Räumliche Heterogenität von myokardialer Durchblutung und Stoffwechsel

Summary

Within the left ventricular myocardium, substantial differences can be observed in terms of both perfusion and energy turnover. In addition to the small transmural gradient from the subepi- to the subendocardium (1:1.2), more recent high-resolution studies reveal a major patchwork-pattern, e.g., in terms of flow. Adjacent 200μl areas can differ more than 3-fold in local perfusion. Low flow and high flow areas (<50% or >150% of mean flow, respectively) represent up to 1/5 of the left ventricular myocardium. This local flow pattern is temporally stable for at least days and possibly weeks. Low and high flow areas also differ in local energy metabolism. High flow areas are characterized by enhanced glucose phosphorylation and fatty acid permeability, resulting in increased uptake of these substrates. This is the basis for the recent finding that high flow areas are characterized by an enhanced turnover of the citric acid cycle and thus of local O₂ consumption. Since local O₂ supply and consumption are closely coupled, low flow areas display no biochemical signs of ischemia. Reducing local flow by 50% results in a similar rise of adenosine or lactate in low and high flow areas. Following complete cessation of perfusion, high flow areas display a greater risk of infarction, indicating enhanced energy demand. Further studies are needed to elucidate the molecular basis of this spatial heterogeneity and to test whether the 3-fold differences in local energy turnover within the myocardial wall also translate into comparable variations of local contractility.

Zusammenfassung

Im linken Ventrikel steigen unter Ruhebedingungen Durchblutung und Stoffwechsel vom Epikard zum Endokard hin um etwa 20% an. Auch darüber hinaus bestehen erhebliche Heterogenitäten, deren beobachtetes Ausmaß mit steigender räumlicher Auflösung zunimmt. Betrachtet man z.B. im linken Ventrikel den lokalen Fluss mit einer Auflösung von 200 μl (=mg), so zeigt sich ein mehr als 3facher Flussunterschied zwischen z.T. benachbarten Arealen. Niedrigflussareale (<50% des Mittelflusses) und Hochflussareale (>150% des Mittelflusses) machen fast 1/5 des Myokards aus. Das lokale Flussmuster ist über Tage bis Wochen stabil. Da am Gesamt-Organ O₂-Verbrauch (MVO₂) und koronarer Fluss eng gekoppelt sind, können auch auf lokaler Ebene erhebliche Unterschiede im Energiestoffwechsel und -Umsatz erwartet werden.¶   Hochflussareale zeichnen sich durch eine höhere Desoxyglukose- und Fettsäure-Aufnahme aus, denen eine gesteigerte Glukose-Metabolisierung bzw. ein erhöhter Fettsäure-Transport zu Grunde liegt. Aktuelle ¹³C NMR spektroskopische Untersuchungen zeigen, dass auch die Umsatzrate des Citrat-Zyklus und damit der lokale MVO₂ mit dem lokalen Fluss zunehmen, und somit in Hoch- und Niedrigflussarealen das Verhältnis von O₂-Angebot und -Verbrauch vergleichbar ist. Dementsprechend sind in Niedrigflussarealen klassische Ischämieparameter wie Adenosin und Laktat nicht erhöht.¶   Wird die lokale Durchblutung auf die Hälfte reduziert, so kommt es in Hoch- und Niedrigflussarealen zu einer vergleichbaren Adenosin- und Laktat-Zunahme. Niedrigflussareale sind also nicht stärker Ischämie-gefährdet als Hochflussareale. Im Gegenteil, bei vollständiger Unterbrechung der Durchblutung zeichnen sich Hoch-flussareale mit ihrem größeren Energiebedarf durch eine höhere Infarkt-Wahrscheinlichkeit aus.¶   Der lokale koronare Fluss variiert somit innerhalb des linken Ventrikels um mehr als das 3fache. Dieser Fluss-Heterogenität entspricht die räumliche Verteilung von Glukose- und Fettsäureaufnahme, MVO₂ und Energieumsatz. Ob die beobachteten Stoffwechselunterschiede eine Entsprechung in der lokalen Genexpression finden, und ob sie mit einer unterschiedlichen inotropen Reserve einhergehen, ist noch ungeklärt.