Cholinergický systém srdca

Souhrn

Cholinergický systém v srdci môže byť buď neuronálneho, alebo neneuronálneho pôvodu. Neuronálny cholinergický systém v srdci je reprezentovaný pregangliovými parasympatikovými dráhami, parasympatikovými intrakardiálnymi gangliami a postgangliovými parasympatikovými neurónmi, ktoré projektujú predovšetkým do oblastí predsiení, SA uzla a AV uzla. Neneuronálny cholinergický systém je tvorený samotnými kardiomyocytmi, ktoré majú kompletnú výbavu pre syntézu a vylučovanie acetylcholínu. Podľa súčasných poznatkov neneuronálny cholinergický systém v srdci má vplyv na reguláciu srdcovej činnosti v priebehu aktivácie sympatiku a zohráva úlohu aj pri energetickom metabolizme kardiomyocytov. Acetylcholín či už neuronálneho alebo neneuronálneho pôvodu pôsobí v srdci prostredníctvom muskarínových a nikotínových receptorov. Účinok acetylcholínu v srdci je ukončovaný prostredníctvom cholínesteráz, acetylcholínesterázy a butyrylcholínesterázy. V poslednej dobe čoraz viac odborných publikácii naznačuje, že zvýšenie cholinergického tonusu v srdci prostredníctvom inhibítorov cholínesteráz má pozitívny vplyv pri niektorých ochoreniach kardiovaskulárneho systému, ako je napríklad zlyhávajúce srdce. Z toho dôvodu by sa inhibítory cholínesteráz mohli v budúcnosti úspešne používať pri terapii niektorých ochorení kardiovaskulárneho systému.

Kľúčové slová:
cholinergický systém • inervácia srdca • neneuronálny cholinergický systém srdca • receptory • cholínesterázy v srdci

Úvod

Kardiovaskulárny systém svojou nepretržitou činnosťou zabezpečuje cirkuláciu krvi, a tak umožňuje výmenu látok medzi tkanivami, respektíve orgánmi. Jeho činnosť je neustále modulovaná širokou škálou regulačných mechanizmov, ktoré majú za úlohu zabezpečiť rozdielne nároky tkanív na kyslík a živiny a popri tom zachovávať celkovú funkciu obehovej sústavy. Spomedzi všetkých regulačných mechanizmov kardiovaskulárneho systému je najvýznamnejšia neuronálna regulácia, reprezentovaná vegetatívnym nervovým systémom. Srdce je inervované oboma zložkami vegetatívneho nervového systému, sympatikom aj parasympatikom. Podľa neurotrasmitera vylučovaného postgangliovým neurónom sa sympatikový vegetatívny nervový systém nazýva aj adrenergický a parasympatikový vegetatívny nervový systém aj cholinergický¹⁾. Výskum neuronálnej regulácie srdcovej činnosti sa do dnešných dní zameriaval prevažne na adrenergický systém, zatiaľ čo cholinergický systém bol v úzadí záujmu odbornej verejnosti. Tento stav môžeme prisúdiť viacerým skutočnostiam popísaným vo vedeckej literatúre. Napríklad adrenergická inervácia je prítomná v celom srdci, zatiaľ čo cholinergická je lokalizovaná prevažne v oblasti predsieni²⁾. Kým aktivácia adrenergického systému vedie ku dramatickému nárastu srdcovej frekvencie, tlaku krvi a iných srdcových parametrov, aktivácia cholinergického systému je miernejšia a spôsobuje prevažne „iba“ pokles srdcovej frekvencie^{3, 4)}. Tieto, ale aj mnohé iné poznatky prispeli k tomu, že s výnimkou srdcovej frekvencie sa cholinergickému systému pripisoval len minimálny vplyv na srdce. Avšak v posledných rokoch sa začali objavovať publikácie, ktoré vyzdvihujú regulačnú úlohu cholinergického systému v srdci, a to predovšetkým pri patogenéze rôznych závažných ochorení kardiovaskulárneho systému. Z toho dôvodu začal naberať výskum cholinergického systému v srdci na význame. V budúcnosti by mohlo viesť farmakologické ovplyvnenie tohto systému k prevencii respektíve terapii mnohých kardiovaskulárnych ochorení, ktoré sú v rozvinutých krajinách na popredných priečkach v príčinách úmrtnosti.

Neuronálny cholinergický systém srdca

Pregangliové parasympatikové dráhy inervujúce srdce

V centrálnej nervovej sústave sú parasympatikové centrá, ktoré ovplyvňujú srdce, lokalizované v strednej oblasti predĺženej miechy. Medzi ne zaraďujeme jadrá nucleus ambiguus, nucleus tractus solitarius a dorzálne motorické jadrá. Činnosť týchto parasympatikových centier je ovplyvňovaná hypothalamom⁵⁾. Z parasympatikových jadier v predĺženej mieche vychádzajú eferentné parasympatikové nervové dráhy štyrmi hlavovými nervami (n. oculomotorius, n. facialis, n. glossopharyngeus a n. vagus). Srdce inervuje n. vagus, teda desiaty hlavový nerv. Parasympatikové nervové dráhy sú prerušené v gangliách, ktoré sa nachádzajú buď v tesnej blízkosti inervovaného orgánu, alebo v samotnom orgáne⁶⁾. Okrem priameho ovplyvňovania srdcovej činnosti pôsobia eferentné parasympatikové dráhy, aj na sympatikové nervové zakončenia, a tak môžu regulovať aj vylučovanie noradrenalínu. Aferentné vágové dráhy⁵⁾ modulujú baroreflexy⁷⁾, sympatikové, ale aj ostatné parasympatikové dráhy. Podľa všeobecne zaužívanej definície vedie stimulácia, respektíve aktivácia pravostranného vágu predovšetkým k ovplyvňovaniu sinoatriálneho (SA) uzla, na druhej strane aktivácia ľavostranného vágu ovplyvňuje najmä atrioventrikulárny (AV) prevod akčného potenciálu⁵⁾.

Existuje viacero experimentálnych prác, ktoré sa venujú fyziológii a anatómii parasympatikových dráh. U ľudí vstupujú parasympatikové nervy do srdca v oblasti srdcového hilu. Komory sú inervované parasympatikovými nervami, ktoré vstupujú arteriálnou časťou hilu a naopak nervy, ktoré inervujú prevažne predsiene vstupujú do srdca venóznou časťou srdcového hilu⁸⁾. Experimenty na potkanoch preukázali podobnú vágovú inerváciu srdca ako u ľudí. Nervy vstupujúce do srdca potkana cez arteriálnu časť srdcového hilu smerujú do epikardu komôr. Naopak nervy vchádzajúce venóznou časťou srdcového hilu ostávajú lokalizované na báze srdca, a vytvárajú tak nervový plexus srdcového hilu⁹⁾. Podobne ako u človeka a potkana aj u myší vstupujú vágové nervové dráhy do srdca v oblasti hilu. Kým pravostranný vágus vstupuje do srdcového hilu v oblasti bázy srdca, ľavostranný vágus dosahuje srdce v oblasti lokalizovanej medzi vstupom pľúcnych žíl do srdca a ľavou predsieňou¹⁰⁾.

Hlavná časť parasympatikových nervov (približne 75 %) vychádza u potkanov z ventrolaterálnych jadier nucleus ambiguus^{11, 12)}. U mačiek boli preukázané tri hlavné, približne rovnaké populácie vágových pregangliových neurónov, ktoré vychádzajú z nucleus ambiguus a participujú na regulácii srdcovej frekvencie. Jedná sa o skupiny neurónov, ktoré inervujú SA ganglium, spodné predsieňové ganglium alebo obe tieto gangliá súčasne¹³⁾. Podrobnejšia analýza preukázala, že v nucleus ambiguus sa nachádzajú telá navzájom oddelených skupín neurónov, ktoré sprostredkúvajú buď dominantný vyššie spomínaný negatívne chronotropný efekt, alebo menej výrazný negatívne inotropný efekt vágu. Telá týchto dvoch skupín neurónov sa v nucleus ambiguus navzájom prekrývajú, ich dráhy sú oddelené, ale k srdcu smerujú paralelne vedľa seba. Väčšina neurónov, ktoré spôsobujú negatívne chronotropný efekt, projektujú do SA ganglia. Na druhej strane tie, ktoré spôsobujú negatívne inotropný efekt, projektujú do kranioventrikulárneho ganglia¹⁴⁾. Neuróny vychádzajúce z nucleus ambiguus projektujúce do spodného predsieňového ganglia majú podobnú štruktúru ako neuróny projektujúce do SA ganglia¹³⁾. Nervové vlákna u potkanov, ktoré vychádzajú z dorzálnych motorických jadier, inervujú rovnaké srdcové gangliá ako neuróny vychádzajúce z nucleus ambiguus. Napriek tomu, že obe skupiny nervových vlákien projektujú do rovnakých ganglií, inervujú odlišné subpopulácie gangliových neurónov. To môže byť podľa autorov štúdie jasným dôkazom, že tieto dve parasympatikové centrá majú rozdielnu úlohu pri kontrole srdcovej činnosti¹⁵⁾.

Parasympatikové gangliá v srdci

Ako bolo spomenuté vyššie, parasympatikové dráhy inervujúce srdce sú prerušené v gangliách. Všetky gangliá, respektíve gangliové plexy v srdci sú inervované eferentnými vágovými nervovými vláknami. Pregangliové vágové neuróny, respektíve ich axóny vytvárajú okolo hlavných postgangliových neurónov zakončenia, ktoré sa podobajú na košík. Presnejšie povedané, zakončenia axónov, na ktorých sa nachádzajú varikozity, sú tesne obtočené okolo tiel hlavných gangliových neurónov¹⁶⁾. Jednotlivé gangliá sú medzi sebou pospájané do väčších gangliových plexov prostredníctvom intergangliových neurónov. Počet a lokalizácia ganglií sa u jednotlivých živočíšnych druhov výrazne líšia. U myší bola väčšina srdcových ganglií lokalizovaná na báze srdca, pri vyústení pľúcnych žíl do ľavej predsiene¹⁰⁾. Priemerný počet ganglií v myšacom srdci je okolo 18¹⁶⁾. Tie sú pospájané interneurónmi do 9 väčších plexov. Detailná analýza preukázala, že myšacie gangliá majú oválny tvar a obsahujú väčšinou 2 až 3 vrstvy buniek, avšak niekoľko ganglií obsahuje dokonca 4 až 5 vrstiev buniek¹⁰⁾. Najväčší výskyt ganglií v myšacom srdci je v oblasti SA uzla, AV uzla a nižšej ľavej pulmonálnej vény, pričom gangliové plexy SA uzla a AV uzla obsahujú zhodne 5 až 8 ganglií. Plexus ganglií, ktorý sa nachádza v tesnej blízkosti nižšej ľavej pulmonálnej vény, obsahuje 3 až 5 ganglií, pričom tieto gangliá sú menšie ako gangliá predošlých dvoch gangliových plexov. U potkanov bolo preukázané obdobné rozmiestnenie a počet ganglií ako u myší s tým rozdielom, že gangliá potkanov sú výrazne väčšie¹⁶⁾. Na rozdiel od myšacieho alebo potkanieho srdca sa v mačacom srdci nachádza iba 8 ganglií. Väčšina z ganglií mačacieho srdca je lokalizovaná v tukovom a spojivovom tkanive na povrchu srdca, poprípade obklopujú veľké cievy. Polovica ganglií sa nachádza v oblasti predsieni a druhá polovica v oblasti komôr. Z fyziologického hľadiska sú najdôležitejšie SA ganglium, ktoré sa spolu so spodným predsieňovým gangliom zúčastňuje na riadení srdcovej frekvencie, AV ganglium, ktoré moduluje AV prevod a kranioventrikulárne ganglium, ktoré ovplyvňuje kontraktilitu ľavej komory. Celkový počet neurónov v mačacom srdci je približne 6274 s variabilitou ± 1061, pričom až 51 % sa nachádza v komorách^{13, 17)}. Čo sa týka parasympatikových ganglií v ľudskom srdci, literatúra uvádza rozdielne údaje. Armour a kol.¹⁸⁾ identifikovali v predsieňach ľudského srdca 485 ± 43 ganglií a v komorách 88 ± 7 ganglií, ktoré sú obsiahnuté v desiatich gangliových plexoch¹⁸⁾. Na druhej strane Pauza vo svojej publikácii uvádza, že v ľudské srdce obsahuje až 836 ± 76 ganglií v deviatich gangliových plexoch⁸⁾. Najväčšia hustota ganglií sa nachádza v oblasti srdcového hilu, konkrétne na dorzálnej a dorzolaterálnej strane ľavej predsiene, kde sa nachádza až 50 % všetkých ganglií ľudského srdca. Ľavá predsieň je inervovaná tromi, pravá predsieň dvomi, pravá komora jedným a ľavá komora tromi gangliovými plexmi⁸⁾. Komorové gangliové plexy sa nachádzajú v tukovom tkanive na bázach oboch komôr¹⁸⁾. Nedávne experimenty na psoch preukázali, že ganglium nachádzajúce sa pri vstupe pulmonálnych vén do ľavej predsiene obsahuje nielen cholinergické neuróny, ale aj adrenergické neuróny. Toto zistenie je v rozpore s doterajšími poznatkami, ktoré hovoria, že v srdci sa nachádzajú iba cholinergické neuróny. Obe populácie neurónov projektujú svoje axóny do SA uzla a ovplyvňujú srdcovú frekvenciu, čo autori štúdie potvrdili nielen neuroanatomickými, ale aj fyziologickými experimentami¹⁹⁾.

Postgangliové parasympatikové neuróny v srdci

Z ganglií, ktoré sa nachádzajú predovšetkým v epikarde, vychádzajú postgangliové neuróny, ktoré sa nazývajú aj vnútorné srdcové nervy. Tieto nervy zabezpečujú inerváciu jednotlivých štruktúr srdca. Prechádzajú z epikardu smerom do myokardu²⁰⁾. Jedná sa napríklad o vyššie spomínanú inerváciu buniek SA uzla neurónmi vychádzajúcimi z SA ganglia alebo spodného predsieňového ganglia, poprípade inerváciu komôr sprostredkovanú kranioventrikulárnym gangliom^{8, 13, 14, 17)}. Vnútorné nervy sú zhlukované do zreteľných dráh a projektujú do rôznych oblastí predsiení a komôr⁹⁾. Inervácia srdca postgangliovými nervovými dráhami nie je homogénna, ale existujú oblasti s hustejšou či redšou sieťou nervových vlákien⁸⁾. Popri myokarde je bohato inervovaný aj epikard a endokard. Na povrchu endokardu sa nachádza hustá sieť parasympatikových nervových vlákien^{8, 21)}. Hustota vnútorných nervov v predsieňach a komorách prasiat a ľudí je vyššia v endokarde ako v epikarde^{20, 21)}. Porovnanie inervácie vrstiev srdca preukázalo, že pravá predsieň obsahuje hustejšiu inerváciu endokardu ako ľavá predsieň a naopak ľavá predsieň má hustejšiu inerváciu epikardu ako pravá predsieň²¹⁾.

V myšacom srdci sa na inervácii SA uzla podieľa okolo 1000 vnútorných kardiálnych neurónov. V prípade AV uzla je to približne 860 neurónov²²⁾. Stimulácia neurónov projektujúcich do SA uzla u človeka vedie k spomaleniu trvania predsieňového cyklu. Čím je frekvencia impulzov stimulácie vyššia, tým je predsieňový cyklus pomalší. Stimulácia neurónov projektujúcich do SA uzla nemá vplyv na AV prevod vzruchu²³⁾. Prítomnosť parasympatikových neurónov bola dokázaná aj na povrchu mitrálnych chlopní, o ktorých sa dlho predpokladalo, že neobsahujú žiadnu cholinergickú inerváciu. Nervové vlákna vstupujú do chlopní potkana z fibromuskulárnej oblasti a preferenčne sa šíria do bazálnej a inermediálnej oblasti chlopne²⁴⁾. Inervácia v ľudskom srdci je väčšia v predsieňach ako v komorách, pričom hustota neurónov je nižšia v ľavej ako v pravej predsieni^{20, 25)}. Prevodový systém je inervovaný hustou sieťou vnútorných srdcových neurónov. Zaujímavé je, že počet ich nervových zakončení je v prevodovom systéme vyšší ako počet nervových zakončení adrenergických sympatikových neurónov^{22, 25)}. V komorách prechádzajú neuróny paralelne s koronárnymi artériami²⁰⁾, ako je napríklad ľavá predná descendentná koronárna artéria. Pravá komora je u prasiat aj u človeka hustejšie inervovaná ako ľavá komora^{20, 21)}. Inervácia oboch komôr klesá z bázy smerom k apexu a zadná strana komôr je bohatšie inervovaná ako predná strana²⁰⁾.

Neneuronálny cholinergický systém srdca

V posledných rokoch sa začali objavovať publikácie, ktoré poukázali na prítomnosť takzvaného neneuronálneho cholinergického systému srdca. Experimenty na izolovaných kardiomyocytoch preukázali, že nielen neuróny v srdci, ale aj kardiomyocyty z predsieni a komôr sú schopné syntetizovať a vylučovať acetylcholín (ACh), nakoľko obsahujú kompletnú výbavu pre syntézu a vylučovanie ACh^{26, 27)}.

Vysokoafinitný cholínový transportér (ChT1) zabezpečuje transport cholínu z extracelulárneho priestoru do vnútra bunky²⁸⁾. V kardiomyocytoch pochádzajúcich z dospelých (6–8 týždňov) a starých (20–24 mesiacov) jedincov bola jeho prítomnosť preukázaná nielen na úrovni mRNA, ale aj na proteínovej úrovni. Neonatálne kardiomyocyty tento transportný proteín vôbec neobsahujú. U starých jedincov dochádza k nárastu hladín ChT1 v predsieňach, kým naopak v komorách dochádza k poklesu jeho hladín²⁷⁾. Sekrécia ACh kardiomyocytmi je závislá na aktivite ChT1 a na vychytávaní cholínu z extracelulárneho prostredia²⁹⁾. Pritom transport cholínu do bunky je limitujúcim krokom v syntéze ACh²⁸⁾. Absencia ChT1 nie je zlučiteľná zo životom. V prípade 50 % delécie tohto transportéra dochádza u mutantných zvierat k výraznému, až 50 %, poklesu hladín ACh v srdci. To má za následok vyššiu pokojovú srdcovú frekvenciu a vyšší pokojový systolický tlak krvi, ako majú myši divokého kmeňa³⁰⁾.

Ďalším proteínom, ktorý zohráva dôležitú úlohu pri syntéze ACh v kardiomyocytoch, je cholínacetyltransferáza (ChAT). Tento enzým je v srdci nerovnomerne rozmiestnený. Jeho najvyššie hladiny sa nachádzajú v oblasti SA a AV uzla. Nižšie hladiny je možné pozorovať v predsieňach a najnižšie v komorách³¹⁾. Nielen neuróny, ale aj komorové a predsieňové kardiomyocyty pochádzajúce z dospelých a starých jedincov obsahujú ChAT. Podľa niektorých štúdií sa však v neonatálnych kardiomyocytoch potkanov ChAT nenachádza ani na proteínovej úrovni a takisto ani na úrovni mRNA²⁷⁾. Tieto tvrdenia však boli vyvrátené v prípade myšacích a potkaních neonatálnych kardiomyocytov^{26, 29)}. U starších jedincov nastáva s vekom zníženie hladín ChAT v kardiomyocytoch²⁷⁾. V prípade absencie ChAT dochádza k nárastu srdcovej frekvencie, čo je spôsobné poklesom hladín ACh v srdci³²⁾. Naopak u mutantných myši s vysokými hladinami ChAT, a tým pádom aj ACh v srdci prekvapujúco nedochádza ku žiadnym zmenám srdcovej frekvencie³³⁾. V srdciach potkanov bolo preukázané, že inhibícia ChAT nepotláča syntézu ACh úplne. Autori štúdie túto skutočnosť pripisujú prítomnosti karnitínacetyltransferázy, nakoľko syntéza ACh by mohla byť produktom jej aktivity³¹⁾. Avšak neskôr Rana spolu s kolegami demonštrovali, že ChAT je hlavný enzým, ktorý sa podieľa na syntéze ACh v kardiomyocytoch²⁷⁾. Na rozdiel od mozgu, kde je prítomný zostrihový variant ChAT s veľkosťou 80 kDA, v kardiomyocytoch sa nachádza zostrihový variant veľký 52 kDa²⁹⁾. Aplikácia ACh alebo agonistu muskarínových receptorov (MR) vyvoláva zvýšenie hladín ChAT v kardiomocytoch. To následne vedie ku zvýšeniu syntézy a následnému zvýšenému uvoľňovaniu ACh. Tento efekt je sprostredkovaný MR, pretože aplikácia antagonistu MR atropínu zabraňuje zvýšeniu expresie ChAT a potláča vylučovanie ACh až o 45 %²⁶⁾.

Posledným významným proteínom pri syntéze a vylučovaní ACh, ktorý sa nachádza v kardiomyocytoch, je vezikulárny acetylcholínový transportér (VAChT)^{26, 27)}. V kardiomyocytoch sa VAChT nachádza v perinukleárnom priestore, kde je kolokalizovaný s vezikulami²⁹⁾. VAChT je zodpovedný za transport ACh z cytoplazmy do týchto transportných vezikúl²⁸⁾. Pritom aj samotné vylučovanie ACh kardiomyocytmi do extracelulárneho priestoru je závislé na aktivite VAChT²⁹⁾ a prebieha rovnakým spôsobom ako v neurónoch³²⁾. Podobne ako v prípade ChAT, aj VAChT bol preukázaný v kardiomyocytoch pochádzajúcich z neonatálnych, dospelých a starých jedincov^{27, 29)}. Niektoré publikácie však kontroverzne uvádzajú, že v neotanálnych kardiomyocytoch sa VAChT nenachádza ani na proteínovej úrovni a ani na úrovni mRNA²⁷⁾. Kardiomyocyty starých jedincov sa vyznačujú downreguláciou VAChT v predsieňach a upreguláciou v komorách v porovnaní s kardiomyocitmi dospelých jedincov²⁷⁾. Delécia VAChT vedie u myší k potlačeniu sekrécie ACh z kardiomyocytov. Následne sa znížené hladiny ACh prejavujú nárastom srdcovej frekvencie podobne, ako tomu je u myší s absenciou ChAT³²⁾.

Existuje viacero štúdií, ktoré sa zaoberajú úlohou neneuronálneho ACh v srdci. Ten je produkovaný nielen komorovými, ale aj predsieňovými kardiomyocytmi. Experimenty preukázali, že predsieňové kardiomyocyty produkujú viac ACh ako komorové kardiomyocyty²⁷⁾. Zvýšené vylučovanie neneuronálneho ACh v srdci nemá žiadny vplyv ani na srdcovú frekvenciu a ani na hemodynamické parametre, ako je systolický alebo diastolický tlak krvi³³⁾. Potlačenie vylučovania respektíve absencia ACh v kardiomyocytoch má však za následok zmeny v regulácii srdcovej činnosti za stresových podmienok. Jedná sa najmä o spomalený návrat srdcovej frekvencie na bazálne hodnoty po fyzickej aktivite, výraznejší nárast srdcovej frekvencie v priebehu fyzickej aktivity alebo poruchu funkcie ľavej komory pri stimulácii agonistom β-adrenergických receptorov (β-AR). Na bunkovej úrovni dochádza k nadmernej aktivácii Ca²⁺ kanálov, hypertrofii kardiomyocytov a následnej remodelácii³²⁾. To je v súlade s výsledkami, ktoré preukázali, že ACh produkovaný kardiomyocytmi potláča účinok izoprenalínu na úrovni vápnikovej signalizácie, zabraňuje remodelácii kardiomyocytov navodenej fenylefrínom a inhibuje hypertrofickú signálnu kaskádu indukovanú izoprenalínom²⁹⁾. Všetky tieto pozorovania sú jasným dôkazom o regulačnej úlohe neneuronáneho ACh v priebehu aktivácie sympatiku³²⁾. Podľa niektorých experimentálnych prác potláča neneuronálny ACh v srdci energetický metabolizmus kardiomyocytov^{26, 34)}. Presnejšie povedané, znižuje spotrebu kyslíka a zachováva hladiny ATP v kardiomyocytoch³⁴⁾. Experimenty na mutantných myšiach s vysokými hladinami neneuronálneho ACh v srdci poukazujú na jeho protektívnu úlohu pri infarkte myokardu. Nielenže sa takéto myši vyznačujú výrazne nižšou mortalitou po infarkte myokardu ako myši divokého kmeňa, ale majú aj oveľa menšie infarktové ložisko, výraznejšiu angiogenézu a sú odolnejšie voči ischemicko-reperfúznemu poškodeniu³³⁾.

Cholinergické receptory srdca

Muskarínové receptory v srdci

V ľudskom organizme bolo doteraz identifikovaných 5 podtypov MR. Patria do veľkej rodiny receptorov spriahnutých s G-proteínom. Podľa typu G proteínu ich rozdeľujeme na dve skupiny. Prvou skupinou sú MR spriahnuté s Gq proteínom, kam patria podtypy M₁R, M₃R a M₅R, pričom väzba agonistu na tieto podtypy MR spôsobuje aktiváciu signálnej kaskády fosfolipáza C – diacylgylcerol/inozitoltrifosfát – Ca²⁺. Do druhej skupiny patria MR spriahnuté s Gi proteínom, kam zaraďujeme podtypy M₂R a M₄R. Ich aktivácia vedie k inhibícii adenylátcyklázy, poklesu hladín cAMP a zníženiu aktivity cAMP dependentných proteínkináz^{4, 35)}. M₂R, ktoré sú predominantným kardiálnym podtypom MR, môžu byť v srdci spojené aj s niektorými K⁺ kanálmi. Zároveň sú schopné ovplyvňovať Ca²⁺ kanály, I_f prúd, fosfolipázu A2, fosfolipázu D, poprípade tyrozínkinázy³⁵⁾. V literatúre sa okrem M₂R spomína prítomnosť aj M₃R^36–38) a okrajovo aj M₁R³⁹⁾ a M₄R⁴⁰⁾ podtypov MR. Lokalizácia MR sa prekrýva s cholinergickou inerváciou v oblasti vstupu pľúcnych žíl do ľavej predsiene, vstupu dutej žily do pravej predsiene, ďalej v parasympatikových gangliách, v tkanive SA a AV uzla, Hisovom zväzku a Purkyneho vláknach. V pravej aj ľavej komore sa nachádza iba nízka hustota MR⁴¹⁾. Pri štúdiu lokalizácie a dynamiky MR na povrchu kardiomyocytov sa zistilo, že len 10 % buniek srdca exprimuje M₂R. Ich pohyb je rýchly a chaotický pričom nedochádza ku vytváraniu receptorových zhlukov. To znamená, že existujú iba vo forme monomérov poprípade dimérov⁴²⁾. Absencia M₂R sa nijako neprejaví na fyziologických parametroch srdca. Až dlhodobá stimulácia β-AR vedie k poruche funkcie ľavej komory srdca⁴³⁾.

Pokles srdcovej frekvencie vyvolaný aktiváciou parasympatiku je sprostredkovaný M₂R v SA uzle, poprípade AV uzle⁴⁾. V SA uzle je hustota MR až dvojnásobne vyššia ako v pracovnom myokarde³⁶⁾. Na molekulovej úrovni dochádza pri poklese srdcovej frekvencie k aktivácii draslíkových kanálov (K_ACh), ktorých otvorenie spôsobuje následnú hyperpolarizáciu v bunkách SA uzla. Okrem toho nízke dávky agonistu môžu spôsobovať spomalenie srdcovej frekvencie aj potlačením I_f prúdu⁴⁴⁾. Aktivácia M₃R v SA uzle vedie k výraznému spomaleniu sínusového rytmu, čo je sprevádzané spomalením diastolickej depolarizácie. V pracovnom myokarde predsieni a komôr dochádza ku skráteniu akčného potenciálu³⁶⁾.

V prípade aplikácie ACh na srdce dochádza k miernemu, ale zato signifikantnému poklesu inotropie⁴⁵⁾. Negatívne inotropný efekt, ktorý nastáva po aktivácii MR, je na izolovanom srdci, poprípade na izolovaných ľavých komorách, možné pozorovať iba po predchádzajúcom zvýšení aktivity adenylátcyklázy, a tým pádom aj hladín cAMP. Naopak v predsieňach je možné negatívne inotropný efekt pozorovať aj bez predchádzajúceho zvýšenia aktivity adenylátcyklázy⁴⁾. Negatívne inotropný efekt ACh je sprostredkovaný M₂R³⁵⁾. Na druhej strane experimenty na myšiach s absenciou jednotlivých podtypov MR preukázali, že okrem negatívne inotropného efektu je možné v predsieňach sledovať aj pozitívne inotropný efekt, ktorý je spôsobený aktiváciou M₃R⁴⁶⁾.

Zmeny hladín MR je možné pozorovať pri rôznych ochoreniach kardiovaskulárneho systému, ako je napríklad zlyhávajúce srdce^{47, 48)}, hypertrofia myokardu³⁸⁾, ischémia alebo arytmie⁴⁹⁾. V prípade zlyhávajúceho srdca dochádza k upregulácii M₂R v ľavej komore. Napriek zvýšenej inhibícii adenylátcyklázy nedochádza ku zmene kontraktility spôsobenej stimuláciou β-AR⁴⁷⁾. Okrem upregulácie M₂R dochádza pri zlyhávajúcom k srdci aj k upregulácii M₃R. Zmeny ich hladín sú spájané hlavne s hypertrofiou myokardu v priebehu chronického srdcového zlyhávania³⁸⁾. V prípade ischémie myokardu zohrávajú M₃R kardioprotektívnu úlohu⁵⁰⁾.

Popri spomínaných patologických stavoch je v srdci možné sledovať zmeny hladín týchto receptorov aj pri dlhodobej aplikácii ich agonistov alebo antagonistov. Aplikácia agonistov MR, akým je napríklad karbachol, vyvoláva už po 4 dňoch downreguláciu MR³⁵⁾. Na kardiomyocytoch dochádza k poklesu hladín M₂R na úrovni mRNA a rovnako aj na proteínovej úrovni⁵¹⁾. K podobnému efektu dochádza aj po aplikácii inhibítorov cholínesteráz. Tá vedie k zvýšeniu koncentrácie ACh v srdcovom tkanive a následnému poklesu hladín MR⁵²⁾. Pokles hladín MR prebieha v dvoch krokoch. Prvým je desenzitizácia receptorov spôsobená fosforyláciou za pomoci GRK (z angl. „G-protein-coupled receptor kinases“), ktorá nastáva v priebehu sekúnd až minút po naviazaní agonistu na receptory. Druhým krokom je inernalizácia, čiže proces transportu receptorov do vnútra bunky, ktorá nastáva približne po 20 minútach od naviazania sa agonistu na receptory³⁵⁾. Na rozdiel od agonistov dlhodobá aplikácia antagonistov MR spôsobuje viac ako 100% nárast hladín MR v srdci. Takýto nárast je pravdepodobne spôsobený tým, že veľká časť receptorov sa nachádza v inaktivovanom stave a regulačné mechanizmy na úrovni bunky sa snažia zvýšiť množstvo voľných „aktívnych“ receptorov^{35, 51)}.

Nikotínové receptory v srdci

Na rozdiel od MR, nikotínové receptory (NR) patria medzi ligandom (ACh) otvárané iónové kanály. Skladajú sa z piatich podjednotiek obkolesujúcich centrálny iónový kanál. Podľa toho, či sú NR zložené z jedného alebo viacerých typov podjednotiek, ich označujeme ako homopentaméry alebo heteropentaméry. Do dnešných dní bolo identifikovaných až 17 rôznych podjednotiek NR: α1-α10, β1-β4, γ, δ a ε^28,53).

V srdci sa nachádza viacero podtypov NR, avšak stále nie je známe presné zastúpenie ich podjednotiek a ich úloha vo fyziológii a patológii srdca. Pomocou metódy RT-PCR bola na úrovni mRNA v srdcových neurónoch preukázaná prítomnosť α2, α3, α4, α5, α7, β2, β3 a β4 podjednotiek NR. Pritom jednotlivé srdcové neuróny exprimujú rôzne populácie podjednotiek NR⁵⁴⁾. V srdcových gangliách sa najčastejšie vyskytujú α3, α4, α7, β2 a β4 podjednotky^55–58). α3 podjednotky sú u potkanov a myší najčastejšie spojené s β4 podjednotkami a vytvárajú heteropentaméry α3β4, ktoré sú hlavným typom NR v srdcových gangliách týchto živočíšnych druhov⁵⁵⁾. NR obsahujúce β4 podjednotky sa okrem srdcových ganglií s najväčšou pravdepodobnosťou vyskytujú aj na srdcových zakončeniach sympatikových neurónov⁵⁹⁾. V prípade absencie NR obsahujúcich β4 podjednotky dochádza k oslabeniu odpovede vo forme bradykardie na vysokofrekvenčnú vágovú stimuláciu⁴⁹⁾. Pokiaľ β4 podjednotky NR chýbajú, dochádza k ich nahradzovaniu práve minoritnými β2 podjednotkami⁶⁰⁾. Na rozdiel od β4 podjednotiek zohrávajú β2 podjednotky pri kontrole srdcovej činnosti u myší a potkanov len minimálnu úlohu⁵⁵⁾. U myší je napríklad β2 podjednotka súčasťou heteropentaméru αβ42. Jeho aktivácia vedie k bradykardii, ktorú je možné blokovať atropínom⁵⁸⁾. Navyše u psov je β2 podjednotka súčasťou α3β2 heteropentaméru, ktorý sprostredkúva prenos vzruchu v srdcových gangliách⁵⁶⁾.

Okrem spomínaných podtypov NR sa v srdcových neurónoch⁶¹⁾ nachádzajú aj α7 podjednotky NR, ktoré vytvárajú homopentaméry⁵⁵⁾. α7 NR sa popri neurónoch vyskytujú aj na fibroblastoch a kardiomyocytoch⁶¹⁾. Z fyziologického hľadiska sa tieto receptory zúčastňujú na prenose nervového vzruchu v srdcových gangliách⁵⁶⁾. Ďalej sa podieľajú aj na počiatočnom poklese srdcovej frekvencie navodenej nikotínom^{55, 59)}. Naopak podľa štúdie uskutočnenej na myšiach s absenciou α7 podjednotiek sa spomínané receptory nezúčastňujú na kontrole srdcovej činnosti. V priebehu širokej škály fyziologických experimentov uskutočnených za bazálnych podmienok a počas aplikácie rôznych farmák sa nevyskytli žiadne rozdiely v parametroch srdca medzi týmito mutantnými myšami a myšami divokého kmeňa⁶²⁾. Podľa najnovších zistení sú α7 NR spájané s niektorými ochoreniami kardiovaskulárneho systému. Konkrétne sa podieľajú na angiogenéze po infarkte myokardu pretože absencia α7 podjednotiek NR spôsobuje výrazné potlačenie angiogenézy v infarktovom ložisku⁶³⁾. Okrem toho znížená vágová aktivita a hypertrofia myokardu majú za následok kompenzačné zvýšenie hladín α7 NR⁶⁴⁾.

Cholínesterázy v srdci

Výskum cholínesteráz bol doposiaľ orientovaný prevažne na typické cholinergické tkanivá, ako je kostrový sval alebo nervová sústava. Existuje pomerne málo publikácii, ktoré sa zaoberajú výskumom cholínesteráz v srdci. V cicavčom srdci bola preukázaná prítomnosť obidvoch cholínesteráz: acetylcholínesterázy (AChE) aj butyrylcholínesterázy (BChE)^65–71), spolu s ich kotviacimi proteínmi – kolagénom Q (ColQ)⁷²⁾ a membránovou kotvou bohatou na prolín (PRiMA)⁷³⁾

Acetylcholínesteráza v srdci

Aktivita AChE v srdci je nižšia ako v typických cholinergických tkanivách – mozgu a kostrovom svale^{68, 71)}. Najvyššia aktivita AChE v srdci sa nachádza v oblastiach s najhustejšou cholinergickou inerváciou, ako je napríklad SA uzol, AV uzol, predsiene alebo oblasti prevodového systému srdca^{8,–10, 14, 66, 69)}. Z týchto oblastí je najvyššia aktivita AChE v okolí SA uzla a AV uzla, kde je väčšina aktivity tvorená tetramérmi AChE⁶⁹⁾. Z najväčšou pravdepodobnosťou sa jedná o tetraméry AChE kotvené prostredníctvom proteínu PRiMA, ktoré sú súčasťou neuronálneho cholinergického systému srdca. Túto myšlienku podporuje zistenie, že hlavnou molekulovou formou v n. vágus, ktorý zabezpečuje cholinergickú inerváciu srdca, sú práve tetraméry⁷⁴⁾.

Ďalšou molekulovou formou AChE, ktorá sa nachádza v srdci, sú tetraméry kotvené prostredníctvom ColQ. Ako bolo spomenuté vyššie, ColQ môže kotviť jeden, dva alebo tri tetraméry katalytických podjednotiek⁷²⁾. ColQ kotví v srdci buď dva, alebo tri tetraméry katalytických podjednotiek AChE^{70, 71)}. AChE kotvená ColQ sa podieľa, v závislosti od živočíšneho druhu, na 8–25 % celkovej aktivity AChE srdca^{70, 71, 75)}. Niektorí autori uvádzajú, že ColQ kotvená AChE je v celom srdci rovnomerne distribuovaná^{69, 70)}. Podľa iných autorov sú najvyššie hladiny AChE kotvenej ColQ v pravej predsieni⁷⁴⁾. Mikroskopická analýza preukázala, že ColQ môže kotviť AChE aj na povrchu kardiomyocyov. Väčšina AChE kotvenej ColQ sa nachádza v blízkosti bazálnej laminy na rozhraní medzi kardiomyocytmi⁷⁶⁾.

Popri spomínaných kotvených molekulových formách AChE sa v srdci nachádzajú aj solubilné monoméry, diméry a tetraméry. U ľudí, potkanov aj myší majú najväčší podiel na celkovej aktivite AChE v srdci^{70, 71, 75)}. Okrem vyššie spomínaných solubilných dimérov bola v ľudskom srdci preukázaná aj prítomnosť dimérov kotvených glykofosfatydylinozitolovou kotvou⁷⁵⁾, ktoré sa bežne vyskytujú na erytrocytoch, krvných doštičkách alebo v čreve⁷⁷⁾. Nie je však jasné či tieto molekulové formy AChE sú súčasťou neuronálneho alebo neneuronálneho systému srdca. Rovnako je pravdepodobné, že sa jedná o reziduálnu aktivitu pochádzajúcu z krvi.

Butyrylcholínesteráza v srdci

Podľa viacerých experimentálnych prác je aktivita BChE v srdci relatívne vysoká, dokonca vyššia ako v kostrovom svale^{68, 71)}. Súčasne platí že, v srdci je aktivita BChE vyššia ako aktivita AChE. Pomer medzi aktivitou AChE a BChE v srdci sa u jednotlivých živočíšnych druhov značne líši^{65, 71, 78, 79)}. Najvýraznejší podiel aktivity BChE je možné pozorovať v srdci potkana, kde až 90 % celkovej aktivity cholínesteráz pripadá BChE⁷⁸⁾. Naopak najmenší podiel aktivity BChE je možné nájsť v ľudskom srdci, kde je aktivita BChE dvojnásobne vyššia ako aktivita AChE⁷⁹⁾. V myšacom srdci pripadá 85–90 % celkovej aktivity BChE solubilným monomérom a dimérom, ostatných 10–15 % pripadá tetramérom. Prekvapujúce je, že na rozdiel od AChE, BChE v myšacom srdci nie je kotvená prostredníctvom ColQ⁷¹⁾.

Zaujímavé je, že najnižšia aktivita BChE v psom srdci sa nachádza v SA uzle. Zároveň v tejto časti srdca sa nachádza aj najvyššia aktivita AChE a vysoká hustota cholinergickej inervácie^{8– 10, 14, 66)}. Napriek tomu do dnešných dní neexistujú žiadne experimentálne práce, ktoré by skúmali úlohu BChE vo fyziológii alebo patológii srdca. Tým pádom nie je možné posúdiť, či BChE zohráva úlohu v neuronálnom alebo neneuronálnom cholinergickom systéme srdca.

Farmakologické ovplyvnenie cholínesteráz v srdci

Aktivitu cholínesteráz je možné ovplyvniť pomocou inhibítorov. Z farmakologického hľadiska zaraďujeme inhibítory cholínesteráz medzi nepriame parasympatomimetiká. Mechanizmus účinku inhibítorov cholínesteráz spočíva v zabránení štiepenia neuromediátora ACh a následnom zvýšení jeho koncentrácie v blízkosti NR a MR. To vedie ku zvýšenej aktivácii týchto receptorov a zosilneniu cholinergickej odpovede tkanív a orgánov. Inhibítory cholínesteráz sa v terapeutickej praxi využívajú napríklad pri terapii Alzheimerovej choroby, pri diagnostike a symptomatickej liečbe myasthenia gravis, pri liečbe atónie čriev a močového mechúra, pri liečbe glaukómu, pri intoxikácii antagonistami MR alebo na ukončenie nervovo-svalovej blokády po nedepolarizujúcich myorelaxanciách^{6, 80, 81)}.

Aplikácia inhibítorov cholínesteráz na srdce vyvoláva podobný efekt ako stimulácia n. vagus. To znamená, že po ich podaní dochádza k negatívne chronotropnému, inotropnému, dromotropnému a batmotropnému efektu^{1, 6, 80, 81)}. V súčasnosti sa inhibítory cholínesteráz nevyužívajú pri terapii ochorení kardiovaskulárneho systému. Existuje však viacero experimentálnych prác, ktoré poukazujú na pozitívny prínos podávania inhibítorov cholínesteráz v prípade viacerých chorôb srdca^82–87).

Jedno z potenciálnych možných využití inhibítorov cholínesteráz je pri terapii zlyhávajúceho srdca. Zlyhávajúce srdce sa vyznačuje zvýšenou sympatikovou aktivitou, ktorá spolu s renín-angiotenzín-aldosterónovým systémom patrí medzi najvýznamnejšie kompenzačné mechanizmy tohto ochorenia. Úloha parasympatiku pri srdcovom zlyhaní nie je do dnešných dní uspokojivo vysvetlená. Avšak existuje množstvo dôkazov, ktoré poukazujú na zníženú parasympatikovú aktivitu^{5, 88, 89)}. Viacero experimentálnych prác sa snažilo nájsť odpoveď na otázku, či zvýšenie parasympatikového tonusu pomocou inhibítorov cholínesteráz má pozitívny prínos pri terapii srdcového zlyhania. Pyridostigmín spôsobuje okrem zvýšenia parasymaptikového tonusu v srdciach pacientov so zlyhávajúcim srdcom⁸²⁾ aj nárast variability srdcovej frekvencie a zníženie komorovej ektopickej aktivity⁸³⁾. Navyše aplikácia neostigmínu zlepšuje aj hemodynamický profil u pacientov so zlyhávajúcim srdcom v priebehu zvýšenej fyzickej aktivity⁸⁴⁾. Výsledky experimentov, pri ktorých bolo srdcové zlyhanie navodené laboratórnym zvieratám, sú v súlade s vyššie uvedenými klinickými štúdiami. Dlhodobé podávanie inhibítorov cholínesteráz vedie nielen k spomínanému zvýšeniu parasymaptikového tonusu, ale aj k poklesu sympatikovej kontroly srdcovej frekvencie⁹⁰⁾. To následne zlepšuje funkciu ľavej komory⁹¹⁾, čo je reprezentované aj zvýšeným vývrhovým objemom, vyššou ejekčnou frakciou, vyšším srdcovým výdajom a zvýšenou kontraktilitou ľavej komory^{90, 92)}. Na molekulovej úrovni dochádza k zníženiu expresie proteínov zúčastňujúcich sa na remodelácii srdca⁹²⁾, čo sa prejaví zmenšením priemeru kardiomyocytov a znížením hustoty kolagénu v ľavej komore. Popritom dochádza k zvýšeniu hladín endotelového rastového faktora, ktorý je markerom angiogenézy⁹⁰⁾, poklesu hladín TNF-α, ktorý sa podieľa na remodelácii srdca a jeho dysfunkcii a k zvýšeniu hladín IL-10, ktorý je dôležitým protizápalovým cytokínom⁹¹⁾. Všetky tieto zistenia prispeli k myšlienke použitia inhibítorov cholínesteráz v terapii srdcového zlyhania. V súčasnosti prebieha druhá fáza klinického skúšania, pri ktorej je pacientom so zlyhávajúcim srdcom samostatne podávaný inhibítor cholínesteráz pyridostigmín⁸⁹⁾.

Okrem zlyhávajúceho srdca je ďalšou možnou terapeutickou indikáciou inhibítorov cholínesteráz posturálna ortostatická tachykardia. U pacientov trpiacich týmto ochorením dochádzalo po aplikácii inhibítorov k výraznému potlačeniu tachykardie počas státia, zlepšeniu záťažových symptómov a v prípade aplikácie pyridostigmínu aj k zlepšeniu diastolického tlaku^{85, 86)}.

Navyše bolo preukázané, že aplikácia donepezilu, galantamínu a rivastigmínu u pacientov trpiacich Alzheimerovou chorobou znižuje riziko infarktu myokardu až o 34%, pričom tento efekt je ešte výraznejší pri vyšších dávkach týchto inhibítorov⁸⁷⁾. Okrem zníženia rizika infarktu myokardu je možné u pacientov liečených inhibítormi cholínesteráz pozorovať aj výrazný pokles mortality pri kardiovaskulárnych ochoreniach^{87, 93)}. Niekoľko retrospektívnych klinických štúdií, uskutočnených na pacientoch trpiacich Alzheimerovou chorobou alebo vaskulárnou demenciou, sa zaoberalo vplyvom medikácie inhibítormi cholínesteráz na kardiovaskulárne riziko. Pri žiadnom z klinicky používaných inhibítorov nebolo preukázané zvýšenie kardiovaskulárneho rizika a ani nežiaduce účinky vo forme negatívne chronotropného efektu, zvýšeného počtu arytmií alebo poklesu krvného tlaku^{94, 95)}. Pokiaľ sa v priebehu klinického skúšania preukáže bezpečnosť a účinnosť inhibítorov cholínesteráz, v budúcnosti by mohli byť tieto látky úspešne používané pri terapii niektorých ochorení kardiovaskulárneho systému, predovšetkým zlyhávajúceho srdca.

Došlo 18. novembra 2015

Přijato 3. decembra 2015

PharmDr. Matej Kučera • A. Hrabovská

Katedra farmakológie a toxikológie

Farmaceutická fakulta, Univerzita Komenského

Odbojárov 10, 832 32 Bratislava, Slovenská republika

e-mail: mtj.kucera@gmail.com, kucera@fpharm.uniba.sk