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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-84076
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/8407/


Bahrke, Anna Sophia

Effekt des hERG-Aktivators NS1643 auf die kardiale Repolarisation transgener Kaninchen mit Long QT Syndrom in-vivo und in-vitro

Effect of the hERG-Activator NS1643 on the cardiac repolarisation in transgenic rabbits with Long QT syndrome in-vivo and in-vitro

Dokument1.pdf (4.450 KB) (md5sum: c5221b4c63e4dad63261b2b85402ae47)

Kurzfassung in Deutsch

Einleitung: Das Long QT Syndrom ist eine seltene Erkrankung mit verlängerter QT-Zeit im Oberflächen-EKG, die bei strukturell herzgesunden, häufig jungen Menschen zu polymorphen ventrikulären Tachykardien führen kann. Die beiden häufigsten der angeborenen Long QT Syndrome (LQT1 und LQT2) beruhen auf der Verminderung einer der beiden repolarisierenden Kalium-Ströme (I(Ks) und I(Kr)). In dieser Arbeit wurden transgene Kaninchen mit einer Überexpression der loss-of-function Mutation in KvLQT1 (LQT1) oder hERG (LQT2) untersucht, die gegenüber den Geschwister-Kontrolltieren (LMC) den Phänotyp eines verlängerten QT-Intervals im EKG zeigen. Da die therapeutischen Möglichkeiten des angeborenen LQTS sehr begrenzt sind, werden zunehmend Substanzen wie NS1643 entwickelt, die an der Ursache, den veränderten Ionenströmen, ansetzen. In vorherigen Studien wurde gezeigt, dass I(Kr) durch NS1643 aktiviert werden kann, die Wirkung bisher jedoch nur an Modellen des erworbenen Long QT Syndroms. Im Zentrum dieser Arbeit stand die Frage, ob durch die I(Kr)-Erhöhung die Repolarisationszeit der LQT1-Kaninchen verkürzt und damit der Phänotyp korrigiert werden kann.
Methodik: Die Wirkung von NS1643 wurde in-vivo anhand von EKG-Studien und in-vitro im Langendorff-Modell untersucht. LQT1-Kaninchen wurden in-vivo mit LMC- und in-vitro mit LMC- und LQT2-Kaninchen verglichen. In-vivo bekamen die sedierten Kaninchen eine Infusion mit NS1643 oder Trägerlösung als cross-over-Studie und das QT-Intervall wurde als Basiswert und über 45 Minuten gemessen. In-vitro wurden die explantierten Herzen im Langendorffmodell mit NS1643 perfundiert und monophasische Aktionspotentialdauern (APD) über 45 min anhand von MAP-Elektroden gemessen. Weiterhin wurden potentiell proarrhythmische Ursachen untersucht: effektive ventrikuläre Refraktärzeiten (ERP) durch vorzeitige Extrastimuli, die Dispersion der APDs, das Auftreten von mechanischem Alternans, die Adaptionsfähigkeit an HF-Wechsel und die Induzierbarkeit von Kammerflimmern vor und nach NS1643.
Ergebnisse: Die QT-Zeit in-vivo und die APDs in-vitro konnten bei LQT1 durch NS1643 signifikant verkürzt werden. Bei LMC war die Verkürzung in-vivo und in-vitro geringer ausgeprägt. Bei LQT2 verkürzten sich die APDs nicht signifikant, da NS1643 hier aufgrund der Mutation in hERG I(Kr) nicht erhöhen konnte. Insgesamt nahm die Induzierbarkeit von Kammerflimmern bei allen drei Genotypen in-vitro durch NS1643 signifikant zu. Ursache dieser proarrhythmischen Effekte könnte die extensive Verkürzung der APD und der ERP durch die I(Kr)-Erhöhung bei LQT1 und LMC sein. Dies führte zu einem verkürzten Phänotyp mit erhöhter Vulnerabilität, vergleichbar mit dem Short QT Syndrom. Dazu trägt der negativ-inotrope Effekt der Substanz bei, der in allen drei Gruppen gezeigt werden konnte. Da bei LQT1 die Arrhythmien oft bei HF-Anstiegen ausgelöst werden, untersuchten wir die APD-Adaptation an abrupte HF-Erhöhung. Bei LQT1 zeigte sich eine langsamere Adaptation als bei LMC, die durch NS1643 nicht verbessert wurde. Die I(Kr)-Erhöhung verkürzt somit die Gesamt-APD, hat aber keinen Einfluss auf die Adaptation, die dynamische Komponente. Der fehlende Repolarisationsstrom I(Ks) konnte also nicht mit einer Erhöhung von I(Kr) kompensiert werden.
Schlussfolgerung: Zusammengefasst zeigt diese Studie, dass durch einen hERG-Aktivator eine pharmakologische Verkürzung des QT-Intervals in-vivo und der APD in-vitro bei transgenen LQT1 Kaninchen möglich ist. Die Verkürzung der APD auf unphysiologisch kurze Werte ging aber mit einer erhöhten Inzidenz von Arrhythmien und einer verminderten Kontraktilität in-vitro einher. Insofern zeigt diese Studie auch die Schwierigkeit, verlängerte APDs bei Long QT Patienten pharmakologisch auf das physiologische Maß zu korrigieren.


Kurzfassung in Englisch

Introduction: The Long QT Syndrome is a rare heart disease with a prolonged QT-interval as measured on ECG. It can lead to polymorphic ventricular tachycardia in the presence of a structurally normal heart, often in young patients. The most frequent inherited forms of Long QT Syndrome (LQT1 and LQT2) are due to a decrease of one of the two repolarising potassium-currents (I(Ks) and I(Kr)). In this study we used transgenic rabbits expressing a loss-of-function mutation in KvLQT1 (LQT1) or hERG (LQT2), who display a long QT phenotype on ECG compared to littermate-control-rabbits (LMC). NS1643 has been described to increase I(Kr), but so far only in models of acquired LQTS. We hypothesized that the increase of I(Kr) would shorten the time of repolarisation in LQT1 rabbits and therefore normalize the phenotype.
Methods: In-vivo ECG-studies and in-vitro Langendorff-studies were performed to analyze the effect of NS1643. Transgenic LQT1 rabbits were compared in-vivo with LMC and in-vitro with LMC and LQT2 rabbits. ECG-studies with QT-interval measurements in sedated animals were performed at baseline and during 45 minutes of intravenous infusion of NS1643 or vehicle in a crossover design. In-vitro monophasic action potentials (APD) were recorded from Langendorff-perfused hearts at baseline and during 45-minute perfusion with NS1643. In addition potentially proarrhythmic causes were analyzed: effective ventricular refractory periods (ERP), dispersion of APDs, mechanical alternans, APD-accommodation following change in heart-frequency and incidence of arrhythmias before and after NS1643 perfusion.
Results: NS1643 shortened the QT-interval in-vivo and the APD in-vitro in LQT1 significantly. In LMC the shortening in-vivo and in-vitro were smaller. In LQT2 the APD was not shortened significantly. Because of the mutation in hERG, NS1643 could not increase I(Kr). NS1643 increased the incidence of arrhythmia in all three genotypes in-vitro. This proarrhythmic effect was likely due to the extensive shortening of APD and ERP through augmentation of I(Kr) in LQT1 and LMC. This led to a very short phenotype with higher vulnerability, comparable with the short QT syndrome. In addition a negative inotropic effect of NS1643 could be shown in all three genotypes. As arrhythmias in LQT1 are often triggered by changes of heart rate, this study addressed APD-accommodation of sudden increase of heart frequency. The time course of APD-adaptation was impaired in LQT1 in comparison with LMC and unaffected by NS1643. Therefore the augmentation of I(Kr) shortens the statical component of the APD but has no influence on the dynamic APD-adaptation. So here the missing repolarisation current I(Ks) could not be compensated by an augmentation of I(Kr).
In conclusion this study shows that through hERG-activation a shortening of the QT-interval in-vivo and the APD in-vitro in transgenic LQT1 rabbits is possible. But the excessive shortening of APD was associated with the risk of higher incidence of arrhythmias and decreased contractility in-vitro. Therefore this study also shows the difficulties if trying to shorten the APD pharmacological to the physiologic length in Long QT Patients.


SWD-Schlagwörter: Repolarisation , Aktionspotenzial , Q-T-Verlängerung , Langendorff-Apparat
Freie Schlagwörter (deutsch): Long QT Syndrom , LQTS , hERG , hERG-Aktivierung , LQT1
Freie Schlagwörter (englisch): Long QT syndrome , LQTS , hERG , hERG-Aktivierung , LQT1
Institut: Medizinische Univ.-Klinik und Poliklinik
Fakultät: Medizinische Fakultät / Universitätsklinikum
DDC-Sachgruppe: Medizin und Gesundheit
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Brunner, Michael (Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 18.03.2011
Erstellungsjahr: 2010
Publikationsdatum: 22.12.2011
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