Sympozium společnosti AlfaSigma v rámci letošních 48. angiologických dní bylo zaměřeno na problematiku cévního endotelu, endoteliální dysfunkce a úlohu endoteliálního glykokalyx. Nejnovější výzkumy endoteliálního glykokalyx představil doc. MUDr. David Astapenko, Ph.D. z LF UK a FN Hradec Králové, praktické implikace poškození funkce cévního endotelu a jeho ochrany pak rozebrali ve svých přednáškách MUDr. Jiří Matuška a MUDr. Martin Holý. V článku přinášíme některé myšlenky a údaje ze sympozia1,2,3 a navazující informace z dalších odborných zdrojů.
Endotel tvoří jednovrstevnou vnitřní výstelku cévního lumen. Poměrně dlouho se předpokládalo, že jde pouze o buněčnou nesmáčivou bariéru mezi krví a cévní stěnou, ale výzkumy posledních let jasně ukazují, že jde o metabolicky velmi aktivní orgán. Celkový povrch endotelu činí asi 500–1 000 m2 a jeho hmotnost je odhadována asi na 1,5–3 kg. Endotel má celou řadu fyziologických funkcí. Kontroluje prostup jak pro buněčné elementy, tak pro nebuněčné komponenty krve mezi krví a okolními tkáněmi. Prostup krevních elementů je uskutečňován za pomoci vazoadhezivních molekul (např. E-selektin, ICAM-1, VCAM-1, PECAM-1). Endotel produkuje oxid dusnatý, látku s vazoaktivním účinkem a vlivem na inhibici exprese adhezivních molekul, adhezi a agregaci trombocytů a apoptózu endoteliálních buněk. Jeho tvorba je zprostředkována NO-syntázou, která je aktivována smykovým napětím krevního proudu (shear stress), hypoxií a některými lokálními působky. Endotel produkuje také prostacyklin a endothelium-derived hyperpolarizing factor. Naopak látkou s vazokonstrikčním působením, produkovanou v endotelu, je endotelin-1. Další z funkcí endotelu je zajištění integrity cévního řečiště – intaktní endotel je dokonale nesmáčivým povrchem, který brání adhezi trombocytů. Endotel může zasahovat i do reparativních procesů a angiogeneze. Reparativní procesy v cévní stěně jsou ovlivňovány řadou cytokinů. V endotelu je produkována řada z nich, např. transformující růstový faktor beta, fibroblastový růstový faktor, interleukin-1, endotelin-1 ad.2,4,5
Endoteliální dysfunkce je funkčním poškozením endotelu, jež znamená především zvýšenou propustnost cévní stěny a nerovnováhu mezi vazoaktivními, hemokoagulačními a stimulujícími působky. Projevuje se také nedostatečnou vazomotoricku odpovědí na endotel-dependentní podněty a tendencí k trombóze. Představuje časnou fázi aterosklerózy.
Mezi hlavní příčiny endoteliální dysfunkce patří arteriální hypertenze, hyperlipoproteinemie, hyperglykemie, hyperinzulinemie, hypoxie, hyperhomocysteinemie, kouření, různé infekce a vliv některých cystostatik, ionizujícího záření a imunokomplexů. Z lokálních příčin jsou významné hypoxie, žilní hypertenze, lymfostáza, hyperviskozita a další.
Pro zlepšení stavu endotelu v prevenci nebo léčbě endoteliální dysfunkce jsou namístě opatření, jež preventují rizikové faktory nebo léčí či kompenzují onemocnění vyvolávající poškození endotelu – fyzická aktivita, odvykání kouření, terapie dyslipidemie, hypertenze, kompenzace hyperglykemie ad. Máme také řadu léčebných prostředků pro léčení následků poškození endotelu, kam budou patřit trombolytika, antikoagulancia a další. Přímým působením na endotel je podávání glykosaminoglykanů, které jsou stavební součástí glykokalyx.3 Přírodním glykosaminoglykanem je sulodexid, složený ze středněmolekulárního heparinu a dermatanové složky. Jeho působení je komplexní. V poslední době se dostává do popředí pozornosti také protektivní a reparační působení na endotel, které vede k zábraně zvýšené adheze trombocytů, lymfocytů, monocytů a neutrofilů na stěnu cévní, aktivuje lokální tvorbu a uvolňování t-PA, působí tlumivě na růstové faktory, podporuje neoangiogenezi a zvyšuje přirozené antitrombotické vlastnosti endotelu.9
Glykokalyx je subcelulární struktura, v podstatě trojrozměrná síť, produkovaná buňkou na vnější povrch cytoplazmatické membrány. Slouží ke komunikaci buňky s vnějším prostředím a k její ochraně. Uvnitř cév pokrývá glykokalyx povrch endoteliálních buněk, kde tvoří výstelku vnitřního povrchu cév. Biochemicky se endoteliální glykokalyx (EG) skládá především z heteropolysacharidů. Bazální složkou EG jsou proteoglykany (syndekany, perlekany, versikany, glypikany, mimekany, biglykany atd.), které strukturu glykokalyx ukotvují přes cytoplazmatickou membránu na buněčný cytoskelet. Na proteoglykany se váží glykosaminoglykany a glykoproteiny. Glykosaminoglykany jsou složeny z opakujících se disacharidových podjednotek. Nejčastěji se vyskytuje v EG heparan sulfát, v menší míře chondroitin sulfát, dermatan sulfát a keratan sulfát. Hojně zastoupeným heteropolysacharidem v EG je kyselina hyaluronová, která se váže přímo na receptory na povrchu buňky (nikoliv tedy prostřednictvím proteoglykanů).2,4,7
Pevná část glykokalyx stabilně lne k povrchu endoteliálních buněk, solubilní část je v dynamické rovnováze s krevní plazmou. Výška glykokalyx v cévách se liší dle průměru kapiláry od několika desítek nanometrů až po několik mikrometrů (např. v krčních tepnách). Svůj vlastní glykokalyx mají i krevní elementy, např. erytrocyty.2,4
Lidské endoteliální buňky jsou schopny se pokrýt vrstvou glykokalyx během několika hodin. EG se významně se podílí na řízení průtoku v mikrocirkulaci, fyzikální působení krevních elementů na endoteliální buňky (přenášené EG), nazývané mechanodestrukcí a vedoucí k uvolnění oxidu dusnatého (vazodilatačního faktoru), má vliv na průtok v mikrocirkulaci. Fyziologicky je významné i to, že struktura glykokalyx váže významný objem plazmy (až 1–1,7 l) a vytváří prostor, který napodobuje poměry prostoru intersticiálního. Někdy je tak označován za samostatný intravaskulární kompartment. EG má také vliv na propustnost kapilární membrány. EG váže ve své struktuře řadu proteinů i signálních molekul, vč. albuminu, a funguje jako nárazník pro sodík.
Poškození glykokalyx vede k endoteliální dysfunkci, která poškození EG dále potencuje. Za fyziologických okolností existuje dynamická rovnováha mezi kontinuální degradací a syntézou glykokalyx. Tato rovnováha je dlouhodobě neudržitelná např. u chronické hyperglykemie, dyslipidemie či aterosklerózy (menší míra syntézy EG). Výrazné inzulty, např. septický šok, ischemie, polytrauma ad., vedou k destrukci EG a poškození funkce endoteliální buněk a kapilární bariéry. Dochází ke zvýšené permeabilitě, rozvolnění mezibuněčných spojů, úniku plazmy i plazmatických proteinů, změnám v buňkách imunitního systému a rozvoji intravaskulární nástěnné trombózy a edému intersticia. Degradované komponenty EG dále potencují imunitní odpověď. 2,4
Mezi stavy a choroby, které jsou asociované s poškozením endoteliálního glykokalyx patří nejen polytrauma, ischemie – reperfuze a septický šok, ale i ateroskleróza, diabetická angiopatie a onkologická onemocnění.
Endoteliální glykokalyx byl objeven přímým zobrazením v elektronové transmisní mikroskopii. Tato technika zobrazení je technicky náročná a nehodí se pro klinickou praxi. Pro ni byly vyvinuty metody ortogonální polarizované spektrální mikroskopie, a dokonce i automatizovaný program GlykoCheck, který nepřímo hodnotí tloušťku vrstvy EG (v podstatě hodnotí možnost přiblížení krevních elementů k endoteliálním buňkám, které je tím bližší, čím je vrstva glykokalyx tenčí). Poškození glykokalyx je možné hodnotit také nepřímo, pomocí sledování koncentrace komponent EG v séru. Předpokládá se, že heparan sulfát a hyaluronan (výše uložené komponenty) jsou náchylnější k odštěpení a hlubší komponenty, jako syndekan-1, jsou odlučovány od endoteliálních buněk až při těžkých inzultech. Koncentrace je určována pomocí ELISA a hovoří se o nich jako o biochemických ukazatelích degradace EG.2,4
Současné trendy výzkumu endoteliálního glykokalyx určují také EG jako cíl léčby. Zkoumány byly látky pozitivně modulující EG, mezi nimi např. albumin, sulodexid a vodík.
Albumin je důležitým faktorem určujícím osmotický tlak. Albumin přenáší sphingosin-1-fosfát, který má imunomodulační a protizánětlivý účinek, funguje vlastně jako „vychytávač“ volných radikálů. Podání albuminu v klinických studiích je cíleno na zpevnění struktury a snížení porušené kapilární permeability. Při podání albuminu jako farmaka před vznikem inzultu se zvyšuje odolnost EG vůči poškození, má příznivý vliv na ukazatele šoku.2,8
Vodík je při inhalačním podání potenciálním antioxidans. Při podání v experimentu byla zkoušena protekce endoteliálního glykokalyx před ischemicko-reperfuzním postižením a bylo prokázáno zlepšení některých významných metabolických parametrů, jako je hladina laktátu či glykemie.2
Látkou, která má prokázanou schopnost chránit a reparovat endoteliálních glykokalyx je sulodexid, který díky svému složení je vlastně stavebním kamenem EG. Přispívá k rekonstrukci struktur EG, zvyšuje eNOS, snižuje endoteliální hyperplazii, snižuje agregaci trombocytů a brání infiltraci cévní stěny zánětlivými elementy.2,6,10
Obr. 1: Reparace rozměru glykokalyx u diabetiků po podání sulodexidu6
Rozměry glykokalyx u diabetiků 2. typu a u kontrolní skupiny. Graf ukazuje, že rozměry sublingválního glykokalyx, na počátku studie snížené u diabetiků 2. typu, byly po 8 týdnech podávání sulodexidu reparovány.6
1. Matuška, J. Jaké možnosti má angiolog ve vyšetření mikrocirkulace. Sympozium AlfaSigma: Klinický význam glykokalyxu v léčbě pacientů s onemocněním cévního aparátu. Přednáška. 48. angiologické dny, Praha, 2.–4. 3. 2023.
2. Astapenko, D. Glykokalyx – představení biologické struktury a jeho význam pro klinickou medicínu. Sympozium AlfaSigma: Klinický význam glykokalyxu v léčbě pacientů s onemocněním cévního aparátu. Přednáška. 48. angiologické dny, Praha, 2.–4. 3. 2023.
3. Holý, M. Endotel a klinická praxe, léčebné možnosti sulodexidu. Sympozium AlfaSigma: Klinický význam glykokalyxu v léčbě pacientů s onemocněním cévního aparátu. Přednáška. 48. angiologické dny, Praha, 2.–4. 3. 2023.
4. Astapenko, D. Alterace glykokalyx v kritických stavech a během velkých operačních výkonů a možnosti jeho protekce. Autoreferát disertační práce. LF UK v Hradci Králové, 2019.
5. Milusev, A., Rieben, R., Sorvillo, N. The endothelial glycocalyx: A possible therapeutic target in cardiovascular disorders. Front Cardiovasc Med 9: 897087, 2022.
6. Broekhuizen, L. N., Lemkes, B. A., Mooij, H. L. et al. Effect of sulodexide on endothelial glycocalyx and vascular permeability in patients with type 2 diabetes mellitus. Diabetologia 53, 12: 2646–2655, 2010.
7. Astapenko, D., Tomasova, A., Ticha, A. et al. Endothelial glycocalyx damage in patients with severe COVID-19 on mechanical ventilation – A prospective observational pilot study. Clin Hemorheol Microcirc 81, 3: 205–219, 2022.
8. Aldecoa, C., Llau, J. V., Nuvials, X., Artigas, A. Role of albumin in the preservation of endothelial glycocalyx integrity and the microcirculation: a review. Ann Intensive Care 10, 1: 85, 2020.
9. Vessel Due F 250 LSU měkké tobolky. Souhrn údajů o přípravku. (online: www.sukl.cz) [cit. 18. 5. 2023]
10. Li, T., Liu, X., Zhao, Z. Sulodexide recovers endothelial function through reconstructing glycocalyx in the balloon-injury rat carotid artery model. Oncotarget 8, 53: 91350–91361, 2017.