Untersuchung zur Retentions- und Perfusionszeit der Niere nach Applikation von Röntgenkontrastmitteln

Abstract

Einleitung und Ziel: Iodhaltige nicht-ionische Röntgenkontrastmittel, welche heutzutage klinisch regelmäßig eingesetzt werden, besitzen eine ähnliche molekulare Struktur, jedoch unterschiedliche physikochemische Eigenschaften. Die Bedeutung der Viskosität von Kontrastmitteln ist möglicherweise im Hinblick auf die klinische Relevanz des akuten Nierenversagens im Anschluss an eine Applikation dieser Pharmaka vernachlässigt worden. Das Ziel dieser präklinischen Studie war es, die Rolle der Viskosität und Osmolarität auf die Retentions- und Perfusionszeit von Kontrastmitteln in der Niere zu untersuchen. Darüber hinaus sollten Genexpressions- und Proteinanalysen von Biomarkern für Nierenschädigung und renale Hypoxie nach Applikation eines hoch viskösen und eines niedrig viskösen Kontrastmittels durchgeführt werden. Ferner sollte ein möglicher Unterschied des zytotoxischen Potentials zwischen dem ionischen monomeren Kontrastmittel und dem nicht-ionischen dimeren Röntgenkontrastmittel auf die Nierentubuluszellen untersucht werden. Material und Methoden: Die Retention der Röntgenkontrastmittel wurde durch Computertomographie (CT) und Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) an Han-Wistar- Ratten (männlich; 230-300 g) und renal orgeschädigten ZSF1-Ratten (ZDFxSHHF- fa/fa(cp) (männlich 500-900 g) durchgeführt. Die Genexpressionsanalyse wurde an Han-Wistar-Ratten (Crl:WI) (männlich; 230-300 g) nach Applikation eines niedrig viskösen Kontrastmittels (Iopromid) und eines hoch viskösen Kontrastmittels (Iodixanol) durch quantitative RT-PCR-Analytik und Proteinbestimmung durchgeführt. Nach Kontamination der LCC-PK1 Zellen des Schweines mit dem monomeren und dem dimeren Kontrastmittel wurde der MTT- und der ATP-Test durchgeführt. Die Perfusionszeit in der Niere nach Applikation der Kontrastmittel wurde mit Hilfe eine Ultraschallgerätes an Han-Wistar- Ratten und ZSF1-Ratten sowie an Kaninchen der Rasse Weiße Neuseeländer durchgeführt. Ergebnisse: Die CT-Bilder und die RFA der Nieren der Tiere, die mit Iodixanol behandelt wurden, zeigten höhere Iodkonzentrationen im Vergleich zu den Tieren, welche mit 0,9 % Kochsalzlösung oder Iopromid behandelt wurden. Dieser Effekt war in den ZSF1-Ratten dramatisch erhöht. 24 Stunden nach Iodixanol-Injektion konnte ein signifikant erhöhter Transkriptionslevel der Biomarker KIM-1 und HO-1 im Vergleich zu den mit Iopromid und 0,9 % Kochsalzlösung behandelten Tieren festgestellt werden. Einige untersuchten Proteine im renalen Gewebe, die zur Früherkennung von Nierenschäden herangezogen werden können, waren nach Gabe des dimeren Kontrastmittels im Vergleich zu der Gabe des monomeren Kontrastmittels und NaCl erhöht. Die mitochondriale Dehydrogenase und die ATP-Konzentration zeigten eine konzentrationsabhängige Abnahme bei Kontrastmitteleinfluss. Fazit: Es konnten höhere Iodkonzentrationen und verlängerte Retentionszeiten nach Applikation des hoch viskösen isoosmolaren dimeren Kontrastmittels im Vergleich zu dem niedrig viskösen monomeren Kontrastmittel beobachtet werden. Eine mögliche Erklärung hierfür könnte die hohe Viskosität und die ausbleibende Verdünnung durch osmotische Diurese sein. Dahingegen scheint die niedrige Viskosität und die osmotische Diurese der monomeren Kontrastmittel die Retentionszeit zu verkürzen. Die verlängerte Retentionszeit nach Applikation des hoch viskösen dimeren Kontrastmittels (Iodixanol) induziert einen Anstieg der Genexpression von Biomarkern, welche charakteristisch für Hypoxie und Nierenschädigung sind. Die Nierenzellen sind der applizierten Substanz über einen längeren Zeitraum ausgesetzt, was in Konsequenz möglicherweise das Vorliegen einer erhöhten zellulären Toxizität bedeutet.

Introduction: Commercially available iodinated contrast media show similar molecular structure but significant different physico-chemical properties. The relevance of the viscosity of contrast media may be underestimated as a contributing factor for clinically relevant renal failure after application of those drugs. The aim of this preclinical study is to assess the role of viscosity and osmolarity of contrast media regarding their retention and perfusion time in kidney. Furthermore the expression of marker genes for renal damage and hypoxia was tested to evaluate a potential renal damage and hypoxia after application of iodinated contrast media. To a certain extent protein configuration has been explored for the early recognition of renal deficiencies. To evaluate the toxic potentials in renal cell-damage furthermore this assay examinates cytotoxical differences between iodinated monomer contrast media and iodinated dimere contrast media. Material and methods: The retention time of contrast media after application of low- viscous, low-osmolar (Iopromide 300) and high-viscous, iso-osmolar (Iodixanol 320) contrast media and the iodine concentration over time was determined using computer tomography (CT) and X-ray fluorescence analysis (RFA) in healthy Han-Wistar and renally impaired ZSF1-rats. The latter served as a model for age and diabetes-related renal damage. The expression of kidney injury molecule 1 (Kim-1) and Heme Oxygenase I (HO-1) was measured in healthy Han Wistar rats by quantitative reverse transcriptase-polymerase chain- reaction (RT-PCR). The protein syntheses with Multiplex ELISA was also tested on Han Wistar rats. Porcine tubule cells, LLC-PK1, were subjected to contrast media exposure followed by assessment of ATP and MTT tests. The perfusion time of the kidney after contrast media application was determined using contrast- enhanced ultrasound. Results: CT and RFA in the kidneys of animals treated with Iodixanol revealed prolonged retention of iodine in the kidney as compared to animals treated with Iopromide. This difference was even more pronounced in renally impaired rats. 24 hours after Iodixanol treatment, significantly increased levels of Kim-1 and HO-1 transcript levels were observed compared to the saline and Iopromide treatment. When evaluating the proteins in the renal tissue that can be used for the early detection of renal deficiencies, for the dimeric contrast media there have been found elevated values for some proteins in comparison to the values found in the proband animal group treated with monomeric contrast media. The MTT and ATP concentration show a concentration dependent decrease. Conclusion: A prolonged retention of contrast media in the kidney was observed after administration of high-viscous, iso-osmolar contrast media. One possible explanation for this effect could be the high viscosity of high-viscous, iso-osmolar dimeric contrast media and the lack of dilution by osmotic diuresis. This prolonged exposure is possibly associated with higher renal toxicity as indicated by the elevated expression of biomarkers for hypoxia and renal injury.