Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Mitochondriální dysfunkce u kriticky nemocných František Duška Klinika anesteziologie a resuscitace 3. LF UK Praha AICU, Queen’s Medical Centre, Nottingham.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Mitochondriální dysfunkce u kriticky nemocných František Duška Klinika anesteziologie a resuscitace 3. LF UK Praha AICU, Queen’s Medical Centre, Nottingham."— Transkript prezentace:

1 Mitochondriální dysfunkce u kriticky nemocných František Duška Klinika anesteziologie a resuscitace 3. LF UK Praha AICU, Queen’s Medical Centre, Nottingham

2 Pan Václav 38 letý muž, dosud zdravý, s dvoudenní anamnézou febrilií a myalgie, přivezen na urgentní příjem Obluzený, tachypnoický, opocený. AUdržuje, 15l/min 02 obl. maskou BDF 36, SpO2 93%, pCO2 2,1kPa CTK 74/48, TF 130/min, lac 6 mM, kap. návrat obleněn DGCS E3V4M6, ameningeální EPerif kanylou kape R1/1, necévkován, bilat. chrůpky, RTG S+P: bilat. pneumonie

3 Cytokiny Vasodilatace edém Neutrofily Porucha mikrocirkulace Tkáňová hypoxie Aktivace Infekce Trauma etc.

4 Iniciální problém = globální DO2 Léčba kauzální (fokus, antibiotika) Léčba podpůrná =„balíčky“, EGDT ▫oxygenace ▫tekutiny ▫vasopresory±hydrocortison ▫optimalizace hematokritu ▫LMWH etc. = optimalizace dodávky O2 tkáním (Rivers NEJM 2002 etc. etc.)

5 Den 3 Potvrzena dg., kultivován S. pneumoniae z hemokultury, atb deeskalována na i.v. PNC Pacient stabilizován, ale rozvíjí se MODS AOTK č. 9 BUPV, BIPAP, PEEP 10, FiO2 0,55, SpO2 95% CTK 131/66, TF 91, CVP 16, lac 2,1 mM. NA 0.08 μg/kg.min. ScvO2 89% DSedován EAnurie, CVVHF. PLT 52 G/l

6 Klasická stadia SIRS (Siegel,1979) A  SVR,  CO,  TK,  ScvO2  spotřeba O2 =  dodávky O2 B Bez podání objemu:  SVR,  CO,  TK,  Scv02 Po volumoterapii:  SVR,  CO,  TK,  ScvO2 C Septický šok: hypotenze/hypoperfuze i přes objemovou resuscitaci D Myokardiální dysfunkce, pokles CO

7 Tkáňový pO2 u sepse Tkáňová hypoxie není po objemové resuscitaci detekovatelná, StO2 je normální nebo zvýšené: u animálních modelů sepse ▫Rosser 1995; Singer 1996; Stidwill 1998, Astiz, van der Meer 1995 etc. u septických pacientů ▫DeBlasi 2005;Boegstegers 1991; Sair 2001; Parežnik 2006 Etc…

8 Rychlost poklesu pO2 v thenaru po přerušení perfuze končetiny nafouknutou manžetou (Pařeznik, ICM 2006)

9 Program 1.Fyziologie mitochondrií 2.mtDNA a mortalita u sepse 3.Cytopatická hypoxie 4.Perspektivy: mitochondriální terapie

10 Funkce Regulace Biogeneze/autofagie Mitochondriální genom

11 Funkce mitochondrií Tvorba ATP (>90% u většiny buněk) Regulace buněčné smrti (apoptózy) Intracelulární signalizace (ROS) Regulace intracelulárního Ca2+ Steroidogeneze, ureageneze

12 C IC IC IIIC IV F1Fo ATPasa C II Q CytC e-e- H+H+ H+H+ NADH + + H+H+ H+H+ NAD H+H+ H+H+ Mezimembránový prostor Matrix H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ ADP+PATPO 2 +4H2H 2 O H+H+ H+H+ ΔΨ M ΔΨ M = -120mV FADH2FAD pyr Citr cyk AcCoA pyr Oxidace MK

13 Regulace ΔΨ M ΔΨ M je spotřebováván při syntéze ATP a tvořen činností dýchacího řetězce ▫Spotřeba ATP je variabilní v čase ▫Substráty DŘ (O2, NADH) nejsou normálně limitující ΔΨ M = mV ▫<100mV: deplece ATP, v extrému nekróza ▫>140 mM:  ROS,  H+ leak, poškození mtch, v extrému únik cyt c, apoptóza

14 (Pierron, 2011)

15 Regulace ΔΨ M Dýchací řetězec: tvorba ΔΨ M Inhibice COX ATP ▫Neúčinná při  Ca2+ (sval) či vazbě T3 Fosforylace COX ▫efekt odlišný u tkáňově specifických izoforem Inhibice COX pomocí NO ▫Iniciálně kompetitivní a reverzibilní ▫Po 48 hod irreverzibilní (nitrosylace) Spotřebovávání ΔΨ M F1FoATPasa ▫Spotřeba ATP Uncoupling proteiny ▫palmitát (Hütteman, 2011)

16

17 Mitochondriální genom Haplotypy mtDNA a mortalita sepse

18 Mitochondriální genom Kóduje (z 1500 mtch. proteinů) ▫ 13 proteinů (podjednotek enzymů dýchacího řetězce) ▫22 tRNA ▫Mitochondriální rRNA (x2) Dědičnost po mateřské linii ▫SNP: haplotypy Regulace exprese mtDNA je řízena jaderným genomem

19

20 Teorie postzygotické selekce mitochondriální koadaptace (Lane, Science 2011) Skřivan: účinná selekce: minimální leak H+ a tvorba ROS spouští apoptózu embrya/buňky ▫nižší plodnost ▫nižší tvorba ROS v metab. aktivních tkáních (sval, CNS) = dlouhověkost Myš: vysoká tolerance mitonukleární asynchronie: přežijí i embrya a heteroplazmické buňky s nižší účinností DŘ a vyšší produkcí ROS ▫vyšší plodnost ▫tvorba ROS vede k malignitám, neurodegeneracím, chronickému zánětu

21

22 Haplotypy lidské mtDNA – klimatická hypotéza Severské (A,C,D,X,H): kumulace odpřahovacích mutací ▫Vyšší termogeneze, nižší pracovní ΔΨ M ▫Nižší aerobní kapacita, azoospermie Jižanské (L,B): neodpřažená, účinná syntéza ATP ▫Nižší termogeneze, vyšší pracovní ΔΨ M ▫Vyšší produkce ROS, degener. onem (Ruiz-Pesini, Science 2004)

23

24 Mortalita sepse a rasa Barnato et al. AmJRCCM, 2008 ▫N= ▫Riziko smrti 1.42 x větší u afroameričanů (CI ) i po korekci na pojištění a sociální status Mayr et al. JAMA 2010 ▫N= hospitalizovaných s infekcí ▫Riziko smrti vyšší u afroameričanů 1.8x (CI ) ▫Riziko rozvoje MODS 1.14

25 Metody studia mitochondrií Důkazy pro cytopatickou hypoxii – animální a humánní data Biogeneze Etiologické faktory

26 Metody studia funkce mtch Izolované mitochondrie ▫Biopsie  rozrušení buněk  ultracentrifugace Permeabilizovaná svalová vlákna Intaktní buňky, kultury In vivo

27 Metody studia funkce mtch Historicky: MTT ve funkčních mtch redukován na modré barvivo ▫Bradley, 1974: první průkaz na kultuře hepatocytů a makrfágů kultivovaných s LPS (50% dysfunkce) Koncentrace (Western blot) či aktivita enzymů Kvantifikace specifické mRNA: rtPCR Měření ΔΨ M = TMRM+ Měření spotřeby O2 ▫Clarkova elektroda, XF-24

28 Basal Resp. Inhibice ATPasy Odpřahovač Inhibice komplexu III Spotřeba O2 mimo dýchací řetězec (ROS, oxygenasy etc.) ATP LEAK MAX KAPACITA DÝCH. ŘETĚZCE

29 Dysfunkce mtch: animální data Krátkodobé modely sepse (<12 h) ▫Beze změny aktivity dýchacího řetězce (Clemens 1981; Geller 1986; Taylor 1995 etc) ▫Pokles kapacity dýchacího řetězce (Iashama 1985;Sakagushi 1989; Kudoh 1998 etc) Dlouhodobé modely sepse (>48h): ▫ konzistentní pokles aktivity enzymů DŘ ▫ dokumentace morfologických změn mitochondrií ▫deplece IC koncentrace ATP (absence hypoxie) (rev. in Singer, CCM 2007)

30 (Crouser, Mitochondrion 2004)

31 Humánní data (1) Brealey et al. Lancet 2002 ▫28 pac se sepsí (12 zem.), 9 kontrol – svalová biopsie D1 na ICU Hlavní nález: Významný pokles aktivity komplexu I v korelaci s deplecí ATP u nepřeživších ▫Komplex II/III beze změny ▫Komplex IV tendence ke zvýšení aktivity

32 (Brealey et al., Lancet 2002)

33

34 Humánní data (2) Frederiksson et al. Am J Physiol 2006 ▫ pacienti s MODS, n= 10, medián 6 dnů pobytu (rozsah 2-22), SOFA 4-11 vs. zdr. kontroly ▫biopsie quadricepsu a m. serratus ant. Hlavní nález: deplece ATP, snížení aktivity všech komplexů DŘ i aktivity citrátsynthasy o 30-60% = tento nález je konzistentní s úbytkem mitochondriální masy ▫změny o něco méně vyjádřeny v interkostálních svalech

35 Humánní data (3) Frederiksson, PLoS ONE 2008 ▫Biopsie bilat. kvadricepsu 17 ICU + 10 kontrol 90 min po infúzi značeného leucinu ▫Komplexní analýza proteosyntézy, enzymů DŘ a mRNA hlavních transkripčních regulátorů biogeneze, analýza mikroRNA Hlavní výsledky: pokles aktivity komplexu I a IV i citrát synthasy (o 25-49%), nezměněná proteosyntéza Nepřímý průkaz poruchy mtch. biogeneze

36 Shrnutí – cytopatická hypoxie Podkladem poruchy utilizace kyslíku je pokles počtu funkčních mitochondrií ▫Vzniká poměrně rychle, v řádu desítek hodin po inzultu ▫Je spojen s deplecí ATP a koreluje s mortalitou Nevíme: ▫Jaká je situace v orgánech mimo kosterní sval. ▫Zda-li je úbytek mitochondriální aktivity prospěšná adaptace (hibernace), kauzální faktor MODS nebo jen epifenomén.

37 Mitochondriální biogeneze Degradace: ▫autofagie: pohlcení lyzosomem (rev: Glick 2010) ▫splývání (fusion) mitochondrií ▫Inhibice: inzulín (mTOR) Mitochondriální biogeneze ▫Syntéza proteinů, replikace mtDNA  rozdělení mtch (fission) ▫Proces velmi citlivě regulován z jádra …

38 Klíčové děje: 1.fosforylace PGC1alfa 2.synt NRF1 (zodpovědný za syntézu proteinů kódovaných v jádře) a NRF2, který vede k syntéze TFAM 3.TFAM translokován do mtch, spouští transkripci mtch proteinů NO cGMP

39 j NO stimulovaná biogeneze mitochondrií (SNAP = donor NO) Nisoli et al., Science 2003

40 Mitochondriální biogeneze u kriticky nemocných Carré et al. AmJRCCM, 2010 ▫16 pac. s MODS (1.-2. den), 6 zemřelo, 10 kontrol ▫Biopsie kvadricepsu: enzymy DŘ, CS, MnSOD (blot), mRNA pro transkr. faktory (rtPCR), microarray (exprese genů enzymů DŘ) Hlavní výsledky: ▫proporcionální úbytek enzymů DŘ, větší u nepřeživších v korelaci se sníženou expresí jejich podjednotek

41 Hlavní závěr = časná aktivace mitoch. biogeneze předchází přežití. Její absence (nebo opoždění) vede k depleci ATP a smrti (Carré AmJRCCM, 2010)

42 (Singer, 2007; Hütteman 2011) ATB Steroidy  Glyk. Imobilizace

43 Výhledy do budoucna, směry dalšího výzkumu

44 Pan Václav D5 obnovena diuréza, CVVHDF stop D8 tracheostomován, pozvolný weaning, D14 CPAP 6/6, crea okolo 160, bez dialýzy D18 spont. vent. na Ayrovu T, poprvé v křesle D22 febrilní,  hnisavé sputum, znovu UPV D31 klin. dg. svalová slabost, ale zlepšuje se D41 dekanylován, s pomocí se postaví vedle lůžka, přeložen na stand. odd.

45 Pan Václav D 42 propuštěn z nemocnice Po 6 měsících: stále v PN (pův. stavební dozor) ▫dochází na RHB ▫plicní (norm. nálezy vč. spirometrie a DL CO) ▫neurologii (EMG norm.) ▫psychiatrii (byl 1x na dop. neurologa, dostal Citalec, po 2 měs. vysadil) Hlavní potíž: Slabost, únavnost, fyzická nevýkonnost. (Herridge NEJM 2006, 2011)

46 Experimentální terapie mitochondriální dysfunkce 1.Prevence poškození mitochondrií 2.Podpora funkce selhávajících mitochondrií 3.Aktivace mitochondriální biogeneze

47 Koncept 1: Prevence poškození mitochondrií Mitochondriální toxiny na JIP ▫Antibiotika: inhibitory bakteriální proteosyntézy (rev. Jones 2009) ▫Steroidy (Mitsui, 2002) ▫Propofol? Hyperglykémie (Vanhorebeek 2005)

48 Koncept 1: Prevence poškození mitochondrií Kofaktory (pouze anim. data) ▫CoQ: funguje jen preemptivně (Lelli 1993;El- Gawad 2001) ▫Cytochrom c: zlepšení myokardiální dysfunkce u sepse (Piel 2007; 2008) Mitochondriální antioxidanty: kationtová substance+antioxid. molekula ▫Mito Q: rev. in Trnka 2009 ▫SS peptidy : první výsledky u ischemie/reperfuze u potkana (Szeto, 2009)

49 Koncept 1: Prevence poškození mitochondrií Cyklosporin A: inhibice MTP = úniku cyt C (Baines, Nature 2005) ▫Myokard. dysfunkce u sepse (Fauvel 2002; Crouser 2004; Larche 2006) ▫Ischemie/reperfuze (…NEJM 2010)

50 ( (Piot, NEJM 2008)

51 Koncept 2: Podpora funkce selhávajících mitochondrií Substrátové manipulace: ▫Nutrice ▫Karnitin: transport MK, protizánětlivý (Winter 1995; Famularo 2004) ▫Sukcinát: obchází dysfunkční komplex I (Ferreira 2000) Odpřahovače?

52 ( (Duška, ERCStG Proposal, 2011)

53 Koncept 3: Aktivace mitochondriální biogeneze Časná mobilizace a rehabilitace ▫fyziologická aktivace PGC-1alfa Ca-dep. fosforylací Inzulín ▫inhibice autofagie (via IRS  AKT  mTOR) ▫aktivace biogeneze (via FOXO a PGC-1α)

54 Koncept 3: Aktivátory mitochondriální biogeneze Zvýšení exprese PGC-1a ▫Metformin? ▫1(2,5 dimethoxy-4-iodofenyl)-2-aminopropan SIRT 1: deacetylace (aktivace) PGC-1a ▫Aktivátory (SRT 1720) působí protizánětlivě, zlepšují citlivost k inzulínu (Liu, Nature 2008) ▫První humánní data (studie fáze 1)

55

56 Závěry Cytopatická hypoxie existuje, je sdružena se SIRS a její závažnost koreluje s tíží MODS ▫Nevíme, jde-li o příčinu nebo epifenomén nebo adaptační (hibernační) reakci Iniciální útlum/úbytek mtch je následován znovuobnovováním mitochondrií ve fázi rehabilitace ▫Biogeneza u budoucích přeživších startuje velmi časně

57 Závěry V nejbližší budousnosti je třeba poznat mitochondriální toxicitu běžných léků na JIP (Primum non nocere) Nejnadějnější experimentální terapie: aktivátory biogeneze ve fázi zotavování s cílem zlepšit aerobní kapacitu kosterního svalu ▫zmenšit následky post-ICU hypomobility (TEN…) ▫zlepšit výkonnost

58 Faktory s vlivem na funkci mitochondrií Systémový zánět: ▫ROS: poškození mtDNA, lipoperoxidace membrán ▫NO: inhibitor DŘ vs. aktivátor biogeneze Antibiotika (Jones 2009), steroidy (Mitsui 2002) Hyperglykémie (Vanhorebeek 2005) Immobilizace

59 Děkuji za pozornost Střet zájmů: 0 Prezentace ke stažení na

60 Cytopatická hypoxie Fink, 2001: Zatímco v iniciálních fázích je zvýšení DO2 prospěšné (Rivers, 2001), později je tento postup již neúčinný (Gattinoni, NEJM 1995) nebo škodlivý (Hayes, 1994 a 1997) Existuje porucha v utilizaci kyslíku ve tkáních


Stáhnout ppt "Mitochondriální dysfunkce u kriticky nemocných František Duška Klinika anesteziologie a resuscitace 3. LF UK Praha AICU, Queen’s Medical Centre, Nottingham."

Podobné prezentace


Reklamy Google