Wirkung intermittierender Hypoxie auf Ischämie-Reperfusionsverletzung bei gesunden Personen

Die ischämische Herzerkrankung ist die häufigste Form der Herz-Kreislauf-Erkrankung und die Haupttodesursache in den Vereinigten Staaten. Die ischämische Herzkrankheit entsteht durch eine unzureichende Blutversorgung der Koronararterien. Während die sofortige Reperfusion des Gewebes die Behandlung der ersten Wahl bei Ischämie darstellt, verursacht die Wiederherstellung des Blutflusses eine weitere Schädigung der Endothelzellen, die die Blutgefäße auskleiden. Tatsächlich tritt eine schwere endotheliale Dysfunktion paradoxerweise während der anfänglichen Periode der Reperfusion auf, teilweise aufgrund von oxidativem Stress, der durch eine plötzliche Bildung reaktiver Sauerstoffspezies und eine Verringerung der Bioverfügbarkeit von Stickoxid verursacht wird. Ischämie-Reperfusionsschaden stellt den Endothelschaden dar, der durch die kombinierten Wirkungen von Ischämie und Reperfusion verursacht wird. Eine myokardiale Ischämie-Reperfusionsschädigung induziert eine koronare endotheliale Dysfunktion, die wiederum einen Myokardinfarkt fördert. Daher sind Interventionen, die darauf ausgerichtet sind, die Wirkung einer Ischämie-Reperfusionsschädigung abzuschwächen, dringend erforderlich, um eine myokardiale Schädigung bei Patienten mit ischämischer Herzkrankheit zu verhindern.

Die Endothelfunktion der A. brachialis korreliert stark mit der Endothelfunktion der Koronararterie. Dementsprechend können Messungen der Brachialarterienfunktion, wie z. B. strömungsvermittelte Dilatation, als Ersatz für die Endothelfunktion der Koronararterie dienen. Die strömungsvermittelte Dilatation, ein Indikator für die Stickoxid-abhängige Endothelfunktion, stellt die Dilatation der Brachialarterie dar, die einer Erhöhung des Blutflusses und einer Scherbeanspruchung folgt, die durch eine vorübergehende Ischämieperiode induziert wird. Ein Standardmodell einer Ischämie-Reperfusionsverletzung besteht darin, den Blutfluss zum Arm für einen Zeitraum von 20 Minuten zu verschließen. Diese verlängerte Okklusion des Unterarms bewirkt eine Verringerung der flussvermittelten Dilatation im Bereich von 30 bis 50 % für mindestens 30 Minuten nach der Reperfusion bei jungen Personen.

Lokale ischämische Vorkonditionierung bietet Schutz vor Ischämie-Reperfusionsschädigung. Eine ischämische Vorkonditionierung besteht darin, eine Person vor einer Ischämie-Reperfusionsverletzung wiederholten kurzen Ischämieperioden auszusetzen, die durch Aufblasen einer Manschette am Oberarm induziert werden. Ischämische Vorkonditionierung (3 Zyklen 5-minütiger Ischämie, gefolgt von 5 Minuten Reperfusion), die unmittelbar vor einer Ischämie-Reperfusions-Schädigung angewendet wird, verhindert die Verringerung der flussvermittelten Dilatation bei gesunden Personen, was darauf hindeutet, dass eine ischämische Vorkonditionierung bei Patienten mit akuter Ischämie, die kurz davor steht, schützend sein könnte einer therapeutischen Reperfusion unterziehen. Der durch die ischämische Präkonditionierung bereitgestellte Schutz scheint von der Aktivierung des Adenosintriphosphat-empfindlichen Kaliumkanals abzuhängen. Daher schwächt die ischämische Vorkonditionierung die beeinträchtigte Endothel-abhängige Dilatation durch die nachfolgende, verlängerte Ischämie-Reperfusionsschädigung beim Menschen ab.

Intermittierende Hypoxie stellt eine potenzielle systemische Strategie dar, um die Verringerung der flussvermittelten Dilatation nach Ischämie-Reperfusionsverletzung zu verhindern. Intermittierendes Atmen von leicht hypoxischer Luft stimuliert eine endothelabhängige Dilatation und verhindert eine endotheliale Dysfunktion durch die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies und eine Erhöhung der Bioverfügbarkeit von Stickstoffmonoxid. Kurze Perioden intermittierender Hypoxie in Tiermodellen induzieren eine ischämische Präkonditionierung und schützen das Herz vor einem nachfolgenden Infarkt. Tatsächlich schützte eine intermittierende Hypoxie-Konditionierung, bestehend aus 5–8 Zyklen/Tag für 5–10 min/Zyklus bei einem Anteil des eingeatmeten Sauerstoffs von 9,5–10 %, unterbrochen von 4 min Normoxie über einen Zeitraum von 20 Tagen, die endothelabhängige Dilatation der Koronararterien und systemische Arterien bei Ratten durch Aktivierung von Radikalprozessen. Darüber hinaus reduzierte intermittierende Hypoxie, bestehend aus 5 Zyklen von 6 Minuten Hypoxie bei einer Sauerstoffkonzentration von 6%, unterbrochen von 6 Minuten Exposition gegenüber Raumluft über 1 Stunde, die Infarktgröße in Herzen von Mäusen signifikant, wenn sie 24 Stunden vor Ischämie-Reperfusionsverletzung durchgeführt wurde , in Verbindung mit der Expression des Hypoxie-induzierbaren Faktors. Intermittierende Hypoxie kann daher einen Schutz über eine systemische Reaktion induzieren, die einen anderen Mechanismus darstellt als die lokale Schutzreaktion, die durch eine kurze ischämische Vorkonditionierung induziert wird.

Gesundes Altern führt zu einer stärkeren Abnahme der flussvermittelten Dilatation nach einem Verschluss des Blutflusses. Tatsächlich wurde bei Männern mittleren Alters aufgrund von weiterem oxidativem Stress und reduzierter Bioverfügbarkeit von Stickoxid eine Abnahme der flussvermittelten Dilatation von 50 bis 68 % beobachtet. Während die ischämische Vorkonditionierung die Abnahme der flussvermittelten Dilatation bei jungen gesunden Personen verhinderte, wurde die präventive Wirkung der ischämischen Vorkonditionierung gegen eine Ischämie-Reperfusionsschädigung bei älteren Personen aufgehoben. Die ischämische Vorkonditionierung schwächte jedoch die Abnahme der flussvermittelten Dilatation bei älteren Patienten mit Atherosklerose signifikant ab.