které ukazují na slabou imunoreaktivitu NOS v dospělých kardiomyocytech nebo buňkách hladké svaloviny v této situaci. Expozice myocytů cytokinům nebo endotoxinu vede díky zvýšené syntéze inducibilní izoformy NOS ke kontraktilní dysfunkci.

Oxid dusnatý je dále zodpovědný za přímé působení na vaskulární tonus, depresi mitochondriální respirace a další uvolnění prozánětlivých cytokinů [50]. Jelikož je NO hlavním mediátorem tonu buněk hladké svaloviny, jeho role ve vzniku výrazné systémové vazodilatace v septickém šoku je logická. Paradoxně, úloha NO v patogenezi myokardiální dysfunkce v sepsi je méně jasná, ale potenciální mechanizmy existují. NO stimuluje enzym guanylátcyklázu zodpovědnou za konverzi guanozin trifosfátu (GTP) na 3’5’-cyklický guanozin monofosfát (cGMP). V kardiomyocytech cGMP inhibuje β-adrenergně stimulovaný zvýšený pomalý tok kalcia do buněk a redukuje afinitu kalcia ke kontraktilnímu aparátu. NO redukuje i množství cAMP cestou fosfodiesterázy a alteruje aktivitu proteinkinázy a L-typu kalciových kanálů [51]. Kromě těchto přímých nepříznivých efektů na myokardiální kontraktilitu NO inhibuje i mitochondriální respiraci, a tím produkci adenozin trifosfátu (ATP) v myokardu. Poškození buněk může nastat i po reakci s reaktivními formami kyslíku za vzniku toxického peroxynitritu. Při vysokých koncentracích vede k apoptóze kardiomyocytů. NO a peroxynitrit (ONOO ) mohou reagovat se železem a thiol obsahujícími proteiny (např. enzymy) a modulovat jejich funkci reverzibilně nebo ireverzibilně [52]. Experimentální data tedy jasně potvrzují úlohu NO v poklesu kontraktility izolovaných kardiomyocytů, izolovaného papilárním svalu a srdce.

Vliv NO na myokardiální funkce není však jen depresivní. Zachování genu NOS- 2 v průběhu evoluce ukazuje, že tento adaptivní typ odpovědi na sepsi může být pro myokard výhodný. Selektivní inhibice NOS- 2 zvyšuje konzumpci kyslíku u selhávajícího srdce psů [53]. NO také indukuje koronární a systémovou vazodilataci, a tak podporuje zásobení myokardu krví a snižuje afterload. Pravděpodobně zvyšuje i poddajnost komor, a umožňuje tak septickému srdci snadnější plnění během diastoly. NO a peroxynitrit mohou inhibicí elektronového transportního řetězce snižovat produkci superoxidu. NO může dokonce fungovat jako scavenger (zametač) volných radikálů a předcházet vzniku často toxičtějších forem volných kyslíkových radikálů [54]. Je li platná hypotéza, že orgánové selhání je spojené s mitochondriálním poškozením, proces uzdravení bude podmíněn obnovou nových aktivních mitochondriálních proteinů, tzv. mitochondriální bio­genezí. Tento proces bývá spouštěn oxidem dusnatým [55].

Práce byla podpořena grantem IGA MZČR NR9297- 3.

MUDr. Katarína Muriová
www.fnbrno.cz
e-mail: turbo_plum@yahoo.com

Doručeno do redakce: 21. 10. 2009
Přijato po recenzi: 25. 1. 2010


Zdroje

1. Angus DC, Linde- Zwirble WT, Lidicker Jet al. Epidemiology of severe sepsis in the United States: analysis of incidence, outcome, and associated costs of care. Crit Care Med 2001; 29: 1303– 1310.

2. Martin GS, Mannino DM, Eaton S et al. The epidemiology of sepsis in the United States from 1979 through 2000. N Engl J Med 2003; 348: 1546– 1554.

3. Vincent JL, Sakr Y, Sprung CL et al. Sepsis in European intensive care units: results of the SOAP study. Crit Care Med 2006; 34: 344– 353.

4. Gupta A, Brahmbhatt S, Kapoor R et al. Chronic peritoneal sepsis: myocardial dysfunction, endothelin and signaling mechanisms. Front Biosci 2005; 10: 3183– 3205.

5. Hotchkiss RS, Karl IE. The pathophysiology and treatment of sepsis. N Engl J Med 2003; 348: 138– 150.

6. Waisbren BA. Bacteremia due to gram- negative bacilli other than the Salmonella; a clinical and therapeutic study. AMA Arch Intern Med 1951; 88: 467– 488.

7. Belcher E, Mitchell J, Evans T. Myocardial dysfunction in sepsis: no role for NO? Heart 2002; 87: 507– 509.

8. Maeder M, Fehr T, Rickli H et al. Sepsis‑associated myocardial dysfunction: diagnostic and prognostic impact of cardiac troponins and natriuretic peptides. Chest 2006; 129: 1349– 1366.

9. Parker MM, Shelhamer JH, Bacharach SL et al. Profound but reversible myocardial depression in patients with septic shock. Ann Intern Med 1984; 100: 483– 490.

10. Parker MM, McCarthy KE, Ognibene FP et al. Right ventricular dysfunction and dilatation, similar to left ventricular changes, characterize the cardiac depression of septic shock in humans. Chest 1990; 97: 126– 131.

11. Poelaert J, Declerck C, Vogelaers D et al. Left ventricular systolic and diastolic function in septic shock. Intensive Care Med 1997; 23: 553– 560.

12. Vieillard‑ Baron A, Caille V, Charron C et al. Actual incidence of global left ventricular hypokinesia in adult septic shock. Crit Care Med 2008; 36: 1701– 1706.

13. Hinshaw LB, Archer LT, Spitzer JJ et al. Effects of coronary hypotension and endotoxin on myocardial performance. Am J Physiol 1974; 227: 1051– 1057.

14. Hotchkiss RS, Rust RS, Dence CS et al. Evaluation of the role of cellular hypoxia in sepsis by the hypoxic marker 18Ffluoromisonidazole. Am J Physiol 1991; 261: R965– R972.

15. Cunnion RE, Schaer GL, Parker MM et al. The coronary circulation in human septic shock. Circulation 1986; 73: 637– 644.

16. Mebazaa A, De Keulenaer GW, Paqueron X et al. Activation of cardiac endothelium as a compensatory component in endotoxin‑induced cardiomyopathy: role of endothelin, prostaglandins, and nitric oxide. Circulation 2001; 104: 3137– 3144.

17. Rudiger A, Singer M. Mechanisms of sepsis‑induced cardiac dysfunction. Crit Care Med 2007; 35: 1599– 1608.

18. Zhu X, Bernecker OY, Manohar NS et al. Increased leakage of sarcoplasmic reticulum Ca2+ contributes to abnormal myocyte Ca2+ handling and shortening in sepsis. Crit Care Med 2005; 33: 598– 604.

19. Larche J, Lancel S, Hassoun SM et al. Inhibition of mitochondrial permeability transition prevents sepsis‑induced myocardial dysfunction and mortality. J Am Coll Cardiol 2006; 48: 377– 385.

20. Brealey D, Karyampudi S, Jacques TS et al. Mitochondrial dysfunction in a long‑term rodent model of sepsis and organ failure. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 2004; 286: R491– R497.

21. Levy RJ, Deutschman CS. Cytochrome c oxidase dysfunction in sepsis. Crit Care Med 2007; 35 (9 Suppl): S468– S475.

22. Suliman HB, Welty‑ Wolf KE, Carraway M et al. Lipopolysaccharide induces oxidative cardiac mitochondrial damage and bio­genesis. Cardiovasc Res 2004; 64: 279– 288.

23. Murray AJ, Anderson RE, Watson GC et al. Uncoupling proteins in human heart. Lancet 2004; 364: 1786– 1788.

24. Hotchkiss R, Nunnally I, Lindquist S et al. Hyperthermia protects mice against the lethal effects of endotoxin. Am J Physiol 1993; 265: R1447– R1457.

25. Das DK, Maulik N. Mitochondrial function in cardiomyocytes: target for cardioprotection. Curr Opin Anaesthesiol 2005; 18: 77– 82.

26. Carlson DL, Horton JW. Cardiac molecular signaling after burn trauma. J Burn Care Res 2006; 27: 669– 675.

27. Wu LL, Yang SL, Yang RC et al. G protein and adenylate cyclase complex‑ mediated signal transduction in the rat heart during sepsis. Shock 2003; 19: 533– 537.

28. Annane D, Trabold F, Sharshar T et al. Inappropriate sympathetic activation at onset of septic shock: a spectral analysis approach. Am J Respir Crit Care Med 1999; 160: 458– 465.

29. Macarthur H, Westfall TC, Riley DP et al. Inactivation of catecholamines by superoxide gives new insights on the pathogenesis of septic shock. Proc Natl Acad Sci USA 2000; 97: 9753– 9758.

30. Bohm M, Kirchmayr R, Gierschik P et al. Increase of myocardial inhibitory G‑ proteins in catecholamine‑ refractory septic shock or in septic multiorgan failure. Am J Med 1995; 98: 183– 186.

31. Schmidt HB, Werdan K, Muller‑ Werdan U. Autonomic dysfunction in the ICU patient. Curr Opin Crit Care 2001; 7: 314– 322.

32. Kumar A, Bunnell E, Lynn M et al. Experimental human endotoxemia is associated with depression of load‑ independent contractility indices: prevention by the lipid an analogue E5531. Chest 2004; 126: 860– 867.

33. Tavener SA, Long EM, Robbins SM et al. Immune cell Toll‑like receptor 4 is required for cardiac myocyte impairment during endotoxemia. Circ Res 2004; 95: 700– 707.

34. Knuefermann P, Sakata Y, Baker JS et al. Toll‑like receptor 2 mediates Staphylococcus aureus‑induced myocardial dysfunction and cytokine production in the heart. Circulation 2004; 110: 3693– 3698.

35. Reilly AM, Sun X, Williams DA et al. Dexamethasone inhibits endotoxin‑induced changes in calcium and contractility in rat isolated papillary muscle. Cell Calcium 1999; 26: 1– 8.

36. Parrillo JE, Burch C, Shelhamer JH et al. A circulating myocardial depressant substance in humans with septic shock. Septic shock patients with a reduced ejection fraction have a circulating factor that depresses in vitro myocardial cell performance. J Clin Invest 1985; 76: 1539– 1553.

37. Pathan N, Hemingway CA, Alizadeh AA et al. Role of interleukin 6 in myocardial dysfunction of meningococcal septic shock. Lancet 2004; 363: 203– 209.

38. Meng X, Ao L, Meldrum DR et al. TNF‑alpha and myocardial depression in endotoxemic rats: temporal discordance of an obligatory relationship. Am J Physiol 1998; 275: R502– R508.

39. Kadokami T, McTiernan CF, Kubota Tet al. Effects of soluble TNF receptor treatment on lipopolysaccharide‑induced myocardial cytokine expression. Am J Physiol Heart Circ Physiol 2001; 280: H2281– H2291.

40. Piper RD. Myocardial dysfunction in sepsis. Clin Exp Pharmacol Physiol 1998; 25: 951– 954.

41. Sharma AC. Sepsis‑induced myocardial dysfunction. Shock 2007; 28: 265– 269.

42. Dinarello CA. Interleukin‑1beta. Crit Care Med 2005; 33 (12 Suppl): S460– S462.

43. Reinhart K, Bayer O, Brunkhorst F et al. Markers of endothelial damage in organ dysfunction and sepsis. Crit Care Med 2002; 30 (5 Suppl): S302– S312.

44. Calandra T, Echtenacher B, Roy DL et al. Protection from septic shock by neutralization of macrophage migration inhibitory factor. Nat Med 2000; 6: 164– 170.

45. Chagnon F, Metz CN, Bucala R et al. Endotoxin‑induced myocardial dysfunction: effects of macrophage migration inhibitory factor neutralization. Circ Res 2005; 96: 1095– 1102.

46. Fernandes CJ Jr., Akamine N, Knobel E. Myocardial depression in sepsis. Shock 2008; 30 (Suppl 1): 14– 17.

47. Massion PB, Moniotte S, Balligand JL. Nitric oxide: does it play a role in the heart of the critically ill? Curr Opin Crit Care 2001; 7: 323– 336.

48. Price S, Anning PB, Mitchell JA et al. Myocardial dysfunction in sepsis: mechanisms and therapeutic implications. Eur Heart J 1999; 20: 715– 724.

49. Steendijk P. The role of inducible nitric oxide synthase in the evolution of myocardial (dys)function during resuscitated septic shock: the missing loop. Crit Care Med 2006; 34: 545– 547.

50. Flierl MA, Rittirsch D, Huber- Lang MS et al. Molecular events in the cardiomyopathy of sepsis. Mol Med 2008; 14: 327– 336.

51. Hare JM, Loh E, Creager MA et al. Nitric oxide inhibits the positive inotropic response to beta‑adrenergic stimulation in humans with left ventricular dysfunction. Circulation 1995; 92: 2198– 2203.

52. Schulz R, Dodge KL, Lopaschuk GD et al. Peroxynitrite impairs cardiac contractile function by decreasing cardiac efficiency. Am J Physiol 1997; 272: H1212– H1219.

53. Chen Y, Traverse JH, Du R et al. Nitric oxide modulates myocardial oxygen consumption in the failing heart. Circulation 2002; 106: 273– 279.

54. Wink DA, Hanbauer I, Krishna MC et al. Nitric oxide protects against cellular damage and cytotoxicity from reactive oxygen species. Proc Natl Acad Sci USA 1993; 90: 9813– 9817.

55. Nisoli E, Clementi E, Paolucci C et al. Mitochondrial bio­genesis in mammals: the role of endogenous nitric oxide. Science 2003; 299: 896– 899.

Štítky
Diabetologie Endokrinologie Interní lékařství

Článek vyšel v časopise

Vnitřní lékařství

Číslo 3

2010 Číslo 3

Nejčtenější v tomto čísle

Tomuto tématu se dále věnují…


Přihlášení
Zapomenuté heslo

Nemáte účet?  Registrujte se

Zapomenuté heslo

Zadejte e-mailovou adresu se kterou jste vytvářel(a) účet, budou Vám na ni zaslány informace k nastavení nového hesla.

Přihlášení

Nemáte účet?  Registrujte se