Aus der Medizinischen Klinik I
des Marienhospitals Herne -Universitätsklinik-
der Ruhr-Universität Bochum
Direktor: Prof. Dr. med. Walter Zidek_________________________________________
Coenzym A – Glutathion – Disulfid verstärkt
die Angiotensin II induzierte Vasokonstriktion
in der isolierten perfundierten Rattenniere
I n a u g u r a l - D i s s e r t a t i o n
zur
Erlangung des Doktorgrades der Medizin
einer
Hohen Medizinischen Fakultät
der Ruhr-Universität Bochum
vorgelegt von
Andreas Schmid
aus Freiburg im Breisgau
2000
Abstract
Schmid
Andreas
Coenzym A - Glutathion – Disulfid verstärkt die Angiotensin II induzierte Vasokonstrik-
tion in der isolierten perfundierten Rattenniere
Coenzym A-Glutathion-Disulfid (CoASSG) ist kürzlich aus bovinen Nebennieren iso-
liert worden, und man vermutet, daß es eine wichtige Rolle in der Regulation des Blut-
druckes spielt.
Die Effekte von CoASSG auf die Angiotensin II (Ang II) - induzierte Vasokonstriktion
wurden an der isolierten perfundierten Rattenniere untersucht.
Die Dauerperfusion mit 1 µM CoASSG-Lösung über einen Zeitraum von 60 min löste
eine signifikante (P < 0,05) Linksverschiebung der Dosis-Wirkungs-Kurve von Ang II
um den Faktor 3,1 aus, während die Dosis-Wirkungs-Kurve von Noradrenalin unbeein-
flußt blieb. Während der 1 µM CoASSG-Dauerperfusion erhöhte sich die Vasokon-
striktion, die durch repetitive Bolusapplikationen von 10 pmol Ang II ausgelöst wird,
signifikant (P < 0,05) um 170±14 % nach 60 min und signifikant (P < 0,05) um 235±50
% nach 120 min. Die Potenzierung von Ang II durch Dauerperfusion mit CoASSG ist
abhängig von der Zeit und erreicht ein Plateau nach 120 min. Darüberhinaus ist die
Verstärkung von Ang II 60 min nach Beendigung der Dauerperfusion mit CoASSG
nicht reversibel. Coenzym A (CoA), Glutathion und oxidiertes CoA (jeweils Lösungen
von 1 µM) sind nicht in der Lage, die Ang II induzierte Vasokonstriktion signifikant zu
verstärken.
Die Untersuchung zeigt, daß CoASSG die vasoaktiven Eigenschaften von Ang II ver-
stärkt und eine wichtige Rolle in der lokalen Regulation des Blutdrucks spielt.
Dekan: Prof. Dr. med. Gert Muhr
Referent: PD Dr. med. Martin Tepel
Koreferent: Prof. Dr. med. Jürgen Barmeyer
Tag der mündlichen Prüfung: 08.05.2001
Meinen Elternund meiner Frau Siska
gewidmet
I
Inhaltsverzeichnis
1 EINLEITUNG 1
1.1 Hypertonie 1
1.1.1 Bedeutung der Hypertonie 1
1.1.2 Definition der Hypertonie 1
1.1.3 Epidemiologie der Hypertonie 2
1.1.4 Ätiologie der Hypertonie 3
1.1.4.1 Klassische Theorien der Ätiologie der primären Hypertonie 3
1.1.4.2 Neuere Ansätze für die Ätiologie der primären Hypertonie 4-5
1.1.4.3 Ätiologie der sekundären Hypertonie 5
1.1.5 Genetik der Hypertonie 5-6
1.1.5.1 Genetik der primären Hypertonie 6-7
1.1.5.2 Genetik der endokrinen Hypertonie 7
1.1.6 Klinik der Hypertonie 8-9
1.1.7 Komplikationen der Hypertonie 9-10
1.2 Vasoaktive Substanzen 11
1.2.1 Renin-Angiotensin-System 11
1.2.1.1 Historischer Überblick 12
1.2.1.2 Renin 12-13
1.2.1.3 Angiotensinogen, Angiotensin I und Angiotensin-Converting-Enzyme 13
1.2.1.4 Angiotensin II 13-16
1.2.1.5 Gewebeständige Renin-Angiotensin-Systeme 16-17
1.2.1.6 Renin-Angiotensin-System und primäre Hypertonie 17-18
1.2.2 Adrenalin und Noradrenalin 18-20
1.2.3 Atriales Natriuretisches Peptid 20-21
1.2.4 Endogenes Ouabain 22-23
1.2.5 Endothelin-1 23-25
1.2.6 Endothelium-derived relaxing factor 25-26
1.2.7 Kallikrein-Kinin-System 26-27
1.2.8 Neuropeptid Y 27-29
1.2.9 Prostanoide 29-31
1.2.10 Purine 31
1.2.10.1 Adenosin 31
1.2.10.2 Adenosintriphosphat 32
1.2.10.3 Diadenosinpolyphosphate 32-33
1.2.11 Serotonin 33-35
1.2.12 Vasopressin 35-37
II
1.3 Coenzym A – Glutathion – Disulfid 37-38
1.4 Problemstellung 39
2 METHODIK 40
2.1 Präparation zur Isolierung der Rattenniere 40
2.2 Perfusionssystem 41-42
2.3 Überprüfung der Funktionstüchtigkeit der Nierenperfusion 42
2.4 Dauerperfusionen 43
2.4.1 Dauerperfusion mit CoASSG 43-44
2.4.2 Dosis-Wirkungs-Kurven unter CoASSG-Dauerperfusion 44-45
2.4.3 Langzeitperfusion mit CoASSG 45-46
2.4.4 Dauerperfusionen mit Coenzym A, Glutathion und oxidiertem Coenzym A 46
2.5 Materialien 46-47
2.6 Statistik 47
3 ERGEBNISSE 48
3.1 Dosis-Wirkungs-Kurven für Ang II, NA, 5-HT und αααα,ββββ-meATP 48-50
3.2 Einfluß der CoASSG-Dauerperfusion auf die Vasokonstriktion durch Ang II,
NA, 5-HT und αααα,ββββ-meATP 50-51
3.3 Einfluß der CoASSG-Dauerperfusion auf die Dosis-Wirkungs-Kurven von
Ang II und NA 52-54
3.4 Langzeitperfusion mit CoASSG (1µM) 54-56
3.5 Einfluß der Dauerperfusion von CoA, Gth und oxCoA auf die Vasokonstrik-
tion von Ang II und NA 57
3.6 Auswaschvorgänge von CoASSG mit Tyrode 58-59
4 DISKUSSION 60-65
5 ZUSAMMENFASSUNG 66
III
6 LITERATURVERZEICHNIS 67-87
7 DANKSAGUNG 88
8 LEBENSLAUF 89
IV
Abkürzungsverzeichnis
ACE = Angiotensin-Converting-Enzyme
ACTH = Adrenokortikotropes Hormon
ADH = Antidiuretisches Hormon
ADP = Adenosindiphosphat
AMP = Adenosinmonophosphat
Ang I = Angiotensin I
Ang II = Angiotensin II
ANP = Atriales Natriuretisches Peptid
ATP = Adenosintriphosphat
cAMP = zyklisches Adenosinmonophosphat
cGMP = zyklisches Guanosinmonophosphat
CMP = Cytidinmonophosphat
CoA = Coenzym A
CoASSG = Coenzym A – Glutathion – Disulfid
COX = Cyclooxygenase
D = Deletion
DNA = Desoxyribonukleinsäure
ED50 = Dosis mit halbmaximaler Wirkung
EDRF = Endothelium-derived relaxing factor
EKG = Elektrokardiogramm
EO = Endogenes Ouabain
ET = Endothelin
Gth = Glutathion
HMW = High Molecular Weight
5-HT = 5-Hydroxytryptamin
I = Insertion
IE = Internationale Einheit
IP3 = Inositoltrisphosphat
i.v. = intravenös
KHK = koronare Herzkrankheit
Ki = Gleichgewichtskonstante der Inhibition
V
LMW = Low MolecularWeight
α,β-meATP = α,β-Methylen-Adenosintriphosphat
MR = Molekulargewicht
NA = Noradrenalin
NAD(P)H = Nicotinamid – adenin – dinukleotid (- phosphat)
NY = Neuropeptid Y
NO = Stickstoffmonooxid
oxCoA = oxidiertes Coenzym A
P = Irrtumswahrscheinlichkeit
PDF = Platelet-derived factors
PG = Prostaglandine
PNS = Peripheres Nervensystem
RAS = Renin-Angiotensin-System
RNA = Ribonukleinsäure
SEM = Standard Error Mean
SMCDIF = Smooth muscle cell-derived inhibitory factor
TX = Thromboxane
UMP = Uridinmonophosphat
WHO = World Health Organization
ZNS = Zentrales Nervensystem
1
1 Einleitung
1.1 Hypertonie
1.1.1 Bedeutung der Hypertonie
Der Blutdruck setzt sich zusammen aus den beiden Faktoren Herzzeitvolumen und Ge-
fäßwiderstand. Die Hypertonie, das wichtigste Gesundheitsproblem in den westlichen
Industriestaaten, ist eine Folge eines erhöhten Herzzeitvolumens, eines erhöhten peri-
pheren Widerstandes oder beider Faktoren. Erhöhter arterieller Blutdruck ist ohne
Schwierigkeiten festzustellen und gewöhnlich einfach zu therapieren. Da diese Behand-
lung in den meisten Fällen jedoch unspezifisch ist, ist sie mit einer großen Anzahl von
Nebenwirkungen behaftet, so daß die Compliance der Patienten relativ niedrig bei unge-
fähr 50 % liegt (Williams et al., 1987).
1.1.2 Definition der Hypertonie
Die Hypertonie ist definiert als eine dauerhafte Erhöhung des Blutdrucks im arteriellen
Gefäßsystem. Sie liegt nur dann vor, wenn bei mindestens zwei voneinander unabhän-
gigen Blutdruckmessungen pathologische Werte gemessen werden. Während der opti-
male Blutdruck mit dem niedrigsten kardiovaskulären Risiko bei weniger als 120/80
mmHg liegt, wurde auf der 6. Sitzung des National Committee on Detection, Evaluation
and Treatment of High Blood Pressure (USA) 1997 die Hypertonie auf der Grundlage
der Klassifikation der World Health Organization (WHO) aus dem Jahre 1978 für dias-
tolische und systolische Blutdruckwerte in vier verschiedene Schweregrade eingeteilt.
Die Tabelle 1 zeigt diese Blutdruckklassifikation für Erwachsene (> 18 Jahre).
2
Tabelle 1: Blutdruckklassifikation nach dem National Committee of High Blood Pressure(Joint National Committee on Detection, Evaluation and Treatment of High BloodPressure, 1997)
Kategorie Systolischer
Blutdruck (mmHg)
Diastolischer
Blutdruck (mmHg)
Normal < 130 < 85
Hochnormal 130-139 85-89
Bluthochdruck
Stadium 1 (mild)
Stadium 2 (mittelschwer)
Stadium 3 (schwer)
140-159
160-179
≥ 180
90-99
100-109
≥ 110
Wenn der systolische und diastolische Druck in zwei unterschiedliche Kategorien fällt, ist die je-
weils höhere Kategorie ausschlaggebend. Als isolierten systolischen Bluthochdruck bezeichnet
man einen systolischen Druck von mehr als 140 mmHg bei einem diastolischen Druck von we-
niger als 90 mmHg.
1.1.3 Epidemiologie der Hypertonie
Die Framingham-Studie stellte fest, daß ungefähr 20 % der Bevölkerung der westlichen
Industriestaaten Blutdrücke im mittelschweren Hypertoniestadium 2 mit Werten von
größer als 160/95 mmHg haben. Ferner fand man heraus, daß 50 % unserer Bevölke-
rung mit Blutdruckwerten von größer als 140/90 mmHg leben, was dem milden Hyper-
toniestadium 1 entspricht (Dannenberg et al., 1988). Die Prävalenz der Hypertonie
nimmt mit steigendem Lebensalter zu. Liegt sie in der Gruppe der 25-44-jährigen noch
bei 8-10 %, ist sie in der Gruppe der 45-75-jährigen schon bei 15-30 % angekommen.
Während Frauen bis zur Menopause wesentlich geringer von der Hypertonie betroffen
sind als Männer, ist deren Auftreten nach der Menopause in beiden Geschlechtern etwa
gleich häufig (Stieber et al., 1982).
3
1.1.4 Ätiologie der Hypertonie
Chronische Hypertonien lassen sich in eine primäre Form, auch essentielle oder idiopa-
thische Hypertonie genannt, und in sekundäre (symptomatische) Formen einteilen.
1.1.4.1 Klassische Theorien der Ätiologie der primären Hypertonie
Für die primäre Hypertonie, an der 92-94 % aller Hypertoniker leiden, ist bis jetzt eine
Ursache noch nicht gefunden worden. Vor allem Faktoren wie Adipositas (Landsberg
et al., 1992), Hypercholesterinämie, Glukoseintoleranz, Hyperurikämie, zu hoher Koch-
salzkonsum (Stamler et al., 1993; Aldermann et al., 1994), orale Kontrazeption, Rau-
chen oder mentaler Streß (Falkner et al., 1991) wirken sich begünstigend auf die idiopa-
thische Hypertonie aus.
Oft findet sich die essentielle Hypertonie bei Patienten mit Diabetes mellitus Typ II, vor
allem Typ II-Diabetiker mit Übergewicht , die aufgrund einer peripheren Insulinresis-
tenz eine Hyperinsulinämie haben. Es ist bekannt, daß Insulin eine renale Na+-Retenti-
on bewirkt, den Sympathikotonus erhöht, durch seine Mitogenität eine Hypertrophie der
glatten Gefäßmuskulatur bewirkt und durch eine Modifikation des Ionentransports über
die Zellmembran den zytosolischen Ca2+-Gehalt von Insulin-sensitiven Gefäßzellen er-
höht: alles Größen, die sich steigernd auf den Blutdruck auswirken können (Weidmann
et al., 1993).
Ferner wäre auch eine gestörte Endothelfunktion bzgl. Auf- oder Abbau von vasoakti-
ven Substanzen im Rahmen einer primären Hypertonie möglich, so daß es zu einem Un-
gleichgewicht zwischen endothelialen Vasodilatatoren (z.B. Prostazyklin, EDRF) und
Vasokonstriktoren (z.B. Angiotensin II, Endothelin-1) käme (Marshall et al., 1990;
Shepherd et al., 1991; Luscher et al., 1992 a).
4
1.1.4.2 Neuere Ansätze für die Ätiologie der primären Hypertonie
Heutzutage geht man davon aus, daß nicht identifizierte humorale Faktoren den Blut-
druck beeinflussen und bei der Ätiologie der essentiellen Hypertonie mitwirken.
Dahl et al. waren die ersten, die die Existenz solcher Stoffe vermuteten. Sie konnten in
Parabioseexperimenten zwischen salzsensitiven und normotonen Ratten zeigen, daß es
bei den letzteren zu einem signifikanten Blutdruckanstieg kommt (Dahl et al., 1969).
Zidek entwickelte die Methodik von Dahl weiter und führte Kreuzzirkulationsversuche
mit konstant festgelegter Blutaustauschrate zwischen normotonen und spontan hyper-
tensiven Ratten durch. Die Hypertonie ließ sich dabei auf die normotonen Tiere über-
tragen, und dies geschah auch dann noch, nachdem man an den hypertensiven Tieren ei-
ne chemische Sympathektomie mit 6-Hydroxydopamin durchgeführt hatte. Die Hyper-
tonieübertragung gelang jedoch nicht mehr, sofern man den hypertensiven Ratten ent-
weder die Nieren oder Nebennieren herausgenommen oder Digoxin-Antikörper in the-
rapeutischer Dosierung verabreicht hatte (Zidek et al., 1985; Zidek et al., 1989). Auch
bei einer umgekehrten Transplantation dieser Organe normalisierte sich der Blutdruck
der hypertensiven Tiere (Bianchi et al., 1974). In anderen Experimenten konnte gezeigt
werden, daß der Blutdruck der Niere folgt (Dahl et al., 1975; Kawabe et al., 1978).
Curtis et al. fanden heraus, daß sich nach Nierentransplantation bei Patienten mit idio-
pathischer Hypertonie eine Remission der erhöhten Blutdruckwerte einstellte (Curtis et
al., 1983). Dies alles könnten Hinweise auf mögliche Syntheseorte humoraler Faktoren
und deren mögliche biochemisch-pharmakologische Eigenschaften sein.
Auch die Wirkungsverstärkung von bekannten vasoaktiven Substanzen wird beschrie-
ben. Hirata zeigte, daß das Plasma von salzempfindlichen Ratten nicht nur den Blut-
druck nach Injektion in normotone Tiere stärker erhöhte als das Kontrollplasma, son-
dern auch die vasokonstriktiven Eigenschaften von Angiotensin II und Noradrenalin
verstärkte (Hirata et al., 1984).
Wright gewann ein Extrakt sowohl aus Plasma als auch aus Erythrozytenmembranen
spontan hypertensiver Ratten, und durch beide Proben wurde bei täglicher subkutaner
Gabe ein anhaltender Blutdruckanstieg bei normtonen Tieren erzielt (Wright et al.,
1984).
5
Schlüter et al. isolierten aus Thrombozyten eine Substanzgruppe von Dinukleotiden, die
den Blutdruck bei normotonen Ratten dauerhaft erhöhen können. Thrombozytenfrakti-
onen von Patienten mit primärer Hypertonie zeigten höhere vasopressorische Aktivitä-
ten auf als solche Fraktionen normotoner Patienten (Schlüter et al., 1994).
1.1.4.3 Ätiologie der sekundären Hypertonie
Bei den sekundären Hypertonieformen sind die Ursachen bekannt:
So leiden 3-5 % der Hypertoniker an einer renalen Hypertonie. Diese kann parenchy-
matösen (z.B. Pyelonephritis, Glomerulonephritis, polyzystische Nierendegeneration
oder diabetische Nephropathie), vaskulären (z.B. renovaskuläre Stenose, Niereninfarkt,
progressive systemische Sklerodermie oder Periarteriitis nodosa) oder neoplastischen
(Renin-produzierende Tumoren) Ursprungs sein.
Eine andere symptomatische Hypertonieform ist die endokrine Hypertonie. Primärer
Hyperaldosteronismus (Conn-Syndrom, 0,3 % aller Hypertoniker), Cushing-Syndrom
(< 0,1 % aller Hypertoniker), Phäochromozytom (< 0,1 % aller Hypertoniker), adreno-
genitales Syndrom (< 0,1 % aller Hypertoniker), primärer Hyperparathyreoidismus und
die durch Östrogen-haltige orale Kontrazeptiva induzierte Hypertonie (2-4 % aller Hy-
pertonien) sind hierfür Beispiele.
Ferner gibt es die neurogene Hypertonie und alle übrigen Hypertonieformen, z.B. auf-
grund von Atherosklerose, Aortenisthmusstenose, offenem Ductus arteriosus Botalli, ar-
teriovenöser Fistel, hyperkinetischem Herzsyndrom oder Polyzythämia vera (zusammen
0,2 % aller Hypertonien) (Williams et al., 1994 c).
1.1.5 Genetik der Hypertonie
Was die Entstehung der essentiellen Hypertonie betrifft, geht man heutzutage davon
aus, daß es sich dabei um einen multifaktoriellen Vorgang handelt, der zu dieser hetero-
genen Erkrankung führt. Genetische Faktoren sind daran genauso beteiligt wie umwelt-
und verhaltensbedingte Faktoren (Manger et al., 1986), jedoch scheinen Umwelteinflüs-
se mehr zur Beeinflussung des Blutdrucks beizutragen als genetische Faktoren (Herr-
6
mann et al., 1986). Spielen hereditäre Ursachen eine Rolle, so ist nicht ein Gen dafür
verantwortlich, sondern handelt es sich um polygene Einflüsse.
1.1.5.1 Genetik der primären Hypertonie
Neuerdings werden Angiotensinogen-Polymorphismen als genetische Faktoren bei der
Entstehung der idiopathischen Hypertonie (Kurtz et al., 1993; Jeunemaitre et al., 1992)
und Angiotensin-converting-enzyme (ACE)-Polymorphismen als Progressionsfaktoren
der idiopathischen Hypertonie diskutiert.
Spontan hypertensive Ratten sind nützliche Modelle für die Hypertonie beim Menschen.
Bei diesen Tieren unterliegt der Bluthochdruck polygenen Einflüssen. Man fand einen
Zusammenhang zwischen einem Abschnitt auf dem ACE-Gen auf Chromosom 10 und
der Hypertonie bei diesen Ratten (Hilbert et al., 1991).
Das ACE-Gen beim Menschen auf Chromosom 17 umspannt 21 Kilobasen und besteht
aus 26 Exons, wobei verschiedene Genotypen durch einen Insertion-Deletion-Polymor-
phismus im Intron 16, nämlich II, ID und DD (I=Insertion, D=Deletion), existieren (Na-
kai et al., 1995 a/b). Das I-Allel kommt durch Insertion von repetitiven alu-Sequenzen
zustande.
Cambien et al. fanden 1992 heraus, daß der DD-Genotyp, der mit einem höheren Blut-
plasmaspiegel an zirkulierendem ACE einhergeht als die ID- und II-Genotypen, ein po-
tentieller Risikofaktor für einen Myokardinfarkt ist (Cambien et al., 1992). Mattu et al.
beschrieben 1995 eine Korrelation zwischen dem DD-Genotyp und einem erhöhten Ri-
siko, an koronarer Herzerkrankung (KHK) zu erkranken (Mattu et al., 1995), während
Ludwig et al. im selben Jahr herausfanden, daß das D-Allel mit einem erhöhten Risiko
einhergeht, einen Herzinfarkt zu erleiden (Ludwig et al., 1995).
Andere Autoren fanden keinen signifikanten Zusammenhang zwischen dem D-Allel des
ACE-Gens und der KHK, stattdessen jedoch eine Korrelation der Angina pectoris, des
Herzinfarktes oder der Hypertonie mit einer Angiotensinogen-Gen-Mutation des Ko-
dons 235 auf Chromosom 1 (Threonin statt Methionin) (Katsuya et al., 1995). Ferner
wird das Angiotensinogen-Gen mit Hypertoniepatienten in Verbindung gebracht, die
7
entweder unter einem frühen Krankheitsbeginn oder unter einer sehr schweren Form lei-
den (Williams et al., 1994 b).
Für die Heterogenität dieser Ergebnisse sind mehrere Ursachen möglich: erstens Unter-
schiede in der Sensitivität der Untersuchungsmethoden (z.B. Rose questionnaire, EKG
und Koronarangiographie), zweitens die nicht einheitliche Selektion der untersuchten
Gruppen und drittens Fehler in der Bestimmung des ID-Genotyps als DD-Genotyp, so
daß 5 % der DD-Genotypen eigentlich ID-Genotypen sind. Weitere Studien sind not-
wendig, um die positive Assoziation zwischen Polymorphismen und der Hypertonie
bzw. deren Folgekrankheiten zu klären (Singer et al., 1996).
1.1.5.2 Genetik der endokrinen Hypertonie
Bei der endokrinen Hypertonie sind zahlreiche Gendefekte bekannt, die zu ihrer Entste-
hung beitragen.
Das adrenogenitale Syndrom entsteht infolge eines C-11- oder C-17-Hydroxylase-Man-
gels, der jeweils autosomal-rezessiv vererbt wird (Williams et al., 1994 a).
Das Phäochromozytom wird in 10 % der Fälle familiär autosomal-dominant vererbt, so
z.B. in Kombination mit den Multiplen Endokrinen Neoplasie-Typen 2a und 2b (Muta-
tionen im Ret-Protoonkogen auf Chromosom 10), bei der von Recklinghausen-Neuro-
fibromatose (Mutation im NF1-Gen auf dem langen Arm von Chromosom 17 mit dem
Genprodukt Neurofibromin) oder bei der retinalen zerebellären Hämangioblastomatose
von Hippel-Lindau (Translokationen zwischen Chromosom 3 und 8 sowie 3 und 11)
(Landsberg et al., 1994).
Ferner gibt es einen primären Hyperaldosteronismus, der mit Glukokortikoiden thera-
pierbar ist und autosomal-dominant vererbt wird: Der Promotor der 11β-Hydroxylase,
einem Schlüsselenzym der Kortisolbiosynthese, ist auf dem langen Arm von Chromo-
som 8 an die kodierende Sequenz für die Aldosteron-Synthetase gekoppelt, so daß die
Aldosteron-Synthetase-Aktivität durch ACTH reguliert wird (Lifton et al., 1992 a/b).
8
1.1.6 Klinik der Hypertonie
Da erhöhte Blutdruckwerte nicht mit subjektiven Beschwerden verbunden sind, vor al-
len Dingen, wenn sie nur geringfügig erhöht sind, werden sie meistens zufällig bei Vor-
sorgeuntersuchungen oder hypertonie-unabhängigen Erkrankungen entdeckt. Milde
Hypertonieformen, die bei jungen Menschen sogar rückbildungsfähig sind (Lieberman
et al., 1990), können jahrelang existieren, ohne daß es zu Folgeerscheinungen kommt.
In der Anamnese lassen sich richtungsweisende Indizien herausfragen, wie z.B. eine fa-
miliäre Belastung durch Hypertonie, Herzinfarkt oder Apoplexia cerebri, oder die Risi-
kofaktoren Rauchen und Adipositas, oder rezidivierende Harnwegsinfekte bei den Vor-
erkrankungen (chronische Pyelonephritis), oder eine regelmäßige Medikamenteneinnah-
me von Steroiden oder Ovulationshemmern (Herold et al., 1997). Ferner können allge-
meine Symptome wie frühmorgendlich auftretende Kopfschmerzen (besonders okzipital
gelegen), Epistaxis, Hämoptyse, Metrorrhagien, Palpitationen, Präkordialschmerz oder
(Belastungs-)Dyspnoe eruiert werden.
Bei der körperlichen Untersuchung kann man möglicherweise am Herzen einen laterali-
sierten Herzspitzenstoß und einen betonten 2. Herzton finden, unter Umständen auch
ein leises Diastolikum durch eine Aorteninsuffizienz (Williams et al., 1994 c).
Folgende Befunde lassen sich bei sekundären Hypertonieformen erheben:
Eine Nierenvergrößerung läßt auf eine polyzystische Nierendegeneration und ein para-
umbilikales Geräusch auf eine Nierenarterienstenose schließen, was beides für eine re-
nale Hypertonie spricht (Williams et al., 1994 c).
Ein primärer Hyperaldosteronismus ist gekennzeichnet durch eine Muskelschwäche
aufgrund der Hypokaliämie, durch eine metabolische Alkalose und laborchemisch in 50
% der Fälle durch eine Hypernatriämie. Ein Cushing-Syndrom läßt sich an den Symp-
tomen Vollmondgesicht, Stammfettsucht, Osteoporose und Hyperglykämie erkennen
(Williams et al., 1994 a). Ein Phäochromozytom kann zu blasser Haut, Tachykardie,
Hyperglykämie, Schwitzen und Gewichtsverlust durch Hypermetabolismus führen
(Landsberg et al., 1994).
9
Bei einer Aortenisthmusstenose fällt vor allem die muskuläre Dysproportion zwischen
oberen und unteren Extremitäten und die Hypotonie an den Beinen bei Hypertonie an
den Armen auf (Williams et al., 1994 c).
1.1.7 Komplikationen der Hypertonie
Die Hypertonie ist an einer Vielzahl von Folgeerkrankungen beteiligt, und sie verringert
dadurch in entscheidendem Maße die Lebenserwartung. Diese sinkt nach Daten ameri-
kanischer Lebensversicherungen bei 35-jährigen Männern mit Blutdruckwerten größer
als 150/100 mmHg um 16,5 Jahre gegenüber normotonen Männern (120/80 mmHg), bei
55-jährigen sind es, gleiche Blutdruckdifferenzen vorausgesetzt, immerhin noch 6 Jah-
re.
Am Herzen führt die Hypertonie zu linksventrikulärer (Druck-)Hypertrophie, Herzin-
suffizienz, koronarer Herzkrankheit und Myokardinfarkt. 66 % der Hypertoniker erlie-
gen eines Todes kardialer Genese.
An neurologischen Auswirkungen ist vor allen Dingen die Apoplexia cerebri zu nennen,
verursacht entweder durch eine zerebrale Ischämie mit Hirninfarkt oder durch eine
Hirnmassenblutung (Häufigkeitsrelation 85:15). 14 % aller Hypertoniker sterben auf-
grund einer neurologischen Todesursache.
Am Augenhintergrund entwickelt sich der sogenannte Fundus hypertonicus, eine Reti-
nopathie mit Blutungen, Exsudat, Papillenödem und Arteriosklerose (Herold et al.,
1997).
An der Niere kommt es im Laufe einer chronischen Hypertonie zur Arteriolosklerose
durch Ablagerungen von Plasmaproteinen und Fetten, was zur Nephrosklerose, Nieren-
insuffizienz und schließlich zur Schrumpfniere führt. 10 % der Hypertoniker sterben
aufgrund eines Nierenversagens (Badr et al., 1994).
Am Gefäßsystem entwickelt sich die Atherosklerose, die an den Extremitäten die peri-
phere arterielle Verschlußkrankheit mit dem Symptom der Claudicatio intermittens ver-
ursacht (Williams et al., 1994 c).
10
Anhand der Framingham-Studie (Kannel et al., 1975) konnte gezeigt werden, daß hy-
pertensive Männer im Vergleich zum normotensiven Kollektiv erhöhte Risiken für ei-
nen apoplektischen Insult (8-fach), Herzinsuffizienz (6,6-fach), koronare Herzerkran-
kung (2,4-fach) und Claudicatio intermittens (2-fach) besitzen. Bei hypertensiven Frau-
en ist das relative Risiko für einen apoplektischen Insult um das 7,7-fache, für eine
Herzinsuffizienz um das 4,6-fache und für eine koronare Herzerkrankung um das 3,4-
fache erhöht.
11
1.2 Vasoaktive Substanzen
1.2.1 Renin-Angiotensin-System
Die Abbildung 1 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung des Renin-Angioten-
sin-Systems.
Angiotensinogen
Angiotensin I
Angiotensin II
Abbildung 1: Vereinfachte schematische Darstellung des Renin-Angiotensin-Systems
→ = Stimulation oder Umwandlung; �| = Hemmung; GFR = glomeruläre Filtrationsrate;
RBF = renaler Blutfluß
akute Senkung von:Plasmavolumen,Blutdruck
Plasmavolumen normalisiert, Blutdruck normalisiert
Renin-freisetzung
Renin
Angiotensin-Converting-Enzyme
Salz-appetit ↑
Durst ↑ GFR undRBF sinken Aldosteron-
ausschüttung
allgemeineVasokonstriktion
Flüssigkeits-und Salzzufuhrerhöht Salz- und Wasserausscheidung vermindert
12
1.2.1.1 Historischer Überblick
Das Renin-Angiotensin-System (RAS) mit seinem Effektorpeptid Angiotensin II (Ang
II) als zirkulierendem Hormon ist ein klassisches endokrines System. Im Jahr 1898
entdeckten Tigerstedt und Bergmann das Renin dadurch, daß die Injektion eines Kanin-
chennierenextraktes in Kaninchen zur Blutdrucksteigerung führte (Tigerstedt et al.,
1898). Page et al. identifizierten 1941 das Angiotensinogen als Renin-Substrat (Page et
al., 1941), und Mitte der fünfziger Jahre fand Skeggs in der Lunge das Angiotensin-
Converting-Enzyme (ACE) (Skeggs et al., 1956), das das Angiotensin I (Ang I) in Ang
II katalytisch umwandelt.
Die Bedeutung des Renins für die Blutdruckregulation erkannten schon 1934 Goldblatt
et al., als sie einen Zusammenhang zwischen Reninfreisetzung und renaler Ischämie
nachwiesen (Goldblatt et al., 1934). Drei Jahre später, 1937, zeigten Blalock und Levy
die Abhängigkeit der Reninfreisetzung vom renalen Perfusionsdruck, woraus sie schlos-
sen, daß bei der Reninfreisetzung renale Barorezeptoren beteiligt sein müssen (Blalock
et al., 1937).
1.2.1.2 Renin
Renin ist ein proteolytisches Enzym mit extrem hoher Substratspezifität für Angiotensi-
nogen, welches das einzig bekannte endogene Substrat für Renin ist (Skott et al., 1993).
Die Synthese und die Speicherung des Renins finden in den Granula spezialisierter
Myoepithelzellen des juxtaglomerulären Apparates statt. Vorläuferproteine des Renins
sind Präprorenin und Prorenin, die beide enzymatisch inaktiv sind. Prorenin wird bei
renaler Ischämie in aktives Renin umgesetzt (Gallinat et al., 1997).
Die Freisetzung des Renins geschieht auf verschiedene Reize hin: erstens bei einer Ab-
nahme des renalen Perfusionsdrucks, detektiert durch eine verringerte Gefäßwanddeh-
nung oder eine erniedrigte Wandspannung der afferenten Glomerulusarteriole; zweitens
bei einer erniedrigten NaCl-Konzentration in den Macula densa-Zellen des distalen Tu-
bulus als Teil des juxtaglomerulären Apparates; drittens bei einer β-adrenergen Stimu-
lation durch den Sympathikus, z.B. bei einem Blutdruckabfall am Karotissinus. Diese
Renin-Freisetzung kann durch die Mediatoren Histamin und Prostaglandine, aber auch
durch den Neurotransmitter Dopamin stimuliert werden, während sie durch atriale na-
13
triuretische Peptide und Vasopressin gehemmt wird. Ebenso erfolgt eine Hemmung
durch Ang II mit seiner direkten negativen Feedback-Hemmung (Gallinat et al, 1997).
1.2.1.3 Angiotensinogen, Angiotensin I und Angiotensin-Converting-Enzyme
Angiotensinogen ist ein glykosyliertes α2-Globulin, das hauptsächlich in der Leber syn-
thetisiert wird. Seine Bildung und Freisetzung wird vor allen Dingen durch Ang II sti-
muliert. Renin spaltet von ihm ein Dekapeptid, das sog. Ang I, ab (Menard et al., 1983).
Das Ektoenzym ACE kommt im überwiegenden Maße im pulmonalen Gefäßendothel
vor und spaltet die beiden Aminosäuren Histidin und Leucin vom C-terminalen Ende
des Ang I ab, wodurch das hochaktive Oktapeptid Ang II entsteht. Das ACE ist jedoch
nicht nur Teil des Renin-Angiotensin-Systems, sondern es ist auch am Abbau von ver-
schiedenen anderen Substanzen beteiligt, zu nennen wären an dieser Stelle u.a. das va-
sodilatatorisch wirkende Gewebshormon Bradykinin (ACE ist hier identisch mit Kini-
nase II) , die Neurohormone Substanz P und Enkephaline und die β-Kette des Insulins
(Gallinat et al., 1997).
1.2.1.4 Angiotensin II
Ang II besitzt einen direkten vasokonstriktiven Effekt auf arterioläre glatte Gefäßmus-
kelzellen, so daß sich der periphere Gefäßwiderstand nachfolgend erhöht. Anhaltend
hohe Dosen von Ang II führen zu Tachyphylaxie (Bock et al., 1961), und durch die
Verabreichung von niedrigen, nicht pressorisch wirksamen Dosen über mehrere Tage
kommt es zu einem allmählichen Blutdruckanstieg (Ames et al., 1965), der nicht auf der
direkten Wirkung des Ang II an den Gefäßen beruht.
Ang II führt über zwei unterschiedliche Mechanismen zur Na+-Retention durch die Nie-
re: zum einen durch seine direkte Wirkung auf die proximalen Nierentubuli (Cogan et
al., 1990; Morduchowicz et al., 1991), zum anderen durch die Stimulation der Aldoste-
ron-Synthese in der Zona glomerulosa der Nebennierenrinde (Williams et al., 1994 a).
14
Das Mineralkortikoidhormon Aldosteron bewirkt am distalen Tubulus und Sammelrohr
der Niere durch aktive Prozesse eine Na+-Retention und H+-Sekretion, und daran gekop-
pelt passiv eine K+-Sekretion. Diese Vorgänge führen eine passive Wasser-Diffusion
nach sich, wodurch sich das extrazelluläre Flüssigkeitsvolumen erhöht (Brenner et al.,
1994).
Die Aldosteron-Synthese wird nicht nur durch das Renin-Angiotensin-System stimu-
liert, sondern auch durch das Adrenokortikotrope Hormon ACTH des Hypophysenvor-
derlappens und durch das Peptid Endothelin-1. Hemmend auf die Aldosteron-Freiset-
zung wirken sich natriuretische Faktoren, wie z.B. das Atriale Natriuretische Peptid
(ANP), aus (Williams et al, 1994 a).
Auch im Nebennierenmark besitzt Ang II einen Angriffspunkt, wo es die Freisetzung
von Katecholaminen stimuliert (Peach et al., 1966). Ferner aktiviert es die Synthese
von messenger-RNA des Endothelins, und es stimuliert die Prostazyklin-Bildung (Lu-
scher et al., 1993).
Ang II kann das Zellwachstum verschiedener Gewebe stimulieren. Schon 1972 wies
Khairallah eine Stimulation der DNA-, RNA- und Proteinsynthese im isolierten Herzge-
webe durch Ang II nach (Khairallah et al., 1972).
Am Endothel ließen sich folgende Befunde feststellen: Ang II wirkt mitogen auf glatte
Gefäßmuskelzellen des Menschen in vitro (Campbell-Boswell et al., 1981), es stimuliert
die DNA-, RNA- und Proteinsynthese in kultivierten glatten Gefäßmuskelzellen von
Ratten, was als hypertrophe Antwort zu werten ist (Berk et al., 1989) und führt zur Hy-
perplasie von kultivierten glatten Gefäßmuskelzellen von spontan hypertensiven Ratten,
nicht jedoch von normotensiven Wistar-Kyoto-Ratten (Paguet et al., 1989).
In der Niere fördert Ang II das Wachstum sowohl von Mesangium- (Anderson et al.,
1993; Ray et al., 1991) als auch von Tubuluszellen (Wolf et al., 1990).
Der Abbau von Ang II geschieht sehr schnell durch Angiotensinasen, die sich in vielen
verschiedenen Geweben befinden, so daß seine Halblebenszeit im Plasma nur eine Mi-
nute beträgt. Zu den Angiotensinasen zählen die Aminopeptidasen-A, -B und -C sowie
die Leucin-Aminopeptidase (Abhold et al., 1987).
15
Die Ang II-Rezeptoren lassen sich anhand des Antagonisten Losartan in zwei Unter-
gruppen einteilen, nämlich in den AT1-Rezeptor mit der höchsten Affinität für Losartan
(Ki = 10-50 nM) und in den AT2-Rezeptor mit der geringsten Affinität für Losartan (Ki
> 1 µM) (Bumpus et al., 1991). Die Homologie des AT2-Typs mit dem AT1-Typ liegt
lediglich bei 33-34 % (Gallinat et al., 1997). Ferner läßt sich der AT1-Rezeptor weiter
in die beiden Subtypen AT1a und AT1b unterteilen, was mit Hilfe von Klonierung und
Bindungsstudien bei Mäusen und Ratten (Elton et al., 1992; Ye et al., 1992) herausge-
funden werden konnte.
Die unterschiedlichen Ang II-Rezeptorsubtypen konnten in vielen verschiedenen Gewe-
betypen nachgewiesen werden. So dominieren die AT1a-Rezeptoren in glatten Gefäß-
muskelzellen von Arterien, im Herzen, im Verdauungstrakt und im Hypothalamus, wäh-
rend AT1b-Rezeptoren vor allem in Geweben der zentralen Osmoregulation vorherr-
schen. AT2-Rezeptoren werden vorwiegend im Nebennierenmark, im Pankreas, im
Uterus, in ovariellen Granulosazellen und in fetalen Geweben exprimiert (Gallinat et al.,
1997).
Der AT1-Rezeptor ist ein G-Protein-gekoppelter Rezeptor mit sieben Domänen, welche
die Zellplasmamembran durchziehen. Nach der Bindung von Ang II an spezifische
Bindungsstellen kommt es entweder zu einer Stimulation der Phospholipase C über die
Gq-Familie mit anschließendem Anstieg der intrazellulären Ca2+-Konzentration (Tim-
mermans et al., 1993) oder zu einer Hemmung der Adenylatzyklase über die Gi-Familie.
Über diesen AT1-Rezeptor vermittelt Ang II nicht nur Vasokonstriktion und Freisetzung
des Aldosterons, sondern auch proximal-tubuläre Na+-Rückresorption und vaskuläre
bzw. kardiale Hypertrophie.
Genauso wie der AT1-Rezeptor gehört der AT2-Rezeptor zu der Rezeptorfamilie mit
den sieben membranüberspannenden Domänen, jedoch sind die Signalübertragungswe-
ge noch nicht verstanden. Man vermutet, daß der AT2-Subtyp in fetalen Geweben eine
Rolle bei physiologischen Prozessen der Entwicklung, des Zellwachstums, der Zelldif-
ferenzierung und der Zelladhäsion spielt und in adulten Geweben an der Apoptose, der
Wachstumshemmung und der Anti-Angiogenese beteiligt ist (Gallinat et al., 1997).
Grundlage für diese Vermutungen ist die Tatsache, daß der AT2-Rezeptortyp für eine
kurze Zeit in hohem Maße im Gewebe von Föten exprimiert wird und nach der Geburt
in den meisten Organen drastisch abnimmt (Grady et al., 1991).
16
Einige Wirkungen von Ang II lassen sich durch endogene Substanzen potenzieren. So
verstärkt Neuropeptid Y, das selbst über vasokonstriktorische Aktivität verfügt, die
Blutdruckerhöhung durch Ang II in normotensiven Ratten (Aubert et al., 1988).
Endothelin-1, eine der am stärksten vasokonstriktorisch wirksamen Substanzen, kann
die durch Ang II initiierte Aldosteron-Sekretion in kultivierten adrenalen Zona glomeru-
losa-Zellen von Kälbern potenzieren, und zwar über einen Proteinkinase C-abhängigen
Mechanismus (Cozza et al., 1993).
Ang II verstärkt selber die vaskuläre Antwort auf eine periarterielle Stimulation des
sympathischen Nervensystems. Dieser Ang II-Effekt läßt sich durch das Nukleosid
Adenosin potenzieren, was mit Hilfe von intraarteriellen Adenosin-Infusionen am Mo-
dell des mit Blut perfundierten Rattenmesenteriums gezeigt werden konnte (Holycross
et al., 1989).
1.2.1.5 Gewebeständige Renin-Angiotensin-Systeme
In jüngster Zeit konnten die Proteine des RAS - Angiotensinogen, die Enzyme Renin
und ACE sowie die Angiotensin-Peptide und -rezeptoren - in vielen verschiedenen Ge-
webetypen nachgewiesen werden , so daß man von der Existenz lokaler RAS (Campbell
et al., 1987) z.B. im Gehirn (Unger et al., 1988), im Herzen (Dzau et al., 1988 a), in der
Niere, im Endothel (Kifor et al., 1987), in der Nebenniere, im Uterus und in der Plazen-
ta ausgeht. Die Regulationsweise dieser gewebeständigen RAS ist von der Regulation
des zirkulierenden RAS verschieden und unabhängig. Diese autokrinen-parakrinen
Systeme spielen eine wichtige Rolle für die lokalen Gewebefunktionen, zusätzlich zum
endokrinen RAS (Dzau et al., 1988 b).
Im Gehirn sollen die Ang II-Peptide an der zentralen Osmoregulation beteiligt sein.
Zentral verabreichtes Ang II ruft nämlich genauso Trinken als Verhaltensantwort und
eine Vasopressin-Freisetzung als endokrine Antwort hervor wie zentral verabreichte hy-
perosmolare NaCl-Lösung (Shimizu et al., 1993). Und durch Dursten und durch die In-
fusion von hyperosmolaren Lösungen läßt sich die Freisetzung von Ang II im Nucleus
paraventricularis des Hypothalamus stimulieren (Harding et al., 1992; Qadri et al.,
1994).
17
In der Niere führt Ang II vor allen Dingen in den efferenten glomerulären Arteriolen zu
einer Vasokonstriktion, wodurch der renale Gefäßwiderstand gesteigert wird. Aufgrund
dieser Erhöhung des glomerulären Kapillardrucks kommt es zu einer konstanten glome-
rulären Filtrationsrate bei gesenktem renalen Plasmafluß. Ferner konnte gezeigt werden,
daß peritubuläres Ang II die Reabsorptionsrate des proximalen Tubulus erhöht (Mit-
chell et al., 1991).
1.2.1.6 Renin-Angiotensin-System und primäre Hypertonie
Bei einer großen Anzahl von Patienten mit einer essentiellen Hypertonie führt die Gabe
eines ACE-Hemmers zu einer Blutdrucksenkung. Schon aufgrund dessen läßt sich
nicht ausschließen, daß das RAS an der Aufrechterhaltung einer Hypertonie beteiligt ist.
Bereits 1970 konnte Williams zeigen, daß bei Bluthochdruckpatienten eine gestörte Re-
gelung des RAS vorliegt (Williams et al., 1970).
Die Plasmareninaktivität variiert bei essentiellen Hypertonikern in breiterem Maße als
bei Normotensiven. Bei der Mehrzahl der Patienten liegt eine normale Plasmareninakti-
vität vor, bei 20 % der Patienten ist sie erniedrigt (“low-renin essential hypertension”)
und bei 15 % erhöht (“high-renin essential hypertension”) (Williams et al., 1994 c).
Bezüglich der Ursache der “low-renin essential hypertension” gibt es zwei Hypothesen:
Zum einen vermutet man, daß es sich um eine exzessive Produktion eines noch nicht
identifizierten Mineralokortikoids handelt, zum anderen nimmt man eine erhöhte Ang
II-Sensitivität der Nebenniere an. Patienten mit einer “low-renin essential hyperten-
sion” haben nämlich eine milde Form eines Hyperaldosteronismus, was sich durch eine
ungenügende Aldosteronsuppression bei einer exzessiven Na+-Zufuhr manifestiert
(Williams et al., 1994 c).
Bei Patienten mit einer “high-renin essential hypertension” kommt es nur in weniger als
50 % der Fälle durch Gabe von Saralasin, einem kompetitiven Ang II-Antagonisten wie
Losartan, zu einer Blutdrucksenkung. Als Ursache für diesen Typ der essentiellen Hy-
pertonie vermutet man einen adrenalen Defekt, da die Nebenniere auf eine Na+-Restrik-
tion nur in einer inadäquaten Weise reagiert (Williams et al., 1994 c).
18
25-30 % der primären Hypertoniker leiden unter einer “non-modulating essential hyper-
tension”, die so bezeichnet wird, da sich bei diesen Patienten die adrenale und die reno-
vaskuläre Antwort auf Ang II nicht durch die Na+-Zufuhr beeinflussen lassen. Dies
schließt eine Störung der Feedback-Hemmung des RAS ein, da Renin sowohl durch ei-
ne Na+-Belastung als auch durch eine Ang II-Infusion nicht genügend supprimiert wird
(Seely et al., 1989). Bei normaler bis erhöhter Plasmareninaktivität ist die Niere nicht
in der Lage, Natriumionen angemessen auszuscheiden, was eine Störung der Na+-Ho-
möostase zur Folge hat (Hollenberg et al., 1986). Aufgrund einer beeinträchtigten
Regulation des renalen Plasmaflusses bleibt eine Steigerung der Nierendurchblutung bei
einer erhöhten Na+-Zufuhr aus (Rabinowe et al., 1987), und somit kommt es zu einer
Na+-Retention. Hierin liegt auch die Na+-Abhängigkeit des Blutdrucks bei den „Non-
modulators” begründet (Williams et al., 1991).
Auch kardiovaskuläre Risikofaktoren werden gehäuft in diesem Patientenkollektiv vor-
gefunden, so z.B. Hyperinsulinämie, Hypercholesterinämie, eine erhöhte Albuminaus-
scheidung mit dem Urin oder eine an Hypertonie oder Myokardinfarkt positive Famili-
enanamnese (Baldoncini et al., 1997).
Die “non-modulating essential hypertension” ist durch die Gabe eines ACE-Hemmers
korrigierbar, da dieser die Empfindlichkeit der renalen Gefäße auf Änderungen in der
Na+-Zufuhr wiederherstellt und so zu einer Reduzierung des Blutdrukkes führt (Willi-
ams et al., 1985).
In spontan hypertensiven Ratten, einem Tiermodell für die essentielle Hypertonie,
konnte man ein in seiner Aktivität überschießendes RAS des Gehirns als einen Faktor in
der Pathogenese und Aufrechterhaltung der Hypertonie nachweisen, da zentral wie auch
systemisch verabreichte ACE-Hemmer in diesen Tieren zu einer Erniedrigung des Blut-
drucks führten (Unger et al., 1988).
1.2.2 Adrenalin und Noradrenalin
Die Katecholamine Adrenalin und Noradrenalin sind sowohl Neurotransmitter als auch
Hormone. Syntheseort sind die chromaffinen Zellen des Nebennierenmarks, Synthese-
grundsubstanz ist die Aminosäure Tyrosin, aus der über eine Decarboxylierung und
19
zwei Hydroxylierungen Noradrenalin entsteht. Letzter Schritt auf dem Weg zum Adre-
nalin ist noch eine Methylierung des Noradrenalins. Adrenalin und Noradrenalin liegen
in einem Verhältnis von 4 : 1 in der Nebenniere vor. Ihr Abbau geschieht zum einen
über eine oxidative Desaminierung durch das Enzym Monoaminooxidase, und zum an-
deren über eine O-Methylierung durch das Enzym Catechol-O-Methyltransferase (Win-
gard et al., 1991).
Die adrenergen Rezeptoren sind integrale Membranproteine, die sieben transmembranö-
se Domänen besitzen, welche jeweils aus 20-28 Aminosäuren bestehen. Sie lassen sich
in zwei Untergruppen einteilen, und zwar in die α- und in die β-Rezeptoren. Jede Un-
tergruppe für sich besitzt zwei Subtypen, so daß man insgesamt vier verschiedene Re-
zeptoren unterscheidet, nämlich α1-, α2-, β1- und β2-Rezeptoren. Adrenalin kann im
Gegensatz zu Noradrenalin, das nicht an den β2-Rezeptor binden kann, an alle vier Re-
zeptoren binden (Bylund et al., 1994).
α1-Rezeptoren befinden sich an glatten Gefäßmuskelzellen von Arteriolen, z.B. in Haut,
Schleimhäuten und Niere, und von Venen, und sie führen dort nach Stimulation zur Va-
sokonstriktion. Weitere α1-vermittelte Wirkungen sind die Kontraktion von Gastro-In-
testinal- und Blasen-Sphinkteren, eine Mydriasis über eine Kontraktion des Musculus
dilatator pupillae und eine Kontraktion der Milzkapsel (Wingard et al., 1991).
α 2-Rezeptoren existieren zum einen im Zentralnervensystem, wo sie bei Stimulation zu
einer Hemmung der tonischen Entladung sympathischer kardiovaskulärer Neurone und
zur Aktivierung vagaler kardialer Nervenfasern führen, und zum anderen präsynaptisch
an sympathischen Synapsen, an denen sie die Freisetzung von Noradrenalin hemmen.
Ferner gibt es α2-Rezeptoren an den β-Inselzellen des Pankreas, worüber die Insulin-
Freisetzung gehemmt wird (Wingard et al., 1991).
β1-Rezeptoren befinden sich am Herzen und führen bei Aktivierung zu positiver Chro-
notropie, Inotropie, Dromotropie und Bathmotropie (Wingard et al., 1991).
β2-Rezeptoren existieren an glatten Gefäßmuskelzellen von Arteriolen im Skelettmus-
kel, in der Leber und im Gastro-Intestinal-Trakt, wo es nach Stimulation zur Relaxation
mit nachfolgender Vasodilatation kommt. Weitere β2-vermittelte Wirkungen sind eine
Bronchodilatation, eine Reduktion von Frequenz und Amplitude der gastro-intestinalen
Kontraktionen, eine Relaxation des Musculus detrusor vesicae und eine Hemmung des
Tonus und der Kontraktion des schwangeren Uterus, ferner eine Stimulation der Gluca-
20
gon- und der Renin-Freisetzung. Auch an sympathischen Synapsen gibt es präsynap-
tisch β2-Rezeptoren, über die eine Verstärkung der Noradrenalin-Freisetzung erfolgt
(Wingard et al., 1991).
Im Gegensatz zu Noradrenalin besitzt Adrenalin keinen entscheidenden Effekt auf den
totalen peripheren Widerstand, da die α1-vermittelte Vasokonstriktion durch die β2-ver-
mittelte Vasodilatation aufgehoben wird, so daß der diastolische Blutdruck geringen
Veränderungen unterliegt, bei einem angestiegenen systolischen Blutdruck über die β1-
Aktivität. β2-Rezeptoren scheinen gegenüber Adrenalin sensitiver zu sein als α1-Rezep-
toren, so daß die Vasodilatation bei niedrigen Konzentrationen überwiegt, während bei
hohen Konzentrationen die Vasokonstriktion führend ist (Wingard et al., 1991).
Alle adrenergen Rezeptoren sind an G-Proteine gekoppelt. Bei den α1-Rezeptoren
kommt es zu einer Stimulation der Phospholipase C mit nachfolgender Erhöhung der in-
trazellulären Ca2+-Ionen-Konzentration. Bei den α2-Rezeptoren erfolgt eine Hemmung
der Adenylatzyklase, während bei den β-Rezeptoren die Adenylatzyklase stimuliert
wird (Brodde et al., 1994).
Bei spontan hypertensiven Ratten findet man im Gegensatz zu normotensiven Wistar-
Kyoto-Ratten α2-Adrenozeptoren in der Schwanzarterie mit abgenommener Sensitivität
und präsynaptische β2-Adrenozeptoren in den Mesenterialarterien mit zugenommener
Sensitivität (Tsuji et al., 1989). Dies führt zu einer gesteigerten Freisetzung von Neuro-
transmittern. Ferner ist bei diesen Tieren die Anzahl adrenerger Nervenendigungen am
Gefäßnetz erhöht, so daß die vaskuläre Antwort auf eine Stimulation der adrenergen
Nerven gesteigert ist. Beide Faktoren können zur arteriellen Hypertonie bei spontan hy-
pertensiven Ratten beitragen.
1.2.3 Atriales Natriuretisches Peptid
Das Atriale Natriuretische Peptid (ANP) ist ein Hormon bestehend aus 28 Aminosäu-
ren, das in Granula atrialer Myozyten gebildet und gespeichert wird. Precursor-Protein
ist Präpro-ANP, ein Peptid aus 126 Aminosäuren, dessen Hauptprodukt ANP ist.
Hauptstimulus für die Freisetzung des ANP aus den Granula ist eine Plasmavolumener-
höhung mit einer erhöhten Na+-Ionen-Konzentration, was zur Vorhoferweiterung und
21
zur Zunahme des Vorhofdrucks bzw. des zentralvenösen Drucks führt. Weitere Freiset-
zungsstimuli sind ein erhöhter arterieller Blutdruck und eine direkte Einwirkung von
Vasopressin. Der Abbau des ANP erfolgt durch lysosomale Enzyme, vor allem durch
die neutrale Endopeptidase (Rang et al., 1995 b).
Der ANP-Rezeptor ist in der Membran der Effektorzelle gelegen und besitzt als kataly-
tische Einheit das Enzym Guanylatzyklase, wodurch bei Aktivierung durch ANP der in-
trazelluläre cGMP-Spiegel erhöht wird (Kourie et al., 1999). So kommt es an glatten
Gefäßmuskelzellen zur Relaxation mit nachfolgender Dilatation von arteriolären und
venösen Kapazitätsgefäßen, was zu einem Blutdruckabfall führt (Takeuchi et al., 1989).
Ebenso erhöht sich die Gefäßpermeabilität (Wijeyaratne et al., 1993).
An der Niere wird die afferente glomeruläre Arteriole unter dem Einfluß von ANP dila-
tiert, während sich die efferente glomeruläre Arteriole kontrahiert. Dadurch nimmt der
Filtrationsdruck zu, die glomeruläre Filtrationsrate steigt, so daß sich die Natrium- und
Wasser-Ausscheidung erhöht (Watanabe et al., 1994). Durch eine Hemmung der Natri-
um- und Wasser-Reabsorption im proximalen Tubulus und des aktiven Na+-Ionen-
Transports im Sammelrohr wird die Natri- und Diurese noch verstärkt, wobei es zu kei-
nen Kaliumverlusten kommt (Biollaz et al., 1987).
Ferner besitzt ANP antagonistische Wirkung gegenüber anderen vasoaktiven Substan-
zen: So hemmt es die Renin- und Aldosteron-Synthese und -Freisetzung, die durch den
Sympathikus vermittelte Noradrenalin-Freisetzung wird verringert, ebenso erfolgt eine
Verminderung der Freisetzung von Endothelin und Vasopressin (Rang et al., 1995 b).
Anfänglich nahm man an, daß die essentielle Hypertonie mit einem ANP-Mangel ein-
hergehen würde. Dem ist aber nicht so. Bei einigen Formen experimenteller Hyperto-
nie und bei der primären Hypertonie fand man erhöhte ANP-Spiegel mit einer Verstär-
kung der Natriurese (Sørensen et al., 1989), was als Kompensationsmechanismus ge-
genüber dem erhöhten systemischen Blutdruck zu werten ist.
22
1.2.4 Endogenes Ouabain
Das Endogene Ouabain (EO) ist ein polares Steroid-Isomer des Glykosids Ouabain. Es
unterscheidet sich von diesem in Lage und Ausrichtung von zwei Hydroxylgruppen des
Steroid-Gerüstes. Außer dem Steroid-Gerüst besitzt das EO noch einen Rhamnose-An-
teil und einen β-Lacton-Ring, der für die biologische Aktivität wichtig ist (Hamlyn et al,
1996).
Die Synthese des EO mit seiner sich daran anschließenden Sekretion findet in der Zona
glomerulosa der Nebenniere statt (Laredo et al, 1995). EO wird nicht in großen Men-
gen gespeichert, sondern nach Stimulation de novo synthetisiert und umgehend freige-
setzt. Vasopressin und α1-Adrenozeptor-Agonisten stimulieren die EO-Sekretion in hu-
manen klonalen Zell-Linien, auch ACTH und Ang II tun dies in bovinen adrenalen Zell-
Kulturen (Laredo et al, 1994).
Das EO ist ein reversibler Hemmstoff der Na+/K+-ATPase mit vasopressorischer
(Woolfson et al., 1990), natriuretischer (Yates et al., 1995) und positiv inotroper Wir-
kung (Vassallo et al., 1998). Durch diese Hemmung der Na+/K+-ATPase erhöht sich die
intrazelluläre Na+-Konzentration, so daß daraufhin der Na+/Ca2+-Austausch stimuliert
wird. Nachfolgend kommt es zu einer Erhöhung der zytosolischen Ca2+-Konzentration
und der intrazellulär gespeicherten Ca2+-Ionen. Dies geschieht vor allen Dingen in glat-
ten Gefäßmuskelzellen, Endothelzellen und Neuronen, die den Gefäßtonus beeinflussen
(Blaustein et al., 1996).
So führt EO peripher an glatten Gefäßmuskelzellen direkt zu einer Gefäßtonuserhöhung
der Arteriolen, und zentral im Hirnstamm und im Hypothalamus kommt es durch EO zu
einer Aktivierung des sympathischen Nervensystems mit einer nachfolgenden indirek-
ten Erhöhung des peripheren Gefäßwiderstandes (Huang et al., 1992).
Ferner kann EO die Aldosteron-Synthese abhängig von der extrazellulären K+-Konzen-
tration z.B. bei 3,6-5,4 mmol/l stimulieren oder bei 7 mmol/l hemmen (Szalay et al.,
1993).
23
Erhöhte Konzentrationen von EO findet man bei adrenaler Überfunktion, so z.B. beim
primären Hyperaldosteronismus (Rossi et al., 1995), oder sekundär bei einer verminder-
ten renalen Ausscheidung. 30-45 % der Patienten mit essentieller Hypertonie, die der
kaukasischen Rasse angehören, haben erhöhte EO-Konzentrationen (Hamlyn et al.,
1998).
An Ratten konnte gezeigt werden, daß eine anhaltende Erhöhung des zirkulierenden
Ouabains zur Hypertonie führt. Nach Gabe von Digoxin normalisierte sich der Blut-
druck wieder in diesen Tieren, so daß daraus geschlossen werden kann, daß in diesen
Ratten Digitalis-Glykoside funktionelle Antagonisten des Ouabains sind (Hamlyn et al.,
1996).
1.2.5 Endothelin-1
Endothelin-1 (ET-1) ist ein Peptid aus 21 Aminosäuren, das Yanagisawa 1988 als erster
aus kultivierten Endothelzellen der Aorta isolierte (Yanagisawa et al., 1988). Vorläu-
fer-Protein ist das Präpro-Endothelin, bestehend aus 212 Aminosäuren, aus dem das
Big-Endothelin-1 entsteht, welches wiederum durch das Endothelin-converting enzyme
ECE in Endothelin-1 umgewandelt wird (Rang et al., 1995 e).
Bis jetzt gibt es drei Endothelin-Gene, und zwar das für ET-1, das beim Menschen und
bei Ratten, Schweinen und Kaninchen vorkommt, das für Endothelin-2, das nur beim
Menschen existiert, und das für Endothelin-3, das Menschen und Ratten besitzen (Goto
et al., 1996).
ET-1 ist das einzige Endothelin der Endothelzellen. Endothelin-2 kommt vor allem in
epithelialen Nierenzellen und im Gastro-Intestinal-Trakt vor, und Endothelin-3 findet
man in bronchialen Epithelzellen, in der Nebenniere, im Gehirn und auch im Magen-
Darm-Kanal (Kolb et al., 1991). Höchste Konzentrationen an Endothelinen werden in
Niere, Lunge, Herz, Milz, Schilddrüsenfollikel und Hypothalamus gemessen, während
man im Blut nur niedrige Konzentrationen vorfindet. Daraus schließt man, daß Endo-
theline eher eine parakrine und autokrine als eine systemische Wirkungsweise besitzen
(Frelin et al., 1994).
24
Die ET-1-Synthese wird durch PDF (platelet-derived factors), Thrombin, den Zytokinen
Transforming growth factor und Interleukin-1, Ang II, Vasopressin, Adrenalin und In-
sulin und bei Hypoxie/Anoxie stimuliert. Gehemmt wird die ET-1-Bildung durch er-
höhte intrazelluläre cGMP-Konzentrationen, z.B. durch EDRF (endothelium-derived
relaxing factor), Prostazyklin und SMCDIF (smooth muscle cell-derived inhibitory fac-
tor) (Rang et al., 1995 e).
ET-1 ist der am stärksten wirksame Vasokonstriktor, 100-mal stärker als Noradrenalin,
und die Stärke der Vasokonstriktion ist von der Dosis an ET-1 abhängig (Miyauchi et
al., 1990). Es kommt zu einer lang andauernden Blutdruckzunahme durch die direkte
ET-1-Wirkung auf glatte Gefäßmuskelzellen nach einer vorausgegangenen Blutdruck-
senkung, initiiert durch EDRF und Prostazyklin. Diese ET-1-vermittelte Vasokonstrik-
tion ist durch erhöhte cGMP-Spiegel hemmbar (Vanhoutte et al., 1993).
Ferner kommt es durch ET-1 auch zur Kontraktion glatter Muskelzellen von Trachea,
Uterus und Gastro-Intestinal-Trakt. Am Herzen wirkt es positiv inotrop, und zwar wird
die isometrische Kraft erhöht und die Actomyosin-ATPase-Aktivität verringert (Wine-
grad et al., 1997). Ferner führt ET-1 zur Proliferation glatter Muskelzellen, zur Herzhy-
pertrophie und zur Fibrose.
Die Freisetzung einiger Hormone wird durch ET-1 stimuliert, nämlich die von Adrena-
lin, Aldosteron, ANP, hypothalamischen und hypophysären Hormonen. In vitro konnte
jedoch gezeigt werden, daß ET-1 die Renin-Freisetzung hemmen kann (Lerman et al.,
1990). Die durch Noradrenalin- und Serotonin-vermittelten Gefäßkontraktionen können
durch ET-1 verstärkt werden (Luscher et al., 1993), und am Sammelrohr der Niere
hemmt ET-1 die Wasser-Reabsorption durch Vasopressin.
Die Endothelin-Rezeptoren gehören auch zur großen Familie der G-Protein-Rezeptoren
mit den sieben transmembranösen Domänen (Miller et al., 1993). Man konnte sie in
vielen verschiedenen Geweben nachweisen, so z.B. in Blutgefäßwänden, Nieren (vor al-
lem efferenten Arteriolen), Nebennieren, Herzmuskel, Lunge, Milz und Gastro-Intesti-
nal-Trakt (Rang et al., 1995 e).
Die Rezeptoren werden in drei Untergruppen aufgeteilt, und zwar in ETA, ETB und
ETC, wobei der ETB-Rezeptor die Subtypen ET B1 und ETB2 besitzt (Ortega-Mateo et al.,
1997).
25
ETA- und ETB2-Rezeptoren besitzen eine hohe Affinität für ET-1 und Endothelin-2, je-
doch eine niedrige Affinität für Endothelin-3. Die Signalübertragung an diesen beiden
Rezeptoren geschieht über eine Stimulation der Phospholipase C mit nachfolgender Er-
höhung des intrazellulären Kalziums (Pollock et al., 1995). ETA- und ETB2-Rezeptoren
sind an glatten Muskelzellen lokalisiert, so daß Vaso- und Bronchokonstriktion über sie
vermittelt werden (La et al., 1995). Ferner erfolgt auch die Stimulation der Aldosteron-
Synthese über diese Rezeptoren (Stojilkovic et al., 1996).
ETB1- und ETC-Rezeptoren besitzen für alle drei Endotheline eine etwa gleich hohe Af-
finität. Sie sind an glatten Gefäßmuskelzellen lokalisiert, und die Signaltransduktion
findet über die Phospholipase A2 mit Hilfe des Arachidonsäure-Metabolismus statt
(Douglas et al., 1997). So erfolgt an diesen Rezeptoren vermittelt durch Prostazyklin
und EDRF eine transiente Vasodilatation (Haynes et al., 1998).
In experimentellen Studien konnte gezeigt werden, daß ET-1 weder an der normalen
Blutdruckregulation noch an der Pathogenese der Hypertonie beteiligt ist, sondern viel-
mehr an Vasospasmen. Erhöhte ET-1-Plasmaspiegel findet man bei Koronaratheroskle-
rose, Angina pectoris, akutem Myokardinfarkt (Cesari et al.,1996) und bei jungen Über-
gewichtigen (Licata et al., 1993). Bei Atherosklerose und bei pulmonaler Hypertonie ist
die ET-1-Synthese gesteigert (Luscher et al., 1992 b). Tierexperimentell konnte gezeigt
werden, daß ET-1 eine Koronarvasokonstriktion bewirkt und bei höheren Dosen zum
Ventrikelfibrillieren mit nachfolgendem Tod führt (Cesari et al., 1996).
1.2.6 Endothelium-derived relaxing factor
Endothelium-derived relaxing factor (EDRF) ist identisch mit Stickstoffmonooxid (NO)
(Palmer et al., 1987). Es entsteht bei der enzymatischen Reaktion aus molekularem
Sauerstoff und L-Arginin durch das Flavoprotein NO-Synthase. Die NO-Synthase be-
findet sich vor allem im Endothel, in renalen Mesangiumzellen und Thrombozyten.
Synthese und Freisetzung von EDRF geschehen aufgrund von Scherkräften des Blut-
stroms am Endothel (mechanischer Stimulus) oder nach Stimulation durch Acetylcho-
lin, Bradykinin, Serotonin, ATP, ADP, Substanz P und Thrombin (Rang et al., 1995
g).
26
EDRF aktiviert die gelöste Guanylatzyklase der glatten Gefäßmuskelzellen, welches ein
parakriner Vorgang ist. Durch den Konzentrationsanstieg an cGMP verringert sich die
intrazelluläre Kalzium-Konzentration (Schulz et al., 1999). Es kommt zur Vasodilatati-
on, vor allem von Kapazitätsgefäßen, so daß der total periphere Widerstand und der sys-
temische Blutdruck beeinflußt werden (Arnal et al., 1999). Eine tonische Produktion
von NO hält nicht nur zerebrale Gefäße in einem dilatierten Zustand (Faraci et al.,
1998), sondern trägt auch zur Homöostase von pulmonalen (Singh et al., 1997) und ko-
ronaren Gefäßen (Lyons et al., 1997) bei.
Ferner relaxieren durch NO Magen und innerer Analsphinkter, und die Adhäsion und
die Aggregation von Thrombozyten, neutrophilen Granulozyten und Monzyten werden
gehemmt. Außerdem wirkt sich NO über seinen Mediator cGMP hemmend auf die
Zellproliferation aus (Rang et al., 1995 g).
Bezüglich EDRF und der primären Hypertonie gibt es Hinweise, daß die NO-Biosyn-
these bei Männern mit Hypercholesterinämie (Chowienczyk et al., 1994), bei Diabetes
mellitus-Patienten mit Mikroalbuminurie (Elliott et al., 1993) und bei arterieller Hyper-
tonie verringert ist.
1.2.7 Kallikrein-Kinin-System
Kallikreine sind proteolytische Enzyme, auch Kininogenasen genannt, die für die Bil-
dung der Kinine aus Kininogenen verantwortlich sind. Kininogene sind Proteine der α-
Globulinfraktion, und sie werden aufgrund ihres Molekulargewichts in High Molecular
Weight- (HMW-, MR = 110000) und Low Molecular Weight- (LMW-, MR = 70000) Ki-
ninogene eingeteilt. Die Kinine Kallidin, ein Dekapeptid, und Bradykinin, ein Nona-
peptid, unterscheiden sich nur in jener 10. Aminosäure, nämlich dem Lysin (Rang et al.,
1995 c).
Prekallikrein ist der inaktive Precursor des Kallikreins, und die Aktivierung geschieht
durch den Faktor XII des Blutgerinnungssystems. Gewebeständige Kallikreine spalten
LMW- und HMW-Kininogene zu Kallidin, während plasmatische Kallikreine HMW-
Kininogene zu Bradykinin umwandeln. Ferner kann Kallikrein auch das Komplement-
system aktivieren und Plasminogen in Plasmin überführen (Rang et al., 1995 c).
27
Die Kininasen I und II bauen Kallidin und Bradykinin ab. ACE ist mit der Kininase II
identisch, und es spaltet das Bradykinin in inaktive Fragmente. Die Affinität des ACE
für Bradykinin ist zweimal größer als für Ang I (Hornig et al., 1997).
Die Kinine bewirken eine Vasodilatation mit nachfolgender Blutdrucksenkung, zum ei-
nen aufgrund einer Stimulation der Phospholipase A2 mit einem Anstieg des Prostazyk-
lins (Schror et al., 1992), zum anderen aufgrund einer NO-Freisetzung (Vanhoutte et al.,
1995). Auch die Gefäßpermeabilität wird durch Kinine erhöht (Rang et al., 1995 c).
Bradykinin kann ferner zur Bronchokonstriktion (Steranka et al., 1989) und zu einer
langsamen und anhaltenden Kontraktion glatter Muskulatur von Darm und Uterus füh-
ren (Rang et al., 1995 c).
Die Bradykinin-Rezeptoren werden in die zwei Untergruppen B1 und B2 eingeteilt. Die
Unterscheidung erfolgt mit Hilfe der Kininase I-Spaltprodukte, da diese die B1-Rezepto-
ren stimulieren können. Die B2-Rezeptoren sind an G-Proteine gekoppelt und werden
nicht von Kinin-Spaltprodukten aktiviert (Regoli et al., 1993).
Der Beweis, daß das Kallikrein-Kinin-System, das bei Natrium-Restriktion aktiviert
wird (Kuo et al., 1997), als Blutdruckregulator fungiert, fehlt. Bei einigen Formen der
experimentellen Hypertonie und bei der essentiellen Hypertonie ist eine reduzierte rena-
le Ausscheidung von Kallikrein gefunden worden, was mit einer Abnahme der renalen
und der systemischen Kinin-Konzentration einhergeht (Katori et al., 1996). Eine ACE-
Konzentrationserhöhung, die zur Hypertonie führt, geht einher mit einer Abnahme der
Vasodilatatoren Bradykinin und Prostaglandin E und mit einer Zunahme des Vasokon-
striktors Ang II (Sharma et al., 1988).
1.2.8 Neuropeptid Y
Der Neurotransmitter Neuropeptid Y (NY) ist ein 36 Aminosäuren-umfassendes, an Ty-
rosin reiches Peptid. Es wurde zuerst in Extrakten aus Gehirnen von Schweinen ent-
deckt. Die Synthese mit anschließender Sekretion findet im Nebennierenmark statt, und
es ist im zentralen und peripheren Nervensystem weit verbreitet (Gehlert et al., 1994).
Vor allem in postganglionären sympathischen Neuronen, z.B. an Blutgefäßen, ist NY
lokalisiert, und zwar dort zusammen mit Noradrenalin (Franco-Cereceda et al., 1998).
28
Ferner konnte man es in folgenden Geweben nachweisen: Magen-Darm-Trakt, Pank-
reas, Bronchien, Lunge, Haut, Urogenitaltrakt, Herz und Blutgefäße (Polak et al., 1984).
NY ist ein Vasokonstriktor mit direkten, lang andauernden pressorischen Effekten. Als
Co-Transmitter von Noradrenalin an vielen zentralen und peripheren sympathischen
Neuronen potenziert es den vasokonstriktiven Effekt zum einen von Noradrenalin, und
zum anderen natürlich von Tyramin, einem indirekten Sympathomimetikum (Shine et
al., 1994). Bei hoher Stimulationsfrequenz der sympathischen Neurone wird im Ver-
gleich zu Noradrenalin relativ mehr NY freigesetzt (Lundberg et al., 1987). Auch die
vasokonstriktiven Eigenschaften von Angiotensin II werden durch NY verstärkt.
Ferner hemmt es zwar auf der einen Seite die Freisetzung von Noradrenalin und Renin
(Shine et al., 1994), jedoch stimuliert es auf der anderen Seite die Freisetzung von Va-
sopressin aus dem Hypophysenhinterlappen (Larsen et al., 1994). Auch konnte man
NY nachweisen, daß es die Proliferation glatter Gefäßmuskelzellen stimuliert, was zur
vaskulären Hypertrophie führen kann (Zukowska-Grojec et al., 1995).
Die NY-Rezeptoren werden in die sechs Subtypen Y1 bis Y6 eingeteilt. Die Y1-, Y2-
und Y5-Rezeptoren sind die endogenen Bindungsstellen für NY beim Menschen, und
sie gehören alle drei zur großen Familie der G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (Ingen-
hoven et al., 1999).
Der postsynaptische Y1-Rezeptor vermittelt die Vasokonstriktion und die Potenzierung
von Noradrenalin und beeinflußt hierüber die Kontrolle des Blutdruckes. Die Signal-
transduktion an diesem Rezeptor findet über eine Hemmung der Adenylatzyklase mit
anschließender Erhöhung der intrazellulären Ca2+-Ionen-Konzentration statt (Shine et
al., 1994).
Über den präsynaptischen Y2-Rezeptor verläuft die Hemmung der Freisetzung von Neu-
rotransmittern im ZNS. Dies geschieht über eine Hemmung der Mobilisation von intra-
zellulären Ca2+-Ionen (Gehlert et al., 1994).
Bei Patienten mit essentieller Hypertonie werden erhöhte NY-Plasmaspiegel gemessen
(Grundemar et al., 1993). Streß ist ein etablierter Risikofaktor für die Entwicklung ei-
ner essentiellen Hypertonie. Zum einen werden auch unter Streß höhere NY-Plasma-
29
spiegel gemessen, und zum anderen stimuliert Streß die NY-Freisetzung aus sympathi-
schen Nerven und dem Nebennierenmark (Zukowska-Grojec et al., 1995).
1.2.9 Prostanoide
Die Prostanoide setzen sich zusammen aus den Prostaglandinen (PG) und den Throm-
boxanen (TX). Sie sind Derivate der Arachidonsäure, einer vierfach ungesättigten Fett-
säure mit 20 Kohlenstoffatomen, die im veresterten Zustand in Phospholipiden und in
Glyceriden der Zellmembranen vorkommt (Rang et al., 1995 d).
Die Freisetzung der Arachidonsäure erfolgt durch Spaltung der Esterbindung mit Hilfe
der Phospholipase A2 oder der Enzymkombination Phospholipase C mit Diacylglycerol-
lipase. Stimuli für eine solche Arachidonsäure-Generierung sind Thrombin, Bradyki-
nin, der Komplementfaktor C5a, Antigen-Antikörper-Reaktionen und Zellschäden.
Der nächste Schritt der Prostanoid-Biosynthese wird durch die Cyclooxygenase (COX)
katalysiert, einem Enzym, das an das endoplasmatische Retikulum gebunden ist, und
welches in zwei unterschiedlichen Formen vorkommt: zum einen als COX-1, einem
konstitutiven Enzym, das in den meisten Zellarten immer anwesend ist, und zum ande-
ren als COX-2 bei Enzyminduktion nach Entzündungsstimulus in Entzündungszellen.
Die Arachidonsäure wird durch die COX oxidiert und zyklisiert, so daß die beiden in-
stabilen zyklischen Endoperoxide PGG2 und PGH2 als Prostanoid-Vorstufen entstehen
(Rang et al., 1995 d).
Als nächstes geschieht dann die Synthese der PG und TX, so z.B. entstehen TXA2 in
Thrombozyten, PGI2, auch Prostazyklin genannt, im Endothel und in glatten Gefäßmus-
kelzellen, PGE2 in Makrophagen, PGD2 in Mastzellen und ferner auch PGF2α. Die Syn-
these von PGI2 wird durch Ang II stimuliert (Rang et al., 1995 d).
Bezüglich der Indices ist zu vermerken, daß sich die Zahl auf die Anzahl der Doppel-
bindungen und sich der griechische Buchstabe auf die Orientierung der Hydroxylgrup-
pe bezieht.
Der Abbau der PG erfolgt durch Prostaglandin-spezifische Enzyme, wobei eine hohe
Abbauenzymkonzentration in der Lunge vorliegt, mit anschließender renaler Ausschei-
dung der Prostaglandinmetabolite (Rang et al., 1995 d).
30
Jedes natürliche Prostanoid besitzt seinen eigenen Rezeptor, so daß man fünf Unter-
gruppen unterscheidet, nämlich TP-, IP-, EP-, DP- und FP-Rezeptoren. Die PGE2-Re-
zeptoren werden ferner in vier Subtypen eingeteilt, und zwar EP1- bis EP4-Rezeptoren
(Negishi et al., 1995).
An den TP-, EP1- und FP-Rezeptoren geschieht die Signaltransduktion über eine Stimu-
lation der Phospholipase C mit anschließender Erhöhung der intrazellulären Ca2+-Ionen-
Konzentration. Eine Stimulation der Adenylatzyklase mit Erhöhung des cAMP-Spie-
gels erfolgt an den IP-, EP2- und DP-Rezeptoren. Der EP2-Rezeptor ist an ein G-Protein
gekoppelt. Am EP3-Rezeptor kommt es hingegen zu einer Hemmung der Adenylatzyk-
lase mit konsekutiver Senkung der cAMP-Konzentration (Ashby et al., 1994).
TXA2 vermittelt über seinen TP-Rezeptor eine Vasokonstriktion, Thrombozytenaggre-
gation und Bronchokonstriktion (Lardy et al., 1994).
PGI2 führt über seinen IP-Rezeptor zur Vasodilatation (Zucker et al., 1998), Thrombo-
zytenaggregationshemmung und Reninfreisetzung.
Aufgrund von PGE 2 kommt es zu einer Natriurese durch Effekte auf die tubuläre Natri-
umrückresorption, zu einer Abnahme des renalen Gefäßwiderstandes und zu einer Zu-
nahme des renalen Blutflusses (Villa et al., 1997). Ferner läßt PGE 2 über den EP1-Re-
zeptor glatte bronchiale und gastro-intestinale Muskulatur kontrahieren. Über den EP2-
Rezeptor kommt es zur Vasodilatation (Ohno et al., 1999), Bronchodilatation und Rela-
xation glatter gastro-intestinaler Muskulatur. Außerdem ist der EP3-Rezeptor für die
Hemmung gastraler Säuresekretion, für eine Erhöhung der gastralen Schleimsekretion,
für die Stimulation der Kontraktion des Schwangerenuterus, für die Inhibition sympathi-
scher Noradrenalin-Freisetzung (Schmid et al., 1995), für die Kontraktion glatter gastro-
intestinaler Muskeln und für die Lipolysehemmung verantwortlich.
PGD2 vermittelt über seinen DP-Rezeptor eine Vasodilatation (Walch et al., 1999), eine
Hemmung der Thrombozytenaggregation, eine Relaxation des Uterus und der gastro-in-
testinalen Muskulatur und eine Modifikation der Freisetzung hypothalamischer-hypo-
physärer Hormone. Ferner kann PGD2 am TP-Rezeptor eine Bronchokonstriktion ver-
anlassen (Johnston et al., 1995).
PGF2α führt über den FP-Rezeptor zur Vasokonstriktion (Li et al., 1997) und zu Myo-
metriumkontraktionen.
31
Außerdem können Prostaglandine die durch Histamin (Ohya et al., 1985) und Bradyki-
nin (Bray et al., 1981) initiierte Gefäßpermeabilität an postkapillären Venolen potenzie-
ren.
Dem Prostaglandin-System kann keine eindeutige Rolle bei der Entstehung der primä-
ren Hypertonie zugeschrieben werden (Nasjletti et al., 1979).
1.2.10 Purine
1.2.10.1 Adenosin
Schon in den zwanziger Jahren fand man im Tierversuch heraus, daß das Nukleosid
Adenosin zur Vasodilatation mit nachfolgendem Blutdruckabfall und zur Hemmung der
Magen-Darm-Bewegungen führen kann. Bis heute ist die Rolle des Adenosins noch
nicht klar: Seine Funktion als lokales Hormon bzw. lokaler Modulator ist möglich, je-
doch ist es kein konventioneller Transmitter (Rang et al., 1995 h).
Die Adenosin-Rezeptoren wurden früher als P1-Rezeptoren bezeichnet, jetzt erfolgt die
Einteilung in A1-, A2-, A3- und A4-Rezeptoren. Diese Rezeptoren sind für die Nukleoti-
de AMP, ADP und ATP nicht sensitiv (Tucker et al., 1993).
Über den A1-Rezeptor kommt es zur Vasokonstriktion in der Niere (Aki et al., 1997),
zur Bronchokonstriktion und zu negativ chronotropen, inotropen und dromotropen Ef-
fekten (Shryock et al., 1997). Der A2-Rezeptor vermittelt eine Vasodilatation, auch der
Koronargefäße (Lew et al., 1999), mit nachfolgendem Blutdruckabfall, eine Thrombo-
zytenaggregationshemmung und eine Stimulation nozizeptiver afferenter Neurone.
Die Signaltransduktion läuft bei diesen beiden Rezeptoren über die Adenylatzyklase:
Am A1-Rezeptor wird dieses Enzym gehemmt (Walker et al., 1998), während es am A2-
Rezeptor stimuliert wird (Diamond et al., 1991), so daß der cAMP-Spiegel je nach dem
fällt oder steigt.
32
1.2.10.2 Adenosintriphosphat
Das Nukleotid Adenosintriphosphat (ATP) besitzt neben seiner Rolle im Energiemeta-
bolismus die Funktion als Neurotransmitter im peripheren und zentralen Nervensystem.
Ferner ist es Co-Transmitter in noradrenergen Nervenendigungen, und auch synaptische
Vesikel cholinerger Neurone besitzen ATP. Die ATP-Freisetzung nach Nervenstimula-
tion ist Ca2+-abhängig (Rang et al., 1995 h).
Die ATP-Rezeptoren werden als P2-Rezeptoren bezeichnet und in die Subtypen P2X,
P2Y, P2T, P2Z und P2S eingeteilt (Stone et al., 1991). Der P2X-Rezeptor ist ein unselekti-
ver Ionenkanal für Na+-, K+- und Ca2+-Ionen, der P2Y-Rezeptor hingegen ist an einen G-
Protein-Komplex gekoppelt (Housley et al., 1998). Die Selektivität für die P2-Rezepto-
ren nimmt von ATP über ADP zu AMP ab.
Mit Hilfe der P2X-Rezeptoren vermittelt ATP seine vasokonstriktiven Eigenschaften
(Valera et al., 1994). ADP führt durch eine Stimulation von ADP-selektiven P2-Rezep-
toren an Thrombozyten zu deren Aggregation (Leon et al., 1999).
1.2.10.3 Diadenosinpolyphosphate
Die verschiedenen Diadenosinpolyphosphate unterscheiden sich nur in der Anzahl ihrer
Phosphatgruppen (ApnA mit n = 2 bis 8). Über ihre in vivo-Biosynthese ist bisher
nichts bekannt, nachweisen konnte man sie jedoch in einer ganzen Reihe von unter-
schiedlichen Geweben: Blutplasma, Thrombozyten (Schlüter et al., 1994), Herzen, Pla-
zentae, Hepatozyten, Nebennieren und ZNS.
Ap5A und Ap6A, die z.B. während Thrombozytenaggregation freigesetzt werden, besit-
zen P2X-Rezeptor-vermittelte vasokonstriktorische Potenz in verschiedenen Geweben,
so in der isolierten perfundierten Nierenarterie der Ratte (van der Giet et al., 1997), in
der isolierten perfundierten Mesenterialarterie der Ratte (Ralevic et al., 1995) und in der
isolierten humanen Nabelschnurvene (Davies et al., 1995).
33
Ap2A und Ap3A können nach einer Vorkontraktion zur Vasodilatation führen, so z.B.
P2Y-Rezeptor-vermittelt in der Mesenterialarterie der Ratte (Ralevic et al., 1995) und
A2-Rezeptor-vermittelt in der Nierenarterie der Ratte (van der Giet et al., 1997).
Ap4A kann je nach Gewebeart sowohl als Vasokonstriktor als auch als Vasodilatator
wirken.
An Herzpräparationen von Menschen und Meerschweinchen besitzt Ap6A negativ chro-
notrope und inotrope Wirkung, die A1-Rezeptor vermittelt ist (Vahlensieck et al., 1996),
und in Ratten führt es zur Steigerung der Diurese und Natriurese (Hohage et al., 1996).
Ferner können Ap5A und Ap6A die zytosolische Ca2+-Ionen-Konzentration in humanen
Fibroblasten (Tepel et al., 1996 b) und in kultivierten Mesangiumzellen der Ratte (Tepel
et al., 1996 a) erhöhen, ein Vorgang, der auch über den P2X-Rezeptor läuft. Außerdem
stimulieren Ap4A, Ap5A und Ap6A die Ca2+-Ionen-Freisetzung aus dem sarkoplasmati-
schen Retikulum von Skelettmuskelzellen (Morii et al., 1992).
Auch wachstumsfördernde Potenz von Ap3A, Ap4A, Ap5A und Ap6A auf Mesangium-
zellen der Ratte konnte beschrieben werden (Schulze-Lohoff et al., 1995; Heidenreich
et al., 1995).
1.2.11 Serotonin
Serotonin, seine biochemische Bezeichnung ist 5-Hydroxytryptamin (5-HT), fungiert
als Neurotransmitter und lokales Hormon. Identifizieren konnte man es im Gastro-In-
testinal-Trakt, hier vor allen Dingen in den enterochromaffinen Zellen, die 90 % der to-
talen Körpermenge an 5-HT beherbergen, und in den Ganglienzellen des Plexus myen-
tericus, ferner im ZNS, hier besonders im Mesenzephalon, und außerdem im periphe-
ren Gefäßsystem, z.B. in Thrombozyten (Rang et al., 1995 f).
Grundbaustein seiner Biosynthese ist die essentielle Aminosäure Tryptophan, woraus
nach einem ersten Schritt der Hydroxylierung mit Hilfe der Tryptophan-Hydroxylase
und einem zweiten Schritt der Decarboxylierung durch unspezifische Decarboxylasen
5-HT entsteht. Syntheseorte sind zum einen die chromaffinen Zellen und zum anderen
Neurone, jedoch nicht Thrombozyten (Rang et al., 1995 f). Diese akkumulieren 5-HT
aus dem Blutplasma über einen aktiven Transportmechanismus und setzen es bei Blut-
plättchenaggregation wieder frei (Vanhoutte et al., 1991).
34
Im Endothel geschieht der Abbau von 5-HT zu 5-Hydroxyindolessigsäure mit den ab-
bauenden Enzymen Monoaminooxidase-Isoenzym B und Aldehyddehydrogenase.
Schließlich wird 5-Hydroxyindolessigsäure über die Nieren ausgeschieden (Vanhoutte
et al., 1991).
Die 5-HT-Rezeptoren werden in vier Untergruppen klassifiziert, nämlich 5-HT1 bis 5-
HT4. Ferner werden noch die 5-HT1- und 5-HT2-Rezeptoren dem Gewebeverteilungs-
muster entsprechend in jeweils drei Subtypen eingeteilt, und zwar in 5-HT1A und 5-
HT1B im ZNS, in 5-HT1D an zerebralen Gefäßen, in 5-HT2A an glatten Muskeln und
Thrombozyten, in PNS und ZNS, in 5-HT2B am Magenfundus und in 5-HT2C im ZNS.
Der 5-HT3-Rezeptor befindet sich an nozizeptiven, sensorischen Neuronen und enteri-
schen Neuronen des PNS und im ZNS, während der 5-HT4-Rezeptor im Magen-Darm-
Kanal und im ZNS vorgefunden wird (Brodde et al., 1990).
Bis auf den 5-HT3-Rezeptor, der direkt an Kationenkanäle gebunden ist, sind alle Re-
zeptoren an G-Proteine gekoppelt: Beim 5-HT1-Rezeptor kommt es zu einer Inhibition
der Adenylatzyklase mit einem Abfall des cAMP-Spiegels, am 5-HT2-Rezeptor wird die
Phospholipase C stimuliert, und durch eine Aktivierung der Adenylatzyklase erfolgt am
5-HT4-Rezeptor ein Anstieg der cAMP-Konzentration (Brodde et al., 1990).
An großen Arterien und Venen kann es durch eine direkte Wirkung auf glatte Gefäß-
muskelzellen über den 5-HT2A-Rezeptor zur Vasokonstriktion kommen (Watts et al.,
1998). Eine Vasodilatation an diesen Gefäßen ist mit Hilfe von 5-HT1-Rezeptoren
möglich (Frishman et al., 1995) , zum einen vermittelt durch eine NO-Freisetzung aus
dem Endothel mit anschließender Relaxation der glatten Gefäßmuskeln (Boulanger et
al., 1997), und zum anderen durch eine Hemmung der Noradrenalin-Freisetzung an
sympathischen Nervenendigungen (Rang et al., 1995 f).
An der Mikrozirkulation läßt sich nach Wirkung von 5-HT folgendes beobachten: Es
kommt zu einer Vasodilatation der Arteriolen (Alsip et al., 1996) und zu einer Vasokon-
striktion der Venolen (Reilly et al., 1991) mit nachfolgender Erhöhung des Kapillar-
druckes und Flüssigkeitsexsudation aus den Kapillaren. Ferner steigt die Kapillarper-
meabilität für Proteine (Alsip et al., 1996).
35
So lassen sich dann auch die Blutdruckänderungen nach i.v.-Injektion von 5-HT folgen-
dermaßen erklären: Zuerst erfolgt eine Blutdrucksteigerung durch die Vasokonstriktion
großer Gefäße und danach ein Blutdruckabfall aufgrund arteriolärer Vasodilatation und
Blutverlusten in den paravasalen Raum (Rang et al., 1995 f).
Neben dem 5-HT2A-Rezeptor kann auch der 5-HT1B-Rezeptor zur Vasokonstriktion füh-
ren, und zwar an zerebralen Gefäßen (Nilsson et al., 1999).
Außerdem führt der 5-HT2A-Rezeptor an Thrombozyten zu deren Aggregation (Pawlak
et al., 1998) und an den Bronchien zur Bronchokonstriktion (Szarek et al., 1995).
Am Gastro-Intestinal-Trakt erfolgt durch 5-HT eine Stimulation der Peristaltik, zum ei-
nen durch einen direkten Effekt auf die glatten Muskelzellen, und zum anderen durch
einen exzitatorischen Effekt auf enterische Neurone, vermittelt durch die 5-HT4-Rezep-
toren (Galligan et al., 1996). Am Magenfundus erzielt 5-HT über den 5-HT2B-Rezeptor
eine Kontraktion (Rang et al., 1995 f).
Ferner ist 5-HT in der Lage, über 5-HT3-Rezeptoren nozizeptive, sensorische Nervenen-
digungen zu stimulieren (Eide et al., 1993).
In der Entstehung der essentiellen Hypertonie konnte 5-HT bisher keine bestimmte
Funktion zugewiesen werden (Robertson et al., 1990).
1.2.12 Vasopressin
Vasopressin, auch Antidiuretisches Hormon (ADH) genannt, ist ein Hormon des Hypo-
physenhinterlappens. Es ist ein Nonapeptid mit einer Disulfidbrücke zwischen den
Aminosäuren an Position eins und sechs, die für seine physiologische Aktivität wichtig
ist. Oxytocin, ein anderes Peptidhormon des Hypophysenhinterlappens, unterscheidet
sich vom ADH in nur zwei Aminosäuren, nämlich an Position drei besitzt es Isoleucin
statt Phenylalanin und an Position acht Leucin statt Arginin.
Die Synthese des ADH findet in den magnozellulären Neuronen des vorderen Hypotha-
lamus statt, und nach seinem Transport durch die Neuronenaxone wird es in sekretori-
schen Granula der Nervenendigungen gespeichert (Rang et al., 1995 a).
Die Inaktivierung des ADH, 33 % wird renal ausgeschieden, geschieht vor allen Dingen
durch gewebsständige Peptidasen in der Leber, so daß es eine Halblebenszeit von 10
min besitzt (Rang et al., 1995 a).
36
Die Freisetzung des ADH, die durch Exozytose in die Blutbahn erfolgt, kann durch
zwei unterschiedliche Mechanismen initiiert werden: Zum einen ist es eine erhöhte
Plasmaosmolalität von größer als 287 mosm/kg, normal sind 282 mosm/kg, und zum
anderen ein reduziertes extrazelluläres Volumen. Die Plasmaosmolalität wird von hy-
pothalamischen Osmorezeptoren gemessen, die sich an Nuclei befinden, die in der Nähe
der magnozellulären Neurone liegen. Bei reduziertem extrazellulärem Volumen läuft
der Stimulus über das RAS, da Ang II die ADH-Freisetzung veranlaßt. Das Signal des
extrazellulären Volumens ist stärker als das osmotische Signal. Gehemmt wird die
ADH-Sekretion natürlich durch eine reduzierte Plasmaosmolalität und durch ein erhöh-
tes extrazelluläre Volumen (Norsk et al., 1996).
Azetylcholin stimuliert die ADH-Freisetzung über nikotinerge Rezeptoren an den hypo-
thalamischen Neuronen, während Noradrenalin ADH hemmt (Rang et al., 1995 a).
Die ADH-Rezeptoren werden in zwei Untergruppen V1 und V2 eingeteilt, der V1-Re-
zeptor besitzt die Subtypen V1a und V1b. Der V1a-Rezeptor besitzt eine geringere Affi-
nität für ADH als der V2-Rezeptor (Clauser et al., 1995).
Beide Rezeptorklassen sind an G-Proteine gekoppelt. Am V1-Rezeptor kommt es zu ei-
ner Stimulation der Phospholipase C mit nachfolgender Erhöhung der intrazellulären
Ca2+-Ionen-Konzentration, und am V2-Rezeptor wird die Adenylatzyklase aktiviert, so
daß der cAMP-Spiegel steigt (Clauser et al., 1995).
Über den V1a-Rezeptor vermittelt ADH eine Kontraktion glatter Muskulatur, und zwar
vor allem im kardiovaskulären System, aber auch im Gastro-Intestinal-Trakt und im
Uterus (Chen et al., 1999). Die Vasokonstriktion geschieht generell und in allen Gefäß-
systemen, so auch im Splanchnikusgebiet und an Koronargefäßen.
Über V1-Rezeptoren führt ADH zur Thrombozytenaggregation und –degranulation,
und V1b-Rezeptoren initiieren eine Stimulation zum einen der ACTH-Freisetzung aus
dem Hypophysenvorderlappen, und zum anderen der Hydrokortison-Freisetzung aus der
Nebennierenrinde und der Katecholamin-Freisetzung aus dem Nebennierenmark (Graz-
zini et al., 1998).
Die V2-Rezeptoren befinden sich an der basolateralen Membran von Zellen des distalen
Tubulus und des Sammelrohres. Sie führen nach Stimulation durch ADH zur Permeabi-
litätserhöhung der luminalen Membran dieser Zellen für Wasser, so daß es zu einer pas-
siven Wasser-Reabsorption kommt (Imbert-Teboul et al., 1995). Dies geschieht auf-
37
grund einer Erhöhung der Anzahl der Wasser-Kanäle in der apikalen Membran der Zel-
len in diesem Abschnitt des Nephrons (van Os et al., 1998). Vorübergehend kommt es
auch zu einer Steigerung der Natrium-Absorption am distalen Tubulus und am Sammel-
rohr. Ferner führt ADH über V2-Rezeptoren zu einer Erhöhung der Blutplasmakonzen-
tration des Faktors VIII der Blutgerinnungskaskade.
In der Entstehung der primären Hypertonie konnte ADH keine bestimmte Rolle zuge-
schrieben werden (Goldsmith et al., 1987).
1.3 Coenzym A – Glutathion – Disulfid
NH2
N N
O O CH3 CH3 N N
S O OH O OH O O
O O S N NH P P
NH O OH O O OH
HO NH OH HO O
NH2 O P
HO O
Abbildung 2: Strukturformel von Coenzym A – Glutathion – Disulfid
Coenzym A – Glutathion – Disulfid (CoASSG), dessen Strukturformel in Abbildung 2
dargestellt ist, besteht aus Coenzym A und Glutathion, die über eine Disulfidbrücke
miteinander verbunden sind. Coenzym A ist eine Verbindung aus 3´-Phospho-ADP,
Pantothensäure, β-Alanin und Cysteamin. Glutathion ist ein atypisches Tripeptid aus
den Aminosäuren Glutaminsäure, Cystein und Glycin, wobei die Carboxylgruppe des
Glutaminsäurerestes an der Peptidbindung mit Cystein beteiligt ist. CoASSG besitzt ei-
ne Molmasse von 1073 Dalton, und es ist sechsfach negativ geladen.
38
Seine erstmalige Isolierung gelang Ondarza 1965 aus der Rattenleber (Ondarza et al.,
1965). CoASSG konnte in den Mitochondrien der Hepatozyten von Ratten und Rindern
identifiziert werden (King et al., 1988), wobei in der bovinen Leber 12 % des gesamten
Coenzym A-Pools als CoASSG vorliegen (King et al., 1985). Ferner konnte es auch in
mehreren Bakterien identifiziert werden (Loewen et al., 1977), und in Escherichia coli
macht CoASSG sogar 90 % des gesamten Coenzym A-Pools aus (Loewen et al., 1979).
Kürzlich konnte die Arbeitsgruppe um Schlüter CoASSG in chromaffinen Granula bo-
viner Nebennieren nachweisen und zeigen, daß es durch das Parasympathikomimetikum
Carbachol freigesetzt werden kann (Schlüter et al., 1995). Von Carbachol ist bekannt,
auch Diadenosinpolyphosphate aus chromaffinen Granula freizusetzen.
In Hepatozyten der Ratte geschieht die Synthese von CoASSG durch eine Selen-abhän-
gige Glutathion-Peroxidase (Crane et al., 1982), und sein Abbau läuft über eine
NAD(P)H-abhängige Reduktion durch die Glutathion-Reduktase (Carlberg et al., 1977).
CoASSG führt schon ab einer Konzentration von 10 pmol/l in der isolierten perfundier-
ten Rattenniere und in der isolierten perfundierten Mesenterialarterie der Ratte zu einer
starken Vasokonstriktion, die durch einen zytosolischen Ca2+-Ionen-Einstrom in glatte
Gefäßmuskelzellen induziert wird. Allerdings sind Rezeptor und Signaltransduktion
dafür noch unbekannt. Auch die intra-aortale Injektion von 500 pmol CoASSG in un-
versehrte Ratten erhöht deren Blutdruck. Ferner konnte gezeigt werden, daß CoASSG
sowohl den zytosolischen Ca2+-Ionen-Einstrom durch Ang II in glatte Gefäßmuskelzel-
len der Ratte als auch den Ang II-Effekt auf den Gefäßtonus potenziert (Schlüter et al.,
1995).
Außerdem konnte CoASSG auch Eingriffe in biochemische Stoffwechselwege nachge-
wiesen werden: So blockiert es im Komplex mit Eisen die RNA-Polymerase in Esche-
richia coli. Dabei wird die Anlagerung aller vier Nukleosidtriphosphate nicht-kompeti-
tiv gehemmt, und die Inhibition ist bei GMP und CMP stärker als bei AMP und UMP
(Bees et al., 1979). In Hefen hemmt CoASSG die Hydroxymethylglutaryl-Coenzym A-
Reduktase (Gilbert et al., 1981), und die Blockade der Phosphofruktokinase im Skelett-
muskel des Kaninchens über eine Oxidation durch CoASSG ist reversibel (Gilbert et al.,
1982).
39
1.4 Problemstellung
Grundlage dieser vorliegenden Arbeit ist die Studie von Schlüter aus dem Jahre 1995,
durch die dem CoASSG sowohl eine eigene Vasoaktivität als auch eine modulierende
Wirkung auf Ang II-Effekte nachgewiesen werden konnte (Schlüter et al., 1995).
Ang II besitzt Bedeutung in der Blutdruckregulation und gegebenenfalls auch in der
Hypertonieentstehung. In Arbeiten der siebziger Jahre ist eine im Blutplasma zirkulie-
rende Substanz mit einer Molmasse von ungefähr 1000 Dalton beschrieben worden, die
potenzierende Wirkung auf Ang II besitzt und in der Genese der renovaskulären Hyper-
tonie eine Rolle spielt (Mizukoshi et al., 1972; Michelakis et al., 1975). CoASSG mit
einer Molmasse von 1073 Dalton könnte die gesuchte Substanz sein.
Ziel dieser Arbeit soll sein, die gegenseitige Beeinflussung von Ang II und CoASSG zu
untersuchen, und Hinweise für mögliche Wirkmechanismen herauszufinden. Dafür soll
erstens die benötigte Menge an CoASSG bestimmt werden, bei der die Ang II-Effekte
potenziert werden. Zweitens soll das Ausmaß an Veränderung der Vasoaktivität durch
Ang II untersucht werden, und drittens folgt die Abklärung des Faktors Zeit auf die Ang
II-Potenzierung. Ferner soll der Einfluß des CoASSG auf andere vasoaktive Substan-
zen, wie Noradrenalin und Serotonin, bestimmt werden, und die CoASSG-Komponen-
ten Coenzym A und Glutathion wie auch die dem CoASSG verwandte Substanz oxi-
diertes CoA sollen auf ihre Wirkung bezüglich Ang II untersucht werden.
40
2 Methodik
Die Durchführung aller Versuche geschah an der isolierten perfundierten Rattenniere,
wobei nach dem Modell von Hofbauer und Mitarbeitern vorgegangen wurde (Hofbauer
et al., 1973).
2.1 Präparation zur Isolierung der Rattenniere
Für alle Versuche wurden männliche vier bis sechs Monate alte Wistar-Kyoto-Ratten
mit einem Gewicht von 250 Gramm bis 350 Gramm benutzt. Zunächst wurden die Na-
getiere mit einer intraperitoneal injizierten Überdosis an Urethan (1,4 g/kg Körperge-
wicht) getötet. Anschließend wurde die Bauchhöhle mit einem Unterbauch-Median-
schnitt eröffnet, und die Bauchdecke wurde dann Y-förmig zur rechten und linken Flan-
ke bis unter die Rippenbögen aufgeschnitten. Nun wurden die Bauchaorta und die linke
Nierenarterie vorsichtig vom umliegenden Binde- und Fettgewebe frei präpariert, so daß
Ligaturen an der infrarenalen Bauchaorta und der linken Nierenarterie plaziert werden
konnten. Danach wurde die Aorta zwischen Nierenarterienabgang und Aortenligatur
mit einer Klemme verschlossen. Nach Eröffnung der distal davon gelegenen Aorta mit
einer kleinen Schere, wurde ein Polyethylenkatheter (Länge: 5,1 cm; Außendurchmes-
ser: 1,1 mm; Innendurchmesser: 0,75 mm; Firma Baxter) vorsichtig in die Aorta ein-
geführt. Dann wurde die Aortenligatur geschlossen, die proximal davon gelegene Aor-
tenklemme gelöst, und durch den Katheter wurden 500 IE Heparin injiziert, um das Rat-
tenblut gerinnungsunfähig zu machen, damit sich keine Thromben in der Rattenniere
bilden konnten. Daraufhin wurde der Katheter langsam mit geringem Druck in die lin-
ke Nierenarterie vorgeschoben, und die Nierenarterienligatur wurde geschlossen. Nun
begann sofort die Perfusion mit 37 °C warmer physiologischer Kochsalzlösung.
Schließlich wurde die Niere herausgetrennt und danach an das Perfusionssystem ange-
schlossen.
41
2.2 Perfusionssystem
Carbogen (95 % O2, 5 % CO2) Peristaltische Pumpe
Injektionsventil
Tyrodeleitung
Windkessel
Tyrode, 37 °C
Wasserbad
Brückenverstärker
Transducer
Niere
Y-t-Schreiber
Abbildung 3: Schematische Darstellung der isolierten perfundierten Rattenniere(Erläuterungen im Text)
Abbildung 3 zeigt einen schematischen Aufbau der isolierten perfundierten Rattennie-
renapperatur. Tyrodelösung, deren Zusammensetzung Tabelle 2 zeigt, wurde so in ei-
nem Wasserbad erhitzt, daß die in der isolierten Rattenniere ankommende Lösung eine
Temperatur von 37 °C aufwies. Die Tyrodelösung wurde mit Carbogen (95 % O 2 und
5 % CO 2) begast, und die Messung ihres pH-Wertes ergab 7,4. Anschließend wurde
die Lösung durch eine peristaltische Pumpe zur isolierten Niere mit einer konstanten
Flußrate von 8 ml/min gepumpt. Zwischen Peristaltikpumpe und isolierter perfundierter
Rattenniere wurde ein Injektionsventil eingefügt, das so umgeschaltet werden konnte,
daß man Testsubstanzen mit einem Volumen von 100 µl in Bolusform in die Niere ap-
plizieren konnte. Ein der Perfusionsleitung parallel geschalteter Windkessel bewirkte
eine konstante Perfusion der Niere. Außerdem wurde an einem Seitenarm zwischen In-
jektionsventil und isolierter perfundierter Rattenniere ein Gould-Transducer (Statham-
Element P23Gb, Firma Siemens) parallel geschaltet eingefügt, der die Änderung des
Perfusionsdrucks (mmHg) im Nierenperfusionssystem messen konnte und in elektrische
Signale umwandelte. Diese Signale des Statham-Elements wurden mit Hilfe eines
Brückenverstärkers (Firma Hugo Sachs) verarbeitet und auf einem Y-t-Schreiber (Poly-
graph der Firma Rikadenki) aufgezeichnet.
42
Tabelle 2: Zusammensetzung der Tyrode, pH 7,4
Komponente Konzentration
(mM)
NaCl 137
KCl 2,7
CaCl2 1,8
MgCl2 1,1
NaHCO3 12
NaH2PO2 0,42
Glukose 5,6
2.3 Überprüfung der Funktionstüchtigkeit der Nierenperfusion
Nach dem Anschluß der Niere an das Perfusionssystem wurde zunächst 30 min gewar-
tet, bis die Niere einen konstanten Perfusionsdruck aufgebaut hatte. Danach wurden be-
kannte vasoaktive Substanzen wie Ang II (1 pmol), 5-HT (100 pmol) und α,β-methy-
len-ATP (α,β-meATP; 100 pmol) als Bolusinjektionen mit einem Volumen von 100 µl
appliziert, um die Reaktion der Niere auf vasoaktive Substanzen hin zu überprüfen.
Diese Substanzreihe wurde während der Versuche mehrfach wiederholt (Testkaskaden),
um die Funktionsfähigkeit der Rattenniere zu testen und sicherzustellen. Der Versuch
wurde beendet, wenn Ang II, 5-HT oder α,β-meATP keine adäquate Reaktion im Sinne
einer Drucksteigerung mehr auslöste (zu Beginn des Versuchs: 100 % Drucksteige-
rung; Abbruch des Versuchs bei < 95,5 % Drucksteigerung relativ zur Reaktion zu Be-
ginn).
In Bolusform applizierte Tyrode löste keine Reaktion aus.
43
2.4 Dauerperfusionen
2.4.1 Dauerperfusion mit CoASSG
1.TK 2.TK 3.TK 4.TK 5.TK
ÄP AW
US US
Abbildung 4: Schematische Darstellung der Dauerperfusion mit CoASSGdurchgezogene Linie = Tyrode; gestrichelte Linie = Tyrode + CoASSG; US = Umschalten der
Perfusionen; DW = Dosis-Wirkungs-Kurven; BI = Bolusinjektionen; ÄP = Äquilibrierungspha-
se; AW = Auswaschen von CoASSG; TK = Testkaskade; Beschreibung siehe Text
Abbildung 4 zeigt den schematischen Ablauf einer Dauerperfusion mit CoASSG. Nach
Anschluß der Rattenniere an das Perfusionssystem und deren Überprüfung auf Funkti-
onstüchtigkeit wurden zuerst bei Tyrode Dosis-Wirkungs-Kurven für die vasoaktiven
Substanzen Ang II, Noradrenalin (NA), 5-HT und α,β-meATP erstellt. Ang II wurde in
Konzentrationen von 0,1 pmol bis 10 nmol, NA von 1 pmol bis 10 nmol, 5-HT von 1
pmol bis 10 nmol und α,β-meATP von 1 pmol bis 10 nmol appliziert, wobei in halblo-
garithmischen Schritten vorgegangen wurde. Zwischen zwei Bolusinjektionen wurde
10 min gewartet, so daß der Basisdruck in der isolierten perfundierten Rattenniere nach
jeder Bolusinjektion jeweils wieder erreicht werden konnte. Aus den so erstellten Do-
sis-Wirkungs-Kurven wurden diejenigen Dosen der jeweiligen vasoaktiven Substanzen
ausgewählt, die einen halbmaximalen vasokonstriktorischen Effekt hervorriefen.
So wurde dann von der Perfusion mit Tyrode auf die Dauerperfusion mit CoASSG, das
Tyrode-löslich ist, umgeschaltet (siehe Abbildung 4, nach oben gerichteter Pfeil) und ei-
ne 60 minütige Äquilibrierungsphase (siehe Abbildung 4, offener Doppelpfeil) abge-
wartet. Bei diesen Versuchen wurden CoASSG-Konzentrationen von 10 nM bis 1 µM
verwendet. Auch die CoASSG-Dauerperfusionslösung wurde vor der Gabe in die Niere
auf 37 °C erhitzt, mit Carbogen begast, und es wurde der pH-Wert gemessen, der bei
DW BI BI
44
7,4 lag. Nach Ablauf der Äquilibrierungsphase erfolgten unter CoASSG-Dauerperfusi-
on die Bolusinjektionen der zuvor ausgewählten vasoaktiven Dosen.
Danach wurde wieder auf Perfusion mit Tyrode umgeschaltet (siehe Abbildung 4, nach
oben gerichteter Pfeil), und CoASSG mit Tyrode über einen Zeitraum von 60 min aus-
gewaschen (siehe Abbildung 4, offener Doppelpfeil). Anschließend wurden erneut Bo-
lusinjektionen der ausgewählten vasoaktiven Dosen wie zuvor gegeben.
2.4.2 Dosis-Wirkungs-Kurven unter CoASSG-Dauerperfusion
1.TK 2.TK 3.TK 4.TK 5.TK 6.TK ÄP AW
US US
Abbildung 5: Schematische Darstellung der Dosis-Wirkungs-Kurven unter CoASSG-Dau-erperfusiondurchgezogene Linie = Tyrode; gestrichelte Linie = Tyrode + CoASSG; US = Umschalten der
Perfusionen; DW = Dosis-Wirkungs-Kurven; ÄP = Äquilibrierungsphase; AW = Auswaschen
von CoASSG; TK = Testkaskade; Beschreibung siehe Text
Abbildung 5 zeigt schematisch den Ablauf für die Erstellung von Dosis-Wirkungs-Kur-
ven unter CoASSG-Dauerperfusion. Nachdem die Rattenniere an das Perfusionssystem
angeschlossen wurde und daraufhin die Funktionsfähigkeit der Niere überprüft wurde,
erstellte man Dosis-Wirkungs-Kurven von den vasoaktiven Substanzen Ang II und NA,
wie schon weiter oben beschrieben. Die benutzten Konzentrationen der beiden Sub-
stanzen blieben unverändert, nämlich 0,1 pmol bis 10 nmol für Ang II und 1 pmol bis
10 nmol für NA, jeweils in halblogarithmischen Schritten.
Dann schaltete man auf die Dauerperfusion mit CoASSG um (siehe Abbildung 5, nach
oben gerichteter Pfeil), wobei für die Versuche Konzentrationen von 100 nM und 1µM
verwendet wurden. Nach einer Äquilibrierungsphase von 60 min (siehe Abbildung 5,
offener Doppelpfeil) wurden die Dosis-Wirkungs-Kurven für Ang II und NA unter
CoASSG-Dauerperfusion erstellt, exakt nach dem Ablauf wie zuvor unter Tyrode.
DW DW DW
45
Daraufhin konnte die Perfusion auf Tyrode umgestellt werden (siehe Abbildung 5, nach
oben gerichteter Pfeil), und CoASSG wurde über einen Zeitraum von 60 min ausgewa-
schen (siehe Abbildung 5, offener Doppelpfeil). Anschließend wurden Dosis-Wir-
kungs-Kurven für Ang II und NA unter Tyrode wiederholt.
2.4.3 Langzeitperfusion mit CoASSG
TK TK TK TK TK AW TK TK
US US
Abbildung 6: Schematische Darstellung der Langzeitperfusion mit CoASSGdurchgezogene Linie = Tyrode; gestrichelte Linie = Tyrode + CoASSG, jeweils 30 min zwi-
schen den Bolusinjektionen; US = Umschalten der Perfusionen; DW = Dosis-Wirkungs-Kur-
ven; BI = Bolusinjektionen; AW = Auswaschen des CoASSG; TK = Testkaskade; Beschrei-
bung siehe Text
Abbildung 6 zeigt den schematischen Verlauf einer Langzeitperfusion mit CoASSG.
Nach dem Anschluß der Niere an das Perfusionssystem und deren Überprüfung auf
Funktionstüchtigkeit wurden für die vasoaktiven Substanzen Ang II und NA Dosis-Wir-
kungs-Kurven bei Tyrode erstellt. Dabei wurde nach der Prozedur vorgegangen, die be-
reits weiter oben beschrieben ist. Die verwendeten Ang II- und NA-Konzentrationen
blieben unverändert. Es wurde diejenige vasoaktive Dosis der beiden Substanzen aus-
gewählt, die jeweils einen halbmaximalen vasokonstriktorischen Effekt hervorriefen.
So konnte dann auf die CoASSG-Dauerperfusion mit einer Konzentration von 1 µM
umgeschaltet werden (siehe Abbildung 6, nach oben gerichteter Pfeil), und im Anschluß
daran geschahen alle 30 min Bolusinjektionen der zuvor ausgewählten Dosen. Die mi-
nimale Perfusionsdauer mit CoASSG betrug dabei 150 min.
Daraufhin wurde wieder auf die Tyrode-Perfusion umgeschaltet (siehe Abbildung 6,
nach oben gerichteter Pfeil), und CoASSG wurde über einen Zeitraum von mindestens
60 min ausgewaschen (siehe Abbildung 6, offener Doppelpfeil). Während dieser Zeit
DW BI BI BI BI BI
46
wurden alle 30 min Bolusinjektionen der ausgewählten Ang II- und NA-Dosen wieder-
holt.
Kontrollexperimente unter Tyrode-Dauerperfusion ohne CoASSG wurden auch durch-
geführt. Dabei wurde genau nach dem Versuchsablauf der Langzeitperfusion mit
CoASSG vorgegangen, der weiter oben beschrieben ist, wobei die einzige Änderung da-
rin bestand, daß nicht auf eine CoASSG-Dauerperfusion umgeschaltet wurde, sondern
während des gesamten Experimentes blieb die Dauerperfusion mit Tyrode bestehen.
2.4.4 Dauerperfusionen mit Coenzym A, Glutathion und oxidiertem Coenzym A
Der Versuchsablauf für die Dauerperfusionen mit den CoASSG-Bestandteilen Coenzym
A und Glutathion und dem Coenzym A-Derivat oxidiertes Coenzym A folgte dem Ver-
suchsablauf für die Dauerperfusion mit CoASSG (siehe Abbildung 4). Als vasoaktive
Substanzen wurden Ang II und NA benutzt, für die nach dem oben beschriebenen Sche-
ma Dosis-Wirkungs-Kurven bei Tyrode erstellt wurden, wobei auch hier die Ang II-
und NA-Konzentrationen unverändert blieben.
Nach der Auswahl derjenigen Ang II- und NA- Dosen mit halbmaximalem Effekt für
die Bolusinjektionen begann jeweils die Dauerperfusion mit einer der folgenden Subs-
tanzen, die alle Tyrode-löslich sind: Coenzym A (CoA), Glutathion (Gth) und oxidier-
tes CoA (oxCoA). Alle diese Dauerperfusionen geschahen bei Konzentrationen von 1
µM. Die Äquilibrierungsphase für die zu perfundierende Substanz betrug bei diesen
Versuchen 120 min, der Auswaschvorgang mit Tyrode dauerte 60 min (siehe Abbildung
4, offene Doppelpfeile). Die Aufteilung der Bolusinjektionen und Testkaskaden erfolg-
te wie in den CoASSG-Dauerperfusionsversuchen (siehe Abbildung 4).
2.5 Materialien
Für die Dauerperfusionen wurden CoASSG (10 nM – 1 µM), CoA (1 µM), Gth (1 µM)
und oxCoA (1 µM) verwendet. Daneben wurden Ang II (0,1 pmol – 10 nmol), NA (1
pmol – 10 nmol), 5-HT (1 pmol – 10 nmol) und α,β-meATP (1 pmol – 10 nmol) für
Bolusinjektionen verwendet. Die Substanzen für die Bolusinjektionen wurden als Boli
mit einem Volumen von 100 µl in eine Sammelschleife mit Injektionsventil proximal
47
der Rattenniere injiziert. Alle verwendeten Substanzen wurden täglich frisch aus einer
Stammlösung (10 mM, tiefgefrorene Konzentrate) in zweifach destilliertem Wasser her-
gestellt.
CoASSG, CoA, Gth, oxCoA, Ang II, NA, 5-HT, die Salze der Tyrodelösung und Ure-
than wurden von Sigma, Deisenhofen, bezogen. α,β-meATP und Heparin wurden von
Research Biochemicals, Deisenhofen, bezogen, Carbogen von der Fakultät für Chemie
der Ruhr-Universität Bochum. Die männlichen Wistar-Kyoto-Ratten lieferte die Firma
Charles-River, Sulzfeld.
2.6 Statistik
Die Effekte wurden als Perfusionsdruckänderungen (in mmHg) registriert. Die Ergeb-
nisse wurden als Mittelwerte ± Standardfehler des Mittelwertes (SEM = standard error
mean) dargestellt. Statistische Analysen wurden mit dem Kruskal-Wallis-Test durchge-
führt. Die Irrtumswahrscheinlichkeiten (P), die man mit diesem Test erhielt, wurden
mit der Bonferroni´schen Korrektur (SPSS-Software) korrigiert. Alle Irrtumswahr-
scheinlichkeiten P < 0,05 wurden als signifikante Unterschiede angesehen.
48
3 Ergebnisse
Die durch die vasoaktiven Substanzen Ang II, NA, 5-HT und α,β-meATP ausgelösten
Vasokonstriktionen wurden in der isolierten perfundierten Rattenniere gemessen. Nach
der initialen Äquilibrierungsphase unter Tyrode-Perfusion betrug der Basisdruck 62±5
mmHg (n = 41). Während der ersten Perfusionsstunde nahm dieser Grundperfusions-
druck um 12±3 mmHg ab (P < 0,05), und während der zweiten Perfusionsstunde noch-
mals um weitere 6±2 mmHg (P < 0,05). Die Gabe von CoASSG (10 nM, 100 nM,
1µM), CoA (1 µM), Gth (1 µM) und oxCoA (1 µM) zur Perfusionslösung veränderte
den Perfusionsdruck nicht signifikant (46±3 mmHg; n = 36).
3.1 Dosis-Wirkungs-Kurven für Ang II, NA, 5-HT und αααα,ββββ-meATP
Ang II, NA, 5-HT und α,β-meATP verursachen unter Tyrode bei normalem Basisperfu-
sionsdruck eine Dosis-abhängige Vasokonstriktion.
Abbildung 7: Dosis-Wirkungs-Kurven der durch Ang II und NA induzierten Vasokonstrik-tionDurch Ang II (Quadrate) und NA (Dreiecke) induzierte Änderungen des Perfusionsdrucks (in
mmHg) in der isolierten perfundierten Rattenniere. Jeder Punkt entspricht dem Mittelwert von
41 separaten Experimenten, und die vertikale Linie zeigt den Standardfehler des Mittelwertes.
-13 -12 -11 -10 -9 -8
0
30
60
90
120
150
Agonist (log mol)
∆∆ ∆∆P
(mm
Hg)
49
Abbildung 8: Dosis-Wirkungs-Kurven der durch 5-HT und αααα,ββββ-meATP induzierten Vaso-konstriktion
Durch 5-HT (Rauten) und α,β-meATP (Dreiecke) induzierte Änderungen des Perfusionsdrucks
(in mmHg) in der isolierten perfundierten Rattenniere. Jeder Punkt entspricht dem Mittelwert
von 31 separaten Experimenten für 5-HT und von 32 separaten Experimenten für α,β-meATP,
und die vertikale Linie zeigt den Standardfehler des Mittelwertes.
Da für die Experimente diejenigen Dosen dieser vasoaktiven Substanzen von Wichtig-
keit waren, die eine halbmaximale Vasokonstriktion hervorrufen (ED50), mußten Dosis-
Wirkungs-Kurven erstellt werden, um jeweils die ED50 von Ang II, NA, 5-HT und α,β-
meATP zu ermitteln.
Die Abbildung 7 zeigt die Dosis-Wirkungs-Kurven der Vasokonstriktion durch Ang II
und NA unter Tyrode. In allen Experimenten konnte gezeigt werden, daß für Ang II die
ED50 = 10−10,84±0,04 mol (n = 36) und für NA die ED50 = 10−9,49±0,04 mol (n = 36) ist.
Die Abbildung 8 zeigt die Dosis-Wirkungs-Kurven der Vasokonstriktion durch 5-HT
und α,β-meATP unter Tyrode. In diesen Experimenten konnte gezeigt werden, daß für
5-HT die ED50 = 10−10,24±0,09 mol (n = 31) und für α,β-meATP die ED50 = 10−10,22±0,10
mol (n = 32) ist.
-13 -12 -11 -10 -9 -8
0
30
60
90
Agonist (log mol)
∆∆ ∆∆P
(mm
Hg)
50
Die Konzentrationen dieser vasoaktiven Substanzen konnten demnach wie folgt für die
sich anschließenden Experimente festgelegt werden: 10 pmol für Ang II, 500 pmol für
NA, 100 pmol für 5-HT und 100 pmol für α,β-meATP.
3.2 Einfluß der CoASSG-Dauerperfusion auf die Vasokonstriktion durch Ang II,
NA, 5-HT und αααα,ββββ-meATP
In der Abbildung 9 ist der Einfluß von 10 nM, 100 nM und 1 µM CoASSG-Lösung auf
die Vasokonstriktion von Ang II, NA, 5-HT und α,β-meATP dargestellt.
Die Dauerperfusion mit 1 µM CoASSG-Lösung über einen Zeitraum von 60 min zeigte,
daß die vasoaktiven Eigenschaften von Ang II signifikant verstärkt wurden: Unter Ty-
rode-Perfusion lösten 10 pmol Ang II eine Änderung des Perfusionsdrucks von
46,0±4,3 mmHg aus, während es unter CoASSG-Perfusion zu einer Druckänderung von
82,0±7,0 mmHg kam (n = 5; P < 0,01); siehe Abbildung 9).
Die durch 500 pmol NA induzierten Vasokonstriktionen wurden durch Dauerperfusion
mit 1 µM CoASSG-Lösung nicht signifikant beeinflußt, der Perfusionsdruck war
50,0±5,3 mmHg unter Tyrode und 45,8±5,3 mmHg unter CoASSG (n = 5; siehe Abbil-
dung 9).
Ebenso blieb die 1 µM-CoASSG-Perfusionslösung ohne Einfluß auf die Vasokonstrik-
tionen durch 100 pmol 5-HT: Unter Tyrode kam es zu einer Änderung des Perfusions-
drucks von 35,0±4,8 mmHg, und unter CoASSG-Dauerperfusion lag diese bei 38,2±4,3
mmHg (n = 5; siehe Abbildung 9).
Auch die Vasokonstriktionen, die durch 100 pmol α,β-meATP ausgelöst wurden, blie-
ben durch die 1 µM-CoASSG-Dauerperfusion unbeeinflußt. Die Änderung des Perfusi-
onsdrucks lag unter Tyrode bei 33,6±2,86 mmHg, und unter CoASSG war sie
31,5±2,90 mmHg (n = 5; siehe Abbildung 9).
Dauerperfusionen mit 100 nM- und 10 nM-CoASSG-Lösungen verstärkten die durch
Ang II induzierte Vasokonstriktion nicht (jeweils n = 5, siehe Abbildung 9).
Genauso blieben die vasoaktiven Eigenschaften von NA (jeweils n = 5, siehe Abbildung
9), 5-HT (jeweils n = 5, siehe Abbildung 9) und α,β-meATP (jeweils n = 5, siehe Abbil-
dung 9) bei diesen Konzentrationen unbeeinflußt.
51
Abbildung 9: Das Säulendiagramm zeigt den Einfluß von CoASSG in den Konzentatio-nen 10 nM, 100 nM und 1 µM auf die Vasokonstriktion durch 10 pmol Ang II, 500 pmol NA,
100 pmol 5-HT und 100 pmol αααα,ββββ-meATPDie Abbildung zeigt die Änderungen des Perfusionsdrucks (in mmHg) in der isolierten perfun-
dierten Rattenniere hervorgerufen durch Bolusinjektionen von 10 pmol Ang II (offener Balken, 1
und 2), von 500 pmol NA (geschlossener Balken, 3 und 4), von 100 pmol 5-HT (gestrichelter
Balken, 5 und 6) und von 100 pmol α,β-meATP (gepunkteter Balken, 7 und 8) mit (2, 4, 6 und 8)
und ohne (1, 3, 5 und 7) CoASSG (10 nM bis 1 µM) in der Perfusionslösung. Jeder Punkt
entspricht dem Mittelwert von mindestens fünf separaten Experimenten, und die vertikale Linie
zeigt den Standardfehler des Mittelwertes. (*) = P < 0,05 signifikanter Unterschied von
CoASSG (1µM) zur Perfusionslösung ohne CoASSG.
10-8M 10-7M 10-6M0
30
60
90 *
10-8M CoASSG 10-7M CoASSG 10-6M CoASSG
1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8
∆∆ ∆∆P
(mm
Hg)
52
3.3 Einfluß der CoASSG-Dauerperfusion auf die Dosis-Wirkungs-Kurven von
Ang II und NA
Die Abbildung 10 zeigt die Dosis-Wirkungs-Kurven der Vasokonstriktion durch Ang II
und NA unter CoASSG (100 nM).
Abbildung 10: Dosis-Wirkungs-Kurven der induzierten Vasokonstriktion durch Ang IIund NA unter CoASSG (100 nM)Die Abbildung zeigt die Änderungen des Perfusionsdrucks (in mmHg) in der isolierten perfun-
dierten Rattenniere induziert durch Ang II (Quadrate) und NA (Dreiecke) mit CoASSG in der
Perfusionslösung (100 nM; gestrichelte Linie) und unter Tyrode (geschlossene Linie). Jeder
Punkt entspricht dem Mittelwert von mindestens fünf separaten Experimenten, und die vertikale
Linie zeigt den Standardfehler des Mittelwertes.
Durch die Dauerperfusion mit 100 nM CoASSG-Lösung wurde die Dosis-Wirkungs-
Kurve von Ang II nicht signifikant verschoben (P < 0,05, siehe Abbildung 10). Die
ED50 für Ang II änderte sich von 10−10,84±0,04 mol unter Tyrode (n = 36) auf 10−11,00±0,15
mol unter 100 nM CoASSG-Lösung (n ≥ 5).
-13 -12 -11 -10 -9 -8
0
30
60
90
120
150
Agonist (log mol)
∆∆ ∆∆P
(mm
Hg)
53
Die Dosis-Wirkungs-Kurve von NA wurde bei dieser CoASSG-Konzentration nicht sig-
nifikant beeinflußt (siehe Abbildung 10). Die Konzentrationen von NA mit halbmaxi-
maler Vasokonstriktion waren wie folgt: ED50 = 10−9,49±0,04 mol (n = 36) unter Tyrode
und ED50 = 10−9,37±0,8 mol (n ≥ 5) unter 100 nM CoASSG-Lösung.
Zur Quantifizierung des potenzierenden Effektes der Dauerperfusion mit 1 µM-
CoASSG-Lösung auf die Vasokonstriktion durch Ang II wurden Dosis-Wirkungs-Kur-
ven von Ang II und NA unter CoASSG-Perfusion erstellt, die in Abbildung 11 gezeigt
werden.
Abbildung 11: Dosis-Wirkungs-Kurven der induzierten Vasokonstriktion durch Ang IIund NA unter CoASSG (1 µM)Die Abbildung zeigt die Änderungen des Perfusionsdrucks (in mmHg) in der isolierten perfun-
dierten Rattenniere induziert durch Ang II (Quadrate) und NA (Dreiecke) mit CoASSG in der
Perfusionslösung (1 µM; gestrichelte Linie) und unter Tyrode (geschlossene Linie). Jeder
Punkt entspricht dem Mittelwert von mindestens fünf separaten Experimenten, und die vertikale
Linie zeigt den Standardfehler des Mittelwertes. (*) = P < 0,05 gibt eine signifikante Verschie-
bung nach links an.
-13 -12 -11 -10 -9 -8
0
30
60
90
120
150
*
**
Agonist (log mol)
∆∆ ∆∆P
(mm
Hg)
54
Nach einer 60 minütigen 1 µM-CoASSG-Dauerperfusion konnte gezeigt werden, daß
die Dosis-Wirkungs-Kurve von Ang II signifikant (P < 0,05) parallel nach links ver-
schoben wurde, und zwar um den Faktor 3,1 (siehe Abbildung 11). Unter Tyrode war
für Ang II die ED50 = 10−10,84±0,04 mol (n = 36), während dieser Wert unter 1 µM
CoASSG-Perfusion bei 10−11,33±0,08 mol (n = 5) lag. Die maximale Vasokonstriktion
(Vmax) durch Ang II blieb unter Perfusion mit 1 µM CoASSG-Lösung gegenüber der
Perfusion mit Tyrode unverändert (siehe Abbildung 11, n = 5).
Die Dosis-Wirkungs-Kurve von NA wurde auch durch 1 µM-CoASSG-Lösung nicht
signifikant beeinflußt (siehe Abbildung 11). Die Konzentrationen von NA mit halbma-
ximaler Vasokonstriktion unter 1 µM CoASSG-Dauerperfusion waren identisch mit de-
nen unter 100 nM CoASSG-Perfusionslösung (siehe weiter oben), nämlich die ED50 =
10−9,49±0,04 mol unter Tyrode (n = 36) und die ED50 = 10−9,37±0,8 mol unter 1 µM
CoASSG-Lösung (n = 5).
3.4 Langzeitperfusion mit CoASSG (1µM)
Die Abbildung 12 stellt den Einfluß der Zeitdauer der CoASSG-Perfusion auf die
Vasokonstriktion von Ang II und NA dar.
Während der Dauerperfusion mit 1 µM CoASSG-Lösung wurden alle 30 min Bolusin-
jektionen von 10 pmol Ang II repetitiv gegeben. Die dadurch hervorgerufenen Vaso-
konstriktionen erhöhten sich in signifikanter Weise, nämlich um 170±14 % der initialen
Vasokonstriktion (P < 0,05, siehe Abbildung 12) nach 60 min Dauerperfusion und um
235±50 % der initialen Vasokonstriktion (P < 0,05, siehe Abbildung 12) nach 120 min
Dauerperfusion (n = 5).
Die durch repetitive Gaben von 500 pmol NA induzierten Vasokonstriktionen wurden
durch 1 µM CoASSG-Lösung nicht signifikant beeinflußt (siehe Abbildung 12). Nach
60 minütiger CoASSG-Dauerperfusion lag die Vasokonstriktion bei 112±28 % gegenü-
ber den 100 % der initialen Vasokonstriktion, und nach 120 min Dauerperfusion lag sie
bei 120±25 % der initialen Vasokonstriktion (n = 5).
55
Die Verstärkung der Vasokonstriktion von Ang II durch CoASSG ist von der Zeit ab-
hängig, und diese Potenzierung erreicht nach 120 min Dauerperfusion mit CoASSG ein
Plateau (siehe Abbildung 12). In der Folgezeit der Dauerperfusion kommt es zu keinem
weiteren Anstieg der vasokonstriktorischen Eigenschaften von Ang II.
Abbildung 12: Effekt der Zeitdauer der CoASSG-Perfusion (1 µM) auf die Vasokonstrik-tion von 10 pmol Ang II und 500 pmol NADie Kurve zeigt die Änderungen des Perfusionsdrucks in der isolierten perfundierten Rattennie-
re in % der initialen Vasokonstriktion (100 % = initiale Vasokonstriktion) induziert durch Bolusin-
jektionen von 10 pmol Ang II (Quadrate) und 500 pmol NA (Dreiecke). Die Bolusinjektionen
wurden alle 30 min ohne und mit CoASSG in der Perfusionslösung (1 µM) gegeben. Jeder
Punkt entspricht dem Mittelwert von mindestens fünf separaten Experimenten, und die vertikale
Linie zeigt den Standardfehler des Mittelwertes. (*) = P < 0,05 signifikanter Unterschied von
CoASSG (1 µM) zur Kontrolle (Tyrode ohne CoASSG)
Als Kontrolle zur Langzeitperfusion mit 1 µM CoASSG-Lösung diente die Dauerperfu-
sion mit Tyrode, die in Abbildung 13 dargestellt ist.
Die Vasokonstriktionen, die durch die repetitiven Bolusinjektionen von 10 pmol Ang II
hervorgerufen wurden, änderten sich über die Zeitdauer der Perfusion mit Tyrode nicht
signifikant (siehe Abbildung 13). Nach 60 min lag die Vasokonstriktion bei 99±9 % ge-
0 50 100 150 2000
100
200
300
CoASSG 1 µM
**
** *
t (min)
%∆∆ ∆∆
P (m
mH
g)
56
genüber den 100 % der initialen Vasokonstriktion, und nach 120 min lag sie bei 107±13
% der initialen Vasokonstriktion (n = 5). Folglich kam es zu keiner Tachyphylaxie.
Genauso änderten sich die durch repetitive Gaben von 500 pmol NA induzierten Vaso-
konstriktionen unter der Dauerperfusion mit Tyrode nicht signifikant (siehe Abbildung
13). Nach 60 min der Dauerperfusion mit Tyrode lag die Vasokonstriktion bei 107±22
% der initialen Vasokonstriktion, und nach 120 min bei 121±27 % der Ausgangsvaso-
konstriktion (n = 5).
Abbildung 13: Effekt der Zeitdauer der Tyrode-Perfusion auf die Vasokonstriktion von 10pmol Ang II und 500 pmol NADie Kurve zeigt die Änderungen des Perfusionsdrucks in der isolierten perfundierten Rattennie-
re in % der initialen Vasokonstriktion (100 % = initiale Vasokonstriktion) induziert durch Bolusin-
jektionen von 10 pmol Ang II (Quadrate) und 500 pmol NA (Dreiecke). Die Bolusinjektionen
wurden alle 30 min gegeben. Jeder Punkt entspricht dem Mittelwert von mindestens fünf sepa-
raten Experimenten, und die vertikale Linie zeigt den Standardfehler des Mittelwertes.
0 50 100 150 2000
100
200
300
t (min)
%∆∆ ∆∆
P (m
mH
g)
57
3.5 Einfluß der Dauerperfusion von CoA, Gth und oxCoA auf die Vasokonstrik-
tion von Ang II und NA
Aufgrund der Zeit-Abhängigkeit der Potenzierung der Vasokonstriktion von Ang II
durch CoASSG mit einem Plateau nach 120 min Dauerperfusion, wurden die Rattennie-
ren jeweils 120 min mit den CoASSG-Bestandteilen CoA und Gth bzw. dem CoA-Deri-
vat oxCoA perfundiert, bevor Ang II und NA erneut als Bolusinjektionen gegeben wur-
den. Die Abbildung 14 stellt den Einfluß von CoA, Gth und oxCoA auf die Vasokon-
striktion von Ang II und NA dar.
Die Dauerperfusionen mit 1 µM CoA-, 1 µM Gth- und 1 µM oxCoA-Lösung bewirkten
keine signifikante Änderung der vasokonstriktorischen Antwort auf die Bolusgaben von
10 pmol Ang II und 500 pmol NA.
Abbildung 14: Das Säulendiagramm zeigt den Einfluß von CoA, Gth und oxCoA jeweilsin der Konzentration 1 µM auf die Vasokonstriktion von 10 pmol Ang II und 500 pmol NADie Abbildung zeigt die Änderungen des Perfusionsdrucks (in mmHg) in der isolierten perfun-
dierten Rattenniere hervorgerufen durch Bolusinjektionen von 10 pmol Ang II (1 und 2) und von
500 pmol NA (3 und 4) mit (geschlossener Balken) und ohne (offener Balken) CoA, Gth und
oxCoA in der Perfusionslösung (jeweils 10 µM). Perfusion der Rattennieren mit CoA, Gth und
oxCoA jeweils über 120 min.
0
25
50
75
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
oxCoA Glutathione CoA
∆∆ ∆∆P
(mm
Hg)
58
3.6 Auswaschvorgänge von CoASSG mit Tyrode
Nach Beendigung der kontinuierlichen Perfusion der Rattenniere mit CoASSG und er-
neutem Beginn der Perfusion mit Tyrode über einen Zeitraum von mindestens 60 min
blieb die Verstärkung der durch Ang II induzierten vasokonstriktorischen Eigenschaften
bestehen. Somit ist die Potenzierung der Vasokonstriktion von Ang II durch CoASSG
60 min nach Beendigung der Dauerperfusion mit CoASSG nicht reversibel.
Die Abbildung 15 zeigt stellvertretend für alle Auswaschexperimente (n = 15) die Be-
einflussung der Vasokonstriktion von Ang II und NA durch die Langzeitperfusion mit
CoASSG (1 µM) und durch das daran sich anschließende Auswaschen von CoASSG
mit Tyrode.
Abbildung 15: Effekt der Zeitdauer der CoASSG-Perfusion (1 µM) und des Auswaschensvon CoASSG mit Tyrode auf die Vasokonstriktion von 10 pmol Ang II und 500 pmol NADie Kurve zeigt die Änderungen des Perfusionsdrucks in der isolierten perfundierten Rattennie-
re in % der initialen Vasokonstriktion (100 % = initiale Vasokonstriktion) induziert durch Bolusin-
jektionen von 10 pmol Ang II (Quadrate) und 500 pmol NA (Dreiecke). Die Bolusinjektionen
wurden alle 30 min während der Perfusion mit Tyrode, während der Dauerperfusion mit
CoASSG in der Perfusionslösung ( 1 µM) und während des mindestens 60 min Auswaschexpe-
rimentes von CoASSG mit Tyrode gegeben. Jeder Punkt entspricht dem Mittelwert von min-
destens fünf separaten Experimenten, und die vertikale Linie zeigt den Standardfehler des Mit-
telwertes. (*) = P < 0,05 signifikanter Unterschied von CoASSG (1 µM) zur Kontrolle (Tyrode
ohne CoASSG)
0 100 200 3000
100
200
300
CoASSG 1 µM
* **
* *
t (min)
%∆∆ ∆∆
P (m
mH
g)
59
Am Ende der Dauerperfusion mit 1 µM CoASSG-Lösung lag die durch 10 pmol Ang II
induzierte Vasokonstriktion bei 235±50 % gegenüber den 100 % der initialen Vasokon-
striktion. Nach 90 min des Auswaschexperimentes lag sie nicht signifikant verändert
bei 242±22 % der initialen Vasokonstriktion (n = 5; siehe Abbildung 15)
Die Vasokonstriktion, die durch 500 pmol NA hervorgerufen wurde, änderte sich durch
das Auswaschen der CoASSG-Lösung mit Tyrode nicht signifikant. Nach 90 min lag
die Vasokonstriktion bei 122±11 % gegenüber den 100 % der initialen Vasokonstrik-
tion, während es zuvor am Ende der CoASSG-Dauerperfusion noch 120±25 % der ini-
tialen Vasokonstriktion waren (n = 5; siehe Abbildung 15)
60
4 Diskussion
Die Ergebnisse dieser vorliegenden Arbeit zeigen, daß CoASSG die vasokonstriktori-
schen Eigenschaften von Ang II potenziert, jedoch nicht diese anderer vasoaktiver
Substanzen wie NA, 5-HT oder α,β-meATP, einem selektiven P2X-Rezeptor-Agonisten.
Die Potenzierung von Ang II geschieht bei einer CoASSG-Konzentration von 1 µM in
Form einer parallelen Linksverschiebung der Dosis-Wirkungs-Kurve der durch Ang II-
induzierten Vasokonstriktion um das 3,1-fache. Nach 120 min erreicht diese
Verstärkung von Ang II durch CoASSG ein Plateaumaximum von 235 50 % der Aus-
gangsvasokonstriktion durch Ang II, wobei es darüberhinaus zu keiner weiteren Steige-
rung der Vasokonstriktion durch Ang II kommt. Ferner ist die Potenzierung von Ang II
60 min nach Beendigung der CoASSG-Dauerperfusion nicht reversibel. Die CoASSG-
Bestandteile CoA und Gth wie auch das CoA-Derivat oxCoA potenzieren ihrerseits
nicht die vasokonstriktorischen Eigenschaften von Ang II.
Diese Befunde belegen eine weitere physiologische Wirkung des CoASSG, dessen di-
rekte vasokonstriktorische Eigenschaften auf renale Gefäße bereits bekannt sind (Schlü-
ter et al., 1995). Jedoch ist der für die Vasokonstriktion verantwortliche Rezeptor nach
wie vor unbekannt.
Ein signifikanter Grad der Tachyphylaxie, die durch repetitive Applikationen von Ang
II hervorgerufen werden kann, wird in der isolierten perfundierten Rattenniere nicht be-
obachtet, obwohl dies in anderen Modellen möglich ist, so z.B. im Ileum des Meer-
schweinchens (Kanashiro et al., 1995).
Die Konzentrationen an CoASSG, die benötigt werden, um Ang II in diesem Modell der
isolierten perfundierten Rattenniere zu beeinflussen, sind ziemlich hoch. Andererseits
ist auch zu beachten, daß in diesem Modell der Schwellenwert für eine Konstriktion der
renalen Gefäße durch Ang II im Bereich von 10 nM liegt. Und diese Konzentration ist
viel höher als z.B. die minimalen effektiven Konzentrationen beim Menschen. Diese
liegen im Bereich von 3 pmol pro kg Körpergewicht pro min (Belz et al., 1999). Wei-
tere Forschungsvorhaben sind nötig, um die effektiven Konzentrationen von CoASSG
unter physiologischen Bedingungen zu bestimmen.
61
Der Mechanismus der Ang II-Potenzierung durch CoASSG ist unklar. Aus der Litera-
tur sind Verstärkungsmechanismen bekannt, die in den Signaltransduktionsweg von
Ang II am AT1-Rezeptor eingreifen. So läuft die Potenzierung der durch Ang II-indu-
zierten Vasokonstriktion durch NPY über einen Inositol-1,4,5-trisphosphat (IP3)-abhän-
gigen Mechanismus (Aubert et al., 1988), und bei der Potenzierung der durch Ang II-in-
duzierten Aldosteron-Freisetzung durch ET-1 ist die Proteinkinase C beteiligt (Cozza et
al., 1993). Interessanterweise werden andere vasokonstriktorische Substanzen wie NA
und 5-HT nicht durch CoASSG verstärkt. Dieser Befund legt die Vermutung nahe, daß
CoASSG nicht den Signaltransduktionweg am AT1-Rezeptor über G-Proteine, Phospha-
tidyl-Inositol-4,5-biphosphat-Hydrolase und IP3 beansprucht, da sowohl Ang II (Gout-
souliak et al., 1998) und NA (Guild et al., 1992) als auch 5-HT (Florian et al., 1998)
diesen Weg gemeinsam benutzen.
Ferner konnten Nagahama et al. zeigen, daß bei der durch Ang II induzierten Vasokon-
striktion an renalen efferenten Arteriolen unselektive Kationen-Kanäle beteiligt sind
(Nagahama et al., 2000). Jedoch kann ein Eingriff von CoASSG in diesen an der Vaso-
konstriktion von Ang II beteiligten Mechanismus vermutlich ausgeschlossen werden, da
CoASSG nicht die vasokonstriktiven Eigenschaften von α,β-meATP verstärkt. Denn
α,β-meATP vermittelt seine vasokonstriktiven Effekte über den P2X-Rezeptor (Eltze et
al., 1996), und die Signaltransduktion geschieht an diesem Rezeptor mit Hilfe von unse-
lektiven Kationen-Kanälen.
In den achtziger Jahren konnte man nachweisen, daß Adenosin die durch Ang II indu-
zierte direkte Vasokonstriktion im Mesenterium von Ratten potenziert (Holycross et al.,
1989). Interessanterweise ist CoASSG Mitglied einer Familie komplexer Nukleotide,
die Adenosin enthalten. Jedoch ist bis jetzt noch keine Erklärung für diese Beobach-
tung der Verstärkung von Ang II durch Adenosin gefunden worden.
Darüberhinaus ist von Ang II bekannt, daß es in den zellulären oxidativen Stoffwechsel
eingreift. So wird die NADPH-Oxidase von Ang II aktiviert, wodurch reaktive Sauer-
stoff-Verbindungen und Radikale geschaffen werden, wie z.B. O2- (Jaimes et al., 1998),
die wahrscheinlich zum vaskulären Effekt von Ang II beitragen. Einer der am intensiv-
sten untersuchten Effekte der reaktiven Sauerstoff-Verbindungen auf den Gefäßtonus ist
62
die Bildung von Peroxinitriten und daran anschließend das lokale Erschöpfen an NO
(Stroes et al., 1998).
Deshalb erscheint es möglich, die potenzierenden Effekte des CoASSG auf Ang II mit
oxidativen Mechanismen zu erklären. CoASSG enthält selbst eine Disulfidbrücke, und
es kann als ein Oxidans angesehen werden, das zu CoA und Gth reduziert wird. Mit
Hilfe seiner oxidativen Eigenschaften könnte CoASSG die durch Ang II induzierte Bil-
dung von reaktiven Sauerstoff-Verbindungen verstärken und so die vasokonstriktiven
Effekte von Ang II potenzieren.
Ein anderer möglicher Mechanismus wäre eine kovalente Bindung mit dem AT1-Rezep-
tor, über den Ang II die Vasokonstriktion vermittelt. Nach einer Spaltung der Disulfid-
brücke des CoASSG könnte einer der beiden Bestandteile des CoASSG mit einer SH-
Gruppe des AT1-Rezeptors eine kovalente Bindung eingehen. Eine Änderung der Kon-
formation des AT1-Rezeptors wäre die Folge, die möglicherweise mit einer Affinitäts-
änderung für den Agonisten Ang II verbunden ist, so daß die vasokonstriktiven Eigen-
schaften des Ang II verstärkt werden.
Jedoch wäre nicht nur eine kovalente Bindung an den AT1-Rezeptor denkbar, sondern
auch eine solche Bindung an ein Gewebeenzym, das entweder in den Ang II-Stoffwech-
sel oder in den Stoffwechsel von vasoaktiven Substanzen eingreift.
Es ist aus der Literatur bekannt, daß die durch Ang II-induzierte Vasokonstriktion in der
isolierten perfundierten Rattenniere durch eine Hemmung der NO-Synthase potenziert
wird. Diese Verstärkung geschieht in Form einer Linksverschiebung der Dosis-Wir-
kungs-Kurve von Ang II, und auch deren maximale Vasokonstriktion erhöht sich dabei
(Muller et al., 1998). Außerdem wurde nachgewiesen, daß diese Potenzierung AT2-Re-
zeptor-abhängig ist und über den Metabolismus der Zytochrom P-450-Enzyme des En-
dothels verläuft (Endlich et al., 1999).
Da allerdings auch NA durch eine Hemmung der NO-Synthase verstärkt wird, ist es
eher unwahrscheinlich, daß CoASSG über eine Hemmung der NO-Synthase, über eine
kovalente Bindung an den AT2-Rezeptor mit dessen sich daran anschließender Konfor-
mationsänderung und über einen Eingriff in den Metabolismus der Zytochrom P-450-
Enzyme die Vasokonstriktion durch Ang II potenziert.
63
Ferner ist bekannt, daß eine Hemmung von Angiotensinasen mit einer Verlängerung der
Vasokonstriktion einhergeht, die von Ang II induziert wird (Abhold et al., 1987). Des-
halb wäre ein Mechanismus denkbar, daß nach einer Spaltung der Disulfidbrücke des
CoASSG und nach einer kovalenten Bindung einer der beiden Bestandteile des
CoASSG an eine SH-Gruppe der Angiotensinasen deren Inhibition erfolgen könnte.
Diese Hemmung geschähe möglicherweise durch eine Konformationsänderung der An-
giotensinasen durch diese kovalente Bindung, so daß das aktive Zentrum dieser Enzyme
nicht mehr für Ang II zugänglich wäre. Daraufhin wäre der Abbau von Ang II verrin-
gert, und Ang II könnte verstärkt vasokonstringierend wirken.
Der der Ang II-Potenzierung durch CoASSG zugrunde liegende Mechanismus kann bis
jetzt noch nicht exakt bestimmt werden. Die vorgeschlagenen Mechanismen, nämlich
oxidative Angriffspunkte des CoASSG und kovalente Bindungen an den AT1-Rezeptor
oder an stoffwechselaktive Gewebeenzyme, basieren alle auf der Existenz einer Disul-
fidbindung. Diese Erwägungen werden von folgenden Befunden unterbaut, die besa-
gen, daß CoA, Gth und das CoA-Derivat oxCoA, die alle drei eine solche Disulfidbin-
dung nicht besitzen, die durch Ang II induzierte Vasokonstriktion auch nicht potenzie-
ren.
Ferner zeigt der potenzierende Effekt des CoASSG einen eigenartigen zeitlichen Ver-
lauf: Mehr als zwei Stunden an Perfusionsdauer mit CoASSG werden benötigt, um die
volle Potenzierung der duch Ang II induzierten Vasokonstriktion zu entwickeln.
Jedoch passen die weiter oben beschriebenen Hypothesen zu dieser ungewöhnlichen
Beobachtung. Denn sowohl eine Änderung des oxidativen Zustandes der glatten Gefäß-
muskelzellen als auch Konformationsänderungen des AT1-Rezeptors bzw. von stoff-
wechselaktiven Gewebeenzymen durch kovalente Bindungen könnten mehr Zeit benöti-
gen als eine einfache Bindung an einen Rezeptor. Aus der Literatur sind solche zeitli-
chen Verläufe bekannt: Zum einen zeigten Cheng et al., daß sich die Konzentration an
reaktiven Sauerstoff-Verbindungen in Endothelzellen durch zyklische mechanische Be-
lastung erhöht, und daß sich dadurch der oxidative Zustand dieser Zellen nach drei bis
sechs Stunden geändert hat (Cheng et al., 1999). Zum anderen wiesen Miller et al.
nach, daß die Bildung einer stabilen und katalytisch aktiven Verbindung aus Magnesi-
64
um-ADP und dem Nitrogenase-Molybdän-Eisen-Protein von Klebsiella pneumoniae
eine Zeitdauer von zwei Stunden beansprucht (Miller et al., 1997)
Auch die Irreversibilität der Ang II-Potenzierung durch CoASSG 60 min nach Beendi-
gung der CoASSG-Dauerperfusion kann für die weiter oben dargestellten Hypothesen
bezüglich des zugrundeliegenden Mechanismus sprechen. Denn ist der oxidative Zu-
stand von glatten Gefäßmuskelzellen erst einmal verändert, könnten 60 min nicht aus-
reichen, um den alten Redox-Zustand wiederherzustellen. In dem weiter oben ange-
führten Experiment von Cheng et al. war der Ausgangszustand nach 24 Stunden wieder
erreicht (Cheng et al., 1999).
Genauso kann es sich bei Konformationsänderungen des AT1-Rezeptors bzw. von stoff-
wechselaktiven Gewebeenzymen durch kovalente Bindungen verhalten. Auch hier
könnten mehr als 60 min benötigt werden, um die alte Konformation wiederzuerlangen,
so daß zum einen die vorherige Affinität für Ang II wiederhergestellt und zum anderen
das aktive Zentrum für Ang II wieder freigegeben ist. In der weiter oben angeführten
Arbeit von Miller et al. steht beschrieben, daß die Hydrolyse der zuvor gebildeten stabi-
len Verbindung sechs Stunden benötigte (Miller et al., 1997).
Um eine mögliche Reversibilität der Ang II-Potenzierung durch CoASSG aufzudecken
bzw. auszuschließen, wären Auswaschvorgänge von CoASSG mit Tyrode bei einer
Zeitdauer von weit mehr als einer Stunde notwendig. Solche Auswaschvorgänge sind
jedoch mit dem für diese vorliegende Arbeit benutzten Modell der isolierten perfundier-
ten Rattenniere nicht möglich, da so ein lang gefaßter zeitlicher Versuchsrahmen die
Lebens-, Funktions- und Testfähigkeit des benutzten Modells überschreitet.
In den letzten Jahren sind eine Reihe von endogenen vasoaktiven Substanzen identifi-
ziert worden, wie z.B. die weiter oben beschriebenen Substanzen Atriales Natriureti-
sches Peptid, Endothelium-derived relaxing factor, Endothelin und Endogenes Ouaba-
in. Die Nebenniere ist ein wichtiges Organ der Biosynthese mehrerer dieser vasoakti-
ven Substanzen, wie z.B. die weiter oben beschriebenen Substanzen Neuropeptid Y, En-
dogenes Ouabain und die Katecholamine, und sie greift über deren Sekretion in die Re-
gulation des Gefäßtonus ein.
65
Auch CoASSG ist ein endogener Vasokonstriktor, der kürzlich aus bovinen Nebennie-
ren isoliert wurde (Schlüter et al., 1995). Mit Hilfe von Experimenten an Nebennieren
konnte gezeigt werden, daß sich CoASSG in chromaffinen Granula des Nebennieren-
markes befindet, und daß es nach Stimulation mit sekretionsfördernden Substanzen wie
A23187 oder Carbachol in den extrazellulären Raum freigesetzt wird (Schlüter et al.,
1995).
Somit könnte CoASSG durch die Modulierung der vasoaktiven Eigenschaften von Ang
II eine wichtige Rolle in der Blutdruckregulation und möglicherweise in der Entstehung
der essentiellen Hypertonie spielen, denn Ang II für sich selber genommen besitzt eine
etablierte Stellung in der Blutdruckregulation und gegebenenfalls in der Hypertonieent-
stehung. Ob CoASSG eine ätiologische Untergruppe in der essentiellen Hypertonie bil-
det, kann noch nicht geklärt werden. Sowohl die Bestimmung des CoASSG-Plasmage-
haltes unter physiologischen Bedingungen als auch die Bestimmung des Plasmagehaltes
an CoASSG in spontan hypertensiven Ratten und bei essentiellen Hypertonikern könn-
ten dazu beitragen, diese Frage zu beantworten.
Abschließend kann man sagen, daß die Experimente dieser vorliegenden Arbeit zeigen,
daß CoASSG die vasokonstriktiven Eigenschaften von Ang II in der isolierten perfun-
dierten Rattenniere potenziert, im Gegensatz zu den Vasokonstriktionen, die durch NA,
5-HT und α,β-meATP ausgelöst werden. Ferner bleiben die CoASSG-Bestandteile
CoA und Gth wie auch das CoA-Derivat oxCoA ohne Einfluß auf die vasoaktiven Ef-
fekte von Ang II.
Dieses Modell läßt die Vermutung zu, daß oxidative Mechanismen oder kovalente Bin-
dungen mit dem AT1-Rezeptor oder stoffwechselaktiven Gewebeenzymen verantwort-
lich für die Ang II-Potenzierung durch CoASSG sind.
Diese Verstärkung von Ang II ist potentiell relevant für die Regulation des Gefäßtonus
und möglicherweise auch für die Entstehung der essentiellen Hypertonie.
66
5 Zusammenfassung
Coenzym A-Glutathion-Disulfid (CoASSG) ist kürzlich aus bovinen Nebennieren iso-
liert worden, und man vermutet, daß es eine wichtige Rolle in der Regulation des
Blutdruckes spielt.
Als Modell zur Untersuchung der Effekte von CoASSG auf die Ang II-induzierte Vaso-
konstriktion diente die isolierte perfundierte Rattenniere.
Die Dauerperfusion mit 1 µM CoASSG-Lösung über einen Zeitraum von 60 min löste
eine signifikante (P < 0,05) Linksverschiebung der Dosis-Wirkungs-Kurve von Ang II
um den Faktor 3,1 aus, während die Dosis-Wirkungs-Kurve von NA unbeeinflußt blieb.
Während der Dauerperfusion mit 1 µM CoASSG-Lösung erhöhte sich die Vasokon-
striktion, die durch repetitive Bolusapplikationen von 10 pmol Ang II ausgelöst wird,
signifikant (P < 0,05) um 170±14 % nach 60 min und signifikant (P < 0,05) um 235±50
% nach 120 min.
Die Potenzierung von Ang II durch Dauerperfusion mit CoASSG ist abhängig von der
Zeit und erreicht ein Plateau nach 120 min. Darüberhinaus ist die Verstärkung von Ang
II 60 min nach Beendigung der Dauerperfusion mit CoASSG nicht reversibel.
CoA, Gth und oxCoA (jeweils Lösungen von 1 µM) sind nicht in der Lage, die durch
Ang II ausgelöste Vasokonstriktion zu potenzieren.
Schlußfolgernd kann gesagt werden, daß CoASSG in der Lage ist, die vasoaktiven Ei-
genschaften von Ang II zu verstärken. Oxidative Mechanismen oder Modifikationen
vom AT1-Rezeptor bzw. von stoffwechselaktiven Gewebeenzymen werden als mögli-
che Ursachen diskutiert. CoASSG könnte durch die Modulation der Wirkungen von
Ang II eine wichtige Rolle in der lokalen Regulation des Blutdrucks spielen.
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7 Danksagung
An dieser Stelle möchte ich Herrn Prof. Dr. med. Walter Zidek für die Bereitstellung
der Räumlichkeiten und für die Möglichkeit zur Promotion danken.
Ebenfalls möchte ich Herrn PD Dr. med. Martin Tepel für die Überlassung des Themas
dieser vorliegenden Arbeit danken.
Außerdem gilt mein besonderer Dank Herrn PD Dr. rer. nat. Hartmut Schlüter, da er im-
mer ansprechbereit war und mir mit Rat und Tat zur Seite stand.
Auch möchte ich Herrn Dr. med. Markus van der Giet danken, daß er neben Klinikall-
tag, Forschung, Vorträgen und Kongressen immer wieder die Zeit fand, mich auf so
ausgezeichnete Art und Weise zu betreuen und zu unterstützen, und das sowohl im
praktischen Teil als auch über eine gehörige örtliche Distanz im schriftlichen Teil dieser
Arbeit.
Ferner möchte ich der ganzen Arbeitsgruppe der physiologischen Abteilung um Herrn
Dr. med. Bodo Brandts für die freundliche und familiäre Zusammenarbeit auf dem
Kampus der Ruhr-Universität Bochum meinen herzlichen Dank aussprechen.
Natürlich danke ich auch Herrn Okan Cinkilic und Herrn Konstantinos Gardanis für die
entspannte, kameradschaftliche und produktive Arbeitsatmosphäre in unserem Labor.
Meiner lieben Frau Siska danke ich ganz besonders herzlich, daß sie mich während der
ganzen Zeit der Erstellung dieser Arbeit geduldig und rücksichtsvoll unterstützt hat, und
zwar dies im Sinne, für den anderen stets das Beste zu wollen.
89
8 Lebenslauf
Persönliche Angaben:
Name: Schmid
Vorname: Andreas
Geburtsdatum: 04.02.1972
Geburtsort: Freiburg im Breisgau
Familienstand: verheiratet, ein Sohn
Schulbildung:
08/1978 – 07/1982: Hansjakobschule Titisee-Neustadt
08/1982 – 05/1992: Kreisgymnasium Hochschwarzwald Titisee-Neustadt
08/1989 – 07/1990: Austauschjahr an der Orange Glen High School Escondido,
Kalifornien
Esatzdienst:
07/1992 – 09/1993: Zivildienst in der Krankenpflege am Kreiskrankenhaus Titsee-
Neustadt und am Krankenhaus Maria Frieden, Telgte
Studium:
10/1993 – 10/1999: Studium der Medizin an der Ruhr-Universität Bochum
08/1995: Ärztliche Vorprüfung
08/1996: 1. Staatsexamen
08/1998: 2. Staatsexamen
10/1999: 3. Staatsexamen
Stipendien:
08/1989 – 07/1990: Vollstipendiat der Austauschorganisation Education Foundation
für das High School-Jahr in Escondido
11/1993 – 10/1999: Stipendiat der Studienstiftung des deutschen Volkes
10/1998 – 05/1999: Erasmus-Stipendiat für die Chirurgie- und Radiologie-Tertiale des
Praktischen Jahres an der Universitätsklinik Gasthuisberg Leuven
Doktorarbeit:
11/1996 – 02/1998: Experimentelle Doktorarbeit (Arbeitsgruppe Prof. Dr. W. Zidek)
in der Abteilung für Nephrologie der Ruhr-Universität Bochum
Beruf:
seit 02/2000: Arzt im Praktikum in der inneren Medizin am Martini-Kranken-
haus Groningen
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