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

36

Kapitel 6. Hypoxie und RAAS
Kurzzeitversuche an wachen Hunden (P14, P15)

Während länger andauernder Hypoxie kommt es zu einer Abnahme des Natrium- und Wasserbestandes. Allgemein bekannt dürfte hierfür der Terminus „Höhendiurese“ sein. Das heißt, der Organismus gibt mit zunehmender Höhe und damit abnehmenden inspiratorischen O2-Partialdrucken einen Teil seines Natrium- und Wasserbestandes auf. Das wirft die Frage auf: Welche Rolle spielt das RAAS unter den Bedingungen der Hypoxie?

In früheren Studien, die wir an wachen, ruhig auf dem Versuchstisch liegenden, trainierten Hunden unter standardisierten Umgebungs- und Ernährungsbedingungen durchführten, fanden wir unter Hypoxie regelmäßig einen Abfall der PRA sowie der Plasma-Angiotensin II- und -Aldosteronkonzentration [Krebs et al. 1999a (P14)].

Betrachtet man die Literatur, dann finden sich sowohl bei Studien am Menschen als auch am Tier bezüglich der PRA widersprüchliche Befunde (Keynes et al. 1982; Neylon et al. 1996; Skwarski et al. 1998). Häufig war jedoch weder die Wasser- noch die Natriumzufuhr standardisiert (Skwaski et al. 1998), noch wurde zwischen Befunden in Ruhe und unter Belastung unterschieden (Neylon et al. 1996; Zaccaria et al. 1998).

In den nachfolgend beschriebenen Versuchen untersuchten wir, ob der PRA-Abfall unter Hypoxie durch Adenosin vermittelt sein könnte [Höhne et al. 2001 (P15)]. Adenosin ist ein Nukleosid, dessen Konzentration unter Hypoxie und Hypoperfusion ansteigt (Shryock & Belardinelli 1997). Adenosin hemmt die Adenylcyclase über den A1-Rezeptor auf den juxtaglomerulären Zellen der Niere und kann so die Reninliberierung reduzieren (cAMP Pfad) (Jackson 1991; Weaver & Reppert 1992). In Übereinstimmung mit dieser Vorstellung zeigen bereits Ergebnisse aus alten Untersuchungen (Tagawa & Vander 1970), dass eine Adenosininfusion in der Lage ist, die Reninfreisetzung zu verringern. Neben den A1-Rezeptoren gibt es noch die A2 und die A3-Rezeptoren. Im Gegensatz zu den A1-Rezeptoren verstärkt die Stimulation der A2-Rezeptoren die Reninfreisetzung aus der Niere (Churchill & Churchill 1985). Eine Beziehung zwischen A3-Rezeptoren und RAAS konnte bisher noch nicht gezeigt werden.


37

Ziel unserer Untersuchungen war es, den A1-Rezeptor, der für die Hemmung der Reninliberierung verantwortlich ist, möglichst spezifisch zu hemmen. Wenn Adenosin für den Abfall der PRA-Spiegel unter Hypoxie mitverantwortlich sein sollte, dann sollte die PRA-Konzentration in den A1-blockierten Hunden unter Hypoxie nicht abfallen.

6.1 Methodik

Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Versuchen, handelt es sich bei den Hypoxieversuche um Kurzzeitversuche, die sich über einen Zeitraum von 3 Stunden erstreckten. Die Hunde wurden ca. 3 Wochen vor den Untersuchungen in Vollnarkose tracheotomiert (nach Dalgard et al. 1979 mit eigenen Modifikationen). Zur Vermeidung von Sekundärinfektionen wurde eine perioperative Antibiotikaprophylaxe verabreicht. Das Bellen und Atmen wurde durch die Tracheotomie nicht behindert. So bald wie möglich wurden die Hunde trainiert, ruhig auf dem Versuchstisch zu liegen und über eine Trachealkanüle, die mit einem Beatmungsgerät verbunden war, spontan zu atmen.

Um das RAAS vor Beginn der Versuche gleichartig zu stimulieren, erhielten alle Hunde für die Dauer von fünf Tagen vor Versuchsbeginn eine standardisierte, natriumarme Diät (0,5 mmol Na _ kg KG-1 _ 24h-1). Dadurch wurden die PRA-Werte bereits präexperimentell auf ein höheres Niveau gebracht. Ein hypoxiebedingter Abfall der PRA-Werte kann so besser erkannt werden, als dies bei einer natriumreichen Diät mit supprimierter Reninliberierung der Fall wäre.

Wir wählten Theophyllin, um die A1-Rezeptoren, die sich auf der Zellmembran befinden, zu blockieren. Da die Wirkungen des Methylxanthins Theophyllin dosisabhängig sind, war es wichtig, das Theophyllin in niedriger Dosis zu applizieren, um sicherzustellen, dass es die Zellwand nicht durchdringt und zu unerwünschten intrazellulären Effekten führt, wie z.B. einer Hemmung der Phosphodiesterase (Wells & Miller 1988; Jackson 1991; Williams 1987). Die in unseren Versuchen gemessenen Theophyllin-Plasmaspiegel von etwa 4 mg/l lagen weit unter den Plasmaspiegeln, bei denen mit intrazellulären Wirkungen zu rechnen ist (8-20 mg/l) (Hardman et al. 1996). Methodenkritisch sei hier angemerkt, dass - müßten wir die Versuche heute wiederholen - wir selektivere A1-Rezeptor-Blocker wählen würden, z.B. 8-(Noradamantan-3-yl)-1,3-Dipropyl-Xanthin (KW-3902), um oben genannte Dosierungsprobleme von vornherein zu umgehen.


38

An den Versuchstagen wurde den wachen Hunden zunächst ein Blasenkatheter gelegt. Danach wurde eine Verweilkanüle in eine der Ellenbeugenvenen gelegt und nach Lokalanästhesie ein aortaler Katheter über die A. femoralis sowie ein Pulmonalarterienkatheter über die V. jugularis externa eingeführt. Nach Einsetzen der Trachealkanüle wurden die Hunde an das Beatmungsgerät angeschlossen, über das das normoxische und hypoxische Gasgemisch bei Spontanatmung des Hundes appliziert wurde. Danach hatten die Hunde ca. eine Stunde Zeit, sich an die Versuchsbedingungen zu adaptieren. Alle Hunde waren vor Versuchsbeginn äußerlich ruhig und viele schlummerten in der Hypoxiephase vor sich hin.

Protokolle. Jeder der acht Versuchshunde wurde in randomisierter Folge in zwei jeweils dreistündigen Protokollen untersucht:

  1. Kontrolle: Die Hunde atmeten in der ersten Stunde Raumluft (21 % O2 und 79 % N2; Normoxie) und in den beiden folgenden Stunden ein hypoxisches Gasgemisch mit einem O2-Anteil von 10 % und einem Stickstoff-( N2)-Anteil von 90 %. Der so erzielte inspiratorische O2-Partialdruck entspricht in etwa dem in einer Höhe von 5000 Metern.
  2. Theophyllin-Protokoll: Im Theophyllin-Protokoll erhielten die Hunden nach der ersten Stunde (Normoxie) zunächst für 30 min 3 mg/kgKG Theophyllin i.v. (loading dose), danach wurde die zweistündige Hypoxiephase begonnen, während der 0,5 mg Theophyllin _ kg KG-1 _ h-1 infundiert wurden.

6.2 Resultate und Diskussion

Es zeigte sich, dass der üblicherweise während Hypoxie beim wachen Hund zu beobachtende Abfall der PRA und der Plasma-Angiotensin-II-Konzentration durch den Adenosin-1-Rezeptorantagonisten verhindert wurde. Auf der anderen Seite fiel die Plasma-Aldosteron-Konzentration während Hypoxie unabhängig davon, ob Theophyllin infundiert wurde oder nicht (Abb. 11) [Höhne et al. 2001 (P15)].

Über die physiologische Bedeutung dieser Befunde kann nur spekuliert werden. Eine verminderte Angiotensin II Konzentration während Hypoxie könnte die Vasokonstriktion in den peripheren Gefäßabschnitten vermindern und so während Hypoxie zu einer besseren Gewebedurchblutung und Oxygenation des Gewebes führen. Außerdem könnten niedrigere Angiotensin II- und Aldosteronkonzentrationen - in Kombination und unabhängig voneinander - zu einer stärkeren Natrium- und Wasserausscheidung beitragen


39

und nachfolgend zu einer Hämokonzentration führen, diese kann die Gewebeoxygenation u. U. ebenfalls verbessern.

Abb. 11:

Plasma-Renin-Aktivität, Plasma-Angiotensin II- und -Aldosteron-Konzentration während einer Stunde Normoxie (FiO2 0,21) und zwei Stunden Hypoxie (FiO2 0,1).
Mittelwert ± SEM (n = 8), P < 0.05. *, signifikant gegen Normoxie, †, signifikant gegen Kontrolle.
Abbildung modifiziert nach Höhne et al. 2001 (P15).

Wie oben schon mehrfach angesprochen, spielt der renale Perfusionsdruck neben der Natrium- und Wasserzufuhr - die in unseren Experimenten streng kontrolliert wurde - eine entscheidende Rolle für die Höhe der PRA-Werte. Hätte der arterielle Blutdruck während


40

der Normoxieperiode beispielsweise unterhalb des Schwellenwertes für die druckabhängige Reninfreisetzung (ca. 89 mmHg bei wachen Hunden; Finke et al. 1983) gelegen, dann hätte der Anstieg des renalen Perfusionsdruckes während der Hypoxieperiode den Abfall der PRA mitverursachen können. Da die arteriellen Mitteldrucke bei unseren Hunden jedoch 5 bis 10 mmHg über diesem Schwellenwert lagen, ist der Blutdruckanstieg während der Hypoxieperiode wahrscheinlich nicht die Ursache für den Abfall der PRA.

Bei konstanter glomerulärer Filtrationsrate verdoppelte sich in unseren Versuchen die Wasser- und Kaliumausscheidung während der Hypoxiephase sowohl in den Kontroll- als auch in den Theophyllin-Experimenten, wohingegen die Natriumausscheidung sich nicht änderte. Wegen der diätetisch niedrigen Natriumzufuhr in unseren Hypoxie-Experimenten ist der Organismus wahrscheinlich bestrebt, Natrium einzusparen. Als begleitendes Kation für die renal vermehrt ausgeschiedenen Hydrogenkarbonat-Anionen wird deshalb wahrscheinlich statt Natrium vermehrt Kalium eingesetzt. Zusätzlich ist denkbar, dass die erhöhte Wasser- und Kaliumausscheidung eine Begleiterscheinung der renalen Kompensation der akuten respiratorischen Alkalose ist. Die respiratorische Alkalose entwickelt sich wegen des verstärkten Atemantriebs unter Hypoxie.

Zu Änderungen der Konzentrationen des atrialen natriuretischen Peptids und antidiuretischen Hormons kam es in unseren Protokollen nicht. Die beiden Hormone haben deshalb wahrscheinlich sowohl an der Suppression des RAAS, als auch an den beobachteten renalen Veränderungen keinen oder nur einen unwesentlichen Anteil. Da auch die Konzentration des Angiotensin-Konvertierungs-Enzyms in beiden Protokollen gleich war, kann auch dies nicht die wesentliche Ursache für die Veränderungen der Angiotensin II- und Aldosteronkonzentration gewesen sein.

Wahrscheinlich sind die in beiden Protokollen erniedrigten Aldosteronkonzentrationen (Abb. 11) direkt durch die von Brickner et al. (1992) beschriebene verminderte Aktivität der 18-Hydroxylase während Hypoxie bedingt. Die 18-Hydroxylase beschleunigt in den Zona-Glomerulosa-Zellen der Nebennierenrinde die Konversion von Kortisol in Aldosteron. So wäre zu erklären, dass die Aldosteronkonzentration unter Theophyllininfusion fällt, obwohl das PRA und die Angiotensinkonzentrationen konstant bleiben.


41

Die erniedrigten PRA and Angiotensin II Spiegel scheinen hingegen - in noch nicht geklärter Weise - mit dem A1-Rezeptor und dem Adenosin in Verbindung zu stehen.

Zusätzlich zum Adenosin wären zwei weitere Möglichkeiten in Erwägung zu ziehen, die sowohl PRA als auch Aldosteron beeinflussen und das Verhältnis beider zueinander u. U. verändern können: das Endothelinsystem und das NO.

Bezüglich des Endothelins konnte gezeigt werden, dass alle drei Endotheline (ET), ET-1, ET-2 und ET-3, in-vitro das Reninsystem unterdrücken können (Moe et al. 1991; Rakugi et al. 1988; Scholz et al. 1995). An Ratten, die einer chronischen normobaren Hypoxie (10 % O2 über vier Wochen) ausgesetzt waren und denen der ETA-Rezeptor-Blocker LU-135252 (Knoll AG, Ludwigshafen, Deutschland) verabreicht wurde, stieg die Renin-Gen-Expression stark an (ET-1 mRNAuarr). Aus diesen Befunden könnte im Umkehrschluss geschlossen werden, dass - wenigstens unter chronisch hypoxischen Bedingungen - die renale Renin-Gen-Expression über einen ETA-Rezeptor-abhängigen-Weg suppprimiert werden kann (Schweda et al. 2000).

Es wäre auch vorstellbar, dass die Kopplung zwischen PRA bzw. Ang II und NO über das Endothelin vermittelt wird. Dass eine Beziehung zwischen dem RAAS und dem NO-System besteht, darauf deuten u.a. unsere Versuche mit und ohne Verminderung des renalen Perfusionsdrucks und gleichzeitiger NOS-Inhibition hin: Deutlich reduzierte PRA-Werte und eine auffällige Erhöhung des Aldosteron/PRA-Verhältnisses nach NOS-Inhibition.


© Die inhaltliche Zusammenstellung und Aufmachung dieser Publikation sowie die elektronische Verarbeitung sind urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung. Das gilt insbesondere für die Vervielfältigung, die Bearbeitung und Einspeicherung und Verarbeitung in elektronische Systeme.

DiML DTD Version 2.0
Zertifizierter Dokumentenserver
der Humboldt-Universität zu Berlin
HTML - Version erstellt am:
Thu Oct 31 12:24:38 2002