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Aus der Medizinischen Klinik I

der Universität zu Lübeck

Direktor: Prof. Dr. med. H. Lehnert

Ghrelin moduliert die Baroreflex-vermittelte Regulation der

muskulären sympathischen Nervenaktivität (MSNA) beim Menschen

Inauguraldissertation

zur

Erlangung der Doktorwürde

der Universität zu Lübeck

- Aus der Sektion Medizin –

vorgelegt von

Alexander Friedrich Wilhelm Krapalis

aus Lübeck

Lübeck 2013

2

1. Berichterstatter: Prof. Dr. med. Dr. h.c. Hendrik Lehnert

2. Berichterstatter: Prof. Dr. med. Kerstin Oltmanns

Tag der mündlichen Prüfung: 13.9.2013

Zum Druck genehmigt. Lübeck, den 13.9.2013

- Promotionskommission der Sektion Medizin -

3

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis………………………………………………………………………… 3

Tabellenverzeichnis…………………………………………………………………..….. 6

Abbildungsverzeichnis…………………...……………………………………………... 7

Abkürzungsverzeichnis…………………………………………………………………. 8

1 Einleitung und Fragestellung…………………………..…......………………….. 10

1.1 Ghrelin…………………………......………………….………….……………..... 10

1.1.1 Struktur, Synthese und Metabolismus..................................................... 10

1.1.2 Vorkommen und Regulation.................................................................... 11

1.1.3 Rezeptor.................................................................................................. 11

1.1.4 Effekte auf die Inkretion anderer Hormone.............................................. 11

1.1.5 Orexigene, gastrointestinale und metabolische Wirkungen.................... 12

1.1.6 Kardiovaskuläre und weitere Effekte....................................................... 13

1.2 Sympathisches Nervensystem und Blutdruckregulation……..………… …... 13

1.2.1 Kontrolle des kardiovaskulären Systems durch das sympathische

Nervensystem.......................................................................................... 13

1.2.2 Arterieller Baroreflex................................................................................ 14

1.2.3 Mechanismen der langfristigen Blutdruckregulation................................ 16

1.2.4 Existenz und Regulation eines zentralen Blutdruck-Sollwertes............... 16

1.2.5 Wechselwirkungen des sympathischen Nervensystems mit dem

endokrinen System.................................................................................. 17

1.2.6 Messung der Aktivität des sympathischen Nervensystems..................... 18

1.2.7 Bestimmung von Setpoint und Sensitivität des arteriellen Baroreflex..... 22

1.2.8 Gesteigerte Aktivität des sympathischen Nervensystems als

pathogenetischer Faktor.......................................................................... 23

1.3 Fragestellung/Hypothesen…….....…………….............…….…………..…..... 23

1.3.1 Studienlage zur Bedeutung von Ghrelin für die Regulation des

sympathischen Nervensystems............................................................... 23

1.3.2 Formulierung der Hypothesen der vorliegenden Arbeit........................... 24

2 Methoden und Material………………..……………………………….....………... 25

2.1 Versuchspersonen……………………….………………….………………….... 25

2.2 Design und Ablauf der Studie………………....…………….………………...... 25

2.2.1 Design..................................................................................................... 25

4

Inhaltsverzeichnis

2.2.2 Instrumentierung...................................................................................... 26

2.2.3 Versuchsablauf........................................................................................ 26

2.3 Aufzeichnung hämodynamischer Parameter………..…...…………….……... 28

2.4 Mikroneurographie......................................................................................... 28

2.4.1 Plazierung der Elektrode......................................................................... 28

2.4.2 Signalprozessierung................................................................................ 29

2.4.3 Identifizierung der bursts......................................................................... 29

2.4.4 Burst-Rate............................................................................................... 30

2.5 Pharmakologischer Baroreflextest................................................................. 30

2.5.1 Modified Oxford protocol (MOP).............................................................. 31

2.5.2 Mathematische Analyse.......................................................................... 31

2.6 Analyse der Herzfrequenzvariabilität............................................................. 33

2.7 Laboranalytik................................................................................................. 33

2.8 Statistik.......................................................................................................... 33

3 Ergebnisse......................................................................................................... 35

3.1 Klinische Beobachtungen.............................................................................. 35

3.2 Hämodynamische Parameter........................................................................ 35

3.2.1 Mittlerer arterieller Blutdruck.................................................................... 38

3.2.2 Herzfrequenz........................................................................................... 38

3.2.3 Muskuläre sympathische Nervenaktivität (MSNA).................................. 39

3.3 Sensitivität des arteriellen Baroreflex............................................................ 39

3.3.1 Vaskulärer Baroreflex.............................................................................. 39

3.3.2 Kardialer Baroreflex................................................................................. 41

3.4 Herzfrequenzvariabilität................................................................................. 44

3.5 Endokrine Parameter..................................................................................... 47

4 Diskussion......................................................................................................... 50

4.1 Biphasisches Modell der sympathischen und kardiovaskulären

Ghrelinwirkung………………………………………………………………........ 50

4.2 Direkte Vasodilatation als dominierender Mechanismus der akuten Phase

der Ghrelinwirkung……………………………………………………................ 50

4.3 Zentrale Suppression der SNS-Aktivität in der verzögerten Phase der

Ghrelinwirkung……………………………………………………………………. 51

5

Inhaltsverzeichnis

4.3.1 Modulation des zentralen Setpoint der sympathischen

Blutdruckregulation…………………………………………………………... 51

4.3.2 Reduktion Stress-induzierter sympathischer feed-forward-Signale……. 52

4.4 Beeinflussung anderer Hormone und Transmitter……………………………. 53

4.5 Gesteigerte Sensitivität des MSNA-vermittelten arteriellen Baroreflex nach

Ghrelininjektion…………………………………………………………………… 54

4.6 Gegenüberstellung mit der aktuellen Studie von Lambert et al. zum Thema

Ghrelin und SNS............................................................................................ 55

4.7 Wirkung von zirkulatorischem Ghrelin auf die efferente kardiale

Sympathikus- und Vagusaktivität.................................................................. 56

4.7.1 Kardiale Vagusaktivität............................................................................ 56

4.7.2 Analyse der Herzfrequenzvariabilität....................................................... 57

4.8 Pathophysiologische und klinische Implikationen.......................................... 58

4.9 Limitationen................................................................................................... 58

4.10 Perspektive.................................................................................................. 59

5 Zusammenfassung............................................................................................ 61

6 Literaturverzeichnis.......................................................................................... 63

7 Ergänzende Materialien..................................................................................... 89

8 Lebenslauf.......................................................................................................... 95

9 Veröffentlichung................................................................................................ 97

10 Danksagungen................................................................................................. 98

6

Tabellenverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Tab. 1 MSNA, Herzfrequenz und arterieller Blutdruck im Verlauf des Experiments

unter Ghrelin/Placebo.................................................................................. 36

Tab. 2 Vaskulärer Baroreflex. Mittelwerte der lineareren Faktoren (slopes) der

mithilfe des modified Oxford protocol (MOP) gewonnen den arteriellen

Baroreflex beschreibenden Regressionsgeraden vor und nach

Ghrelin/Placebo.......................................................................................... 41

Tab. 3 Kardialer Baroreflex. Mittelwerte der lineareren Faktoren (slopes) der

mithilfe des modified Oxford protocol (MOP) gewonnen den arteriellen

Baroreflex beschreibenden Regressionsgeraden vor und nach

Ghrelin/Placebo......................................................................................... 42

Tab. 4 Herzfrequenzvariabilität.............................................................................. 45

Tab. 5 Endokrinologische Laborparameter............................................................ 48

7

Abbildungsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abb. 1 Studienprotokoll.......................................................................................... 27

Abb. 2 Beispiel von MSNA und arteriellem Blutdruck bei experimenteller

Auslösung des arteriellen Baroreflex nach dem modified Oxford protocol

(MOP)......................................................................................................... 32

Abb. 3 MSNA, Herzfrequenz und arterieller Blutdruck vor und nach Applikation

von Ghrelin/Placebo................................................................................... 37

Abb. 4 Charakterisierung der Sensitivität des vaskulären arteriellen Baroreflex

vor und nach Applikation von Ghrelin/Placebo........................................... 43

Abb. 5 Herzfrequenzvariabilität - HF...................................................................... 46

Abb. 6 Herzfrequenzvariabilität - LF/HF................................................................. 47

Ergänzende Abb. I Struktur des Peptidhormons Ghrelin........................................ 89

Ergänzende Abb. II Neuronale Verschaltung des arteriellen Baroreflex in

Hirnstamm und Medulla spinalis.................................................................. 90

Ergänzende Abb. III Schematische Darstellung der mathematischen

Charakteristik des arteriellen Baroreflex....................................................... 91

Ergänzende Abb. IV MSNA der einzelnen Probanden........................................... 92

Ergänzende Abb. V Linearer Faktor (slope) des vaskulären Baroreflex

der einzelnen Probanden............................................................................. 93

8

Abkürzungsverzeichnis


Abb. Abbildung

ACTH Adrenokortikotropes Hormon

AgRP Agoutie-related peptide

ANOVA Analysis of variance

BP arterieller Blutdruck (blood pressure)

BMI Body mass index

CO Herzauswurfleistung (cardiac output)

CSNA kardiale sympathische Nervenaktivität

CVLM caudale ventrolaterale Medulla

d.h. das heisst

DNA Desoxyribonucleinsäure

EKG Elektrokardiogramm

GH Somatotropin (growth hormone)

GH-RH Somatoliberin (growth hormone releasing hormone)

GHS-R Growth hormone secratgogue-receptor

GLP-1 Glucagon-like peptide 1

HF high-frequency band der Herzfrequenvariabilität

Hfnu HF (s.o.) in normalized units

HR Herzfrequenz (heart rate)

HRV Herzfrequenzvariabiltät (heart rate variability)

HPLC High performance liquid chromatography

i.v. intravenös

KL Kölliker-Fuse Nucleus

LF low-frequency band der Herzfrequenzvariabilität

Lfnu LF (s.o.) in normalized units

min. Minute

MOP Modified Oxford protocol

mRNA Boten-Ribonucleinsäure (messenger ribonucleic acid)

MSNA vasokonstriktorische sympathische Nervenaktivität

(muscle sympathetic nerve activity)

N. Nervus

n.s. nicht signifikant

9


NA Noradrenalin

NP Nitroprussid-Natrium

NO Stickstoffmonoxid

NPY Neuropeptid Y

NTS Nucleus tractus solitarii

PE Phenylephrin

POMC Proopiomelanocortin

PVH Nucleus paraventricularis hypothalami

s.o. siehe oben

s.u. siehe unten

RAS Renin-Angiotensin-System

RVLM Rostrale ventrolaterale Medulla

RSNA renale sympathische Nervenaktivität

SEM Standardfehler des arithmetischen Mittels

SNS Sympathisches Nervensystem

SSNA kutane sympathische Nervenaktivität (skin sympathetic

nerve activity)

SVRI Systemischer vaskulärer Widerstandsindex

t Zeitpunkt (time)

Tab. Tabelle

TP total power der Herzfrequenzvariabilität

vs. versus

ZNS Zentrales Nervensystem

Zeitangaben im Versuchsprotokoll

Zeitpunkte innerhalb des Versuchsprotokolls sind durch den Buchstaben t

gekennzeichnet. Ein negatives Vorzeichen kennzeichnet einen Zeitpunkt vor

Injektion der Versuchssubstanz (Ghrelin oder Placebo), ein positives Vorzeichen

einen Zeitpunkt danach. Die angegebene Zahl gibt den Abstand in Minuten vom

Zeitpunkt der Applikation der Versuchssubstanz an. Beispielsweise bedeutet die

Zeitangabe „t -25 min“ den Zeitpunkt 25 Minuten vor Injektion der Versuchssubstanz.

10

1 Einleitung und Fragestellung


1.1 Ghrelin

Das Peptidhormon Ghrelin wurde erstmals 1999 von Kojima et al. beschrieben

(79). Zuvor war die Existenz des growth-hormone secretagogue Rezeptors (GHS-R)

(71; 96) bekannt geworden, der die Ausschüttung von GH (growth hormone) über

einen von GH-RH unabhängigen Mechanismus vermittelt. Für diesen Rezeptor

waren nur synthetische Liganden bekannt (3; 124). Kojima unternahm eine

systematischen Suche nach dem endogenen Liganden von GHS-R, indem er

Gewebeextrakte schrittweise mittels high performance liquid chromatography (HPLC)

fraktionierte. Mithilfe einer eigens konstruierten GHS-R exprimierenden Zelllinie

überprüfte er die isolierten Peptide auf ihre Eigenschaften als Ligand. Es gelang die

Charakterisierung der Aminosäure- und DNA-Sequenz sowie einer wesentlichen

posttranslationalen Modifikation (s.u.) eines bis dahin unbekannten Peptidhormons,

des Ghrelins.

1.1.1 Struktur, Synthese und Metabolismus

Ghrelin besteht aus 28 Aminosäuren. Die Aminosäure Serin in Position 3 ist n-

octanoyliert (siehe ergänzende Abb. I) Die bislang als einzigartig beschriebene

Acylierung eines Peptidhormons wird durch das Enzym Ghrelin-O-Acyl-Transferase

vermittelt (61; 150). Nach gegenwärtiger Kenntnis ist nur das acylierte Peptid

endokrin regulatorisch aktiv (80; 81). Anderweitige Wirkungen von Des-Acyl-Ghrelin

insbesondere auf Effektororgane des kardiovaskulären Systems wurden jedoch

beschrieben (7). In vitro wird Ghrelin im Plasma mit einer Halbwertszeit von ca. 45

Minuten deacyliert (15). Die Deacylierung wird durch das Enzym Acyl-Protein

Thioesterase 1 (APT1)/Lysophospholipase 1 katalysiert (111). In vivo beträgt die

Plasmakonzentration von n-octanoyl-Ghrelin mit 10-20 fmol/ml etwa ein Zehntel der

Gesamtkonzentration von acyliertem und deacyliertem Ghrelin (100-150 fmol/ml)

(80). Nach Injektion von endokrin aktivem, acyliertem Ghrelin beträgt die

Halbwertszeit des acylierten Ghrelins etwa 9-13 Minuten, die des entstehenden

deacylierten Ghrelins etwa 27-31 Minuten (2).

11


1.1.2 Vorkommen und Regulation

Ghrelin wird überwiegend von der Mukosa des Magens sezerniert und gelangt

von dort in den Blutkreislauf (5). Eine Synthese des Peptidhormons kann jedoch

auch im zentralen Nervensystem, insbesondere im Nucleus arcuatus des

Hypothalamus (89), speziellen Neuronen in Nachbarschaft des dritten Ventrikels (23)

und in der Hypophyse (82) nachgewiesen werden.

Die Sekretion von Ghrelin in den Blutkreislauf unterliegt einer circadianen

Rhythmik mit nächtlichem Maximum und pulsatiler Ausschüttungscharakteristik

(153). Ihre Regulation wird vermutlich durch sympathische Efferenzen zur gastralen

Mukosa vermittelt (98). Nach Fasten steigt der Ghrelinspiegel im Plasma (24; 134).

Postprandial kommt es zu einem raschen Abfall des Spiegels (135). Aufnahme von

Glucose (95; 121) oder einer fettreichen Mahlzeit (59) reduziert die Inkretion von

Ghrelin. Schlanke Individuen weisen im Vergleich zu Adipösen einen höheren

Ghrelinspiegel auf (12; 109). Nach Gewichtsverlust kann ein Anstieg des

Ghrelinspiegels beobachtet werden (25; 66).

1.1.3 Rezeptor

Der Ghrelin-Rezeptor, GHS-R, ist ein G-Protein-gekoppelter Rezeptor. Über

eine Stimulation der Phosphokinase C vermittelt er einen Anstieg des intrazellulären

Inositoltriphosphats und Calciums (71). Eine ausgeprägte Expression von GHS-R-

mRNA findet sich im Nucleus arcuatus und den ventromedialen Nuclei des

Hypothalamus, im Hippocampus und der Hypophyse (60; 71). Ein Nachweis gelingt

auch in zahlreichen peripheren Geweben, insbesondere Myokard und Gefäßsystem

(55; 100).

1.1.4 Effekte auf die Inkretion anderer Hormone

Ghrelin bewirkt eine Ausschüttung von GH, die mit der durch GH-RH

vermittelten Sekretion quantitativ vergleichbar ist (6; 130). Da die Blut-Hirn-Schranke

für Ghrelin in gewissem Maße durchlässig ist (8; 9), kann das von der gastralen

Mukosa in den Blutkreislauf sezernierte Peptidhormon zentral wirksam werden.

Alternativ wird die Hypothese diskutiert, dass die zentrale Wirkung von

zirkulatorischem Ghrelin über vagale Afferenzen vermittelt wird (29; 81; 146).

12


Nach i.v.-Applikation von Ghrelin ist ferner ein substantieller Anstieg der

Plasmaspiegel von Prolaktin, ACTH, Cortisol und Adrenalin beschrieben (100).

1.1.5 Orexigene, gastrointestinale und metabolischen Wirkungen

Das orexigene Peptidhormon Ghrelin hat eine Schlüsselstellung in der

Energiehomöostase des menschlichen Organismus inne. Es kann in gewisser Weise

als physiologischer Antagonist des Leptin aufgefasst werden (120; 123). Sowohl bei

intracerebroventrikulärer als auch intravenöser experimenteller Applikation wird das

Nahrungsaufnahmeverhalten erheblich gesteigert (103; 134; 147). Ghrelin stimuliert

in hypothalamischen Kerngebieten (Nucleus arcuatus und paraventricularis) die

Ausschüttung der orexigenen Neuropeptide NPY und AgRP und inhibiert die

Ausschüttung des anorexigenen Peptids POMC (80). Nucleus arcuatus und

paraventricularis erhalten Projektionen von neuronalen Populationen, die das Peptid

Ghrelin als Neurotransmitter ausschütten (50). Ob diesbezüglich das peripher-

zirkulatorische oder das zentral-neuronale Signal funktional überwiegt, ist nicht

abschließend geklärt. Kurz vor Beginn einer Mahlzeit kommt es zu einem scharfen

Anstieg der Plasma-Ghrelinkonzentration, gefolgt von einem Abfall innerhalb einer

Stunde nach Nahrungsaufnahme. Es wird angenommen, dass Ghrelin das

Nahrungsaufnahmeverhalten initiiert (24). Ferner stimuliert das Peptidhormon die

Sekretion von Magensäure und die gastrale Motilität (92). Diese Wirkung scheint

über den Nucleus tractus solitarii und vagale Efferenzen gesteuert zu werden (31).

Ghrelin hat differenzierte Wirkungen auf Glucosehomöostase und

Insulinsekretion, die noch nicht vollständig geklärt sind (80). Nach Bolusinjektion

bewirkt das Peptidhormon beim nüchternen Probanden eine Erhöhung des

Blutglucosespiegels bei gleichzeitiger Reduktion der Insulininkretion (16). Unter

kontinuierlicher Infusion von Ghrelin hingegen wurde ein erhöhter Blutglucosespiegel

bei zugleich erhöhtem Insulinspiegel und verminderter Insulinsensitivität beobachtet

(141). Im Experiment mit isolierten Langerhansinseln bewirkte Ghrelin beim

Vorliegen eines erhöhten Glucosespiegels in der Umgebungsflüssigkeit (8,3 mmol/l)

eine vermehrte Sekretion von Insulin, die bei niedrigerem Glucosespiegel (2,8

mmol/l) nicht nachweisbar war (30).

13


Auch der Effekt von Ghrelin auf lipolytische Prozesse unterliegt einem

differenzierten Wirkmechanismus. Beim fastenden menschlichen Probanden bewirkt

die intravenöse Applikation von Ghrelin eine Zunahme der freien Fettsäuren im

Plasma (72; 140). Hingegen inhibiert Ghrelin die durch Betasympathomimetika

induzierte Lipolyse bei der Ratte (20).

1.1.6 Kardiovaskuläre und weitere Effekte

Das Peptidhormon Ghrelin weist ausgeprägte Effekte auf das kardiovaskuläre

System auf. Seine Wirkung auf arteriellen Blutdruck, Herzfrequenz und kardiale

Auswurfleistung werden gemeinsam mit den Effekten auf das sympathische

Nervensystem weiter unten ausführlich diskutiert (siehe 1.3.1). Darüber hinaus

inhibiert Ghrelin in der Zellkultur die Apoptose von Kardiomyozyten und

Gefäßendothelzellen (7) und stimuliert die Proliferation von Kardiomyozyten (108).

Nach experimenteller Induktion eines Myokardinfarktes im Tierexperiment vermag

die Applikation von Ghrelin das linksventrikuläre Remodelling zu reduzieren (125).

Die mit Ghrelin behandelten Tiere wiesen ein geringeres linksventrikuläres

enddiastolisches Volumen, einen niedrigeren enddiastolischen linksventrikulären

Druck und im weiteren Verlauf einen geringeren Kollagenanteil in den nicht

infarzierten Regionen des Myokards auf.

Ghrelin besitzt antiinflammatorische Eigenschaften. Insbesondere

antagonisiert das Peptidhormon im T-Zellmodell die durch Leptin induzierte

Ausschüttung proinflammatorischer Zytokine (37). Auch bei experimentell induzierter

Sepsis vermindert die Applikation von Ghrelin die Ausschüttung proinflamatorischer

Zytokine (148).

Neueren Studien zufolge ist das Neuropeptid Ghrelin an Prozessen der

Gedächtnisbildung beteiligt (18).

1.2 Sympathisches Nervensystem und Blutdruckregulation

1.2.1 Kontrolle des kardiovaskulären Systems durch das sympathische

Nervensystem

Das sympathische Nervensystem (SNS) ist von entscheidender Bedeutung für

die integrative Kontrolle des kardiovaskulären Systems. Um eine adäquate Perfusion

14


aller Körpergewebe sicherzustellen ist ein entsprechender Perfusionsdruck

erforderlich. Auf Ebene des Gesamtorganismus entspricht dem der arteriellen

Blutdruck. Dieser wiederum ist ein Produkt der beiden Faktoren kardiale

Auswurfleistung (cardiac output, CO) und Gefäßwiderstand. Die kardiale

Auswurfleistung wird von den drei Variablen myokardiale Kontraktilität, Herzfrequenz

und enddiastolisches Volumen determiniert. Die ersteren beiden unterliegen der

Regulation durch kardiale sympathische Efferenzen (cardial sympathetic nerve

activity, CSNA); sie werden zusätzlich durch parasympathische (vagale)

Komponenten des vegetativen Nervensystems beeinflusst. Letztere ist abhängig vom

venösen Vasotonus, welcher von vaskulären sympathischen Efferenzen geregelt

wird. Der Gefäßwiderstand unterliegt neben der Regulation durch zirkulierende

vasoaktive Hormone und lokale Faktoren wie Metabolite und endotheliale Mediatoren

vor allem der Aktivität efferenter sympathischer vasokonstriktorischer Nerven, der

muskulären sympathischen Nervenaktivität (MSNA) (62; 143).

1.2.2 Arterieller Baroreflex

Kurzfristige Blutdruckschwankungen werden durch den arteriellen

Baroreflexbogen (siehe unten) korrigiert. Das Blutdruckniveau, auf dessen Erhaltung

diese reflektorische Korrektur innerhalb einer Feedback-Schleife abzielt, wird auch

als Setpoint bezeichnet (siehe ergänzende Abb. III). Es unterliegt einer ständigen

Anpassung an die jeweiligen physiologischen Erfordernisse, dem sogenannten

Resetting (27; 36; 143). Diese Anpassung wird von hypothalamischen, limbischen

und kortikalen Hirnregionen im Sinne eines feed-forward gesteuert. Diese wiederum

sind Teil eines komplexen integrierten neuroendokrinen Netzwerkes (siehe unten).

Der arterielle Baroreflexbogen läßt sich modellhaft als kybernetisches

Feedback-System beschreiben . Die Regelgröße (Ist-Wert) stellt der arterielle

Blutdruck dar. Er wird von Barorezeptoren im Sinus caroticus und Aortenbogen sowie

kardiopulmonalen Rezeptoren erfasst. Der mechanische Dehnungsreiz wird in ein

elektrisches neuronales Signal transduziert. Dieses erreicht über den N.

glossopharyngeus und den N. vagus den Hirnstamm. Es erfolgt der Abgleich mit

einer zentralnervös repräsentierten Führungsgröße (Soll-Wert). Dieser Wert wird

auch als Setpoint bezeichnet. Über sympathische Efferenzen werden die

Steuergrößen Vasokonstriktion und Herzminutenvolumen (cardiac output, CO)

15


moduliert, um die Regelgröße dem Setpoint anzugleichen. Die efferenten Signale

projizieren von der Medulla oblongata über den spinalen Hinterseitenstrang in die

intermediäre Zone der grauen Substanz der Medulla spinalis. Dort erfolgt die

synaptische Umschaltung auf präganglionäre sympathische Neurone, welche ihre

Axone zu den Ganglien des paravertebralen Grenzstrangs entsenden. Dort steuern

sie die postganglionären Neurone, welche die Effektororgane innervieren. Das

basale sympathische Aktivitätsniveau des Baroreflexbogens wird von exzitatorischen

und inhibitorischen Neuronen im Nucleus tractus solitarii (NTS) sowie in der rostralen

und caudalen ventrolateralen Medulla oblongata erzeugt (27; 62) (siehe ergänzende

Abb. II). Hypothalamische Neurone projizieren in diese Strukturen und modulieren

das Aktivitätsniveau (154). Ein starkes afferentes Signal von den Barorezeptoren her

bewirkt eine Suppression der efferenten sympathischen Aktivität. Das Verhältnis der

Änderung der efferenten Sympathikusaktivität zur sie auslösenden Änderung des

arteriellen Blutdruckes beschreibt die Sensitivität des arteriellen Baroreflex (siehe

unten).

Der einfache Regelkreis des arteriellen Baroreflex unterliegt einer Reihe von

beeinflussenden Faktoren, so dass insgesamt ein in seinen Details noch

unverstandenes komplexes integrales kybernetisches System vorliegt. 1) Die

Regelgröße Blutdruck stellt keinen festen Wert dar, sondern folgt einer zyklisch-

pulsatilen Druckkurve mit Maxima und Minima (systolischer und diastolischer

Blutdruck). Es ist nicht abschließend geklärt, welcher Abschnitt der Druckkurve für

die Aktivierung der Barorezeptoren maßgeblich ist (143). 2) Das sympathische

Nervensystem regelt zwei Stellgrößen. Die muskuläre sympathische Nervenaktivität

(MSNA) moduliert den Gefäßwiderstand und ist damit maßgeblich für das

diastolische Blutdruckniveau. Die kardiale sympathische Nervenaktivität (CSNA)

moduliert gemeinsam mit vagalen Efferenzen die kardiale Auswurfleistung und damit

den systolischen Blutdruck (127). Die Sensitivität des Baroreflex hinsichtlich beider

Effektorstrecken des sympathischen Nervensystems scheint unterschiedlich reguliert

zu sein (40). Ferner bewirkt der Gefäßwiderstand im arteriolären Stromgebiet der

Extremitäten eine Pulswellenreflexion und –augmentation (11). Folglich sollte 3) der

an den Barorezeptoren gemessene Stimulus Gefäßdehnung zu unbekannten

Anteilen gemeinsam durch kardiale und vaskuläre sympathische Efferenzen

beeinflußt werden (143). 4) Die Hirnstammareale NTS und ventrolaterale Medulla, in

16


denen die Regulation der efferenten Sympathikusaktivität lokalisiert sind, werden

durch andere afferente periphere Signale moduliert. So unterliegen sie der

Beeinflussung durch muskuläre Dehnungs- und Metaborezeptoren (74) und durch

Chemorezeptoren (65). Im NTS findet man eine hohe Dichte von Adrenorezeptoren

(151).

1.2.3 Mechanismen der langfristigen Blutdruckregulation

Die langfristige Blutdruckregulation wird vorrangig durch die renale Steuerung

des Wasser- und Salzhaushaltes vermittelt (63; 75). In der Vergangenheit war die

vorherrschende Überzeugung, dass das sympathische Nervensystem für die

langfristige Blutdruckregulation von untergeordneter Bedeutung sei (22; 63). Diese

Vorstellung wird zunehmend zugunsten des Konzeptes verlassen, dass die

langfristige Blutdruckkontrolle von einem übergeordneten zentralnervösen

sympathisch-neuroendokrinen Regelnetz aufrechterhalten wird, in dem das SNS eine

entscheidende integrierende Funktion innehat (76; 106; 154). Die Nieren stehen über

sympathische Afferenzen und Efferenzen in Interaktion mit zentralen

Blutdruckregulationsmechanismen (35; 83). Eine Verschiebung der renalen

Blutdruck-Natriurese-Beziehung bei arteriellem Hypertonus wird sowohl durch den

renalen Sympathikotonus als auch durch das Renin-Angiotensin-System (RAS), das

wiederum mit dem sympathischen Nervensystem wechselseitig interagiert, vermittelt

(10; 90). So führt eine Radiofrequenzablation des renalen sympathischen

Nervenbündels entlang des Nierenstiels bei Patienten mit therapieresistenter

arterieller Hypertonie zu einer nachhaltigen Blutdrucksenkung (83; 116).

Exemplarisch wurde gezeigt, dass diese Therapie eine Reduktion der muskulären

sympathischen Nervenaktivität (MSNA) bewirkt (117). Dieser Befund deutet auf die

Reduktion eines zentral vorgegebenen Blutdrucksollwertes durch besagte

Intervention hin.

1.2.4 Existenz und Regulation eines zentralen Blutdruck-Sollwertes

Kurzfristige Schwankungen des arteriellen Blutdrucks werden durch den

arteriellen Baroreflex mit Verschaltung auf Hirnstammebene ausgeglichen. Der

Blutdruck-Sollwert, auf deren Einstellung die Feedback-Korrektur hin erfolgt

(Baroreflex-Setpoint) und die Baroreflex-Sensitivität unterliegen einer ständigen

17


Anpassung an die situativen Erfordernisse (27; 46; 62; 143). Signale aus

übergeordneten zerebralen Strukturen, sogenannte „feed-forward“-Signale, bewirken

eine veränderte efferente sympathische Aktivität, ohne dass dem eine Veränderung

des arteriellen Blutdruck ursächlich vorausgegangen sein muss. Eine feed-forward

Regulation findet statt im Zusammenhang mit orthostatischer Belastung (17),

körperlicher Aktivität (105), mentalem Stress und Schlaf (siehe unten). Ursprung der

feed-forward-Signale sind hypothalamische, limbische und kortikale Hirnregionen

(27; 62). Von herausgehobener Bedeutung sind die Nuclei paraventriculares

hypothalami. Ihre sympathoexzitatorische Funktion wird durch verhaltensabhängige

Stimuli wie (Nahrungsaufnahme, körperliche Aktivität und Schlaf), emotionale

Einflüsse und Hormone wie Angiotensin-II und Leptin moduliert (siehe unten). Trotz

aller Einflüsse bleibt der individuelle Setpoint von arteriellem Blutdruck und MSNA

des wachen, liegenden Probanden im physiologischen Fall über Jahre auf

normotensivem Niveau konstant. Dies weist auf die Existenz eines übergeordneten

zentralen Blutdrucksollwertes hin (76; 106; 154).

1.2.5 Wechselwirkungen des sympathischen Nervensystems mit dem endokrinen

System

Das sympathische Nervensystem unterliegt vielfachen Wechselwirkungen mit

dem endokrinen System. Beide können als Bestandteile eines integrierten

Netzwerkes aufgefasst werden. ACTH etwa stimuliert die MSNA (39), die Gabe von

Hydrokortison hingegen supprimiert sie über einen vermutlich zentralen

Mechanismus (38). Das SNS stimuliert über β1-Rezeptoren die Reninausschüttung

im juxtaglomerulären Apparat. Angiotensin-II wiederum erhöht die

Sympathikusaktivität sowohl auf peripherer als auch auf zentraler Ebene.

Angiotensin-II hemmt den Noradrenalin-Reuptake an der peripheren sympathischen

Synapse (34). Zirkulierendes Angiotensin-II kann über zirkumventrikuläre Organe die

Blut-Hirn-Schranke überwinden und zentral wirksam werden. In den Nuclei

paraventriculares des Hypothalamus sowie der Area postrema und den Nuclei

tractus solitarii des Hirnstamms aktiviert es sympathomimetische Mediatorkaskaden

(27; 62; 154). Zentrale baroreflexmodulierende Eigenschaften besitzen noch etliche

andere Hormone, etwa Aldosteron (69), Insulin (13), Glucagon (131), GLP-1 (14),

Melatonin (78) und Vasopressin (115).

18


1.2.6 Messung der Aktivität des sympathischen Nervensystems

Zur Messung der Aktivität des sympathischen Nervensystems können direkte

und indirekte Verfahren dienen. Beim Menschen ist aufgrund anatomischer und

technischer Schwierigkeiten nur die muskuläre sympathische Nervenaktivität (MSNA)

einer direkten elektrophysiologischen Ableitung zugänglich. Im Gegensatz zum

Tierexperiment kann die Aktivität der kardialen und renalen sympathischen

Efferenzen nur anhand indirekter Parameter beurteilt werden (56; 57; 139; 143). Dies

gilt auch für die splanchnische und adrenale sympathische Innervation. Wegen des

hohen Grades an komplexer Integration der unterschiedlichen Faktoren

sympathischer Blutdruckregulation sind alle Meßgrößen nur im Kontext der übrigen

zu interpretieren.

Arterieller Blutdruck

Der nach Riva-Rochi am Oberarm gemessene Blutdruck kommt den

zentralen, an den Barorezeptoren wirksamen Drücken nah. Das Verfahren ist gut

reproduzierbar und gewährleistet eine gute interindividuelle Vergleichbarkeit. Die

Messung der Druckantwort auf einzelne Herzaktionen („beat-to-beat-Analyse“) ist

nicht möglich. Daher gestattet diese Methode nicht, gewisse Merkmale der

spontanen Baroreflexregulation wie zum Beispiel die sogenannten Mayer-Wellen zu

beobachten (21). Die Fingerplethysmographie ermöglicht eine „beat-to-beat“-

Messung des arteriellen Blutdrucks. Sie erlaubt nur eine unzuverlässige Messung der

absoluten Blutdruckhöhe, da inter- und intraindividuell variierende Faktoren wir

Gefäßelastizität und Vasotonus Einfluß nehmen. Die Gabe von vasoaktiven

Substanzen wie sie bei Verfahren zur Charakterisierung des Baroreflex verwendet

werden (siehe unten) kann die Messwerte beeinflussen. Die

fingerplethysmographische Messung hat ihren Wert für die Messung kurzfristiger

intraindividueller Blutdruckverläufe. Invasive Blutdruckmessungen mithilfe von

intraarteriellen Kathetern in unmittelbarer Nähe der Barorezeptoren (z.B. im

Aortenbogen), theoretisch die aussagekräftigste Messmethode, sind aufgrund der

inhärenten Risiken im Humanexperiment nur in Ausnahmefällen ethisch zu

rechtfertigen.

19


Muskuläre sympathische Nervenaktivität (MSNA)

Die Mikroneurographie der muskulären sympathischen Nervenaktivität

(muscle sympathetic nerve activity, MSNA) ist zur Zeit die einzige zur Verfügung

stehende Methode zur Messung der efferenten postganglionären sympathischen

Nervenaktivität beim Menschen (139; 143). Die Spitze einer unipolaren

Wolframelektrode wird im sympathischen Faszikel des motorischen Anteils eines

gemischten Extremitätennervs platziert. Aufgrund ihrer subcutanen Verlaufsstrecke

kommen hierfür insbesondere N. peroneus und N. tibialis infrage. Nach Aufarbeitung

des Signals durch Verstärkung, Filterung und Integration über ein definiertes

Zeitintervall können sympathische Summenpotentiale in Form sogenannter „bursts“

dargestellt werden. Die Rate (Anzahl pro Zeiteinheit) und Amplitude dieser Bursts

stellen ein Maß für den zentralnervösen sympathischen Signalfluss zu den

arteriolären Widerstandsgefäßen der Skelettmuskulatur dar (muskuläre

sympathische Nervenaktivität, MSNA). Letzterer ist maßgebend für die Regulation

des Gesamtgefäßwiderstands, einer der beiden entscheidenden Stellgrößen des

Baroreflex-Regelkreises. Da eine hohe Konkordanz der efferenten muskulären

Sympathikusaktivität der unterschiedlichen Extremitätenregionen besteht, darf die

Ableitung an nur einem Extremitätennerv als repräsentativ gewertet werden (126;

138). Unter standardisierten Ruhebedingungen ist die MSNA-Burstrate

intraindividuell über lange Zeiträume gut reproduzierbar. Daher können Effekte

unterschiedlicher Interventionen an unterschiedlichen Tagen verglichen werden (49;

76; 127). Interindividuell ist die Burstrate sehr variabel. Sie korreliert bei jungen

gesunden Probanden nicht mit der Höhe des arteriellen Blutdrucks (104; 142).

Ursächlich könnten Unterschiede in der noradrenergen Gefäßreagibilität sein (19;

142), die durch eine unterschiedliche postsynaptische Adrenorezeptordichte oder

genetische Adrenozeptorpolymorphismen begründet sind. Die Qualität der

mikroneurographischen Ableitung wird von der intraneuralen Positionierung der

Elektrodenspitze beeinflußt. Burst-Amplitude und „total activity“, d.h. die Fläche unter

den Bursts pro Zeiteinheit, sind kritisch von der exakten Positionierung im efferenten

vasokonstriktorischen sympathischen Faszikel abhängig. Bereits eine geringfügige

Dislokation der Elektrode verändert beide Größen entscheidend. Daher setzt diese

Methode einen ruhig liegenden Probanden voraus. Eine exakt gleiche

Elektrodenposition ist in zwei unterschiedlichen Versuchssitzungen kaum zu

20


erreichen, so dass Burst-Amplitude und „total activity“ in entsprechenden

Studiendesigns nur erschwert auszuwerten sind. Die Burst-Rate, d.h. die Anzahl der

bursts pro Zeiteinheit, stellt ein robusteres Maß für die MSNA dar, da sie nicht

entsprechend sensibel auf geringfügige Differenzen in der Elektrodenposition

reagiert.

Herzfrequenz und Herzfrequenzvariabilität

Primärer elektrischer Taktgeber der Herzaktion ist der Sinusknoten (Nodus

sinuatrialis). Die dort lokalisierten diastolisch spontan depolarisierenden Zellen des

Erregungsbildungs- und leitungssystems des Herzens generieren eine autonome

Sinusknotenfrequenz von 60-100/min. Sie unterliegen ständig modulierenden

Einflüssen durch das vegetative Nervensystem. Kardiale Efferenzen des

sympathischen Nervensystems („cardial sympathetic nerve activity“, CSNA) bewirken

über den Transmitter Noradrenalin einen frequenzsteigernden (positiv chronotropen)

Effekt. Ferner beschleunigen sie am AV-Knoten (Nodus atrioventricularis) die

Reizüberleitung (positive Dromotropie), steigern am Myokard die Kontraktilität

(positive Inotropie) und erhöhen in der Summe dieser Effekte das Herzzeitvolumen .

Vagale Efferenzen vermitteln über den Transmitter Acetylcholin eine Reduktion der

Herzfrequenz (negative Chronotropie) und verzögern am AV-Knoten die

Reizüberleitung (negative Dromotropie). In Ruhe sind letztere beim jungen gesunden

Probanden mit einer Herzfrequenz von 60-70/min vorherrschend (86). Die

Herzfrequenz dient als Summenmaß sympathischer und vagaler efferenter Aktivität

zum Herzen der Charakterisierung des arteriellen Baroreflex im Allgemeinen. Unter

Berücksichtigung der vagalen Einflüsse gestattet sie auch die Beurteilung des

sympathischen Schenkels des arteriellen Baroreflex und der CSNA im Besonderen.

In Bezug auf den Baroreflexbogen lassen sich die modulierenden Einflüsse des

vegetativen Nervensystems auf die Herzfrequenz anhand der respiratorischen

Oszillationen der Herzperiode (Schlag-zu-Schlag-Intervall) beobachten. Die durch

respirationsbedingt wechselnde kardiale Füllungsdrücke bedingten unterschiedlichen

Schlagvolumina werden über den Baroreflexbogen durch Modulation der

Schlagperiode beantwortet. Die Aktivität efferenter kardialer sympathischer und

parasympathischer Neurone unterliegt einer ständigen Fluktuation, die eine rasche

und eine langsame Oszillationen der Herzperiode bewirkt (42). Die Spektralanalyse

21


der Herzfrequenzvariabilität (heart rate variability, HRV) erlaubt eine mathematische

Beschreibung dieser Oszillationen (133). Das HF-Band (high frequency; 0,15 – 0,4

Hz; Einheit ms2) reflektiert vor allem parasympathische Einflüsse auf das Herz. Das

LF-Band (low frequency; 0,04 – 0,15 Hz, Einheit ms2) reflektiert sympathische und

parasympathische Einflüsse (4; 133). Ihm scheinen sowohl Fluktuationen der

zentralen sympathischen Aktivität (107) als auch Resonanzeffekte des arteriellen

Baroreflex, die Fluktuationen der MSNA einbeziehen (4), zugrundezuliegen. HF- , LF-

und ein weiteres VLF (very low frequence; < 0,04 Hz)-Band ergeben in der Summe

die TP (total power). Die Übereinstimmung des LF-Bandes mit Herzfrequenz und

kardialer Noradrenalin-Kinetik ist unzureichend (42; 57), so dass spezifische

Aussagen über die efferente sympathische Aktivität zum Herzen anhand des LF-

Bandes allein nicht möglich sind. Um die Unzulänglichkeit der Parameter der HRV-

Analyse bei der Beschreibung der Aktivität vegetativer Efferenzen zum Herzen

zumindest teilweise auszugleichen, definiert man normalisierte Parameter (HFnu =

HF/(TP-VLF) und LFnu = LF/(TP-VLF) und den Quotienten LF/HF, der das Verhältnis

sympathischer und parasympathischer Nervenaktivität abbilden soll (97; 133).

Katecholamin-Plasmaspiegel

Das Signal der postganglionären efferenten sympathischen Neurone wird vom

Neurotransmitter Noradrenalin (NA) an das jeweilige Zielorgan übermittelt. Der

überwiegende Anteil des Noradrenalins unterliegt einer präsynaptischen

Wiederaufnahme („reuptake“). Nur ein geringerer Anteil von ca. 10-20% der

synaptisch ausgeschütteten NA-Menge tritt in die Zirkulation über („spillover“). Somit

ist der NA-Plasmaspiegel nicht nur von der adrenergen Nervenaktivität, sondern

auch von der synaptischen Clearance und den lokalen Zirkulationsbedingungen

abhängig (44). Die unterschiedlichen Äste des sympathischen Nervensystems,

insbesondere zur Niere („renal sympathetic nerve activity“, RSNA), zum Herzen

(CSNA), zu den Gefäßen der Skelettmuskulatur (MSNA) und zum

Splanchnikusgebiet, unterliegen einer differenzierten Regulation. Unter

physiologischen Bedingungen entstammen etwa 20% des venösen Plasma-NA den

sympathischen Efferenzen zu den Gefäßen der Skelettmuskulatur und korrellieren

mit der dort mikroneurographisch gemessenen MSNA (43; 144). Folglich ist die

Aussagekraft des venösen Plasma-NA hinsichtlich der sympathischen

22


Kreislaufregulation eingeschränkt. Rückschlüsse sind nur unter differenzierter

Berücksichtigung aller genannten Faktoren zulässig. Prinzipiell besteht die

Möglichkeit, mithilfe selektiver Venenkatheterisierung den organbezogenen NA-

Spillover zu messen. In liegender Position korrelieren die kardialen und renalen

Spillover-Raten mit der MSNA (57). In Deutschland wird das invasive Verfahren zur

Grundlagenforschung aus ethischen Gründen am menschlichen Probanden im

Allgemeinen nicht durchgeführt. Die Bestimmung von Noradrenalin im Urin gestattet

eine globale Aussage über den systemischen NA-Spillover. Eine Organzuordnung ist

nicht möglich. Die Zeitliche Auflösung ist gering.

Die Ausschüttung von Adrenalin unterliegt der Regulation durch das

sympathische Nervensystem. Sie erfolgt fast ausschließlich im Nebennierenmark.

Das Hormon gelangt über die Zirkulation an seine Zielorgane. Die Messung der

Adrenalin-Plasmakonzentration bietet daher ein gutes Maß für die adrenomedulläre

Aktivität. Adrenalin weist wie Noradrenalin eine Plasmahalbwertszeit von wenigen

Minuten auf. Daher gestattet ihre Bestimmung eine gute zeitliche Auflösung.

1.2.7 Bestimmung von Setpoint und Sensitivität des arteriellen Baroreflex

Der Setpoint des arteriellen Baroreflex (siehe oben) wurde in der vorliegenden

Studie wie üblich definiert als Relation von Ruheblutdruckniveau und zugehöriger

Ruhe-MSNA der entspannt liegenden, wachen Versuchsperson (27; 36). Sie ist

intraindividuell gut reproduzierbar (siehe oben). Die Sensitivität des arteriellen

Baroreflexbogens kann durch pharmakologische Modulation des Blutdruckes bei

gleichzeitiger Messung der MSNA charakterisiert werden. Dazu werden direkt

vasodilatierende oder –konstringierende Pharmaka appliziert. Dies kann als Bolus

(„modified Oxford protocol“, siehe unten) oder unter kontinuierlicher Applikation als

„steady-state“-Infusionsprotokoll geschehen (143). Die Beziehung von arteriellem

Blutdruck und MSNA folgt einer sigmoiden Kurve (73; 132). Die Steigung des nahezu

linearen Kurvenabschnitts um den Setpoint herum beschreibt die Sensitivität des

arteriellen Baroreflex. Diese Technik erlaubt spezifische Aussagen über den die

MSNA als Regelgröße involvierenden Anteil des arteriellen Baroreflexbogens. Dieser

soll im Folgenden auch vereinfachend als „vaskulärer Baroreflex“ bezeichnet werden.

Korreliert man analog zum geschilderten Vorgehen die Herzfrequenz mit dem

arteriellen Blutdruck, erhält man eine Größe, die die Sensitivität des von kardialen

23


sympathischen Efferenzen vermittelten Anteils des arteriellen Baroreflexes

beschreibt. Dieser kann vereinfachend auch als „kardialer Baroreflex“ benannt

werden.

1.2.8 Gesteigerte Aktivität des SNS als pathogenetischer Faktor

Die gesteigerte Aktivität des die Blutdruckregulation betreffenden

sympathischen Nervensystems ist pathogenetischer Faktor einer Reihe von

bedeutenden Erkrankungen. Viele Formen der arteriellen Hypertonie sind mit einer

erhöhten vasokonstriktorischen Sympathikusaktivität assoziiert. Ein kausaler

Zusammenhang wird vermutet („neuroadrenergic hypothesis in hypertension“) (56;

58). Schlafstörungen führen zu einem Ausbleiben der physiologischen nächtlichen

Blutdrucksenkung (non-dipping). Sie sind mit der Entstehung eines arteriellen

Hypertonus, inflammatorischen und metabolischen Veränderungen assoziiert (53; 70;

85). Die gesteigerte Aktivität des sympathischen Nervensystems scheint dabei ein

wesentlicher pathogenetischer Faktor zu sein. Nachgewiesen ist dies beim

obstruktiven Schlafapnoesyndrom (51; 52). Ein epidemiologischer Zusammenhang

zwischen nächtlichem non-dipping und kardiovaskulärer Morbidität und Mortalität ist

belegt (26; 67; 137).

1.3 Fragestellung/Hypothesen

1.3.1 Bedeutung von Ghrelin für die Regulation des sympathischen Nervensystems

Etliche Studien mit dem Ziel der Charakterisierung der Eigenschaften von

Ghrelin zeigten, dass das Peptidhormon eine ausgeprägte Wirksamkeit auf einige

zirkulatorische Parameter besitzt. Nach experimenteller intravenöser Applikation sinkt

der arterielle Blutdruck, ohne dass eine reflektorische Tachykardie auftritt, während

das Herzschlagvolumen zunimmt (100; 101). Die anhand der Parameter peak

systolic myocardial velocity und tissue tracking gemessene myokardiale Kontraktilität

nimmt signifikant zu (140). Diese Befunde könne nur teilweise durch einen lokalen

vasodilatorischen Effekt von Ghrelin auf die Blutgefäße (145; 149) oder einen lokalen

Effekt auf das Myokard (100) (siehe oben) erklärt werden. Da der arterielle Blutdruck

wesentlich durch die muskuläre (MSNA) und kardiale (CSNA) sympathische

Nervenaktivität geregelt wird, besteht ein möglicher Wirkmechanismus von Ghrelin in

einer Verminderung der efferenten Aktivität des sympathischen Nervensystems. Das

24


Ausbleiben einer Zunahme der Herzfrequenz nach Abfall des arteriellen Blutdrucks

deutet auf eine Modulation des arteriellen Baroreflexes auf zentraler Ebene hin.

Tatsächlich bewirkt die intracerebroventrikuläre Gabe von Ghrelin im

Tierexperiment eine Reduktion der efferenten renalen sympathischen Aktivität

(RSNA) und eine vermehrte Sensitivität des arteriellen Baroreflex (94). Eine Injektion

des Neuropeptids in den Nucleus tractus solitarii senkt Herzfrequenz, arteriellen

Blutdruck und RSNA (88). Nach experimentell herbeigeführtem Myokardinfarkt

reduziert systemisch appliziertes Ghrelin die allgemeine (125) und kardiale (119)

efferente Aktivität des sympathischen Nervensystems.

1.3.2 Formulierung der Hypothesen der vorliegenden Arbeit

Aufgrund oben genannter Daten formulierten wir die Hypothesen, deren

Richtigkeit im Rahmen dieser Arbeit empirisch überprüft werden sollte.

1. Ghrelin bewirkt auf zentraler Ebene eine Reduktion der muskulären

sympathischen Nervanaktivität (MSNA) und damit des arteriellen Blutdrucks.

2. Ghrelin moduliert die Sensitivität des arteriellen Baroreflex.

Zum Zeitpunkt der Durchführung der Studie existierte in der Literatur keine

Publikation zur Wirkung von Ghrelin auf die MSNA und keine humanexperimentelle

Arbeit bezüglich der Beeinflussung der Sensitivität des arteriellen Baroreflex durch

das Peptidhormon.

25

2 Material und Methoden


2.1 Versuchspersonen

Die vorliegende Studie wurde von der Ethikkommission der Universität zu

Lübeck geprüft und für zulässig erachtet (Aktenzeichen 09-166, Datum des

Ethikvotums 19.11.2009). Die Versuche wurden im neurophysiologischen Labor der

Medizinischen Klinik I der Universität zu Lübeck durchgeführt. Alle Probanden

wurden ausführlich mündlich und schriftlich über die Untersuchungen und ihre

möglichen Risiken aufgeklärt und gaben ihr schriftliches Einverständnis zur

Teilnahme. Die Probanden waren überwiegend aus der Studierendenschaft über

Aushänge angeworben worden. An der Untersuchung nahmen 12 gesunde,

normalgewichtige (BMI 20-25 kg/m2) Männer im Alter von 22 bis 30 Jahren teil. Die

Probanden waren Nichtraucher und standen unter keiner regelmäßigen Medikation.

Da Nüchternheit und postprandiale Phase den Baroreflex modifizieren (47), wurden

die Versuchsteilnehmer aufgefordert, die letzte Mahlzeit am Abend vor dem

jeweiligen Versuchstermin einzunehmen. Ferner sollten sie mindestens 24 Stunden

vor dem Versuch auf Alkoholkonsum und koffeinhaltige Getränke verzichten.

2.2 Design und Ablauf der Studie

2.2.1 Design

Die vorliegende Untersuchung war als randomisierte, doppelblinde,

placebokontrollierte Studie im Rahmen eines Crossover-Designs angelegt. Die

Probanden erhielten an zwei Versuchstagen im Abstand von mindestens einer

Woche einen i.v.- Bolus Ghrelin oder Placebo. Das Bolus-Design orientierte sich an

dem physiologischen pulsatilen Sekretionsmodus von Ghrelin (24). Als primäre

Outcome-Parameter wurden MSNA, Blutdruck, Herzfrequenz und Sensitivität des

arteriellen Baroreflex, ausgedrückt als linearer Faktor einer linearen Modellfunktion

(s. unten), definiert. Als sekundäre Outcome-Parameter wurden mehrere endokrine

Laborparameter erfasst. Das Crossover-Design erlaubte insbesondere den

intraindividuellen Vergleich („within-subject“) interindividuell sehr variabler, jedoch

intraindividuell stabiler Parameter wie der MSNA unter beiden Versuchsbedingungen.

26


2.2.2 Instrumentierung

Die Versuche begannen um 7:30 morgens und endeten etwa um 12:30

mittags. Die Probanden wurden in bequemer Rückenlage gelagert. Elektroden zur

Ableitung eines 3-poligen Standard-EKG nach Eindhoven und eine Manschette zur

kontinuierlichen Blutdruckmessung mittels Fingerplethysmographie wurden angelegt.

Zusätzlich wurde eine Oberarmmanschette zur oszillometrischen Messung des

arteriellen Blutdrucks angelegt. Die kontinuierliche Blutdruckmessung wurde anhand

der oszillometrischen Messwerte kalibriert. Eine Venenverweilkanüle wurde zum

Zweck wiederholter Blutentnahmen in der Vena cubitalis des rechten Arms plaziert.

Eine zweite Venenverweilkanüle wurde in die Vena cubitalis des linken Arms gelegt.

Dort erfolgte die Applikation der Testsubstanz (Ghrelin oder Placebo). Die jeweilige

Substanz wurde von einem Mitarbeiter, der nicht an der weiteren

Versuchsdurchführung beteiligt war, in einem separaten Raum zubereitet und in

einem neutralen Behälter zur Verfügung gestellt. Die Kanüle des linken Arms wurde

zusätzlich zur Verabreichung vasoaktiver Substanzen im Rahmen der Untersuchung

des Baroreflex genutzt. Ferner wurde eine Mikroneurographienadel zur Messung der

muskulären sympathischen Aktivität (MSNA) plaziert (s. unten).

2.2.3 Versuchsablauf

Nach Instrumentierung und einer 10-minütigen Erholungsphase erfolgte

zunächst eine 10-minütige baseline-Aufzeichnung von MSNA, Blutdruck und

Herzfrequenz (t -25 min, „pre-injection baseline“). Anschließend wurde eine

Baroreflex-Testung nach dem modifizierten Oxford-Protokoll (s. unten) durchgeführt

(t -5 min, „MOP 1“). Nach kurzer Kreislaufrestitutionsphase wurde die Testsubstanz

(Ghrelin oder Placebo) intravenös appliziert. Weitere Messungen der

Baroreflexparameter unter Ruhebedingungen erfolgten unmittelbar (5-minütige

Intervalle, t +2 min und t +7 min, „immediate post-injection baseline 1+2“) und

deutlich verzögert (10-minütiges Intervall, t +85 min, „delayed post-injection

baseline“) nach Substanzgabe. Weitere pharmakologische Baroreflextestungen nach

dem modifizierten Oxford-Protokoll wurden jeweils 15, 35 und 65 Minuten nach

Substanzgabe durchgeführt („MOP 2-4“ zu t +15 min, t +35 min und t +65 min). Zu

Beginn der MOP-Testungen wurden alle Parameter unbeeinflusst aufgezeichnet

(siehe unten). Diese Messperioden wurden als zusätzliche baseline-Aufzeichungen

27


genutzt. Ferner wurden wiederholt Blutentnahmen zur Erfassung der

Katecholaminantwort und anderer endokriner Veränderungen durchgeführt (t -5 min,

t +15 min, t +30 min, t +60 min, t +110 min). Der Ablauf eines Experiments ist

schematisch in Abb. 1 dargestellt. Um eine konstante Qualität der MSNA-Ableitung

zu gewährleisten, verblieben die Mikroelektroden während des gesamten Versuches

in ihrer intraneuralen Position. Klinische Beobachtungen und spontane Äußerungen

der Probanden wurden notiert.

Abb. 1 Protokoll der vorliegenden Studie. Hämodynamische Parameter und MSNA

wurden vor (pre-injection), unmittelbar (immediate post-injection) und später (delayed

post-injection) nach intravenöser Injektion von Ghrelin oder Placebo gemessen. Die

Sensitivität des arteriellen Baroreflex wurde mittels Modulation des Blutdrucks durch

vasoaktive Substanzen charakterisiert (modified Oxford protocol, MOP 1-4).

Zusätzlich erfolgten Blutentnahmen zur endokrinologischen Analytik. (Aus eigener

Publikation, siehe unten).

28


2.3 Aufzeichnung hämodynamischer Parameter

Für die kombinierte digitalisierte Aufzeichnung der Daten der wurde ein

multifunktionales elektronisches Interface genutzt (PowerLab®, ADInstruments,

Heidelberg). Mit Hilfe einer speziellen Software (Chart® 5 Pro Version 5.5.6,

ADInstruments, Heidelberg) konnten Mikroneurographiesignal (s. unten), EKG (Bio

Amp, ADInstruments, Heidelberg), kontinuierlich fingerplethysmographisch

gemessene Blutdruckwerte (Finometer midi®, FMS, Amsterdam, Niederlande) und

thorakale Atemexkursion (Pulmobelt®, Ohmeda Medical, Ohio, USA) gemeinsam

dargestellt und in einem gemeinsamen Dokument für die nachfolgende Analyse

gespeichert werden. Die Aufzeichnung erfolgte jeweils kontinuierlich für einen

Versuchstag über alle später ausgewerteten Messintervalle hinweg ohne

Veränderung der Instrumentierung. Die oszillometrische Messung des arteriellen

Blutdrucks erfolgte mittels eines geeichten hochqualitativen Gerätes (Vital Signs

Monitor 300®, Series 53NTP-E1, Skaneateles Falls, New York, USA).

2.4 Mikroneurographie

2.4.1 Plazierung der Elektroden

Zur Ableitung der MSNA fanden Wolfram-Mikroelektroden Verwendung

(Göran Pegenius, Mölndal, Schweden). Während der 0,2 mm durchmessende

Elektrodenschaft elektrisch isoliert ist, fehlt diese Isolation im Bereich der wenige

Mikrometer feinen Elektrodenspitze. Dieser Aufbau ermöglichte die gezielte Ableitung

des Potentials efferenter muskulärer sympathischer Nerven (MSNA). Eine

Referenzelektrode wurde im nahen subcutanen Fettgewebe plaziert. Die Impedanz

der Ableitelektrode (20-100 kΩ) übertraf die Impedanz der Referenzelektrode. Beide

Elektroden wurden vor Verwendung unter dem Mikroskop auf Intaktheit der

Oberfläche untersucht und im Autoklav sterilisiert.

Die Ableitung der MSNA erfolgte entweder aus dem N. peroneus oder dem N.

tibialis in ihrem Verlauf dorsal des Fibulaköpfchens. Zur Lokalisierung des Nerven

wurde zunächst eine transkutane elektrische Stimulation (Stimulator S48, Grass

Instrument Company, Quincy, Massachusetts, USA) mit einer Spannung von 30-70

V, einer Reizdauer von 0,1 ms und einer Stimulationsfrequenz von 1 Hz

durchgeführt. Anhand der Beobachtung evozierter Muskelkontraktionen der

29


Zielmuskulatur des jeweiligen Nerven konnte dessen Verlauf bestimmt und markiert

werden. Eine Referenzelektrode wurde ca. 2 cm entfernt im subcutanen Fettgewebe

platziert. Anschließend wurde die Ableitelektrode perkutan in Richtung des

Zielnerven eingestochen. Bei Annäherung an den Nerven konnten mittels erneuter

elektrischer Stimulation (1-4 V) unwillkürliche Muskelkontraktionen im peronealen

oder tibialen Innervationsgebiet ausgelöst werden. Bei ausreichender Annäherung

reichte hierfür eine Spannung von 1 V aus. Die abschließende intraneurale

Feinadjustierung der Elektrodenspitze in unmittelbarer Nähe der efferenten

sympathischen Leitungsbahnen zur Gefäßmuskulatur erfolgte unter Beobachtung der

akustisch und visuell am Monitor dargestellten Signale, bis charakteristische

sympathische Entladungen (bursts) erkennbar waren. Eine hinreichende signal to

noise-ratio wurde als gegeben betrachtet, wenn die burst-Amplitude das

Grundrauschsignal um mindestens das 3-fache übertraf.

2.4.2 Signalprozessierung

Das mikroneurographische Rohsignal wurde einer Verstärkung unterzogen.

Das Verstärkersystem (T. Karlsson, Göteborg, Schweden) bestand aus einem

Vorverstärker (preamplifier, 1000-fache Verstärkung) und einem Hauptverstärker

(amplifier, 50-fache Verstärkung). Das verstärkte Signal wurde gefiltert (Bandfilter,

700-2000 Hz) und anschließend integriert (Zeitkonstante 0,1 sec.). Digitalisierung,

Speicherung und Visualisierung erfolgten mit der zuvor beschriebenen Hard- und

Software.

2.4.3 Identifizierung der bursts

Im aufgearbeiteten Signal konnten die efferenten muskulären sympathischen

Summenaktionspotentiale (bursts) anhand ihrer charakteristischen Morphologie (138)

visuell identifiziert werden. Alle mikroneurographischen Aufzeichnungen wurden vom

selben Beobachter, der bezüglich der Versuchsbedingung (Ghrelin/Placebo)

verblindet war, ausgewertet.

N. peroneus und N. tibialis sind gemischte Nerven. Bei den sympathischen

Efferenzen, welche die baroreflektorische Vasokonstriktion vermitteln, handelt es sich

um C-Fasern, die in motorischen Faszikeln verlaufen. Es wurde eine Reihe von

Prüfkriterien genutzt, die charakteristische Eigenschaften muskulärer

30


Sympathikusefferenzen nutzen und insbesondere eine Abgrenzung vom Signal

kutaner Sympathikusefferenzen gestatten (32; 33). Kennzeichen muskulärer

Sympathikusanteile sind sie Auslösbarkeit eines Signals bei Beklopfen des

innervierten Muskels durch Reizung von Dehnungsrezeptoren und Stimulierbarkeit

der MSNA durch inspiratorische Apnoe. Charakteristisch für kutane

Sympathikusanteile sind ein Signal beim Bestreichen der Haut und die Evozierbarkeit

von Potentialen durch externe Arousalsignale. Es wurden nur Ableitungen akzeptiert,

die alle Kriterien muskulärer Sympathikusefferenzen erfüllten und zugleich kein

kutanes sympathisches Signal enthielten. Kontinuität und Vergleichbarkeit der

Ableitungsqualität über den Messzeitraum wurden jeweils durch Apnoephasen zu

Beginn und Ende der mikroneurographischen Messungen überprüft. Die MSNA ist,

vermittelt über den Baroreflex, eng mit dem Herzzyklus verknüpft (64; 126). Die

Latenz eines Bursts zum zugehörigen Herzzyklus resultiert aus der Zeit bis zum

Eintreffen der Pulswelle an den Barorezeptoren sowie der Dauer der Reizleitung in

den afferenten und efferenten Sympathikusfasern. Bei normalwüchsigen

Erwachsenen beträgt diese Zeitspanne etwa 1,3 s bezogen auf die R-Zacke des

EKG (48). Bei der Auswertung der Mikroneurographie wurde auf eine eindeutige

Kopplung von MSNA und EKG geachtet.

2.4.4 Burst-Rate

Es stehen im Wesentlichen drei Parameter zur quantitativen Beschreibung der

MSNA zur Verfügung (143). Burst-Amplitude und Integral über der Zeit (area under

the curve) einer MSNA-Ableitung hängen jedoch kritisch von der Position der

Elektrode zum sympathischen Faszikel ab. Diese kann in wiederholten Versuchen

gegebenenfalls nicht exakt reproduziert werden. Daher eignen sich diese Parameter

weniger für das Design der vorliegenden Studie. Die burst-Rate, d.h. die Anzahl der

bursts pro Minute hingegen ist sehr gut reproduzierbar und wurde daher als für das

vorliegende Studiendesign geeignetster MSNA-Parameter ausgewählt.

2.5 Pharmakologischer Baroreflextest

Der Setpoint des Baroreflex wird definiert als dasjenige Niveau der Relation

von arteriellem Blutdruck und MSNA (vaskulärer Baroreflex) bzw. von arteriellem

31


Blutdruck und Herzfrequenz (kardialer Baroreflex), um das diese Parameter bei

entspannter Ruhe im Liegen in engen Grenzen pendeln.

2.5.1 Modified Oxford protocol (MOP)

Der pharmakologische Baroreflextest ist ein Provokationsmaneuver, durch das

Setpoint und Sensitivität des Baroreflex ermittelt werden können. Dafür wird der

arterielle Blutdruck zunächst mittels vasoaktiver Substanzen gesenkt und dann über

das Ruheniveau angehoben. Die gegenregulatorischen MSNA- und

Herzfrequenzänderungen werden in Bezug zur erzielten Änderung des arteriellen

Blutdrucks dokumentiert. In dieser Studie fand eine kombinierte Methode

Anwendung. Sie verwendete Elemente zweier zu diesem Zweck gut etablierter

Verfahren. Das eine ist das steady state-Protokoll unter Verwendung vasoaktiver

Substanzen, das von unserer Arbeitsgruppe bereits mehrfach zur Anwendung

gebracht wurde (112-114). Das andere ist das modified Oxford protocol (MOP) (41;

110). Das verwendete Protokoll zur Charakterisierung des Baroreflex bestand aus 3

Abschnitten und soll im Folgenden kurz als „MOP“ bezeichnet werden. Zunächst

erfolgte die Aufzeichnung von MSNA, Herzfrequenz und arteriellem Blutdruck in

einem unbeeinflussten Zeitintervall von einer Minute. Dann erfolgte die i.v. Injektion

eines Bolus von 150 µg Nitroprussid-Natrium, eines direkten NO-vermittelten

Vasodilatators. Nach einer weiteren Minute erfolgte die i.v. Injektion eines Bolus von

150 µg Phenylephrin, eines α1-Agonisten.

2.5.2 Mathematische Analyse

Zur Analyse wurden MSNA, arterieller Blutdruck und Herzfrequenz jeweils für

60-Sekunden-Intervalle bestimmt 1. vor Injektion der vasoaktiven Substanzen, 2. 30

bis 90 Sekunden nach Bolusinjektion von Nitroprussid-Natrium und 3. 90 bis 150

Sekunden nach Injektion von Phenylephrin. Für jeden Messzyklus (MOP) wurden

jeweils das arithmetische Mittel der burst-Rate der MSNA beziehungsweise der

Herzfrequenz in den genannten Zeitintervallen gegen den zugehörigen mittleren

arteriellen Blutdruck aufgetragen (vaskulärer und kardialer Baroreflex). Anschließend

wurde eine lineare Regressionsanalyse nach der Methode der kleinsten Quadrate

durchgeführt. Ein Messzyklus wurde akzeptiert, sofern der Determinationskoeffizient

R2 größer oder gleich 0,7 war. Der lineare Faktor (slope) der resultierenden linearen

32


Modellfunktion wurde genutzt, um die Sensitivität des Baroreflex zu charakterisieren

und der weiteren Statistik unterworfen. Ein Beispiel von MSNA und

hämodynamischen Parametern unter ungestörten (baseline) Bedingungen und nach

Injektion von Nitroprussid-Natrium und Phenylephrin zeigt die Abb. 2.

Abb. 2 Beispielhafte Aufzeichung von MSNA und arteriellem Blutdruck (BP) im

Ruhezustand (baseline, A) und nach Auslösung des arteriellen Baroreflex durch

33


Nitroprussid-Natrium (NP, B) beziehungsweise Phenylephrin (PE, C) nach dem

modified Oxford protocol (MOP). Man beachte die charakteristischen

Summenaktionspotentiale (bursts) der MSNA. Ein Abschnitt auf der Zeitachse

repräsentiert 2 Sekunden. (Aus eigener Publikation, siehe unten.)

2.6 Herzfrequenzvariabilität

Eine Auswertung der Herzfrequenzvariabilität erfolgte für drei Intervalle von

jeweils 5 Minuten vor (t -25 min), unmittelbar nach (t +2 min) und später nach (t +85

min) Injektion der Testsubstanz. Die Analyse wurde mithilfe des HRV-Moduls von

Chart® 5 Pro (Version 5.5.6, ADInstruments, Heidelberg) aus den digitalisierten

EKG-Daten (siehe oben) nach der frequency domain-Methode durchgeführt. Sie

folgte den Leitlinien der „Task Force of The European Society of Cardiology and The

North American Society of Pacing and Electrophysiology“(133).

2.7 Laboranalytik

Blutproben wurden zu den Zeitpunkten t -10 min, t +10 min, t+30 min, t +60

min und am Ende des Experimentes (t +110 min) über eine periphere

Venenverweilkanüle entnommen. Sie wurden umgehend in einer Kühlzentrifuge mit

4000 U/min über 10 Minuten zentrifugiert und abpipettiert. Anschließend wurden die

Proben umgehend gekühlt und bei -80°C gelagert. Die Laboranalytik erfolgte im

gemeinsamen Forschungslabor der Medizinischen Klinik I und des Instituts für

Neuroendokrinologie (medizinisch-technische Assistenz: Martina Grohs und Heidi

Ruf). Analysen wurden durchgeführt für Ghrelin (total ghrelin RIA Kit, Millipore,

Billerica, Massachusetts, USA), Renin (Renin III Generation, Cisbio, Codolet,

Frankreich), Katecholamine (HPLC, Chromsystems, München), GH, ACTH, Cortisol

(alle Immulite, Siemens, Llanberis, Vereinigtes Königreich) und Copeptin (Thermo

Fisher Scientific BRAHMS GmbH, Henningsdorf). In der Regel wurden alle Proben

doppelt mit demselben Verfahren bestimmt und validiert.

2.8 Statistik

Hämodynamische Variablen, MSNA und Laborwerte zeigen in aller Regel eine

parametrische Verteilung. Die Darstellung dieser stetigen, intervallskalierten

34


Merkmale erfolgte als arithmetischer Gruppenmittelwert +/- Standardfehler des

Mittelwertes (SEM). Es wurde das Signifikanzniveau α = 0,05 definiert. Als primäre

statistische Analyse wurde jeweils eine Varianzanalyse (ANOVA = analysis of

variance) mit dem Messwiederholungsfaktor „Messzeitpunkt“ sowie dem

Gruppenfaktor „Behandlung“ (Ghrelin vs. Placebo) durchgeführt. Es erfolgte eine

Korrektur der Freiheitsgrade nach Greenhouse-Geisser. Wurde in der ANOVA eine

Signifikanz für einen der beiden Faktoren oder ihre Interaktion festgestellt, erfolgte

eine post hoc-Analyse mittels paarweisen Vergleiches der Einzelwerte unter

Verwendung des T-Tests nach Student. Es wurde dann sowohl ein Vergleich beider

Versuchsbedingungen (Ghrelin/Placebo) zu jeweils einem Messzeitpunkt als auch

ein Vergleich der Parameter innerhalb jeweils einer Versuchsbedingung zu

verschiedenen Meßzeitpunkten, d.h. insbesondere vor und nach Injektion der

Testsubstanz durchgeführt. Die statistischen Analysen erfolgten unter Verwendung

der Software PASW Statistics 18. Die Kalkulation von Stichprobengröße, Power und

Effektgröße erfolgte mit Hilfe von G*Power 3.1.3 (Franz Faul, Universität Kiel). Der α-

Fehler wurde nicht an die Anzahl der Tests angepasst. Aus diesem Grund verstehen

sich alle inferenzstatistischen Auswertungen letztlich deskriptiv (1).

35

3 Ergebnisse

3. Ergebnisse

3.1 Klinische Beobachtungen

Die intravenöse Verabreichung sowohl des Ghrelin- als auch des

Placebobolus wurde im Allgemeinen gut toleriert. Nach Gabe von Ghrelin berichteten

die Probanden von Hunger (N=6), Wärmegefühl (N=3), Schwindel (N=2), Müdigkeit

(N=3), Magenknurren (N=4) und Schwitzen (N=5). Während das Hungergefühl nach

Ghrelingabe bis zum Ende des Versuches persistierte, verflüchtigten sich alle

übrigen mit Ghrelin assoziierten Symptome innerhalb der ersten 30 Minuten nach

Applikation. Unter Placebobedingung berichtete lediglich ein Proband über

Müdigkeit.

3.2 Hämodynamische Parameter

Arterieller Blutdruck und Herzfrequenz konnten für alle 12 Probanden

analysiert werden. Bei zwei Probanden ging im Verlauf des Experimentes die

Position der Mikroneurographieelektrode im sympathischen Faszikel verloren, so

dass eine valide Ableitung nicht mehr möglich war. Daher gingen in die Analyse der

MSNA nur die Daten von 10 Probanden ein. Alle Ergebnisse sind in Tab. 1 und Abb.

3 angegeben.

Vor Injektion der Testsubstanz (t -25 min, t -5 min) befanden sich arterieller

Blutdruck, Herzfrequenz und MSNA unter beiden Versuchsbedingungen auf

gleichem Niveau.

Die ANOVA erbrachte eine signifikante Interaktion des

Messwiederholungsfaktors „Messzeitpunkt“ und des Gruppenfaktors „Behandlung“

(Ghrelin vs. Placebo) für die Parameter MSNA (P=0,037) und Herzfrequenz

(P<0,001). Hinsichtlich des Parameters arterieller Blutdruck zeigte sich ein starker

Trend (P=0,057).

36

3 Ergebnisse

Tab. 1

Ghrelin Placebo

Time (min) mean SEM mean SEM

MSNA (bursts per minute) -25 27.3 ± 3.5 27.6 ± 3.7

-5 27.8 ± 3.0 28.3 ± 2.7

+2 32.9 ± 3.8 †† 28.8 ± 4.1

+7 31.9 ± 4.1 28.9 ± 4.0

+15 31.6 ± 3.8 27.8 ± 3.2

+35 29.8 ± 3.0 28.7 ± 2.9

+65 28.3 ± 4.0 30.2 ± 3.9

+85 28.4 ± 3.8 * 32.7 ± 5,2 †

Heart rate (1/min) -25 60.2 ± 2.2 59.7 ± 2.2

-5 60.3 ± 2.2 61.5 ± 2.5

+2 64.5 ± 2.6 † 60.7 ± 1.9

+7 60.5 ± 2.2 61.4 ± 2.2

+15 60.3 ± 2.4 59.9 ± 2.1

+35 57.2 ± 2.0 † 61.5 ± 2.4

+65 56.5 ± 1.9 *, †† 61.9 ± 2.0 †

+85 57.8 ± 1.9 * 64.2 ± 2.2 ††

Mean arterial pressure (mmHg) -25 83.9 ± 1.8 83.8 ± 2.2

-5 83.5 ± 1.5 85.4 ± 1.9

+2 87.3 ± 3.0 85.4 ± 2.5

+7 81.7 ± 3.2 87.7 ± 3.1

+15 79.8 ± 2.2 *, † 85.6 ± 2.1

+35 77.7 ± 2.0 †† 84.1 ± 1.8

+65 80.8 ± 1.8 † 82.3 ± 1.5

+85 77.7 ± 1.5 †† 79.6 ± 2.1 †

Tab. 1 Hämodynamische Parameter und MSNA. Für den gesamten Versuchverlauf

zeigte die ANOVA eine signifikante Interaktion zwischen dem Gruppenfaktor

Ghrelin/Placebo und dem Messwiederholungsfaktor Messzeitpunkt für die

Messgrössen MSNA (P=0,037) und Herzfrequenz (P<0,001). Für die Messgrösse

arterieller Blutdruck ergab sich ein starker Trend (P=0,057). Ghrelin/Placebo-Injektion

zum Zeitpunkt t +0 min. Es sind Mittelwerte (mean) +/- SEM angegeben. * = P<0,05

für post hoc Vergleich zwischen Versuchsbedingungen Ghrelin und Placebo, † =

P<0,05, †† = P<0,01 für post hoc Vergleich zwischen Pre- und Postinjektionsdaten

37

3 Ergebnisse

innerhalb der Versuchsbedingung Ghrelin oder Placebo (T-Test). (Aus eigener

Publikation, siehe unten.)

Abb. 3 A) MSNA, B) Herzfrequenz (heart rate) und C) mittlerer arterieller Blutdruck

(mean arterial pressure) vor und nach Injektion (vertikale gepunktete Linie) von

Ghrelin (schwarze Symbole) oder Placebo (weisse Symbole). Es sind Mittelwerte +/-

SEM angegeben. A) § = P<0,05 für Interaktion zwischen Gruppenfaktor

38

3 Ergebnisse

Ghrelin/Placebo und Messwiederholungsfaktor Messzeitpunkt (ANOVA, N=10);

* = P<0,05 für Vergleich zwischen Ghrelin und Plazebo (T-Test); †† = P<0,01 für

Vergleich zwischen Pre- und Postinjektionsdaten innerhalb der Ghrelin-

Versuchsbedingung (T-Test). B) §§ = P<0,001 für Interaktion zwischen

Gruppenfaktor Ghrelin/Plazebo und Messwiederholungsfaktor Messzeitpunkt

(ANOVA, N=12); * = P<0,05 für Faktor Ghrelin/Plazebo, t +35 min bis t + 85 min

(ANOVA); † = P<0,05 für Vergleich zwischen Pre- und Postinjektionsdaten innerhalb

der Ghrelin-Versuchsbedingung (T-Test). C) P=0,057 für Interaktion zwischen

Gruppenfaktor Ghrelin/Plazebo und Messwiederholungsfaktor Messzeitpunkt

(ANOVA, N=12); * = P<0,05 für Faktor Ghrelin/Plazebo, t +7 min bis t +35 min

(ANOVA). (Aus eigener Publikation.)

3.2.1 Mittlerer arterieller Blutdruck

Nach Injektion von Ghrelin (t +7 min und folgende Werte) zeigte sich ein im

Vergleich zur Vorinjektionsperiode (pre-injection baseline) verminderter mittlerer

arterieller Blutdruck. Im Vergleich zu den jeweils zeitlich korrespondierenden

Placebodaten war der mittlere arterielle Blutdruck frühzeitig nach Injektion von

Ghrelin signifikant vermindert (t +7 min bis t +35 min P=0,014, ANOVA für

Gruppenfaktor Ghrelin/Placebo). Später näherte sich der mittlere arterielle Blutdruck

nach Ghrelinapplikation wieder dem Placebo-Niveau an (t +65 min und folgende

Werte).

3.2.2 Herzfrequenz

Die Herzfrequenz stieg unmittelbar nach Injektion von Ghrelin vorübergehend

an (t +2 min: P=0,018 im Vergleich zum Wert vor Injektion bei t – 25 min; P=0,117 im

Vergleich zur Placebobedingung; jeweils T-Test). Später (t +35 min und folgende

Werte) war die Herzfrequenz nach Ghrelininjektion im Vergleich mit den

Vorinjektionsdaten signifikant vermindert. Unter Placebobedingung hingegen kam es

während der späteren Messzeitpunkte zu einem Anstieg der Herzfrequenz. Der

Vergleich zwischen Ghrelin- und Placebobedingung in der späteren

Postinjektionsphase zeigte eine nach Ghrelin signifikant reduzierte Herzfrequenz

39

3 Ergebnisse

(t + 35 min bis t +85 min: P=0,043, ANOVA für den Faktor Ghrelin/Placebo, siehe

Abb. 3).

3.2.3 Muskuläre sympathische Nervenaktivität (MSNA)

Unmittelbar nach Injektion von Ghrelin kam es zu einem im Vergleich zum

Vorinjektionswert signifikanten Anstieg der MSNA (t +2 min versus t -25 min;

P=0,005, T-Test; siehe ergänzende Abb. IV). Nach Placeboinjektion blieb ein

entsprechender Effekt aus. Obwohl dieser Anstieg der MSNA für mehr als 15

Minuten persistierte, zeigte sich im statistischen Vergleich der Ghrelin- mit den

korrespondierenden Placebodaten lediglich ein Trend (t +2 min: P=0,088, T-Test). Zu

den späteren Messzeitpunkten (ab t + 35 min) nach Ghrelinapplikation kehrte die

MSNA auf das Niveau vor Injektion zurück und verharrte dort bis zum Ende des

Versuches (t +85 min). Im Gegensatz dazu beobachteten wir unter

Placebobedingung unmittelbar nach Injektion der Testsubstanz eine unveränderte

MSNA, während in der späteren Phase (t +85 min) ein Anstieg der MSNA mit

statistischer Signifikanz sowohl im Vergleich zur Ghrelinbedingung (28,4 versus 32,7

bursts pro Minute, P=0,047, T-Test) als auch zum Vorinjektionswert (P=0,016, T-

Test) zu beobachten war.

3.3 Sensitivität des arteriellen Baroreflex

Um differenzierte Effekte von Ghrelin auf den Baroreflex näher zu

charakterisieren, wurden wie oben beschrieben vasoaktive Substanzen verabreicht

(MOP-Zyklen) und der lineare Faktor (slope) einer linearen Modellfunktion berechnet.

Die den Baroreflex beschreibenden linearen Faktoren waren vor Injektion der

Testsubstanz (MOP 1, t -5 min) für beide Bedingungen (Ghrelin/Placebo) sowohl für

den MSNA-vermittelten vaskulären als auch für den herzfrequenzvermittelten

kardialen Baroreflex vergleichbar.

3.3.1 Vaskulärer Baroreflex

Unmittelbar nach Injektion der Testsubstanz (MOP 2, t +15 min) genügten nur

die Daten von N=5 Probanden dem geforderten Kriterium eines

Determinationskoeffizienten R2 grösser oder gleich 0,7. Ein signifikanter Unterschied

40

3 Ergebnisse

des linearen Faktors zwischen den Versuchsbedingungen Ghrelin und Placebo war

bei wesentlich zu geringer Teststärke der ANOVA nicht nachzuweisen (siehe Tab. 2).

Für die späteren Messzyklen (MOP 3, t +35 min und MOP 4, t +65 Minuten)

deuteten die Daten einen Unterschied des linearen Faktors zwischen den

Versuchsbedingungen Ghrelin und Placebo an, ohne dass die ANOVA bei geringer

Anzahl oben genanntem Kriterium genügender Datensätze signifikant wurde (N=6 für

MOP 3, N=7 für MOP 4). Die Daten der hämodynamischen Parameter rechtfertigen

die Annahme, dass die Messzyklen MOP 3 und 4 gemeinsamen physiologischen

Bedingungen hinsichtlich der Ghrelinwirkung unterliegen (verzögerte Phase der

Ghrelinwirkung oder delayed ghrelin phase, siehe unten). Daher führten wir die

Daten aus MOP 3 und 4 zusammen, indem wir einen gepoolten „delayed post-

injection“- Faktor einführten. Er ist definiert als arithmetisches Mittel der vorhandenen

gültigen linearen Faktoren aus MOP 3 und 4 jeweils einer Versuchsbedingung eines

individuellen Probanden.

Unter Verwendung dieses gepoolten Faktors für MOP 3 und 4 (t +35 min und

t +65 min) wird ein signifikanter Anstieg des Betrags der linearen Faktoren und somit

eine signifikante Zunahme der Sensitivität des vaskulären Baroreflex in der späten

Phase nach Ghrelininjektion sichtbar (siehe Abb. 4, Tab. 2; Mittelwert des linearen

Faktors -2,25 versus -1,66 nach Ghrelin bzw. Placebo; ANOVA: P=0,036 für die

Interaktion zwischen dem Gruppenfaktor Ghrelin/Placebo und dem

Messwiederholungsfaktor „Messzeitpunkt“; N=10; siehe ergänzende Abb. V).

41

3 Ergebnisse

Tab. 2 vascular baroreflex

A)

MOP 1 MOP 2

mean SEM mean SEM

slope of baroreflex ghrelin -1.79 0.29 -1.36 0.20

placebo -1.70 0.11 -1.62 0.40

B)

MOP 1 MOP 3/4

mean SEM mean SEM


placebo -1.70 0.16 -1.66 0.27

Tab. 2 Linearer Faktor (slope) der Regressionsgeraden des vaskulären, MSNA-

vermittelten arteriellen Baroreflex. A) Lineare Faktoren von MOP 1 (t -5 min) vs. MOP

2 (t +15 min); N=5, n.s. B) Lineare Faktoren von MOP 1 vs. MOP 3/4 (gepoolter

Faktor von MOP 3 und 4, siehe Text); ANOVA: P=0,036 für die Interaktion zwischen

dem Gruppenfaktor Ghrelin/Placebo und dem Messwiederholungsfaktor

Messzeitpunkt; N=10. Angegeben sind Mittelwerte +/- SEM. i.v.-Applikation von

Ghrelin bzw. Placebo nach MOP 1 zum Zeitpunkt t +0 min.

3.3.2 Kardialer Baroreflex

Ähnlich der Situation beim vaskulären Baroreflex genügten unmittelbar nach

Injektion der Testsubstanz (MOP 2, t +15 min) nur die Daten von N=2 Probanden

dem geforderten Kriterium eines Determinationskoeffizienten R2 grösser oder gleich

0,7. Wiederum war ein signifikanter Unterschied der linearen Faktoren zwischen den

Versuchsbedingungen Ghrelin und Placebo bei wesentlich zu geringer Teststärke

der ANOVA nicht nachzuweisen (siehe Tab. 3).

Bezüglich der späteren Phase nach Injektion der Testsubstanz (MOP 3 und 4,

t +35 min und t +65 min) wurde wie oben für den vaskulären Baroreflex geschildert

ein gepoolter Faktor für MOP 3 und 4 eingeführt. Die statistische Analyse erbrachte

keinen signifikanten Unterschied zwischen der Ghrelin- und der Placebobedingung

(ANOVA: n.s.; N=8, siehe Tab. 3). Eine post hoc-Analyse zeigte jedoch, dass die

42

3 Ergebnisse

statistische Analyse zu diesem Aspekt im Unterschied zum vaskulären Baroreflex nur

eine Teststärke 1-β von 0,05 aufwies. Daher ist eine abschliessende Aussage über

die Sensitivität des kardialen Baroreflex in der späteren Phase nach Injektion der

Testsubstanz anhand der vorliegenden Daten nicht möglich.

Tab. 3 cardial baroreflex

A)

MOP 1

MOP 2

mean SEM mean SEM


placebo -0.98 0.01 -1.12 0.25

B)

MOP 1

MOP 3/4

mean SEM mean SEM


placebo -1.25 0.09 -1.31 0.25

Tab. 3 Linearer Faktor (slope) der Regressionsgeraden des kardialen,

herzfrequenzvermittelten arteriellen Baroreflex. A) Lineare Faktoren von MOP 1 (t -5

min) vs. MOP 2 (t +15 min); N=2, n.s. B) Lineare Faktoren von MOP 1 vs. MOP 3/4

(gepoolter Faktor von MOP 3 und 4, siehe Text); ANOVA: n.s.; N=8; Teststärke

(1-β)=0,05. Angegeben sind Mittelwerte +/- SEM. i.v.-Applikation von Ghrelin bzw.

Placebo nach MOP 1 zum Zeitpunkt t +0 min.

43

3 Ergebnisse

Abb. 4 Linearer Faktor (slope) des vaskulären, MSNA-vermittelten arteriellen

Baroreflex während Modulation des arteriellen Blutdrucks nach dem modified Oxford

44

3 Ergebnisse

protocol (MOP), jeweils vor (pre-injection) und in der Spätphase nach Injektion

(delayed post-injection) von Ghrelin/Placebo. Für jeden individuellen Messzyklus

wurde eine lineare Regression durchgeführt. Ein Messzyklus wurde akzeptiert, wenn

der Determinationskoeffizient R2 ≥ 0.7. Die Daten von MOP 3 und 4 wurden gepoolt

(delayed post-injection, verzögerte Phase der Ghrelinwirkung, siehe Text).

A) Beispielhafte Darstellung der Daten eines individuellen Probanden.

Schwarze/weisse Symbole: Ghrelin/Placebo-Bedingung. Kreise/Dreiecke: Vor/nach

Injektion von Ghrelin oder Placebo. Regressionsgeraden für Ghrelin vor/nach

Injektion (gepunktet/solid), Placebo vor/nach Injektion (kurz/lang gestrichelt).

B) Statistik für linearen Faktor (slope) des Baroreflex . Angegeben sind Mittelwerte

+/- SEM. Schwarze/weisse Kreise: Ghrelin/Placebo-Bedingung. * = P<0,05 für

Interaktion zwischen Gruppenfaktor Ghrelin/Placebo und Messwiederholungsfaktor

Messzeitpunkt (ANOVA; N=10). Der grössere Betrag des linearen Faktors nach

Ghrelininjektion zeigt eine gesteigerte Sensitivität des arteriellen Baroreflex an. (Aus

eigener Publikation).

3.4 Herzfrequenzvariabilität

Die Herzfrequenzvariabilität (heart rate variability, HRV) wurde für jeweils 5-

minütige Intervalle vor (t -25 min), unmittelbar (t +2 min) und später (t +85 min) nach

Injektion der Testsubstanz bestimmt. Alle Probanden gingen in die Analyse ein

(N=12). Die ANOVA wies in der post hoc-Analyse lediglich für den Parameter HF

eine hinreichende Teststärke (1-β) > 0,9 auf. Für alle übrigen Parameter war die

Teststärke der ANOVA zu gering (TP 0,81; LF/HF 0,61; HFnu und LFnu 0,42; LF

0,19).

Hinsichtlich der HF-Domäne, Mass für die Aktivität des efferenten kardialen

Vagusnerven, zeigte die ANOVA eine signifikante Interaktion zwischen dem

Gruppenfaktor Ghrelin/Placebo und dem Messwiederholungsfaktor Messzeitpunkt

(Tab. 4, Abb. 5). Nach Injektion von Ghrelin war der HF-Wert vermindert (Vergleich

Ghrelinbedingung t -25 min, t +2 min: T-Test P=0,092). Anschliessend stieg HF

wieder an (Vergleich Ghrelinbedingung t +2 min, t +85 min: T-Test P=0,118). Zu t

+85 min zeigte sich ein starker Trend zu einem höheren HF-Wert unter

45

3 Ergebnisse

Ghrelinbedingung (T-Test P=0,061), dessen Aussagekraft allerdings dadurch

eingeschränkt wurde, dass bereits vor Injektion der Testsubstanz (t -25 min) unter

Ghrelin ein höherer HF-Wert vorlag als unter Placebobedingung.

Für den Quotienten LF/HF, Mass für die sympathovagale Balance, erbrachte

die ANOVA einen schwachen Trend für die Interaktion zwischen dem Gruppenfaktor

Ghrelin/Placebo und dem Messwiederholungsfaktor Messzeitpunkt (P=0,115). LF/HF

zeigte im zeitlichen Verlauf unter Placebobedingung einen Anstieg, der unter

Ghrelinbedingung ausblieb (P=0,085 für T-Test, Vergleich t -25 min zu t +85 min

unter Placebobedingung, siehe Abbildung 6).

TP, die Summe der zeitlichen Domänen der Herzratenvariabilität, zeigte in der

ANOVA einen Trend für die Interaktion zwischen dem Gruppenfaktor Ghrelin/Placebo

und dem Messwiederholungsfaktor Messzeitpunkt (P=0,07). TP wies unter

Ghrelinbedingung im Vergleich zur Placebobedingung sowohl vor Injektion der

Testsubstanz (T-Test P=0,054) als auch danach (T-Test P=0,057) einen geringeren

Wert auf. Die Ursache dieser Differenz bleibt unklar, kann aber nicht der jeweiligen

Testsubstanz zugeschrieben werden.

Tab. 4 heart rate variability

ghrelin

placebo

time (min) mean SEM mean SEM

TP -25 11757.06 2785.83 7731.17 1393.04 a), b)

+2 10945.75 2697.93 9216.86 1383.07

+85 14604.81 3127.93 7994.76 625.60 c)

HF -25 3179.28 1204.24 e) 1738.30 365.39 d)

+2 2362.47 968.91 f) 1817.49 417.65

+85 3012.02 901.96 1265.78 168.84 g)

HFnu -25 0.41 0.05

0.43 0.05

+2 0.38 0.04

0.40 0.05

+85 0.42 0.03

0.34 0.05

LF -25 3716.20 1084.50 2301.94 386.67

+2 3237.00 827.05 2609.87 391.48

+85 4339.80 1303.68 2698.48 449.24

46

3 Ergebnisse

LFnu -25 0.59 0.05

0.57 0.05

+2 0.62 0.04

0.60 0.05

+85 0.58 0.03

0.66 0.05

LF/HF -25 1.92 0.40

1.42 0.20 h), i)

+2 1.98 0.34

1.96 0.41

+85 1.61 0.23

2.15 0.38

Tab. 4: Herzfrequenzvariabilität. TP, total power; HF, high frequency; LF, low

frequency; jeweils in ms2. LFnu, low frequency (normalized units); HFnu, high

frequency, (normalized units). LF/HF Quotient von LF und HF. Mittelwerte (mean) +/-

SEM; N=12. Hinreichende Teststärke lediglich für ANOVA HF, übrige statistische

Tests weisen zu geringe Teststärken auf, siehe Text. a) Interaktion ANOVA: P=0,07

b) T-Test Ghrelin vs. Placebo t -25 min: P=0,057 c)T-Test Ghrelin vs. Placebo t +85

min: P=0,054 d) Interaktion ANOVA: P=0,018 e) T-Test Ghrelinbedingung t -25 min

vs. t +2 min: 0,092 f) T-Test Ghrelinbedingung t +2 min vs. t +85 min: P=0,118 g) T-

Test Ghrelin vs. Placebo t +85 min: P=0,061 h) Interaktion ANOVA: P=0,015 i)

Placebobedingung t -25 min vs. t +85 min: P=0,085

*

heart rate variability - HF

time

t -25 t +2 t +85

HF

(m

s2)

1000

2000

3000

4000

5000

substance i.v.

ghrelin

placebo

Abb. 5 HF-Domäne der Herzfrequenzvariabilität. Mittelwerte +/- SEM. (*)

Signifikante Interaktion zwischen Gruppenfaktor Ghrelin/Placebo und

47

3 Ergebnisse

Messwiederholungsfaktor Messzeitpunkt. Unmittelbar nach Injektion von Ghrelin

Abfall des HF-Wertes (T-Test: P=0,092), im weiteren Verlauf Wiederanstieg.

heart rate variability - LF/HF

time

t -25 t +2 t +85

LF

/HF

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

2,4

2,6

2,8

substance i.v.

ghrelin

placebo

Abb. 6 Quotient LF/HF. Mittelwerte +/- SEM. Unter Placebedingung Anstieg des

LF/HF-Wertes (T-Test für Vergleich t -25 min zu t +85 min: P=0,085), der unter

Ghrelinbedingung ausbleibt. ANOVA für Interaktion Versuchsbedingung

Ghrelin/Placebo, Messzeitpunkt: P=0,115; Teststärke 0,66).

3.5 Endokrine Parameter

Unter Placebobedingung verblieb der Plasmaspiegel des Gesamt-Ghrelin

während des ganzen Experiments auf dem Niveau vor Applikation der Testsubstanz.

10 Minuten nach Injektion von Ghrelin hingegen betrug der Plasmaspiegel das 18-

fache des Vorwertes. Im Anschluss zeigte der Plasmaspiegel einen exponentiellen

Abfall. Wie erwartet reagierte das somatotrope Hormon (GH) nach kurzer Latenz von

30 Minuten mit einem deutlichen Anstieg auf das 15-fache des Vorinjektionswertes.

Unter Placebobedingung wurde lediglich ein geringfügiger Anstieg des GH-Spiegels

beobachtet. In Übereinstimmung mit den Resultaten vorausgehender Studien (100)

48

3 Ergebnisse

kam es nach Applikation von Ghrelin zu einem hochsignifikanten Anstieg von ACTH,

Cortisol und Adrenalin, jedoch nicht von Noradrenalin. Der Spiegel von Copeptin,

einem unspezifischen Indikator zirkulatorischen Stresses, war nach Gabe von

Ghrelin signifikant erhöht. Das Plasma-Renin war nach Injektion von Ghrelin im

Vergleich mit dem Wert vor Injektion signifikant erhöht. Die gemessenen endokrinen

Parameter sind in Tab. 3 vollständig wiedergegeben.

Tab. 5

Ghrelin Placebo

Time (min) mean SEM mean SEM

Ghrelin (total, pg/ml) -5 819.4 ± 61.8 739.8 ± 48.2

+15 13449.7 ± 1639.8 **, †† 739.2 ± 51.6

+30 7549.1 ± 499.7 **, †† 732.6 ± 50.2

+60 4710.8 ± 247.2 **, †† 733.5 ± 48.7

+110 2716.2 ± 264.6 **, †† 710.9 ± 41.1

GH (ng/ml) -5 2.4 ± 1.3 2.2 ± 0.9

+15 16.7 ± 3.8 **, †† 1.0 ± 0.5 †

+30 37.5 ± 1.8 **, †† 0.7 ± 0.3

+60 32.8 ± 3.3 **, †† 0.3 ± 0.1

+110 13.7 ± 4.1 *, † 0.2 ± 0.1

ACTH (pg/ml) -5 26.6 ± 2.4 33.0 ± 5.5

+15 154.9 ± 31.8 **, † 27.8 ± 3.5

+30 163.5 ± 34.7 **, † 27.3 ± 2.8

+60 76.5 ± 13.2 **, † 25.3 ± 2.5

+110 31.2 ± 3.0 25.6 ± 1.9

Cortisol (µg/dl) -5 10.5 ± 1.2 12.4 ± 1.2

+15 13.5 ± 1.2 11.2 ± 1.2

+30 21.0 ± 1.1 **, †† 10.5 ± 1.1

+60 21.1 ± 1.5 **, †† 8.9 ± 0.8 ††

+110 15.1 ± 1.4 ** 8.7 ± 0.8 ††

Copeptin (pmol/l) -5 5.0 ± 1.3 5.7 ± 1.2

+15 6.9 ± 1.7 †† 4.7 ± 1.0 †

+30 8.6 ± 1.9 *, † 4.5 ± 0.8 †

+60 6.5 ± 1.5 4.1 ± 0.8 †

+110 7.1 ± 2.2 6.2 ± 1.9

Renin (pg/ml) -5 7.8 ± 0.8 * 10.3 ± 1.3

+15 7.8 ± 1.1 10.0 ± 1.2

+30 11.2 ± 2.3 10.2 ± 1.2

+60 10.1 ± 1.1 † 9.8 ± 1.1

+110 9.1 ± 1.1 10.2 ± 1.1

Epinephrine (pg/ml) -5 25.6 ± 9.1 33.8 ± 15.5

49

3 Ergebnisse

+15 165.9 ± 44.3 *, †† 32.1 ± 9.9

+30 123.9 ± 21.0 **, †† 26.6 ± 9.4

+60 66.4 ± 12.8 **, †† 28.0 ± 10.7

+110 27.5 ± 8.3 26.3 ± 9.3

Norepinephrine (pg/ml) -5 235.5 ± 25.8 250.4 ± 46.8

+15 218.0 ± 23.1 234.4 ± 40.3

+30 212.1 ± 24.0 236.4 ± 39.9

+60 204.5 ± 19.0 †† 219.3 ± 37.8 †

+110 212.3 ± 22.0 † 237.5 ± 44.1

Tab. 5 Hormonspiegel im Plasma vor und nach Injektion von Ghrelin/Placebo bei

t +0 min. (N=12; Copeptin: N=9, t +110 min N=7). Es sind jeweils Mittelwerte +/- SEM

angegeben. * = P<0,05, ** = P<0,01 für Vergleich zwischen Ghrelin- und

Placebobedingung, † = P<0,05, †† = P<0,01 für Vergleich vor und nach Injektion

innerhalb jeweils einer Versuchsbedingung (T-Test). (Aus eigener Publikation, siehe

unten.)

50

4 Diskussion

4. Diskussion

4.1 Biphasisches Modell der sympathischen und kardiovaskulären Ghrelinwirkung

Die Frage nach der Richtigkeit der dieser Studie zugrundeliegenden

Hypothesen erfordert eine differenzierte Beantwortung. Nach Injektion von Ghrelin

konnten im zeitlichen Verlauf zwei unterschiedliche Konstellationen der

hämodynamischen Parameter beobachtet werden. Wir interpretierten diese Daten im

Sinne zweier von jeweils unterschiedlichen physiologischen Mechanismen

dominierten Phasen der Wirkung von Ghrelin und definierten eine akute sowie eine

verzögerte Phase der Ghrelinwirkung (“immediate ghrelin phase” und “delayed

ghrelin phase”).

Kurze Zeit nach Injektion von Ghrelin wurde ein Abfall des arteriellen

Blutdrucks beobachtet. Zugleich zeigte sich ein Anstieg der muskulären

sympathischen Aktivität (MSNA) und ein vorübergehender Anstieg der Herzfrequenz

(akute Phase der Ghrelinwirkung, “immediate ghrelin phase”). 35 Minuten nach

Injektion war die MSNA auf ihr Ausgangsniveau zurückgekehrt und die Herzfrequenz

supprimiert, während der arterielle Blutdruck weiterhin vermindert war. Zum Ende

des Versuches befand sich der arterielle Blutdruck nach Ghrelingabe auf

Placeboniveau, während MSNA und Herzfrequenz im Vergleich mit der

Placebobedingung signifikant supprimiert waren (verzögerte Phase der

Ghrelinwirkung, “delayed ghrelin phase”).

4.2 Direkte Vasodilatation als dominierender Mechanismus der akuten Phase der

Ghrelinwirkung

Dem weithin akzeptierten kybernetischen Modell des arteriellen Baroreflex

zufolge (siehe oben) sollte ein verminderter arterieller Blutdruck eine gesteigerte

efferente sympathische Aktivität zum Herzen (CSNA) und den Gefäßen (MSNA) hin

bewirken, um den arteriellen Blutdruck wieder auf dem Niveau der Zielgröße

(Setpoint) einzustellen. Umgekehrt sollte ein arterieller Blutdruck oberhalb des

Setpoint von einer supprimierten MSNA und reduzierten Herzfrequenz beantwortet

werden, es sei denn, der Setpoint selbst ist verschoben worden (27; 62). Die

Konstellation der Parameter arterieller Blutdruck, MSNA und Herzfrequenz in der

akuten Phase der Ghrelinwirkung kann durch eine direkte Vasodilatation der

51

4 Diskussion

Widerstandsgefäße erklärt werden. Der resultierende Abfall des arteriellen Blutdrucks

bewirkt über den arteriellen Baroreflex einen Anstieg der MSNA und eine kurzfristige

Steigerung der Herzfrequenz. Es ist bekannt, dass Ghrelin direkt den systemischen

arteriellen Widerstand reduziert (101). Dieser Effekt könnte von einer durch Ghrelin

vermittelten Aktivierung der endothelialen NO-Synthetase hervorgerufen werden

(149). Auch ein NO-unabhängiger Mechanismus wird diskutiert, der auf einer

Endothelin-1-antagonistischen Wirkung von Ghrelin beruht (145). Interessant ist,

dass der reflektorische Anstieg der MSNA in Bezug auf den Abfall des arteriellen

Blutdrucks bereits in dieser Phase relativ gering ausfällt. In früheren Studien

resultierte ein NO-vermittelter Blutdruckabfall ähnlicher Größenordnung in einer

deutlich stärkeren Aktivierung des sympathischen Nervensystems (114; 132). Diese

Beobachtung könnte auf einen schnell eintretenden zentral sympatholytischen Effekt

bereits in der akuten Phase der Ghrelinwirkung hinweisen.

4.3 Zentrale Suppression der SNS-Aktivität in der verzögerten Phase der

Ghrelinwirkung

In der verzögerten Phase der Ghrelinwirkung konnte zunächst ein

verminderter arterieller Blutdruck beobachtet werden, der mit einer MSNA auf

Placeboniveau und einer reduzierten Herzfrequenz einherging (t +35 min). In der

Folge kehrte der arterielle Blutdruck auf Placeboniveau zurück, während MSNA und

Herzfrequenz nach Ghrelin im Vergleich zur Placebobedingung signifikant reduziert

waren (t +65 und +85 min).

4.3.1 Modulation des zentralen Setpoint der sympathischen Blutdruckregulation

Eine schlüssige Interpretation letztgenannter Konstellation besteht in der

Verschiebung des zentralen Setpoints der sympathischen Blutdruckregulation zu

einem niedrigeren Wert hin (eine schematische Darstellung zeigt die ergänzende

Abb. III). Im Unterschied zu den tatsächlich gemessenen Parametern müsste bei

unverändertem Setpoint ein erniedrigter arterieller Blutdruck vom Baroreflexbogen

stets mit einem Anstieg von MSNA und Herzfrequenz (CSNA) beantwortet werden (t

+ 35 min). Bei unverändertem Setpoint und arteriellem Blutdruck auf Placeboniveau

(t +85 min) sollte der Baroreflexbogen auch eine MSNA und Herzfrequenz auf

Placeboniveau bewirken, nicht aber eine signifikant reduzierte MSNA und

52

4 Diskussion

Herzfrequenz, wie es die Daten zeigen. Eine Reihe früherer Studien, die sich mit der

Interaktion zwischen Ghrelin und dem sympathischen Nervensystem befassen,

erbrachten Ergebnisse, die mit dem vorliegenden Interpretationsvorschlag gut

vereinbar sind. So bewirkte die Applikation von Ghrelin bei gesunden jungen

Probanden einen Abfall des arteriellen Blutdrucks ohne signifikannte Änderung der

Herzfrequenz, allerdings begleitet von einem erhöhten Herzindex (100). In einer

anderen Studie erhielten Patienten mit chronischer Herzinsuffizienz zweimal täglich

für drei Wochen eine intravenöse Ghrelingabe. Dies führte zu einer Reduktion des

Noradrenalin im Plasma, eines Markers der globalen Sympathikusaktivierung, bei

zugleich numerisch vermindertem arteriellen Blutdruck (102). Im Tierversuch an

wachen Kaninchen bewirkte die intracerebroventrikuläre Applikation von Ghrelin eine

Reduktion von arteriellem Blutdruck, Herzfrequenz und mikroneurographisch

gemessener renaler sympathischer Aktivität (RSNA). In letzterer Studie wurde eine

Zunahme der Sensitivität des arteriellen Baroreflex durch Ghrelin beobachtet (94).

Nach experimentell herbeigeführtem Myokardinfarkt an der Ratte bewirkte die

intravenöse Applikation von Ghrelin eine Reduktion der efferenten sympathischen

Aktivität zum Herzen (CSNA) (118; 119; 125) und vermag die Inzidenz maligner

Arrhythmien zu vermindern (91).

Die Konstellation zum Ende des Versuchsablaufs (t +85 min, arterieller

Blutdruck auf Placeboniveau und im Vergleich zu Placebobedingung signifikant

supprimierte MSNA) ist vereinbar mit der Annahme eines zu niedrigerem arteriellem

Blutdruck und verminderter MSNA hin verschobenen Setpoint des Baroreflex, sofern

zugleich ein vom Baroreflex unabhängiger den Blutdruck erhöhender Faktor vorliegt.

Dabei könnte es sich um auf Injektion von Ghrelin hin ausgeschüttete vasoaktive

Hormone handeln (siehe unten). Der arterielle Blutdruck oberhalb des neuen

Setpoint wird dann durch den Einfluss des vasopressorischen Hormons bewirkt, der

arterielle Baroreflex reagiert darauf mit einer Suppression der MSNA.

4.3.2 Reduktion Stress-induzierter sympathischer feed-forward-Signale

Eine alternative Interpretationsmöglichkeit der Kreislauf- und MSNA-Daten in

der verzögerten Phase der Ghrelinwirkung besteht darin, dass die Applikation von

Ghrelin stressinduzierte feed-forward-Signale der sympathischen Blutdruckregulation

abgeschwächt haben könnte. In der vorliegenden Studie zeigte sich unter

53

4 Diskussion

Placebobedingung im Zeitverlauf ein Anstieg der MSNA. Im Rahmen

mikroneurographischer MSNA-Aufzeichung längerer Dauer wird dieses Phänomen

häufiger beobachtet. Es wird üblicherweise als Auswirkung zunehmender

Harnblasenfüllung und körperlicher Missempfindungen infolge des langen Liegens in

unveränderter Körperposition aufgefasst (114). In der vorliegenden Studie äusserten

die Probanden allerdings unter Placebobedingung kein vermehrtes subjektives

Stressempfinden. Im Gegensatz zum MSNA-Anstieg nach Placebo zeigte sich zum

Ende des Experiments (t +85min) nach Ghrelingabe eine im Vergleich zu Placebo

signifikant reduzierte MSNA und Herzfrequenz bei unverändertem Blutdruck. Die

MSNA stellt einen direkten Messwert der zentralen efferenten sympathischen

Aktivität dar. Daher könnten die vorliegenden Daten darauf hindeuten, dass Ghrelin

eine stressinduzierte Aktivierung des sympathischen Nervensystems unterdrückt.

Diese Interpretation ist vereinbar mit den Ergebnissen eines kürzlich publizierten

Humanexperiments, in dem unter Ghrelingabe eine verminderte Aktivierung des

sympathischen Nervensystems auf mentalen Stress hin nachgewiesen werden

konnte (84).

4.4 Beeinflussung anderer Hormone und Transmitter

Mikroneurographische Ansätze zur Messung der Sensitivität des Baroreflex

nutzen ein vereinfachtes kybernetisches Modell der Regulation von arteriellem

Blutdruck und MSNA. Ghrelin könnte jedoch beide Parameter auch unabhängig von

einer direkten Beeinflussung des Baroreflex-Regelkreises beeinflussen. So wurde im

Rahmen dieser Arbeit in Übereinstimmung mit früheren Studien (100) nach

Ghrelingabe ein erheblicher transienter Anstieg mehrerer vasoaktiver Hormone wie

Adrenalin und Cortisol gemessen. Auch der Plasmaspiegel von Copeptin, einem

Marker der Vasopressin-Ausschüttung, zeigte im Vergleich zur Placebobedingung

nach Ghrelingabe einen signifikanten Anstieg. Diese hormonellen Effekte können

durch die Existenz von Ghrelin-Rezeptoren (GHS-R) in Hypothalamus, Hypophyse

und Nebennierenmark erklärt werden (54; 84). Im Gegensatz zum Plasmaspiegel

von Adrenalin war der von Noradrenalin nach Ghrelingabe nicht erhöht. Dieses

Muster der Katecholaminantwort zeigte sich auch schon in früheren Studien, in

denen zum Teil deutlich höhere Dosen von bis zu 10 µg/kg KG Ghrelin intravenös

verabreicht wurden (100). Nach wiederholter Injektion von Ghrelin über einen

54

4 Diskussion

Zeitraum von 3 Wochen in einer Dosis, die mit der in der vorliegenden Studie

verwendeten vergleichbar ist, kam es sogar zu einem Abfall des Noradrenalin-

Plasmaspiegels (99). Das an den Synapsen des sympathischen Nervensystems als

Transmitter sezernierte Noradrenalin gelangt nur in variablen und geringen Mengen

in die Zirkulation (“spill over”, siehe oben). Ferner entstammt das Noradrenalin im

Plasma sympathischen Ästen zu unterschiedlichen Endorganen. Das Ausbleiben

einer Erhöhung des Plasmaspiegels dieses groben Markes der sympathischen

Gesamtaktivität stimmt mit den MSNA-Daten überein und stützt somit die zuvor

abgeleitete Argumentation.

Ghrelin bewirkt in der Hypophyse eine Ausschüttung von GH, die mit der

durch GH-RH vermittelten Sekretion quantitativ vergleichbar ist (siehe oben). Bei

Krankheitsbildern, die durch einen Mangel an GH gekennzeichnet sind, kann eine

erhöhte Aktivität des sympathischen Nervensystems festgestellt werden (129). Unter

therapeutischer Substitution von GH kommt es zu einem Rückgang der MSNA (128).

Daher erscheint die Vermutung gerechtfertigt, dass GH eine Reduktion der Aktivität

des sympathischen Nervensystems bewirkt. Auch Glucocorticoide, deren

Plasmaspiegel nach Injektion von Ghrelin deutlich ansteigen, bewirken eine akute

Verminderung der MSNA (38). Daher könnte alternativ zu den oben geschilderten

Mechanismen auch der Anstieg der Plasmaspiegel von GH oder Cortisol die in der

vorliegenden Studie beobachtete Reduktion der sympathischen Aktivität nach

Injektion von Ghrelin bewirkt haben.

4.5 Gesteigerte Sensitivität des MSNA-vermittelten arteriellen Baroreflex nach

Ghrelininjektion

Die vorliegende Studie zeigte bei Testung des arteriellen Baroreflex während

der verzögerten Phase der Ghrelinwirkung (35 und 65 Minuten nach Injektion) eine

signifikante Zunahme der Steilheit der linearen Regressionsfunktion von MSNA und

arteriellem Blutdruck im Vergleich zu Placebo. Dies bedeutet, dass zirkulatorisches

Ghrelin die Sensitivität des vaskulären arteriellen Baroreflex steigert (eine

schematische Darstellung zeigt die ergänzende Abb. III). In Übereinstimmung damit

wurde im Tiermodell ein ähnlicher Befund für die renale sympathische Aktivität

(RSNA) erhoben (93). Diese Ergebnisse unterstützen die These, dass Ghrelin die

Blutdruckkontrolle auf zentralnervöser Ebene einschließlich hypothalamischer und

55

4 Diskussion

Hirnstammstrukturen moduliert(88). Da Ghrelin die Blut-Hirn-Schranke passieren

kann (8; 9) und eine intracerebroventrikuläre Applikation sehr geringer Mengen des

Peptids qualitativ entsprechend wirksam ist (94; 152), kann davon ausgegangen

werden, dass zirkulatorisches Ghrelin nach Übertritt in zerebrale Strukturen dort

direkt wirksam wird. Möglicherweise wird die zentrale Wirkung von zirkulatorischem

Ghrelin jedoch auch über vagale Afferenzen vermittelt (28; 29; 91). Die

Fragestellung, auf welchem Weg zirkulatorisches Ghrelin zentral wirksam wird,

erfordert weitere Untersuchungen. Auch eine weitere Differenzierung der Funktion

zerebral als Neurotransmitter sezernierten Ghrelins in Abgrenzung zur Wirkung des

hormonellen, in der Zirkulation befindlichen Ghrelins ist wünschenswert (50).

4.6 Gegenüberstellung mit der aktuellen Studie von Lambert et al. zum Thema

Ghrelin und SNS

In einer kürzlich erschienen Publikation beschrieben Lambert et al., dass die

kontinuierliche intravenöse Infusion von Ghrelin über eine Stunde einen signifikanten

Abfall des arteriellen Blutdrucks in Vergleich zum Zeitpunkt vor Infusion und zur

Placebobedingung bewirkte (84). Der Blutdruckabfall wurde von einem signifikanten

Anstieg der MSNA begleitet, was auf das Wirksamwerden einer durch den arteriellen

Baroreflex gesteuerten Gegenregulation des sympathischen Nervensystems

hinweist. Das Design der vorliegenden Studie unterscheidet sich substantiell von

dem von Lambert et al. gewählten, da im Gegensatz zu einer kontinuierlichen

Infusion des Neuropeptids die Applikation als Bolus erfolgte. Unter physiologischen

Bedingungen folgt die Sekretion von Ghrelin einem pulsatilen Muster (24). Das

Peptidhormon unterliegt einer Elimination mit sehr kurzer Halbwertszeit (siehe oben).

Daher erscheint das in dieser Studie implementierte Bolusdesign angemessen, um

die physiologischen Bedingungen abzubilden. Darüber hinaus wurden die

Experimente unter Ghrelin- und Placebobedingung in der vorliegenden Studie an

unterschiedlichen Tagen im Abstand von mindestens einer Woche durchgeführt. In

der Arbeit von Lambert et al. wurden Ghrelin- und Placebobedingung im Abstand von

nur einer Stunde untersucht. Dieses Vorgehen birgt die vermehrte Gefahr einer

Beeinflussung der Daten durch einen Carryover-Effekt. Die vordergründig

widersprüchlich erscheinenden Daten von Lambert et al. und dieser Studie lassen

eine einheitliche Interpretation zu. Vermutlich sind die in der Studie von Lambert et

56

4 Diskussion

al. unter kontinuierlicher Infusion von Ghrelin wirksamen physiologischen

Mechanismen vergleichbar mit denen, die in der akuten Phase der Ghrelinwirkung

nach Bolusapplikation wirksam sind. Lambert et al. beschreiben, dass unter

kontinuierlicher Infusion von Ghrelin ein signifikanter Anstieg der Herzfrequenz

ausbleibt. Ferner fanden die Autoren, dass unter Ghrelin die sympathische

Aktivierung auf mentalen Stress hin vermindert war. Beides deutet darauf hin, dass

auch in dieser Studie ein zentralnervöser, das sympathische Nervensystem

dämpfender Effekt von Ghrelin zu beobachten war, wie die vorliegende Arbeit ihn für

die verzögerte Phase der Ghrelinwirkung beschreibt.

4.7 Wirkung von zirkulatorischem Ghrelin auf die kardiale Sympathikus- und

Vagusaktivität

Neben der kardialen sympathischen Aktivität unterliegt das Herz efferenten

vagalen Einflüssen, die an der Frequenzregulation auch im Rahmen des arteriellen

Baroreflex beteiligt sind (62). Bei der Interpretation der Reaktion der Herzfrequenz

auf die Gabe der Testsubstanz sind daher sowohl sympathische als auch vagale

Einflüsse zu berücksichtigen.

4.7.1 Kardiale Vagusaktivität

Intravenös appliziertes Ghrelin stimuliert die efferente Aktivität des N. vagus

und vermehrt auf diesem Wege zum Beispiel die Pankreassekretion(87). Eine neuere

Studie belegt, dass zentral appliziertes Ghrelin im Tierexperiment die efferente

kardiale Vagusaktivität stimuliert (122). Im Rahmen der vorliegenden Arbeit konnte

nach Ghrelininjektion eine signifikante Reduktion der Herzfrequenz beobachtet

werden (t +35 min bis t +85 min), teilweise bei zugleich vermindertem arteriellem

Blutdruck (t + 35 min). Zuvor (t + 7 min, t + 15 min) zeigte sich unter

Ghrelinbedingung bereits eine Herzfrequenz auf Placeboniveau trotz signifikant

verminderten arteriellen Blutdrucks. Die Suppression der Herzfrequenz erscheint

quantitativ ausgeprägter als die der MSNA und geht ihr zeitlich voraus (Suppression

der Herzfrequenz ab t +7 min, der MSNA ab t +35 min). Diese ausgeprägte und frühe

Reduktion der Herzfrequenz lässt vermuten, dass über eine Suppression der CSNA

hinaus zusätzlich eine durch Ghrelin bewirkte Steigerung der efferenten kardialen

Vagusaktivität vorlag.

57

4 Diskussion

4.7.2 Analyse der Herzfrequenzvariabilität

Um die Wirkung von Ghrelin auf die Aktivität der efferenten sympathischen

und vagalen Innervation des Herzens zu differenzieren, erfolgte in der vorliegenden

Studie eine Analyse der Herzfrequenzvariabilität. Die mithilfe dieser Methode

gewonnenen Daten weisen ein hohes Mass an Streuung auf. Im Design dieser Arbeit

stand methodisch die sehr aufwendige mikroneurographische Messung der MSNA im

Vordergrund. Daher konnte nur eine begrenzte Zahl von Probanden untersucht

werden. Aus diesen Gründen wurde nur für die statistische Analyse der HF-Domäne

der Herzfrequenzvariabilität eine hinreichende Teststärke (power) erzielt. Hinsichtlich

aller anderen HRV-Parameter ergab die post hoc-Analyse eine zu geringe

Teststärke. Daher sind Aussagen über diese Parameter auf Grundlage des

vorhandenen Datenmaterials nur mit grossem Vorbehalt möglich.

Die HF-Domäne der Herzfrequenzvariabilität ist ein Mass für die efferente

Aktivität des kardialen N. vagus. Die diesbezügliche ANOVA erbrachte eine

signifikante Interaktion zwischen der Versuchsbedingung (Ghrelin oder Placebo) und

dem Faktor Zeitpunkt der Messung (Abb. 5). Unmittelbar nach Injektion von Ghrelin

(t +2 min) zeigte sich ein Abfall von HF (Trend), gefolgt von einem Wiederanstieg auf

Placeboniveau (schwacher Trend). Vermutlich bewirkt das Peptidhormon also in der

akuten Phase der Ghrelinwirkung (siehe oben) ausser einer vermehrten Aktivität des

sympathischen Nervensystems eine Suppression der kardialen vagalen Aktivität. Es

erscheint plausibel, dass dieser Frühwirkung wie zuvor für das sympathische

Nervensystem beschrieben eine direkte vasodilatatorische Wirkung von Ghrelin mit

kompensatorischer Aktivierung des arteriellen Baroreflex zugrundeliegt.

Der Quotient LF/HF ist ein Mass für die sympathovagale Balance der

vegetativen kardialen Innervation. Trotz zu geringer Teststärke zeigte die ANOVA

bezüglich LF/HF einen schwachen Trend für die Interaktion zwischen der

Versuchsbedingung (Ghrelin oder Placebo) und dem Faktor „Messzeitpunkt“. Unter

Placebobedingung wurde ein Trend zu einer Zunahme von LF/HF zum Ende des

Versuches hin beobachtet, der unter Ghrelinbedingung ausblieb. Dies deutet darauf

hin, dass sich die sympathovagale Balance unter Placebobedingung zunehmend in

58

4 Diskussion

Richtung einer vermehrten Aktivität der sympathischen kardialen Innervation und

einer verminderten vagalen kardialen Innervation verschob. Unter Ghrelinbedingung

hingegen schien diese Verschiebung auszubleiben. Dieser Befund stützt die zuvor

getroffene Aussage, dass Ghrelin im Vergleich zu Placebo in der verzögerten Phase

der Ghrelinwirkung die efferente Aktivität des sympathischen Nervensystems

supprimiert.

4.8 Pathophysiologische und klinische Implikationen

Die empirischen Daten der vorliegenden Studie stützen die Hypothese, dass

hohe zirkulatorische Spiegel des hauptsächlich von der Magenmukosa sezernierten

Peptidhormons Ghrelin beim Menschen sowohl die Aktivität des sympathischen

Nervensystems als auch den arteriellen Blutdruck senken und Sensitivität des

arteriellen Baroreflex steigern. Erniedrigte Ghrelin-Spiegel, wie sie bei adipösen

Menschen beschrieben werden (136), könnten daher zur bekannten vermehrten

Aktivität des sympathischen Nervensystems bei Adipositas (45), einem Kennzeichen

der Adipositas-assoziierten arteriellen Hypertonie, beitragen. Andererseits könnten

die hohen physiologischen Ghrelinspiegel im Tiefschlaf (slow wave sleep) an der

nächtlichen Absenkung des arteriellen Blutdrucks (dipping) und dem Resetting des

arteriellen Baroreflex während des Nachtschlafes beteiligt sein (112). Ferner

verbesserte die therapeutische Gabe von Ghrelin klinische Parameter bei Patienten

mit chronischer Herzinsuffizienz (102) und Kachexie infolge chronisch obstruktiver

Lungenerkrankung (99), Krankheitsbildern, die mit einer chronisch vermehrten

Aktivierung des sympathischen Nervensystems einhergehen. In den zitierten Studien

wurde Ghrelin für drei Wochen zwei mal täglich intravenös appliziert. Die Dosis von 2

µg/kg Körpergewicht entsprach der auch in dieser Studie gewählten. Der

therapeutische Nutzen von Ghrelin in diesen beiden Studien könnte zumindest

teilweise von einer auf zentralnervöser Ebene lokalisierten Inhibition des

sympathischen Nervensystems durch Ghrelin bewirkt worden sein.

4.9 Limitationen

Diese Studie zielte darauf ab, die akute Wirkung von Ghrelin auf die

Baroreflex-vermittelte sympathische Blutdruckregulation zu charakterisieren. Die

MSNA ist der physiologisch bedeutendste vasokonstriktive Stimulus. Ihre

59

4 Diskussion

Aufzeichung gestattet eine direkte Messung der efferenten sympathischen Aktivität

zu den Widerstandsgefäßen. Daher konnten im Rahmen dieser Arbeit sehr

spezifische Schlüsse auf das Verhalten dieses Aspekts des arteriellen Baroreflex

gezogen werden. Andere Aspekte des Regelkreises, insbesondere die Funktion des

kardialen Baroreflexes, konnten in dieser Studie hingegen nicht mit entsprechender

Spezifität charakterisiert werden. Aufgrund der mit hohem Aufwand verbundenen

Methodik konnte nur eine geringe Anzahl von Probanden untersucht werden.

Dennoch erlaubte das randomisierte, placebokontrollierte Crossover-Design valide

Aussagen bezüglich der formulierten Fragestellungen. Die statistischen Tests wiesen

eine hinreichende Teststärke (Power) auf, um Veränderungen des vaskulären

(MSNA-vermittelten) arteriellen Baroreflex nachzuweisen. Die statistische Analyse

bezüglich Unterschieden in der kardialen Baroreflexschleife gestattete aufgrund einer

zu geringen Teststärke keine entsprechende Aussage. Der in dieser Studie

verwendete Baroreflex-Test stellt einen vereinfachten Ansatz dar. Technisch

komplexere dynamische Methoden zur Charakterisierung des Baroreflex könnten

noch detailliertere Informationen erbringen (68; 77), die die Grundaussage dieser

Arbeit jedoch vermutlich nicht verändern werden.

4.10 Perspektive

Diese Arbeit schlägt ein zweiphasiges Modell des Effekts von Ghrelin auf die

sympathische Kreislaufregulation vor. In einer akuten Phase der Ghrelinwirkung

bewirkt das Peptidhormon eine direkte periphere Vasodilatation mit konsekutivem

Abfall des arteriellen Blutdrucks. Dies wird über eine Aktivierung des arteriellen

Baroreflex mit einer Steigerung der efferenten Aktivität des sympathischen

Nervensystems beantwortet. Später folgt eine neurohumorale verzögerte Phase der

Ghrelinwirkung, die durch eine im Vergleich zur Placebobedingung verminderte

vasokonstriktorische sympathischen Aktivität (MSNA) und eine gesteigerte

Sensitivität des vaskulären arteriellen Baroreflex charakterisiert ist. Dieses

zweiphasige Modell gewährleistet eine einheitliche Interpretation sich scheinbar

widersprechender Daten vorhergehender Studien zu diesem Thema. Um ein

besseres Verständnis der Interaktion zwischen Ghrelin und arteriellem Baroreflex

über längere Zeiträume zu erlangen, ist die Durchführung einer Studie

wünschenswert, innerhalb derer die in dieser Arbeit untersuchten Parameter vor und

60

4 Diskussion

nach chronischer Applikation von Ghrelin gemessen werden. Es ist zu vermuten,

dass die längerfristige Gabe von Ghrelin eine noch ausgeprägtere Inhibition der

muskulären sympathischen Nervenaktivität bewirkt als für den in der vorliegenden

Arbeit kurzen Zeitraum gezeigt wurde. Ferner ist es von höchstem Interesse, die

potentiell positiven Effekte von Ghrelin auf die MSNA bei Krankheiten mit permanent

erhöhter Aktivität des sympathischen Nervensystems wie chronischer

Herzinsuffizienz, Leberzirrhose, morbider Adipositas oder obstruktivem

Schlafapnoesyndrom experimentell zu überprüfen.

61

5 Zusammenfassung

5. Zusammenfassung

Ghrelin ist ein Peptidhormon, das überwiegend von Zellen der Magenmukosa

sezerniert wird. Es stimuliert in der Hypophyse die Ausschüttung von

Wachstumshormon und hat orexigene, d.h. die Nahrungsaufnahme stimulierende

Eigenschaften. Darüber hinaus sind in jüngerer Zeit bedeutende pleiotrope Effekte

auf das kardiovaskuläre System bekannt geworden. Eine zunehmende Anzahl von

empirischen Studien deutet darauf hin, dass diese Effekte zu einem erheblichen

Anteil vom sympathischen Nervensystem vermittelt werden. Die vorliegende Arbeit

zielt darauf ab, die akute Wirkung von Ghrelin auf die efferente Aktivität des

sympathischen Nervensystems zu den Blutgefäßen der Skelettmuskulatur (muscle

sympathetic nerve activity, MSNA) und die Baroreflex-vermittelte Regulation des

arteriellen Blutdrucks bei gesunden menschlichen Probanden aufzuklären. Im

Rahmen eines randomisierten, doppelblinden Crossover-Designs erhielten 12

normalgewichtige junge Männer eine einzelne Dosis von 2 µg/kg Ghrelin oder

Placebo. MSNA, Herzfrequenz und arterieller Blutdruck wurden kontinuierlich von 30

Minuten vor bis 90 Minuten nach Verabreichung der Testsubstanz aufgezeichnet. Die

Sensitivität des arteriellen Baroreflex wurde wiederholt mithilfe der Injektion

vasoaktiver Substanzen nach dem modified Oxford protocol (MOP) gemessen.

Innerhalb der ersten 30 Minuten nach Injektion wurde ein signifikanter Abfall des

arteriellen Blutdrucks beobachtet, welcher von einer vorübergehenden

reflektorischen Zunahme von MSNA und Herzfrequenz begleitet wurde. Im weiteren

Verlauf des Experiments (>30 bis 85 Minuten) näherte sich der arterielle Blutdruck

wieder dem Placeboniveau an, während MSNA und Herzfrequenz im Vergleich zur

Placebobedingung signifikant vermindert waren. Die Sensitivität des vaskulären,

MSNA-vermittelten arteriellen Baroreflex war 35-65 Minuten nach Injektion von

Ghrelin im Vergleich zu Placebo signifikant erhöht. Eine Interpretation dieser Daten

besteht in der Definition zweier unterschiedlicher zeitlicher Phasen der Wirkung von

Ghrelin, in denen unterschiedliche physiologische Mechanismen dominieren. In der

akuten Phase der Ghrelinwirkung (immediate ghrelin phase) ist der arterielle

Blutdruck vermutlich aufgrund direkter vasodilatierender Eigenschaften des

Peptidhormons vermindert. Daraufhin bewirkt der arterielle Baroreflexbogen einen

gegenregulatorischen Anstieg von MSNA und Herzfrequenz. In der verzögerten

Phase der Ghrelinwirkung ist die Aktivität des sympathischen Nervensystems

62

5 Zusammenfassung

vermindert und die Sensitivität des arteriellen Baroreflex erhöht. Beides wird

vermutlich über einen zentralnervösen Wirkmechanismus des Peptidhormons

vermittelt.

63 6 Literaturverzeichnis

6. Literaturverzeichnis

Reference List

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89 7 Ergänzende Materialien

7 Ergänzende Materialien

Ergänzende Abb. I: Struktur des Peptidhormons Ghrelin. Angegeben ist die

Aminlsäuresequenz jeweils für Mensch und Ratte. Die n-Octanoylgruppe an Ser3 ist

entscheidend für die biologische Wirksamkeit. Nach Kojima und Kangawa (80).


Ergänzende Abb. II: Neuronale Verschaltung des arteriellen Baroreflexes in

caudalem Hirnstamm und Medulla spinalis. Die offenen Dreiecke stellen

exzitatorische Synapsen, die schwarzen Dreiecke inhibitorische Synapsen dar.

Baroreceptors: Afferenzen von Barorezeptoren in Aortenbogen (N. vagus) und

Karotissinus (N. glossopharyngeus). CVLM, caudale ventrolaterale Medulla; RVLM,

rostrale ventrolaterale Medulla; IML, intermediolaterale Kerne der Medulla spinalis;

KF, Kölliker-Fuse-Nucleus der rostralen dorsolateralen Pons; NTS, Nucleus tractus

solitarii. Heart and blood vessels: Postganglionäre Efferenzen zur Gefässmuskulatur

(MSNA) und zum Herzen (CSNA). Nach Dampney (27).


Ergänzende Abb. III: Schematische Darstellung der mathematischen Charakteristik

des arteriellen Baroreflex. x: Arterieller Blutdruck y: MSNA. A) Im Ruhezustand

pendeln arterieller Blutdruck und MSNA um den Setpoint herum (schwarzer Punkt).

Bei Störung des Systems etwa durch vasoaktive Substanzen (MOP, siehe Text),

folgen die Parameter einer sigmoiden Kurve. Die gepunktete Linie symbolisiert eine

lineare Funktion, wie sie in dieser Studie zur Modellierung des Baroreflex verwendet

wurde. B) Verschiebung von Setpoint und Kurve bei Resetting des arteriellen

Baroreflex, hier zu vermindertem arteriellem Blutdruck und geringer MSNA hin

(schwarzer Pfeil). C) Änderung der Steilheit der Kurve bei Änderung der Sensitivität

des Baroreflex, hier vermehrte Steilheit als Ausdruck einer gesteigerten Sensitivität

(offene Pfeile). D) Kombination von B) und C). Diese Konstellation veranschaulicht

die Interpretation der Daten vor und nach Applikation von Ghrelin i.v. (flachere Kurve:

Vor Injektion. Steilere, nach links verschobene Kurve: Verzögerte Phase der

Ghrelinwirkung, siehe Diskussion). Erstellt mit MatheGrafix von Roland Hammes;

logistische Modellfunktion.


Ergänzende Abb. IV: MSNA der einzelnen Probanden (N=10) vor Injektion der

Testsubstanz, unmittelbar (t +2 min) und später danach (t +85 min); aus eigener

Korrespondenz.


Ergänzende Abb. V: Linearer Faktor (slope) der den MSNA-vermittelten arteriellen

Baroreflex beschreibenden Modellfunktion der einzelnen Probanden (N=10) vor

(MOP 1, t – 5min) und nach (MOP 3, t +35 min und MOP 4, t +65 min gepoolt,


delayed post-injection, siehe Text) Injektion der Testsubstanz; aus eigener

Korrespondenz.

95

8 Lebenslauf

8 Lebenslauf

Angaben zur Person

Name Alexander Friedrich Wilhelm Krapalis

Eltern Margund Krapalis geb. Kroll, Lehrerin

Wilfried Krapalis, Lehrer

Geboren 08.09.1970 in Lübeck

Nationalität Deutsch

Kinder Friedrich Johannes, geboren 11/9/2007

Richard Alexander, geboren 25/7/2010

Facharzt und Zusatzbezeichnung

12/2008 Zusatzbezeichnung Notfallmedizin

05/2010 Facharzt für Allgemeinmedizin

Schulbildung

1976 - 1980 Luisenhof-Grundschule in Lübeck

1980 - 1990 Trave-Gymnasium in Lübeck, Abitur

Zivildienst

1990 - 1991 Rettungssanitäter bei der Johanniter-

Unfallhilfe

Studium

1991 - 1993 Mathematik und Physik an der Christian-

Albrechts-Universität zu Kiel

1993 - 1995 vorklinisches Studium an der medizinischen

Universität zu Lübeck

1995 - 1999 klinisches Studium an der medizinischen

96

8 Lebenslauf

Universität zu Lübeck

1999 - 2000 Praktisches Jahr an der medizinischen

Universität zu Lübeck, Wahlfach

Anästhesiologie

klinische Tätigkeit

02/2001 - 04/2001 AIP in der medizinischen Klinik I der

medizinischen Universität zu Lübeck,

Hämatologie und Onkologie

09/2002 - 05/2005 AIP und Assistenzarzt in der Praxis Dres.

Lübbert, Kube und Heinelt, Internisten in

Mölln

02/2006 - 06/2008 Assistenzarzt im Zentrum für Innere Medizin

und Intensivmedizin der Sana Kliniken

Ostholstein, Klinik Eutin, Chefarzt

Dr.Gützkow

10/2008 - 05/2009 Assistenzarzt in der Klinik für Allgemein- und

Visceralchirurgie des UKSH, Campus

Lübeck, Klinikdirektor Prof. Bruch

10/2009 - 10/2010 Assistenzarzt in der Klinik für Kinder- und

Jugendmedizin des UKSH, Campus Lübeck,

Klinikdirektor Prof. Herting

09/2009 - 9/2012 Mitarbeiter der Medizinischen Klinik I,

Campus Lübeck des UKSH, Klinikdirektor

Prof. Lehnert. Durchführung der dieser Arbeit

zugrundeliegenden experimentellen Studie.

Klinische Tätigkeit in der Notaufnahme.

ab 10/2012 Freiberufliche Tätigkeit (Praxisvertretungen

und NEF-Dienst). Niederlassung als

Hausarzt angestrebt.

Persönliches

Christliches Glaubensbekenntnis; Interesse für klassische Musik, englische und

amerikanische Literatur; Ausdauersport (Schwimmen, Laufen, Radfahren).

97

9 Veröffentlichung

9 Veröffentlichung

Ghrelin modulates baroreflex-regulation of sympathetic vasomotor tone in

healthy humans; Alexander F. Krapalis, Jacqueline Reiter, Felix Machleidt, K.

Alexander Iwen, Christoph Dodt, Hendrik Lehnert and Friedhelm Sayk; Am J Physiol

Regul Integr Comp Physiol 302:R1305-R1312, 2012. First published 4 April 2012;

doi: 10.1152/ajpregu.00663.2011

98

10 Danksagungen

10 Danksagungen

Herrn Dr. med. Friedhelm Sayk gilt mein besonderer Dank. Auf ihn geht die

wissenschaftliche Initiative und Konzeption dieser Arbeit zurück. Ferner unterstützte

er mich unermüdlich in allen praktischen und theoretischen Belangen. Herrn Prof. Dr.

med. Hendrik Lehnert danke ich sowohl für die Bereitstellung des institutionellen

Rahmens als auch für die Unterstützung bei Publikation unserer Studie. Herrn Prof.

Dr. med. Christoph Dodt danke ich für die fachliche Beratung in allen Abschnitten der

wissenschaftlichen Arbeit. Frau Jacqueline Reiter danke ich herzlich für ihre

engagierte und zuverlässige Mitarbeit bei den umfangreichen Versuchen. Ebenso

danke ich Herrn Felix Machleidt für seine freundliche Hilfe. Herrn Dr. med. Alexander

Iwen danke ich für die geleistete wissenschaftliche Beratung in endokrinologischen

Fragestellungen. Den medizinisch-technischen Assistentinnen Frau Heidi Ruf und

Frau Martina Grohs danke ich für die professionelle Durchführung der

Laboruntersuchungen und die immer freundliche Zusammenarbeit.

Mein Dank und meine Anerkennung gilt allen studentischen Probanden, die

sich für die die manchmal anstrengenden Versuche zur Verfügung gestellt haben.

Nicht zuletzt danke ich meiner Familie und besonders meinen Söhnen

Friedrich und Richard, die mir in den Arbeitspausen Freude und neue Kraft

geschenkt haben.

Bei der Finanzierung dieser Studie war die Deutsche Forschungsgemeinschaft

im Rahmen des SFB 654/B4 behilflich.

ghrelin moduliert die baroreflex-vermittelte regulation ... · ghrelin und sns..... 55 4.7 wirkung...

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