Die Rolle des endogenen Stickstoffmonoxids für den pulmonalen Ischämie-/ Reperfusionsschaden im Modell der isolierten Kaninchenlunge

Abstract

Die mikrovaskuläre Hyperpermeabilität mit konsekutiver Ödembildung ist ein wesentliches Charakteristikum des pulmonalen Ischämie-/ Reperfusionssyndroms, wie in verschieden Modellen und in unterschiedlichen Spezies gezeigt werden konnte. Klinisch kann es hierdurch zum Bild des akuten Lungenversagens kommen. Die Rolle der endogenen NO-Synthese bei der Entstehung des Ischämie-/ Reperfusionsscha¬dens der Lunge war bisher unklar. In der vorliegenden Arbeit wurden Kaninchenlungen isoliert perfundiert und ventiliert und einer warmen Ischämieperiode unterzogen. Der spezifische Versuchsaufbau ermöglichte neben der Erfassung der pulmonalen Hämodynamik und der endothelialen Permeabilität die kontinu¬ierliche Messung der exhalativen NO-Liberation sowie der intravasalen Akkumulation der NO-Abbauprodukte (NOx). Die pulmonale NO-Produktion wurde in Versuchsreihen mit einer Ischämieperiode von 180 und 210 Minuten Länge unter normoxischer und anoxischer Ventilation und vasaler Distension (einem aus Voruntersuchungen bekannten Protektionsprinzip) erfasst. Weiterhin wurde untersucht, welchen Einfluss die Blockade der endogenen NO-Synthese durch L-NMMA im Rahmen einer normoxisch sowie einer anoxisch ventilierten Ischämieperiode auf die Ausbildung des Ischämie-/ Reperfusionsschadens hatte. Zusätzlich wurde der Einfluss von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) im Anschluss an eine anoxisch ventilierte Ischämieperiode durch die Applikation von Superoxid-Dis¬mutase (SOD) ermittelt. Um Unterschiede der NO-Synthese zwischen einer Ischämieperiode unter vasaler Distension und vasalem Kollaps zu bestimmen, wurde das Organ in weiteren Experimenten einer 90-minütigen, anoxisch ventilierten Ischämie bei vasalem Kollaps ausgesetzt. Die Auswertung der Versuchsdaten ergab während einer normoxisch ventilierten Ischämie einen leichten Abfall der NO-Synthese, der unmittelbar nach Reperfusion auf das Ausgangsniveau zurückkehrte, bei einem moderatem Ischämie-/ Reperfusionsschaden. Die Blockade der NO-Synthese durch L-NMMA unter diesen Bedingungen modifizierte den postischämischen Permeabilitätsschaden nicht wesentlich. Nach einer anoxisch ventilierten Ischämieperiode zeigte sich ein deutlich gravierenderer Ischämie-/ Reperfusionsschaden mit einer ausgeprägten Erhöhung der kapillären Filtration. Während der Ischämieperiode kam es zu einer vollständigen Suppres¬sion der NO-Liberation. Mit erneuter Reo¬xygenierung zur Reperfusion setzte die NO-Synthese allerdings prompt und vollständig wieder ein. Überraschenderweise ließ sich der Ischämie-/ Reperfusionsschaden in dieser Versuchsreihe durch die anhaltende Inhibition der NO-Synthese durch L-NMMA deutlich reduzieren. Weiterhin reduzierte die Applikation von SOD die durch eine anoxische Ischämie hervorgerufene Permeabilitätsstörung. Auch hierbei kam es zum prompten Wiedereinsetzen der NO-Li¬beration mit der Reoxygenierung zur Reperfusion. Versuche mit einer 90-minütigen anoxischen Ischämie bei fehlendem positivem intravasalem Druck zeigten, dass auch nach einem vasalen Kollaps die NO-Synthese mit der Reoxygenierung zur Reperfusion umgehend wieder einsetzt. Zusammenfassend konnte diese Arbeit aufzeigen, dass unter einer normoxischen Ischämie kontinuierlich NO produziert wird, und der Ischämie-/ Reperfusi¬onsschaden unter diesen Bedingungen durch endogen synthetisiertes NO weder getriggert noch abgemildert wird. die unter anoxischer Ischämie supprimierte endogene NO-Synthese mit Re-oxyge¬nierung und Reperfusion wieder vollstän¬dig einsetzt und dies möglicherweise über die Interaktion mit Sauerstoffperoxid zur Entstehung der vaskulären Hyperperme¬abilität beiträgt. die pulmonale NO-Synthese nach einem Ischämie-/ Reperfusions-Manöver unter vasalem Kollaps unbeeinträchtigt bleibt und somit der protektive Effekt einer vasalen Distension während einer Ischämieperiode offenbar nicht durch NO vermittelt wird. Diese Erkenntnisse können möglicherweise für eine Verbesserung der Präservation von Spenderorganen nutzbar sein. Various studies in different species have shown that loss of capillary barrier properties with subsequent pulmonary oedema formation plays an important role in lung ischemia/reperfusion injury. The exact role of endogenous nitric oxide (NO) in this scenario still needs to be clarified. In the current study, isolated buffer-perfused rabbit lungs have been ventilated and exposed to a warm ischemia/reperfusion manoeuver. Measurements of pulmonary haemodynamics and endothelial permeability were performed. Additionally, allowed by a specific experimental setting, measurement of exhalative NO release and intravascular accumulation of NO degradation products (NOx) was conducted. The measurements were performed in test series with 180 and 210 minutes of ischemia under both normoxic and anoxic ventilation and vascular distension. The influence of L-NMMA-mediated endogenous NO synthesis blockade on the generation of ischemia/reperfusion injury was investigated. The effect of reactive oxygen species (ROS) and the impact of superoxid dismutase (SOD)-application on the ischemia/reperfusion injury following an anoxic ventilated ischemia period were evaluated as well. Additionally, the effect of vascular distension and vascular collapse on the NO-synthesis during and after 90 minutes of ischemia under anoxic ventilation was examined. Results: During normoxic ventilated ischemic periode with vascular distension the NO synthesis was only marginally reduced. After reperfusion the NO synthesis fully recovered, paralleled by a moderate leakage response (increase in capillary filtration coefficient). After NO synthesis blockade with L-NMMA, the NO release was nearly completely inhibited whereas the leakage response remained unchanged. After an anoxic ventilated ischemia period severe ischemia/reperfusion injury was observed and massive vascular leakage was detected. During the anoxic ventilated ischemic period, NO release was nearly completely suppressed, but re-appeared immediately upon reperfusion and ventilation with normoxic gas. Surprisingly, the inhibition of NO synthesis by L-NMMA reduced the ischemia/reperfusion injury substantially. Moreover, the vascular leakage after an anoxic ventilated ischemic period could also be reduced by application of SOD. Under these conditions, the NO synthesis recovered promptly upon changing to normoxic ventilation.Experiments with 90 minutes of anoxic ventilated ischemia and vascular collapse showed that NO-synthesis immediately recovered upon changing the ventilation to normoxic gas as well. In summary, the current study demonstrates that NO is continuously synthesized during normoxic ischemia period and does not induce or mitigate the severity of ischemia/reperfusion injury under these conditions. endogenous NO synthesis is suppressed during anoxic ischemia, but recovers promptly upon reperfusion and reoxygenation. This reappearance of endo-genous NO apparently triggers vascular leakage upon reperfusion, possibly through its interaction with oxygen radical production. pulmonary NO synthesis after an ischemia/reperfusion manoeuver is not influenced by vascular collapse during the ischemic period. Therefore, the protective effect of vascular distension during ischemia is most likely not NO-mediated.