Kardioprotektion bei Ischämie und Reperfusion durch intrinsische und extrinsische körperliche Leistungsfähigkeit

Wenn die Blutversorgung eines Gewebes nicht vollständig gewährleistet ist, kann es abhängig von Art und Schwere der auftretenden Ischämie zu erheblichen Schäden wie schweren Funktionsstörungen oder dem Untergang von Gewebe kommen. Neben pathologischen Gefäßverschlüssen wie beim Myokardinfarkt können Ischämien auch iatrogen oder bei Herztransplantationen hervorgerufen werden. Die Schwere des Ischämie-Reperfusionsschadens hängt von Vorerkrankungen als auch von genetischen Unterschieden ab. Es wurde bereits gezeigt, dass eine Steigerung der körperlichen Leistungsfähigkeit durch Ausdauertraining die Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Ischämie erhöht und somit die Erholung nach herzchirurgischen Eingriffen begünstigt. Eine niedrige körperliche Leistungsfähigkeit geht mit erhöhter Morbidität und Mortalität einher. Leistungsfähigkeit besteht aus zwei Komponenten, der genetisch bedingten (intrinsischen) und der durch Training erworbenen (extrinsischen) Leistungsfähigkeit. Aufgrund umweltbedingter Einflussfaktoren sowie genetischer Variationen ist es im Menschen nicht möglich, diese Anteile getrennt voneinander zu betrachten. Deshalb wurde auf ein Rattenmodell mit hoher und niedriger intrinsischer Leistungskapazität zurückgegriffen. Der Beitrag der einzelnen Komponenten sowie deren Zusammenspiel zur Verbesserung der Herzfunktion bei Ischämie-Reperfusion sind nicht bekannt. Herzleistung und -substratoxidation von Ratten mit genetisch festgelegter hoher und niedriger intrinsischer Leistungsfähigkeit sollten während Ischämie und Reperfusion ex vivo bestimmt werden. (2) Weiterhin sollte der Einfluss von Training auf kardiale Leistung und Substratstoffwechsel vor diesem unterschiedlichen genetischen Hintergrund untersucht werden. Zur Perfusion wurden Herzen von weiblichen, 18 Wochen alten Ratten mit hoher und niedriger intrinsischer Leistungskapazität (High und Low Capacity Runners = HCR & LCR) verwendet. Ein Teil davon wurde für vier Wochen an fünf Tagen einem aeroben Intervalltraining nach individuellem Trainingsplan auf dem Laufband unterzogen. Die Herzen wurden nachfolgend exzidiert und in vitro als isoliert arbeitende Rattenherzen perfundiert. Nach einer 20-minütigen konstanten Perfusion erfolgte für 15 Minuten eine No-Flow-Ischämie mit anschließender Reperfusion über 40 Minuten. Dabei wurden die Herzleistung sowie die Substratoxidation gemessen. Die Herzleistung der untrainierten HCR und LCR war vor der Ischämie gleich. Nach der Ischämie leisteten die Herzen der HCR weniger als die der LCR. Nur etwas mehr als die Hälfte aller Herzen der HCR konnte nach der Ischämie eigenständig einen überlebensnotwendigen Druck von 70 cm Wassersäule erzeugen, während es bei den LCR 83 % waren. Die präischämische Glukoseoxidation von HCR war höher als die der LCR. Nach der Ischämie erreichten beide noch ungefähr ein Drittel des anfänglichen Verbrauchs. Die Oleatoxidation der HCR war vor der Ischämie größer als die der LCR. Postischämisch sanken beide Oleatoxidationsraten ab. Der aus der Substratoxidation berechnete ATP-Verbrauch pro Herzleistung war bei den HCR vor der Ischämie größer als bei den LCR. Postischämisch benötigten beide Linien für die gleiche Leistung mehr ATP und waren somit ineffizienter. Ausdauertraining führte bei HCR jedoch nicht bei LCR zu einer höheren Herzleistung. Die postischämische Herzleistung der HCR war ebenfalls höher. Nach Training konnten alle Herzen der Tiere den notwendigen Aortendruck nach der Ischämie erzeugen. Trainierte Tiere verbrauchten präischämisch weniger Glukose als Untrainierte. Ebenfalls benötigten trainierte HCR weniger Fettsäuren als Untrainierte. Training senkte den ATP-Umsatz der HCR auf das Niveau der LCR und verringerte den postischämischen Anstieg beider Linien. Im Gegensatz zum Erwarten ist die genetische Prädisposition für hohe körperliche Leistungsfähigkeit mit einer verminderten kardialen Ischämietoleranz assoziiert. Erworbene Leistungsfähigkeit hingegen verbessert die Reperfusionsleistung des Herzens. Eine hohe intrinsische körperliche Leistungsfähigkeit alleine schützt nicht vor einem Ischämieschaden, sondern stellt nur im Zusammenspiel mit dem Erwerb des extrinsischen Anteil der Leistungsfähigkeit einen Vorteil dar.