Summary
Excessive right heart hypertrophy was investigated under additional acute hypoxic stress to find out a possible contribution of mitochondrial dysfunction to sudden heart failure. Severe right heart hypertrophy in rats was induced by exposure to hypobaric pressure (46 663 Pa) for 4 weeks. Heart rate, isovolumic pressure and coronary flow were determined in the Langendorff mode of perfusion. After normoxia, the hearts were subdued to acute hypoxia/reoxygenation. Mitochondrial membrane potential was measured at the heart surface by fluorometry using 2-(dimethylaminostyryl)- 1-ethylpyridinium iodide (DASPEI). At the end of each experiment mitochondria were isolated and ATP synthesis, ATPase, as well as creatine kinase activity were determined. Compared to normal hearts the heart rate is decreased in the hypertrophied group whereas right ventricular systolic and (end)diastolic pressure (adjusted to isovolumetric maxima) are increased. Coronary flow is decreased. Cytosolic creatine phosphate ATP levels and ATP/ADP ratios are significantly (p < 0.01) decreased. Furthermore, ATP synthesis and creatine kinase activities are diminished. At high ADP, respiration is loosely coupled or partially uncoupled. Acute hypoxia is particularly deleterious to hypertrophied hearts: Mitochondrial membrane potential as measured by heart surface fluorometry decreases extensively and is only very incompletely restored during reoxygenation. Rate-pressure product decreases precipitously and is restored during reoxygenation only to a very low extent. The results indicate an insufficient energy metabolism of mitochondria during acute hypoxia/reoxygenation which adds to the earlier described shifted isozyme pattern of myosin and decreased activities of myosin and sarcoreticular Ca 2+ ATPase, leading to myocardial failure in right heart hypertrophy.
Zusammenfassung
Hämodynamik und mitochondrialer Energiestoffwechsel bei rechtsseitiger Herzhypertrophie nach akutem hypoxischem Stress
Exzessive Rechtsherzhypertrophie wurde unter akutem hypoxischem Stress untersucht, urn eine mögliche mitochondriale Dysfunktion bei plötzlichem Herzversagen zu erkennen. Schwere rechtsseitige Herzhypertrophie wurde bei Ratten durch Unterdruck-Exposition (350 torr) während 4 Wochen erzeugt. Herzfrequenz, isovolumetrischer Druck und Koronarfluß wurden während der Perfusion nach Langendorff bestimmt. Nach der Normoxie wurden die Herzen einer akuten Hypoxie/Reoxygenierungsphase unterzogen. Das mitochondriale Membranpotential wurde an der Herzoberfläche fluorometrisch mit 2-(Dimethyl-aminostyryl)-lethylpyridinium-iodid (DASPEI) gemessen. Am Ende jeden Experimentes wurden die Mitochondrien isoliert und ATP-Synthese, ATPase und Creatinkinase-Aktivitäten bestimmt. Im Vergleich zu Kontrollherzen war die Herzfrequenz in der Hypertrophiegruppe erniedrigt, während rechtsventrikulär systolischer und (end)diastolischer Druck (abgestimmt auf die isovolumetrische Maxima) erhöht waren. Der Koronarfluß war erniedrigt. Zytosolische Creatinphosphatund ATP-Spiegel sowie die ATPIADP-Quotienten waren signifikant erniedrigt (p < 0,01).
Darüber hinaus waren ATP-Synthese und Creatinkinase-Aktivitäten erniedrigt. Bei hohem ADP-Gehalt ist die Atmung lose gekoppelt oder partiell entkoppelt. Die akute Hypoxie ist besonders deletär für hypertrophierte Herzen: Das mitochondriale Membranpotential, gemessen durch Oberflächenfluorimetrie des Herzens, sinkt sehr stark ab und wird bei Reoxygenierung nur sehr unvollständig wiederhergestellt.
Das Druck x Volumen-Produkt fällt plötzlich und wird nur zu einem sehr kleinen Teil wiederhergestellt. Die Ergebnisse lassen während der akuten Hypoxie/Reoxygenierung auf einen ungenügenden mitochondrialen Energiestoffwechsel schließen, der sich zu den früher beschriebenen veränderten Isozymkomplexen des Myosins und dessen verminderter ATPase-Aktivität so wie der verzögerten Ca2+-ATPase des sarkoplasmatischen Retikulums hinzugesellt. Dies führt zum Herzversagen bei der Rechtsherzhypertrophie.
Key words
Cytosolic ATP/ADP ratio - Heart, experimental right heart hypertrophy, Langendorff perfused rat heart - Mitochondria, ATP synthesis, creatine kinase activity, energy status
