Die Bedeutung endothelialer Autakoide für die Regulation des arteriolären Gefäßtonus im Skelettmuskel in vivo

Abstract

Der endothelabhängige hyperpolarisierende Faktor (EDHF) löst über eine Hyperpolarisation glatter Gefäßmuskelzellen zusätzlich zu Stickstoffmonoxid (NO) und vasodilatatorischen Prostaglandinen (PG) eine Vasodilatation aus. EDHF soll ein Cytochrom P450-Produkt zu sein, das Kalzium-aktivierte Kaliumkanäle (K+Ca-Kanäle) von glatten Gefäßmuskelzellen öffnet. Eine andere Hypothese geht davon aus, daß EDHF endothelial freigesetzten Kaliumionen entspricht, die über die Aktivierung einwärts gleichrichtender Kaliumkanäle (K +IR-Kanäle) und der Na+/K+-ATPase zur Hyperpolarisierung des glatten Gefäßmuskels führen. Die vorliegende Studie quantifiziert den Einfluß des EDHF/K+Ca-Stoffwechselweges auf den arteriolären Ruhetonus und auf die Acetylcholin (ACh)-induzierte Vasodilatation in vivo relativ zu den Effekten von NO und PG. In 121 Cremastermuskeln von anästhesierten Ratten wurden die Durchmesseränderungen von 1215 Arteriolen auf lokale Applikation der entsprechenden blockierenden Substanzen und die Vasodilatationen auf ACh (10µM) intravitalmikroskopisch analysiert. Die Blockade der K+Ca-Kanäle (Charybdotoxin 3µM, Tetrabutylammonium 0,1mM oder Tetraethylammonium 1mM) oder von NO (NG-Nitro-L-Arginin 30µM) führte zu einer Durchmesserabnahme von ~13%. Eine signifikant stärkere Reduktion (~30%) war nach PG-Blockade (Indometacin 10µM) nachweisbar. Die kombinierte Blockade der drei Autakoide verursachte eine Vasokonstriktion von ~67% entsprechend einem ungefähr hundertfachen Anstieg des arteriolären Strömungswiderstandes. Die Effekte nach Blockade der verschiedenen Autakoid-Stoffwechselwege waren additiv und voneinander unabhängig. Dieses Ergebnis wird durch die Resultate eines mathematischen Simulationsmodells unterstützt. Die ACh-induzierte Vasodilatation war nach Blockade eines der drei Autakoid-Systeme um ~40% vermindert und nach kombinierter Hemmung aller Systeme nicht mehr auslösbar. Die Blockade der K +IR-Kanäle und der Na+/K+-ATPase führte zu keiner signifikanten Änderung der nach NO- und PG-Blockade erhaltenen ACh-Dilatation. Die vorliegenden Ergebnisse zeigen, daß die kontinuierliche Freisetzung von EDHF über die Aktivierung von K+Ca-Kanälen zusammen mit NO and PG zur Modulation des arteriolären Ruhetonus im Skelettmuskel in situ beiträgt. Außerdem ist EDHF/K+Ca für den von NO und PG unabhängigen Teil der ACh- induzierten Vasodilatation verantwortlich. Endothelial freigesetzte Kaliumionen, die auf K+IR-Kanäle und die Na+/K+-ATPase wirken, scheinen in diesem in-vivo-Modell nicht relevant zu sein.

The endothelium-derived hyperpolarizing factor (EDHF) mediates vasodilatation via hyperpolarization of smooth muscle cells in addition to endothelial autacoids nitric oxide (NO) and vasodilatory prostaglandins (PG). Several studies suggest that EDHF is a cytochrome P450 product acting on Ca2+-activated K+ (K+Ca) channels of smooth muscle cells. Alternatively it was proposed that EDHF is endothelial K+ hyperpolarizing smooth muscle cells by activating inwardly rectifying K+ (K+IR) channels and Na+/K+ ATPase. The present study assesses the quantitative effect of the EDHF/K+Ca pathway on arteriolar resting tone and on acetylcholine (ACh)-induced vasodilatation in vivo relative to the effects of NO and PG. The diameter changes of 1215 arterioles in 121 cremaster muscles of anaesthetized rats upon topical application of appropriate blocking agents and their response to ACh (10µM) were analysed by intravital microscopy. Blockade of K+Ca channels (charybdotoxin 3µM, tetrabutylammonium 0.1mM or tetraethylammonium 1mM) or NO synthesis (NG-nitro-L-arginine 30µM) led to diameter reduction by ~13%. A significantly stronger reduction (~30%) was observed upon blockade of PG (indomethacin 10µM). Combined blockade of the three autacoids caused a vasoconstriction of ~67% corresponding to a 100-fold increase in arteriolar flow resistance. Vascular reactions upon blockade of the different autacoid pathways were quantitatively additive and independent. This finding is supported by results of a stochastic simulation model. ACh- induced vasodilatation was diminished by ~40% upon blockade of any of the autacoids and abolished by combined blockade. Blockade of K+IR channels and Na+/K+ ATPase did not change the ACh dilatation preserved after inhibiton of NO and PG. The present data indicate that continuous release of EDHF activating K+Ca channels contributes to the modulation of resting arteriolar tone in situ in addition to NO and PG. Moreover, EDHF/K+Ca is responsible for the NO/PG- independent component of ACh-induced vasodilatation. Endothelial K+ acting on K+IR channels and Na+/K+ ATPase seems not to be relevant in the in vivo model.