Aus dem Johannes-Müller-Institut für Physiologie
der Medizinischen Fakultät Charité -
Universitätsmedizin Berlin

Dissertation

Dynamische Autoregulation der Nierengefäße von wachen Ratten

Zur Erlangung des akademischen Grades
Doctor medicinae (Dr. med.)

vorgelegt der Medizinischen Fakultät Charité -
Universitätsmedizin Berlin

von
Stefan Georg Schönfeld
aus Berlin

Dekan: Prof. Dr. Joachim W. Dudenhausen

Gutachter:
1. Prof. Dr. med. H. Scholz
2. Prof. Dr. med. H. Ehmke
3. Dr. med. H.-W. Reinhardt, Universitätsprofessor i.R.

Datum der Promotion:23.04.2004

Widmung:

Für meine Frau Stefanie

sowie Saskia und Chiara

Inhaltsverzeichnis

• 1.  Verzeichnis wiederkehrender Abkürzungen
• 2.  Einleitung
  • 2.1. Das Phänomen Autoregulation
  • 2.2. Autoregulation der Nierendurchblutung
  • 2.3. Bestimmung des Bereichs und der Effektivität der Autoregulation
  • 2.4.  Dynamik der Autoregulation
• 3.  Methodik
  • 3.1. Versuchstiere
  • 3.2. Anästhesie und Operationsverfahren zur chronischen Instrumentierung
  • 3.3. Postoperative Maßnahmen
  • 3.4. Messung
  • 3.5. Protokolle
  • 3.6. Gewinnung der Daten
  • 3.7. Statistische Verarbeitung
• 4.  Ergebnisse
  • 4.1. Ergebnisse der Ausgangswerte
  • 4.2.  Ergebniskurven der absoluten Mittelwerte
  • 4.3.  Ergebniskurven der relativen Mittelwerte
  • 4.4.  Ergebnisse nach Berechnung der relativen Leitwerte
  • 4.5.  Aus den Ergebnissen errechnete Kurven
• 5.  Diskussion
  • 5.1.  Diskussion der Methodik
    • 5.1.1. Art der Tiere
    • 5.1.2. Geschlecht der Tiere
    • 5.1.3. Versuche an Ratten im Wachzustand
    • 5.1.4. Anästhesie
    • 5.1.5. Operation
    • 5.1.6. Implantate und Material
    • 5.1.7. Postoperative Maßnahmen
    • 5.1.8. Messung
      • 1. Ultraschallkopf
      • 2. Fiberoptische Kunstofffasern
        • Kalibrierung
      • 3. Servokontrolle
      • 4.  Sender
  • 5.2.  Diskussion der Ergebnisse
    • 5.2.1. Ergebniszusammenfassung
    • 5.2.2.  Versuche zur Charakterisierung der Autoregulation
    • 5.2.3. Versuche mit überlagerten Sinusschwingungen
    • 5.2.4. Veränderungen der Amplituden
    • 5.2.5. Mögliche Auswirkungen von Shearstress
    • 5.2.6. Phasenwechsel zwischen Blutdruck und Leitwerten
    • 5.2.7. Zusammenfassung
• Literaturverzeichnis
• Eidesstattliche Erklärung
• Danksagung
• Lebenslauf

Tabellen

• Tabelle 1 : Ausgangswerte für die Relativwertberechnung

Bilder

• Abb. 1: Blutdruck-Blutfluss-Beziehung isoliert perfundierter Hundenieren. Links Perfusion mit Blut, rechts Perfusion mit Blut, das Cyanid enthielt [108].
• Abb. 2: Grundform der Autoregulationskurve (schwarz) mit verschiedenen, im Text beschriebenen, Abweichungen (rot, blau).
• Abb. 3: Schematic representation of the dependence of the magnitude on  the output variable (renal blood flow) compared with the input variable (blood pressure). The degree of dynamic autoregulation is given by the admittance magnitude value.Aus [59]
• Abb. 4: Operationsmethodik und Versuchsaufbau (schematisiert)
• Abb. 5: Versuchsablauf: Verlauf des von außen gesteuerten RPP ohne Schwingung (a), sowie mit den Frequenz f=0,005 Hz (b), f=0,01 Hz (c) und f=0,02 Hz (d) überlagert. RPP jeweils rot, mittlerer RPP blau.
• Abb. 6: Orginalaufzeichnung eines Versuchsablaufes des RBF (relativ) über der Zeit. Errechnete Nullachse (rot).
• Abb. 7: Angenäherte Schwingungskurve (rot) über der Zeit. Errechnete Schwingungskurve um Nullachse (schwarz), Amplitudenkurve (grün)
• Abb. 8: Sinusschwingungsteil (a) und Kosinusschwingungsteil (b) über t
• Abb. 9: Tangenskurve des Sinusfunktionsteils über den Renalen Perfusionsdruck in den abfallenden Versuchsteilen.
• Abb. 10: Auf der x-Achse ist der mittlere RPP dargestellt, links bei langsamer rampen­förmiger Absenkung, rechts bei rampenförmigem Wiederanstieg. Darüber ist der jeweilige aktuelle sinusschwingungsartig überlagerte RPP als Mittelwert (mean ± SEM, n=25) dargestellt (schwarz) mit einer Skalierung an der rechten Diagrammseite. Die absoluten Mittelwerte (mean ± SEM, n=25) der Blutflussmesswerte bei einer Versuchs­frequenz f=0,01 Hz sind mit einer Skalierung an der linken Diagrammseite farblich hervorgehoben: Die Werte der Nierenrinde (blau / oben) wurden 2 mm unterhalb der Nieren­oberfläche, die des äußeren Nierenmarks (grün / Mitte) in 4 mm Tiefe gemessen. Die Daten des Nieren­gesamt­flusses (rot / unten) wurden durch Ultraschallflussmessung der Nierenarterie ge­won­nen.
• Abb. 11: Dargestellt ist auf der x-Achse der mittlere RPP, links bei langsamer rampen­förmiger Absenkung, rechts bei rampenförmigem Wiederanstieg. Darüber ist in jedem Diagramm der jeweis aktuelle sinusschwingungsartig überlagerte RPP als relativer Mittelwert (mean ± SEM, n= 25) schwarz und mit einer Skalierung an der rechten Diagramm­seite dargestellt. Auch hier sind dazu die relativen Mittelwerte (mean ± SEM, n=25) der aktuellen Messungen bei einer Versuchsfrequenz f=0,01 Hz mit einer Skalierung an der linken Diagrammseite farbig markiert: Die Werte der Nierenrinde (blau / oben) wurden 2 mm unterhalb der Nierenoberfläche, die des äußeren Nierenmarks (grün / Mitte) in 4 mm Tiefe gemessen. Die Daten des Nierengesamtflusses (rot / unten) wurden durch Ultra­schall­flowmessung der Nierenarterie gewonnen.
• Abb. 12: Auf der x-Achse ist der mittlere RPP dargestellt, links bei langsamer rampen­förmiger Absenkung, rechts bei rampenförmigem Wiederanstieg. Darüber ist der jeweilige aktuelle sinusschwingungsartig überlagerte RPP als relativer Mittelwert (mean ± SEM, n=25) dargestellt (schwarz) mit einer Skalierung an der rechten Diagrammseite. Die Mittel­werte (mean ± SEM, n=25) der relativen Leitwerte der Versuche ohne Schwingungsüberlagerung sind mit einer Skalierung an der linken Diagrammseite farblich hervorgehoben: Die Werte der Nierenrinde (blau / oben) wurden 2 mm unterhalb der Nieren­oberfläche, die des äußeren Nierenmarks (grün / Mitte) in 4 mm Tiefe gemessen. Die Daten des Nierengesamtflusses (rot / unten) wurden durch Ultra­schall­flussmessung der Nierenarterie gewonnen.
• Abb. 13: Dargestellt ist auf der x-Achse der mittlere RPP, links bei langsamer rampen­förmiger Absenkung, rechts bei rampenförmigem Wiederanstieg. Darüber ist in jedem Diagramm der jeweis aktuelle sinusschwingungsartig überlagerte RPP als relativer Mittel­wert (mean ± SEM, n= 25) schwarz und mit einer Skalierung an der rechten Diagramm­seite dargestellt. Auch hier sind dazu die Mittelwerte (mean ± SEM, n= 25) der relativen Leitwerte der Versuche mit einer Versuchsfrequenz f=0,005 Hz (A=20 mmHg) mit einer Skalierung an der linken Diagrammseite farbig markiert: Die Werte der Nierenrinde (blau / oben) wurden 2 mm unterhalb der Nierenoberfläche, die des äusseren Nierenmarks (grün / Mitte) in 4 mm Tiefe gemessen. Die Daten des Nieren­gesamt­flusses (rot / unten) wurden durch Ultraschallflowmessung der Nierenarterie ge­wonnen.
• Abb. 14: Dargestellt ist auf der x-Achse der mittlere RPP, links bei langsamer rampen­förmiger Absenkung, rechts bei rampenförmigem Wiederanstieg. Darüber ist in jedem Diagramm der jeweis aktuelle sinusschwingungsartig überlagerte RPP als relativer Mittel­wert (mean ± SEM, n= 25) schwarz und mit einer Skalierung an der rechten Diagramm­seite dargestellt. Auch hier sind dazu die Mittelwerte (mean ± SEM, n= 25) der relativen Leitwerte der Versuche mit einer Versuchsfrequenz f=0,01 Hz (A=20 mmHg) mit einer Skalierung an der linken Diagrammseite farbig markiert: Die Werte der Nierenrinde (blau / oben) wurden 2 mm unterhalb der Nierenoberfläche, die des äusseren Nierenmarks (grün / Mitte) in 4 mm Tiefe gemessen. Die Daten des Nieren­gesamt­flusses (rot / unten) wurden durch Ultraschallflowmessung der Nierenarterie gewonnen.
• Abb. 15: Dargestellt ist auf der x-Achse der mittlere RPP, links bei langsamer rampen­förmiger Absenkung, rechts bei rampenförmigem Wiederanstieg. Darüber ist in jedem Diagramm der jeweis aktuelle sinusschwingungsartig überlagerte RPP als relativer Mittel­wert (mean ± SEM, n= 25) schwarz und mit einer Skalierung an der rechten Diagramm­seite dargestellt. Auch hier sind dazu die Mittelwerte (mean ± SEM, n= 25) der relativen Leitwerte der Versuche mit einer Versuchsfrequenz f=0,02 Hz (A=20 mmHg) mit einer Skalierung an der linken Diagrammseite farbig markiert: Die Werte der Nierenrinde (blau / oben) wurden 2 mm unterhalb der Nierenoberfläche, die des äusseren Nierenmarks (grün / Mitte) in 4 mm Tiefe gemessen. Die Daten des Nieren­gesamt­flusses (rot / unten) wurden durch Ultraschallflowmessung der Nierenarterie gewonnen.
• Abb. 16: Errechnete Kurven der Sinusfunktionsteile der relativen Leitwerte bei den Frequenzen f=0,005 Hz (oben), f=0,01 Hz (Mitte) und f=0,02 Hz (unten); links jeweils bei langsamer rampenförmiger Absenkung des mittleren RPP, rechts bei rampenförmigem Wiederanstieg. In jedem Bild ist der Nierengesamtfluss sowie die beiden Gewebeflüsse farblich voneinander unterschieden. Die Kurvenberechnung wurde wie in Kapitel 3.7. dargestellt durchgeführt. Bei allen Graphiken wurde für jeden RPP-Wert eine Signifikanztestung nach Kruskall-Wallis durchgeführt. Die signifikant unterschiedlichen Abschnitte sind durch schwarze Balken markiert bzw. durch rote Balken bei signifikanten Unterschieden der Frequenzen des Nierengesamtflusses. Die Schnittpunkte der Kurven mit der x-Achse, als Zeichen des Übergangs von der überwiegend aktiven Regulation zur überwiegend passiven Reaktion, sind ebenfalls schwarz hervorgehoben.
• Abb. 17: Mittelwerte der Nullwerte in den abfallenden (A,C) und in den ansteigenden Versuchsteilen (B,D). A und B sind nach Frequenzen sortiert, C und D nach dem Nieren­gesamt­fluss sowie den beiden Gewebeflüssen. Die ermittelten signifikanten Unterschiede (p<0,05) sind mit „x“ markiert, signifikante Unterschiede (p<0,05) zwischen abfallendem und ansteigendem Teil mit „>“ und „<“.
• Abb. 18: Mittelwerte der Amplitudengröße der Antwortschwingungen der relativen Leit­werte über dem mittleren renalen Perfusionsdruck (RPP) der Frequenzen f=0,005 Hz (oben), f=0,01 Hz (Mitte) und f=0,02 Hz (unten) (Berechnungen in Kap. 3.7. beschrieben). In jedem Abbildungsteil ist der Nierengesamtfluss sowie die beiden Gewebeflüsse farblich voneinander unterschieden. Die maximalen Amplitudenwerte des Nieren­gesamt­flusses sind auf der y-Achse markiert.
• Abb. 19: Mittelwerte der maximalen x-Werte der Amplituden in den abfallenden (A,C) und aufsteigenden (B,D) Flanken. A und B sind nach Frequenzen sortiert, C und D nach dem Nierengesamtfluss sowie den beiden Gewebeflüssen. Die ermittelten signifikanten Unter­schiede (p<0,05) sind mit „x“ markiert, signifikante Unterschiede (p<0,05) zwischen abfallendem und ansteigendem Teil mit „>“ und „<“.
• Abb. 20: Mittelwerte der maximalen y-Werte der Amplituden in den abfallenden (A,C) und ansteigenden (B,D) Flanken. A und B sind nach Frequenzen sortiert, C und D nach dem Nierengesamtfluss sowie den beiden Gewebeflüssen. Die ermittelten signifikanten Unter­schiede (p<0,05) sind mit „x“ markiert, signifikante Unterschiede (p<0,05) zwischen abfallendem und aufsteigendem Teil sind mit „>“ und „<“.
• Abb. 21: Aus [47]
• Abb. 22: Aus [90]