Zum Einfluss des Stickstoffmonoxid (NO) Systems auf die Hyperoxie-induzierte postnatale Lungenreifungsstörung : histomorphometrische Untersuchungen am Mausmodell der bronchopulmonalen Dysplasie

Abstract

Trotz der großen Fortschritte in der Peri- und Neonatologie stellt die bronchopulmonale Dysplasie (BPD) 40 Jahre nach ihrer erstmaligen Beschreibung einen der wesentlichen Morbiditätsfaktoren frühgeborener Kinder mit einem Geburtsgewicht von weniger als 1000g dar. Innerhalb dieses Kollektives entwickeln etwa 30% der Patienten eine BPD. Diese Kinder unterliegen einem hohen Risiko für chronische pulmologische und neurologische Komplikationen. Die Pathogenese gilt als multifaktoriell, neben der anatomisch-strukturellen und biochemischen Unreife der Lunge gilt Hyperoxie als wichtiger ätiologischer Faktor. Bei der BPD zeigt sich heute im Wesentlichen das histopathologische Bild einer alveolären Simplifikation im Sinne einer gestörten distalen Lungenreifung. Trotz angestrengter Bemühungen sind bisher keine effektiven und sicheren präventiven Behandlungskonzepte identifiziert worden. Aufgrund von vielversprechenden experimentellen Daten bleiben die Erwartungen an die Therapie mit inhalativem Stickstoffmonoxid (NO) bei unklarer klinischer Studienlage hoch. Ziel der vorliegenden Arbeit war es zunächst ein stabiles Modell der Hyperoxie-induzierten postnatalen Lungenreifungsstörung an Mäusen zu etablieren. Zielvariablen waren hierbei, neben der Sterblichkeit und dem körperlichen Gedeihen, vor allem die histomorphometrische Quantifizierung der Fibro- und Alveolarisierung. In nachfolgenden Versuchsreihen wurde zusätzlich der Einfluss des NO-Donors Deta-NONOate, des Phosphodiesterase Typ 5 (PDE-5) Inhibitors Sildenafil, sowie des Aktivators der löslichen Guanylatzyklase (sGC) HMR-1766, auf die durch chronische Hyperoxie gestörte postnatale Lungenentwicklung untersucht. Die Exposition der neonatalen Mäuse gegenüber 85% O2 über die ersten vier Lebenswochen führte zu einem signifikanten Arrest der Alveolarisierung mit der Ausbildung von großen irregulär geformten terminalen Luftwegen mit sakkulärem Charakter und einer -im Vergleich zum normoxischen Kontrollkollektiv- signifikanten Verdickung der Septen. Die Gewichtszunahme der hyperoxischen Neonaten war bei nicht erhöhter Mortalität signifikant geringer als bei der Kontrollgruppe. Die 4-wöchige Behandlung mit inhalativem Deta-NONOate führte bei unbeeinflusster distaler Lungenarchitektur zu einer verschlechterten Gewichtsentwicklung der Tiere. Ähnliche Ergebnisse lieferte die Versuchsreihe mit dem sGC-Aktivator HMR-1766. Unter der Therapie mit Sildenafil kam es neben der Beeinträchtigung des körperlichen Gedeihens zusätzlich zu einer signifikanten Verschlechterung der distalen Lungenreifung. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit können im Gegensatz zu anderen Studien keinen positiven Einfluss von exogen zugeführtem NO auf die durch chronische postnatale Hyperoxie induzierte Lungenreifungsstörung konstatieren. Durch die fehlenden positiven Effekte der medikamentösen Stimulation der NO-cGMP Achse unterstützt sie zusätzlich die Hypothese, dass die sGC-cGMP vermittelten NO-Effekte nicht, oder zumindest nicht in erster Linie, für die aus der BPD Forschung zuvor berichteten lungenprotektiven NO-Eigenschaften verantwortlich zu machen sind. 40 years after the original description of bronchopulmonary dysplasia (BPD), and despite significant advances in peri- and neonatolgy, BPD remains one of the major factors of morbidity in prematurely born babies weighing 1000g at birth or less. 30% of these patients develop BPD. These children are at high risk for chronic pulmonary and neurological complications. The pathogenesis is thought to be multi-factorial. In addition to the anatomical-structural and biochemical immaturity of the lung, hyperoxia plays an important etiological role. Nowadays the histopathological picture of BPD shows primarily alveolar simplification in the sense of a disturbed lung-maturation process. Intense efforts have yielded no effective and safe preventive concepts of therapy. Despite inconclusive clinical studies, promising experimental data maintain high expectations for treatment with inhaled nitric oxide (NO). The aim of this thesis has been to establish a reliable model for disturbed hyperoxia-induced postnatal lung-maturation in mice. Variables of interest aside from survival and weight gain have been the histomorphometric quantification of alveolarization and fibrosis. In animal experiments, the effect of the NO-donor Deta-NONOate, the phosphodiesterase type 5 (PDE-5) inhibitor Sildenafil, as well as the activator of soluble guanylate cyclase (sGC) HMR-1766 on disturbed hyperoxia-induced postnatal lung-maturation was examined. The exposure of neonatal mice to 85% oxygen over the first four weeks of life led to a significantly arrested alveolarization, characterized by the formation of large irregularly-shaped terminal airways of saccular character. Compared with normoxic controls, a significant increase in septal thickness could be observed. Weight gain in hyperoxic neonates was significantly less than in healthy controls; survival did not differ. The four-week long treatment with inhaled Deta-NONOate led to an impaired weight gain, but did not show effects on distal lung architecture. Results of the treatment groups with the sGC-activator HMR-1766 were very similar. The treatment with Sildenafil caused a significant impairment of weight gain and distal lung maturation. In contrast to other studies, the results of this thesis cannot state positive effects of exogeneous administration of nitric oxide on chronic hyperoxia-induced postnatal lung damage. The lack of positive effects by pharmacological stimulation of the NO-cGMP axis in this study also supports the hypothesis that sGC-cGMP mediated NO effects do not seem to be at least not primarily- responsible for BPD researchers previously reported lung-protective NO-properties.