Aus dem Institut für Pathologie der Universitätsklinik Mainz

Einfluß von Dexamethason auf die Vasodilatation von Resistenzarteriolen in quergestreifter Muskulatur-
eine intravitalmikroskopische Studie am Rückenhautkammermodell in der C57Bl Maus

Inauguraldissertation

zur Erlangung des Doktorgrades der Medizin
der Johannes Gutenberg-Universität Mainz

dem Fachbereich Medizin

vorgelegt von

Stephan Christian Schäfer

Mainz, 2002

Tag der Promotion: 28.05.2002

As is our pathology, so is our practice...
what the pathologist thinks today, the physician does tomorrow.

Sir William Osler

Inhaltsverzeichnis

Einleitung ... 8

Zusammenhang zwischen systemischer Glucocorticoidgabe und Hypertension ... 8
Struktur und Funktion kleiner Arterien ... 9
Intima ... 11
Media ... 11
Adventitia ... 11

Die Rolle von NO ... 12
NO: Biochemie und Physiologie ... 12
Wirkung von NO auf die Gefäßweitenregulierung ... 15
Die NO-Synthasen ... 16
Die endotheliale NO-Synthese ... 17

Problemstellung – Ziel der Untersuchung 18

Material und Methode 19
Versuchstiere und Versuchstierhaltung 19

Untersuchungsmaterial und chirurgische Eingriffe 20
Das Rückenhautkammermodell an der Maus 20
Chirurgische Eingriffe 21
Vorbereitungen 21
Implantation der Rückenhautkammer 22
Geräte und Untersuchungstechnik 25
Postoperative Kontrolle 25
Fixierung der Tiere 26
Die nicht-pulsatile Superfusion des
Rückenhautkammergewebes 26
Technische Untersuchungsmethode 29

Versuchsdurchführung 31
Fütterung der Mäuse 31
Superfusion des Rückenhautkammergewebes 31

Versuchsdesign 33

Datenauswertung 35

Ergebnisse 36

Vasorelaxation bei Dexamethason-behandelten Mäusen 36

Vasorelaxation bei L-Arginin-behandelten Mäusen 36

Anteil der NO-vermittelten Vasodilatation bei ACh-Stimulierung 39

Konzentrationsabhängige endotheliale Vasorelaxation 39

Diskussion 42

Die Validität des Rückenhautkammermodells an der Maus 42
Anforderungen eines Tiermodells zur Untersuchung der
Mikrozirkulation 42
Validität der Superfusion 43

Bedeutung der Intravitalmikroskopie zur Untersuchung der Funktion kleiner Gefäße 43

Einfluß hämodynamischer Parameter 44
Einfluß der Flußgeschwindigkeit auf den Gefäßdurchmesser 44
Einfluß der Gefäßweite auf das Ausmaß der Vasodilatation 45

Pathophysiologische Hypothesen zur Wirkung von Dexamethason auf die endothel-abhängige Vasorelaxation 45

Einfluß von L-Arginin auf die Verbesserung der durch Dexamethason gestörten endothel-abhängigen Vasorelaxation 48

Einfluß anderer vasodilatatorischer Mechanismen 49

Klinische Bedeutung 50

Zusammenfassung 51

Literaturverzeichnis 53

Einleitung

Kardiovaskuläre Erkrankungen stehen in der Todesursachenstatistik der westlichen Welt nach wie vor an erster Stelle. In Europa und den USA sterben jährlich mehr Menschen an den Folgen dieser Erkrankungen als an infektiösen und neoplastischen Erkrankungen zusammen. Neben den Risikofaktoren Zigarettenrauch, männliches Geschlecht, Hyperlipoproteinämie, Diabetes mellitus und Adipositas spielt die arterielle Hypertension eine wichtige Rolle in der Pathogenese kardiovaskulärer Erkrankungen (Fried et al., 1998; Lowe et al., 1998; Menotti et al., 2001).
Im klinischen Alltag wird häufig eine Blutdruckerhöhung bei systemischer Glucocorticoidgabe beobachtet. Glucocorticoide finden einen breiten Einsatz bei vielen verschieden Erkrankungen wie z.B.: rheumatische Erkrankungen, Kollagenosen, Nierenerkrankungen, Allergien, Lungenerkrankungen (insbesondere Asthma), Tumoren, gastrointestinalen Erkrankungen (M. Crohn und Colitis ulcerosa), endokrinen, neurologischen, dermatologischen, ophthalmologischen Erkrankungen und nicht zuletzt bei Transplantationen zur Bekämpfung der Abstoßungsreaktion (Hricik et al., 1994).
Aus diesem Grund ist der Zusammenhang zwischen systemischer Glucocorticoidgabe und Hypertension Thema zahlreicher klinischer und experimenteller Untersuchungen (Saruta, 1996; Whitworth et al.; 1997; Garbe et al., 1997).

Zusammenhang zwischen systemischer Glucocorticoidgabe und Hypertension

Arterielle Hypertension mit ihren Folgeerscheinungen wie vermehrte Arteriosklerose, Schlaganfall, Hirnblutung, hypertensive Kardiomyopathien und Myokardinfarkt ist eine wesentliche Nebenwirkung systemischer Glucocorticoidgabe. Erhöhter Blutdruck ist sowohl beim Menschen (Lund Johansen, 1983; Raison et al., 1988) als auch bei spontan hypertensiven Ratten (Smith und Hutchins, 1979) mit einem erhöhten peripheren Widerstand verbunden. Der Zusammenhang zwischen Glucocorticoiden und Bluthochdruck ist jedoch immer noch sehr wenig untersucht (Wallerath et al., 1999). Sowohl die Natriumretention als auch eine Erhöhung des Sympathikotonus spielen nur eine untergeordnete Rolle bei der Entstehung des corticoidinduzierten Hypertonus. Viel wichtiger hingegen scheint eine Supprimierung des NO-Systems zu sein (Kelly et al., 1998 a). Eine unmittelbare Inhibition der NO-Synthese mit dem L-Arginin-Analogon N-Nitro-L-Arginin-Methyl-Ester (L-NAME) induziert eine zeit- und dosis-abhängige arterielle Hypertension (Zatz und Baylis, 1998). Zudem korreliert der Grad der NO-Synthese-Inhibition mit dem Ausmaß und dem Pathomechanismus des Bluthochdruckes. Untersuchungen mit Wistar Ratten haben ergeben, daß eine leichte Inhibition der NO-Synthese eine rein volumenabhängige Hypertension verursacht, während eine hochgradige, fast vollständige Blockierung der NO-Synthese eine renale und systemische Vasokonstriktion hervorruft, die unabhängig von der Salzzufuhr war (Alvarez et al., 2000). Bei in vitro-Versuchen an Aortenringen von Ratten wurde eine Inhibition der Induktion der NO-Synthase und ihre Konsequenzen durch Dexamethason beobachtet (Rees et al., 1990). In vivo- Untersuchungen bei Personen, die mit 80 mg Cortisol/d über den Zeitraum von 5 Tagen behandelt wurden, haben eine signifikante Erhöhung des arteriellen Blutdruckes und eine Verminderung der Plasma Nitrat/Nitrit-Konzentration ergeben (Kelly et al., 1998 b). Versuche mit männlichen Wistar-Kyoto Ratten, denen über einen Zeitraum von 15 Tagen 0,3 mg/kg KG/d Dexamethason per os verabreicht wurde, zeigten eine signifikante Reduktion der NOS III mRNA Expression in der Leber und der Aorta nach bereits 3 Tagen Behandlungsdauer auf 40 % (Leber) bzw. 60 % (Aorta) im Vergleich zu unbehandelten Kontrolltieren. Im Vergleich dazu lag die NOS III mRNA Expression in der Niere der mit Dexamethason behandelten Tiere nach neun Tagen immer noch bei 90 % gegenüber den Kontrolltieren. Sowohl die Konzentrationen von Natrium als auch von Kalium blieben konstant, während die Plasmakonzentrationen von Nitrat/Nitrit auf 40 % gegenüber den Werten der Kontrolltiere abfielen (Wallerath et al. 1999). Andere Versuche mit Deoxycorticosteronacetat behandelten hypertensiven Ratten zeigten sogar eine vermehrte Expression der endothelialen NO-Synthase in den Nieren dieser Tiere (Allcock et al., 1999).

Struktur und Funktion kleiner Arterien

Die Funktion präkapillärer Arteriolen besteht in der Verteilung des Blutes und zwar so, daß jede Kapillare mit Blut in adäquater Menge und dem richtigen Druck versorgt wird. Um diese Rolle erfüllen zu können, hat das kardiovaskuläre System die Möglichkeit, den Widerstand jedes einzelnen Gefäßes durch Veränderung seines Lumendurchmessers zu ändern. Der Lumendurchmesser wird dabei durch den Tonus der glattmuskulären Zellen der Gefäßwand bestimmt. Diejenigen Gefäße, die am meisten zu dem präkapillären Druckabfall beitragen sind die präkapillären Arteriolen. Anatomisch sind sie dadurch charakterisiert, daß sie nicht mehr als eine komplette Schicht glattmuskulärer Zellen in ihrer Gefäßwand besitzen (Mulvany und Aalkjaer, 1990). Diese Gefäße haben einen Durchmesser von < 30-50 µm. Mehr als 50 % des Druckabfalls findet in Arteriolen statt, die einen Durchmesser kleiner als 100 µm besitzen (Mulvany und Aalkjaer, 1990). Als Endorgan des peripheren Widerstandes spielen die Resistenzarteriolen eine besondere Rolle. Abbildung 1-1 zeigt die Druckverhältnisse im peripheren Blutkreislauf.
Histologisch bestehen Resistenzarteriolen generell wie andere arteriellen Gefäße aus einer Intima, einer Media und einer Adventitia. Abbildung 1-2 (Seite 6) zeigt schematisch die Endstrombahn, Präkapilläre Resistenzarteriolen mit glatten Muskelzellen, Kapillaren und postkapillären Venolen. Im histologischen Schnitt ist ein Querschnitt einer Resistenzarteriole mit ihren Wandschichten zu sehen. Man beachte dabei die Schicht glattmuskulärer Zellen in der Media.

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