Signalmechanismen des anoxischen Preconditionings an isolierten Kardiomyozyten der adulten Ratte

Abstract

Bei Unterbrechung des koronaren Blutflusses entsteht ein Herzinfarkt. Frühzeitige Reperfusion kann das Ausmaß der ischämischenMyokardschädigung verringern. Allerdings kann auch die Reperfusion selbst zum Gewebeschaden beitragen (Reperfusionsschaden).Unter ischämischen Bedingungen kommt es zu einer zytosolischen Akkumulation von H+, Na+ und Ca2+ in den Kardiomyozyten. UnterReperfusionsbedingungen können hohe zytosolische Ca2+-Konzentrationen eine Hyperkontraktur der Zellen auslösen.Ischämisch-reperfundiertes Myokard kann durch ischämisches Preconditioning vor den erwähnten Schäden geschützt werden.Ischämisches Preconditioning bezeichnet das Vorschalten kurzer Ischämieepisoden vor die anhaltende Ischämie. Ziel der Arbeit war, den Protektionsmechanismus eines Anoxie-Preconditioning-Protokolls auf isolierte Herzmuskelzellen unter simulierterIschämie-Reperfusion zu untersuchen. Adulte Kardiomyozyten der Ratte wurden für 60 Minuten bei pH 6,4 anoxisch inkubiert (simulierteIschämie) und dann für 20 Minuten bei pH 7,4 reoxigeniert (simulierte Reperfusion). Anoxisches Preconditioning wurde durch Vorschalteneiner 10minütigen Anoxiephase erreicht. Es verringerte die unter anhaltender Anoxie beobachtete Na+- und Ca2+-Akkumulation und diebei Reoxigenierung auftretende Hyperkontraktur. Der Effekt des anoxischen Preconditioning war bei Hemmung der Proteinkinase Cverstärkt und wurde bei zusätzlicher Hemmung von Proteinphosphatasen aufgehoben. Die Ergebnisse weisen daraufhin, daß ein protektiver Effekt von anoxischem Preconditioning durch Aktivierung bestimmterProteinphosphatasen vermittelt wird und durch Aktivierung bestimmter Isoformen der Proteinkinase C maskiert werden kann. DieErgebnisse zeigen, daß Proteinphosphatasen einen interessanten Angriffspunkt für neue Protektionsstrategien desischämisch-reperfundierten Myokards darstellen, z.B. in der Therapie des Herzinfarktes oder in der Kardiochirurgie Interruption of coronary perfusion leads to myocardial infarction. Early reperfusion is able to reduce the degree of myocardial injury, butreperfusion itself can also contribute to tissue damage (reperfusion-injury). Under ischemic conditions, a cytosolic accumulation of H+, Na+und Ca2+ develops in cardiomyocytes. Under conditions of reperfusion, high levels of cytosolic Ca2+ can trigger a hypercontracture of cells.Ischemic-reperfused myocardium can be protected by ischemic preconditioning. Ischemic Preconditioning means the exposure of cells tobrief ischemic episodes before sustained ischemia occurs. The aim of this study was to investigate the protective mechanism of an anoxia-preconditioning-protocol on isolated cardiomyocytes undersimulated ischemia-reperfusion. Adult cardiomyocytes of the rat were incubated anoxically for 60 min at pH 6.4 (simulated ischemia) andthereafter reoxygenated for 20 min at pH 7.4 (simulated reperfusion). Anoxic preconditioning was achieved by exposing cells to apreceding 10 min period of anoxia. This anoxic preconditioning attenuated Na+- and Ca2+-accumulation under sustained anoxia andhypercontracture observed under reoxygenation. The effect of anoxic preconditioning was augmented by inhibition of protein kinase C andabolished by additional inhibition of protein phosphatases. These results suggest that a protective effect of anoxic preconditioning is mediated through activation of certain protein phosphatases andcan be masked by activation of certain protein kinase C -isoforms. The results of this study show that taking influence on proteinphosphatases is a promising approach to new protective strategies for ischemic-reperfused myocardium, e.g. in the treatment ofmyocardial infarction or in cardiac surgery.