Die Rolle des Fibroblast Growth Factor-2 und der volumen-abhängigen Chlorid-Kanäle während der Arteriogenese der Kollateralgefäße nach Ligatur der Arteria femoralis bei Mäusen
Einleitung: Nach Verschluss einer Hauptarterie kommt es zu Wachstum der Kollateralgefäße. Angiogenese ist das Wachstum neuer Kapillaren aus bestehenden Gefäßen, während Arteriogenese die durch erhöhte Scherkräfte ausgelöste Vergrößerung präexistierender Kollateralarteriolen darstellt. Durch Arteriogenese kommt es zu einer geringeren Gewebsischämie im Vergleich zur Angiogenese. Frühe Arteriogenese auslösende Faktoren wurden in dieser Arbeit untersucht. Die endotheliale Schwellung unter erhöhter Scherkraft ist der erste Schritt der Arteriogenese. Wir untersuchten mittels des Mibefradils, eines Blockers volumenregulierender endothelialer Chloridkanäle, die Rolle der Zellschwellung und die Verlangsamung der Arteriogenese durch Blockierung der volumenabhängigen Chloridkanäle. Des weiteren untersuchten wir die Rolle des Fibroblast Growth Factor 2 in der Arteriogenese bei FGF-2-/- Mäusen im Vergleich zu Wildtyp-Mäusen.
Methoden: Wir entwickelten ein neues Mausmodell zur Untersuchung arteriogener Prozesse nach Okklusion der A. femoralis mit nicht invasiven und invasiven Auswertungsmethoden. Gemessen wurde die Verbesserung der Durchblutung im Laser-Doppler-Imager im Vergleich zur nicht operierten Gegenseite. Genauso wurde die unterschiedliche Gewebssauerstoffsättigung gemessen. Das Gefäßwachstum wurde morphologisch anhand des Durchmessers quantifiziert. Exogenes FGF-2 und Mibefradil wurden mittels osmotischer Mikropumpe intraarteriell appliziert und mit der Kontrollgruppe (PBS) verglichen. Die Rolle des FGF-2 wurde bei knockout-Mäusen im Vergleich zu wild type-Mäusen sowie nach exogener Zufuhr untersucht. Zur Unterscheidung der Arteriogenese und Angiogenese wurde die Kapillardichtezunahme im Gewebe distal der Ligatur gemessen.
Ergebnisse: Die Arteriogenese findet in unserem Modell regelmäßig in fünf Muskeln statt. Nach 4-stündiger Einwirkung erhöhter Scherkräfte tritt ein intrazelluläres Ödem in Form von Vakuolen in den Endothelzellen auf, das sich nach 24 Stunden zu einem extrazellulären Ödem ausweitet. Nach 3 Tagen nehmen die Endothelzellen an Volumen zu und befinden sich, wie die Fibroblasten, in der Synthesephase. Gleichzeitig finden Umbauprozesse in der Adventitia statt: Makrophagen sind nachzuweisen und Fibroblasten proliferieren. Auf elektronenmikroskopischer Ebene kann man keine Unterschiede zwischen den FGF-2-/- Mäusen und der Kontrollgruppe erkennen. Lediglich eine Unterscheidung der verschiedenen Anpassungsschritte an die erhöhten Scherkräfte ist möglich. Nach Ligatur der A. femoralis der Bab/c-Mäusen stieg der Kollateralgefäßdurchmesser von 34 ± 11µm auf 89 ± 27µm am 21. Tag (p < 0,02). Nach intraarterieller PBS- Applikation in der Kontrollgruppe verbesserte sich die im Laser-Doppler gemessene rela-tive Durchblutung zwischen der ligierten zur nicht ligierten Seite von 0,06 ± 0,01 direkt postoperativ auf 0,25 ± 0,02 am 7. Tag , während in der Mibefradilgruppe die relative Durchblutung von postoperativ 0,07 ± 0,02 nur auf 0,13 ± 0,02 anstieg (p < 0,01). Die Sauerstoffsättigung bestätigt diese Ergebnisse (p < 0,02). Der Kollateraldurchmesser war in der Mibefradilgruppe (61 ± 4.7 µm) signifikant geringer gegenüber der Kontrollgruppe (77.3 ± 0.9 µm) (p < 0.05). FGF-2 spielt während der Arteriogenese eine Rolle. Es zeigt sich in unseren Experimenten zwar kein statistisch relevanter Unterschied zwischen den FGF-2 w.t und - knockout-Mäusen in der Fähigkeit zur Arteriogenese nach Ligatur der A. femoralis, aber die exogene intraarterielle Zufuhr von FGF-2 via Mikropumpe hat einen fördernden Einfluss auf die Arteriogenese. Die Kapillardichte in den Oberschenkelmuskel nimmt nicht zu (p < 0,3), während die Kapillardichte der Mm. gastrocnemii nach Ligatur signifikant um das 1,5-fache zunimmt (p < 0,001).
Schlussfolgerungen: Die Kollateralgefäße treten nach der Ligatur der A. femoralis regelmäßig in den selben Muskeln des Oberschenkels auf. Die Hemmung der Arteriogenese in der Mibefradil-Gruppe spricht für eine Beteiligung der endothelialen volumenregulierenden Chloridkanäle in der Initialphase der Arteriogenese. FGF-2 hat eine fördernde Wirkung auf die Arteriogenese.
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