Jochen Röthele
Dr. med.
Ischämische Präkonditionierung und myokardiale Azidose:
Einfluß auf das ß-adrenerge Signaltransduktionssystem
Geboren am 27.8.1971 in Heidelberg
Reifeprüfung am 19.6.1991 in Heidelberg
Studiengang der Fachrichtung Medizin vom WS 1991 bis WS 1998
Physikum am 18.8.1993 an der Universität Heidelberg
Klinisches Studium in Heidelberg
Praktisches Jahr in Heidelberg und Monterrey, Mexiko
Staatsexamen am 20.11.1997 an der Universität Heidelberg
Promotionsfach: Innere Medizin
Betreuerin: Frau Prof. Dr. med. Ruth H. Strasser
Im akuten Myokardinfarkt kommt es zu einer paradoxen Aktivierung des
adrenergen Systems auf verschiedenen Ebenen. Diese erhöhte Empfindlichkeit
sowohl der β-adrenergen Rezeptoren als auch der Adenylylzyklase könnte zum
Auftreten von letalen Herzrhythmusstörungen beitragen. Die molekularen
Mechanismen, welche diese Veränderungen der Adenylylzyklase induzieren, sind
bisher nicht bekannt. Im Rahmen einer ischämischen Präkonditionierung kann das
Herz durch kurze repetitive Ischämien partiell vor einem Infarkt und dessen Folgen,
einschließlich des Auftretens maligner Rhythmusstörungen, geschützt werden.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollten zwei wesentliche Themenkomplexe
beantwortet werden:
1) Sind einzelne Komponenten der Ischämie, wie Azidose bzw. die Ischämie-
bedingte Freisetzung von Adenosin, für die Regulation des adrenergen Systems
verantwortlich?
2) Hat eine ischämische Präkonditionierung Einfluß auf die Regulation der
Adenylylzyklaseaktivität in der Ischämie?
Am Modell isoliert perfundierter Rattenherzen wurde gezeigt, daß eine Azidose
(pH 7,0) zu einer signifikanten Sensibilisierung der Forskolin-stimulierten
Adenylylzyklase führt (452 ± 45 auf 535 ± 14 pmol/mg Protein/Min.). Das Ausmaß
dieser Aktivierung entspricht der Sensibilisierung in der Ischämie.
Als weiteres konnte belegt werden, daß auch Adenosin eine Sensibilisierung
induzieren kann (351 ± 45 auf 461 ± 43 pmol/mg Protein/Min.), wobei eine
zusätzliche Ischämie keinen additiven Effekt auf die Enzymaktivität hat. Außerdem
konnte eine Ischämie-vermittelte Sensibilisierung durch A1-Rezeptor Antagonisten
verhindert werden.
Somit kann sowohl eine Azidose als auch Adenosin eine Aktivierung der
Adenylylzyklase auslösen. Beide Faktoren kommen als mögliche Vermittler der
Sensibilisierung in der frühen Ischämie in Frage. Die Azidose-induzierte
Sensibilisierung kann nicht durch Inhibition der Adenosin A1-Rezeptoren verhindert
werden. Dies zeigt, daß es sich bei Azidose und Adenosin um zwei verschiedene
Mechanismen handelt.
Bekannt ist, daß die Sensibilisierung der Adenylylzyklase mit einer Aktivierung
der Proteinkinase C koinzidiert, bzw. daß die pharmakologische Blockade der Pro-
teinkinase C-Aktivierung die Sensibilisierung der Adenylylzyklase in der Ischämie
verhindert. Die Proteinkinase C kann sowohl durch Azidose aber auch durch
Adenosin auf getrennten Wegen stimuliert werden. Beide könnten somit letztlich
über Aktivierung der Proteinkinase C die Sensibilisierung der Adenylylzyklase
bewirken.
Die Aktivierung des adrenergen Systems in der Ischämie kann zur Entstehung
maligner Arrhythmien im Rahmen eines Herzinfarktes beitragen, während das Herz
durch ischämische Präkonditionierung vor den Infarktfolgen geschützt wird. Denkbar
wäre, daß die ischämische Präkonditionierung dadurch protektiv wirkt, daß die
Aktivierung des sympathoadrenergen Systems abgeschwächt bzw. verhindert wird.
Deshalb wurde untersucht, welchen Effekt eine ischämische Präkonditionierung auf
den Verlauf der Adenylylzyklaseaktivität hat.
In den durch repetitiven kurzen Ischämien präkonditionierten Herzen findet sich
ein signifikanter Anstieg der Adenylylzyklaseaktivität in der frühen Ischämie.
Sowohl die Basalwerte ohne Stimulation (61 ± 3,4 auf 80 ± 6,1 pmol/mg
Protein/Min.) als auch die Aktivität nach Stimulation durch ß-adrenerge Rezeptoren
mit Isoproterenol (99 ± 5,5 auf 124 ± 6,9 pmol/mg Protein/Min.), durch G-Proteine
mit Natriumfluorid (146 ± 15 auf 171 ± 11 pmol/mg Protein/Min.) oder nach direkter
Stimulation mit Forskolin (452 ± 18 auf 579 ± 33 pmol/mg Protein/Min.) ist
signifikant erhöht. Diese Aktivierung ist nach 15 Minuten rückläufig und fällt nach
30 Minuten unter Kontrollwerte vor Ischämie. Im direkten Vergleich zwischen
präkonditionierten und unbehandelten Herzen befinden sich die Kontrollwerte vor
Ischämie im selben Bereich (Unbeh. 347 ± 13, Pc. 363 ± 8 pmol/mg Protein/Min.).
Das Ausmaß der Ischämie-induzierten Sensibilisierung der Adenylylzyklase ist in
präkonditionierten und in unpräkonditionierten Herzen ebenfalls vergleichbar.
Weiterhin konnte gezeigt werden, daß die ischämische Präkonditionierung den
Abfall der Adenylylzyklaseaktivität in der prolongierten Ischämie verzögert. So ist
nach 30 Minuten Ischämie die Adenylylzyklaseaktivität in den präkonditionierten
Herzen noch signifikant höher als in den unbehandelten Herzen (285 ± 14 versus 326
± 8,5 pmol/mg Protein/Min.). Diese zögerte Inaktivierung der Adenylylzyklase in
späten Ischämie kann als Zeichen des Schutzes vor Proteolyse durch ischämischen
Präkonditionierung interpretiert werden.
In der vorliegenden Arbeit ist nachgewiesen worden, daß im präkonditionierten
Rattenherzen die Sensibilisierung der Adenylylzyklaseaktivität weiterhin stattfindet.
Der Wirkmechanismus der ischämischen Präkonditionierung scheint somit nicht über
eine Beeinflussung der Sensibilisierung der Adenylylzyklase vermittelt zu werden.
Außerdem ist belegt worden, daß Azidose sowie Adenosin zwei bislang
unbekannte, differentielle Regulationsmechanismen zur Sensibilisierung der
Adenylylzyklase darstellen. Beide Kandidaten kommen als mögliches Bindeglied
zwischen Ischämie und Proteinkinase C-Aktivierung in Betracht, die dann letztlich
über Phosphorylierung die Sensibilisierung der Adenylylzyklase auslöst.
Auf die Dichte der ß-adrenergen Rezeptoren hingegen hat weder Azidose noch
Adenosin einen Einfluß. Dies ist ein weiterer Hinweis dafür, daß Adenylylzyklase
und ß-adrenerge Rezeptoren unabhängig voneinander reguliert werden und daß die
Aktivierung des adrenergen Systems in der Ischämie auf den verschiedenen Ebenen
durch unterschiedliche Mechanismen vermittelt wird.
