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Höpfl, Bernd (2005): EDHF initiiert fortgeleitete Gefäßdilatationen in Arteriolen des Skelettmuskels. Dissertation, LMU München: Faculty of Medicine
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Abstract

Gefäßzellen und Gefäßabschnitte in Arteriolen der Mikrozirkulation reagieren auf endotheliale Autakoide, Gewebsmetabolite und transmurale Druckänderungen nicht als isolierte Einheiten, sondern in koordinierter Art und Weise, was u.a. auf der Ausbreitung von Membranpotentialänderungen über Gap-Junctions entlang der glatten Muskelzellschicht und dem Endothel beruht. Dies ermöglicht die Koordination des Gefäßtonus in parallel und hintereinander liegenden Gefäßabschnitten, was zur aufsteigenden Vasodilatation und der Zunahme der Skelettmuskeldurchblutung bei Arbeit beiträgt. Diese von Nerven unabhängige intra- und intervaskuläre Kommunikation zeigt sich auch bei lokalisierter Stimulation mit bestimmten vasoaktiven Substanzen durch eine sich weit über den Ort der direkten Wirkung schlagartig ausbreitende Gefäßreaktion (conducted vasomotor response). Um die Auslöser von fortgeleiteten Gefäßreaktionen zu untersuchen, wurden Arteriolen des Cremastermuskels in anästhesierten Goldhamstern mittels einer Mikropipette mit einem Mikrobolus (<10 nl) der Vasokonstriktoren Kaliumchlorid (KCl) und Phenylephrin (PE) bzw. der Vasodilatatoren Nitroprussid-Natrium (SNP) und Acetylcholin (ACh) stimuliert und lokale und an entfernte Stellen weitergeleitete Durchmesseränderungen gemessen. Die Beteiligung endothelialer Autakoide an diesen Antworten nach ACh-Stimulation wurde untersucht, indem deren Synthese oder Wirkung durch Inhibitoren der NO-Synthase (NOS), Cyclooxygenase (COX), der vermutlichen EDHF-Synthase Cytochrom P450 2C8/9 (CYP 2C8/9) oder Blockade kalziumabhängiger Kaliumkanäle (KCa) gehemmt wurde. Desweiteren wurde der Druck in Cremasterarteriolen gemessen, um den Anteil des proximal vom Cremastermuskel liegenden Gefäßwiderstandes einschätzen zu können. Der arterioläre Druck in der Mikrozirkulation lag bei einem systemischen Blutdruck von 83+/-4 mmHg bei 35+/-3 mmHg und betrug 46+/-4 % des Femoralarteriendruckes. Somit lag etwa die Hälfte des arteriellen Gesamtwiderstandes proximal der Messposition in der Mikrozirkulation, was auf die Notwendigkeit einer aufsteigenden Vasodilatation zur Blutflusserhöhung und eine mögliche physiologische Bedeutung fortgeleiteter Vasomotor-reaktionen hinweist. Lokale Depolarisation durch KCl-Applikation führte an der Stimulations-stelle (lokal) zu einer Konstriktion von 47+/-6 auf 33+/-5 µm (-14+/-3 µm). In einer Entfernung von 1340 µm war eine Konstriktion um 7+/-1 µm zu beobachten. Im Gegensatz zu dieser sich ausbreitenden Antwort blieben Konstriktionen nach PE lokalisiert. Da KCl allein durch Membrandepolarisation und elektromechanische Kopplung wirkt, während PE in erster Linie über pharmokomechanische Kopplung das Gefäß verengt, weist dies auf die ursächliche Bedeutung von Membranpotentialänderungen für die Weiterleitung von Vasomotorantworten hin. Lokalisiert ausgelöste Dilatationen nach ACh wurden ebenfalls entlang der Arteriolen fortgeleitet (lokal 17+/-2 µm, 920 µm stromaufwärts 8+/-1 µm). Die entfernte Dilatation wurde nicht durch eine Flusssteigerung ausgelöst, da der aus Flussgeschwindigkeit und Durchmesser berechnete Schergrad im Gefäß zu keinem Zeitpunkt anstieg. Konvektion oder Diffusion von ACh wurden ebenso ausgeschlossen. Die Hemmung der NOS und COX (N-nitro-L-arginin, Indomethacin) verkürzte zwar die lokale Antwort, hatte aber keine Wirkung auf die weitergeleitete Dilatation. NO und Prostaglandine waren an der Auslösung einer fortgeleiteten Dilatation also nicht beteiligt. Zusätzliche Blockade des kürzlich in Hamstergefäßen als EDHF-Synthase beschriebenen CYP 2C8/9 durch Sulfaphenazol schwächte die lokale und entfernte Antwort dagegen stark ab. Die Bildung des endothelialen hyperpolarisierenden Faktors (EDHF) scheint somit eine wichtige Voraussetzung für die Ausbreitung von ACh-Antworten zu sein. Auf die Stimulationsstelle begrenzte Blockade von KCa–Kanälen durch Mikroinjektion von Iberiotxin (IbTX) oder Charybdotoxin (ChTX) hob sowohl die lokale als auch die entfernte Antwort auf bzw. schwächte sie stark ab. Wurden IbTX oder ChTX dagegen nur an der entfernten Beobachtungsstelle appliziert, hatte dies keine Wirkung auf die dorthin weitergeleitete Dilatation. Dies zeigt, dass EDHF nur an der ACh-Stimulationsstelle wirksam wurde. Die dort durch Öffnung von KCa–Kanälen erzeugte Hyperpolarisation war einerseits für die lokale Dilatation verantwortlich und andererseits ausreichend, um sich auszubreiten und durch Hyperpolarisation glatter Muskelzellen entlang des Gefäßes die entferne Dilatation zu erzeugen. Die Öffnung von KCa–Kanälen und die Wirkung von EDHF entlang des Gefäßes war hierfür nicht notwendig. Um eine modulierende Wirkung von NO auf die Zellkopplung von Gefäßzellen und eine Beeinflussung der Fortleitung zu untersuchen, wurde unter Hemmung der löslichen Guanylatzyklase der Effekt des NO-Donators SNP auf die Weiterleitung von ACh-Dilatationen untersucht. Hier ergab sich kein Hinweis auf eine akute, cGMP-unabhängige NO-Wirkung auf die Fortleitung in unserem Versuchsmodell. Zusammenfassend demonstriert diese Untersuchung, dass das Endothel durch Bildung eines KCa-aktivierenden Faktors (EDHF) durch CYP 2C8/9 den Gefäßtonus nicht nur am Ort einer Stimulation modulieren kann, sondern, bedingt durch die Weiterleitung einer lokal erzeugten Hyperpolarisation, auch zu einer koordinierten Antwort ganzer Gefäßabschnitte beiträgt.