Der Einfluss der Hypoxie-Intensität auf das Ausmaß des Hypoxie-/Reoxygenationsschadens in isolierten Kardiomyozyten

Abstract

Ziel dieser Studie war es, den Effekt verschiedener Hypoxie-Intensitäten auf die Entstehung der Kontraktur, die Kalzium-Homöostase und die Entwicklung von Nekrosen während Ischämie und Reperfusion in Kardiomyozyten zu untersuchen.Um die kardiale Ischämie zu simulieren, wurden isolierte Kardiomyozyten männlicher Wistar Ratten mit einem HEPES-Puffer (pH 6.4, keine Glukose) unterschiedlicher Sauerstoff-Sättigungen (2-3 %; 0,1-1 %) perfundiert. Um ein maximales Energiedefizit zu erzielen, fanden Experimente mit Natriumcyanid (2 mmol/l) statt. Um die Reperfusion zu simulieren, reoxygenierten wir die Zellen mit einem HEPES-Puffer (pH 7.4, Glucose). Für die Messung wurde ein Fluoreszenz-Mikroskopie-System verwendet.Es zeigte sich, dass eine Sauerstoff-Sättigung von 0,1-1 % am ehesten mit einer metabolischen Inhibierung vergleichbar ist. In beiden Gruppen entsteht die Nekrose hauptsächlich durch die Hyperkontraktur in der Reoxygenation. Es traten dennoch signifikante Unterschiede in der Anzahl der zytosolischen Kalzium-Oszillationen auf. Besonders unter 2-3 % Sauerstoff-Sättigung zeigten sich spontane Hyperkontrakturen bereits in der Ischämie. Darüber hinaus deutet unsere Arbeit darauf hin, dass die Rigorkontraktur, bei rechtzeitiger Reoxygenation, reversibel ist.Die Daten dieser Arbeit zeigen, dass der myokardiale Reperfusionsschaden abhängig vom Schweregrad der vorangehenden Hypoxie ist. Je stärker die Hypoxie ausgeprägt ist, desto größer fällt der Schaden aus. Oszillationen des zytosolischen Kalziums treten sowohl nach metabolischer Inhibierung als auch nach milder Hypoxie auf. Diese können das Korrelat für das Auftreten von Arrhythmien nach einem mittels PCI behandelten STEMI/NSTEMI darstellen. Spontane Hyperkontrakturen treten bei kritischen Hypoxie-Zuständen auf.

The aim of this study was to examine the effect of different levels of hypoxia on cell contracture, calcium homoeostasis and development of necrosis during ischaemia and reperfusion in cardiac myocytes.To simulate myocardial ischemia, isolated cardiac myocytes from adult male Wistar rats were perfused with a HEPES buffer (pH 6.4, no glucose) and with different oxygen saturation (2-3 %; 0.1-1 %). To induce total energy deficit sodium cyanide (2 mmol/l) was added to the buffer. To simulate reperfusion cells were reoxygenated with a HEPES buffer (pH 7.4, glucose). For life cell imaging we used a fluorescence-microscopy system. An oxygen saturation of 0.1-1 % was nearly comparable with metabolic inhibition. In both groups necrotic cell death develops during reoxygenation by hypercontracture. There were significant differences in the amount of cytosolic calcium oscillations during reoxygenation. Especially in the group of 2-3 % oxygen saturation spontaneous hypercontracture developed during simulated ischaemia. This work also suggests that rigorcontracture is reversible.The current work shows that injury of cardiac myocytes and necrosis depend on the severity of hypoxia. Cardiac myocytes show cytosolic calcium oscillations not only after metabolic inhibition but also after mild hypoxia. These calcium oscillations may serve as a crucial source for arrhythmogenic events during myocardial ischaemia and reperfusion. In a clinical setting this would refer to malignant arrhythmia after PCI in myocardial infarction. Spontaneous hypercontracture could occur during critical hypoxia levels.