Sydämen hypertrofian ja kroonisen vajaatoiminnan farmakologinen hoito

Sydämen krooninen vajaatoiminta on merkittävä maailmanlaajuinen ongelma. Se on erilaisten sydän- ja verisuonisairauksien aiheuttama monimuotoinen oireyhtymä. Sydämen vasemman kammion hypertrofia eli sydämen seinämien paksuuntuminen on yksi keskeinen tekijä, joka voi olla sydämen vajaatoiminnan taustalla. Kohonnut verenpaine on yleisin syy, joka johtaa sydänlihaksen paksuuntumiseen. Tämä johtaa sydämen pumppaustoiminnan häiriintymiseen, erilaisten neurohormonaalisten mekanismien aktivaatioon ja edelleen sydämen vajaatoimintaan. Sydämen vajaatoiminnan neurohormonaalisista mekanismeista tärkeimmät ovat reniini-angiotensiini-aldosteroni-järjestelmän ja sympaattisen hermoston aktivaatio, sydämen rakenteiden uudelleenmuovautuminen, sydänlihassolujen apoptoosi ja systeeminen tulehdustila. Sydämen hypertrofiaa ja sen syntymistä pyritään estämään kohonneen verenpaineen lääkehoidolla. Reniini-angiotensiini-aldosteronijärjestelmällä on keskeinen merkitys sydämen vajaatoiminnassa. Sydämen vajaatoiminnan ennusteeseen vaikuttavista lääkeaineista angiotensiinikonvertasin estäjät (ACEestäjät) ovat säilyttäneet johtoasemansa jo vuosikymmenten ajan. Angiotensiinireseptoreiden salpaajien (AT1-salpaajien) odotettiin syrjäyttävän ACE-estäjät sydämen vajaatoiminnan hoidossa, mutta toistaiseksi niitä pidetään vain vaihtoehtoisina lääkkeinä. Sympaattisen hermoston aktivaatiota vähentävät β-salpaajat ovat vakiinnuttaneet asemansa toiseksi tärkeimpänä lääkeryhmänä. Diureetit ovat paljon käytetty lääkeaineryhmä sydämen vajaatoiminnan hoidossa, mutta niistä ainoastaan aldosteroniantagonisteilla on tutkitusti ennustetta parantavaa vaikutusta. Kroonisen vajaatoiminnan hoidossa käytetään edelleen myös digoksiinia. Tulevaisuudessa sydämen vajaatoiminnan ennusteeseen vaikuttavia lääkeaineita voivat olla reniinin estäjät, neutraaliendopeptidaasin estäjät, vasopressiinin antagonistit tai inflammatroisiin sytokiineihin vaikuttavat molekyylit. Erikoistyön kokeellisessa osiossa tarkoituksena oli tutkia sydämen hypertrofian kehittymistä vatsa-aortta kuristetuilla rotilla ja kalsiumherkistäjä levosimendaanin sekä AT1-salpaaja valsartaanin vaikutuksia hypertrofian kehittymiseen. Kokeellisessa osiossa arvioitiin myös sydämen hypertrofian ja vajaatoiminnan jyrsijämallina käytetyn vatsa-aortan kuristuksen (koarktaation) toimivuutta ja vaikutuksia ultraäänen avulla määritettyihin kardiovaskulaarisiin parametreihin. Vatsa-aortta kuristettiin munuaisvaltimoiden yläpuolelta. Kuristus saa aikaan verenpaineen kohoamisen ja sydämen työtaakan lisääntymisen. Pitkittyessään tila johtaa sydänlihaksen hypertrofiaan ja vajaatoimintaan. 64 eläintä jaettiin ryhmiin, siten että jokaiseen ryhmään tuli kahdeksan eläintä. Ryhmistä kolmelle annettiin lääkeaineena levosimendaania kolmella eri päiväannoksella (0,01 mg/kg; 0,10 mg/kg; 1,00 mg/kg) ja kolmelle valsartaania kolmella eri päiväannoksella (0,10 mg/kg; 1,00 mg/kg; 10,00 mg/kg) juomaveden mukana. Lääkitys aloitettiin leikkauksen jälkeen ja jatkettiin kahdeksan viikon ajan. Kardiovaskulaariset parametrit, kuten isovolumetrinen relaksaatioaika (IVRT), vasemman kammion läpimitta systolessa ja diastolessa sekä seinämäpaksuudet, ejektiofraktio (EF), supistuvuusosuus (FS), minuuttitilavuus (CO) ja iskutilavuus (SV) määritettiin kahdeksan viikon kuluttua leikkauksesta ultraäänitutkimuksen avulla. Lisäksi määritettiin eläinten sydämen paino suhteessa ruumiin painoon. Tuloksia verrattiin ilman lääkehoitoa olleeseen koarktaatioryhmään. Eläinmallin toimivuutta arvioitiin vertaamalla koarktaatioryhmän tuloksia sham-operoidun ryhmän tuloksiin. Levosimendaanilla havaittiin työssä sydämen systolista toimintaa parantava vaikutus. Tämä näkyi tendenssinä parantaa ejektiofraktioita ja vasemman kammion supistuvuusosuuksia. Sydämen diastoliseen toimintaan ei kummallakaan lääkeaineella ollut merkittävää vaikutusta. Diastolista toimintaa arvioitiin isovolumetrisen relaksaatioajan muutoksilla. Sydämen hypertrofian kehittymiseen ei kummallakaan lääkeaineella ollut merkittävää vaikutusta. Eläinmallin todettiin mallintavan hyvin sydämen hypetrofiaa ihmisellä, mutta ei niinkään sydämen vajaatoimintaa.

Synthesis, characterization and antioxidant activity of angiotensin converting enzyme inhibitors

Angiotensin converting enzyme (ACE) catalyzes the conversion of angiotensin I (Ang I) to angiotensin II (Ang II). ACE also cleaves the terminal dipeptide of vasodilating hormone bradykinin (a nonapeptide) to inactivate this hormone. Therefore, inhibition of ACE is generally used as one of the methods for the treatment of hypertension. `Oxidative stress' is another disease state caused by an imbalance in the production of oxidants and antioxidants. A number of studies suggest that hypertension and oxidative stress are interdependent. Therefore, ACE inhibitors having antioxidant property are considered beneficial for the treatment of hypertension. As selenium compounds are known to exhibit better antioxidant behavior than their sulfur analogues, we have synthesized a number of selenium analogues of captopril, an ACE inhibitor used as an antihypertensive drug. The selenium analogues of captopril not only inhibit ACE activity but also effectively scavenge peroxynitrite, a strong oxidant found in vivo.

Distinct Allostery Induced in the Cyclic GMP-binding, Cyclic GMP-specific Phosphodiesterase (PDE5) by Cyclic GMP, Sildenafil, and Metal Ions

The activity of many proteins orchestrating different biological processes is regulated by allostery, where ligand binding at one site alters the function of another site. Allosteric changes can be brought about by either a change in the dynamics of a protein, or alteration in its mean structure. We have investigated the mechanisms of allostery induced by chemically distinct ligands in the cGMP-binding, cGMP-specific phosphodiesterase, PDE5. PDE5 is the target for catalytic site inhibitors, such as sildenafil, that are used for the treatment of erectile dysfunction and pulmonary hypertension. PDE5 is a multidomain protein and contains two N-terminal cGMP-specific phosphodiesterase, bacterial adenylyl cyclase, FhLA transcriptional regulator (GAF) domains, and a C-terminal catalytic domain. Cyclic GMP binding to the GAFa domain and sildenafil binding to the catalytic domain result in conformational changes, which to date have been studied either with individual domains or with purified enzyme. Employing intramolecular bioluminescence resonance energy transfer, which can monitor conformational changes both in vitro and in intact cells, we show that binding of cGMP and sildenafil to PDE5 results in distinct conformations of the protein. Metal ions bound to the catalytic site also allosterically modulated cGMP- and sildenafil-induced conformational changes. The sildenafil-induced conformational change was temperature-sensitive, whereas cGMP-induced conformational change was independent of temperature. This indicates that different allosteric ligands can regulate the conformation of a multidomain protein by distinct mechanisms. Importantly, this novel PDE5 sensor has general physiological and clinical relevance because it allows the identification of regulators that can modulate PDE5 conformation in vivo.