Circulation.2001;104:2981
Robert A. Kloner, Robert B. Jennings Heart Institute, Good Samaritan Hospital, University of Southern California, Los Angeles

שינויים ביוכימיים ופיזיולוגים המופיעים בשריר לב שסבל מאיסכמיה קצרה:
חסימה פתאומית של עורק כלילי בלב של בעל חיים גדול, למשל כלב, גורמת להופעת שינויים פיזיולוגים ומטבוליים תוך שניות. כך למשך המטבוליזם במיטוכונדריה עובר מאירובי לאנאירובי תוך 8 שניות. שינוי זה מופיע ברגע שהחמצן שהיה לכוד ברקמות (אוקסי המוגלובין או אוקסי-מיוגלובין) אוזל. באותו זמן, גם יכולת ההתכווצות של שריר הלב הולכת ופוחתת ובכל פעימה שריר הלב דווקא נמתח, במקום להתקצר. הפוטנציאל החשמלי שעל פני הממברנות פוחת ובמקביל מופיעים שינויים באק"ג. הגליקוליזה האנאירובית אינה מסוגלת לספק את הצריכה האנרגטית של התאים ואף מאגרי הזרחנים עתירי האנרגיה נעלמים במהירות, התוצאה היא ירידה מהירה ברמת ATP ברקמות ובמקביל הצטברות ADP. קראטין פוספט, אחד המקורות העיקריים למאגרי HEP (פוספטים עתירי אנרגיה), נעלם במהירות. ניתן למדוד את כמותו, ולראות שלאחר 30 שניות בלבד של איסכמיה, 90% ממנו נעלם. לעומתו מאגרי ATP פוחתים לאט יותר, אך גם הם פוחתים ב 75% בשלבים מאוחרים של האיסכמיה ההפיכה.

גליקוליזה אנאירובית מספקת 80% מה-HEP הנוצרים באיזורי איסכמיה מלאה. כיוון שיש רק מעט גלוקוז שנלכד בנוזל החוץ תאי, הרי תהליך הגליקוליזה משתמש בגלוקוז-1-פוספט שנוצר מגליקוגנוליזה של גלוקגון. בתהליך זה לכל מיקרומול של גלוקוז-1-פוספט שהופך ל2 מיקרומול של לקטט, נוצרים 3 מיקרומול של HEP. הלקטט והמימן שאיתו, מצטברים. תוך 10 דקות מהופעת האיסכמיה, הpH התוך תאי יורד עד 5.8 ובתא מצטברים חלקיקים פעילים אוסמוטית, כמו לקטט, פוספאט אנאורגני, קראטין וכו'. עומס אוסמוטי זה גורם להתווספות של מים לתוך התא. כמות הבצקת קטנה יחסית, כיוון שישנה רק כמות מוגבלת של מים במרווח הבין תאי של רקמה איסכמית. ניתן לזהות בצקת זאת במיקרוסקופ אלקטרוני כעליה בחלל הסרקופלסמי.

רמות הגליקוגן התוך תאי פוחתות ותוצרים של גליקוליזה אנאירובית, כמו גלוקוז-1-פוספט, גלוקוז-6-פוספט, גליצרול-פוספט, ולקטט, מצטברים.
מאגר האדנין-נוקלאוטידים פוחת כתוצאה מפעילות של ATP-אזות, ומאגר ה ADP עולה. הסיבה לכך היא ש ADP נוצר במהירות, בעוד שפוספורילציה של ADP ל ATP דרך הגליקוליזה האנאירובית מואטת עקב החמצת והלקטט.
מאגר ה ADP הולך לאיבוד.
אדנילט ציקלז מפרק אותו ל AMP.
בתוך התא הוא ממשיך להתפרק ולהפוך לאדנוזין.
האדנוזין עובר בדיפוזיה לנוזל החוץ תאי, שם הוא מתפרק לאינוזין והיפוקסנטין.
שני המטבוליטים הללו מצטברים.
בסך הכול, יש אובדן של מאגר האדנין נוקלאוטידים AMP+ADP+ATP. בשלבים מאוחרים של האיסכמיה ההפיכה, רמת מאגרים אלו יורדת עד ל 30% מהכמות התחילית.

במהלך הדקות הראשונות של האיסכמיה משתחררים לנוזל החוץ תאי חומרים נוספים, כמו ברדיקינין, אופיואידים, נוראפינפרין ואנגיוטנסין. אלו, ביחד עם האדנוזין, יכולים להקשר לרצפטורים על תאי שריר הלב ולשפעל את מערכות של אותות תוך תאיים.

ריאקציות אלו מופיעות במהירות. למשל בתגובה לאיסכמיה משתחרר נוראפינפרין מקצוות עצבים סימפטטים תוך מיוקרדיאלים. מתווך זה גורם מיידית לשיפעול פוספורילאז תוך תאי. תהליך זה קורה תוך שניות בלבד מתחילת האיסכמיה.

נסיונות בלב מבודד במעבדה מדגימות כי ישנה עליה של סידן מיונן תוך תאי בשלבים יחסית מאוחרים של השלב ההפיך. דבר זה עדיין קשה להוכיח בבעל חיים, אך הגיוני שיקרה, כיוון שהעליה בחמצת התוך תאית בזמן האיסכמיה גורמת לעליה מקבילה של נתרן, דרך המשחלף נתרן/מימן. העליה בנתרן תגרום לעליה של סידן, דרך המשחלף נתרן/סידן. לעומת זאת, כאשר אוספים את הפלסמה היוצאה מפרפוזיה של לב מבודד, לא מוצאים עליה בסך הסידן הרקמתי או בפעילות סידן שהצטבר, בנסיון של 15 דקות איסכמיה ואיסוף הנוזל לאחר 0.5, 3, או 20 דקות של רפרפוזיה.

ההשפעה של רפרפוזיה:
החזרה פתאומית של זרימה עורקית למיוקרד שהיה חי אך איסכמיה גורמת לשחזור של המטבוליזם האירובי והצלה של המיוציטים האיסכמיים. ניתן לראות ברקמות היפרמיה ראקטיבית משמעותית (400%-600% של עליה בזרימה), אשר מגיעה לשיא תוך חמש הדקות הראשונות של הרפרפוזיה ולאחר מכן דועכת. הזרימה העורקית חוזרת לרגילה לאחר 20-15 דקות. נוצרים כמויות עודפות של רדיקלים חופשיים של חמצן, המופיעים תוך הדקות הראשונות של הרפרפוזיה, ומגיעים לשיא לאחר 7-4 דקות. במקביל לשינויים אלו ניתן לראות במיקרוסקופ אלקטרוני התנפחות ובצקת כללית במיטוכונדריה ובתאים.
שינויי האק"ג שהופיעו באיסכמיה נעלמים לאחר 120-60 שניות של חזרת זרימת הדם ובערך באותו זמן מאגר האדנין-נוקלאוטידים הופך להיות 90% ATP, דרך רפוספורליציה של AMP ו ADP אשר הצטברו בזמן האיסכמיה.
רמת הלקטט יורדת לערכים הרגילים והיא נשטפת דרך הסירקולציה הסיסטמית, או מתחמצנת לפחמן דו חמצני ומים. ה-pH חוזר לתקין תוך 120-30 שניות. רמת קראטין פוספט עולה משמעותית, למשל מרמה של 40-30 מיקרוגרם לגרם רקמת לב כלב יבשה, היא עולה ל 70-65 מיקרוגרם. רמות גלוקוז רקמתיות עולות פי 6-4, ככל הנראה דרך פעולתם של רצפטורים מסוג Glut-4, אשר נעו מהסרקופלסמה אל הסרקולמה.

שרידים לאירוע האיסכמיה ההפיכה.
שינויי האק"ג נשארים למשך פחות מדקה, בעוד שההיפרמיה הריאקטיבית חולפת רק לאחר 20-10 דקות. השינויים המבניים חולפים תוך 5 דקות, למעט מקרים נדירים של מיטוכונדריות שנהרסו כליל. המיטוכונדריות הנפוחות אשר נצפו בדקות הראשונות של הרפרפוזיה חוזרות לנפחן הקודם והמיופיברילות חוזרות להתכווץ במקום להמתח. לעומת זאת עודף המים והאשלגן המופיעים בשלב מוקדם של הרפרפוזיה נותרים בעודף זמן ממושך וניתן לזהות עודף זה אף לאחר 3 שעות של זרימה מחודשת. עודף הקראטין-פוספט (creatin-phosphate overshoot) נמשך מעבר לשלוש שעות של רפרפוזיה, אך העליה בגלוקוז תוך תאי לא ניתנת לזיהוי בשלבים אלו.
זמן ההעלמות של הovershoot לא ידוע.

ההפחתה במאגר האדנין-נוקלאוטידים היא מציבת הזיכרון הבולטת ביותר של הפגיעה, כיוון שיש צורך בשעות רבות עד ימים בכדי לחדש את המאגר, במידה והפגיעה הייתה ממושכת, כמו למשל לאחר 15 דקות בלבבות של כלבים. העיכוב ביצור המחודש מופיע כיוון שבאופן כללי סינטזה חדשה של אדנין נוקלאוטידים היא איטית בשריר הלב. לעומת זאת תקופות איסכמיה קצרות של 3-2 דקות גורמות להפחתה הרבה פחות משמעותית במאגר האדנין-נוקלאוטידים, ותוך דקות עד שעות המאגר שלם מחדש. מעניין שהמאגר המוקטן לא גורם להשפעה משמעותית על התפקוד, כיוון כאשר בשלב זה מזליפים קטכול אמינים התוצאה ההמודינמית או פעילות ההתכווצות של הלב זהה לרגילה ופעילות זו זקוקה למאגר ה HEP לעבור שחלוף מהיר ביותר.

מציבת זיכרון נוספת לאירוע האיסכמיה היא העליה בכמות מספר חלבונים בתא השריר, כולל הבאים: superoxide dismutase (SOD), Heat shock protein, inducible nitric oxide synthase (iNOS).
חלבונים חדשים אלו נוצרים בזמן הרפרפוזיה וניתנים בקלות לזיהוי גם לאחר 24 שעות של רפרפוזיה. לכן, נוכחותם מייצגת תגובה של המיוציט לנזק האיסכמי. תהליך העברת האותות הגורמים לשפעול הגנים המעורבים בייצור חלבונים אלו נותר עדיין לא ידוע.

לבסוף, המיוקרד שנפגע באופן הפיך, ועתה עובר רפרפוזיה, הופך להיות "מוכן לאירוע נוסף" (pre-conditioning) ע"י האירוע, במובן זה שעתה הוא יוכל לעמוד בתקופות ממושכות יותר של איסכמיה באופן טוב יותר מאשר מיוקרד חדש "בתולי". בנוסף, רקמה שעברה נזק איסכמי הפיך היא "משותקת" (stunned), כלומר מדגימה כשל זמני ביכולת ההתכווצות אפילו כאשר היא חיה ועוברת מטבוליזם אירובי.

לסיכום
מציבות זיכרון אלו לאירוע האיסכמי מהוות הוכחה לכך שהמיוקרד שהיה איסכמי באופן הפיך ניזוק עקב האירוע, ובמקרים מסוימים עקב התהליך של הרפרפוזיה עצמו, למרות שרפרפוזיה היא הדרך היחידה למנוע את המוות של התאים באיזור שלא מקבל אספקת דם.