Diabetes mellitus blockiert die späte Phase der ... · PDF fileDiabetes mellitus...

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  • Aus dem Ins t i tu t fr Phys io logie I

    Abte i lung fr Herz- und Kre is laufphys io logie der

    Heinr ich-Heine-Univers i t t Dsse ldorf Direktor : Prof . Dr . J . Schrader

    Diabetes mellitus blockiert

    die spte Phase der ischmischen Prkonditionierung

    am Kaninchenherzen in vivo

    Dissertat ion

    zur Erlangung des Grades eines Doktors der Medizin

    Der Medizinischen Fakultt der

    Heinrich-Heine-Universi tt Dsseldorf vorgelegt von

    Jan Ferrari

    2005

  • Als Inauguraldissertat ion gedruckt mit Genehmigung der

    Medizinischen Fakultt der Heinrich-Heine-Universitt

    Dsseldorf

    gez. : Univ.-Prof. Dr. med. dent . Wolfgang H.-M. Raab

    Dekan

    Referent: Univ.-Prof. Dr. Thmer

    Korreferent: Prof. Dr. Schipke

    Diabetes mellitus blockiert die spte Phase der ischmischen Prkonditionierung am Kaninchenherzen in vivo

  • Inhaltsverzeichnis

    Inhaltsverzeichnis

    S e i t e 1. Einfhrung 1-9

    1.1 Das Phnomen der ischmischen Prkonditionierung 1

    1.2 Bedeutung von KATP-Kanlen bei der LPC 3

    1.3 Diabetes mellitus eine kardiovaskulre Erkrankung 5 1.4 Beim diabetischen Herzen sind endogene Protektions-

    mechanismen gestrt 7

    1.5 Aufgabenstellung der Studie 9

    2. Methoden 10-23

    2.1 Induzieren eines Diabetes mellitus 11

    2.2 Chirurgische Prparation 13

    2.3 LPC-Protokoll 14

    2.4 Myokardinfarktprotokoll 16

    2.5 Infarktgrenbestimmung 19

    2.6 Studienprotokoll 20

    2.7 Datenverarbeitung 21

    2.8 Hmodynamische Variablen 22

    2.9 Statistische Analyse 22 2.10 Proteinlevelbestimmung von endothelialer- & induzierbarer Stickstoffmonoxidsynthase (eNOS, iNOS) 23

    3. Ergebnisse 24-32

    3.1 Blutglukosekonzentration 24

    3.2 Hmodynamische Variablen 26

    3.3 Risikogebiet & Infarktgre 29

    3.4 eNOS- & iNOS-Proteinlevel der Aorta 30

    Diabetes mellitus blockiert die spte Phase der ischmischen Prkonditionierung am Kaninchenherzen in vivo

  • Inhaltsverzeichnis

    4. Diskussion 32-37

    4.1 Interpretation der Ergebnisse 32

    5. Methodenkritik 37-42 5.1 Einfluss der Infarktgre auf die funktionelle Erholung

    des Herzen 37

    5.2 Dauer der ischmischen Prkonditionierung 38

    5.3 Blutglukosespiegel 39

    5.4 Alloxan 40

    5.5 Infarktgrenbestimmung und Dauer der Reperfusion 40

    5.6 eNOS-Proteinlevel 41

    6. Schlussfolgerung 42

    7. Zusammenfassung 43-44

    8. Literaturverzeichnis 45-54

    9. Danksagung 56

    10. Lebenslauf 57-58

    Diabetes mellitus blockiert die spte Phase der ischmischen Prkonditionierung am Kaninchenherzen in vivo

  • 1. Einfhrung

    1. Einfhrung

    1.1 Das Phnomen der ischmischen Prkonditionierung

    Kurze subletale Perioden myokardialer Ischmien erhhen die Toleranz des

    Myokards gegenber den Folgen einer lngeren Ischmie hinsichtlich der Gre

    des entstehenden Infarktareals. Dieses Phnomen wurde zuerst von Murry et al.

    [65] beschrieben und ist seitdem als ischmische Prkonditionierung

    (Preconditioning [PC]) bekannt. Myokardprotektion durch ischmische

    Prkonditionierung konnte bisher an allen untersuchten Sugetierspezies

    nachgewiesen werden [52, 53, 86]. Es gibt zwei Phasen der Protektion; der

    initiale protektive Effekt der ischmischen Prkonditionierung tritt unmittelbar

    nach dem ischmischen Stimulus auf und schtzt das Myokard fr ca. 1 bis 2

    Stunden. Diese Phase der Protektion wird als klassische Prkonditionierung

    bezeichnet (early preconditioning [EPC]). Vorhergehende Studien [59] haben

    gezeigt, dass die Myokardprotektion der ischmischen Prkonditionierung ca. 24

    Stunden nach der initialen prkonditionierenden Ischmie erneut einsetzt und im

    Anschluss fr etwa 48 Stunden die schdlichen Folgen einer Ischmie-

    Reperfusionssituation mindert. Diese zweite Protektionsphase wird als spte

    Prkonditionierung oder Zweites Fenster der Protektion (late preconditioning

    [LPC]) bezeichnet. Sowohl die frhe als auch die spte Prkonditionierung

    knnen durch eine Vielzahl von Stimuli ausgelst werden; z.B. durch kurze

    Ischmien [7], pharmakologisch durch Stickstoffmonoxid (NO)-Donatoren wie

    Nitroglycerin [51], oder aber durch Aktivierung von myokardialen Adenosin-

    [45], -adrenergen-[85], muskarinischen-[91], Opioid-[76],

    Bradykininrezeptoren [32] (pharmakologisch induziertes PC). Die zugrunde

    liegenden zellulren Mechanismen beider Phasen der Prkonditionierung sind in

    vielen wissenschaftlichen Studien untersucht worden, jedoch noch nicht

    Diabetes mellitus blockiert die spte Phase der ischmischen Prkonditionierung am Kaninchenherzen in vivo 1

  • 1. Einfhrung

    vollstndig geklrt. Man wei lediglich, dass neben vielen anderen Schritten

    EPC auf einer ffnung der mitochondrialen ATP-abhngigen Kaliumkanle

    (KATP-Kanle) beruht. ber die Freisetzung von Sauerstoffradikalen kommt es

    zur Aktivierung der Proteinkinase C (PKC). Dies fhrt zu einer Aktivierung von

    Tyrosin- und Mitogen- aktivierten Proteinkinasen (MAP-Kinasen), die auf einen

    noch unbekannten Effektor wirken, der das Herz vor einem Ischmie-/

    Reperfusionsschaden schtzt [18]. Die Myokardprotektion der LPC wird mit der

    Neusynthese von Stressproteinen [58] und Antioxidantien [95] in Verbindung

    gebracht. Aber auch die KATP-Kanle scheinen whrend des zweiten Fensters

    der Protektion eine entscheidende Rolle zu spielen [64] (siehe Bedeutung von

    KATP-Kanlen in der LPC, Seite 3).

    Eine Reihe von Untersuchungen legt nahe, dass es eine Myokardprotektion

    durch Prkonditionierung auch beim Menschen gibt. Arstall et al. zeigten an

    isolierten Herzmuskelzellen des Menschen protektive Effekte sowohl durch

    klassische als auch durch spte Prkonditionierung in vitro [3]. Kloner et al.

    zeigten in ihrer retrospektiven Datenauswertung bei Patienten mit akutem

    Herzinfarkt, dass diejenigen, die innerhalb von 48 Stunden vor dem Infarkt eine

    Angina-pectoris-Symptomatik hatten, eine signifikant geringere Infarktgre

    aufwiesen als die Vergleichsgruppe ohne vorausgegangene Symptomatik [47,

    49]. Dies knnte als Hinweis gedeutet werden, dass spte Prkonditionierung

    auch das menschliche Myokard schtzt.

    Erleidet ein Patient also einen akuten Myokardinfarkt (MI), wird eine

    pectanginse Vorgeschichte und die dadurch hervorgerufene ischmische

    Prkonditionierung in Form einer LPC, als ein wichtiger kardioprotektiver

    Mechanismus angesehen [49,69].

    Diabetes mellitus blockiert die spte Phase der ischmischen Prkonditionierung am Kaninchenherzen in vivo 2

  • 1. Einfhrung

    1.2 Bedeutung von KATP-Kanlen bei der LPC

    Bei der Vermittlung sowohl der klassischen als auch der spten

    Prkonditionierung spielt die ffnung von KATP-Kanlen eine entscheidende

    Rolle, wobei ich hier auf den Mechanismus der Signaltransduktion der von uns

    durchgefhrten LPC nher eingehen will.

    Bei der mittlerweile weitgehend akzeptierten Stickstoffmonoxidhypothese von

    Bolli et al. wird postuliert, dass die ischmische Prkonditionierung in der

    spten Phase (LPC) zu einer erhhten Produktion von NO und reaktiven

    Sauerstoffradikalen fhrt [8, 10]. Diese chemischen Stoffe dienen als Trigger

    der LPC; sie aktivieren eine komplexe Signaltransduktionskaskade, innerhalb

    derer die Proteinkinase C (PKC), Tyrosinkinasen und mglicherweise MAP-

    Kinasen aktiviert werden. Diese Enzymaktivierung fhrt zu einer Aktivierung

    des Transkriptionsfaktors NF-B, was zu einer erhhten Transkription

    verschiedener kardioprotektiver Gene und einer vermehrten Synthese

    verschiedener kardioprotektiver Proteine fhrt. Zu diesen Mediatoren der

    LPC, werden neben der induzierbaren NO-Synthase (iNOS), der endothelialen

    NO-Synthase (eNOS) auch die Cyclooxygenase-2 (COX-2), die

    Aldosereduktase und die Superoxiddismutase (SOD) gezhlt. Sasaki et al.

    zeigten den direkten Einfluss einer gesteigerten NO-Produktion auf die KATP-

    Kanalaktivitt in Herzmuskelzellen [74]. Die ffnung von KATP-Kanlen

    vermittelt LPC, welche durch Ischmie [7], Monophosphoryl Lipid A [78],

    Aktivierung von Adenosinrezeptor