Ischemische preconditionering, minder schade na hartinfarct
Reperfusieschade is de schade die ontstaat in het hart als er zuurstofrijk bloed in komt na een periode van zuurstoftekort. Dit klinkt tegenstrijdig, maar de toename van zuurstof zorgt dus voor schade. Hartfalen en de geassocieerde ischemische hartziekten zijn een groot probleem en zijn de nummer één oorzaak van overlijden wereldwijd. Ischemische preconditionering is het herhaald toebrengen van korte periodes van zuurstoftekort, hierdoor worden verschillende stofjes gevormd die er voor kunnen zorgen dat het hart beschermd wordt door de reperfusieschade.
Ischemische reperfusieschade
Na een hartinfarct heeft een hart een tijd aanvoer van zuurstofarm bloed(ischemie). Wanneer na deze periode weer zuurstofrijk bloed wordt aangevoerd(reperfusie) zal dit geen positief effect hebben, maar juist negatief werken. Als er zuurstoftekort is gaan hartcellen minder mitochondriële energie produceren. Wanneer er geen zuurstof is, gaan deze cellen de glycolyse in waardoor ze melkzuur gaan maken. Door de zure omstandigheden daalt de pH in de cellen. Hierdoor kan de ionenbalans in de cellen verstoord raken waardoor er meer calcium ionen komen.
Wanneer er ineens zuurstofrijk bloed door het hart stroomt, neemt deze concentratie nog verder toe. Het hard gaat extra contraheren waardoor de hartcellen schade oplopen. Daarnaast worden er plotseling meer zuurstofradicalen gevormd, dit zorgt ook voor schade aan de hartspiercellen. Door de combinatie van de zuurstofradicalen en de toename van calciumionen neemt de permeabiliteit van de 'mitochondrial permeability transition pore' (mPTP) toe, deze porie zorgt er voor dat de cellen dood zullen gaan. Dus door de combinatie van eerst een periode van zuurstoftekort gevolgd door een sterke toename van zuurstof in het hart zorgt voor onomkeerbare schade.
Een wereldwijd probleem
Atherosclerose in de kransslagaderen van het hart is een groot probleem en leidt tot de meeste doden wereldwijd. In 2007 was de incidentie van een acuut hartinfarct in Nederland ongeveer 26.500, dit was gebaseerd op getallen van huisartsen. Dit getal is waarschijnlijk een onderschatting.
Omdat verstoppingen van de kransslagaders met een hartinfarct tot gevolg vaak leidt tot ischemische reperfusieschade is het belangrijk om te kijken hoe deze schade verminderd kan worden. Hierdoor kunnen preventieve en therapeutisch therapieën ontwikkeld worden zodat de ischemische reperfusieschade en de grootte van het infarct verminderd kunnen worden.
Ischemische preconditionering
Ischemische preconditionering is een bekend voorbeeld om het hart te beschermen tegen schade. Herhaalde (twee tot drie keer) korte periodes, meestal minder dan vijf minuten, van zuurstoftekort voor de echte ischemische schade kunnen worden gebruikt om triggers zoals endogene opioïden door het lichaam vrij te laten komen. Endogene opioïden zijn pijnstillers, door het lichaam gemaakt, die dezelfde werking hebben als morfine.Het is bewezen dat bijna alle anesthetica cardioprotectie kunnen induceren via preconditionering of postconditionering. Deze stoffen kunnen er voor zorgen dat cellen blijven leven door het up-reguleren van het Reperfusion Injury Salvage Kinase (RISK) reactiepad en het Survivor Activating Factor Enhancement (SAFE) reactiepad. Deze reactiepaden in de cellen zorgen er allebei, zowel onafhankelijk als samen, voor dat het hart beschermd tegen reperfusieschade door de mPTP opening te remmen. Er zijn twee pieken van bescherming, de eerste piek duurt 3-6 uur en heet vroege preconditionering, de tweede begint na 24 uur en duurt tot 72 uur na de ischemie en reperfusie.
Deze methode is bewezen effectief in dieren en ook in menselijke hartspiercellen. Menselijke studies mogen niet worden uitgevoerd om logistieke en ethische redenen wanneer de grootte van het infarct wordt gemeten. Het effect van ischemische preconditionering kan verminderen wanneer iemand last heeft van bepaalde condities zoals verhoogd cholesterol, een verhoogd bloedsuiker niveau, hypertensie, ventrikel hypertrofie, obesitas, hyperhomocysteïnemie of een te hoge leeftijd heeft.
Ischemische preconditionering op afstand
Ischemische preconditionering kan worden bereikt door het sluiten van de kransslagaderen, maar dit kan ook door het toebrengen in verder gelegen weefsels en organen. Dit is makkelijker om toe te passen in de klinische praktijk omdat er geen contact met het hart nodig is, maar bijvoorbeeld ook een arm kan worden gebruikt. Een voorbeeld hiervan is het dichtknijpen van de bovenarmslagader. Het is bewezen effectief om het hart te beschermen na een bypass, hoe dit precies werkt is onduidelijk. Er zijn drie hypotheses over hoe de communicatie tussen het afgelegen weefsel en het hart kan worden bereikt: via zenuwen, hormonen of systemisch.
- Neuronale hypothese. De hypothese hierbij is dat lokale neuronen worden geactiveerd waardoor de efferente neuronen worden gestimuleerd. Deze neuronen eindigen bij het hart, en zorgen voor een beschermend effect.
- Humorale hypothese. Deze hypothese veronderstelt dat er een directe inductie in het hart plaats vindt door activatie van de G-proteïnegekoppelde receptor nadat de hormonen bij het hart zijn gekomen via het bloed.
- Systemische hypothese. Hierbij wordt gedacht dat er een meer algemeen effect is via systemische onderdrukking van ontstekingen en celdood als er ischemie is in afgelegen lichaamsdelen.
Wanneer de mechanismes onderzocht worden en begrepen worden kan dit leiden tot nieuwe toepassingen in klinische scenario's zoals na een hartinfarct. Deze informatie kan er voor zorgen dat er nieuwe behandelingen mogelijk worden die de schade door ischemische reperfusieschade kunnen verminderen.