Jedním z hlavních problemů terapie plicní hypertenze je skutečnost, že vazodilatancia nejsou selektivní pro plicní (oproti systémové) cirkulaci. Terapeutické použití vazodilatancií pro plicní hypertenzi je tedy výrazně omezeno rizikem systémové hypotenze a šoku [24]. První látkou, která působí selektivní plicní vazodilataci (kromě kyslíku v některých případech), je NO [64, 251, 252]. To je umožněno tím, že NO je velmi rychle inaktivován hemoglobinem. Vdechnutý NO prochází z alveolů do krve přes hladký sval ve stěně periferních plicních cév a vyvolá přitom jejich dilataci. Jakmile se však dostane do krve, je inaktivován hemoglobinem dříve, než může dosáhnout systémových cév.
Léčba inhalací NO je zejména úspěšná pro překonání akutních a subakutních plicních hypertenzních krizí, např. u novorozenců, při syndromu dechové tísně dospělých (ARDS), či při některých pooperačních stavech (pro přehled viz např. tab. 8.1 v našem přehledu [64]). Řada forem plicní hypertenze (např. primární plicní hypertenze nebo plicní hypertenze komplikující chronické obstrukční plicní nemoci) má však chronický průběh, a v těchto případech se dlouhodobá inhalace NO jeví jako obtížně použitelná. NO má na vzduchu poločas pouhých několik sekund, takže je pravděpodobné, že by inhalace musela být nepřetržitá (tak tomu ostatně je i při subakutním použití). Pacient by tedy musel mít stále při sobě tlakovou nádobu s vysokou koncentrací NO 14. Náhodný unik tohoto koncentrovaného NO (který by nemusel být snadno odhalen, protože NO není vidět ani cítit) by vzhledem k jeho extrémní toxicitě představoval značné riziko pro pacienta i jeho okolí. Navíc rychlá reakce NO s kyslíkem v dýchacích cestách vede ke vzniku NO2, který je ještě toxičtější než NO [253]. Toxicita NO2 sice zjevně není významným problémem při subakutním použití NO, avšak její možný význam při dlouhodobé terapii není jasný, a to tím spíše, že řada pacientů s chronickou plicní hypertenzí dýchá zvýšenou koncentraci kyslíku.
Z těchto důvodu jsme usilovali o alternativní způsob dodávky NO do blízkosti plicního cévního hladkého svalu, který by umožnoval maximalizaci pozitivního účinku při minimalizaci možných rizik, postranních účinků a toxicity. Testovali jsme dvě možnosti: dlouhodobou infúzi roztoku NO do plicní cirkulace [254, 255] a opakovanou inhalaci aerosolu látky spontánně uvolňující NO [256, 124].
Pro studium možného použití infúze roztoku NO pro terapii plicní hypertenze byl použit model chronické hypoxické plicní hypertenze u laboratorního potkana [254, 255]. Saturovaný roztok NO (~2 mM) v deoxygenovaném fyziologickém roztoku byl kontinuálně infundován do pravé předsíně potkanů po celou dobu jejich čtyřtýdenní expozice hypoxii. Pro infúzi byly použity implantovane osmotické minipumpy Alza. Rychlost infúze byla 2,5 ul/hod. Roztok NO infundovaný touto rychlostí redukuje vazokonstrikční odpovědi na hypoxii v izolovaných plicích perfundovaných solným roztokem.
Roztok zbylý po ukončení infúze v minipumpách stále obsahoval NO. Efektivní infúze byla potvrzena zvýšenou plazmatickou koncentrací methemoglobinu (na nějž je konvertován nitrosohemoglobin vzniklý reakcí NO s hemoglobinem). Jinak však byly výsledky této studie negativní: žádné z ukazatelů plicní hypertenze ani hypertrofie pravé komory nebyly infúzi roztoku NO ovlivněny. Bylo to pravděpodobně způsobeno rychlejší inaktivací NO hemoglobinem, než jsme očekávali.
Vedlejším přínosem této studie byla první (a dosud jediná) aplikace nového způsobu matematického vyhodnocení vztahu plicního perfúzního tlaku a průtoku [257] na plicní hypertenzi. Vztah mezi perfúzním tlakem a průtokem je nejkompletnějším popisem rezistivních vlastností plicního cévního řečiště. Jeho komplexita však značně ztěžuje interpretaci. Tradičně se vztah zjednodušoval na lineární [258]. Průsečík s osou tlaku byl pak interpretován jako tzv. kritický otevírací tlak, zatímco sklon bylo obtížně smysluplně interpretovat [259] 15. Navíc tento model ignoroval značnou roztažitelnost plicních cév [259]. Tento problém byl poprvé řešen skupinou Prof. Funga, avšak za cenu extrémní komplexity a matematické náročnosti modelu [261, 262]. Skupina C. Dawsona a J. Linehana pak přišla se zjednodušenou verzí, která umožňuje poněkud jednodušší zpracování [257]. Jednou z výhod této metody je, že řeší vztah plicního tlaku a průtoku pomocí pouze dvou parametrů, z nichž oba mají fyziologický význam. Jedním je cévní odpor při téměř nulovém tlaku (R0); koreluje tedy s klidovým průsvitem cév. Druhým je roztažitelnost cév (alfa).
Analýza velmi dobře predikovala naměřené hodnoty tlaku a průtoku (Obrázek 8-1). Ukazála signifikantně zvýšený R0 u chronicky hypoxických potkanů ve srovnání s kontrolami a nevýznamné rozdíly v alfa. Parametry nebyly signifikantně ovlivněny chronickou infúzí NO. Zvýšený R0 odpovídá dobře známému zúžení průsvitu plicních cév při chronické hypoxické plicní hypertenzi [8]. Tyto výsledky tedy potvrzují, že nová metoda interpretace vztahu tlaku a průtoku v plicní cirkulaci je použitelná i pro podmínky plicní hypertenze.
Tato studie testovala možnost využití NONOátů pro terapii plicní hypertenze. NONOáty neboli NO addukty jsou komplexy NO s nukleofilními látkami. Jsou-li rozpuštěny ve vodném roztoku s přibližně normálním pH, uvolňují spontánně (neenzymaticky) NO, a to stálou a predikovatelnou rychlostí [263, 264]. Různé NONOáty se liší poločasem uvolňování NO. Naše studie byla založena na úvaze, že bude-li NONOát vdechnut jako aerosol, může se uchytit na stěnách distálních dýchacích cest a alveolů a nějakou dobu tam setrvat. NO uvolňovaný po tuto dobu pak bude moci působit selektivní plicní vazodilataci.
Tuto hypotézu jsme testovali s použitím dietylentriamin/NO (DETA/NO) u laboratorních potkanů, u nichž byla nejdříve vyvolána plicní hypertenze intramuskulární injekcí alkaloidu monokrotalinu [256] | [124]. Monokrotalin je velmi obvyklým a dobře charakterizovaným prostředkem pro vyvolání experimentální plicní hypertenze [265, 266, 28, 267]. Potkani inhalovali aerosol DETA/NO jednou denně po 10 minut, počínaje 19. dnem a konce 23. dnem po injekci monokrotalinu. Pro inhalaci byli potkani umístěni v těsné komůrce, tak aby jim mohl být aerosol vháněn do těsné blízkosti hlavy. Dávka DETA/NO byla 5 umol denně u jedné skupiny a desetkrát vyšší u další skupiny. Plicní hemodynamika byla měřena v den následující po poslední inhalaci DETA/NO.
Zjistili jsme, že opakované inhalace DETA/NO signifikantně neovlivnily systémový krevní tlak a cévní odpor (Obrázek 8-2B). Plicni cévní odpor byl naproti tomu signifikantně snížen, a to na úroveň stejnou jako u kontrol, kterým nebyl injikován monokrotalin (Obrázek 8-2A). Opakovaná inhalace DETA/NO také posunula vztah mezi perfúzním tlakem a průtokem v izolovaných plicích k hodnotám ještě poněkud nižším, než u kontrol. Hypertrofie pravé komory nebyla ovlivněna, pravděpodobně vzhledem k tomu, že léčba byla poměrně krátká. Poměr suché a vlhké váhy plic nebyl změněn, což ukazuje, že DETA/NO nevyvolal silnou plicní toxicitu. Akutní pokusy na izolovaných plicích ukázaly, že inhalace aerosolu DETA/NO vedla ke zvýšení množství exhalovaného NO. Toto zvýšení přetrvávalo po ukončení inhalace i po výměně perfuzátu. To naznačuje, že šlo skutečně o NO uvolňovaný z DETA/NO usazeného v dýchacích cestách.
Tyto výsledky ukazují, že inhalace aerosolu je potenciálně vhodným přístupem k léčbě plicní hypertenze. Má výhodu selektivní plicní vazodilatace nedoprovázené vazodilatací systémovou. Tuto výhodu nesdílí např. infúze NONOátu [268]. Je samozřejmé, že před případným experimentálním klinickým použitím NONOátů pro léčbu plicní hypertenze budou nezbytné detailní studie ohledně vhodných dávek a možné toxicity při dlouhodobějším použití. Taková bližší charakterizace je jedním z cilů naší současné aktivity [269].
| Předchozí kapitola |
|
Cilem pokusů shrnutých v této práci bylo pochopení úlohy endogenního NO v regulaci plicní cirkulace ve zdraví i za podmínek plicní hypertenze, a dále studium možného uplatnění těchto poznatků pro terapii chronické plicní hypertenze. Naše výsledky nám umožnily odmítnout dříve převládající názor, že plicní hypertenze, zejména hypoxická, je způsobena snížením vysoké bazální syntézy NO v plicních cévách.
Sérií pokusů s použitím různých technik jsme prokázali, že na rozdíl od systémových cév je ve zdravé plicní cirkulaci bazální produkce NO jen minimální. Její další snížení tedy nemůže být příčinou plicní hypertenze. Naopak, zjistili jsme, že syntéza NO v plicním oběhu je při plicní hypertenzi zvýšená. Fyziologicky relevantní hypoxie rovněž potencuje syntézu NO v plicním endotelu. Je pravděpodobné, že hypoxie (v plicním oběhu významný stimulus pro vazokonstrikci a hypertrofii cévní stěny) a plicní hypertenze vyvolávájí "ochrannou" syntézu NO, která brání příliš výraznému zvýšení intravaskulárního tlaku, které by mohlo poškodit tenké alveolokapilární rozhraní. Tento nás závěr, ve své době obtížně prosazovaný pro svůj nesouhlas s převládajícím názorem, je dnes, po nezavislém potvrzení různými autory, běžně akceptován, i když přetrvávají některé nejasnosti ohledně významu mezidruhových rozdílů.
Známým mechanismem, kterým NO působí plicní vazodilataci, je ovlivnění kalciového hospodářství cévních myocytů prostřednictvím cGMP-dependentní proteinkinázy. Zjistili jsme, že dalším významným mechanismem působení NO v plicních cévách je aktivace kalciem řízených draslíkových kanálů, která vede k hyperpolarizaci, tím k uzavření napětím řízených kalciových kanálů, poklesu [Ca2+]i a vazodilataci. Tento mechanismus je rovněž zprostředkován cGMP-dependentní proteinkinázou.
Přestože inhalace NO je úspěšně používána pro léčbu akutních a subakutních plicních hypertenzních stavů, nezdá se exogenní NO (ať už inhalovaný jako plyn nebo infundovanýy v roztoku) zatím vhodný pro léčbu chronických forem plicní hypertenze. Zjistili jsme, že opakované inhalace aerosolu roztoku NONOátu (látky spontánně uvolňující NO) mají schopnost selektivně redukovat rozvinutou chronickou experimentální plicní hypertenzi. Tato procedura se proto jeví jako slibná, pacienty nezatěžující terapie chronické plicní hypertenze. Nejprve je však třeba důkladně prověřit bezpečnost klinického použití NONOátů.
| Předchozí kapitola |
|
Děkuji Prof. Kenu Weirovi, MD a Prof. Stephenu Archerovi, MD z Minneapolis, USA za možnost pracovat v jejich laboratoři, za diskuse návrhů pokusů a jejich výsledků a za to, že především díky jejich přátelství patřila léta strávená prací na těchto pokusech k nejkrásnějším.
Děkuji také ostatním spolupracovníkům z laboratoře v Minneapolis, zejména Danu Nelsonovi za pomoc s každodenními drobnými problémy vědecké práce i života dočasného přistěhovalce, a dále Dr. Helen Reeve a Dr. Jimmy Huangovi za provedení pokusů s metodou terčíkového zámku.
Prof. MUDr. Janu Hergetovi, DrSc. z Prahy děkuji za to, že mě uvedl do světa fyziologického výzkumu obecně a do tajů plicní cirkulace zvláště. Děkuji mu také za podporu při sestavování této práce a za kritické diskuse jejího obsahu.
Za pečlivou spolupráci děkuji svým postgraduálním studentům a rezidentům, zejména Dr. Martinu Tristani-Firouzimu a Dr. Tomu Isaacsonovi.
Svojí manželce Alici děkuji za to, že všechno to, co provázelo vznik těchto studií, prožívala láskyplně se mnou.
Tento výzkum byl financován Proshkovou nadací (Minneapolis, USA) formou Proshkova stipendia, Americkou fyziologickou společností formou Perkinsova pamětního stipendia, a Minnesotskou organizací Americké srdeční asociace formou grantu. Pokusy s metodou terčíkového zámku byly navíc financovány grantem od U.S. Department of Veterans Affairs (Prof. Weir) a od U.S. National Institute of Health (Prof. Archer).
| Předchozí kapitola |
|
8. Reid LM: Structural remodeling of the pulmonary vasculature by environmental change and disease. In: Wagner WW, Weir EK, Eds. The Pulmonary Circulation and Gas Exchange. Armonk, Futura, 1994; 77-110.
24. Weir EK, Archer SL, Rubin LJ: Pulmonary hypertension. In: Willerson JT, Cohn JN, Eds. Cardiovascular Medicine. New York, Churchill Livingstone, 1995; 1495-1523.
28. Reeves JT, Herget J: Experimental models of pulmonary hypertension. Pulmonary hypertension 1984: 361-391.
64. Hampl V, Cornfield DN, Huang J, Shultz PJ, Weir EK, Archer SL: Nitric oxide. In: Peacock AJ, Ed. Pulmonary Circulation: A Handbook for Clinicians. London, Chapman and Hall, 1996; 99-114.
124. Hampl V, Tristani-Firouzi M, Hutsell TC, Archer SL: Nebulized nitric oxide/nucleophile adduct reduces chronic pulmonary hypertension. Cardiovasc Res 1996; 31: 55-62. (abstrakt)
251. Gerlach H, Falke KJ: Low levels of inhaled nitric oxide in acute lung injury. In: Zapol WM, Bloch KD, Eds. Nitric Oxide and the Lung. New York, Marcel Dekker, 1997; 271-283.
252. Roberts JD, Kinsella JP, Abman SH: Inhaled nitric oxide in neonatal pulmonary hypertension and severe respiratory distress syndrome: experimental and clinical studies. In: Zapol WM, Bloch KD, Eds. Nitric Oxide and the Lung. New York, Marcel Dekker, 1997; 333-363.
253. Tannenbaum SR: Safety evaluation of inhaled nitric oxide. In: Zapol WM, Bloch KD, Eds. Nitric Oxide and the Lung. New York, Marcel Dekker, 1997; 247-250.
254. Hampl V, Weir EK, Archer SL: Long-term nitric oxide (NO) infusion in rats with pulmonary hypertension. FASEB J. 1994; 8: A531.
255. Hampl V, Tristani-Firouzi M, Nelson DP, Archer SL: Chronic infusion of nitric oxide in experimental pulmonary hypertension: pulmonary pressure-flow analysis. Eur Respir J 1996; 9: 1475-1481. (abstrakt)
256. Tristani-Firouzi M, Hampl V, Archer SL: Aerosolized NONOates reduce hypoxic pulmonary vasoconstriction in the isolated, perfused rat lung. Circulation 1995; 92: I-700.
257. Linehan JH, Haworth ST, Nelin LD, Krenz GS, Dawson CA: A simple distensible vessel model for interpreting pulmonary vascular pressure-flow curves. J Appl Physiol 1992; 73: 987-994.
258. Permutt S, Riley RL: Hemodynamics of collapsible vessels with tone: the vascular waterfall. J Appl Physiol 1963; 18: 924-932.
259. Mitzner W, Huang I: Interpretation of pressure-flow curves in the pulmonary vascular bed. In: Will JA, Dawson CAW, E.K., Buckner CK, Eds. The Pulmonary Circulation in Health and Disease. Orlando, Academic Press, 1987; 215-230.
260. Hampl V. Reaktivita plicních cév laboratorního potkana na hypoxii [Kandidatska dizertacni práce]. Praha, Universita Karlova, 1989.
261. Zhuang FY, Fung YC, Yen RT: Analysis of blood flow in cat's lung with detailed anatomical and elasticity data. J Appl Physiol 1983; 55: 1341-1348.
262. Fung Y-C: Pressure, flow, stress, and remodeling in the pulmonary vasculature. In: Wagner WW, Weir EK, Eds. The Pulmonary Circulation and Gas Exchange. Armonk, N.Y., Futura, 1994; 343-364.
263. Morley D, Keefer LK: Nitric oxide/nucleophile complexes: a unique class of nitric oxide-based vasodilators. J Cardiovasc Pharmacol 1993; 22 (Suppl. 7): S3-S9.
264. Keefer LK, Fineman JR: Nitric oxide donor compounds. In: Zapol WM, Bloch KD, Eds. Nitric Oxide and the Lung. New York, Marcel Dekker, 1997; 203-221.
265. Kay JM, Keane PM, Suyama KL, Gauthier D: Angiotension converting activity and evolution of pulmonary vascular disease in rats with monocrotaline pulmonary hypertension. Thorax 1982; 37: 88-96.
266. Sugita T, Hyers TM, Dauber IM, Wagner WW, McMurtry IF, Reeves JT: Lung vessel leak precedes right ventricular hypertrophy in monocrotaline-treated rats. J Appl Physiol 1983; 54: 371-374.
267. Archer SL, Gebhard RL, Levine AS, Nelson DP, Prigge W, Cowan N, Weir EK: Exacerbation of monocrotaline pulmonary hypertension by a high-fat diet: association with increased lung levels of activated oxygen species. J Vasc Med Biol 1990; 2: 125-135.
268. Vanderford PA, Wong J, Chang R, Keefer LK, Soifer SJ, Fineman JR: Diethylamine/nitric oxide (NO) adduct, an NO donor, produces potent pulmonary and systemic vasodilation in intact newborn lambs. J Cardiovasc Pharmacol 1994; 23: 113-119.
269. Hampl V. Léčba plicní hypertenze [Grantový projekt přijatý pod č. 306/97/0854]. Grantová agentura České republiky, 1996.
| Předchozí kapitola |
|
14 Koncentrace NO by musela být vysoká, protože NO může být smíchán pouze s inertním plynem (s kyslíkem se velmi rychle slučuje na velmi jedovatý NO2). Použití nízké koncentrace NO by tedy vedlo k tomu, že při každém vdechu by do plic přicházel velký objem inertního plynu a pacient by tak mohl být vystaven chronické hypoxii, která by plicní hypertenzi naopak zhoršovala.
15 Podrobnou diskusi tohoto tzv. Starlingova modelu obsahuje moje kandidátská dizertační práce [260].
| Předchozí kapitola |
|
