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 2. Zirkadiane und ultradiane Veränderungen des Natriumbestandes (P5 - P6)

Wie oben beschrieben, wurde während der mehrtägigen Untersuchungen der Hunde automatisiert in 20 min Intervallen die Blase über das Drehkupplungssystem entleert, der Urin gewogen und analysiert, sowie der Blutdruck und die Herzfrequenz kontinuierlich als 1 min Mittelwerte gespeichert. Blutentnahmen erfolgten alle vier Stunden, Tag und Nacht (Methodik s. S. 11-13). Betrachtet man die so gewonnenen Messwerte, dann erkennt man innerhalb eines 24-h-Intervalls z. T. deutliche Schwankungen, sog. Oszillationen.

Spontane Oszillationen physiologischer Messgrößen sind Phänomene, die sich bei vielen Spezies nachweisen lassen. Es ist deshalb bei experimentellen Studien stets daran zu denken, dass zeitabhängige Veränderungen einer Variablen nicht das Resultat eines experimentellen Reizes sein müssen, sondern durch sogenannte endogene Rhythmizität oder unkontrollierte externe Stimuli, z. B. Lärm, Einfluss des Untersuchers, variable Futterzufuhr oder unterschiedliche Infusionsraten, verursacht sein können. Für alle experimentellen Untersuchungen ist es daher wichtig, zeitabhängige Kontrollen durchzuführen, die neben konstanten Umgebungsbedingungen u.a. die Dauer und die Uhrzeit, zu der die Experimente durchgeführt werden, berücksichtigen.

In einer der ersten Untersuchungen mit der oben beschriebenen Methodik [Boemke et al. 1994 (P6); Palm 1990; Palm et al. 1992 (P5)] sollten daher folgende Fragen geklärt werden:

  1. Zeigen Hunde unter definierten Ernährungs- und Umweltbedingungen ein reproduzierbares Ausscheidungsmuster? Lassen sich Rhythmen nachweisen?
  2. Wenn ja, wie stabil sind diese Rhythmen?
  3. Lassen sich bei den Verläufen endo- und exogene Anteile unterscheiden?
  4. Welchen Einfluss hat die Höhe der Natriumzufuhr auf die Ausscheidungsverläufe?
  5. Unterscheiden sich die 24-h-Bilanzen bei oraler und kontinuierlicher intravenöser Zufuhr?

2.1 Protokolle

Untersucht wurde der Ausscheidungsverlauf von Natrium unter zwei Bedingungen:


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  1. während eines Tages mit oraler Nahrungsaufnahme und definierter oraler Natriumzufuhr (Nahrungsaufnahme innerhalb von 30 min; „Bolus“), und
  2. während zweier Tage mit konstanter intravenöser (i.v.) Infusion der gleichen täglichen Natriummenge wie bei oraler Zufuhr [Dauerinfusionsversuche (DI)].

Die insgesamt verabreichte Natriummenge war am Tag mit oraler Zufuhr und an jedem Infusionstag genau gleich.

Die Versuche wurden mit sehr hoher (14,5) und normaler (2,5 mmol Na _ kg KG-1 _ 24h-1) Natriumzufuhr durchgeführt.

Der Elektrolytinfusion wurde Glukose zugesetzt, um eine Hungernatriurese zu vermeiden. Eine Glukosurie trat nicht auf.

Die Nahrungszufuhr erfolgte an den oralen Zufuhrtagen zwischen 8:00 und 8:30 Uhr. Bereits fünf Tage vor Beginn der Experimente wurden die Hunde mit der entsprechenden Diät ernährt, um in ein stabiles Einfuhr-Ausfuhr-Gleichgewicht zu kommen. Der Tag-Nacht-Zyklus vor und während der Experimente betrug 12:12 Stunden, d.h. Licht „an“ morgens 6:00 Uhr, Licht „aus“ abends 18 Uhr (weiteres zur Methodik s. S. 9-13).

2.2 Methode der Datenanalyse

Um die Schwankungen im Natriumausscheidungsverlauf quantitativ zu beschreiben, wurden Mittelwerte der Urin-Natrium-Ausscheidung und deren Standardabweichung berechnet.

Außerdem war es wegen der großen Zahl der erhobenen Daten (z. B. 72 Urinproben und 1440 Blutdruckwerte pro Tag) möglich, diese mit speziellen mathematischen Verfahren auszuwerten. Hierzu wurde von Dr. Ülo Palm eigens ein Zeitreihenanalyseverfahren entwickelt (Palm et al. 1992 (P5), Palm 1990), das auf der Cosinor und Fourier-Analyse basiert (Hickey et al. 1984; Nelson et al. 1979; Van Cauter et al. 1973).

Das Prinzip dieser Methode, die wir FPN-Methode nennen, besteht darin, die Varianz der Daten in eine Grund- oder Fundamental-Schwingung (F), einige schwächere Teil- oder Partialschwingungen (P) und in eine Rauschkomponente (englisch „noise) (N) zu zerlegen (auf Details soll hier nicht eingegangen werden, näheres entnehmen Sie bitte Palm et al. 1992).


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Abb. 3:

Originalverlauf der Natriumausscheidung (UNaV) eines Hundes bei normaler (2,5 mmol Na_ kgKG-1 _ Tag-1) und sehr hoher Natriumzufuhr (14,5 mmol Na_ kgKG-1 _ Tag-1), an einem Tag mit oraler Futteraufnahme sowie an sechs Infusionstagen.

2.3 Ergebnisse

2.3.1 Orale Zufuhr

Bei oraler Natriumzufuhr zeigen Hunde, die einmal täglich um 8 Uhr gefüttert werden ein eindeutig rhythmisches Ausscheidungsmuster. Sowohl bei normaler Salzzufuhr, als auch bei hoher Salzzufuhr kommt es bei allen Hunden zu einem Anstieg der


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Natriumausscheidung im Urin. Sie erreicht um die Mittagsstunden ihr Maximum. (postprandiales Maximum). Bis 17:00 Uhr werden ca. 60-70 % der täglichen Natriumzufuhr ausgeschieden. In der Nacht fallen die Werte gegen Null. Während des ganzen Tages finden sich kleine ultradiane Schwankungen.

Während hoher Natriumzufuhr scheint dieses Ausscheidungsverhalten zum großen Teil eine reaktive Antwort auf die große, impulsförmig zugeführte Natriummenge zu sein, die zu einer Expansion des Extrazellulärraumes führt und natriumeliminierende Systeme aktiviert (Impuls-Antwort-Kurve der Natriumausscheidung).

Bei normaler Salzzufuhr fand sich ebenfalls ein postprandiales Ausscheidungsmaximum, jedoch waren hier ähnlich hohe Ausscheidungsmaxima wie bei oraler Zufuhr auch unter kontinuierlicher Infusion zu beobachten. Diese traten während der Dauerinfusion jedoch nicht zu definierten Zeitpunkten auf, sondern lagen variabel über den Tag verteilt.

Die Futterzufuhr selbst oder die Natriumzufuhr dienen wahrscheinlich als Zeitgeber, die die natriumeliminierenden Systeme aktivieren und synchronisieren.

Der Vergleich der Muster der Verläufe bei normaler und hoher Salzzufuhr vermittelt den Eindruck, dass zwar die mittlere Ausscheidungsrate bei hoher Zufuhr deutlich höher liegt, die Schwankungsbreite aber etwa die gleiche Größenordnung aufweist wie bei normaler Zufuhr [Boemke et al. 1994 (P6)].

2.3.2 Kontinuierliche Infusion einer der oralen Zufuhr entsprechenden Natriummenge

Wird über 24 Stunden die gleiche Natriummenge kontinuierlich infundiert, die bei oraler Zufuhr quasi bolusförmig aufgenommen wird, so verlieren die rhythmischen Komponenten mit zunehmender Dauer der Infusion an Kraft, Zeichen der Desynchronisation werden sichtbar, und der Rauschanteil nimmt zu.

Der während der Infusion hoher Natriummengen sichtbare konstante Anteil der Natriumausscheidung (5-6 µmol_kg KG-1_min-1; sog. „Sockelbetrag“) kann als reaktive homeostatische Antwort auf die hohe Natriumzufuhr angesehen werden. Dieser „Sockelbetrag“ mag nötig sein, um das hohe Natriumload innerhalb einer angemessenen Zeit auszuscheiden. Die dem „Sockel“ aufgelagerte fluktuierende Komponente könnte durch endogene Rhythmizität und Schwankungen nicht-rhythmischer Art verursacht sein.


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Während der Infusion normaler Natriummengen war nahezu kein „Sockelbetrag“ sichtbar. Außerdem waren die mittlere Natriumausscheidung, die Varianz und die Maxima bei kontinuierlicher Infusion etwa gleich hoch wie bei oraler Natriumzufuhr.

Es kann daher angenommen werden, dass unter normaler Salzzufuhr endogen induzierte Fluktuationen der Natriumausscheidung zu einem großen Teil an der Aufrechterhaltung der Natriumhomöostase beteiligt sind.

2.3.3 -h-Natrium-Bilanzen während der Dauerinfusion

Wir konnten am ersten Dauerinfusionstag meist eine Natriumretention, also eine Zunahme des Natriumbestandes beobachten. Am zweiten Infusionstag wurde die retinierte Natriummenge über die infundierte Natriummenge hinaus wieder ausgeschieden, so dass der Natriumbestand etwa wieder auf das alte Niveau zurückkehrte. Das heißt, obwohl sich das Natriumausscheidungsmuster unter kontinuierlicher Infusion z. T. beträchtlich von dem bei oraler Zufuhr unterschied, hatte dies langfristig keinerlei Auswirkungen auf die Fähigkeit wacher Hunde, ihr 24-h-Natrium-Einfuhr-/Ausfuhr-Gleichgewicht zu halten, mehr noch, sie fanden zum Ausgangspunkt ihres Natriumbestandes zurück!

2.4 Schlussfolgerung

Das Natriumausscheidungsmuster bei Hunden scheint das Resultat endogener Rhythmizität und exogener, reaktiver Prozesse zu sein. Beide Komponenten wirken mit bei der Aufrechterhaltung der Natriumhomöostase. Der Anteil, der jeder der beiden Komponenten dabei zukommt, ist u.a. abhängig von der Höhe der Natriumzufuhr. Die konstante Infusion einer bestimmten Natriummenge garantiert keineswegs eine konstante Ausscheidung. Theoretisch sollte es nach unseren Berechnungen möglich sein, pro Tag eine Natriummenge von ca. 5 mmol pro Kilogramm Körpergewicht durch die Aktivität endogener Mechanismen auszuscheiden - d.h. ohne dass hierfür eine konstante basale Natriumausscheidung nötig wäre [Boemke et al. 1994 (P6)].


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Thu Oct 31 12:24:38 2002