Kalium (K [plus])-Kanalöffner: eine neue Option in der Pharmakotherapie der Urolithiasis? ; eine in vitro und in vivo Studie

im Zentrum Chirurgie der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH)

Kalium (K ⁺ )-Kanalöffner: Eine neue Option in der Pharmakotherapie der Urolithiasis?

Eine In vitro und In vivo Studie

der Zahnheilkunde (Dr. med. dent.) Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades

vorgelegt von Carsten Krahtz

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Hannover 2010

in der Medizinischen Hochschule Hannover

Angenommen vom Senat der Medizinischen Hochschule Hannover am 21.09.2010

Gedruckt mit Genehmigung der Mezizinischen Hochschule Hannover Präsident: Prof. Dr. Dieter Bitter-Suermann

Betreuer: PD Dr. med. Armin J. Becker Referent: Prof. Dr. med. Walter F. Thon Korreferent: PD Dr. med. Knut Albrecht

Tag der mündlichen Prüfung: 21.09.2010

Promotionsausschussmitglieder:

Prof. Dr. Jürgen Klempnauer Prof. Dr. Benno Ure

Prof. Dr. Johann Karstens

Die Durchführung und Niederschrift dieser Dissertation wäre ohne die Unterstützung und Mitarbeit der im Folgenden genannten Personen nicht möglich gewesen, denen ich daher zu Dank verpflichtet bin:

Herrn Professor em. Dr. med. Udo Jonas, dem ehemaligen Direktor der Urologischen Klinik &

Poliklinik (jetzt: Klinik für Urologie & Uro-Onkologie) der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH), danke ich dafür, daß ich diese Arbeit in der Arbeitsgruppe Urologisch-Physiologische Forschung seiner Abteilung unter hervorragenden Bedingungen durchführen konnte.

Herrn Professor Dr. med. Markus A. Kuczyk, seit dem 01.04.2008 Direktor der Klinik, danke ich für die begleitende Unterstützung bei der Finalisierung und Submission dieser Promotion.

Herrn Professor Dr. med. Christian G. Stief (vormals leitender Oberarzt der Urologischen Klinik &

Poliklinik der MHH, jetzt Direktor der Urologischen Klinik & Poliklinik des Klinikums Großhadern der Medizinischen Fakultät der Ludwig-Maximilians-Universität, München) und Herrn Priv.-Doz. Dr.

med. Armin J. Becker (vormals Oberarzt der Urologischen Klinik der MHH, jetzt stellvertretender Direktor der Urologischen Klinik & Poliklinik des Klinikums Großhadern der Ludwig-Maximilians- Universität, München) danke ich für die Konzeption des Dissertationsprojekts, die Überlassung des Themas sowie für die theoretische und kontinuierliche praktische Unterstützung der Organbad- Experimente und der Tierversuche.

Herrn Professor Dr. med. Dr. h.c. mult. Wolf G. Forssmann, Direktor der IPF PharmaCeuticals GmbH, An-Institut der MHH (ehemals Niedersächsisches Institut für Peptidforschung GmbH), danke ich dafür, daß ich Organbad-Experimente in der Abteilung Funktionsanalyse seines Instituts im Medical Park Hannover durchführen konnte.

Herrn Priv.-Doz. Dr. rer. biol. hum. Stefan Ückert, seit 1997 Leiter der Arbeitsgruppe Urologisch- Physiologische Forschung, gilt mein Dank für die kompetente Begleitung beim Verfassen der Dissertation und seine hilfreichen Hinweise und Anregungen.

Inhaltsverzeichnis

Seite

1. Einleitung ……… 1

1.1 Anatomische Grundlagen ……… 1

1.2 Funktionelle Bedeutung des Ureters ……… 4

1.3 Physiologie des Ureters ……… 4

1.4 Zelluläre Mechanismen der Tonusregulation glatter Muskulatur: Die Bedeutung von Ca²⁺, K⁺ und K⁺-Kanälen ……… 5

1.5 K⁺-Kanalöffner und ihr klinisches Potential ……… 9

1.6 Uro(Uretero)lithiasis ……… 13

2. Fragestellung ……… 15

3. Material & Methoden ……… 16

3.1 In vitro-Experimente ……… 16

3.1.1 Gewebeasservierung ……… 16

3.1.2 Funktionelle Organbad-Studien ……… 16

3.1.3 Auswertung der In vitro-Experimente ……… 17

3.2 In vivo Experimente ……… 18

3.2.1 Effekte von K⁺-Kanalöffnern auf die peristaltische Aktivität des Kaninchen-Ureters ……… 18

3.3 Auswertung der In vivo-Experimente ……… 20

3.4 Chemikalien ……… 20

4. Ergebnisse ……… 21

4.1 Organbad-Experimente ……… 21

4.1.1 Effekte von K⁺-Kanalöffnern auf die tonische Kontraktion isolierter Ringsegmente des Ureters ……… 21

4.1.2 Effekte von K⁺-Kanalöffnern auf vaskuläre glatte Muskulatur ……… 23

4.2 In vivo-Effekte von K⁺-Kanalöffnern auf die Ureterdynamik anästhesierter Chinchilla-Kaninchen……… 25

5. Diskussion ……… 35

5.1 In vitro-Organbad-Experimente ……… 35

5.2 In vivo-Experimente ……… 39

5.3 Die Zukunft der Pharmakotherapie der Urolithiasis - Ein Ausblick ……… 40

6. Zusammenfassung ……… 44

Literatur ……… 46

Einleitung

1. Einleitung

1.1 Anatomische Grundlagen

Die Harnleiter sind retroperitoneal gelegene, beim Erwachsenen etwa 25 cm - 35 cm lange Tuben mit einem luminalen Durchmesser von 4 mm - 7 mm. Auf jeder Körperseite verbindet ein Harnleiter die jeweilige Niere mit dem Hohlorgan Harnblase. Die Einteilung des Verlaufs der Harnleiter erfolgt in eine Pars abdominalis und eine Pars pelvina, die Pars abdominalis ist etwa 14 cm lang und beginnt am Übergang des Nierenbeckens in den Ureter, eine exakte Trennung dieser beiden Strukturen ist nicht eindeutig möglich. Die Pars abdominalis reicht bis zur Linea terminalis des Beckens, liegt auf dem Musculus psoas auf, wird in ihrem Verlauf von den Vasa testikularia überkreuzt und quert selbst die Vasa iliacae. Die Radix mesenterii zieht über den rechten, das Mesokolon sigmoideum über den linken Ureter. Die Pars pelvina ist ebenfalls etwa 14 cm lang und erstreckt sich von der Linea terminalis bis zum Ostium ureteris. In ihrem Verlauf liegt sie der seitlichen Beckenwand an, durchbricht schräg von dorsal die Blasenwand und mündet mit dem schlitzförmigen Ostium ureteris in das Blasenlumen.

Im Harnleiterverlauf finden sich drei physiologische Einengungen: Die erste befindet sich am Übergang vom Nierenbecken zum Harnleiter, die zweite an der Überkreuzung der Vasa iliacae, die dritte und engste Stelle bildet die Mündung des Ureters in die Blase.

Die Blutversorgung des Harnleiters erfolgt aus den Arterien, die seinem Verlauf am nächsten liegen. Der obere Teil des Ureters wird durch ein oder zwei Äste der Arteria renalis, manchmal auch über Äste der Aorta, der Nierenpol-, Nierenkapsel- oder Nierenrindenarterie versorgt. In der Beckenregion ziehen Äste aus der A. iliaca interna und externa, A. testicularis bzw. A. ovarica, der A. pudenda interna, A. rectalis superior und der A. vesicalis inferior zum Ureter. Der venö- se Blutabstrom erfolgt über Venen, die in ihrem Verlauf die Arterien begleiten sowie über im Beckenbereich liegende Venengeflechte.

Die neuronale Innervation des Ureters erfolgt durch Fasern aus dem Ganglion coeliacum, Ganglion mesentericum und Ganglion aortico renale, außerdem aus dem Plexus aortae, Plexus hypogastri- cus superior und Plexus inferior. Das Zentrum der sympathischen Innervation des Ureters sind die präganglionären Rückenmarksegmente Th 11, Th 12 und L1. Die parasympathische Innervation des oberen Segments des Ureters erfolgt aus dem Plexus coeliacus. Der untere Anteil wird aus den Sakralsegmenten S2, S3 und S4 versorgt. Die afferenten Fasern des oberen Teils erreichen den Spinalkanal mit den sympathischen Nervenfasern bei Th 11, Th 12 und L1, die afferenten Fasern aus dem unteren Teil treten über den Plexus pelvicus bei S2, S3 und S4 in den Spinalkanal ein (1). Über die Wertigkeit der verschiedenen autonomen Nerven in der Kontrolle der Ureterfunktion besteht keine eindeutige Klarheit. HERTLE & NAWRATH (1986) vermuten eine Dominanz des Sympathikus und geben ein Verhältnis von sympathischer zu parasympathischer Innervation von 50:1 an (2).

Da im Ureter vor allem exzitatorische alpha-Rezeptoren nachgewiesen worden sind, postulie- ren sie, daß dem parasympathischen System keine physiologische Bedeutung für die Kontrolle

der Harnleiterperistaltik zukommt. GENESER (1990) vermutet, daß weder sympathische noch pa- rasympathische Nerven die motorische Aktivität des Ureters regulieren, während SCHULMAN (1975) eine Dominanz des cholinergen Systems im unteren Anteil des Ureters postulierte (3,4).

Die Wandung des Ureters wird von innen nach außen von einer Schleimhaut (Tunica mucosa), einer Muskelschicht (Tunica muscularis) und einer Bindegewebshülle (Tunica adventitia) gebildet.

Die Tunica mucosa, deren faltige Oberflächenstruktur die glatte Muskulatur beim Verschluß des Harnleiterlumens unterstützt, ist von einem Übergangsepithel bedeckt, welches ein charakteri- stisches Grenzflächengewebe der ableitenden Harnwege ist. Da das Übergangsepithel für lösliche Substanzen nahezu impermeabel ist, bildet es eine Barriere zwischen dem hypertonen Harn und dem Gewebe, welche den osmotischen Verlust von Wasser aus den Gewebestrukturen in den Harn verhindert. Diese Funktion des Epithels wird durch besondere physiologische Eigenschaften der Zellmembran und des Zytoplasmas der Deckzellen gewährleistet.

Die Tunica muscularis wird von einer inneren, longitudinal angeordneten, und einer äußeren, zirku- lär orientierten Muskelschicht gebildet, die im letzten Drittel des Ureterverlaufs durch eine äußere Längsmuskelschicht ergänzt wird (5-8). Am Ort des Eintritts in die Blase gehen die Muskulatur und Adventitia der beiden Harnleiter in die des Blasendreiecks (Trigonums) über. Während der Blasenentleerung kontrahiert sich diese Muskulatur und zieht die Muskel- und Bindegewebsschicht des Harnleiters nach innen, was zu einem terminalen Verschluß des Ureters führt. Die Tunica ad- ventitia, die von einem Geflecht aus Gefäßen und Nervenfasern durchzogen wird, ist eine lose, mit der Muskulatur und dem Peritoneum verbundene Bindegewebsschicht mit einem hohen Anteil an Fett (9).

Einleitung

Abb. 1: Anatomische Übersichtszeichnung des männlichen Urogenitaltrakts. Dargestellt sind neben den Reproduktionsorganen (Corpus cavernosum/spongiosum penis, Testis, Vesicula seminalis, Ductus deferens) die Organe der ableitenden Harnwege (Niere, Ureter, Harnblase, Urethra) und der Verlauf eines Harnleiters (Ureter) durch das Retroperitoneum vom Nierenbecken (Pelvis renalis) bis zur Einmündung in die Ostien der Harnblase (Detrusor, Vesica urinaria). Modifiziert nach: Waldeyer A., Mayet A. Die Organe des Retroperitonealraums. In: Anatomie des

1.2 Funktionelle Bedeutung des Ureters

Der Ureter wurde in der Vergangenheit in der Regel als einfacher Muskelschlauch beschrieben, der durch die Füllung mit Urin zu peristaltischen Kontraktionen angeregt wird. Im Zusammenhang mit Erkrankungen des Harntraktes fand er als eigenständiges Organ kaum Beachtung. Die Zunahme des Wissens über den anatomischen Aufbau, die physiologischen Abläufe und die Komplexizität der pathologischen Veränderungen, welche den Ureter betreffen können, ließ das Interesse an diesem Organ rasch zunehmen (10). Da der Ureter der einzige Weg für den Transport des Urins von der Niere zum Speicher- und Entleerungsorgan Blase ist, kann jede pathologische Veränderung des Harnleiters die Niere in ihrer Morphologie und Funktion entscheidend beeinflußen. Dysfunktionen des Ureters bewirken einen Harnstau, der zur Beeinträchtigung der Nierenfunktion und in der Folge zum Verlust des Organs führen kann. So können Fehlbildungen in der Embryonalentwicklung zur ektopen Harnleitermündung oder der Entstehung von Megaureteren führen. Als Folge der Obstruktion des Ureter oder eines Refluxes kann es so bereits intrauterin zu einer Harnstauungsniere mit komplettem renalen Funktionsverlust kommen. Häufiger sind nach der Geburt erworbene Harnwegsobstruktionen, die nach einem chronischen Verlauf zu einer Hydronephrose als Zeichen einer supravesikalen Abflußbehinderung führen können (11).

1.3 Physiologie des Ureters

Der Ureter wird heute als peristaltisch arbeitendes, autonomes Organ beschrieben, dessen Funktion an die des Gesamtorganismus adaptiert ist und dessen Physiologie sich grundsätzlich von der anderer glattmuskulärer Hohlorgane wie Arterien, Venen oder dem Darm unterscheidet.

Die Funktion des Organs Ureter unterliegt zahlreichen Einflüßen wie der Urinsekretion der Nieren, der Blasenfunktion, der retroperitonealen Umgebung, der Körpertemperatur - bereits ein Absinken der Temperatur um 2˚C führt zu einer Abnahme oder zum völligen Stillstand der Peristaltik (12) - und der Aktivität des vegetativen Nervensystems. Im Gegensatz zum Darm, der durch eine Pendelperistaltik charkterisiert ist, erfolgt der Transport (des Urins) im Harnleiter nur in eine Richtung, nämlich vom Nierenbecken zur Blase. Eine peristaltische Welle verläuft ausschließlich orthograd, von proximal nach distal, unkoordinierte antiperistaltische Bewegungen werden inhibiert (13). Diese gerichtete Motilität ist das Resultat einer myogenen Erregungsbildung und -leitung in der glatten Muskulatur des Ureters. Spezialisierte Myozyten mit besonderen elektrophysiologischen Eigenschaften im Bereich der Fornices der kleinen Kelche übernehmen eine Schrittmacherfunktion. Deren Präpotentiale (= Schrittmacherpotentiale) depolarisieren die Membran bis zum Schwellenwert und lösen damit ein Aktionspotential aus. Beim Menschen beträgt die Zahl der in diesem Bereich spontan ausgelösten Depolarisationen 6 - 8 pro min., an isolierten Ureterstreifen wurde eine wesentlich niedrigere Kontraktionsfrequenz registriert (1 pro min.) Die Depolarisationen bewirken über zytoplasmatische Verbindungen zwischen glatten Muskelzellen, den sogenannten Nexus (Gap junctions), eine Erregung der benachbarten Zellen. Diese niederohmigen Zellkontakte gewährleisten die elektrotonische Übertragung der Depolarisation

Einleitung

einer erregten Zelle auf benachbarte Zellen. Auf diese Weise folgt der Muskelverband synchron der Aktivität der Schrittmacherzelle (14). Die kontinuierliche Fortleitung einer solchen Erregung der Kelch- und Nierenbeckenmuskulatur über den pyeloureteralen Übergang führt zu einer peristaltischen Kontraktionswelle, die den Harnleiter entlang läuft und so einen Urinbolus von der Niere zur Harnblase transportiert (3). Dieser autonom arbeitende myogene Mechanismus kann von alpha und ß-adrenergen, cholinergen oder nicht-adrenergen, nicht-cholinergen (NANC) Transmittern des vegetativen Nervensystems im Sinne einer Stimulation oder Hemmung moduliert werden. Dadurch ändert sich die spontane Kontraktionsfrequenz, die Erregungsleitung und/

oder die Kontraktionskraft der Zellen. Sogenannte en passant-Synapsen varikoser Nervenfasern, welche glatte Muskelzellen erreichen, schütten ihre Transmittersubstanzen bei Erregung in das Interstitium aus, durch Diffusion gelangen diese zu entsprechenden Rezeptoren auf der Oberfläche der Zellmembran.

Auch die Urinsekretion der Nieren und der Abflußwiderstand haben einen Einfluß auf die Ureter- Peristaltik (15). Der im Nierenbecken gesammelte Urin formt sich zu einem Tropfen (Urinbolus), der durch seine Ausdehnung die glatte Wandung des Harnleiters dehnt. Diese Dehnung indu- ziert eine zunehmende Depolarisierung der Schrittmacherzellen, wodurch sich die Frequenz der Aktionspotentiale erhöht. Mit der Erhöhung der Urinsekretion kommt es zum Anstieg der peri- staltischen Frequenz. Kommt es aufgrund eines Abflußhindernisses. z.B. bei steigendem intravesi- kalen Druck, zum Rückstau von Urin in den Ureter, so reagiert dieser mit einer Ausdehnung und/

oder einer Verdopplung der Kontraktionskraft und einem Anstieg der Frequenz (15). Pathologische Veränderungen der retroperitonealen Umgebung, u.a. eine retroperitoneale Fibrose (Morbus Ormond) oder maligne Metastasen eines Mamma-, Magen-, oder Ovarialkarzinoms, können eben- falls zu einer Beeinträchtigung der Funktion des Ureters und zu einer einseitigen oder beidseitigen Harnstauung führen.

1.4 Zelluläre Mechanismen der Tonusregulation glatter Muskulatur:

Die Bedeutung von Ca²⁺, K⁺ und K⁺-Kanälen

Der kontraktile Apparat glatter Muskelzellen wird durch eine Erhöhung der intrazellulären (zy- toplasmatischen) Konzentration freien Ca²⁺ über einen definierten Schwellenwert, dieser be- trägt etwa 0.1 µM, aktiviert. Die elektromechanische Kopplung beschreibt den Zusammenhang zwischen der elektrischen Aktivität glatter Muskulatur und der Ca²⁺-abhängigen mechanischen Kraftentwicklung. Die Depolarisierung der Zellmembran infolge eines Aktionspotentials führt zur Aktivierung spannungsabhängiger Ca²⁺-Kanäle in der Membran der glatten Muskelzelle und so- mit zur Bewegung extrazellulären Ca²⁺ in das Zytoplasma. Dieser passive Transport von Ca²⁺

entlang eines Konzentrationsgradienten stimuliert die Aktivierung Ca²⁺-abhängiger K⁺-Kanäle, was eine Bewegung von K⁺ in den extrazellulären Raum auslöst. Die Tatsache, daß die kontraktile Wirkung depolarisierender Agentien, dazu zählt auch K⁺, in vitro durch die Applikation geringer

Konzentrationen von Ca²⁺-Antagonisten blockiert wird, bestätigt die Notwendigkeit eines anhal- tenden Ca²⁺-Einstroms in das Zytoplasma der Muskelzelle während des Kontraktionsvorgangs (16).

Die Ca²⁺-Abhängigkeit der Muskelkontraktion wird von einer Gruppe spezifischer Proteine ver- mittelt, die mit den Actin-Filamenten der Zelle assoziiert sind. Die Ca²⁺-Wirkung wird durch Calmodulin, ein Ca²⁺-bindendes Protein vermittelt. Der Komplex aus Ca²⁺ und Calmodulin akti- viert das Enzym Myosin Light Chain Kinase (MLCK), welches die Phosphorylierung der leichten 20 KD Kette des Myosins katalysiert. Diese Phosphorylierung ist Voraussetzung für die Stimulation der Mg²⁺/ATPase-Aktivität des Myosins durch Actin, die zur zyklischen ATP-Hydrolyse während der Muskelkontraktion führt. Um eine Kontraktion glatter Muskulatur zu antagonisieren, ist es notwendig, daß die intrazelluläre Konzentration freien Ca²⁺ unter 0.1 µM sinkt. Dazu wird zyto- solisches Ca²⁺ in zelluläre Kompartimente aufgenommen, über Ionen-Kanäle der Zellmembran in den extrazellulären Raum verbracht oder innerhalb der Zelle an Proteine und Membranstrukturen gebunden. Der Transport von Ca²⁺ über die Zellmembran in den extrazellulären Raum erfolgt in der Regel gegen den elektrischen und chemischen Gradienten des Ions, ist also ein ener- gieabhängiger Vorgang, der ATP-abhängige Ca²⁺-Pumpen benötigt. Als intrazelluläre Ca²⁺- Speicher dienen das Sarcoplasmatische Reticulum (SR) und die Mitochondrien, die bis zu 30 mmol Ca²⁺/kg Trockengewicht akkumulieren können. Diese Menge ist ausreichend, um bei ei- ner dem Konzentrationsgradienten folgenden, passiven Freisetzung in das Zytoplasma den kon- traktilen Apparat zu aktivieren. Der Transport des Ca²⁺ aus dem Zytoplasma in das SR erfolgt ebenfalls durch ATP-abhängige Ca²⁺-Pumpen, die in der Membran des SR lokalisiert sind (17).

Die Relaxation glatter Muskulatur setzt eine Interaktion zwischen einem Membranrezeptor, einem endogenen Liganden, einem G-Protein und die kontrollierte Bewegung von Ca²⁺- und K⁺-Ionen über die Zellmembran voraus. Die Bindung eines externen Liganden - dabei kann es sich um einen Neurotransmitter oder endogene, nicht-cholinerge Signalsubstanzen mit va- soaktiven Eigenschaften wie das Vasoaktive Intestinale Polypeptid (VIP), das Calcitonin Gene- Related Peptide (CGRP) oder Adenosin handeln - an einen Membranrezeptor bewirkt zunächst eine Änderung der Konformation des Rezeptorproteins. Diese Konformationsänderung teilt sich einem Rezeptor-assozierten Bindungsprotein (G-Protein) mit, welches Guanosintriphosphat (GTP) bindet. Eine anschließende Dislokation des G-Proteins innerhalb der Membran und seine Assoziierung mit einem K⁺-Kanalprotein induziert die Aktivierung (Öffnung) des Kanals und den Efflux von K⁺ in den extrazellulären Raum, was zu einer Hyperpolarisierung der Membran führt.

Diese Hyperpolarisierung reduziert die open state probability (P_open) spannungsabhängiger Ca²⁺- Kanäle, der Verschluß dieser Kanalproteine blockiert den Transport von Ca²⁺ in das Zytoplasma, was zu einer Depletion der Konzentration freien Ca²⁺ und schließlich zur Inhibition der kon- traktilen Kraftentwicklung der glatten Muskelzelle führt (18). Das Öffnen oder Schließen eines K⁺-Kanals ist ein stochastischer Prozeß, der einer dynamischen Kinetik folgt, es können daher lediglich Wahrscheinlichkeiten dafür angegeben werden, welcher Zustand unter definierten phy- siologischen Bedingungen dominiert. Die Kopplung des G-Proteins an einen K⁺-Kanal aktiviert die GTPase-Aktivität des G-Proteins, wodurch dieses erneut seine Ausgangskonfiguration einnimmt

Einleitung

und damit für den nächsten Aktivierungszyklus bereit ist. Die von einem Rezeptor und einem G-Protein unabhängige Aktivierung von K⁺-Kanälen ist ebenfalls beschrieben, der Mechanismus ist die direkte Bindung endogener, vaso-relaxierender Aktivatoren wie CGRP, VIP oder Adenosin, die aus Nervenendigungen, Endothelzellen oder nicht-vaskulärem, nicht-neuronalem Gewebe freigesetzt werden, an das Kanalprotein. Auch der metabolische Zustand der Zelle kann die Aktivierung von K⁺-Kanälen beeinflußen und den P_open-Wert erhöhen, von Bedeutung sind in diesem Zusammenhang der zelluläre pH-Wert, die ATP-Konzentration und der O₂-Partialdruck.

So wird die durch Hypoxie induzierte koronare Vasorelaxation von der Öffnung von K⁺-Kanälen und einem Efflux von K⁺ aus dem Zytosol vermittelt, denn die Dilatation kann durch Glibenclamid, einen K⁺-Kanal-Antagonisten, blockiert werden (19). Experimente an isolierten Segmenten des Ureters des Meerschweinchens zeigten eine Zunahme der Kontraktilität der glatten Muskulatur nach der Azidifizierung des Zytoplasmas durch die Zugabe von Buttersäure oder die Einleitung von CO₂ in das Puffermedium. Der Zusammenhang zwischen der Änderung des pH_i und der Aktivität von K⁺-Kanälen ergibt sich aus der Beobachtung, daß die Azidifizierung in Gegenwart des K⁺- Kanalblockers Tetraethylammonium (TEA) keinen Effekt auf die kontraktile Kraftentwicklung der Gewebesegmente hatte (20).

Die prevalenten K⁺-Kanäle in der Membran vaskulärer glatter Muskelzellen sind die sogenann- ten large conductance Ca²⁺-abhängigen Kanäle und spannungssensitive (voltage sensitive) Kanalproteine, die auch mit dem Begriff Maxi-K⁺-Kanäle bezeichnet werden, sowie die voltage gated Kanäle (K_v-Kanäle). Diese Proteine sind sind durch eine komplexe molekulare Struktur cha- rakterisiert, die aus einer alpha- und einer ß-Untereinheit gebildet wird, wobei die alpha-Unter- einheit die eigentliche Pore des Ionenkanals formt. Die alpha-Untereinheiten bilden ein Tetramer, eine als S4 bezeichnete Transmembran-Domäne repräsentiert die spannungsempfindliche Komponente der Proteinstruktur, den Spannungssensor (voltage sensor). Die Maxi-K⁺- und K_v- Kanäle werden in vaskulärer glatter Muskulatur ubiquitär exprimiert, es sind jedoch Isoformen der alpha-Untereinheit und Strukturkomplexe der ß-Untereinheit identifiziert worden, die Gewebe- spezifisch sind. Daraus läßt sich theoretisch die Möglichkeit einer selektiven pharmakologischen Beeinflußung der Funktionalität eines Organs ableiten. Die Grundlage der molekularen Vielfalt der alpha-Untereinheit der Maxi-K⁺-Kanäle ist das alternative Splicing des Gen-Transkripts, welches für das Protein kodiert, und die posttranslationale Modifikation des Genprodukts. Das Ergebnis sind multiple Isoformen, die sich in ihrer Sensitivität gegen die intrazelluläre Konzentration freien Ca²⁺ und den elektrischen Gradienten (Spannung) sowie hinsichtlich des Musters ihrer Expression in der Zellmembran unterscheiden (21). Neben den Maxi-K⁺- und K_v-Kanälen ist ein weiteres K⁺-Kanalprotein beschrieben, das von Adenosintriphosphat (ATP) kontrolliert wird. Eine Erhöhung der ATP-Konzentration im intrazellulären (zytoplasmatischen) Raum auf 10 µM - 200 µM redu- ziert die open state probability (P_open) des K⁺_ATP-Kanals auf einen Wert von 50%, beträgt die ATP-Konzentration 1 mM - 5 mM, ist die Pore mit hoher Wahrscheinlichkeit ständig geschloßen, der Kanal inaktiv. Die Interaktion dieser Mechanismen gestattet ein fine tuning der Aktivität von K⁺-Kanälen in Abhängigkeit vom physiologischen Status der Zelle, als Reaktion auf pathologische

Veränderungen des metabolischen Gleichgewichts und der Verfügbarkeit von Energieequivalenten (22).

Bisher haben nur wenige experimentelle Arbeiten die Expression von K⁺-Kanälen im oberen und unteren Harntrakt des Menschen zum Gegenstand gehabt. FRINGS ET AL. (1990) identifizierten mit der Patch-clamp Technik die Signale verschiedener Ionenkanäle in den Membranen isolierter Zellen des Harnblasen-Urothels. In den Membranen der apikalen Zellen dominierten Amilorid- sensitive, low conductance Na⁺-Kanäle; Signale, welche K⁺-Kanälen zugeordnet werden konnten, ließen sich ausschließlich aus Membranarealen basolateraler Epithelzellen ableiten. TRIVEDI ET AL. (1995) schlossen aus den Ergebnissen von ⁸⁶Rb/⁴²K Efflux-Experimenten, die Charybdotoxin, Iberiotoxin, das Ca²⁺-Ionophor A23187 und den für Maxi K⁺-Kanäle spezifischen K⁺-Kanalöffner NS 004 als inhibitorische oder exzitatorische Substanzen verwendeten, auf die Präsenz von large conductance Ca²⁺-abhängigen K⁺-Kanälen in den Membranen der glatten Muskelzellen des hu- manen Detrusors (23,24). Diese Kanalproteine vermitteln dort wahrscheinlich die Repolarisation der Aktionspotentiale. K⁺-Kanäle in den Gewebefraktionen des humanen Ureters sind bisher nicht elektrophysiologisch, immunhistochemisch oder molekularbiologisch charakterisiert wor- den. Lediglich eine tierexperimentelle Arbeit beschreibt die Expression der als Kir 6.1 und SUR2 bezeichneten Untereinheiten des ATP-abhängigen K⁺-Kanals (K⁺_ATP) in primären Kulturen von Epithelzellen der Harnleiter-Anlage neonataler und postnataler Ratten. Das Gewebe war den Tieren zwischen dem 14. Tag der Ontogenese (E14) und dem ersten postnatalen Tag entnommen worden. Das Kir 6.1 Protein ließ sich immunohistochemisch in den Membranen der apikal und basolateral gelegenen Epithelzellen nachweisen. Die Autoren postulieren eine Beteiligung von K⁺-Kanälen an der Kontrolle zellulärer Proliferationsprozeße während der Embryonalentwicklung, lassen die Frage einer funktionellen Relevanz der Kanalproteine jedoch unberücksichtigt (25).

Einleitung

Abb. 2: Kalium (K⁺)-abhängige Mechanismen der Kontrolle des Tonus glatter Muskelzellen: Modifikation der Aktivität (open state probability = P_open) von K⁺-Kanälen durch endogene und exogene (exzitatorische oder inhibi- torische) Mediatoren wie Adenosintriphosphat (ATP), den vasoaktiven Peptiden Vasoaktives Intestinales Polypeptid (VIP) und Calcitonin Gene-Related Peptide (CGRP), den K⁺-Kanalöffnern Cromakalim und Diazoxid und den K⁺- Kanalblockern Barium (Ba²⁺) und Glibenclamid (modifiziert nach: Standen N.B.: Potassuim channels, metabolism and muscle. Exp. Physiol. 77: 1 - 25, 1992)

1.5 K⁺-Kanalöffner und ihr klinisches Potential

Das Wissen um die profunde physiologische Bedeutung von K⁺-Kanälen und das therapeutische Potential der pharmakologischen Modulation ihrer Aktivität hat zur Entwicklung verschiedener K⁺-Kanalöffner geführt, die (theoretisch) geeignet sind, Organ- und Gewebe-funktionen selektiv zu beeinflußen. Die wichtigsten Indikationsbereiche für K⁺-Kanalöffner sieht man heute in der Inneren Medizin, der Neurologie, Dermatologie und der Urologie.

Seit einigen Jahren ist das Levosimendan, ein Aktivator ATP-abhängiger K⁺-Kanäle (K⁺_ATP), in eini- gen europäischen Ländern für die Therapie der Herzinsuffizienz (low output heart failure) zugelas- sen. Die hämodynamischen - positiv inotropen und vasodilatatorischen - Effekte des Medikaments sind in zahlreichen klinischen Studien dokumentiert worden, eine Verwendung des Präparats in der Ersttherapie des Myokardinfarkts, zur inotropen Unterstützung der Herzfunktion und der Senkung der Vor- und Nachlast während offener kardialer Eingriffe sowie zur Kompensation po- stinterventionaler myokardialer Dysfunktion (Stunning) wird gegenwärtig evaluiert (26). KRN 4884 (5-Amino-N-[2-(2-chlorphenyl)ethyl]-N‘-cyano-3-pyridincarboxamidin) (Kirin Brewery Inc., Pharmaceutical Division, Japan), ein als K⁺-Kanalöffner wirkendes synthetisches Pyridin- Derivat, befindet sich in der letzten Phase der präklinischen Entwicklung. Im Tiermodell (conscious spontaneously hypertensive rat = cSHR) hatte die Applikation von 0.5 mg/kg KG und 1.5 mg/kg KG KRN 4884 (p.o.) einen anhaltenden antihypertensiven Effekt. Die repetitive Gabe über einen

Zeitraum von 7 Tagen führte nicht zu einer vaskulären Desensibilisierung (3-Pyridin-Toleranz) der Versuchstiere gegen KRN 4884, eine Verminderung der antihypertensiven Aktivität über die Zeit wurde nicht registriert. Die Tatsache, daß sich der vasodilatatorische Effekt von KRN 4884 nach dem Absetzen der Medikation für mehrere Tage erhält, ist wahrscheinlich auf die langsame Assoziation und Dissoziation des Moleküls mit und von den Bindungsstellen in den Membranen der vaskulären glatten Muskelzellen zurückzuführen (27).

Bereits seit längerem ist bekannt, daß Aktivatoren ATP-abhängiger K⁺-Kanäle die experimentell induzierte Hyperreaktivität der Atemwege (airways hyperreactivity = AHR) antagonisieren, auch ihre klinische Effektivität in der Asthma-Therapie konnte gezeigt werden. Bisher war die klinische Anwendung dieser Wirksubstanzen jedoch aufgrund kardiovaskulärer Nebenwirkungen erheblich limitiert (28). Mit dem KCO 912 (3.4-Dihydro-3-hydroxy-2.2-dimethyl-4-(2-Oxo-1-piperidinyl)- N-phenyl-2 H-1-Benzopyran-6-sulfonamid) steht seit 2002 ein K⁺_(ATP)-Öffner zur Verfügung, der AHR-Ereignisse effektiv supprimiert ohne die kardiovaskulären Funktionen zu beeinflußen.

In In vivo - Modellen, die Meerschweinchen, Rhesus-Affen oder Ratten verwendeten, führte die Gabe physiologischer Dosierungen KCO 912 (1 µg/kg KG - 3 mg/kg KG, in Abhängigkeit von der Spezies und der Route der Applikation, d.h. lokal intratracheal oder durch Inhalation) zu einer raschen Reversion (t < 5 min.) der durch Ozon, Lipopolysaccharide, Salbutamol oder Methacholin induzierten Bronchokonstriktion. Signifikante Effekte auf den Blutdruck und die Herzfrequenz der Tiere wurden nicht festgestellt. Das präklinische Profil von KCO 912, die verzögerte Passage der Verbindung aus dem Respirationstrakt in die systemische Zirkulation und die dort erfolgende ra- sche Degradierung (t_0.5 = 30 min.) machen die Wirksubstanz zu einem interessanten Kandidaten für die klinische Entwicklung (29).

In der Neurologie befindet sich die Akut-Therapie des Schlaganfalls (Apoplex, Ischemic stroke) gegenwärtig in einer Phase der kritischen Analyse ihrer Effektivität, neue Therapie-Optionen wer- den diskutiert. Das Apoplex-Ereignis ist physiologisch durch die Initiierung einer biochemischen Kaskade charakterisiert, die schließlich zu einer Hyperexzitabilität cortikaler Neurone führt. Die Ursache dafür ist die exzessive Freisetzung exzitatorischer Aminosäuren und Neuropeptide und die Erhöhung der intrazellulären Konzentration freien Ca²⁺ als Folge der lokalen Ischämie. In neuro- protektiv wirkenden NMDA (N-Methyl-D-Aspartat) Antagonisten und der Blockierung spannungs- abhängiger Ca²⁺-Kanäle sieht man daher neue Strategien der Behandlung. Da der Mechanismus der Freisetzung von Neurotransmittern und die Kontrolle der neuronalen Erregbarkeit auch K⁺- Kanäle involviert, gilt solchen K⁺-Kanalöffnern, die selektiv auf neuronale K⁺-Kanäle wirken, das Interesse der neuropharmakologischen Forschung. BMS-203252 (Bristol Myers Squibb Inc., USA), ein Fluoroxindol, ist ein Aktivator der Ca²⁺-abhängigen large conductance K⁺-Kanäle und der spannungsabhängigen non-inactivating K⁺-Kanäle, auch als KCNQ-Kanäle bezeichnet, die wich- tige Suptypen neuronaler K⁺-Kanäle repräsentieren. Im Tiermodell der permanenten Okklusion der mittleren Zerebralarterie (middle cerebral artery = MCA) reduzierte BMS-203252, appliziert i.v. in einer Dosierung von 0.3 mg/kg KG innerhalb von 2 h nach der Okklusion des Gefäßes,

Einleitung

signifikant das cortikale Infarktvolumen. Eine klinische Studie der Phase III, die 1.978 Patienten mit akutem Apoplex einschloß, ergab jedoch keine Unterschiede zwischen der wiederholten Administration von BMS-204352 (0.1 mg/kg KG - 2 mg/kg KG i.v innerhalb von 48 h nach dem Anfallsereignis) oder der Gabe eines Placebo-Präparats (30,31). Die Erregung cortikaler Neurone durch die Freisetzung exzitatorischer Neurotransmitter und Alterationen der Konzentration freien Ca²⁺ spielt auch in der Pathophysiologie der Epilepsie eine Rolle. Es ist daher nachvollziehbar, daß die Sicherheit und Effektivtät von K⁺-Kanalöffnern auch in dieser Indikation untersucht worden ist. Retigabin (ASTA Medica GmbH, Deutschland), wie das BMS-204352 ein selektiver Aktivator neuronaler K⁺-Kanäle, zeigte in verschiedenen präklinischen Epilepsie-Modellen einen deutli- chen antikonvulsiven Effekt. Dieser ergibt sich vermutlich aus verschiedenen Mechanismen der Substanzwirkung, welche die Potenzierung der zentralen, GABA-abhängigen Neurotransmission und die Modulation der Aktivität zellulärer Na⁺-und Ca²⁺-Kanäle einschließt. Phase II - Studien zeigten eine Verminderung der Frequenz der Krampfereignisse um mehr als 50% in 12 von ins- gesamt 35 Patienten mit Therapie-refraktärer Epilepsie. Häufige moderate Nebenwirkungen wa- ren Müdigkeit, Abgeschlagenheit und Übelkeit. Die neuroprotektiven Eigenschaften des Retigabin lassen grundsätzlich auch eine Anwendung der Substanz in der Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen wie der Alzheimer- und Huntington-Krankheit oder der Multiplen Sklerose vielver- sprechend erscheinen (32).

Neben malignen Erkrankungen der Niere, Harnblase und Prostata sowie Dysfunktionen des obe- ren und unteren Harntrakts (Steinerkrankungen, Overactive Bladder Syndrome = OAB, Lower Urinary Tract Symptomatology = LUTS, Benigne Prostatahyperplasie = BPH, BPH-assoziierte Obstruktionen des Blasenauslaßes = BOO) sind auch Störungen der männlichen und weiblichen Sexualfunktion Gegenstand der klinischen Urologie. Die Erektile Dysfunktion (ED) ist neben der Ejaculatio praecox (EP) die häufigste sexuelle Funktionsstörung des erwachsenen Mannes.

Obwohl mit den selektiven Phosphodiesterase (PDE)5-Inhibitoren Sildenafil (VIAGRA®), Tadalafil (CIALIS®) und Vardenafil (LEVITRA®) effektive, verträgliche und sichere orale Pharmakotherapien zur Verfügung stehen, ist die Identifizierung neuer innovativer Wirksubstanzen zur raschen Wiederherstellung der Erektionsfunktion nach wie vor ein Ziel der klinisch-pharmakologischen Forschung. Gegenwärtig werden neue PDE5-Inhibitoren (Avanafil, Lodenafil, Udenafil, nitrosy- liertes Sildenafil), alpha₁-Rezeptorantagonisten (Phentolamin), NO-unabhängige Aktivatoren der zytosolischen Guanylatzyklase (BAY 41-2272, BAY 41-8543, A 344905, A 350619), Rho- Kinase (ROK)-Inhibitoren (Y-27632), synthetische Melanocortin-Rezeptoragonisten (PT-141) und Wachstumsfaktoren (z.B. human Growth Hormone = hGH) in präklinischen oder klinischen Modellen auf ihre Verwendbarkeit in der Indikation ED getestet (33). In diesem Zusammenhang sieht man auch in K⁺-Kanalöffnern potentielle Kandidaten für neue Strategien der Therapie. Nach der intraarteriellen Injektion von Pinacidil, einem Aktivator von K⁺_(ATP)-Kanälen, führte die elek- trische Stimulation des N. pelvicus im Tiermodell zu einem Ansteig des intracavernösen Drucks (ICP). Pinacidil amplifizierte außerdem die erektogene Wirkung von Acetylcholin und Prostaglandin E1 (PGE1) und antagonisierte die durch die K⁺-Kanalblocker 4-Aminopyridin, Glibenclamid und

Tetraethylammonium (TEA) induzierte Hemmung der durch Acetylcholin und PGE1 induzierten Relaxation der cavernösen glatten Muskulatur (34). Doppelblinde, Placebo-kontrollierte klinische Studien zur Frage der Effektivität und Sicherheit einer intracavernösen oder oralen Anwendung des K⁺_(ATP)-Kanalöffners in Patienten mit ED sind bisher jedoch noch nicht durchgeführt wor- den.

Die Bedeutung körperlich-ästhetischer Aspekte für die individuelle Lebensqualität in den westli- chen Industriegesellschaften des 21. Jahrhunderts hat dazu geführt, daß Aspekte der sogenannten Life style - Medizin in verschiedenen Fachdisziplinen, z.B. der Dermatologie, zunehmend in die kli- nische Routine integriert werden. Dazu zählen auch bestimmte Erscheinungsformen des erblichen bedingten Haarausfalls (androgenetische Alopecie) und die Bemühungen um die Entwicklung einer pharmakologischen Therapie dieses Phänomens. Obwohl seit mehr als 30 Jahren bekannt ist, daß die topische Applikation von Minoxidilsulfat, einem Aktivator von K⁺_(ATP)-Kanälen des Sarcolemms, das Wachstums von Kopf- und Körperhaaren stimuliert, interessiert man sich erst seit einigen Jahren für die physiologischen Mechanismen, die dieser Wirkung zugrunde liegen. Die Expression von K⁺_(ATP)-Kanälen in den Haarfollikeln konnte bisher nicht eindeutig nachgewiesen werden, dennoch geht man davon aus, daß die stimulatorische Wirkung von Minoxidil auf die Aktivierung dieses K⁺-Kanal Subtyps in den mesenchymalen Zellen der dermalen Papillen der Haarfollikel und/oder den Haarmatrix-Zellen zurückzuführen ist. Es ist bekannt, daß die mor- phometrische Reduktion der Größe terminaler Follikel der Kopfhaut und die daraus resultieren- de Verkürzung des Wachstumszyklus der Haare (Anagen-Phase) die primären Ereignisse in der Manifestation der androgenetischen Alopecie sind. Während die Entwicklung neuer Follikel (folli- kuläre Neogenese) unter der topischen oder oralen Anwendung von Minoxidil mit Sicherheit aus- geschlossen werden konnte, zeigte die Untersuchung von Biopsien der Kopfhaut von Patienten, die mit einer topischen Zubereitung des K⁺_(ATP)-Kanalöffners behandelt worden waren, das Auswachsen der zuvor morphologisch reduzierten Follikel zu normaler Größe. Eine Stimulation der zellulären Proliferation durch Minoxidil konnte an kultivierten Haut- und Haarfollikel-Zellen nach- vollzogen werden, allerdings wurden auch inhibitorische Effekte der Substanz auf die Kollagen- Synthese sowie eine Stimulation der Freisetzung des vaskulären Wachstumsfaktors Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) und der Synthese von Prostaglandin beobachtet. Es bleibt zu klären, welche dieser Effekte von Relevanz für die Stimulation des Haarwuches durch Minoxidil sind und welche Bedeutung diesen Ergebnissen im Hinblick auf die zukünftige Verwendung von K⁺-Kanalöffnern in der Pharmakotherapie der androgenetischen Alopecie zukommt (35,36).

Einleitung

Abb. 3: Allgemeine chemische Struktur von K⁺-Kanalöffnern: Die zentrale Gruppe ist ein Benzopyran- (oder, al- ternativ, ein Methylpropanamid-) Grundgerüst, an das verschiedene lineare oder ringförmige Substituenten mit positiven oder negativen induktiven Eigenschaften gekoppelt sind, welche die pharmakologischen Charakterisitika des Moleküls (z.B. hypotensiv-vasodilatatorisch, antidepressiv, neuroprotektiv, proliferationsfördernd) und seine Stabilität gegen enzymatisch-biologische Degradierung definieren. Die Benzopyran-Grundstruktur ist häufig durch eine Substitution des Phenylrings gegen einen Anilidring modifiziert.

1.6 Uro(Uretero)lithiasis

Eine der häufigsten Ursachen einer supravesikalen Obstruktion ist die intraluminale Verlegung des Ureters durch einen Harnleiterstein, was meist mit dem akuten Symptom der Kolik verbunden ist. Die Prävalenz des Harnsteinleidens in den westlichen Industrienationen ist mit 4% - 12%

angeben, die Zahl der Patienten, die aufgrund einer chronischen Niereninsuffizienz, verursacht durch Urolithiasis, dialysepflichtig werden, macht 5% der Gesamtzahl der pro Jahr der Dialyse zugeführten Patienten aus (37). Die Ureterolithiasis hat somit epidemiologisch den Charakter einer Volkskrankheit, vergleichbar dem Diabetes mellitus. In der Regel führt eine Urolithiasis nicht zu renalen Folgeschäden, da es bei einem Durchmesser des Konkrements von weniger als 4 mm bei ca. 80% der Patienten zu einem spontanen Abgang des Steins kommt, auch bei einer Größe zwischen 4 mm und 6 mm beträgt die Rate des spontanen Abgangs unter konserva- tiver Therapie noch 50 %, bei einer Steingrößen von mehr als 10 mm jedoch nur noch etwa 2% - 23% (38,39). Die Harnleiterkolik, die unabhängig von der Größe des Konkrements auf- treten kann, ist durch einen schlagartig einsetzenden, stechenden, als vernichtend beschriebe- nen Schmerz charakterisiert, der wellen- oder wehenartig in kurzen Intervallen auftritt. Zu den Begleitsymptomen gehören Übelkeit, Erbrechen und Meteorismus, durch vagovasale Reaktionen kann es zu Dysregulationen des Kreislaufs bis zum Kollaps kommen. Es wird postuliert, daß der

Kolikschmerz durch die spastische Kontraktion der Uretermuskulatur um den Fremdkörper ausge- löst wird (40). Andere Autoren bezweifeln diesen pathophysiologischen Mechanismus und sehen in einer Überdehnung der Wandung des Harnleiters durch die Stauung der Harnsäule und einer durch die Reibung des Steins verursachten lokalen Entzündung (Ödem) der Tunica mucosa die Ursache der Schmerzereignisse (41).

Während es in den letzten 20 Jahren auf dem Gebiet der nicht-invasiven Zertrümmerung von Harnleitersteinen, der sogenannten extrakorporalen Stoßwellenlithotripsie (ESWL), und der endo- skopischen Desintegration und Extraktion von Konkrementen innovative technische Neuerungen gegeben hat, ist die konservative medikamentöse Therapie der Harnleiterkolik nach wie vor we- nig standardisiert und von einer gewissen Stagnation geprägt. Mittel der Wahl sind in erster Linie potente Analgetika wie das Metamizol (NOVALGIN®) oder Morphine, sowie Diclofenac- Natrium und Indomethacin, welche die Produktion pro-inflammatorischer Prostaglandine durch das Enzym Prostaglandin-Synthetase inhibieren (42,43). Auch die Kombination von Novalgin mit Scopolaminbutylbromid (BUSCOPAN®) mit dem Ziel einer synergistischen Spasmoanalgesie wird vewendet, die Wirkung des Scopolaminbutylbromid sieht man in einer postganglionären Inhibition des parasympathischen Einflußes auf die ableitenden Harnwege und die dadurch ver- ursachte Dämpfung der spasmischen Aktivität der Uretermuskulatur (44). Die spasmolytische Komponente des BUSCOPAN® ist jedoch umstritten, der Erfolg einer Therapie der Kolikereignisse mit dem Medikament wird uneinheitlich beurteilt (45). Die physiologische Ursache der mar- ginalen Effektivtät des Scopolaminbutylbromid könnte eine bereits von HERTLE & NAWRATH (1986) postulierte Dominanz der sympathischen Innervation in der Kontrolle der kontraktilen Aktivität der glatten Muskulatur des Harnleiters sein (2). Auch die Wirkungen anderer spas- molytischer Substanzen, darunter der NO-Donor Gylceryltrinitrat (GTN), Ca²⁺-Kanalblocker Nifedipin, alpha_1A/1D-Adrenozeptorantagonist Tamsulosin und das Parasympatholytikum Rociverin, auf den Tonus der Uretermuskulatur, die Passage distal lokalisierter Konkremente und die Koliksymptomatik waren in den vergangenen Jahren Gegenstand wissenschaftlicher und kli- nischer Studien, keiner dieser Wirkstoffe hat sich als Goldstandard in der klinischen Routine durchgesetzt (46-50). Effektive spasmolytische und anti-inflammatorische pharmakologische Therapieoptionen, welche auf die Ursachen der Schmerzsymptomatik, nämlich die lokalen Spasmen und Entzündungsreaktionen, zielen, sind somit bisher nicht verfügbar.

Fragestellung

2. Fragestellung

Die Pharmakotherapie der Urolithiasis und der damit häufig verbundenen kolikartigen Schmerz- sensationen mit Inhibitoren der Prostaglandin-Synthese, verschiedenen Analgetika und soge- nannten spasmolytischen Substanzen befindet sich in einem Zustand der kritischen Analyse ih- rer Effektivität. Da die kontraktile Aktivtät der glatten Muskulatur des Ureters eine wesentliche Komponente seiner Funktionalität, aber auch der Pathophysiologie der mit der Urolithiasis asso- ziierten lokalen Spasmen und der daraus resultierenden Schmerzereignisse ist, sieht man heute in (vaso)dilatatorischen Substanzen - Ca²⁺-Kanalblockern, Stickoxid (NO)-Donatoren, alpha₁-Adre- nozeptorantagonisten (alpha-Blockern) und selektiven Inhibitoren von Phosphodiesterase (PDE)- Isoenzymen (z.B. PDE5-Inhibitoren) - alternative Therapieoptionen, einige dieser Substanzen sind bereits Gegenstand klinischer Untersuchungen gewesen. K⁺-Kanalöffner sind eine weitere Substanzgruppe, deren mögliche Verwendung in der Therapie urologischer Erkrankungen - dazu zählen die Erektile Dysfunktion (ED) und die überaktive Blase (OAB) - gegenwärtig diskutiert wird.

Das Ziel dieser Arbeit war es daher, die Effekte der K⁺-Kanalöffner Levcromakalim, HOE 234 und S 0121 auf die Aktivität der glatten Muskulatur des Ureters sowohl mit der In vitro - Organbad- Technik als auch im Tierexperiment - verwendet wurde das Modell des anästhesierten Kaninchens - zu evaluieren und so das mögliche klinische Potential dieser Verbindungen in der Therapie der Urolithiasis zu definieren.

3. Material & Methoden

3.1 In vitro-Experimente 3.1.1 Gewebeasservierung

Längliche Exzidate aus dem medianen Bereich des Ureters und Segmente der A. renalis wurden unter Beachtung der Regulatorien der lokalen Ethik-Kommission der Medizinischen Hochschule Hannover im Rahmen von Tumornephrektomien von insgesamt 15 Patienten im Alter von 30 bis 80 Jahren entnommen, vaskuläres Gewebe der A. coronaria und A. pulmonalis im Rahmen von Transplantationen aus explantierten Organen präpariert. Die Gewebeexzidate wurden so- fort nach der Entnahme in eine eisgekühlte organprotektive Lösung (CUSTODIOL

®

, HTK-Lösung nach Bretschneider zur Kardioplegie und Multiorganprotektion, Dr. Franz Köhler Chemie GmbH, Alsbach) verbracht und zur weiteren Präparation in das Labor transportiert.

3.1.2 Funktionelle Organbad-Studien

Nach sorgfältiger Entfernung von Fett- und Bindegewebsanteilen wurden etwa 2 mm - 3 mm starke, zirkuläre Segmente präpariert und unter Standardbedingungen in den Meßkammern eines Organbad-Systems (MAYFLOWER Organbad, Hugo Sachs Elektronik GmbH, March) fixiert.

Die Badkammern (Füllvolumen 10 ml) waren mit einer modifizierten KREBS-RINGER-Lösung gefüllt (NaCl 128 mM, NaHCO₃ 15 mM, KCl 4.6 mM, CaCl₂ 2.5 mM, NaH₂PO₄ 1.2 mM, MgCl₂ 1.2 mM, Glucose 22 mM, 2Na⁺ (Ca²⁺) EDTA 0.1 mM, pH 7.2 - 7.4), die auf 37°C temperiert war und kontinuierlich mit einem Gemisch aus 95% O₂ und 5% CO₂ (Carbogen) begast wurde.

In einer intialen experimentellen Sequenz wurden zunächst die kontraktilen Effekte aufsteigender Konzentrationen von KCl (10 mM - 120 mM) sowie des alpha₁-Adrenozeptoragonisten Norepinephrin (NE), Muskarinrezeptor-Agonisten Acetylcholin und Thromboxan A2-Analogons U46619 (0.1 nM - 100 µM) auf die Ringpräparate bei basaler Spannung untersucht. Dem Anlegen einer passiven Vorspannung von 10 mN (1 gr.) folgte eine Äquillibrierungsphase von 60 min. Anschließend wurde die kontraktile Aktivität der Uretermuskulatur durch KCl (80 mM) stimuliert. Nach dem Erreichen einer stabilen tonischen Kontraktion wurden die K⁺-Kanalöffner Levcromakalim, Rimakalim (HOE 234) und S 0121 in kumulativer Dosierung (0.01 µM - 10 µM) zugegeben. Mechanische Spannungsänderungen der Muskulatur wurden mit Kraftaufnehmern (HSE F30 Force Transducer, Hugo Sachs Elektronik GmbH, March) registriert, mit Verstärkereinheiten amplifiziert (DBA DC Bridge Amplifier Type 66, Hugo Sachs Elektronik GmbH) und mit einem Analogschreiber (Graphtec Linearcorder Mark 8, Graphtec Corp., Tokio, Japan) aufgezeichnet. In den Organbad-Experimenten mit isolierter glatter Muskulatur des Ureters fanden der Adenylatzyklase-Aktivator Forskolin und Nitrovasodilator (NO-Donor) Natriumnitroprussid (NNP) als Referenzsubstanzen Verwendung (0.01 µM - 100 µM). Zirkuläre Präparationen vaskulärer glatter Muskulatur der A. coronaria,

Material & Methoden

A. pulmonalis und A. renalis wurden analog zu den Uretersegmenten in den Badkammern fixiert.

Vor dem Beginn der Äquillibrierung wurde eine Vorspannung von 5 mN (0.5 gr.) angelegt, die Kontraktilität später durch die Zugabe des alpha₁-Agonisten Norepinephrin (1 µM) induziert.

Stammlösungen (10 mM) der verwendeten Testsubstanzen wurden mit Polyethylenglykol (Levcromakalim, HOE 234, S 0121), Dimethylsulfoxid (Forskolin) oder 0.9%iger NaCl-Lösung (NNP) hergestellt und mit isotonischer NaCl-Lösung zum weiteren Gebrauch verdünnt. In den Organbad-Experimenten war die Konzentration der nichtwässrigen Lösungsmittel < 1%.

Abb. 4: Detaildarstellung einer Einheit des horizontalen MAYFLOWER Organbad-Systems (Hugo Sachs Elektronik GmbH, March) : Abgebildet ist eine Badkammer mit Oxygenierungsfritte, Komponenten des die Pufferlösung zu- führenden und ableitenden Umlaufsystems sowie ein Kraftaufnehmer des Typs HSE F30 mit Feintrieb (Mikrome- terschraube).

3.1.3 Auswertung der In vitro-Experimente

Die Organbad-Experimente wurden an n = 6 - 8 Uretersegmenten durchgeführt, die von minde- stens zwei (2) verschiedenen Patienten stammten. Alle Daten sind als Mittelwerte (MW) ± des Standardfehlers (SEM) vom Mittelwert angegeben. Dargestellt ist die um Lösungsmittel-Effekte korrigierte Reversion (%) der tonischen Kontraktion nach Substanzzugabe, bezogen auf die maxi- male KCl-induzierte Tension (100%). EC₅₀-Werte (Substanzkonzentration, die zu einer 50%igen Reversion der maximalen, KCl-induzierten Kontraktion führte) wurden graphisch nach nicht-line- arer Regression bestimmt.

3.2 In vivo-Experimente

3.2.1 Effekte von K⁺-Kanalöffnern auf die peristaltische Aktivität des Kaninchen-Ureters

Die Tierexperimente erfolgten auf der Grundlage der allgemeinen und ethischen Vorschriften des Zentralen Tierlabors der Medizinischen Hochschule Hannover. In den In vivo -Experimente wurden 12 männliche Chinchilla-Kaninchen (Körpergewicht 3 kg bis 5 kg, mittleres Alter 10 Monate) ver- wendet. Nach der intramuskulären Gabe einer Einzeldosis Ketamin (25 - 30 mg/kg KW) wurden die Tiere in Rückenlage auf einem Temperatur-konstanten Kleintier-Operationstisch (Hugo Sachs Elektronik GmbH, March) positioniert und das Körperfell im Bereich des Abdomens mit einem Haarschneider (Moser GmbH, Unterkirnach) entfernt. Über eine Ohrvene erfolgte die kontinuierli- che Infusion physiologischer Saline (10 ml/kg KW/Std.), die mit 5% (w/w) Glucose supplementiert war. Einer Trachotomie folgte die Insertion und Fixierung eines trachealen Tubus, der mit einem Anästhesie-Respirator (Modell Tiberius 19, Dräger AG, Lübeck) verbunden war. Eine gleichmäßige und tiefe Anästhesie der Tiere wurde durch die Einleitung von N₂O und O₂ und der intravenösen Gabe einer Minimaldosis Phenobarbital (2 mg/kg KG, alle 30 min.) gewährleistet (51). Nach medi- aner Laparotomie wurden die Ureteren beidseits des Infundibulums präpariert und eine 22G Kanüle nach distal eingebracht, die Anschluß an einen 3-Wege Stop-Cock hatte. Dieses Ventil war in alle Richtungen durchgängig, um eine synchrone Perfusion der Ureteren und die Messung physikalis- cher Parameter der Ureterfunktion zu ermöglichen. Zur Vermeidung von Druckartefakten wurde die Blase inzidiert und der Inhalt suprapubisch abgeleitet. Frequenz, Tonus und Amplitude der Uretermotorik wurden mit Druckaufnehmern (Statham Transducer P23 XL, Hugo Sachs Elektronik GmbH, March) registriert, die Signale amplifiziert (DBA DC Bridge Amplifier, Type 660, Hugo Sachs Elektronik GmbH, March) und mit einem Analogschreiber (Linearcorder WR 3310, Graphtec Corp., Tokio, Japan) aufgezeichnet. Der systemische Blutdruck der Tiere wurde über einen in die A. femo- ralis eingebrachten Katheter gemessen. Nach einer Stabilisierungsphase von 40 min. erhielten die Tiere zunächst 1 ml physiologischer NaCl-Lösung, die in den Experimenten als Placebo-Kontrolle diente. Nach der Infusion wurden die Blutdruck- und Ureterparameter für 10 min aufgezeichnet.

Im Rahmen der Experimente wurde 3 Tieren Levcromakalim in einer Dosierung von 10 µg/kg KG i.v. gegeben, dieser Applikation folgte nach etwa 30 - 40 min eine weitere Substanzgabe (20 µg/

kg KG). 3 Tiere erhielten zunächst 6 µg/kg KG HOE 234, anschließend, ebenfalls nach 30 - 40 min., 12 µg/kg KG der Verbindung. S 0121 wurde weiteren 4 Kaninchen in Dosierungen von 20 µg/kg KG und 60 µg/kg KG appliziert, zwei der Tiere bekamen nach der Normalisierung der Parameter der Ureterfunktion außerdem eine Einzeldosis des Spasmolytikums Scopolaminbutylbromid (BUSCOPAN®, 0.67 mg/kg KG).

Material & Methoden

Abb. 5: Schemazeichnung des In vivo - Tiermodells zur Erfassung der Effekte der systemischen Applikation von K⁺-Kanalöffnern auf die Parameter der Ureterdynamik und den Blutdruck. Unter synchroner Perfusion der bei- den Ureteren (Perfusiongeschwindigkeit 3 ml/h) erfolgte die Registrierung der Frequenz, der Amplitude und des intraluminalen Tonus mit Mikrotip-Sensoren, die mit einem Druckaufnehmer (Statham Transducer P23 XL) und einer Verstärkereinheit (DBA DC Bridge Amplifier) verbunden waren. Die Daten wurden mit einem Analogschreiber (Linearcorder WR 3310) aufgezeichnet. Der systemische Blutdruck der Tiere wurde über einen in die A. femoralis eingebrachten Katheter gemessen.

3.5 Auswertung der In vivo-Experimente

Da die pharmakologische Beeinflußung der Ureterdynamik (Peristaltik) zu Veränderungen (hier:

einer Inhibition) der peristaltischen Frequenz, der Amplitude der peristaltischen Welle und des Tonus des Ureters (intraureteraler Druck) führen kann, wurde jeder dieser Parameter in den Ex- perimenten registriert. Die nach der Applikation der K⁺-Kanalöffner aufgezeichneten ureterdy- namischen und vaskulären Effekte wurden mit denen verglichen, die nach der Gabe von Saline (Placebo) beobachtet worden waren. Alle Meßwerte sind als Mittelwerte (MW) ± Standardfehlers des MW (SEM) dargestellt. Die statistische Analyse erfolgte mit dem Programm StatWorks™

(Cricket Software Inc., Malvern, USA), zur Kalkulation wurde der Student’s t-Test verwendet. Ein p (Probability)-Wert von ≤ 0.05 wurde als statistisch signifikant akzeptiert.

3.6 Chemikalien

Levcromakalim (BRL 38227) war ein Geschenk der GlaxoSmithKline Pharmaceuticals plc (Brent- ford, Middlesex, England). Polyethylenglykol (PEG), HOE 234, S 0121 und der alpha1-Adreno- zeptor-Agonist Norepinephrin (ARTERENOL®) wurden von der Sanofi-Aventis Deutschland GmbH (Frankfurt am Main), Scopolaminbutylbromid (BUSCOPAN

®

) von der Boehringer-Ingelheim Pharma GmbH (Ingelheim am Rhein) und das Thromboxan A2-Analogon U46619 von der Bayer- Schering Pharma AG (Leverkusen/Berlin) überlassen. Forskolin, Natriumnitroprussid (NNP) und Acetylcholin stammten von der Sigma Chemical Co. (St. Louis, USA). Ketamin (KETANEST®_{) wur-} de von der Pfizer-Parke Davis GmbH (Karlruhe), Phenobarbital (LUMINAL® Injektionslösung, 219 mg Phenobarbital/ml) von Desitin Arzneimittel GmbH (Hamburg), alle anderen verwendeten La- borchemikalien, soweit dies im Text nicht näher bezeichnet ist, entweder von der Merck KGaA (Darmstadt) oder Mallinckrodt-Baker BV (Deventer, Niederlande) bezogen.

Ergebnisse

4. Ergebnisse

4.1 Organbad-Experimente

4.1.1 Effekte von K⁺-Kanalöffnern auf die tonische Kontraktion isolierter Ringsegmente des Ureters

Keines der zirkulären Segmente der Uretermuskulatur zeigte nach der Fixierung in die Badkam- mern eine relevante spontane mechanische Aktivität. Die Zugabe von 80 mM KCl verursachte reproduzierbare, stabile tonische Kontraktionen, eine anhaltende, phasische kontraktile Aktivität der glatten Muskulatur nach der Applikation des depolarisierenden Agenz wurde nicht beobachtet.

Die kumulative Zugabe des alpha1-Adrenozeptoragonisten Norepinephrin (NE), Muskarinrezep- tor-Agonisten Acetycholin und Thromboxan A2-Analogons U 46619 (1 nM - 100 µM) resultierte nicht in einer kontraktilen Kraftentwicklung der Muskelsegmente (Ergebnisse nicht dargestellt).

In den Organbad-Experimenten verursachten alle Testsubstanzen eine dosisabhängige Reversion der durch KCl induzierten tonischen Kontraktion, es ergab sich die folgende Reihe der Substan- zeffektivität (R_max = mittlere Reversion der tonischen Kontraktion nach Zugabe der höchsten Substanzkonzentration): NNP (R_max = 62 ± 5%) ≥ HOE 234 (R_max = 56 ± 6.6%) > Forskolin (R_max = 39 ± 2%) > S 0121 (R_max = 19.5 ± 3%) > Levcromakalim (R_max = 12 ± 3%). Lediglich die kumulative Zugabe des NO-Donors NNP und des K⁺-Kanalöffners HOE 234 resultierte in einer 50%igen Reversion der tonischen Kontraktion, folgende EC₅₀-Werte (mittlere Substanzkonzen- tration, die eine 50%ige Reversion der initialen, durch KCl induzierten tonischen Kontraktion verursacht) wurden abgeleitet: NNP = 4 µM, HOE 234 = 6.5 µM. Die Ergebnisse der Experimente sind in den Abbildungen 6A und B zusammengefaßt. Es wurden keine relevanten relaxierenden Effekte der in den Experimenten verwendeten Konzentrationen der nicht-wässrigen Lösungsmit- tel Polyethylenglykol und Dimethylsulfoxid (DMSO) auf die KCl-induzierte Tension der Uretermus- kulatur registriert.

Abb. 6 (A und B): Reversion der durch 80 mM KCl induzierten tonischen Kontraktion isolierter Segmente glatter Muskulatur des humanen Ureters durch die kumulative Zugabe des Adenylatzyklase-Aktivator Forskolin und NO-Donors Natriumnitroprussid (NNP) (1 nM - 100 µM) (A) sowie der K⁺-Kanalöffner Levcromakalim (BRL 38277), HOE 234 und S 0121 (1 nM - 10 µM) (B). Für jede Dosis-Wirkungskurve wurden n = 8 - 10 Ringsegmente verwendet, die von mindestens zwei verschiedenen Individuen (Patienten) stammten. 100% = nach der Zugabe von 80 mM KCl registrierte tonische, kontraktile Kraftentwicklung (Tension). Asterikse markieren, daß der Effekt

Ergebnisse

4.1.2 Effekte von K⁺-Kanalöffnern auf vaskuläre glatte Muskulatur

Da HOE 234 und S 0121 in den Experimenten an den zirkulären Segmenten des Ureters die ef- fektivsten Substanzen aus der Gruppe der getesteten K⁺-Kanalöffner waren, wurden nur diese Verbindungen, nicht jedoch das Levcromakalim, in den Versuchen an isolierter vaskulärer glatter Muskulatur der A. coronaria, A. pulmonalis und A. renalis verwendet. Um die Vitalität der Gefäß- segmente zu validieren, erfolgte am Ende des Experiments die Zugabe des Nitrovasodilators NNP in einer Konzentration von 1 µM.

S 0121 induzierte lediglich marginale Reversionen der Tension der vaskulären Muskulatur, bis zu einer Konzentration von 1 µM wurde praktisch keine Inhibition der durch den alpha₁-Agonisten NE induzierten Kontraktion registriert. EC₅₀-Werte konnten daher weder an der A. coronaria, A.

pulmonalis noch der A. renalis bestimmt werden. Die R_max-Werte wurden in einem Interval von 15.5% - 28% bestimmt (R_max A. coronaria = 28 ± 3%, R_max A. pulmonalis = 16 ± 5.4%, R_max A. renalis = 15.5 ± 5.5%). Im Gegensatz dazu ergaben sich erhebliche Unterschiede der Wirkung von HOE 234 auf die isolierte Gefäßmuskulatur: Während sich bis zu einer Endkonzentration von 0.1 µM kaum Unterschiede feststellen ließen (A. coronaria: 7.4 ± 2%, A. pulmonalis: 4 ± 3.6%, A. renalis: 11 ± 3%), zeigte sich an den verschiedenen vaskulären Segmente im Bereich von 0.1 µM bis zur Endkonzentration von 10 µM eine erhebliche Divergenz der Substanzeffektivität: Ei- ner vollständigen Reversion des Tonus der Segmente der A. coronaria durch den K⁺-Kanalöffner (R_max A. coronaria = 100 ± 0%, EC₅₀ A. coronaria = 0.4 µM) standen eine mittlere Reversion des adrenergen Tonus der A. pulmonalis um 60% (EC₅₀ A. pulmonalis = 3.5 µM) und der A. renalis um 50% (R_max = EC₅₀) gegenüber.

Abb. 7 (A und B): Reversion der durch den alpha₁-Agonisten Norepinephrin (ARTERENOL^®, 1 µM) induzierten tonischen Kontraktion isolierter zirkulärer Segmente humanen vaskulären Gewebes (A. coronaria, A. pulmonalis, A.

renalis) durch die kumulative Zugabe der K⁺-Kanalöffner HOE 234 (A) und S 0121 (B) (10 nM - 10 µM). Für jede Dosis-Wrkungskurve wurden n = 6 vaskuläre Segmente verwendet, die von mindestens zwei verschiedenen Individuen (Patienten) stammten. 100% = nach der Zugabe von 1 µM Norepinephrin registrierte kontraktile Kraftentwicklung (Tension). Asterikse markieren, daß der Effekt einer Substanzkonzentration signifikant unterschiedlich von dem ist, welcher nach der Gabe der niedrigsten im Test verwendeten Konzentration (1 nM = 10^-9 M) registriert wurde (p ≤

Ergebnisse

4.2 In vivo-Effekte von K⁺-Kanalöffnern auf die Ureterdynamik anästhesierter Chincilla-Kaninchen

Der mittlere intraureterale Druck vor der Applikation pharmakologisch aktiver Substanzen be- trug 13.5 ± 0.7 cm H₂0. Es wurden regelmäßige peristaltische Wellen mit einer mittleren Am- plitude von 1.3 ± 0.16 cm H₂0 registriert, die Frequenz der phasischen kontraktilen Aktivität wurde zu 3.5 ± 0.3 Wellen/min. bestimmt. Der Mittelwert des systolischen Blutdrucks betrug 115 ± 2.5 cm H₂0, der des diastolischen Blutdrucks 101 ± 2.5 cm H₂O. Die intravenöse Injektion von physiologischer NaCl-Lösung (1 ml) führte nicht zu einer Änderung der Parameter der Ure- terdynamik oder des Blutdrucks der Tiere.

Der i.v. Gabe von BRL 38277 in einer Dosierung von 10 µg/kg KW folgte nach etwa 3 min. eine Abnahme der Blutdruck-Registrierungen um etwa 20 cm H₂0. Effekte auf die Ureter-Parameter wurden nicht beobachtet (Ergebnisse nicht dargestellt). Die Erhöhung der Dosis auf 20 µg/kg KW resultierte in einer deutlicheren Reduktion des systolischen und diastolischen Blutdrucks um 31 cm H₂0, nach etwa 4 min. wurde eine transiente Zunahme registriert, die vor der Ap- plikation der Substanz gemessenen Druckwerte während des Registrierungsintervalls (15 min.) jedoch nicht wieder erreicht. Während keine Veränderungen der Frequenz der peristaltischen Aktivität des Ureters und des intraluminalen (intraureteralen) Drucks beobachtet werden konn- ten, reduzierte sich die Amplitude der phasischen Kontraktilität unmittelbar nach der Gabe der Substanz auf 0.5 cm H₂0, erreichte jedoch nach 13 Minuten wieder den Wert von 1.3 cm H₂0 (Abb. 8A-D).

Ergebnisse

Abb. 8 (A-D): In vivo-Experimente zur Wirkung von K⁺-Kanalöffnern auf die Ureterdynamik anästhesierter männlicher Kaninchen: Effekte der Applikation von BRL 38277 (Levcromakalim) (20 µg/kg KW) auf die Amplitude (in cm H₂0) (A) und Frequenz (Amplituden pro Minute) (B) der phasischen peristaltischen Aktivität des Ureters, den intraluminalen (intraureteralen Druck) (in cm H₂0) (C) sowie den systolischen und diastolischen Blutdruck der Versuchstiere (in cm H₂0) (D). Die Graphiken zeigen die Mittelwerte (MW) und die Standardfehler der MW der Experimente an n = 3 Tieren.

Ebenso wie die Applikation von 10 µg/kg KW BRL 38277 führte auch die Gabe von 20 µg/kg KW S 0121 nicht zu einer Inhibition der Parameter der Ureterdynamik (Amplitude, Frequenz, intralu- minaler Druck), signifikante systemische Effekte wurden ebenfalls nicht beobachtet (Ergebnisse nicht dargestellt).

Eine Erhöhung der Dosierung auf 60 µg/kg KW resultierte lediglich in einer kurzfristigen, nicht signifikanten Dämpfung der Amplitude und Frequenz der phasischen Aktivität des Ureters, der intraureterale Druck blieb über das gesamte Registrierungsintervall unverändert. Diese modera- ten Änderungen der Ureterdynamik korrespondierten mit einer Verminderung des Blutdrucks der Tiere um etwa 20 cm H₂0 (Abb. 9A-D). Einer weiteren Erhöhung der Substanzdosis auf 100 µg/kg KW folgten deutlichere systemische Nebenwirkungen, allerdings konnte keine Amplifizierung der Effekte auf die Ureterdynamik beobachtet werden (Ergebnisse nicht dargestellt).

Ergebnisse

Abb. 9 (A-D): Effekte der Applikation des K⁺-Kanalöffners S 0121 (60 µg/kg KG) auf die Amplitude (in cm H₂0) (A) und Frequenz (Amplituden pro Minute) (B) der phasischen peristaltischen Aktivität des Ureters, den intraluminalen (intraureteralen Druck) (in cm H₂0) (C) sowie den systolischen in diastolischen Blutdruck der Versuchstiere (in cm H₂0) (D). Die Graphiken zeigen die Mittelwerte (MW) und die Standardfehler der MW der Experimente an n = 4 Tieren.

Während die i.v. Applikation von HOE 234 in einer Dosierung von 6 µg/kg KW ohne relevante Effekte auf die Parameter der Ureterfunktion und die systemische Zirkukation blieb, führte die Erhöhung der Dosis auf 12 µg/kg KW zu einer vollständigen, anhaltenden Inhibition der Amplitude und Frequenz der phasischen Aktivität des Ureters. Im Gegensatz dazu wurde der intraureterale Druck lediglich um 1.2 cm H₂0 reduziert und erreichte nach 15 min. erneut den Wert, der vor der Gabe des K⁺-Kanalöffners registriert worden war. Die inhibitorischen Effekte von HOE 234 auf die Ureteraktivität wurden jedoch von einem dramatischen, fast lebenbedrohlichen Abfall der Kreislaufparameter begleitet, der Blutdruck der Tiere fiel um etwa 80 cm H₂0, eine Normalisierung der Druckwerte wurde während des Registrierungsintervalls nicht beobachtet (Abb. 10A-D).