HerzSupplement - Pentalong von Actavis

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01.12.2012 Aufrufe

Herz Supplement Cardiovascular Diseases Anteil Kontrollle [%] 300 250 200 150 100 50 0 Herz: NADPH-Oxidase-Aktivität (Luzigenin [5 µM] ECL) Kontrolle * * * # * # * Aorta: Superoxid-Produktion (DHE-Kryoschnitte) * # STZ + PETN + ISDN + ISMN + Ins schung (15 bzw. 10 mg/kg/d) und ISMN über Trinkwasser (75 mg/kg/d) verabreicht. Nach acht Wochen wurden die Tiere untersucht und Diabetes anhand eines drei- bis vierfachen Anstiegs des Blutzuckerspiegels und einer dramatisch reduzierten Gewichtszunahme diagnostiziert. Zusätzlich wurde ein kleines Kollektiv von STZ-Ratten mit Insulin (2,5 U/d für zwei Wochen über osmotische Minipumpen) behandelt. Reaktive Sauerstoffspezies (ROS) wurden über Chemilumineszenz, HPLC und Fluoreszenzmikroskopie von Dihydroethidin-(DHE-)gefärbten Kryoschnitten detektiert. Die Proteinexpression wurde über Westernblot ermittelt und für Endothel- und Gefäßmuskelfunktion wurden isometrische Spannungsmessungen durchgeführt. Zusätzlich wurde die antioxidative Kapazität im Blutserum über die Reduktion des DPP-Radikals photometrisch bei 517 nm bestimmt. Nach acht Wochen zeigte sich bei den STZ-behandelten Ratten eine dramatische Steigerung des Blutzuckerspiegels, eine reduzierte Gewichtszunahme, ein Erhöhung der vaskulären und kardialen ROS-Produktion (Mitochondrien und NADPH- Oxidase), ein annähernd kompletter Verlust der antioxidativen Kapazität des Serums und eine gestörte Endothel- und *+ * + Gefäßmuskelfunktion. PETN verbesserte alle gemessenen Parameter effizienter als ISDN mit Ausnahme der Endothel- und Gefäßmuskelfunktion, bei der beide Nitrate die gleichen positiven Eigenschaften aufzeigten. Im Gegensatz dazu und in Übereinstimmung mit den vorangegangenen Untersuchungen im Hypertoniemodell hatte ISMN, was als Vergleich zu seinem Dinitrat-Derivat ISDN in die Untersuchungen einbezogen wurde, keine protektiven Effekte. Eine Insulinbehandlung über die letzten zwei Wochen vor Versuchsbeginn normalisierte alle gemessenen Parameter vollständig (Abb. 6). Somit konnte in der aktuellen Studie zum ersten Mal gezeigt werden, dass ein organisches Nitrat wie PETN in einer Langzeittherapie bei gut etablierten Modellen für oxidativen Stress die Endothelfunktion verbessern und den oxidativen Stress reduzieren kann, anstatt über die Ausbildung einer Toleranz den Zustand zu verschlechtern. Obwohl ISMN als Mononitrat nachweislich nicht über die mitochondriale Aldehyddehydrogenase biotransformiert wird [14], was eines der entscheidenden Kriterien der GTN-induzierten Toleranz ist [20], kommt es unter ISMN-Langzeittherapie zur Ausbildung einer Nitrattoleranz. Ebenso wie bei GTN ist diese Toleranz verknüpft mit der Ausbildung von oxidativem Stress [13], der hierbei vermutlich als maßgebende Ursache der Toleranz- und Kreuztoleranz anzusehen ist und den negativen Befund bei AT-II-induzierter Hypertonie erklären könnte. Wie wir schon in einer früheren Arbeit zeigen konnten, spielt die antioxidative Kapazität der HO-1 eine Schlüsselrolle bei der Unterdrückung einer durch organische Nitrate ausgelösten Toleranz [21]. Somit lassen sich die vorwiegend positiven Ergebnisse einer PETN-Co-Therapie zum einen mit der Aktivierung von antioxidativen Mechanismen wie HO-1 sowie der damit verknüpften Aufrechterhaltung der vasodilatatorischen Nitratwirkung erklären und zum anderen mit der Induktion von BH4-synthetisierenden Enzymen GCH-I und DHFR, die einer eNOS-Entkopplung entgegenwirken. Da die Entstehung einer Arteriosklerose im Wesentlichen mit kardiovaskulärem oxidativem Stress sowie einer eNOS-Entkopplung verknüpft ist [22, 23], deutet sich an, dass sich PETN aufgrund seines anti- 42 Herz 35 · 2010 · Supplement II © Urban & Vogel # # Abb. 6: Effekte einer In-vivo-PETN-, ISDN-, ISMN- und Insulin-Therapie auf die ROS- Produktion bei mit Streptozotocin (STZ) behandelten Ratten in Herz und Aorta: NADPH-Oxidase-Aktivität in Herz-Membranfraktionen (Luzigenin-[5 µM]-Chemilumineszenz, weiß) und basale Superoxidproduktion in Aorten (dihydroethidingefärbte Kryoschnitte, schwarz); p < 0,05: * vs. Kontrolle; # vs. STZ; + vs. STZ+PETN; ^ vs. STZ+ISDN. Vorläufige Daten, unveröffentlicht

oxidativen Spektrums nicht nur ausschließlich zur Behandlung von symptomatischen Erkrankungen der Koronararterien einsetzen lässt, sondern auch in Form einer zusätzlichen Medikation als Prävention gegen Arteriosklerose verwendet werden könnte. Des Weiteren zeigt die Normalisierung aller gemessenen Parameter im Tiermodell des STZ-induzierten Diabetes mellitus Typ 1 mittels Insulin, dass eine STZ-bedingte vaskuläre Dysfunktion abhängig von der Insulinproduktion ist und nicht über unspezifisch toxische Nebenwirkungen des Präparates ausgelöst wird, womit letztendlich auch die klinische Relevanz dieses Tiermodells hervorgehoben werden konnte. n Summary In contrast to other organic nitrates pentaerithrityl tetranitrate (PETN)-treatment in Wistar rats induces neither nitrate tolerance nor cross-tolerance, what can be explained by induction of antioxidant mechanisms like heme oxygenase-1 (HO-1) and ferritin. With the present studies we tested in an animal model of angiotensin-II (AT- II) induced hypertension, whether chronic treatment with PETN will preserve it’s beneficial effects compared to effects of chronic treatment with isosorbide-5-mononitrate (ISMN). Additionally we tested in a rat model of streptozotocin (STZ) induced diabetes mellitus, whether chronic treatment with PETN, isosorbide dinitrate (ISDN) or ISMN improves diabetesassociated vascular oxidative stress and dysfunction. Therefore male Wistar rats (230–250 g) were treated with AT-II (1 mg/ kg/d) alone or together with PETN (15 mg/ kg/d) or ISMN (75 mg/kg/d) via subcutaneous osmotic minipumps for 7 days. Control pumps were applied with the solving reagent, respectively. Diabetes was induced by a single i.v. injection of STZ (60 mg/kg) in male wistar rats (220–250 g). PETN, ISMN and ISDN therapy started 7 d after STZ-Injection (dose: 15 mg/kg/d, 75 mg/kg/ d and 10 mg/kg/d, respectively). The rats were sacrificed after 8 weeks. A small collective of STZ-rats was treated with insulin (2.5 U/d) for the 2 weeks before sacrifice. Reactive oxygen species (ROS) were detected by chemiluminescence, HPLC or fluorescent microtopography, protein expression was measured by Western blotting Herz 35 · 2010 · Supplement II © Urban & Vogel and vascular function was assessed by isometric tension studies. Additionally the antioxidative capacity of blood serum was measured photometrically by reduction of the DPP-radical. Ang-II infusion caused endothelial dysfunction and reduced endothelial independent relaxation, indicated by a decreased vasodilator potency of acetylcholine and nitroglycerin in isolated aortic rings, an increase of reactive superoxide species (ROS) in aortic vessels and in NADPH oxidase activity in heart membrane fractions, as detected by lucigenin (5µM) derived chemiluminescence (LDCL). Staining of aortic sections and HPLC-derived measurements with the fluorescent dye dihydroethidine showed O2-formation throughout the vessel wall. In addition, expression of HO-1 was increased in aorta. In contrast to ISMN, co-treatment with PETN normalized in part vascular function and ROS-formation. Furthermore, HO-1 expression was further enhanced by PETN, not by ISMN. STZ-treated rats showed a dramatically increase in blood glucose levels, decrease in weight gain, increased vascular and cardiac ROS production (mitochondria, NADPH oxidase activity), decreased antioxidative capacity of serum and impaired endothelial and smooth muscle function. PETN therapy improved almost all parameters more efficiently than ISDN, except endothelial and smooth muscle function, where both nitrates showed identical beneficial effects. ISMN, which was used to examine differences to its dinitrate derivative ISDN, had no protective effects. Insulin normalized all parameters completely. Thus, the beneficial effects of PETN on AT-II induced hypertension may be also explained by induction of antioxidant mechanisms and thereby it’s preserved nitrovasodilatory action. The study shows for the first time that chronic treatment with an organic nitrate can improve endothelial dysfunction and oxidative stress in different diseased animal models. Insulin completely normalized all tested parameters in STZinduced diabetes and thereby identified the underlying mechanism of cardiovascular dysfunction to strictly depend on insulin levels highlighting the clinical importance of this experimental animal model. In summary, these so far completely positive animal experimental data point towards potential beneficial effects for patients as well. Patients with coronary artery disease could take Organische Nitrate 43

oxidativen Spektrums nicht nur ausschließlich<br />

zur Behandlung <strong>von</strong> symptomatischen<br />

Erkrankungen der Koronararterien einsetzen<br />

lässt, sondern auch in Form einer zusätzlichen<br />

Medikation als Prävention gegen<br />

Arteriosklerose verwendet werden könnte.<br />

Des Weiteren zeigt die Normalisierung aller<br />

gemessenen Parameter im Tiermodell des<br />

STZ-induzierten Diabetes mellitus Typ 1<br />

mittels Insulin, dass eine STZ-bedingte vaskuläre<br />

Dysfunktion abhängig <strong>von</strong> der Insulinproduktion<br />

ist und nicht über unspezifisch<br />

toxische Nebenwirkungen des Präparates<br />

ausgelöst wird, womit letztendlich<br />

auch die klinische Relevanz dieses Tiermodells<br />

hervorgehoben werden konnte. n<br />

Summary<br />

In contrast to other organic nitrates pentaerithrityl<br />

tetranitrate (PETN)-treatment in<br />

Wistar rats induces neither nitrate tolerance<br />

nor cross-tolerance, what can be explained<br />

by induction of antioxidant mechanisms<br />

like heme oxygenase-1 (HO-1) and<br />

ferritin. With the present studies we tested<br />

in an animal model of angiotensin-II (AT-<br />

II) induced hypertension, whether chronic<br />

treatment with PETN will preserve it’s beneficial<br />

effects compared to effects of chronic<br />

treatment with isosorbide-5-mononitrate<br />

(ISMN). Additionally we tested in a<br />

rat model of streptozotocin (STZ) induced<br />

diabetes mellitus, whether chronic treatment<br />

with PETN, isosorbide dinitrate<br />

(ISDN) or ISMN improves diabetesassociated<br />

vascular oxidative stress and<br />

dysfunction. Therefore male Wistar rats<br />

(230–250 g) were treated with AT-II (1 mg/<br />

kg/d) alone or together with PETN (15 mg/<br />

kg/d) or ISMN (75 mg/kg/d) via subcutaneous<br />

osmotic minipumps for 7 days. Control<br />

pumps were applied with the solving<br />

reagent, respectively. Diabetes was induced<br />

by a single i.v. injection of STZ (60 mg/kg)<br />

in male wistar rats (220–250 g). PETN,<br />

ISMN and ISDN therapy started 7 d after<br />

STZ-Injection (dose: 15 mg/kg/d, 75 mg/kg/<br />

d and 10 mg/kg/d, respectively). The rats<br />

were sacrificed after 8 weeks. A small collective<br />

of STZ-rats was treated with insulin<br />

(2.5 U/d) for the 2 weeks before sacrifice.<br />

Reactive oxygen species (ROS) were<br />

detected by chemiluminescence, HPLC or<br />

fluorescent microtopography, protein expression<br />

was measured by Western blotting<br />

Herz 35 · 2010 · Supplement II © Urban & Vogel<br />

and vascular function was assessed by isometric<br />

tension studies. Additionally the antioxidative<br />

capacity of blood serum was<br />

measured photometrically by reduction of<br />

the DPP-radical. Ang-II infusion caused<br />

endothelial dysfunction and reduced endothelial<br />

independent relaxation, indicated by<br />

a decreased vasodilator potency of acetylcholine<br />

and nitroglycerin in isolated aortic<br />

rings, an increase of reactive superoxide<br />

species (ROS) in aortic vessels and in<br />

NADPH oxidase activity in heart membrane<br />

fractions, as detected by lucigenin (5µM)<br />

derived chemiluminescence (LDCL). Staining<br />

of aortic sections and HPLC-derived<br />

measurements with the fluorescent dye dihydroethidine<br />

showed O2-formation<br />

throughout the vessel wall. In addition, expression<br />

of HO-1 was increased in aorta. In<br />

contrast to ISMN, co-treatment with PETN<br />

normalized in part vascular function and<br />

ROS-formation. Furthermore, HO-1 expression<br />

was further enhanced by PETN,<br />

not by ISMN. STZ-treated rats showed a<br />

dramatically increase in blood glucose levels,<br />

decrease in weight gain, increased vascular<br />

and cardiac ROS production (mitochondria,<br />

NADPH oxidase activity), decreased<br />

antioxidative capacity of serum and<br />

impaired endothelial and smooth muscle<br />

function. PETN therapy improved almost<br />

all parameters more efficiently than ISDN,<br />

except endothelial and smooth muscle function,<br />

where both nitrates showed identical<br />

beneficial effects. ISMN, which was used to<br />

examine differences to its dinitrate derivative<br />

ISDN, had no protective effects. Insulin<br />

normalized all parameters completely.<br />

Thus, the beneficial effects of PETN on<br />

AT-II induced hypertension may be also<br />

explained by induction of antioxidant mechanisms<br />

and thereby it’s preserved nitrovasodilatory<br />

action. The study shows for the<br />

first time that chronic treatment with an organic<br />

nitrate can improve endothelial dysfunction<br />

and oxidative stress in different<br />

diseased animal models. Insulin completely<br />

normalized all tested parameters in STZinduced<br />

diabetes and thereby identified the<br />

underlying mechanism of cardiovascular<br />

dysfunction to strictly depend on insulin levels<br />

highlighting the clinical importance of<br />

this experimental animal model. In summary,<br />

these so far completely positive animal<br />

experimental data point towards potential<br />

beneficial effects for patients as well. Patients<br />

with coronary artery disease could take<br />

Organische Nitrate<br />

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