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URL: http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2007/4465/


Die Rolle des Fibroblast Growth Factor-2 und der volumen-abhängigen Chlorid-Kanäle während der Arteriogenese der Kollateralgefäße nach Ligatur der Arteria femoralis bei Mäusen

Role of the Fibroblast-Growth-Factor 2 and the volumen depending chloride channel in the collateral arteriogenesis after ligation of femoral artery in mice

Friedrich, Christian Antonio


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Freie Schlagwörter (Deutsch): Arteriogenese
Freie Schlagwörter (Englisch): arteriogenesis
Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Max-Planck-Institut für physiologische und klinische Forschung, Abt. für experimentelle Kardiologie, Bad Nauheim
Fachgebiet: Medizin
DDC-Sachgruppe: Medizin
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 08.11.2006
Erstellungsjahr: 2006
Publikationsdatum: 12.02.2007
Kurzfassung auf Deutsch: Einleitung: Nach Verschluss einer Hauptarterie kommt es zu Wachstum der Kollateralgefäße. Angiogenese ist das Wachstum neuer Kapillaren aus bestehenden Gefäßen, während Arteriogenese die durch erhöhte Scherkräfte ausgelöste Vergrößerung präexistierender Kollateralarteriolen darstellt. Durch Arteriogenese kommt es zu einer geringeren Gewebsischämie im Vergleich zur Angiogenese. Frühe Arteriogenese auslösende Faktoren wurden in dieser Arbeit untersucht. Die endotheliale Schwellung unter erhöhter Scherkraft ist der erste Schritt der Arteriogenese. Wir untersuchten mittels des Mibefradils, eines Blockers volumenregulierender endothelialer Chloridkanäle, die Rolle der Zellschwellung und die Verlangsamung der Arteriogenese durch Blockierung der volumenabhängigen Chloridkanäle. Des weiteren untersuchten wir die Rolle des Fibroblast Growth Factor 2 in der Arteriogenese bei FGF-2-/- Mäusen im Vergleich zu Wildtyp-Mäusen.

Methoden: Wir entwickelten ein neues Mausmodell zur Untersuchung arteriogener Prozesse nach Okklusion der A. femoralis mit nicht invasiven und invasiven Auswertungsmethoden. Gemessen wurde die Verbesserung der Durchblutung im Laser-Doppler-Imager im Vergleich zur nicht operierten Gegenseite. Genauso wurde die unterschiedliche Gewebssauerstoffsättigung gemessen. Das Gefäßwachstum wurde morphologisch anhand des Durchmessers quantifiziert. Exogenes FGF-2 und Mibefradil wurden mittels osmotischer Mikropumpe intraarteriell appliziert und mit der Kontrollgruppe (PBS) verglichen. Die Rolle des FGF-2 wurde bei knockout-Mäusen im Vergleich zu wild type-Mäusen sowie nach exogener Zufuhr untersucht. Zur Unterscheidung der Arteriogenese und Angiogenese wurde die Kapillardichtezunahme im Gewebe distal der Ligatur gemessen.

Ergebnisse: Die Arteriogenese findet in unserem Modell regelmäßig in fünf Muskeln statt. Nach 4-stündiger Einwirkung erhöhter Scherkräfte tritt ein intrazelluläres Ödem in Form von Vakuolen in den Endothelzellen auf, das sich nach 24 Stunden zu einem extrazellulären Ödem ausweitet. Nach 3 Tagen nehmen die Endothelzellen an Volumen zu und befinden sich, wie die Fibroblasten, in der Synthesephase. Gleichzeitig finden Umbauprozesse in der Adventitia statt: Makrophagen sind nachzuweisen und Fibroblasten proliferieren. Auf elektronenmikroskopischer Ebene kann man keine Unterschiede zwischen den FGF-2-/- Mäusen und der Kontrollgruppe erkennen. Lediglich eine Unterscheidung der verschiedenen Anpassungsschritte an die erhöhten Scherkräfte ist möglich. Nach Ligatur der A. femoralis der Bab/c-Mäusen stieg der Kollateralgefäßdurchmesser von 34 ± 11µm auf 89 ± 27µm am 21. Tag (p < 0,02). Nach intraarterieller PBS- Applikation in der Kontrollgruppe verbesserte sich die im Laser-Doppler gemessene rela-tive Durchblutung zwischen der ligierten zur nicht ligierten Seite von 0,06 ± 0,01 direkt postoperativ auf 0,25 ± 0,02 am 7. Tag , während in der Mibefradilgruppe die relative Durchblutung von postoperativ 0,07 ± 0,02 nur auf 0,13 ± 0,02 anstieg (p < 0,01). Die Sauerstoffsättigung bestätigt diese Ergebnisse (p < 0,02). Der Kollateraldurchmesser war in der Mibefradilgruppe (61 ± 4.7 µm) signifikant geringer gegenüber der Kontrollgruppe (77.3 ± 0.9 µm) (p < 0.05). FGF-2 spielt während der Arteriogenese eine Rolle. Es zeigt sich in unseren Experimenten zwar kein statistisch relevanter Unterschied zwischen den FGF-2 w.t und - knockout-Mäusen in der Fähigkeit zur Arteriogenese nach Ligatur der A. femoralis, aber die exogene intraarterielle Zufuhr von FGF-2 via Mikropumpe hat einen fördernden Einfluss auf die Arteriogenese. Die Kapillardichte in den Oberschenkelmuskel nimmt nicht zu (p < 0,3), während die Kapillardichte der Mm. gastrocnemii nach Ligatur signifikant um das 1,5-fache zunimmt (p < 0,001).

Schlussfolgerungen: Die Kollateralgefäße treten nach der Ligatur der A. femoralis regelmäßig in den selben Muskeln des Oberschenkels auf. Die Hemmung der Arteriogenese in der Mibefradil-Gruppe spricht für eine Beteiligung der endothelialen volumenregulierenden Chloridkanäle in der Initialphase der Arteriogenese. FGF-2 hat eine fördernde Wirkung auf die Arteriogenese.
Kurzfassung auf Englisch: Introduction: After occlusion of a main artery collateral vessels begin to grow. The sprouting of capillaries we call Angiogenesis to differentiate from the Arteriogenesis or enlargement of preexisting collateral arterioles enforced by higher shear stress. Arteriogenesis participates to saving ischemic tissues significantly more than Angiogenesis. Very early triggering of Arteriogenesis has been chosen for the present experimental study. Endothelial cell swelling is the first step in Arteriogenesis. A volume regulated Chloride channel, blocked by Mibefradil, plays a mean role in this cell swelling and slows down Arteriogenesis. Furthermore, we examined the role of Fibroblast Growth Factor 2 (FGF-2) during Arteriogenesis in FGF-2-/- and w.t. mice.

Methods: We developed a mouse model for the examination of arteriogenic processes after femoral artery occlusion by invasive and non-invasive methods. Blood flow improvement was measured in the paws with a Laser Doppler Imager after one-side occlusion. The tissue oxygen saturation was measured by quantifying the spectral absorption of saturated haemoglobin. The vessel enlargement was analysed morphometrically on histological cross-sections. Exogenous FGF-2 and Mibefradil were applied intraarterially via an implanted osmotic micropump. In the control group, PBS was given. Also FGF-2 was given to FGF-2 knock out mice via micropump and compared with wild type mice. Capillary density in the m. gastrocnemius was measured to quantify Angiogenesis.

Results: We observed constantly five enlarged collateral arteries in the thigh muscles. After four hours of enforced shear stress endothelial cell swelling starts, after 24 hours a severe cellular oedema was observed. Three days thereafter endothelial cell enlarge and change together with smooth muscle cells into a synthesizing phenotype. At the same time the vessel wall adventitia changes: macrophages appear and fibroblasts proliferate. No structural differences between collateral arteries of FGF-2-/- and control mice were observed, even on electronmicroscopical level. After femoral artery occlusion in Balb/c mice the collateral artery diameter increased from 34 ± 11µm to 89 ± 27µm in 21 days (p < 0,02). After intra-arterially application of PBS in Balb/c mice relative laser doppler measured blood flow from 0,06 ± 0,01 to 0,25 ± 0,02 after seven days. In the Mibefradil group blood flow increased from 0,07 ± 0,02 after vessel occlusion only to 0,13 ± 0,02 (p < 0,01). Oxygen saturation measures confirm this difference (p < 0,02). Collateral diameter in mice with Mibefradil application (61 ± 4,7 µm) was significantly smaller comparing with the control mice (77,3 ± 0,9 µm) after seven days of increased shear stress (p < 0,05). FGF-2 plays a significant role in Arteriogenesis. There was no statistical significant difference between FGF-2 w.t und -k.o. mice in our experiments. But exogenous applied FGF-2 promotes collateral vessel enlargement. Capillary density in thigh muscle does not increase after femoral artery occlusion, but increased 1,5-times in the gastrocnemius muscles 1,5-fold (p < 0,001) after ligation.

Conclusions: Collateral growth after femoral artery occlusion occurs always in the same tight muscles. The inhibition of Arteriogenesis in the Mibefradil-group indicates the involvement of endothelial volume-regulated Chloride-channel at the beginning of the Arteriogenesis. FGF-2 promotes Arteriogenesis.