Boemke, Willehad: Chronische und akute Regelvorgänge im Salz-Wasser-Haushalt - Rolle des Renin-Angiotensin-Aldosteron-Systems - - Untersuchungen an wachen Hunden -

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Kapitel 1. Material und Methodik der Langzeitstudien (P1, P3, P4, P9)

Regelsysteme, die denen des Menschen zumindest qualitativ vergleichbar sind, finden sich nur bei höher entwickelten Säugetieren und können deshalb auch nur dort untersucht werden („integrative whole-body physiology“ = integrative „Ganz-Körper“-Physiologie) (Reinhardt et al. 1990c). Regulationsvorgänge, die Bestandsänderungen im Natriumhaushalt betreffen, erstrecken sich über einen Zeitraum von Stunden bis zu vielen Tagen. Zur Erforschung solcher Fragen ist daher ein methodisch-apparatives Versuchsdesign erforderlich, bei dem über eine Periode von mehreren Tagen Bilanz- und Hämodynamik-Daten sowie Blutparameter bestimmt werden können. Die nachfolgend beschriebene Methodik gestattet es nicht nur, die circadianen (24-h Intervalle) Veränderungen zu erfassen und auszuwerten, sondern auch die ultradianen (Veränderungen während des Tages).

1.1 Operative Vorbereitung der Hunde

Für die Langzeitversuche werden die Hunde unter aseptischen Bedingungen in Intubationsnarkose (Halothan, Lachgas, Sauerstoff) mit einem V. cava-Katheter (eingeführt über die V. femoralis) und zwei Aortenkathetern - einen oberhalb der Nierenarterien und einen unterhalb der Nierenarterien (eingeführt über die A. femoralis) - versorgt. In einer zweiten Operation werden ein Blasenkatheter und eine aufblasbare Manschette um die Aorta oberhalb der Nierenarterien implantiert [Details siehe Boemke et al. 1995 (P8); Reinhardt et al. 1990b (P3); Reinhardt et al. 1994 (P7)]. Alle Katheter werden in der Nackenregion ausgeleitet. Nach den Operationen können sich die Hunde mindestens drei Wochen erholen. Zum Schutz der Katheter tragen sie Leinenjacken.

1.2 Prophylaxe katheterbedingter Infektionen (P4)

Infektionen können die Regulationsvorgänge im Salz-Wasser-Haushalt und das Wohlergehen der Hunde stark beeinflussen. Katheterbedingte Infektionen müssen daher unbedingt verhindert werden (die vaskulären Katheter verbleiben mehrere Monate im Hund!). Dies wird durch eine in der Arbeitsgruppe entwickelte Technik gewährleistet, bei der nur das Katheterlumen mit einem Gentamycin/alpha-Chymotrypsin-Gemisch gefüllt wird (Palm et al. 1991 (P4); Reinhardt et al. 1992). In der Humanmedizin wird ein ähnliches Verfahren erfolgreich unter dem Begriff „antibiotic-lock technique“ eingesetzt (Messing et


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al. 1988), wobei allerdings - im Gegensatz zu unserer Technik - das Katheterlumen mit dem Antibiotikum gespült wird und so ein Teil des Antibiotikums in den Blutkreislauf gelangt, was zu Resistenzbildungen Anlass geben könnte.

Der Gesundheitszustand der Hunde wird täglich protokolliert (Körpergewicht, Temperatur, Allgemeinzustand und Zustand der Katheteraustrittsstellen). Einmal wöchentlich und vor Versuchsbeginn wird die Blutsenkungsgeschwindigkeit überprüft, um u.a. mögliche Infektionen frühzeitig zu erkennen.

1.3 Diät

Einfuhr/Ausfuhr-Bilanzen für Wasser, Natrium und Kalium werden ermittelt, indem von der Zufuhr die renale und extra-renale Ausscheidung des entsprechenden Parameters subtrahiert werden. Um verlässliche Bilanzdaten zu erhalten, müssen daher alle drei Komponenten - Zufuhr, renale und extra-renale Ausscheidung - kontrolliert bzw. standardisiert werden (Details in Boemke et al. 1990 (P1); Reinhardt et al. 1990b (P3)).

Um ein stabiles prä-experimentelles Einfuhr-/Ausfuhr-Gleichgewicht einzustellen und eine vergleichbare Aktivierung des Renin-Angiotensin-Systems sicherzustellen, erhielten die Hunde bereits fünf Tage vor Versuchsbeginn ein Futtergemisch bestehend aus Hackfleisch, Reis und Wasser, das entsprechend dem Körpergewicht des einzelnen Hundes individuell zubereitet wurde. Die Natrium-, Kalium- und Wasserzufuhr kann je nach experimentellen Bedürfnissen variiert werden. In den hier vorgestellten Protokollen betrug die Natriumzufuhr beispielsweise 0,5 mmol bei niedriger, 2,5 bei normaler, 5,5 bei hoher und 14,5 bei sehr hoher Zufuhr (alle Werte pro Kilogramm Körpergewicht (kg KG) und Tag). Die Kaliumzufuhr betrug immer 3.5 mmol, die Wasserzufuhr 91 ml pro kgKG und Tag. Die mit der Nahrung verabreichten Kalorien (277 kJ_kg KG-1_Tag-1) waren ausreichend, um das Körpergewicht der Hunde über Wochen konstant zu halten (Reinhardt et al. 1990b (P3)). Das Futter wurde einmal täglich zwischen 8:00 und 8:30 Uhr verabreicht. Die Hunde fraßen das Futter üblicherweise innerhalb von 20 Minuten. In seltenen Fällen war es nötig, nichtgefressenes Futter per Magensonde zu verfüttern. Eine vollständige Nahrungszufuhr war somit in jedem Falle sichergestellt. Bis zur Fütterung am nächsten Tag war den Hunden keine weitere Nahrungs- und Wasseraufnahme möglich. Die Natrium- und Wasser-Zufuhr war somit hinsichtlich der täglichen Fütterungszeit, der Dauer der Nahrungsaufnahme und der Futterzusammensetzung standardisiert.
Die extra-renalen Wasser- und Natriumverluste wurden als konstant angenommen, da die


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körperliche Aktivität, die Körpertemperatur und die Umgebungsbedingungen sich nicht änderten.


Abb. 1: Experimenteller Aufbau.

Links: Hund in der 9 m2 Untersuchungsbox angekoppelt an das Drehkupplungssystem. Hintergrund: Hund in einer angrenzenden Box. Rechts: Die vom Hund kommenden Schläuche und Kabel werden ins Labor geleitet, wo sich folgende Geräte befinden: Druckaufnehmer und Monitore für die Messung des arteriellen Blutdrucks und renalen Perfusionsdrucks, der Servokontroller für die Reduktion des renalen Perfusionsdrucks, ein Fraktionssammler für die 20-minütige Urinprobenentnahmen und Elektropumpen für die Infusion von Medikamenten und für Blutentnahmen. Die erhobenen Daten werden on-line auf einem Computer gespeichert [Abbildung entnommen aus Boemke et al. 1995 (P9)].

1.4 Umgebungsbedingungen

Während der vier Versuchstage wurden jeweils zwei Hunde in einem klimatisierten Versuchsraum gehalten, der durch ein Gitter in zwei 9 m2 große Hälften unterteilt war (21oC, 55 % Luftfeuchtigkeit). Die Hunde konnten simultan untersucht werden. Das soziale Wohlbefinden wurde durch den Blick- und Riechkontakt der Hunde gefördert.

Früher war es üblich, die Hunde während der Versuche im Stoffwechselkäfig zu halten. Das in der Abb. 1 dargestellte Versuchsdesign stellt daher eine wesentliche Verbesserung für die im Versuch befindlichen Hunde dar und dient dazu,


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umgebungsbedingte Störfaktoren (z.B. Stress durch Bewegungsmangel), die sich in unbekannter oder unvorhersehbarer Art und Weise auf die gemessenen Parameter auswirken können, weiter zu vermindern.

Während der Versuche wurden die implantierten Katheter über ein Drehkupplungssystem, das an der Leinenjacke angebracht wurde, mit dem Nebenraum (Labor) verbunden. Die Konstruktion gewährleistete, dass sich die Hunde im Untersuchungsraum völlig frei bewegen konnten (Abb. 1). Das Drehkupplungssystem ist ein kompliziertes Gebilde, dessen Funktionen ausführlich in der Arbeit von Reinhardt et al. (1990b) dargestellt werden. Es wird in unseren Forschungswerkstätten vom Feinmechanikermeister Herrn Klaus Dannenberg produziert. Durch Modifikationen am Drehkupplungssystem war es uns auch möglich, Temperatur- (Reinhardt et al. 1990b), Flussmessersignale (Nienhaus 1993) sowie links- und rechts-atriale Drucke („Luftkapselkatheter“-Technik) [Affeld et al. 1975; Reinhardt et al. 1990a (P2)] am wachen, sich bewegenden Hund langfristig kontinuierlich abzuleiten (Abb. 2).

Abb. 2:

Registrierung des linken (LAP) und rechten (RAP) Vorhofdrucks am sich frei bewegenden Hund während eines Kontroll-Tages unter Verwendung des „Luftkapselkatheters“ (Zeit = Uhrzeit), Futteraufnahme von 8:00 bis 8:30 Uhr.

Vom Labor aus konnten Blutentnahmen (üblicherweise alle 4 Stunden Tag und Nacht) und Blasenentleerungen (alle 20 min) automatisiert vorgenommen werden, ohne dass die Hunde etwas davon merkten [Details in Boemke et al. 1995b (P9); Reinhardt et al. 1990b


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(P3)]. Dies wurde aus dem Fehlen hämodynamischer und hormoneller Reaktionen während der Blutentnahmen und Blasenentleerungen sowie aus Beobachtungen des Verhaltens der Hunde über ein Videoüberwachungs-System geschlossen.

Das während der Versuche entnommene Blut wurde sofort nach der Entnahme durch Blut ersetzt, das den Hunden ca. zwei Wochen vor Versuchsbeginn entnommen und in Bluttransfusionsbeuteln aufbewahrt worden war.

1.5 Reduktion und Kontrolle des renalen Perfusionsdruckes

Bei den Versuchen, bei denen der renale Perfusionsdruck auf einem gewünschten Niveau konstant gehalten werden sollte, wurde ein elektropneumatisches, schnell arbeitendes Servokontrollsystem eingesetzt. Dieses System wurde von Dr. Benno Nafz konstruiert, der damals noch bei Prof. Dr. med. H. Kirchheim in Heidelberg und heute bei Prof. Dr. med. P.B. Persson in der Physiologie der Charité arbeitet (Nafz et al. 1992). Dabei wird das Druckwandlersignal des unterhalb der Nierenarterie befindlichen arteriellen Katheters zur Steuerung der Be- und Entlüftung einer um die Aorta gelegten Manschette benutzt [näheres siehe Nafz et al. 1992; Reinhardt et al. 1994 (P7)] und so der renale Perfusionsdruck auf dem gewünschten Niveau gehalten. Die Genauigkeit der Servokontrolle war auch bei Druckgradienten über 60 mmHg zwischen renalem Perfusionsdruck und mittlerem arteriellen Blutdruck (MAP) unverändert gut [Reinhardt et al. 1994 (P7)]. In den nachfolgend (S. 23 - 25) beschriebenen Untersuchungen wurde ein renaler Perfusionsdruck eingestellt, der 20 Prozent unter dem Blutdruck lag, der für den individuellen Hund in mehreren 24-stündigen Kontrollperioden ermittelt worden war.

Nach Abschluss der Versuche wurden die Hunde operativ deinstrumentiert und nach einer mehrwöchigen Erholungszeit und abschließender tierärztlicher Untersuchung mit Hilfe unserer Tierärzte an ausgewählte, mit der Hundehaltung vertraute Privatpersonen abgegeben.

Alle nachfolgend beschriebenen Tierversuchsprotokolle wurden von der zuständigen Behörde des Landes Berlin genehmigt.


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Thu Oct 31 12:24:38 2002