Effekte von Verapamil auf die Expression der L-Typ-Ca2+-Kanaluntereinheiten und Phosphatasen in den frühen Phasen schneller atrialer Stimulation im Kaninchenmodell des Vorhofflimmerns

Abstract

Vorhofflimmern ist die häufigste anhaltende und behandlungsbedürftige Herzrhythmusstörung des Menschen im Erwachsenenalter. Einmal initiiert, kann Vorhofflimmern selbst zu einer Vielzahl von elektrophysiologischen, strukturellen und mechanischen Veränderungen führen, die den Erhalt und das Wiederauftreten dieser Arrhythmie begünstigen können. Diese Prozesse werden als 'atriales Remodeling' bezeichnet. Da gerade die frühen Veränderungen eine entscheidende Rolle bei der Pathophysiologie des Vorhofflimmerns zu spielen scheinen, sind sie als Ansatzpunkt einer möglichen therapeutischen Intervention von großem Interesse. In dieser Studie wurden die protektiven Wirkungen einer präventiven Gabe von Verapamil auf die molekularen und elektrischen Veränderungen in den sehr frühen Phasen des elektrischen Remodelings in einem in-vivo-Modell schneller atrialer Stimulation beim Kaninchen untersucht. Die Kaninchen (New Zealand Whites) erhielten eine schnelle (600 Schläge/min) tachykarde atriale Stimulation über 24h. Die Vorbehandlung mit Verapamil erfolgte über 7 Tage (subkutane Injektion von 7,5 mg/kg alle 12h). Gebildet wurden 4 Gruppen zu je 6 Tieren: 1. “sham“ (Implantation von Schrittmachersonden ohne tachykarde atriale Stimulation) 2. “24h“ (tachykarde atriale Stimulation für 24 h) 3. 'shamV' (wie 'sham', aber zusätzliche Vorbehandlung mit Verapamil) 4. '24hV' (tachykarde atriale Stimulation nach Vorbehandlung mit Verapamil). Nach der Organentnahme wurde die Proteinexpression mittels Western-Blotting evaluiert. Es wurde gezeigt, dass es in den frühen Phasen des elektrischen Remodelings zu einer verminderten Expression der alpha1c- und beta2a-Ca2+-Kanaluntereinheiten (alpha1c: - 24,7 %, beta2a: - 13,3 %) kommt, die durch eine Vorbehandlung mit Verapamil verhindert werden konnte. Zusätzlich scheint die präventive Gabe von Verapamil positive Auswirkungen auf den durch Vorhofflimmern veränderten Phosphorylierungszustand des L-Typ-Ca2+-Kanals zu haben: Die schnelle atriale Stimulation resultierte in einer erhöhten (+32,4 %) Expression von PP1alpha, welche ebenfalls durch die Vorbehandlung mit Verapamil verhindert werden konnte. Verapamil könnte somit eine Rolle in der Prävention der durch das frühe atriale Remodeling induzierten Veränderungen spielen. Weitergehende Untersuchungen mit anhaltender atrialer Stimulation sind jedoch nötig um zu klären, ob die Behandlung mit Verapamil nur das Tachykardie-induzierte atriale Remodeling verzögern oder aber auch längerfristige pathophysiologische Veränderungen verhindern kann. Zusätzlich müssen auch die Effekte, die eine Vorbehandlung mit Verapamil auf die vielen anderen Parameter des elektrischen Remodelings hat, untersucht werden.

Atrial fibrillation is the most frequent persistent type of tachyarrhythmia which needs to be treated in adult patients. On occurrence atrial fibrillation can cause a variety of electrophysiological, structural and mechanical changes, which lead to the perpetuation and recurrence of this type of arrhythmia. These changes are known as 'atrial remodeling'. Since the early phases seem to play a decisive role in the pathophysiology of atrial fibrillation, they should be targeted for possible therapeutic interventions. In this study, the protective effects of Verapamil pre-treatment on molecular and electrical mechanisms underlying early electrical remodeling in an in-vivo rabbit model of atrial fibrillation (AF) were investigated. Rapid (600 beats/min) atrial pacing (RAP) was performed for 24h in rabbits (New Zealand Whites). Verapamil pre-treatment was supplied for 7 days (7.5 mg/kg Verapamil was injected subcutaneously every 12h). Rabbits were randomly divided into four groups of 6 animals each: 1. 'sham' (animals received atrial pacemaker probes but no atrial stimulation was applied) 2. '24h' (atrial stimulation was applied for 24h) 3. 'shamV' (like 'sham' but with additional Verapamil pre-treatment) 4. '24hV' (atrial stimulation and Verapamil pre-treatment). After removal of the hearts, protein expression was measured by Western Blotting. It was shown, that in the early phases of atrial remodeling, the protein expression of the L-type calcium channel subunits alpha1c and beta2a were significantly reduced (alpha1c: -24.7%, beta2a: - 13.3%), whereas these subunits were not altered in the group treated with Verapamil. In addition, Verapamil pre-treatment seems to have beneficial effects on the state of phosphorylation of the L-type calcium channel: Rapid atrial pacing resulted in an increased expression of PP1alpha (+32.4 %) which also could be prevented by Verapamil treatment. Therefore, Verapamil might play a role in the prevention of electrophysiological changes caused by atrial remodeling in the very early phases of AF. Further experiments with sustained atrial pacing are needed to clarify whether Verapamil treatment only delays tachycardia-induced atrial remodeling or whether it can prevent long-term pathophysiological changes. In addition, effects of Verapamil pre-treatment on many other parameters of electrical remodeling need to be studied.