Antioxidative Therapie mit Acetylcystein während der Hämodialyse: Verbesserung der endothelialen Funktion

Abstract

Patienten mit terminaler Niereninsuffizienz haben eine verminderte Überlebenswahrscheinlichkeit gegenüber der Normalbevölkerung. Ursächlich hierfür ist vor allem die erhöhte kardiovaskuläre Morbidität und Mortalität. Eine Ursache dafür ist z.B. der oxidative Stress. Das Verfahren der digitalen Photoplethysmographie wurde als nicht-invasives, Untersucher-unabhängiges und kontinuierliches Verfahren zur Aufzeichnung der digitalen Volumenpulskurve etabliert. Der Reflective Index als Algorithmus zur Darstellung des diastolischen Anteils der Pulskurve wurde hergeleitet. Anhand 10 gesunder Probanden konnte gezeigt werden, dass ein ansteigender Reflective Index für Vasokonstriktion steht, wohingegen ein abfallender Reflective Index Vasodilatation anzeigt. Diese Ergebnisse wurden im Folgenden zur Interpretation der Daten von Patienten mit terminaler Niereninsuffizienz angewandt. Während zwei aufeinander folgender Hämodialysesitzungen wurden die Pulskurven von 20 Patienten mit terminaler Niereninsuffizienz in Abwesenheit und Anwesenheit von intravenöser Acetylcysteinmedikation kontinuierlich mit digitaler Photoplethysmographie aufgezeichnet. In Abwesenheit von Acetylcystein kam es zu einem signifikanten Anstieg des Reflective Indexes von 36 ± 3 am Start der Hämodialyse auf 41 ± 3 (arbiträre Einheit) am Ende der Hämodialyse (Mittelwert ± SEM, n=20; p<0.05), was auf eine Vasokonstriktion hindeutet. Dagegen zeigte sich in Anwesenheit von Acetylcystein kein signifikanter Unterschied des Reflective Indexes gemessen am Start und am Ende der Hämodialyse (Mittelwert ± SEM, 34 ± 2 vs 36 ± 2; n=20, p=0.67). Die Endothelfunktion wurde durch Testung der endothelabhängigen Vasodilatation durch Provokation reaktiver Hyperämie am Oberarm geprüft. Unter antioxidativer Therapie zeigte sich am Ende der Hämodialyse eine deutlich signifikante Vasodilatation. D. h. antioxidative Therapie mit Acetylcystein während der Hämodialyse führt zur signifikanten Verbesserung der Endothelfunktion bei Patienten mit terminaler Niereninsuffizienz. Im folgenden, experimentellen Teil der Arbeit sollte nach einem möglichen Mechanismus für diesen Effekt von Acetylcystein gesucht werden. Dazu wurde zunächst die intrazelluläre Calciumhomöostase mittels Fluoreszenzspektrophotometrie untersucht. Es zeigten sich unter Kontrollbedingungen signifikant leerere intrazelluläre Calciumspeicher am Ende der Hämodialyse und ein verminderter transplasmamembranärer Calciumeinstrom. Unter Acetylcystein dagegen waren sie Speicher signifikant voller und auch der Calciumeinstrom erhöht. D.h. unter antioxidativer Therapie steht am Ende der Hämodialyse mehr intrazelluläres Calcium zur Verfügung. Um eine Ursache für diese Unterschiede der Calciumhomöostase zu finden, wurde die Veränderung der membranären Expression der TRPC-Kanäle mittels in-cell Western Assay untersucht. Unter Kontrollbedingungen zeigte sich ein signifikanter Abfall der membranären TRPC- Expression während der Hämodialyse, wohingegen unter Acetylcystein die Expression konstant blieb. Die vorliegende Arbeit konnte zeigen, dass antioxidative Therapie mit Acetylcystein während der Hämodialyse zu einer Verbesserung der endothelialen Funktion führt und dies möglicherweise durch Beeinflussung der intrazellulären Calciumhomöostase über TRPC-Kanäle bewirkt wird.

Hemodialysis-associated increase of arterial stiffness due to increased oxidative stress might contribute to increased cardiovascular morbidity and mortality in patients with end-stage renal failure. Digital photoplethysmography has been proven as non-invasive, continuous and investigator-independent analysis of digital pulse wave. The reflective index as an algorithm of digital volume pulse waves was defined. Investigations of 10 healthy subjects demonstrated that an increased reflective index indicates increased reflection of arterial pressure waves from peripheral arteries, i.e. due to vasoconstriction or increased arterial stiffness, vice versa a decreased reflective index indicates decreased reflection of aterial pressure waves from peripheral arteries, i.e. due to vasodilation. Now, the reflective index was continuously determined in 20 patients with end-stage renal failure during hemodialysis session in absence and presence of intravenous acetylcysteine administration in a randomized, prospective, placebo- controlled, cross-over design. The reflective index significantly increased from 36 ± 3 at the start to 41 ± 3 (arbitrary units) at the end of hemodialysis session in absence of acetylcysteine (mean ± SEM, n=20; p<0.05). On the contrary, in the presence of acetylcysteine no significant change of the reflective index was observed from start to end of hemodialysis session (mean ± SEM, 34 ± 2 vs 36 ± 2; n=20, p=0.67). Furthermore, an improvement of endothelial function could be determined in the presence of acetylcysteine. The present study shows a significant increase of arterial stiffness during a hemodialysis session in patients with end-stage renal failure which can be prevented by the antioxidant acetylcysteine. In the second trial, we looked for a possible mechanism of this effect of acetylcysteine. Therefore, we analyzed intracellular calcium homeostasis with fluorescence spectrophotometry. In absence of acetylcysteine administration intracellular stores are less filled at the end of hemodialysis and calcium influx is reduced. Whereas in presence of acetylcysteine intracellular calcium stores are fuller as well as calcium influx is higher at the end of hemodialysis. To find a reason for this differences in calcium homeostatsis changes of expression pattern of transient receptor potential channels during hemodialysis were evaluated by in-cell western assay. In absence of acetylcysteine TRPC expression was diminished during hemodialysis session. In presence of acetylcsteine no changes of TRPC expression were observed. The previous study showed beneficial vascular effects of antioxidative intravenous acetylcysteine administration during hemodialysis in patients with end-stage renal failure, which probably could be explained by influencing the intracellular calcium homeostasis.