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Reaktive Sauerstoffspezies und Gefäßdegeneration

Reactive oxygen species and vascular degeneration

  • Stand der Wissenschaft
  • Published:
Zeitschrift für Herz-,Thorax- und Gefäßchirurgie Aims and scope

Zusammenfassung

Hintergrund

Reaktive Sauerstoffspezies (ROS) erlangen in der derzeitigen Diskussion um die Genese der kardiovaskulären Degeneration eine zunehmende Betrachtung als Schlüsselfaktor. Verschiedene Modelle versuchen, über nutritive oder enzymatische Ansätze deren kausale Rolle zu klären, gehen jedoch mit systemischen Effekten und nichtabschätzbaren Interaktionsmustern einher.

Ziel der Arbeit

In dieser aktuellen Studie wurde das Potenzial einer fotodynamischen Reaktion (PDR), in einem fokal begrenzten Gebiet oxidativen Stress zu induzieren, analysiert. Dabei sollten die initiierten Prozesse und Ergebnisse mit dem klassischen Bild einer atherosklerotischen Gefäßdegeneration verglichen werden.

Material und Methoden

Die infrarenale Aorta von Ratten wurde einer PDR aus Bengalrot und einem Niedrigenergie-Laser ausgesetzt. Es wurden Exposition(ROS)-Gruppen und Kontrollgruppen (n = 5) mit 6 verschiedenen Follow-up-Zeitpunkten etabliert. Die Proben wurden sowohl hinsichtlich der morphologischen Veränderungen als auch der Zellkomposition und der Dynamik einer Zellmigration analysiert.

Ergebnisse

Im Gegensatz zu den Kontrollgruppen wiesen die ROS-Tiere initial einen Thrombus auf, der spätestens zum Zeitpunkt t = 8 Tage nicht mehr nachweisbar war. Nach einer Phase der morphologischen Latenz mit signifikant erhöhter Matrix-Metalloprotease(MMP)-Aktivität zeigten sich in dem ROS-exponierten Areal eine signifikante Verdickung der Media (p < 0,001) ebenso wie eine fokale und signifikante Kalzifikation (p < 0,01). Parallel dazu war in diesem Bereich die Expression von „α-smooth muscle actin“ (α-SMA) deutlich reduziert.

Schlussfolgerung

Die PDR kann kurzfristige morphologische Effekte induzieren, die nach 8 Tagen nicht mehr nachweisbar sind. Nach einer Latenzperiode zeigen sich bestimmte Aspekte einer atheroskleotischen Degeneration. Demgegenüber fehlen jedoch Schlüsselelemente wie Schaumzellen oder eine verstärkte Inflammation. Dennoch ist das etablierte Versuchsmodell geeignet, die Rolle von ROS im Rahmen der Gefäßdegeneration zu analysieren.

Abstract

Background

In the current considerations of the genesis of cardiovascular degeneration, reactive oxygen species (ROS) have come into focus as a potential key factor. Several models of nutritive and enzymatic approaches have tried to analyze its causative role; however, they are accompanied by systemic effects and unforeseeable interaction patterns.

Objective

This study analyzed the photodynamic reaction (PDR) regarding its potential to initiate a focal, non-systemic impact of oxidative stress. The induced processes and results were characterized by comparing them with the current perception of atherosclerotic vascular degeneration.

Material and methods

A PDR was applied to the infrarenal aorta of rats by the combination of rose bengal and a low-power laser. The rats in the ROS and control groups (each n = 5) where killed at six points of time. All specimens were analyzed regarding gross morphological changes as well as detailed cell composition and the dynamics of cell migration.

Results

Contrary to the controls, the ROS groups displayed an initial thrombus formation that disappeared not later than at t = 8 days. After a period of morphological latency accompanied by a significantly increased matrix metalloproteinase (MMP) activity, the ROS-exposed area displayed a significant thickening of the media (p < 0,001) as well as a significant focal calcification (p < 0.01). This was accompanied by a focally reduced alpha-smooth muscle actin (alpha-SMA) expression.

Conclusion

The PDR induces morphological short-term effects that disappear after not later than 8 days. After a latency period, certain aspects of an atherosclerotic degeneration were obvious. In contrast, key aspects, such as increased inflammation and foam cells were missing. Nevertheless, the established concept is a suitable model to investigate the role of ROS in vascular degeneration.

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Authors and Affiliations

  1. Klinik für Kardiovaskuläre Chirurgie; Forschungsgruppe für Experimentelle Chirurgie, Medizinische Fakultät, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Düsseldorf, Deutschland

    J.-P. Minol, I. Reinsch, M. Luik, M. Barth, A. Assmann, A. Lichtenberg & P. Akhyari

  2. Labor für Geweberegeneration, MIRA Institut, Universität Twente, Enschede, Niederlande

    A. Leferink

Authors
  1. J.-P. Minol
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  2. I. Reinsch
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  3. M. Luik
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  4. A. Leferink
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  5. M. Barth
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  6. A. Assmann
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  7. A. Lichtenberg
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  8. P. Akhyari
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Corresponding author

Correspondence to J.-P. Minol.

Ethics declarations

Interessenkonflikt

J.-P. Minol, I. Reinsch, M. Luik, A. Leferink, M. Barth, A. Assmann, A. Lichtenberg und P. Akhyari geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

Alle nationalen Richtlinien zur Haltung und zum Umgang mit Labortieren wurden eingehalten, und die notwendigen Zustimmungen der zuständigen Behörden liegen vor.

Additional information

Dieser Beitrag ist eine leicht modifizierte Version der englischsprachigen Publikation „Focal induction of ROS-release to trigger local vascular degeneration“ [13].

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Minol, JP., Reinsch, I., Luik, M. et al. Reaktive Sauerstoffspezies und Gefäßdegeneration. Z Herz- Thorax- Gefäßchir 32, 242–247 (2018). https://doi.org/10.1007/s00398-018-0227-9

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  • DOI: https://doi.org/10.1007/s00398-018-0227-9

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