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 5. Einfluss der Stickoxid (NO)-Synthasehemmung auf die
24 h-Natrium- und Wasserbilanz:
Langzeitversuche mit und ohne reduzierten renalen Perfusionsdruck (P13)

Die Zielsetzung der nachfolgend beschriebenen Versuche war es, den Einfluß einer NO-Synthase (NOS)-Hemmung auf die Regelung des Natriumbestands zu spezifizieren.

Dem Stickoxid (NO) scheint eine wichtige Rolle als Bindeglied zwischen dem arteriellen Druck und dem Flüssigkeits- und Elektrolythaushalt zuzukommen (Majid et al. 1993). Außerdem soll es eine wesentliche Rolle bei der druckabhängigen Reninfreisetzung spielen (Persson et al. 1993). In den bislang vorliegenden Studien werden die Effekte des NO auf die Wasser- und Elektrolytausscheidung jedoch keineswegs einheitlich beurteilt: Einige Studien beschreiben nach NOS-Hemmung eine verminderte Natriumausscheidung (Fortepianti et al. 1999; Manning et al. 1994; Salazar et al. 1992), andere fanden eine Natriurese (Bayliss et al. 1999; Khraibi et al. 1994; Qiu et al. 1998) und wieder andere fanden eine unveränderte Natriumausscheidung (Gonzales et al. 1998; Hu et al. 1994; Navarro et al. 1994). Ähnlich widersprüchlich äußert sich die Literatur hinsichtlich einer möglichen Aktivierung des RAAS durch NO (Beierwaltes 1997; Bosse et al. 1995; Persson et al. 1993; Shesely et al. 1996). Übereinstimmung scheint lediglich dahingehend zu herrschen, dass eine Hemmung der NOS den renalen Blutfluss vermindert (Baumann et al. 1992; Broere et al. 1998; Qiu et al. 1998; Manning et al. 1994).

Die unterschiedlichen Ergebnisse können z.B. bedingt sein durch Speziesunterschiede, unterschiedliche Dosierungen des NOS-Inhibitors, Begleiteffekte einer Anästhesie und durch den unterschiedlichen Zeitverlauf verschiedener Parameter, die insgesamt einen Vergleich von Resultaten aus Kurzzeitexperimenten (einige Stunden) mit denen aus Langzeitstudien (mehrere Tage) erschweren oder unmöglich machen.

Wie im vorangehenden Abschnitt beschrieben, ist einer der wesentlichen Determinanten des GK-Natriumbestandes der renale Perfusionsdruck. Der renale Perfusionsdruck kann steigen, wenn es durch die Hemmung der NOS zu einer generalisierten Vasokonstriktion kommt. Es war daher in Vorversuchen nötig, eine Dosierung des NOS-Inhibitors zu finden, die gerade noch keine blutdrucksteigernde Wirkung zeigte, andererseits aber die Wirkung der NOS-Inhibition anhand anderer Parameter (z.B. dem Abfall der Herzfrequenz während NOS-Inhibition) erkennen ließ. Dies gelang durch eine kontinuierliche Infusion des NOS-Inhibitors L-Nomega-Nitroarginin


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(Sigma) in einer Dosierung von 3 µg _ kg KG-1 _ min-1. Des weiteren wurden die Diät und die Umweltbedingungen so standardisiert und kontrolliert, wie im ersten Abschnitt beschrieben (s. S. 9-13). Dadurch wurde u.a. eine weitgehend gleichartige präexperimentelle Aktivität des RAAS bei allen Versuchshunden sichergestellt.

Vier Hundegruppen mit jeweils sieben Hunden wurden in vier Protokollen untersucht:

  1. Vier Tage Zeitkontrolle (Kontrolle);
  2. Vier Tage mit kontinuierlicher Infusion des NOS-Inhibitors L-Nomega-Nitroarginin in einer Dosierung von 3 µg _ kg KG-1 _ min-1 (LN-Gruppe);
  3. Vier Tage mit - im Vergleich zu den Kontrolltagen - um 20 % reduziertem RPP (rRPP-Gruppe);
  4. Vier Tage mit kontinuierlicher Infusion des NOS-Inhibitors L-Nomega-Nitroarginin wie in Protokoll 2, in Kombination mit einem um 20 % im Vergleich zu Kontrolltagen reduzierten RPP (rRPP + LN Gruppe).

In den Protokollen 3 und 4 wurde die servo-kontrollierte Reduktion des renalen Perfusionsdrucks als ein natrium-retinierender Stimulus eingesetzt. Unter rRPP-Bedingungen kommt der gesunde, in seinen Regelfunktionen anderweitig nicht eingeschränkte Hund innerhalb von 24-48 Stunden in ein neues Einfuhr/Ausfuhr-Gleichgewicht auf einem höheren GK-Natrium-Bestand (Druck-Escape, s. S. 24-28). Die Protokolle 3 und 4 sollten zeigen, ob sich die Geschwindigkeit und die Effektivität des Druck-Escapes bei NOS-Inhibition ändern würde, um auf diese Weise eine Aussage zum Stellenwert des NO für das Zustandekommen des Druck-Escapes zu machen.

5.1 Ergebnisse und Diskussion

Die Ergebnisse unserer Studie legen nahe, dass NO einen druckunabhängigen natrium-retinierenden Effekt hat, da es unter der kontinuierlichen Infusion des NOS-Inhibitors am zweiten und dritten Untersuchungstag zu einer negativen Natriumbilanz kam (d. h., die Natriumausscheidung bei den LN-Hunden war größer als bei den Kontrolltieren), ohne dass der arterielle Blutdruck angestiegen wäre (Abb. 9). Da die glomeruläre Filtrationsrate unverändert blieb, muss die gesteigerte Natriumausscheidung auf tubuläre Prozesse zurückzuführen sein. Mikropunktions- und Mikroperfusionsstudien zeigten jedoch


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uneinheitliche Ergebnisse bezüglich eines direkten Effekts von NO auf tubuläre Transportprozesse (Eitle et al. 1998; Wang 1997).

Abb. 9:

Veränderungen im GK-Natrium- (oben) und GK-Wasserbestand (unten), dargestellt als kumulative Natrium- und Wasserbilanzen im Vergleich zu Kontrolltagen. Protokolle: vier Tage kontinuierliche Infusion des NOS-Inhibitors L-Nomega-Nitroarginin (LN); vier Tage reduzierter renaler Perfusionsdruck (rRPP); vier Tage reduzierter renaler Perfusionsdruck plus LN Infusion (rRPP+LN). Mittelwert ± SEM (n = 7 Hunde pro Protokoll).
*, signifikant gegen Kontrolle; +, signifikant gegen LN; §, signifikant gegen rRPP (ungepaarter t-Test mit Bonferroni-Adjustierung für multiple Vergleiche). Abbildung modifiziert nach Seeliger et al. 2001 (P13).

Die gesteigerte Natriumausscheidung wäre jedoch auch über indirekte Mechanismen zu erklären, nämlich durch die unter dem NOS-Inhibitor niedrigeren PRA und Aldosteronkonzentrationen. Die Aldosteronkonzentration hatte in der LN-Gruppe genau am zweiten und dritten Tag ihr Minimum, also genau an den Tagen, an denen auch die Natriumausscheidung am stärksten war (Abb. 9 und 10). Eine niedrige PRA während NOS-Inhibition wurde auch in einer Kurzzeitstudie an Hunden beschrieben (Persson et al. 1993), während dies in Langzeitstudien durchaus nicht immer gesehen wurde (Gonzales et


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al. 1998; Manning et al. 1997; Salazar et al. 1992). Einer der Gründe hierfür könnte sein, dass die PRA-Werte Schwankungen oder Veränderungen unterworfen sind, die nur erfasst werden können, wenn die PRA in regelmäßigen Intervallen über längere Zeiträume bestimmt wird (Qiu et al. 1998). Es wäre z.B. denkbar, dass die PRA-Werte nach anfänglichem Abfall unter NOS-Inihibition wieder steigen, weil die initiale Natriurese zu einer Reduktion des GK-Natriums führt, auf die der Organismus mit einer Stimulation des RAAS reagiert.

Das atriale natriuretische Peptid (ANP) stieg bereits am ersten Tag nach NOS-Inhibition stark an und blieb vom zweiten bis vierten Tag auf diesem erhöhten Niveau weitgehend konstant. Da der Blutdruck während des gesamten Untersuchungszeitraums unverändert blieb, ist dieser Anstieg am ehesten auf einen erhöhten atrialen Druck in Folge einer L-Nomega-Nitroarginin-bedingten Venokonstriktion zurückzuführen. Eine direkte Beziehung zwischen ANP Konzentrationen und Natriumausscheidung bestand nicht. Das ANP war auch an Tagen erhöht, an denen keine erhöhte Natriumausscheidung nachweisbar war (erster und vierter LN-Tag).

Im Gegensatz zu älteren Studien, die unter NOS-Inhibition vorwiegend eine natriumretinierende Wirkung sahen (Majid et al. 1993; Romero et al. 1992; Salazar et al. 1992; Siragy et al. 1992), kommen neuere Studien - wie auch unsere - eher zu einem gegenteiligen Ergebnis (Alvarez et al. 2000; Gonzales et al. 1998; Granger et al. 1999; Manning et al. 1997; Qui et al. 1998).

In Bezug auf das Druck-Escape-Phänomen stellten wir fest, dass eine NOS-Inhibition den Prozess der Wiedereinstellung einer ausgeglichenen Natriumbilanz weder beschleunigt noch verlangsamt. Dieser Befund ähnelt denen von Granger et al. (1999). Diese untersuchten wache Hunde mit chronisch erhöhten Aldosteronplasmaspiegeln (Aldosteroninfusion). Sie zeigten, dass eine NOS-Inhibition den zeitlichen Verlauf des Mineralokortikoid-Escapes nicht verändert. Da der renale Perfusionsdruck in der Studie von Granger et al. (1999) jedoch nicht konstant gehalten wurde sondern stieg, ist nicht ausszuschließen, dass die unveränderte Natriumbilanz - wenigstens zum Teil - auf eine Erhöhung des renalen Perfusionsdruckes im Sinne einer Drucknatriurese zurückzuführen sein könnte (Granger et al. 1999; Hall et al. 1984). Unsere Untersuchungen legen die Vermutung nahe, dass das Druck-Escape in den LN + darrRPP Hunden - so wie in den darrRPP Hunden - vorwiegend durch einen Abfall der Plasma-Aldosteronpiegel zustande kommt.


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Bemerkenswerterweise waren jedoch auch die PRA-Spiegel unter NOS-Inhibition deutlich vermindert. Dies könnte das Druck-Escape in den rRPP+LN Hunden zusätzlich gefördert haben (Abb. 10).

Abb. 10:

24-Stunden Mittelwerte (MW) der Plasma-Renin-Aktivität (PRA; oben) und des Plasma Aldosterons (unten) (errechnet aus sechs Plasmaproben pro Tag, entnommen in vierstündigen Intervallen). Mittelwerte ± SEM (n = 7 Hunde pro Protokoll). Die Signifikanzsymbole werden in Abb. 9 erklärt. Abbildung modifiziert nach Seeliger et al. 2001 (P13).

Wegen des überraschenden, bisher nach unserem Wissen noch nicht beschriebenen Befundes, soll die Beziehung zwischen PRA-Werten und dazugehörigen Aldosteronkonzentrationen mit und ohne NOS-Inhibition abschließend näher besprochen werden.

Unsere Untersuchungen zeigen - im Vergleich zu den nicht mit L-Nomega-Nitroarginin behandelten Hunden - eine deutlich schwächere Reninliberierung (niedrigere PRA-Werte) in den Protokollen, in denen der NOS-Inhibitor eingesetzt wurde, d.h. mit und ohne reduziertem renalen Perfusionsdruck. Wobei die Hunde mit reduziertem renalen


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Perfusionsdruck jeweils höhere PRA-Werte aufwiesen als die ohne reduzierten renalen Perfusionsdruck. Die Aldosteronwerte fielen nach NOS-Inhibition jedoch keineswegs in gleicher Stärke wie die PRA-Werte (Abb. 10). Mit anderen Worten: Das Verhältnis Plasma-Aldosteronkonzentration / PRA erhöhte sich in den NOS-inhibierten Hunden beachtlich. Es kann daher spekuliert werden, dass die NOS-Inhibition die Angiotensin II-abhängige Aldosteronsekretion verstärkt. Hinweise darauf, dass umgekehrt NO die Steroidsynthese supprimieren kann, lassen sich aus Befunden anderer Arbeitsgruppen ziehen. So zeigen in-vitro-Untersuchungen, dass die Steroidbildung durch eine direkte Interaktion von NO mit der Hämgruppe des Cytochrom P450 Enzyms gehemmt wird (Hanke et al. 1998). An kultivierten Zona glomerulosa Zellen der Nebenniere soll sowohl die basale als auch die Angiotensin II-induzierte Aldosteronsynthese durch NO vermindert werden können (Hanke et al. 1998, Hanke et al. 2000). Nach langfristiger NOS-Inhibition in in-vivo Studien an Ratten wurde zudem eine vermehrte Expression von Angiotensin II-Typ 1 (AT1)-Rezeptoren gefunden (Usui et al. 1998), wobei unklar bleibt, ob dieser Effekt durch die NOS-Inhibition bedingt war oder durch eine mögliche Verminderung des GK-Natriums (negative Natriumbilanz bei chronischer NOS-Inhibition). Des weiteren liegen aus in-vitro-Studien Hinweise dafür vor, dass NO die Aktivität des Angiotensin-Konvertierungs-Enzyms hemmen könnte (Ackermann et al. 1998). Ob die Verstärkung der „Signal“-Übertragung vom Renin zum Aldosteron unter NOS-Inhibition mit einer Zunahme der AT1-Rezeptoren und einer gesteigerten Umwandlungsrate von Angiotensin I in Angiotensin II zu tun hat, ist nicht klar. Unklar bleibt auch, über welchen Pfad es genau zu der Reduktion der PRA kommt.

5.2 Zusammenfassung und Schlussfolgerung:
NOS-Inhibition und RAAS

Es konnte gezeigt werden, dass eine Hemmung der NOS - bei unverändertem renalen Perfusionsdruck - zu einer transient (zweiter und dritter Tag) negativen Natriumbilanz führt (Abb. 9). Wird der renale Perfusionsdruck langfristig um ca. 20 % vermindert, kommt es zum Druck-Escape-Phänomen, das durch die NOS-Inhibition weder in seinem zeitlichen Verlauf noch in der Menge des am ersten Tages retinierten Natriums und Wassers verändert wird. Mit und ohne NOS-Inhibition ist das Pressure Escape von einer Verminderung des Plasma-Aldosterons begleitet. Auffallend war, dass die PRA-Werte bei den Hunden während NOS-Inhibition durchweg niedriger waren als bei solchen mit


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intaktem NO-System (Abb. 10). Der Aldosteron / PRA Quotient war unter NOS-Inhibition deutlich größer als in den jeweiligen Protokollen ohne NOS-Inhibition.

Dies ist ein eindrucksvolles Beispiel dafür, dass deutliche hormonelle Veränderungen - wie z.B. der Anstieg des Aldosteron / PRA Quotienten unter NOS-Inhibition - auftreten können, ohne dass Veränderungen einer Variablen, die üblicherweise in enger Beziehung zu den Hormonen Renin und Aldosteron steht - wie z.B. der Natriumaussscheidung während rRPP mit und ohne NOS-Inhibition - gemessen werden. So mag das Endresultat das gleiche sein, der Hintergrund, vor dem dies geschieht - d. h. das Wirken extra- und intrazellulären Rückkopplungs- und Regelsysteme - jedoch ein völlig anderer.


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Thu Oct 31 12:24:38 2002