Klinische Relevanz des Energiestoffwechsels im Herzen

Zusammenfassung

Der Energiestoffwechsel des Herzens ist obligatorisch aerob, um den hohen Adenosintriphosphat(ATP)-Bedarf bei geringer ATP-Reserve zu decken. Je nach Verfügbarkeit greift der Herzmuskel auf die verschiedenen Substrate wie Fettsäuren, Glucose und Lactat zurück, sodass ein Substratmangel praktisch ausgeschlossen ist. Eine hocheffiziente Vorwärtskopplung von Stoffwechsel und Durchblutung an die Herzarbeit gewährleistet unter physiologischen Bedingungen die kontinuierliche Anpassung an den ATP-Bedarf. Einschränkungen in der Energieversorgung können aber auftreten, wenn die Koronardurchblutung fällt (Flussstopp) oder Diffusionsstrecken für Sauerstoff zunehmen (Myokardhypertrophie). Hier kommt der Substratwahl eine wichtige Bedeutung für die Aufrechterhaltung des Energiestoffwechsels zu. Zwar ist der Energiegehalt von Fettsäuren hoch, ihre Energieeffizienz ist jedoch deutlich niedriger als diejenige von Kohlenhydraten. Die Kombination von Fasten, Stress, Flussstopp und Heparingabe im Rahmen kardiochirurgischer Eingriffe stellt eine ungünstige Konstellation für einen effizienten Energiestoffwechsel dar, da hier die Fettsäurespiegel typischerweise hoch sind. Stoffwechselinterventionen zielen auf eine Reduktion der Fettsäureplasmaspiegel bei Steigerung der myokardialen Glucoseaufnahme, z. B. durch normoglykämische Insulin-Glucose-Infusion. Ziel ist die Optimierung des Energiestoffwechsels, um die perioperative Mortalität bzw. die notwendige Dauer der Intensivtherapie kardiochirurgischer Patienten weiter zu reduzieren.

Abstract

The heart requires aerobic energy metabolism to cover the high adenosine triphosphate (ATP) demands when ATP energy reserves are low. Depending on the circulatory supply, heart muscle can switch between the use of various substrates, such as fatty acids, glucose and lactate, hence avoiding substrate deprivation. A highly efficient feed forward control of metabolism and coronary blood flow guarantees the continuous supply with energy under physiological conditions; however, impairment of the energy supply can result from decreased perfusion (flow stop) or increased myocardial diffusion distances (myocardial hypertrophy). Under such conditions the choice of substrate gains importance for maintenance of cardiac energy metabolism. While the energy content of fatty acids is high, the energy efficiency is much lower than that of carbohydrates. The combination of fasting, stress, flow stop, and heparin supplementation during cardiac surgery creates an unfortunate condition for efficient myocardial energy metabolism, because plasma levels of fatty acids are typically enhanced. Metabolic interventions aim to lower fatty acid concentrations in plasma and to increase myocardial glucose uptake, e. g. by normoglycemic insulin-glucose infusion. The aim is the optimization of energy metabolism to decrease perioperative mortality and the duration of intensive care treatment of patients undergoing cardiac surgery.