Beitrag urämischer Mediatoren zur Genese kardiovaskulärer Erkrankungen bei Patienten mit chronischer Niereninsuffizienz

Abstract

Patienten mit chronischer Niereninsuffizienz leiden häufig an begleitend auftretenden Schädigungen des kardiovaskulären Gefäßsystems. Mitverantwortlich für diese Symptome, die bisweilen entscheidende Komplikationen bei der Therapie zur Folge haben, sind insbesondere urämische Mediatoren, die aufgrund der verminderten Urinexkretion der erkrankten Niere im Blut akkumulieren. In der vorliegenden Dissertation wurden 74 gegenwärtig identifizierte urämische Mediatoren mit Hilfe eines Bioassays experimentell auf ihr vasoaktives Potential untersucht. Als Bioassay diente der Perfusionstest an der isolierten Rattenniere. Ziel war es, durch die systematische vergleichende Untersuchung bisher unbekannte vasoaktive urämische Mediatoren zu identifizieren und ihre pathophysiologische Bedeutung für Patienten mit chronischer Niereninsuffizienz einzuordnen. Die Ergebnisse zeigten einen vasokonstriktorischen Effekt der urämischen Mediatoren 1 Methyladenosin, Endothelin 1, Methylguanidin HCl, Neuropeptid Y, Phenol, p Kresol und Uridin, sowie einen vasodilatatorischen Effekt von Adrenomedullin, Atriales natriuretisches Peptid, Harnstoff, Hydrochinon, Kaliumindoxylsulfat und p Kresolsulfat. Für 1 Methyladenosin, Harnstoff, Hydrochinon, Kaliumindoxylsulfat, Methylguanidin HCl, Phenol, p Kresol, p Kresolsulfat und Uridin konnte erstmalig ein vasoaktiver Effekt an der isolierten perfundierten Rattenniere nachgewiesen werden. Die Dosis- Wirkungskurven von Kaliumindoxylsulfat, p Kresol und p Kresolsulfat zeigten einen linearen Verlauf. Die Dosis-Wirkungskurven aller weiteren vasoaktiven urämischen Mediatoren verliefen sigmoidal. Besonders bemerkenswert ist die gegensätzliche Vasoaktivität des p-Kresols, das bei einer Dosis von 5 x 10-5 mol vasokonstriktorisch wirkte (Δp +17,4 mmHg) und seines sulfatierten Derivats p Kresolsulfat, das bei gleicher Dosis vasodilatatorisch wirkte (Δp -38,7 mmHg). Die relativen Wirkungsstärken der urämischen Mediatoren lassen sich für Substanzen mit ähnlichem ED50-Wert durch die Injektion eines Testbolus immer derselben Menge vergleichen. Für die vasokonstriktorischen Mediatoren mit einer ED50 von 6±2 log mol und einen Bolus von 10-6 mol ergab sich folgende Reihenfolge: Uridin (51,8 mmHg) > Methylguanidin-HCl (38,7 mmHg) > 1-Methyladenosin (32,3 mmHg) > Phenol (14,2 mmHg) > p-Kresol (4,0 mmHg). Die dilatatorische Wirkungsrangfolge lautet: p Kresolsulfat ( 26,0 mmHg) > Kaliumindoxylsulfat ( 24,9 mmHg) > Hydrochinon ( 16,9 mmHg) > Harnstoff ( 0,6 mmHg). Zusätzlich wurden für die Nukleoside 1 Methyladenosin, Methylguanidin- HCl und Uridin pharmakologische Rezeptoruntersuchungen durchgeführt. Diese zeigten für 1 Methyladenosin und Uridin, dass die vasokonstriktorische Wirkung an der isolierten perfundierten Rattenniere überwiegend über A1 Rezeptoren vermittelt wird. P2 Rezeptoren scheinen hingegen nicht an der vasokonstiktorischen Wirkung dieser urämischen Mediatoren beteiligt zu sein. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass urämische Mediatoren durch Einflussnahme auf die Gefäßregulation einen Beitrag zu kardiovaskulären Erkrankungen bei Patienten mit chronischer Niereninsuffizienz leisten. Durch eine Zusammenführung dieser Ergebnisse mit weiteren bereits ausgeführten und noch geplanten in vitro Experimente an verschiedenartigen Enzymsystemen, Zellarten und Organsystemen besteht nun die Möglichkeit, besonders unvorteilhafte urämische Mediatoren zu identifizieren. Das erweiterte Verständnis der Wirkungsweisen urämischer Mediatoren trägt so dazu bei, Behandlungen von Patienten mit chronischer Niereninsuffizienz zielgenauer zu machen und Begleiterscheinungen wie die kardiovaskulären Erkrankungen zu minimieren.

Patients with chronic kidney disease (CKD) often show other organic disturbances concomitantly. Primarily, cardiovascular diseases (CVD) lead to complications during therapy. Amongst other complications accumulation of uremic retention solutes which under normal circumstances are removed by the healthy kidney seem to be accountable for the observed cardiovascular symptoms. In this PhD thesis 74 known uremic retention solutes were tested concerning their vasoactivity in an isolated perfused rat kidney. Through this systematic testing nine uremic substances could be identified, yet unknown to have vasoactive potential. The results showed a vasoconstrictive effect for the uremic retention solutes 1-methyladenosine, endothelin-1, methylguanidine- HCl, neuropeptide Y, phenol, p-cresol and uridine. Adrenomedullin, atrial natriuretic peptide, urea, hydrochinone, potassium indoxyl sulfate and p-cresol sulfate showed a vasodilatation. For the first time a vasoactive effect in the rat isolated kidney was shown for the uremic toxins 1-methyladenosine, urea, hydrochinone, potassium indoxyl sulfate, methylguanidine-HCl, phenol, p-cresol, p-cresolsulfat and uridine. The recorded dose vs blood pressure curves of potassium indoxyl sulfate, p-cresol and p-cresol sulfate showed a linear progression whereas the other vasoactive substances rather showed a sigmoidal course. P-cresol (∆p +17,4 mmHg) and its conjugated derivate p-cresol sulfate (∆p -38,7 mmHg) showed an opposite vasoactivitiy at the same dose of 5 x 10-5 mol. The relative efficiency was ranked by comparing uremic retention solutes with a similar ED50 value to the application of the same amount of test-bolus. The ranking for vasoconstrictive substances with an ED50 value of -6±2 log mol and a test-bolus of 10-6 mol showed the following correlation: uridine (51,8 mmHg) > methylguanidine-HCl (38,7 mmHg) > 1-methyladenosine (32,3 mmHg) > phenol (14,2 mmHg) > p-cresol (4,0 mmHg). The ranking for vasodilatory substances was as follows: p-cresol sulfate (-26,0 mmHg) > potassium indoxyl sulfate (-24,9 mmHg) > hydrochinone (-16,9 mmHg) > urea (-0,6 mmHg). Additionally, pharmacological characterization of receptor specificities for the nucleotides 1-methyladenosine, methylguanidine-HCl and uridine was performed. As it turned out, vasoconstriction of 1-methyladenosine and uridine was mainly mediated by A1-receptors. Whereas P2-receptors didn’t seem to be involved in this regulatory mechanism. Altogether, results of this PhD thesis showed uremic retention solutes to contribute to the development of CVD in patients with CKD by influencing the vascular tone. Upcoming, more detailed in vitro experiments with various organs, cell tissues, and isolated enzyme cascade systems will provide further insight into the molecular action of uremic substances in vivo. The data generated here and the ongoing identification of particularly unfavorable uremic substances should finally proceed to a more specific therapy by showing fewer side effects at the same time for patients suffering from chronic kidney disease.