Dokument: The role of systemic endothelial dysfunction in an experimental model of aortic valve stenosis

Titel:	The role of systemic endothelial dysfunction in an experimental model of aortic valve stenosis
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=60087
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20220706-111258-1
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Gyamfi Poku, Isabella [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 5,16 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 04.07.2022 / geändert 04.07.2022
Beitragende:	Prof. Dr. Gödecke, Axel [Gutachter] Prof. Dr. med. Malte Kelm [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:	Hintergrund: Das Endothel ist ein unverzichtbares parakrines Organ, dessen Funktion eng mit der Bioverfügbarkeit von Stickstoffmonoxid (NO) verknüpft ist. NO spielt eine Schlüsselrolle bei der endothelabhängigen Dilatation. In der Fachliteratur wurde eine verminderte endothelabhängige flussvermittelte Dilatation (FMD) bei Patienten mit Aortenklappenstenose (AS) festgestellt, die häufig als Indikator für die NO-Bioverfügbarkeit verwendet wird. Die morphologischen Veränderungen der Aortenklappe begünstigen einen Anstieg der linksventrikulären Nachlast und einen turbulenten Blutfluss in der Aorta ascendens. Diese Turbulenzen führen zu einer erhöhten Scherbeanspruchung der Erythorzyten, die nachweislich im Schwellenbereich für subhämolytische Veränderungen der Erythrozytenmembran liegen und mit einem Anstieg des zellfreien Hämoglobins (Hb) einhergehen kann. Die zugrundeliegenden Mechanismen, die zu einer Beeinträchtigung der endothelabhängigen Dilatation bei AS führen, sind komplex und noch nicht vollständig geklärt. Hypothese & Ziele: Die Hypothese dieser Arbeit war, dass die Aortenklappenstenose die vaskuläre Endothelfunktion durch eine reduzierte Bioverfügbarkeit von NO aufgrund turbulenter Strömungsbedingungen in der Aorta ascendens beeinflusst. Daher war das globale Ziel dieser Arbeit, die Endothelfunktion in einem experimentellen Modell von AS zu untersuchen. Methoden: Männliche C57BL6-Mäuse wurden einer „wire-injury“ der Aortenklappe unterzogen, um eine AS zu induzieren. Die Charakterisierung des transvalvulären Blutflusses, der Herzfunktion und der Klappenveränderungen wurden mittels Echokardiographie, Magnetresonanztomographie bzw. Histologie durchgeführt. Die FMD diente zur Analyse der Endothelfunktion in vivo, während die „wire-myography“ zur Untersuchung der endothelabhängigen Relaxation in isolierten Segmenten der Aorta und der Femoralarterie eingesetzt wurde. Die Integrität der Erythrozyten wurde mittels Blutbild, Durchflusszytometrie, zellfreiem Hb-Wert und Ektazytometrie beurteilt. Ergebnisse: Die Manipulation der Aortenklappen führte zu einer reduzierten Aortenklappenöffnungsfläche mit einem signifikanten Anstieg des Druckgradienten über der Klappe und Turbulenzen in der aufsteigenden Aorta. Die linksventrikuläre Funktion blieb bei leichter Hypertrophie des Myokards erhalten. Die histologische Analyse ergab eine deutliche Verdickung der Aortenklappe mit Fibrose und Infiltration von Makrophagen. Darüber hinaus wurde bei den AS-Tieren eine signifikante Beeinträchtigung der FMD beobachtetet. Die Verabreichung von Haptoglobin, dem physiologischen „scavenger“ von zellfreiem Hb, konnte die FMD bei AS-Tieren verbessern. Im Gegensatz dazu zeigten ex-vivo Studien zur Gefäßreaktivität, dass die Acetylcholin-induzierte Relaxation in der Femoralarterie vollständig erhalten blieb. Die Analyse der Gefäßreaktivität in isolierten Aortensegmenten zeigte hingegen, dass die NO-vermittelte Relaxation bei Mäusen mit AS beeinträchtigt war. Darüber hinaus war die Expression des eNOS-Proteins in der Aorta bei AS-Tieren signifikant erhöht, was mit einer Abnahme des GSH/GSSG-Verhältnisses einherging. Es wurden keine Unterschiede bei den NO-Metaboliten im Plasma, im Herzen oder in der Aorta zwischen Kontrolltieren und AS-Tieren festgestellt. Des Weiteren wurde eine Zunahme der Annexin V-positiven Erythrozyten bei gleichzeitigem Anstieg der zellfreien Hb-Werte im Plasma beobachtet. Die Verformbarkeit der Erythrozyten blieb jedoch vollständig erhalten. Schlussfolgerung: Zusammenfassend liefert diese Arbeit neue Erkenntnisse, dass die durch „wire-injury“ induzierte AS mit einer systemischen endothelialen Dysfunktion einhergeht. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit deuten darauf hin, dass die subhämolytische Freisetzung von zellfreiem Hb zu einer Verringerung der NO-Bioverfügbarkeit führt und dadurch das aus dem Endothel stammende NO zur Dilatation an den glatten Gefäßmuskelzellen reduziert wird.  Background: The endothelium is the indispensable paracrine organ whose function is closely related to the bioavailability of nitric oxide (NO) – a key player in endothelium-dependent relaxation. A convincing body of literature identified decreased endothelium-dependent flow-mediated dilation (FMD) in patients with aortic valve stenosis (AS), widely used as a read-out for NO bioavailability. The morphological alterations of the aortic valve promote an increase in left ventricular afterload and turbulent blood flow in the ascending aorta. These turbulences result in increased shear stress on red blood cells (RBCs), which were shown to be in the threshold range for subhemolytic alterations of the RBCs membrane and an increase in cell-free hemoglobin (Hb). However, the underlying mechanisms driving impaired endothelium-dependent relaxation in AS are complex and still not fully understood. Hypothesis & Aims: This work hypothesized that aortic valve stenosis affects vascular endothelial function by reduced NO bioavailability due to turbulent blood flow conditions in the ascending aorta. Therefore, the global aim of the present work was to elucidate endothelial function in an experimental model of AS. Methods: Male C57BL6 mice were subjected to wire-injury of the aortic valve to induce AS. Characterization of transvalvular blood flow, cardiac function and valvular alterations were conducted by echocardiography, magnetic resonance imaging, or histology, respectively. FMD studies were used to assess endothelial function in vivo, whereas wire-myography was used to examine endothelium-dependent relaxation in isolated segments of the aorta and femoral arteries. RBCs integrity was assessed by blood count, flow cytometry, cell-free Hb levels and ectacytometry. Results: Manipulation of the aortic valve caused restricted aortic valve opening with a significant increase in pressure gradients across the valve and turbulences in the ascending aorta. LV function was preserved with mild hypertrophy of the myocardium. Histological analysis revealed significant thickening of the aortic valve with fibrosis and infiltration of macrophages. Importantly, we observed a significant impairment of FMD in AS animals. Administration of haptoglobin, the physiological scavenger of cell-free Hb, improved FMD in AS animals. In contrast, ex vivo vascular reactivity studies showed fully preserved acetylcholine-induced relaxation responses in the femoral artery. Moreover, the analysis of vascular reactivity in isolated aortic segments revealed impaired NO-mediated relaxation responses in mice with AS. In addition, aortic eNOS protein expression levels were significantly elevated in AS animals with a concomitant decrease in GSH/GSSG ratio. No differences in NO metabolites were observed in plasma, heart, or aorta of sham and AS animals. Furthermore, we observed an increase in Annexin V positive RBCs with a simultaneous increase in cell-free plasma Hb levels. However, RBCs deformability was fully preserved. Conclusion: Taken together, this work provides novel evidence that the wire-injury model of AS is associated with systemic endothelial dysfunction. The results of the present work suggest that subhemolytic release of cell-free Hb likely drives reduction in NO bioavailability and thereby limits endothelium-derived NO to induce vascular smooth muscle cells (VSMCs) relaxation response.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	06.07.2022
Dateien geändert am:	06.07.2022
Promotionsantrag am:	08.03.2022
Datum der Promotion:	21.06.2022