Terapia combinada con condicionamiento isquémico remoto y tratamiento metabólico para la prevención del daño por reperfusión. Mecanismos implicados

Abstract

El tratamiento de elección ante un paciente con infarto agudo de miocardio es la angioplastia primaria temprana. Esta restauración del flujo causa por sí misma un daño adicional al de la isquemia, el daño letal por reperfusión. Aunque se ha investigado una amplia gama de dianas terapéuticas en el ámbito experimental con el fin de reducirlo, su traslación a la clínica ha sido poco exitosa en muchas ocasiones. No obstante, ciertos ensayos con tratamientos como el condicionamiento isquémico remoto (RIC), o relacionados con la alteración del metabolismo cardiaco, han surgido como terapias más factibles. Una posibilidad para aumentar la validez de las maniobras cardioprotectoras sería utilizar terapias combinadas, aprovechando los efectos beneficiosos sinérgicos frente a posibles comorbilidades, las cuales podrían reducir la eficacia de alguno de los tratamientos individuales. Esta tesis investiga si la terapia combinada de RIC y modulación del metabolismo cardiaco resulta más beneficiosa que la administración de cada uno por separado. En una primera parte, se investigaron los efectos de RIC, GIK y exenatida, solos o combinados, sobre el tamaño del infarto y la incidencia de arritmias, en un modelo porcino in situ de isquemia-reperfusión transitoria de la arteria coronaria DA. Observamos que la terapia en combinación fue más efectiva limitando el daño por reperfusión que la aplicación individual de los diferentes tratamientos. En segundo lugar, se analizaron los mecanismos implicados en la reducción del daño, tanto en las terapias individuales como en las combinadas. Para ello, por un lado se investigó la activación de proteínas pertenecientes a las vías clásicas cardioprotectoras de señalización citosólica (RISK, SAFE o GMPc/PKG). La terapia con GIK aumentó la activación de la proteína Akt y eNOS, mientras que la exenatida limitó el tamaño del infarto provocando un cambio metabólico, con independencia de su acción sobre la liberación de insulina. Por su parte, RIC redujo la formación de residuos de nitrotirosina en las proteínas, indicando un menor estrés oxidativo en el tejido. Asimismo, también se observó que la huella metabólica de los extractos de miocardio era diferente entre los grupos que recibieron tratamiento metabólico y los grupos control y tratados con RIC. Por último, la tercera parte de la tesis ahonda en la investigación sobre el mecanismo de acción humoral de la maniobra de RIC. Se pretendió estudiar los factores implicados en la cardioprotección otorgada por un protocolo de RIC realizado sobre arteria femoral de cerdo. Para ello, se tomaron muestras sanguíneas de este animal, en estado basal y tras la maniobra de RIC (post-RIC), y el plasma fue extraído y dializado. Después se administró sobre un modelo de isquemia-reperfusión en corazones aislados de ratón. Los resultados mostraron una disminución significativa del tamaño del infarto cuando el dializado plasmático se administraba con anterioridad a la isquemia, pero no en el momento de la reperfusión. Por otro lado, el análisis mediante espectroscopía de 1H-RMN demostró niveles de glicina aumentados en el dializado plasmático post-RIC, con respecto al tomado en estado basal. Así, se realizaron experimentos adicionales con la adición de estricnina a los dializados plasmáticos, un inhibidor de su receptor. Su aplicación, previamente a la isquemia, logró abolir la reducción del infarto conseguida con anterioridad, demostrando la implicación de este aminoácido en la cardioprotección asociada al RIC. En conclusión, los resultados presentados en esta tesis demuestran que la terapia combinada puede resultar más ventajosa limitando el tamaño del infarto en pacientes con SCAEST. Como estas intervenciones son accesibles, económicas, y han resultado seguras y efectivas en ensayos clínicos, parece justificada la investigación de sus combinaciones en pacientes. Además, sugiere que la glicina es responsable, en parte, de la protección otorgada por el RIC.

Nowadays, the treatment of choice to reduce acute myocardial ischemic injury is timely reperfusion, mainly by primary percutaneous coronary interventions. However, flow restoration induces an additional myocardial damage, known as reperfusion injury. A wide number of experimental studies have demonstrated that several cardioprotective strategies are able to reduce reperfusion injury, but translation of adjunctive therapies to the clinical arena has been largely disappointing. Nevertheless, some recently published clinical trials have shown encouraging results, especially those related to therapies able to modulate myocardial metabolism or those that promote endogenous cardioprotection, as remote ischemic conditioning (RIC). In order to increase the effectiveness of adjunctive therapies, cardioprotective maneuvers can be combined. Treatment combinations can provide synergistic beneficial effects against myocardial infarction, but also avoid the interference of comorbidities with protection, that can potentially reduce the effects of individual treatments. This PhD thesis investigates whether a combination therapy consisting of drugs modulating myocardial metabolism and RIC have additive effects against reperfusion injury, resulting in reduced infarct size as compared with individual treatments. First, we investigated the effects of RIC, GIK and exenatide (a GLP-1 agonist), alone or in combination, on infarct size and arrhythmia incidence in an in situ pig model of transient coronary occlusion at the left anterior descending coronary artery. Our results demonstrate that combined therapy was more effective limiting reperfusion injury than individual treatments. Subsequently, the mechanisms involved in the cardioprotective actions observed were analyzed in every individual and combined therapy. Our data showed that RIC, GIK and exenatide have different impacts on key cardioprotective pathways. Thereby, RIC markedly reduced oxidative stress, as determined by nitrotyrosination of tissue proteins, whereas GIK shared with exenatide its effects modulating myocardial glucose metabolism, and, in addition, activated the Akt-eNOS axis (RISK pathway). Finally, the last part of this thesis was focussed on studying the possible humoral mechanisms of the RIC maneuver. Thus, blood factors involved in cardioprotection were examined in plasma obtained from pigs submitted to RIC (four short periods of occlusion and reperfusion at the femoral artery). Blood samples were obtained before and after the RIC maneuver, and plasma was extracted and dialysated. Then, plasma dialysates were administered to isolated mice hearts submitted to global ischemia and reperfusion. Infarct size was statistically reduced when post-RIC plasma was given before the global ischemia, but not when it was given at the onset of reperfusion. Moreover, when plasma dialysate was analyzed by 1H-NMR spectroscopy, we could observe that glycine concentrations were markedly increased in post-RIC dialysates compared to baseline levels. Additional experiments in isolated hearts were performed by adding strychninne, an inhibitor of glycine receptor, to plasma dialysates. Strychninne was able to abolish the infarct reduction achieved by glycine, when dialysates were administered before global ischemia, suggesting a role for this aminoacid in the cardioprotection elicited by RIC. In summary, results obtained in this work evidence that combined therapy with RIC and GIK or exenatide can be advantageous, as compared with individual treatments, limiting infarct size in patients with ST segment elevation myocardial infarction. Since these procedures are accessible, inexpensive and have shown to be safe and effective in clinical trials, investigation of this treatment combination in this patients appears warranted. Furthermore, this thesis shows that glycine can be responsible, at least in part, for the cardioprotective effects associated with RIC.