Die Interaktion zwischen Low-Density Lipoprotein und sympathischen Adrenorezeptoren an Koronararterien des Menschen

Abstract

Einleitung: Kardiovaskuläre Erkrankungen sind die Haupttodesursache weltweit, wobei Lipidstoffwechselstörungen mit erhöhtem Cholesterin, insbesonde Low- Density Lipoprotein (LDL)-Cholesterin, und arterielle Hypertension hierfür als unabhängige Risikofaktoren gelten. In Studien konnte eine Assoziation von erhöhten Blutdruckwerten und erhöhten Cholesterin-, bzw. LDL-Levels nachgewiesen werden. Ein möglicher Mechanismus für eine Beeinflussung der Blutdruckregulation durch LDL ist die durch LDL verursachte Einschränkung der flussabhängigen Vasodilatation (FMD), die in verschiedensten Gefäßgebieten gezeigt wurde. Ziel der Arbeit ist, zu untersuchen, ob die durch LDL verursachte Einschränkung der FMD durch eine Wechselwirkung mit sympathischen Adrenorezeptoren (AR) verursacht wird. Methoden: Flussabhängiger isometrischer Gefäßtonus, intrazelluläres Membranpotential und cAMP- und cGMP- Konzentrationen wurden unter Einfluss von Kontrolllösung (Krebs-Lösung), LDL- Lösung und LDL-Lösung unter Zugabe von AR-Blockern an Koronararterienpräparaten aus Herztransplantationen von insgesamt 46 Patienten gemessen. Ergebnisse: Im Vergleich zu Krebslösung beeinflusste LDL die FMD und verursachte eine relative Kontraktion Δ(T3 - T100): Krebs 0,496 g; LDL 0,278 g). Komplette Blockade von α-(Phentolamin 10-7 mol/l) und β-Rezeptoren (Propranolol 10-7 mol/l) führte zu einer ca. 50% verminderten Reduktion der FMD durch LDL. Die Blockade von entweder α- oder β-Rezeptor führte zu jeweils kleineren Effekten, die in der Summe mit dem Effekt unter kombinierter Blockade übereinstimmten. Gleiche Effekte konnten bei Messung der Membranpotentiale der Gefäßmuskelzellen und der Konzentration der intrazellulären zyklischen Nukleotide festgestellt werden. Mit den erhobenen Messdaten konnten eine intakte chemoelektrische und chemomechanische, sowie eine lineare elektromechanische Kopplung an menschlichen Koronararterien nachgewiesen werden. Diskussion: Wir konnten zeigen, dass die von LDL verursachte Einschränkung der FMD zu 50% über eine Wechselwirkung zwischen LDL und α- wie auch β-Rezeptor bedingt ist. Die Ergebnisse zeigten sich sowohl auf mechanischer und elektrischer, als auch auf Ebene der Second Messenger. Da eine einzelne Blockade von α- und β-Rezeptor jeweils zu einer relativen Dilatation unter LDL führte, gehen wir von einer Aktivierung des α- und Inhibition des β-Rezeptors durch LDL aus. Über die Beeinflussung der FMD und seine Interaktion mit den sympathischen AR kann LDL einen Einfluss auf die Blutdruckregulation nehmen. Unterstützt wird diese Vermutung durch eine nachgewiesene Korrelation von niedrigeren LDL-Levels mit niedrigen Blutdruckwerten nach Gabe von Statinen, unabhängig von pleiotropen Statin- Effekten. Wir weisen in unserer Studie folglich nach, dass die unabhängigen Risikofaktoren Hypertonie und LDL-Cholesterin auf Ebene der sympathischen AR und der FMD verknüpft sind.

Introduction: Cardiovascular diseases are the main cause of death worldwide, whereas disorders of lipid metabolism with elevated blood cholesterol, especially low-density lipoprotein(LDL)-cholesterol, and arterial hypertension count as independent risk factors. Studies show an association between elevated blood pressure and both elevated cholesterol and LDL levels, respectively. One of the underlying mechanisms for the influence of LDL on blood pressure regulation is an LDL-induced impairment of the flow-mediatated vasodilation (FMD), which has been demonstrated in different types of blood vessels. This work is aiming to examine if an interaction between LDL and sympathetic adrenoreceptors (AR) could be the underlying cause for an LDL- induced impairment of FMD. Methods: Flow-dependent isometric tension, intracellularly recorded membrane potential and intracellular cAMP- and cGMP- concentration were measured under the influence of Krebs solution (control), LDL solution and LDL solution with added AR-blockers in segments of coronary arteries from heart transplantations of 46 patients in total. Results: As compared to Krebs solution, LDL affected FMD and caused a relative contraction Δ(T3 - T100): Krebs 0,496 g; LDL 0,278 g. Complete blockade of both α- (phentolamin 10-7 mol/l) and β-receptors (propranolol 10-7 mol/l) resulted in a ∼50% reduction of LDL-induced FMD impairment. Blockage of either α- or β-receptors showed smaller effects which added up to the measured effect under blockage of both receptors. Similar effects were apparent in the recorded membrane potential of the vascular smooth muscle cells and in the intracellular concentration of the cyclic nucleotides. From our data, we could show an intact chemoelectrical, chemomechanical and furthermore a linear electromecanical coupling in human coronary arteries. Discussion: We could show that the LDL-induced impairment of FMD is in ∼50% due to an interaction between LDL and both α- and β-receptors. Similar results could be shown in mechanical and electrical measurements and on the level of second messengers. Since blockage of each receptor resulted in a relative dilatation, we assume that the LDL effect is caused by a stimulation of α- and an inhibition of β-adrenoreceptors. Through its influence on FMD and its interaction with sympathetic AR, LDL might be implicated in blood pressure regulation. This finding is supported by studies that suggest that lower LDL levels, achieved through administration of statins, are correlated with lower blood pressure, independent of pleiotropic statin effects. Therefore we demonstrate in this study that the former independend risk factors of elevated LDL-cholesterol and high blood pressure are linked on the level of sympathetic AR and through FMD.