Die Succinatdehydrogenase als Mediator in der pulmonalen hypoxischen Vasokonstriktion : eine Arbeit mit Succinatdehydrogenase-D gendefizienten Mäusen (SDHD +/-) am Modell der isoliert perfundierten Lunge und in histologischer Betrachtung

摘要

Das Prinzip der der hypoxischen pulmonalen Vasokonstriktion (HPV) ist seit langem bekannt, ihr Mechanismus ist aber trotz intensiver Forschung bisher ungeklärt. Die HPV ist physiologisch für das pulmonale Ventilations-/Perfusionsverhältnis verantwortlich, chronische generalisierte Hypoxie führt zur Ausprägung einer pulmonalen Hypertonie mit einem vaskulären Umbauprozess. Unter Umständen ist die HPV für die Entwicklung einer pulmonalen Hypertonie (PH) mitverantwortlich, der Gefäßumbauprozess könnte jedoch auch von der HPV unabhängig stattfinden.Die Succinatdehydrogenase (SDH), ein Enzym der mitochondrialen Atmungskette und des Zitratzyklus besteht aus vier Untereinheiten. Mitochondrien stehen derzeit als Sensor-Organellen der HPV und des Gefäßumbaus nach chronischer Hypoxie in der Diskussion.In dieser Arbeit wurden Mäuse verwendet, die heterozygot für die Untereinheit D der SDH gendefizient sind. Daraus resultierte eine 50%ige Einschränkung der Funktionsfähigkeit der SDH, eine Hochregulation des verbliebenen Gens konnte im Vorfeld nicht nachgewiesen werden. Es handelt sich um die bisher einzige Möglichkeit die Funktion der SHD in der HPV zu evaluieren, die nicht von einer pharmakologischen Intervention abhängt.Das Model der isoliert perfundierten Lunge bietet die Möglichkeit sich mit der aus dem Gesamtorganismus entfernten und somit von dessen Einflüssen unabhängigen und dennoch in ihrer physiologischen Reaktion weitgehend erhaltenen Lunge zu befassen. Am Modell der isoliert perfundierten Lunge wurden die Organe akuter Hypoxie oder dem Thromboxananalogon U-46619 ausgesetzt und der pulmonalarterielle Druckunterschied gemessen. Diese Versuche wurden an Tieren durchgeführt, die zuvor drei Wochen entweder unter normoxischen oder hypoxischen (10% Sauerstoff, normobar) Bedingungen gehalten worden waren. Die Versuche wurden in An- und Abwesenheit des Stickstoffmonoxid(NO)-Synthese-Inhibitors L-NG-Nitroarginin (L-NNA) durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten eine signifikante Reduktion der HPV nach chronischer Hypoxie in Anwesenheit von L-NNA im Vergleich zu den normoxisch gehaltenen Tieren beider Genotypen und im Vergleich zu einem U-46619 induziertem pulmonalen Druckanstieg, welcher nach chronischer Hypoxie stärker ausgeprägt war. Die weist auf einen NO-unabhängigen Mechanismus der Herunterregulation der HPV unter chronischer Hypoxie hin. Jedoch ist hier kein Einfluss des Genotyps (Wildtyp vs. SDHD +/-) auf die HPV-Stärke detektierbar.Weitere Versuche bezogen sich auf die Stärke der Vasokonstriktion unter prologierter hypoxischer Beatmung von Lungen beider Genotypen über drei Stunden. Die SDHD +/- Tiere zeigten am Ende der dreistündigen Hypoxiephase ein höheres Vasokonstriktionsniveau als die Wildtypen. Dies spricht für die Bedeutung der SDH für eine Antagonisierung der Stärke der prolongierten HPV und somit für Unterschiede in den Regulationsmechanismen, die der prolongierten hypoxischen Vasokonstriktion im Vergleich zur akuten hypoxischen Vasokonstriktion zugrunde liegen. In den histologischen Auswertungen wurden die intrapulmonalen Gefäße und ihr Muskularisierungsgrad beurteilt. Die Lungen der zuvor drei Wochen unter hypoxischen (10% Sauerstoff, normobar) oder normoxischen Bedingungen gehaltenen Tiere wurden histologisch aufgearbeitet und die Gefäße in drei Größen unterteilt (20-70µm, >70-150µm und >150µm). Anschließend wurden die Gefäße der verschiedenen Durchmesser auf ihren Muskularisierungsgrad hin mikroskopisch analysiert. Hier zeigten sich keine Unterschiede zwischen den untersuchten Genotypen, der Muskularisierungsgrad war jedoch in den kleinen Gefäßen nach hypoxischen Haltungsbedingungen höher. Paddenberg et al. (2012) konnten zeigen, dass intraazinär gelegene Gefäße von 20-40µm Durchmesser in Tieren mit einem SDHD +/- Defekt unter Hypoxie einen Verlust der hypoxischen Vasokonstriktion aufweisen. In Zusammenhang mit diesen Untersuchungen lassen die eigenen Untersuchungen darauf schließen, dass es diesbezügliche Unterschiede zu größeren Gefäßen in Bezug auf die untersuchten SDHD +/- Tiere gibt, da in den in dieser Arbeit zur Anwendung gekommenen isolierten Lungenversuchen nur Widerstandsgefäße der pulmonalen Strombahn erfasst wurden, die größere Gefäßdurchmesser als 40µm auswiesen. Auch sind kongenitale Effekte des globalen heterozygoten SDHD +/- Gendefekts in Betracht zu ziehen. Der SDHD könnte also eine wesentliche Bedeutung für die Regulation der HPV zukommen, die jedoch in weiterführenden Untersuchungen, z. B. an konditionellen homozygoten SDHD -/- Tieren determiniert werden müsste.Unter prolongierter dreistündiger Hypoxie zeigten die SDHD +/- Tiere eine zu den Wildtypen signifikant erhöhte Vasokonstriktion zum Ende einer dreistündigen hypoxischen Ventilation. Die unterstreicht eine mögliche differentielle Bedeutung des SDH-Defekts nicht nur für die akute, sondern auch für die prolongierte HPV, hier als möglicher Antagonist.