Křehká síla srdce. Vědci zkoumají meze jeho odolnosti i souvislost s obezitou

Více než polovina úmrtí u nás přímo souvisí s nemocemi srdce a cév. Srdce je sice velmi odolné a neúnavně bije po celý život, jenže má své limity. Na odolnost našeho klíčového orgánu se dlouhodobě zaměřuje oddělení vývojové kardiologie Fyziologického ústavu AV ČR. Poslední dobou se pozornost vědců čím dál více stáčí také k souvislostem mezi nemocemi srdce, obezitou a cukrovkou.

Staří Egypťané jej považovali za orgán, kterým člověk poznává boží vůli a řád světa. Věřili, že se v něm zaznamenávají všechny dobré i zlé činy vykonané během života. Při posmrtném soudu se srdce vážilo, a pokud bylo příliš těžké, hříšník putoval do temného podzemí. Vážení srdce (nebo duše) nacházíme i v symbolikách jiných kultur včetně křesťanské, což svědčí o jeho důležitosti.

Srdce je skutečně jedním z našich klíčových orgánů a v mnohém je pozoruhodné. Někdy se připodobňuje k pumpě, protože jeho hlavním úkolem je přečerpávání krve. Ve skutečnosti je ale mnohem složitější. Co o něm ví současná věda? Jaké mechanismy vedou k jeho odolnosti? A jak se o něj starat, aby nám co nejdéle vydrželo?

Výkonné čerpadlo
Za jedinou minutu přečerpá normální zdravé srdce přibližně pět litrů krve a za den udělá asi sto tisíc úderů. Neúnavně bije celý život a při každé větší námaze pracuje o to usilovněji. „Srdce je úžasný orgán, vydrží neskutečné věci. Můžeme ho vnímat jako obyčejnou pumpu, která je však nesmírně dobře vymyšlená,“ uvádí vedoucí oddělení vývojové kardiologie Fyziologického ústavu AV ČR Jan Neckář.

Kdybychom chtěli být přesnější, spíše než o pumpě bychom měli mluvit o spojité „dvojpumpě“, složené z pravé a levé části. Do pravé síně a pravé komory přitéká horní a dolní dutou žílou z těla neokysličená krev. Ta se musí pravostrannou pumpou přečerpat do plic a okysličit se. Okysličená krev se vrací z plic zpět do levé síně a levé komory srdce, odkud levostrannou pumpou míří do celého těla.

Srdeční dvojpumpa funguje na základě pravidelných stahů a uvolnění (fáze stahu neboli kontrakce se nazývá systola, fáze uvolnění neboli relaxace diastola). Při každém stahu se krev vypuzuje z komor do plicní tepny a aorty, v průběhu relaxace se komory znovu plní krví, která se vrací zpět do srdce z plicního, respektive systémového oběhu.

Tuto činnost přímo neřídí žádný externí režisér, například mozek. Srdce má své vlastní řídící centrum nezávislé na zbytku těla. Nemůžeme jej ovlivňovat vůlí, je autonomní. Nervy nicméně mohou rychlost srdeční činnosti ovlivnit (například při leknutí nebo rozzlobení se srdeční činnost zrychlí, každý asi zná i „bušení srdce“ při setkání s milovanou osobou).  

Kdo nebo spíše co tedy vydává srdci rozkazy? Pokynem pro srdeční stah je elektrický impulz, který vzniká spontánně v takzvaném sinoatriálním uzlu – shluku buněk uloženém v horní části pravé síně. Schopnost vytvářet a šířit elektrické vzruchy je pro srdeční buňky typická a v těle ojedinělá (podobnou schopnost mají jen buňky nervové). Pravidelnost stahů je zcela zásadní pro správné fungování dvojpumpy a pro přečerpávání krve.

Při každém stahu vzniká elektrické napětí, které se přenáší na povrch těla. Právě díky této vlastnosti může lékař zjistit, že se srdcem není něco v pořádku. Jeho elektrickou aktivitu totiž může relativně snadno analyzovat pomocí elektrokardiografu (EKG). Elektrody připevněné na tělo pacienta snímají rytmickou činnost srdce, a pokud se v EKG záznamu objeví nějaká anomálie, svědčí o možném zdravotním problému. Z EKG se dá zjistit zánět srdečního svalu, infarkt, plicní embolie a významné nedomykavosti chlopní. Naopak celou řadu dalších nemocí EKG odhalit vůbec nemusí a jsou nutná další vyšetření, například ultrazvukem (echokardiografie) či katetrizací.

JAK VZNIKÁ V SRDCI ELEKTŘINA?

V těle se nacházejí ionty sodíku, draslíku a vápníku. Zatímco sodík a vápník jsou především vně buňky, draslík v jejím nitru. Pokud tyto elektricky nabité atomy cestují vzájemně mezi vnitřkem a vnějškem srdečních buněk (kardiomyocytů), tvoří se elektrický impulz. Cestování těchto iontů umožňují speciální kanálky na povrchu buněk. Iontových kanálů je více druhů s různými vlastnostmi. Dohromady tvoří orchestr, jenž zajišťuje při srdečním cyklu bezproblémový tok iontů dovnitř buňky a ven.

Zdroj: Upraveno podle Beneš, Jan: Kardiologie (nejen) pro pacienty, Mladá fronta a. s., 2018

Když se srdce pokazí
Jako každý složitý stroj se i srdce občas „porouchá“, někdy bohužel nevratně, a dokonce fatálně. Součástek a procesů v srdci a cévách, které se mohou v průběhu lidského života poškodit, je hodně, a tudíž je také mnoho kardiovaskulárních nemocí.

Smutné prvenství patří ischemické chorobě srdeční a její akutní formě – infarktu myokardu. Jen v souvislosti s ní eviduje naše největší zdravotní pojišťovna (VZP) každý rok přibližně 9000 hospitalizovaných pacientů. Péče o ně vyjde pojišťovnu na více než miliardu korun. Infarkt myokardu je civilizační onemocnění, k němuž dochází při nedostatečném prokrvení srdečního svalu. Vzniká tehdy, když se uzavře některá z tepen zásobujících srdeční sval. Nejčastějším příznakem infarktu je náhlá ostrá bodavá bolest na hrudi, jež může vystřelovat do levé paže. 

Kardiovaskulární nemoci jsou závažným problémem, upíná se na ně proto zvýšená pozornost nejen lékařů, kteří jsou v první linii, ale samozřejmě také vědců. Jedním z témat, která je zajímají, je odolnost srdce. Už v šedesátých letech 20. století se začaly objevovat studie, jež poukazovaly na to, že lidé dlouhodobě žijící ve vysokých nadmořských výškách mnohem méně trpí ischemickou chorobou srdeční a infarktem myokardu. Odborníci si kladli otázku, jestli jsou srdce těchto lidí odolnější a v čem konkrétně jejich odolnost spočívá. Byli mezi nimi i Otakar Poupa a následně Bohuslav Ošťádal, zakládající členové oddělení vývojové kardiologie Fyziologického ústavu AV ČR. 

„Vlivu chronické hypoxie, tedy dlouhodobého snížení dostupnosti kyslíku na odolnost srdce k ischemii, se stále věnujeme. Je to tradiční téma prolínající se několikerou generací vědců našeho oddělení,“ přibližuje Jan Neckář. „V laboratoři máme k dispozici původní hypoxickou komoru pro laboratorní zvířata, která umožňuje studovat, co se s organismem při sníženém přísunu kyslíku děje.“

Obr. Původní hypoxická komora, která se používá dodnes. Simuluje se v ní vysokohorské prostředí a pozoruje se jeho vliv na organismus u laboratorních zvířat.

Srdce se umí přizpůsobit
Hypoxií existuje více druhů – ke snížení dodávek kyslíku do srdečního svalu totiž mohou vést různé situace. Rozlišuje se například ischemická hypoxie, k níž dochází při omezení průtoku krve věnčitými tepnami do srdce – bezprostředním důsledkem může být již zmíněný infarkt myokardu. Jiným typem je systémová hypoxie, jež vzniká pobytem ve vysokohorském prostředí, ale také při některých vrozených srdečních vadách, případně srdečních či plicních onemocněních.

Stupeň poškození srdce při infarktu závisí nejen na době trvání tohoto akutního stavu, ale také na odolnosti srdce, která se může v průběhu života měnit. Nejvyšší toleranci k nedostatku kyslíku projevují novorozenci, s vyšším věkem schopnost myokardu odolávat poškození klesá.

U vysokohorských populací je to trochu jinak, jejich srdce jsou k srdeční ischemii odolnější i v dospělosti. Jak se himálajská či andská srdce liší od ostatních lidí? Zkoumat to přímo na lidech není možné, ve Fyziologickém ústavu AV ČR proto používají laboratorní zvířata, nejčastěji potkany a myši. Cílem je rozkrýt molekulárně-biologické mechanismy zodpovědné za zvýšenou odolnost srdce vůči akutnímu infarktu.

Některé z nich se pojí s fungováním srdečních buněk – kardiomyocytů. „V posledních letech se zaměřujeme zejména na mitochondrie, tedy energetická centra buněk,“ říká Jan Neckář. „Ukázali jsme, že ovlivnění transportních mechanismů na vnitřní i vnější mitochondriální membráně může významně oddálit buněčnou smrt v důsledku akutního infarktu myokardu. Zdá se, že tyto děje úzce souvisejí s produkcí reaktivních forem kyslíku mitochondriemi.“

Jiné adaptační mechanismy pak mají co do činění se zánětlivou odpovědí srdce. Zánět je škodlivý sám o sobě. Nicméně, mírná zánětlivá odpověď může být stimulem pro aktivaci buněčných signálních drah, jež vedou k tomu, že se srdce stane odolnějším k akutní ischemii.

Studium změn odolnosti srdečního svalu k nedostatku kyslíku má zřejmý význam pro klinickou medicínu. Pochopení adaptačních procesů by totiž mohlo pomoci v objasnění vlivu hypoxie na srdeční sval jak během vývoje (například u dětských pacientů s vrozenou hypoxemickou srdeční vadou), tak u dospělých. Určitou možnost představují také potenciální hypoxické terapie. Podle Jana Neckáře již existují odborné studie, které tento přístup podporují. 

Srdce na horách
Lidé žijící ve vysokých nadmořských výškách jsou na tamní podmínky zvyklí. Horolezci, kteří se do Himálaje vydávají z jiných koutů světa, si na ně musejí zvykat postupně. Není možné, aby jen tak přijeli a hned vyšlápli na Everest. Znatelný fyziologický dopad na organismus ale může mít už i dlouhodobý pobyt v nadmořských výškách dosažitelných v České republice (třeba ve výškách kolem 1500 m n. m.).

Nejde o to, že by nahoře bylo méně kyslíku, ale snižuje se kapacita těla jej vdechnout a dostat do tkání, včetně srdce. Se stoupající nadmořskou výškou klesá atmosférický tlak vzduchu. Ačkoli procentuální obsah plynů ve vdechovaném vzduchu zůstává konstantní, dílčí tlak každého z nich s narůstající výškou klesá. Nízký parciální tlak kyslíku pak ovlivňuje jeho přechod z plicních sklípků do červených krvinek, čímž se snižuje transportní kapacita kyslíku do tkání a rozvíjí se hypoxie.

Pobyt v horách – v rozumných nadmořských výškách – má obecně na srdce příznivý vliv. Stejně jako aktivní pohyb a zdravá strava. „Velmi bych doporučoval rekreační pohybovou aktivitu, každý jsme ale jiný, takže někomu může přinést pozitivní účinky nedělní procházka, jinému třeba pravidelný několikakilometrový běh. Neexistuje univerzální návod,“ říká Jan Neckář.

Ostatně není to jen doporučení vědce-kardiologa, on sám se musel o své srdce „zajímat“ již od útlého dětství kvůli vrozené srdeční vadě. „To je také důvod, proč jsem se při studiu biologie rozhodl věnovat experimentální kardiologii. Jako dítě jsem prošel mnoha vyšetřeními, operovali mi chlopeň, a to mě motivovalo k tomu, abych se o srdci a jeho fungování dozvěděl co nejvíce,“ prozrazuje vědec, který se na radu kardiologů věnuje ve volném čase rekreačnímu sportu. „Říkali mi tehdy, vytvoř si dostatečný fyzický fond, hýbej se, ale vždy jen tak, ať je ti to příjemné, člověk by se neměl dlouhodobě dostávat do situací za hranou svých možností.“

Kouření a obezita
Vedle pravidelného rozumného pohybu je potřeba dbát na vyváženou stravu a vyhýbat se kouření. V České republice kouří zhruba čtvrtina populace (24,4 % v roce 2021), obézních je přibližně pětina Čechů (18,5 %). Z nedávného šetření Českého statistického úřadu navíc vyplynulo, že dvě pětiny dospělých se nevěnují žádné sportovní ani rekreační pohybové aktivitě. Častými propagátory zdravého životního stylu jsou právě kardiologové a kardiochirurgové, dobře totiž vědí, co cigaretový kouř a zvýšený energetický příjem v těle způsobují. S jejich následky se potkávají ve svých ordinacích a na operačních sálech.

Kouřením si lidé poškozují mimo jiné vnitřní výstelku cév (endotel), což může vést k ateroskleróze (zneprůchodnění a uzavření cév). Pokud se takto poškodí koronární tepny, důsledkem může být ischemická choroba srdeční, akutní infarkt myokardu a chronické selhání srdce. Podobně škodlivá je i obezita. Klinická data ukazují, že s rostoucí tělesnou hmotností se může zvyšovat krevní tlak. Zvláště silný vztah se projevuje mezi vysokým krevním tlakem (hypertenzí) a extrémní obezitou, při které je tuk nahromaděný v dutině břišní. Ten má totiž výrazně jiné vlastnosti než v jiných partiích těla. Vyplavuje do krevního oběhu substance, jež ovlivňují látkovou přeměnu v těle a hrají negativní roli při regulaci krevního tlaku.

CO JE ATEROSKLERÓZA?

Lidově je známější pod pojmem „ucpávání cév“. Cévy si můžeme představit jako potrubí rozvádějící krev po těle. Chrání je cévní výstelka složená z buněk endotelu. Endotelové buňky vystýlají všechny cévy v těle, jejich celková hmotnost je asi 1,5–3 kilogramy – tedy mnohem více než srdce nebo plic! Zdravé endotelové buňky zabraňují, aby se uvnitř cév srážela krev. Při ateroskleróze ale dochází k poškození funkce endotelu. Výstelku si velká část lidí ničí – kouřením, přemírou tuku v těle a neléčeným vysokým tlakem.

Nenápadné selhávání srdce
Jedním z negativních následků kouření a obezity bývá již zmiňované chronické srdeční selhání. Může k němu dojít například v důsledku akutního infarktu myokardu. Mnohdy ale srdce chřadne nenápadně. Mění svůj tvar, hůře se stahuje, část myokardu funkčně zcela odpadne. Změny mohou trvat i roky a někteří si jich zpočátku nemusejí ani povšimnout, protože potíže s nimi spojené připisují jiným problémům. Pociťují únavu, dušnost a mívají otoky končetin. Potíže se zhoršují při jakékoli větší fyzické námaze.

V extrémním případě srdce zcela selže a pak je jedinou možností transplantace – ročně se jich v České republice uskuteční přibližně sedm desítek. Výměna srdce je ale skutečně mezním řešením, protože je náročná, nákladná a k dispozici není dostatek vhodných dárců. Kardiologové se proto při léčbě chronického srdečního selhání snaží udržet pacientův stav na takové úrovni, aby nemuselo k transplantaci vůbec dojít a zároveň byla zachována dostatečná kvalita života.

Pokud je srdce poškozené kvůli zúženým koronárním cévám, lékaři je mohou zprůchodnit katetrizačně, případně operovat a cévy přemostit bypassem. Řešit je možné také přidružené poruchy srdečního rytmu například implantací kardiostimulátoru nebo defibrilátoru. Někdy se stav pacientů zlepší, když radikálně změní životosprávu, přestanou kouřit, pít alkohol a upraví jídelníček.

V případě, že lékaři chronické selhání srdce objeví zavčas, je možné jeho rozvoj zpomalit podáváním různých léků. Právě v této oblasti by mohly pomoci některé z dalších výzkumných projektů Fyziologického ústavu AV ČR. „Jeden z nich se týká využití látek ze skupiny eikosanoidů. To jsou látky, které se v našem těle běžně vyskytují. Jedná se o produkty metabolismu kyseliny arachidonové. Ukazuje se, že některé z nich by mohly pomoci zpomalit rozvoj srdečního selhání nejen po infarktu myokardu,“ přibližuje Jan Neckář.

Výzkumný institut CarDia
V posledních pár desítkách let dramaticky narůstá počet pacientů s kombinovanými poruchami – trpí vysokým tlakem, mají výraznou nadváhu, cukrovku a nezřídka jsou také silnými kuřáky. Na kombinovanou epidemii obezity, cukrovky a onemocnění srdce se zaměří letos vzniklý Národní institut pro výzkum metabolických a kardiovaskulárních onemocnění (CarDia), který virtuálně propojí již existující klinická a akademická pracoviště. Díky podpoře z peněz Evropské unie se prohloubí spolupráce například mezi Institutem klinické a experimentální medicíny (IKEM), univerzitami a ústavy AV ČR včetně Fyziologického ústavu.

„Založení institutu jistě pomůže posunout výzkum v této oblasti dál. Velmi nás to těší, protože je stvrzením dlouhodobé úzké spolupráce mezi IKEM a naším ústavem,“ pochvaluje si Jan Neckář. V oddělení v posledních letech nabyly na důležitosti právě grantové projekty, které se soustředí na výzkum onemocnění srdce a cév v kontextu dalších lidských komorbidit (tedy kombinací několika nemocí, jež se vzájemně ovlivňují).

Na zvířecích modelech vědci zkoumají, co se děje s organismem postiženým obezitou, cukrovkou a srdeční vadou. „Kombinujeme různé modely. Můžeme pracovat s laboratorní potkany s vysokým krevním tlakem různého původu nebo s jedinci se změnou lipidového metabolismu, kterým navodíme akutní infarkt myokardu a následné srdeční selhání a sledujeme, zda ta či ona komorbidita má vliv na postižení kardiovaskulárního systému,“ vysvětluje Jan Neckář.

Výzkum srdce v kombinaci s civilizačními nemocemi je oblastí, která se dynamicky rozvíjí a vyžaduje silné propojení napříč odděleními ústavu i s jinými institucemi včetně klinických pracovišť. Oddělení vývojové kardiologie tak velmi úzce spolupracuje například se „sousedním“ oddělením genetiky modelových onemocnění Michala Pravence nebo s oddělením experimentální hypertenze vedeném Ivanou Vaněčkovou.

Z mimoústavních partnerů jde především o IKEM, který se nachází jen pár set metrů od Fyziologického ústavu AV ČR v pražské Krči. V institutu CarDia se spolupráce rozšiřuje i na další akademická a zdravotnická pracoviště. Vědcům CarDia umožní snadnější přístup ke vzorkům získaným od pacientů v klinických studiích, odborníkům z nemocnic zase přístup k výsledkům experimentálních přístupů. Nový, virtuální ústav tak mimo jiné usnadní komunikaci mezi vědou a praxí, čímž v konečném důsledku pomůže lidem s nemocným srdcem.   

Cévy jako veletok
Lékaři i vědci přicházejí se stále novými metodami léčby kardiovaskulárních nemocí. Za poslední dvě dekády se možnosti znatelně posunuly a kvalita života pacientů se zvýšila. Přesto platí, že úplně nejlepší je problémům předejít. Některé vady jsou sice vrozené, ale naprostá většina vzniká až v průběhu života. „Srdce je sice velmi odolné, ale jde o okolnost velmi křehkou, která nepřijde sama od sebe. O srdce je nutné dobře pečovat,“ uzavírá Jan Neckář.

Staří Egypťané si představovali cévní síť v těle jako řeku Nil, která zavlažovala okolní krajinu a vyživovala pole. Podle Ebersova papyru (1500 př. n. l.) cévy přiváděly ze srdce tekutiny nezbytné pro každou část těla, rozváděly též „dech života“ a „dech smrti“. Podobně jako u zavlažovacích kanálů vyvedených z Nilu do polí bylo nežádoucí, aby se cévy ucpaly. Egypťané se tak prý každý měsíc po dobu tří dnů postili, aby tělo zbavili nežádoucích odpadních látek.

Od dob starého Egypta odteklo Nilem nepočítaně vody, o srdci toho dnes víme mnohem víc. Přesto bychom z odkazu tehdejších obyvatel mohli leccos přijmout zasvé – třeba význam střídmosti v jídle, očisty těla, pokory před lidskou konečností a žití s nezatíženým srdcem.

RNDr. Jan Neckář, Ph.D., Fyziologický ústav AV ČR

Vystudoval Přírodovědeckou fakultu UK. Od roku 2020 vede oddělení vývojové kardiologie Fyziologického ústavu AV ČR, které se dlouhodobě zabývá mechanismy ochrany srdce. V roce 2008 obdržel Prémii Otto Wichterleho pro mladé vědecké pracovníky. V letech 2002–2003 absolvoval půlroční studijní pobyt na Vrije Universiteit Amsterdam v Nizozemí. Dva roky (2012–2014) působil na Medical Collage of Wisconsin v Milwaukee v USA. (24.9.2022)