AterosklerózaVybrané otázky

Lenka Fialová

Přednáška – patobiochemieVšeobecné lékařství 3. ročník

Ateroskleróza Ateroskleróza je hlavní příčinou

kardiovaskulárních onemocnění.

Kardiovaskulární onemocnění představujípříčinu přibližně 50 % úmrtí.

Základní charakteristika aterosklerózy

Aterosklerózu charakterizuje místní akumulace lipidů, dalších komponent krve a fibrózní tkáně v arteriálníintimě, provázená změnami v médii cévní stěny.

Ateroskleróza se vyvíjí jako chronický zánět, který jecharakterizovaný nadměrnou proliferativní odpovědíintimy a médie tepen na různé podněty.

Vývoj aterosklerotické léze

Časné fáze – hromadění lipidů

Pozdní fáze – proliferaceintimy a nasedající trombóza

Vývoj aterosklerotické léze

Časné fáze – hromadění lipidů

Vývoj aterosklerotické léze

Pozdní fáze – proliferace intimy a nasedajícítrombóza

Infiltrace makrofágůIzolované pěnové buňky odvozené z makrofágů

Počáteční léze

Tukové proužkyHromadění pěnových buněk, obsahujících intracelulárně akumulované lipidy

Intermediární lézeMalá množství extracelulárně uložených lipidů, pocházejících z odumřelých pěnových buněk

AteromVznik lipidového jádra, tvořeného extracelulárněakumulovanými lipidy

FibroateromProliferace buněk hladkého svalstva v intimě a zvýšená syntéza extracelulární matrix, obsahující kolagenní a elastická vlákna, která vytváří vazivovou vrstvu nad lipidovým jádrem

Jádrolipidové

Vazivový obal

Kombinovaná lézefisura/ruptura plátu, hematom/hemoragie, trombus

Hlavní faktory uplatňující se v procesu aterosklerózy

Vybrané rizikové faktory aterosklerózy

• Zvýšený celkový cholesterol• Zvýšený LDL-cholesterol • Nízký HDL-cholesterol• Zvýšené triacylglyceroly

• Hyperglykemie• Hyperinzulinemie

• Zvýšená hladina homocysteinu• Zvýšená hladina fibrinogenu

Úloha cholesterolu při vzniku aterosklerózy

Cholesterol je vždy součástíaterosklerotického ložiska.

Zvýšená koncentrace celkového cholesterolu je hlavním rizikovým faktorem ICHS.

Úloha cholesterolu při vzniku aterosklerózy

Za aterogenitu cholesterolu je zodpovědnézmnožení tzv. aterogenních lipoproteinů

obsahujících apolipoprotein B100.

Celkový cholesterolCelkový cholesterol

„ProaterogennProaterogenníí““lipoproteinylipoproteiny

„„AntiaterogennAntiaterogenníí““lipoproteinylipoproteiny

VVLDL LDL IDL IDL LDL LDL LpLp(a(a) )

Transport cholesteroluTransport cholesteroluk perifernk periferníím tkm tkáánníímm

Transport cholesterolu Transport cholesterolu do jiných do jiných lipoproteinlipoproteinůů a a

do jaterdo jater

HDLHDL

VyVyššíšší riziko vzniku aterosklerriziko vzniku ateroskleróózyzy

„ProaterogennProaterogenníí““lipoproteinylipoproteiny „„AntiaterogennAntiaterogenníí““

lipoproteinylipoproteinyVLDL VLDL IDL IDL LDL LDL LpLp(a) (a) HDLHDL

LDL LDL ččáástice stice Hlavní aterogenní lipoproteiny

LDL o 11 %LDL o 11 % KardiovaskulKardiovaskuláárnrnííriziko riziko 1919 %%

LDL částice

vysoké koncentrace LDL cholesterolu - zásadnírizikový faktor kardiovaskulárních onemocnění

Heterogenita LDL částicSubfrakce LDL se liší hustotou a velikostí:

LDL I lehké větší částice LDL II částice o střední velikosti a hustotěLDL III a IV malé husté částice

LDL IV LDL IIILDL IV LDL III LDL IILDL II LDL ILDL I(1,05(1,05--1,06 g/ml) (1,041,06 g/ml) (1,04--1,05 g/ml) (1,031,05 g/ml) (1,03--1,04 g/ml) (1,021,04 g/ml) (1,02--1,03 1,03

g/ml)g/ml)

21,8- 24,2 nm 24,2- 25,5- nm 25,5- 26,0 nm 26,0- 27,5 nm

Vznik malých denzních LDL částic

Malé husté LDL částice jsou produktem katabolismu atypických velkých VLDL, které vznikají v játrech při hypertriacylglycerolemii (např. při inzulínovérezistenci).

Na jejich vzniku se podílí CETP (cholesterol ester transfer protein) a jaterní lipasa.

Vznik malých denzních LDL částic

↑↑ MKMK

VLDL-1bohaténa TG

LDL

TG ++ CE

↑ malé husté LDL

MK

+ TG

+ CE

Jaternílipasa

HDL

↑ Katabolismus HDL

CETPCETP

↓ HDL

Játra

Jaternílipasa

MK

HDL

↓CE ↑TG

↓CE ↑TG

↑CE ↓TG

Maléhusté HDL

Fenotyp A a B velikosti LDL

Výskyt subfrakcí je výrazně ovlivněn hladinou triacylglycerolů v séru.

Fenotyp A

Fenotyp B

Fenotyp A

• převaha větších subfrakcí LDL (LDL I a LDL II)

• nízká plazmatická hladina TG

• převaha v populaci

Fenotyp B Aterogenní lipoproteinový fenotyp

„Aterogenní dyslipidemie“

u osob s předčasnou ICHS s normálními nebo jen lehce zvýšenými koncentracemi celkového cholesterolu a LDL cholesterolu

Fenotyp B Aterogenní lipoproteinový fenotyp

Koncentrace LDL-cholesterolu nevypovídá o počtu LDL částic.

☺☺☺☺

Větší LDL částice Malé LDL částice

Příklad: LDL cholesterol – 2,8 mmol/lApo B – 0,7 g/l

NÍZKÉ RIZIKO ICHS

Příklad: LDL cholesterol – 2,8 mmol/lApo B – 1,4 g/l

VYŠŠÍ RIZIKO ICHS

Apo B100

Fenotyp B Aterogenní lipoproteinový fenotyp

Aterogenní vlastnosti malých denzních LDL

• snadnější průnik do subendotelového prostoru

• zvýšená afinita k proteoglykanům intimy artérií

• snadnější oxidativní modifikace

• delší poločas v důsledku snížené afinity k LDL receptorům

Časné fáze

aterosklerózy

Časné fáze aterosklerózy

Vývoj aterosklerózy je zahajován aktivací a dysfunkcí endotelových buněk.

Příčiny endotelové dysfunkce• hyperlipoproteinemie, • hypertenze,• kouření, • infekce (Chlamydiae, cytomegalovirus, EB virus)• hyperhomocysteinemie,• hypoxie,• inzulinová rezistence

Časné fáze aterosklerózy

Důsledky endotelové dysfunkce

• zvýšená permeabilita pro LDL,• zvýšená adheze leukocytů,• vazokonstrikce,• prokoagulační stav

Časné fáze aterosklerózyPřestup LDL do subendotelového prostoru

• mezi endotelovými buňkami• transcytosou

• V extracelulární matrix arteriální intimy jsou LDL částice zachycovány negativně nabitými proteoglykanyprostřednictvím pozitivně nabitých domén apo B100.

• LDL zachycené v subendotelovém prostoru jsou vystaveny působení mnoha biologicky aktivních látek, které je mohou modifikovat.

Časné fáze aterosklerózy

EndotelLDL nativní

ModifikovanéLDL

Endotelovádysfunkce

Přestup LDL do subendotelového

prostoru

Modifikace LDL částic

Zachycení LDL na strukturách

extracelulární matrix

Modifikace LDL

LDL částice se stávají aterogenními poté, co se struktura jejich jednotlivých složek různým způsobem pozměnila.

Příklady modifikací• oxidativní modifikace • glykace (DM)• agregace částic• a další

Oxidace LDL probíhá zejména v subendotelovémprostoru.

Oxidativní modifikace LDL

Oxidace LDL vyvolaná enzymy - zdrojem enzymů jsou makrofágy, buňky hladkého svalstva, endotel• lipoxygenázy - přeměňují volné i esterově vázané polynenasycené

mastné kyseliny na lipoperoxidy

• NADPH oxidáza - produkuje superoxid, který se může dále přeměnit na peroxid vodíku

• myeloperoxidáza - z peroxidu vodíku a chloridů produkuje kyselinu chlornou a tyrosylové radikály

• indukovatelná NO syntáza - produkuje NO, který může být prekursorem peroxinitritu (ONOO-)

oxidace vyvolaná ionty přechodných kovů (železo, měď)

Proaterogenní účinky oxidovaných LDL I

Modifikované LDL indukují lokální zánětlivou reakci:

Podporují vstup monocytů do intimy• stimulace syntézy některých biologicky aktivních látek v

endotelu• adhezní molekuly - např. VCAM-1, ICAM-1• MCP-1 - monocyte chemotactic protein 1• CSF - colony stimulating factor

Výsledkem je adheze monocytů k endotelu, jejich chemotaxe do subendotelového prostoru a diferenciace v makrofágy.

LDL

mírněoxidované

LDL

MONOCYTY

MAKROFÁG

adhezní molekuly

MCP

CSF

Účinky oxidovaných LDL (především mírně oxidovaných LDL)

ENDOTEL

BUŇKY HLADKÉHOSVALSTVA

Proaterogenní účinky oxidovaných LDL II

Modifikované LDL zvyšují expresi scavengerovýchreceptorů na povrchu makrofágů.

Scavengerové receptory stimulují vychytávánímodifikovaných LDL (oxLDL) makrofágy.

Ty se přeměňují v tzv. pěnové buňky, jejichž výskyt je charakteristický pro tukové proužky.

Scavengerové („úklidové“, „zametací“) receptory

Rodina receptorů rozpoznávajících široké spektrum ligand, zahrnující modifikované vlastní struktury nebo patogenní nevlastní struktury• Receptory vázající a internalizující modifikované formy LDL

(modifikované vlastní struktury)• Vazba dalších ligandů převážnou většinou scavengerových

receptorů

Aktivita scavengerových receptorů není regulována obsahem intracelulárního cholesterolu. Cholesterol se tak může nekontrolovaně hromadit v buňce → vznik pěnových buněk.

Popsáno několik různých strukturně odlišných receptorů schopných vazby modifikovaných forem LDL.

Scavengerové („úklidové“, „zametací“) receptory

Scavengerové receptory třídy A (SR-A)

• SR-AI/II• původně „acetyl LDL receptor“• přítomny na povrchu makrofágů, buněk hladkého

svalstva, Kupferových buněk• ligand - modifikované LDL částice a další

strukturně nepříbuzné proteiny, lipidy, polysacharidy

• zprostředkovávají rychlé vychytávánímodifikovaných LDL

Scavengerové receptory třídy B (SR-B)

• SR-BI/CLA-1• receptor pro modifikované LDL, produkty pokročilé

glykace (AGE)• receptor i pro nativní formy HDL

zprostředkování přenosu esterů cholesterolu do jater a tkání, kde probíhá steroidogeneze(zapojení do reverzního transportu cholesterolu)

A další scavengerové receptory ...

LDL

silněoxLDL

MAKROFÁG

Vznik pěnových buněk

BUŇKY HLADKÉHO SVALSTVA

mírněoxLDL

PĚNOVÁ BUŇKA

směr migrace

Pozdní fáze

aterosklerózy

Vznik fibroateromuDepozita fibrózní tkáně

MakrofágySekrece různých biologicky aktivních látek

Buňky hladkého svalstvaMigrace do subendotelového prostoruProliferaceProdukce proteinů extracelulární matrix

T lymfocytySekrece dalších cytokinů a růstových faktorů

Aktivované makrofágy

Produkují množství biologicky aktivních látek:

Reaktivní formy kyslíku a dusíku -prohloubení oxidace LDLChemokiny - stimulace migrace monocytů, buněk hladkého svalstva (z médie) a T lymfocytůdo intimyMitogeny (např. PDGF - platelet-derived growth factor) -proliferace buněk hl. svalstvaZánětlivé cytokiny( např. IL-1β, 6, TNF-α)Metaloproteinázy -destabilizují aterosklerotický plát

reaktivní formykyslíku a dusíku

chemoatraktanty

mitogeny

scavengerovéreceptory

oxLDL

MAKROFÁGPĚNOVÁBUŇKA

metalo-proteinázy

zánětlivécytokiny

endotel

Ruptura aterosklerotického plátu

Ruptura aterosklerotického plátu a následující trombóza je nejobávanější akutníkomplikací aterosklerózy.

Klinickým projevem je akutní koronární syndrom.

Stabilní a nestabilní aterosklerotický plát

Stabilní plát

• jádro s malým obsahem lipidů a pěnových buněk

• silná fibrózní čepička

• málo makrofágů, nejsou známky zánětu

• hladký povrch

• minimální

Nestabilní plát

• velké jádro s vysokým obsahem lipidů extracelulárně i intracelulárně uložených

• tenký fibrózní kryt chudý na buňky hladkého svalstva

• větší množství makrofágů a T lymfocytů

• v místě odstupu plátu podminovaný

• vysoká

JÁDRO

FIBRÓZNÍ KRYT

ZÁNĚT

POVRCH

TROMBOGENITA

Některé faktory přispívající k ruptuře aterosklerotického plátu

Ztenčení fibrózního krytu• Snížené množství kolagenu

• snížená syntéza kolagenu• zvýšená degradace kolagenu

• Pokles počtu buněk hladkého svalstva• Zvýšený počet makrofágů

Ruptura aterosklerotického plátu

Účast zánětu při ruptuře aterosklerotického plátu

T lymfocyty • Syntéza INF-γ

inhibice syntézy kolagenu buňkami hl. svalstvaindukce apoptózy buněk hl. svalstva

• Exprese CD40Ligandu aktivace makrofágů – stimulace syntézy proteolytických enzymů a dalších prozánětlivých mediátorů

Makrofágy• Produkce proteolytických enzymů - „matrix“ metaloproteináz

(kolagenáz a želatináz)štěpení kolagenu

HDLHDL ččáásticesticeAntiaterogenní lipoproteiny

HDL o 1 %HDL o 1 %

KardiovaskulKardiovaskuláárnrnííriziko 2 riziko 2 –– 3 %3 %

HDL částice

nízké koncentrace HDL cholesterolu -nezávislý rizikový faktor kardiovaskulárních

onemocnění

Antiaterogenní účinky HDL

LDL

LDL

oxLDL

α-HDL

α-HDL

preβ-HDL

MAKROFÁG

PĚNOVÁBUŇKA

MCPadhezní

molekuly

cholesterol

Vybrané antiaterogenní účinky HDL

endotel

BUŇKY HLADKÉHO SVALSTVA

NO syntéza

MONOCYT

Reverzní cholesterolový transport (RCT)

Ochrana buněk (včetně makrofágů) před přetížením cholesterolem

Přebytečný cholesterol transportován z periferních buněk zpět do jater

Z jater cholesterol vylučován buď přímo do žluči nebo je předtím přeměněn na žlučové kyseliny

První fáze reverzního transportu cholesterolu

α-HDL

Intr

acel

ulár

ních

oles

tero

l

1. pomocí pasivnídifúze

ABCA1

2. pomocí scavengerovéhoreceptoru SR-BI

3. pomocí transportéruABCA1

Buněčná membránamakrofágu

apo A-I„nascentní“

HDL

LCAT

ABCG14. pomocí transportér ABCG1

α-HDL

α-HDL

α-HDL

HDL bohatý na C

SR-BI

HDL v reverzním transportu cholesterolu

HDL má základní postavení v reverzním transportu cholesterolu.

HDL odnímá cholesterol z buněk i z ostatních lipoproteinových částic.

Přebytečný cholesterol z arteriální stěny je odváděn do jater• přímo HDL částicemi, kde je vychytáván jaterními

scavengerovými receptory BI, • nepřímo předáním cholesterolu pomocí CETP jiným

lipoproteinům (VLDL, IDL, LDL), které obvykle vstupují do jater cestou LDL receptorů.

HDL

VLDL LDL

PŘÍMÝ TRANSPORT

NEPŘÍMÝ TRANSPORT

NEPŘÍMÝTRANSPORT

CETP

LDL-receptor

LDL-receptor

scavengerovýreceptor B1

CETP

Reverzní transport cholesterolu

cholesterol

žluč. kys.

exkrece

Antioxidační účinky HDL

Zprostředkoványenzymy s antioxidačním působením

• paraoxonáza (PON 1)

• acetylhydroláza faktoru aktivujícího destičky(platelet-activating factor acetylhydrolase -PAF-AH)

Paraoxonáza (PON1)

Základní charakteristikaglykoprotein o Mr 45 kDasecernována hlavně játrycirkuluje jako součást HDL• do HDL částice je přenášena

během přechodné asociace lipoproteinu s buněčnou membránou

• v těsném kontaktu s apo AI HDLHDL

PON1PON1

APO AIAPO AI

LCATLCAT

PAFAHPAFAH

Paraoxonáza (PON1)

Mechanismus působeníhydrolýza mastných kyselin v poloze sn-2 fosfolipidůhydrolýza oxidovaných polynenasycených mastných kyselin s delším řetězcem ve fosfolipidech a esterech cholesterolu v oxidovaných LDL rozklad peroxidu vodíku

Antiaterogenní účinkyochrana HDL a LDL před oxidacísnižování množství lipoperoxidů v aterosklerotickýchlézíchpůsobení i v membránách buněk arteriální stěny

Acetylhydroláza faktoru aktivujícího destičky (PAF AH)

Základní charakteristikamonomerní protein o Mr 43 kDasyntetizována zejména makrofágyasociována s povrchem HDL

HDLHDL

PON1PON1

APO AIAPO AI

LCATLCAT

PAFAHPAFAH

Acetylhydroláza faktoru aktivujícího destičky (PAF AH)

Mechanismus působeníhydrolýza acetylové skupiny v sn-2 poloze PAF hydrolýza oxidovaných mastných kyselin s kratším řetězcem (9 nebo méně uhlíků) vázané v sn-2 poloze fosfolipidů v oxidovaných LDL

Antiaterogenní účinkypůsobí především na oxidované fosfolipidy, kteréunikly působení PON 1

HDL v reakci akutní fáze

Složení HDL částic se mění v důsledku reakce akutní fáze.

HDL v zHDL v záákladnkladníím stavum stavu ProzProzáánněětlivtlivéé HDL HDL

SAA – sérový amyloid A

HDL v reakci akutní fáze.

Změny ve složení prozánětlivých HDL částic

• ↑ SAA a ceruloplasminu (reaktanty akutní fáze)

• ↓ apolipoproteinu AI snížení kapacity pro• ↓ LCAT reverzní cholesterolový

transport

• ↓ PON I snížení kapacity HDL • ↓ PAF-AH inhibovat oxidaci LDL

ZTRZTRÁÁTA OCHRANNÝCH TA OCHRANNÝCH ÚÚČČINKINKŮŮ

.LiteraturaČEŠKA, R., et al. Cholesterol a ateroskleróza, léčba

dyslipidémií. 1.vydání. Praha: Triton, 2005.FIALOVÁ, L. Novější poznatky o patogenezi aterosklerózy. Čs.

Fyziol.. 1995, roč. 44, s. 92 - 101, KALOUSOVÁ, M., et al. Patobiochemie ve schématech. 1.

vydání. Praha: Grada, 2006. MASOPUST, J. Klinická biochemie. Požadování a hodnocení biochemických

vyšetření I. a II. část. 1. vydání. Praha: Karolinum, 1998.RACEK, J., et al. Klinická biochemie. První. vydání. Praha: Galén -

Karolinum, 1999.SCHNEIDERKA, P., et al. Kapitoly z klinické biochemie. 2.

vydání. Praha: Karolinum, 2004.SOŠKA, V. Poruchy metabolismu lipidů. Diagnostika a léčba. 1.

vydání. Praha: Grada Publishing, 2001.ŠPINAR, J. – VÍTOVEC, J., et al. Ateroskleróza [online]. ©2005. [cit. 7. 10.

2009]. <http://www.zdravcentra.cz/cps/rde/xchg/zc/xsl/3141_6764.html.ŠTÍPEK, S., et al. Antioxidanty a volné radikály ve zdraví a v nemoci. 1.

vydání. Praha: Grada, 2000.ŠTULC, T. Aterogeneze a její patogenetické mechanismy. Kardiologické

fórum. 2006, roč. 4, s. 14 - 15ŠTULC, T. Aterogeneze a její patogenetické mechanismy [online]. ©2006. [cit. 7.

10. 2009]. <http://www.kardiologickeforum.cz/pdf/kf_06_03_04.pdf>.ZIMA, T., et al. Laboratorní diagnostika. 1. vydání. Praha: Galén -

Karolinum, 2002.