Leptin-Infusion und endotheliale vasomotorische Reaktion (LIVARM)

Einführung Ein hoher BMI und insbesondere ein hoher Fettmassenindex sind mit einem erhöhten Risiko für koronare Herzkrankheiten und andere kardiovaskuläre Erkrankungen verbunden, aber die zugrunde liegenden Mechanismen sind nicht gut verstanden. Eine endotheliale Dysfunktion geht der Atherosklerose voraus und stellt eine wichtige Verbindung zwischen Adipositas und kardiovaskulären Ereignissen dar.

Das Fettgewebe produziert Zytokine und Hormone (Adipokine), die im Übermaß kardiovaskuläre Erkrankungen durch proinflammatorische, prothrombotische, dyslipidämische und atherosklerotische Wirkungen fördern können.

Leptin ist ein Adipokin mit pleiotroper Wirkung und zirkulierende Leptinspiegel sind positiv mit der Menge an Körperfett assoziiert. Hohe Leptinspiegel im Plasma (Hyperleptinämie) sind mit der Entwicklung von Arteriosklerose, Bluthochdruck und koronarer Herzkrankheit (KHK) verbunden. Leptin aktiviert spezifische Leptinrezeptoren, die unter anderem in Gefäßzellen exprimiert werden, was darauf hindeutet, dass Leptin an der Entwicklung von endothelialer Dysfunktion und Atherosklerose beteiligt sein kann.

Die Nettowirkung von Leptin auf die vasomotorische Funktion bleibt jedoch unklar, da sowohl über Vasodilatation als auch über Vasokonstriktion berichtet wurde. Leptin induziert die Freisetzung von Stickoxid (NO) in vitro und ruft eine Endothel-abhängige Vasodilatation in Mäusen hervor, indem es die endotheliale Expression von NO-Synthase induziert. Darüber hinaus haben Studien am Menschen gezeigt, dass die Infusion von Leptin eine Vasodilatation ausübt. Im Gegensatz dazu haben andere in vitro eine durch Leptin induzierte Vasokonstriktion und eine beeinträchtigte Vasodilatation bei Hunden gezeigt. Es wurden verschiedene Mechanismen vorgeschlagen, die einen erhöhten peripheren Gefäßwiderstand verursachen, wie z. B. Gefäßentzündung, erhöhte Aktivität des sympathischen Nervensystems (SNS), erhöhte Produktion von Endothelin-1 (ET-1) und verringerte Bioverfügbarkeit von Stickoxid (NO).

Hyperleptinämie wurde mit Zuständen veränderter Fibrinolyse in Verbindung gebracht, die bei Diabetes, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Fettleibigkeit üblich ist. Ob Leptin jedoch die endogene fibrinolytische Funktion direkt beeinflusst, bleibt unklar.

Das Ziel dieser Studien war es, die Rolle von Leptin auf die Endothelfunktion beim Menschen zu bewerten. Dazu wurden bei gesunden Männern während einer pharmakologisch induzierten Hyperleptinämie die vasomotorischen und die fibrinolytischen Funktionen beurteilt. In einer parallelen Studie wurde die Endothelfunktion bei Patienten mit bestehender KHK bewertet und mit den Leptinspiegeln im Plasma in Beziehung gesetzt.

Material und Methoden

Probanden Siebzehn gesunde männliche Nichtraucher, die keine regelmäßigen Medikamente einnahmen, wurden in Umeå, Schweden rekrutiert (drei Männer nahmen sowohl an Protokoll 1 als auch an Protokoll 2 teil). 83 Patienten mit etablierter KHK wurden aus der kardiologischen Ambulanz der Royal Infirmary, Edinburgh, Schottland, rekrutiert, und die Merkmale dieser Kohorte wurden bereits zuvor beschrieben. Diese Patienten hatten eine stabile Angina pectoris und hatten eine vorherige angiographische Dokumentation von ≥ 50 % luminaler Stenose von mindestens einem großen epikardialen Koronargefäß. Von jedem Probanden wurde eine schriftliche Einwilligung nach Aufklärung eingeholt und die Studien wurden in Übereinstimmung mit der Deklaration von Helsinki durchgeführt.

Venöse Okklusionsplethysmographie Die Probanden verzichteten vor jedem Studienbesuch 24 Stunden lang auf Alkohol und mindestens 4 Stunden lang auf Nahrungsmittel, Tabak und koffeinhaltige Getränke. Alle Studien wurden in einem ruhigen, temperaturgeregelten Raum durchgeführt, der auf 22-25 Grad Celsius (ºC) gehalten wurde. Eine 17-G-Venenkanüle wurde in die antekubitale Vene jedes Arms eingeführt, und die Brachialarterie des nichtdominanten Arms wurde mit einer 27-G-Nadel (Cooper's Needle Works Ltd, UK) kanüliert. Der bilaterale Unterarmblutfluss wurde durch venöse Okklusionsplethysmographie unter Verwendung von Quecksilber-in-Silastic-Dehnungsmessstreifen gemessen. Blutdruck und Herzfrequenz wurden mit einem halbautomatischen nicht-invasiven Blutdruckmessgerät gemessen. Um akute vasomotorische Wirkungen zu vermeiden, wurden alle Medikamente am Morgen jeder Studie abgesetzt.

Studiendesign

Protokoll 1 Zehn gesunden männlichen Probanden wurde rekombinantes menschliches Leptin (Sigma-Aldrich, Saint-Louis, Missouri, USA) intraarteriell mit aufsteigenden Dosen von 80, 800 und 8.000 ng/min (jeweils 6 Minuten) infundiert. Am Ende jeder Dosis wurden Herzfrequenz, Blutdruck, Blutfluss im Unterarm, Leptin, Gewebe-Plasminogen-Aktivator (tPA)-Antigen und Plasminogen-Aktivator-Inhibitor Typ 1 (PAI-1)-Antigenkonzentrationen bestimmt.

Protokoll 2 In einer doppelblinden, randomisierten Crossover-Studie erhielten zehn gesunde männliche Freiwillige intraarterielle Infusionen von entweder Leptin (800 ng/min) oder Kochsalzlösung bei zwei getrennten Gelegenheiten mit mindestens 2 Wochen zwischen den Besuchen. Der Unterarm-Blutfluss wurde in den infundierten und nicht infundierten Armen zu Beginn und in regelmäßigen Abständen während der einstündigen Leptin/Kochsalz-Infusion gemessen. Danach wurden vier Vasodilatatoren gleichzeitig mit intraarteriellen Leptin/Kochsalzinfusionen infundiert; Bradykinin (Endothel-abhängiger Vasodilatator, der tPA freisetzt) ​​mit 100, 300 und 1.000 pmol/min (Clinalfa Ltd, Schweiz), Acetylcholin (Endothel-abhängiger Vasodilatator, der kein tPA freisetzt) ​​mit 5, 10 und 20 µg/min (Clinalfa Ltd , Schweiz), Natriumnitroprussid (Endothel-unabhängiger Vasodilatator) mit 2, 4 und 8 µg/min (David Bull Laboratorys, UK) und Verapamil (Endothel-unabhängiger Vasodilatator) mit 10, 30, 100 µg/min (Abbott UK Ltd) für 6 Minuten bei jeder Konzentration. Vasodilatatoren wurden in randomisierter Reihenfolge mit einer 15-minütigen Auswaschphase mit Kochsalzlösung zwischen jedem Medikament infundiert. Verapamil wurde wegen seiner langanhaltenden vasomotorischen Wirkung immer am Ende verabreicht.

Venöses Blut wurde aus den infundierten und nicht infundierten Armen zu Studienbeginn, vor und während der Infusion von Bradykinin, nach 60 Minuten und am Ende des Studienprotokolls entnommen.

Protokoll 3 Bei Patienten mit KHK (n=83) wurde der bilaterale Blutfluss im Unterarm vor und während intraarterieller Infusionen von Substanz P (Endothel-abhängiger Vasodilatator, der tPA freisetzt) ​​mit 2, 4 und 8 pmol/min gemessen (Clinalfa Ltd, Schweiz), Acetylcholin mit 5, 10 und 20 µg/min (wie oben) und Natriumnitroprussid mit 2, 4 und 8 µg/min (wie oben) für 6 Minuten bei jeder Konzentration. Bradykinin wurde nicht verabreicht, da viele Patienten mit einer Hemmung des Angiotensin-Converting-Enzyms behandelt wurden und dies seine gefäßerweiternden und fibrinolytischen Wirkungen deutlich potenziert. Die Vasodilatatoren wurden in randomisierter Reihenfolge mit einer 15-minütigen Auswaschphase mit Kochsalzlösung zwischen jedem Medikament verabreicht. Vor und während der intraarteriellen Infusion von Substanz P wurden venöse Blutproben entnommen, um fibrinolytische Marker zu messen.

Venöse Probenahme und Assays Venöse Blutproben aus nüchternem Zustand wurden in Röhrchen gezogen, die angesäuertes gepuffertes Citrat oder Trinatriumcitrat enthielten. Die Proben wurden sofort auf Eis gesammelt und 30 min bei 2.000 g zentrifugiert. Plättchenfreies Plasma und Serum wurden vor dem Assay bei –80°C gelagert. Hirnnatriuretisches Peptid (BNP), Cholesterin- und Glukosekonzentrationen wurden gemäß klinischer Routine und hochempfindliches C-reaktives Protein (hsCRP) mit einem hochempfindlichen Assay unter Verwendung von Partikel-verstärkter Immunnephelometrie (Behring BN II Nephelometer) bestimmt. Plasma-Leptinkonzentrationen wurden unter Verwendung eines Doppel-Antikörper-Radioimmunassays (Millipore, Billerica, Massachusetts, USA) gemessen. Die Intra- und Inter-Assay-Variationskoeffizienten waren kleiner als 5 % sowohl bei niedrigen (2–4 ng/ml) als auch bei hohen (10–15 ng/ml) Leptinkonzentrationen. Plasma-tPA- und PAI-1-Antigenkonzentrationen wurden unter Verwendung von enzymgebundenen Immunosorbent-Assays (Coaliza®, Chromogenix Ltd) und Plasma-tPA-Aktivität unter Verwendung eines photometrischen Verfahrens (Coatest tPA, Chromogenix Ltd) bestimmt. Die Variationskoeffizienten für fibrinolytische Assays betrugen 5,9 % bzw. 12 % für das tPA-Antigen bzw. die Aktivität und 6,2 % für das PAI-1-Antigen. Die geschätzte Nettofreisetzung von tPA (Antigen und Aktivität) wurde wie zuvor beschrieben nach jeder Dosis von Bradykinin oder Substanz P als Produkt des infundierten Unterarm-Plasmaflusses und der Differenz der Plasmaspiegel zwischen den infundierten und nicht-infundierten Unterarmen berechnet.