Myokardiale Ischämie und Reperfusionsschaden

Myokardiale Ischämie ist der Zustand, bei dem der Herzmuskel zu wenig Blut erhält, um seinen Stoffwechselbedarf zu decken, und Reperfusionsschaden ist der paradoxe zusätzliche Schaden, der auftreten kann, wenn die Blutversorgung des zuvor ischämischen Myokards wiederhergestellt wird. Zusammen erklären sie sowohl den Schaden eines unterbrochenen Koronarflusses als auch die Grenzen einer bloßen Wiederherstellung desselben.

Definition

Myokardiale Ischämie ist ein Ungleichgewicht, bei dem die Sauerstoff- und Substratversorgung des Myokards unter den Bedarf fällt, während der Ischämie-Reperfusionsschaden der zusätzliche Kardiomyozytenschaden ist, der durch die abrupte Wiederherstellung des Blutflusses und des Sauerstoffs im ischämischen Gewebe ausgelöst wird.

Scope

Dieses Thema behandelt die zellulären Folgen der myokardialen Ischämie und den spezifischen Schaden, der mit der Reperfusion einhergeht, einschließlich Mechanismen wie Kalziumüberladung, oxidativem Stress und dem mitochondrialen Permeabilitätsübergang sowie dem Konzept des Kardioprotektion. Es ist mechanistisch fokussiert und besonders relevant, wo das Myokard absichtlich arretiert und reperfundiert wird, aber es ist eine Referenzbeschreibung und keine klinische Leitlinie.

Core questions

• Was geschieht mit dem Kardiomyozytenstoffwechsel und dem Ionenhaushalt während der Ischämie?
• Warum kann die Wiederherstellung des Blutflusses weiteren Schaden verursachen, anstatt nur zu retten?
• Welche Rolle spielen reaktive Sauerstoffspezies, Kalziumüberladung und die mitochondriale Permeabilitätsübergangspore?
• Kann der Ischämie-Reperfusionsschaden durch kardioprotektive Strategien begrenzt werden?

Key concepts

• Sauerstoff-Ungleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage
• Reaktive Sauerstoffspezies
• Intrazelluläre Kalziumüberladung
• Mitochondriale Permeabilitätsübergangspore
• Reperfusionsschaden
• Ischämische Präkonditionierung und Postkonditionierung
• Kardioprotektion

Key theories

Mitochondriale Permeabilitätsübergangspore als Todesschalter

Reperfusionsbedingungen – Kalziumüberladung, oxidativer Stress und pH-Normalisierung – öffnen die mitochondriale Permeabilitätsübergangspore in den ersten Minuten des Reflows, was die mitochondriale Funktion kollabieren lässt und zuvor lebensfähige Kardiomyozyten dem Tod weiht, wodurch die Pore zu einem vorgeschlagenen Ziel für die Kardioprotektion wird.

Konditionierungsbasierte Kardioprotektion

Kurze, kontrollierte Ischämie-Episoden vor (Präkonditionierung), nach (Postkonditionierung) oder entfernt vom Herzen können eine endogene Signalgebung aktivieren, die den Reperfusionsschaden in experimentellen Modellen reduziert, obwohl die Umsetzung in einen konsistenten klinischen Nutzen schwierig war.

Mechanisms

Während der Ischämie verschiebt Sauerstoffmangel die Kardiomyozyten zum anaeroben Stoffwechsel, wodurch energiereiche Phosphate verbraucht, der intrazelluläre pH-Wert gesenkt und die Ionenhomöostase gestört wird, sodass sich Natrium und dann Kalzium ansammeln (Yellon, 2007). Wenn der Fluss wiederhergestellt wird, erzeugt die plötzliche Wiedereinführung von Sauerstoff reaktive Sauerstoffspezies, die intrazelluläre und mitochondriale Kalziumüberladung verschlimmert sich, und eine schnelle pH-Normalisierung ermöglicht die Öffnung der mitochondrialen Permeabilitätsübergangspore, die reversibel geschädigte Zellen in den Tod treiben kann – der Kern des Reperfusionsschadens (Hausenloy, 2013). Da ein Teil des Schadens durch die Reperfusion selbst verursacht wird, zielen experimentelle kardioprotektive Strategien wie das ischämische Konditionieren darauf ab, diese Signalwege zu unterbrechen, obwohl ihre klinische Umsetzung inkonsistent war (Heusch, 2016).

Clinical relevance

Die duale Natur von Ischämie und Reperfusion erklärt, warum die Wiederherstellung des Koronarflusses notwendig, aber allein nicht ausreichend ist, um das Myokard vollständig zu schützen, ein Konzept, das zentral für die Reperfusion infarzierter Herzen und für Situationen ist, in denen das Herz absichtlich arretiert und wieder gestartet wird (Anderson, 2017; Yellon, 2007). Dieser Eintrag beschreibt Mechanismen als Referenz und leitet nicht die Behandlung eines Individuums an.

Evidence & guidelines

Reperfusionsschaden und Kardioprotektion werden weitgehend durch experimentelle und translationale Forschung charakterisiert; während Präkonditionierung und Konditionierung den Schaden in Modellen reduzieren, haben kritische Bewertungen klinischer Studien inkonsistente Vorteile ergeben, sodass keine Konditionierungstherapie zum Standard der Versorgung geworden ist (Heusch, 2016; Hausenloy, 2013).

History

Die Erkenntnis, dass die Reperfusion selbst das Myokard schädigen kann, entstand in der experimentellen Kardiologie im späten zwanzigsten Jahrhundert, zusammen mit der Entdeckung der ischämischen Präkonditionierung. Übersichten von Yellon und Hausenloy (2007) sowie Hausenloy und Yellon (2013) konsolidierten das mechanistische Bild und schlugen die mitochondriale Permeabilitätsübergangspore als therapeutisches Ziel vor, während Heusch (2016) die klinische Translation der Konditionierung kritisch bewertete.

Debates

Kann die Kardioprotektion gegen Reperfusionsschaden bei Patienten angewendet werden?

Ischämische und pharmakologische Konditionierung begrenzen die Infarktgröße in Tiermodellen robust, aber klinische Studien zur Prä-, Post- und Fernkonditionierung haben gemischte Ergebnisse geliefert, was die Frage aufwirft, ob das experimentelle Konzept einen zuverlässigen Patientennutzen erbringen kann.

Key figures

• Derek M. Yellon
• Derek J. Hausenloy
• Gerd Heusch

Seminal works

• yellon-2007
• hausenloy-2013

Frequently asked questions

Wie kann die Wiederherstellung des Blutflusses dem Herzen schaden, das sie retten soll?

Die Reperfusion ist unerlässlich, um ischämisches Muskelgewebe zu retten, aber die plötzliche Rückkehr von Sauerstoff und die Bedingungen beim Reflow können reaktive Sauerstoffspezies und Kalziumüberladung erzeugen, die die mitochondriale Permeabilitätsübergangspore öffnen und einige Zellen abtöten, die noch lebensfähig waren. Dieser zusätzliche Schaden wird als Reperfusionsschaden bezeichnet.

Schützt die ischämische Präkonditionierung das Herz bei Patienten?

In experimentellen Modellen reduzieren kurze Ischämie-Episoden vor einer längeren den Schaden erheblich. Bei Patienten haben Studien zu Konditionierungsstrategien jedoch inkonsistente Ergebnisse gezeigt, sodass es ein Forschungskonzept und keine etablierte Behandlung bleibt.