UNIVERSITÄTSKLINIKUM HAMBURG-EPPENDORF
Universitäres Herzzentrum Hamburg
Klinik und Poliklinik für Allgemeine und Interventionelle Kardiologie
Direktor: Professor Dr. med. Stefan Blankenberg
Prasugrel erhöht die endotheliale Bioverfügbarkeit von NO
im Vergleich zu Clopidogrel bei Patienten mit
instabiler Angina Pectoris
Dissertation
zur Erlangung des Grades eines Doktors der Medizin an der Medizinischen Fakultät der Universität Hamburg
vorgelegt von:
Andrea Schlichting aus Hamburg
Angenommen von der
Medizinischen Fakultät der Universität Hamburg am: 09.07.2014
Veröffentlicht mit Genehmigung der
Medizinischen Fakultät der Universität Hamburg.
Prüfungsausschuss, der/die Vorsitzende: PD Dr. T. Rudolph
Prüfungsausschuss, zweite/r Gutachter/in: Prof. Dr. K. Sydow
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung... 1
1.1 Koronare Herzerkrankung ... 1
1.2 Pathogenese der koronaren Herzerkrankung ... 1
1.2.1 Vaskuläre Entzündung und Plaqueentstehung ... 1
1.2.2 Plaqueruptur und Thrombusbildung ... 2
1.3 Instabile Angina Pectoris ... 4
1.3.1 Instabile Angina Pectoris ... 4
1.3.2 Perkutane koronare Intervention ... 5
1.4 Endothelfunktion ... 6
1.4.1 Stickstoffmonoxid-Synthese ... 6
1.4.2 Effekte von Stickstoffmonoxid ... 7
1.5 Endotheliale Dysfunktion ... 9
1.5.1 Endotheliale Dysfunktion und oxidativer Stress ... 9
1.5.2 Flow-mediated-Dilation ... 10
1.5.3 Kardiovaskuläre Risikofaktoren und Medikamente als Einflussfaktoren auf die endotheliale Dysfunktion... 11
1.5.4 Endotheliale Dysfunktion als Prädiktor für kardiovaskuläre Ereignisse ... 13
1.6 Thrombozyten und Thrombozytenaggregationshemmung ... 14
1.6.1 Thrombozytenaktivierung und Thrombenentstehung ... 14
1.6.2 Thrombozyten und Inflammation ... 15
1.6.3 Thrombozytenaggregationshemmung ... 15
1.6.4 Clopidogrel ... 16
1.6.5 Prasugrel ... 17
1.6.6 Weitere ADP-Rezeptor-Antagonisten ... 19
2 Material und Methoden ... 24 2.1 Studiendesign ... 24 2.1.1 Studienaufbau... 24 2.1.2 Einschlusskriterien ... 26 2.1.3 Ausschlusskriterien ... 26 2.1.4 Durchgeführte Untersuchungen ... 27
2.2 Messung der Endothelfunktion mittels Flow-mediated-Dilation ... 28
2.2.1 Flow-mediated-Dilation ... 28
2.2.2 Auswertung der Messung ... 29
2.3 Platelet-Adhesion-Assay ... 30
2.4 Oxygen-To-See (Micro-Lightguide-Spectrometer) ... 31
2.4.1 Oxygen-To-See ... 31
2.4.2 Weißlichtspektrometrie ... 31
2.4.3 Laser-Doppler-Spektroskopie ... 32
2.4.4 Normalwerte der Messung ... 32
2.4.5 Durchführung der Messung ... 32
2.5 Routinelabor ... 34 2.5.1 Differentialblutbild ... 34 2.5.2 Klinische Chemie ... 35 2.5.3 Gerinnungsparameter ... 36 2.6 Statistische Auswertung ... 36 3 Ergebnisse... 38
3.1 Patientenkollektiv und Randomisierung ... 38
3.2 Klinische Parameter, kardiovaskuläre Risikofaktoren und Medikamente ... 38
3.2.1 Zusammenfassung klinische Parameter ... 40
3.3 Vitalparameter ... 40
3.4 Laborchemische Daten ... 42
3.4.1 Zusammenfassung Laborchemische Daten ... 47
3.5 Endothelfunktion ... 48 3.5.1 Zusammenfassung Endothelfunktion ... 49 3.6 Platelet-Adhesion-Assay ... 52 3.6.1 Zusammenfassung PADA-Testwerte ... 53 3.7 Oxygen-To-See (O2C) ... 54 3.7.1 Zusammenfassung O2C-Messdaten ... 55 4 Diskussion ... 60 4.1 Motivation ... 60
4.2 Zusammenfassung der Ergebnisse ... 60
4.3 Endothelfunktion ... 61 4.4 Oxygen-To-See (O2C) ... 63 4.5 Studienlimitationen ... 64 4.5.1 Statine ... 64 4.5.2 Taille-Hüft-Verhältnis ... 64 4.5.3 Laborchemische Daten ... 64 4.5.4 Vitalparameter ... 65 4.5.5 Patientenzahl ... 65 5 Zusammenfassung ... 66 6 Abkürzungsverzeichnis ... 67 7 Abbildungsverzeichnis ... 70 8 Tabellenverzeichnis ... 71 9 Literaturverzeichnis ... 72 10 Danksagung ... 91 11 Lebenslauf ... 92 12 Eidesstattliche Versicherung ... 93
1 Einleitung
1.1 Koronare Herzerkrankung
Die chronisch ischämische Herzerkrankung und der akute Myokardinfarkt waren im Jahr 2011 die häufigsten Todesursachen in der Bundesrepublik Deutschland (Statistisches Bundesamt, Wiesbaden 2013). Ursächlich in der Entstehung der koronaren Herzerkrankung (KHK) ist die Arteriosklerose, bei der es zu einer Verengung der Blutgefäße kommt. Diese wird durch eine Akkumulation von Lipiden und deren Oxidation durch reaktive Sauerstoffspezies (Reactive-Oxygen-Species, ROS) hervorgerufen. Es kommt zu einer Migration von Makrophagen und T-Zellen in die Intima, wodurch schließlich mit Lipiden beladene Schaumzellen entstehen. Es entstehen Plaques mit einem nekrotischen Kern aus Cholesterinkristallen und apoptotischen Zellen, bedeckt von einer fibroatheromatösen Schicht aus Kollagen und glatten Muskelzellen (Weber und Noels 2011). Plaques, Plaqueruptur und sich bildende Thromben können dann zu akuten Ereignissen wie einer instabilen Angina Pectoris (AP) und einem Myokardinfarkt führen (Libby 2001).
1.2 Pathogenese der koronaren Herzerkrankung
1.2.1 Vaskuläre Entzündung und Plaqueentstehung
Ein entscheidender Faktor bei der Entstehung von Arteriosklerose ist eine vaskuläre Entzündung (Ross 1999). Das Endothel, ein einschichtiges Plattenepithel, welches die Gefäße von innen auskleidet (Pschyrembel klinisches Wörterbuch 2011), übernimmt physiologisch eine wichtige Rolle in der Homöostase des Gefäßtonus (Rubanyi 1993). Virchow beschrieb 1856 die Entstehung von Atheromen als Antwort auf eine Verletzung der arteriellen Intima durch eine mechanische Reizung, welche zu Degeneration und Entzündung führe (Virchow 1856). 1973 etablierten Ross und Glomset die Response-To-Injury-Hypothese, die besagt, dass eine kontinuierliche endotheliale Verletzung den arteriosklerotischen Prozess initiiert (Ross und Glomset 1973). Inzwischen wird davon ausgegangen, dass vielmehr eine endotheliale Dysfunktion, als die
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endotheliale Verletzung am initialen Krankheitsgeschehen beteiligt ist (Ross 1999). Das Low-Densitiy-Lipoprotein (LDL) spielt hierfür eine wichtige Rolle. Insbesondere oxidiertes LDL-Cholesterin initiiert eine Kette von Zell-Aktivierung, endothelialer Dysfunktion und lokaler Inflammation und führt zu einer prokoagulativen Oberfläche. Endothelzell-Adhäsionsmoleküle und Enzyme, die oxidativen Stress fördern, werden exprimiert. Dies führt zur Endotheldysfunktion, einer Thromboseneigung an der Endotheloberfläche und einer chronischen geringgradigen Entzündung. Durch die Inflammation werden Chemokine wie Interleukine, Wachstumsfaktoren und Zell-Adhäsionsmoleküle sezerniert. Monozyten und T-Lymphozyten modulieren die Immunantwort (Gonzalez und Selwyn 2003). Makrophagen sezernieren toxische Stoffe, welche zur Adhäsion von Thrombozyten führen. Die Makrophagen, Thrombozyten und das Endothel sezernieren wiederum verschiedene Wachstumsfaktoren, die zu einer Migration und Proliferation von glatten Muskelzellen führen. An der Gefäßwand können sowohl fibrointimale Läsionen, als auch lipidhaltige Läsionen entstehen. Auf dieser Basis können sich Thromben bilden und zu weiterem Wachstum der arteriosklerotischen Plaques führen (Fuster et al. 1992). Im Rahmen der chronischen Entzündungsreaktion und eines veränderten Redoxstatus kommt es durch reaktive Sauerstoffspezies zur Expression von proinflammatorischen Genen. Diese vereinfachen eine Leukozyten-Endothel-Interaktion. ROS können zusätzlich verschiedene Mitogen-Activated-Protein-Kinasen (MAP-Kinasen) und Tyrosinkinasen aktivieren, welche die Proliferation glatter Gefäßmuskelzellen und die Migration von Fibroblasten stimulieren. Thyrosinphosphatasen, welche diesen entgegenwirken, werden durch reaktive Sauerstoffspezies inaktiviert (Förstermann 2008). Sowohl arteriosklerotische Plaques als auch die endotheliale Dysfunktion entstehen zuerst an Gefäßzweigungen. Es wird vermutet, dass die endotheliale Dysfunktion den okklusiven arteriellen Gefäßerkrankungen vorausgeht (Celermajer 1997; Mano et al. 1996; Zeiher et al. 1991; McLenachan et al. 1991).
1.2.2 Plaqueruptur und Thrombusbildung
Als Endpunkt der Endotheldysfunktion kommt es durch Intimaverdickung, Plaqueformation und Plaqueruptur schließlich zu klinischen Events (Gonzalez und Selwyn 2003). Durch die Ruptur von arteriosklerotischen Plaques wird der lipidreiche, thrombogene Kern exponiert. Thrombozyten binden an den
Von-Willebrand-Faktor und subendotheliale Kollagene. Der Kontakt mit lokalen Agonisten wie Adenosindiphosphat (ADP), Thromboxan-A2, Thrombin und Kollagen führt zur Plättchenaktivierung und -degranulation. Durch die Plättchenaktivierung wird die Gerinnungskaskade über verschiedene Mechanismen aktiviert, welche letztendlich zur Bildung von Thrombin, der Spaltung von Fibrinogen in Fibrin und einer Fibrinbrückenbildung zwischen den Thrombozyten führt. Es entsteht ein Thrombus (Muhlestein 2010). Der bei der Plaqueruptur entstehende Thrombus kann zum Wachstum des Plaques beitragen. Falls das Gefäßlumen verlegt wird, kann es außerdem zu einem akuten Koronarsyndrom wie instabiler Angina Pectoris oder Myokardinfarkt kommen (Fuster et al. 1992).
Die Entstehung von arteriosklerotischen Plaques und die Thrombusbildung sind in Abbildung 1 schematisch dargestellt.
Einleitung
Abbildung 1 Die Entstehung von arteriosklerotischen Plaques (Libby et al. 2011)
Die normale Gefäßwand wird in a dargestellt. Sie besteht aus drei Schichten, der Intima, der Media und der Adventitia. Die Intima ist mit einer einzelligen Schicht aus Endothelzellen ausgekleidet und enthält glatte Muskelzellen. In der Media befinden sich glatte Muskelzellen in einem Bett aus Extrazellulärmatrix. Die Adventitia ist die Außenschicht der Arterie und enthält Mastzellen, Nervenendigungen und kleine Blutgefäße. Die initialen Schritte der Arteriosklerose sind in b dargestellt. Es kommt zur Adhäsion von Leukozyten an die Endothelschicht, deren Migration in die Intima und der Reifung von Monozyten zu Makrophagen und Schaumzellen. Im Verlauf (c) kommt es zur Migration von glatten Muskelzellen in die Intima und deren Proliferation. Es gibt eine erhöhte Synthese von Extrazellulärmatrix wie Kollagen. Durch die Apoptose von glatten Muskelzellen und Makrophagen bilden sich Plaques mit einem nekrotischen Kern. Zusätzlich finden sich in fortgeschrittenen Plaques Cholesterinkristalle und Mikrogefäße. Bei der Ruptur der fibrösen Schicht des Plaques kommt es zur Plättchenadhäsion und Thrombusformation (d).
1.3 Instabile Angina Pectoris
1.3.1 Instabile Angina Pectoris
Die instabile Angina Pectoris ist eine Form des akuten Koronarsyndroms. Sie ist entweder neu (de-novo-AP), an Häufigkeit, Dauer oder Intensität progredient (Crescendo-AP) oder in Ruhe auftretend (Pschyrembel Klinisches Wörterbuch online (2004) 2011a–2013). Hierbei verspüren die Patienten typische klinische Symptome wie Brustschmerzen, ohne dass das Elektrokardiogramm eine ST-Strecken-Elevation zeigt. Die instabile Angina Pectoris ist häufig die Folge der
pathologischen Prozessen, die den Blutfluss vermindern. Wenn nach zweimaliger negativer und mindestens sechs Stunden auseinander liegender Messung keine kardialen Nekrosemarker (Troponin, inhibitorische Untereinheit (Troponin I), Troponin, tropomyosinbindende Untereinheit (Troponin T) und Muscle-Brain-Typ-Kreatinkinase (Myokardtyp, CK-MB)) vorliegen, wird von einer instabilen Angina Pectoris gesprochen. Finden sich die kardialen Nekrosemarker, besteht ein Nicht-ST-Hebungsinfarkt (Non-ST-Elevation-Myocardial-Infarction, NSTEMI) (Anderson et al. 2007).
1.3.2 Perkutane koronare Intervention
Die perkutane koronare Intervention (Percutaneous Coronary Intervention, PCI), welche 1977 von Grüntzig etabliert wurde, ist inzwischen zur am häufigsten durchgeführten therapeutischen Prozedur in der Medizin geworden (Stefanini und Holmes 2013). Bei der perkutanen koronaren Intervention erfolgt meist die Implantation eines koronaren Stents. Dessen Einsatz kann mit Komplikationen einhergehen. Eine davon ist die Stentthrombose. Hierbei ruft der Stent als thrombogener intravasuklärer Fremdkörper eine Plättchenaggregation hervor. Diese ist assoziiert mit einer hohen Rate von Morbidität und Mortalität. Ein Myokardinfarkt wird in 60-100 % der Fälle beschrieben, die Mortalitätsrate beträgt 16-40 % (Fassa und Urban 2012). Eine pharmakologische Therapie zur Vermeidung dieses Ereignisses ist somit essentiell. Die Gabe des Thienopyridins Ticlopidin gemeinsam mit Acetylsalicylsäure (ASS) ist Vitamin-K-Antagoisten in der Prävention einer Stentthrombose überlegen (Leon et al. 1998). Eine Therapie mit Clopidogrel und ASS nach koronarem Stenting zeigte sich bei gleicher Efficacy bezüglich der Prävention von kardialen Events in Bezug auf die Sicherheit einer Therapie mit Ticlopidin und ASS überlegen, da es zu einer geringeren Rate von Blutungen, Neutropenie oder Thrombozytopenie kam (Bertrand et al. 2000). Die aktuellen Leitlinien der europäischen Gesellschaft für Kardiologie für Patienten mit akutem Koronarsyndrom ohne ST-Strecken-Elevation von 2011 empfehlen zusätzlich zu einer Langzeittherapie mit Acetylsalicylsäure eine Therapie mit einem P2Y12-Rezeptor-Inhibitor (Clopidogrel, Prasugrel oder Ticagrelor) für 12 Monate (Hamm et al. 2011). Nach erfolgter PCI reduziert eine Langzeittherapie mit Clopidgrel zusätzlich zu ASS das Risiko für kardiovaskuläre Ereignisse (Steinhubl et al. 2002; Mehta und Yusuf 2003; Bellemain-Appaix et al. 2012).
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1.4 Endothelfunktion
1.4.1 Stickstoffmonoxid-Synthese
Sowohl arteriosklerotische Plaques als auch die endotheliale Dysfunktion entstehen zuerst an Gefäßzweigungen. Es wird vermutet, dass die endotheliale Dysfunktion den okklusiven arteriellen Gefäßerkrankungen vorausgeht (Celermajer 1997; Mano et al. 1996; Zeiher et al. 1991; McLenachan et al. 1991). Das Endothel übernimmt physiologisch eine wichtige Rolle in der Homöostase des Gefäßtonus (Rubanyi 1993). Die Rolle des Endothels für die Vasodilatation wurde 1980 erstmals von Furchgott und Zawadzki beschrieben, welche feststellten, dass die Vasodilatation einer Kaninchenaorta durch eine Stimulation mit Acetylcholin in vitro nur bei intaktem Endothel möglich war. Hieraus schlossen sie, dass das Endothel einen Botenstoff synthetisiert, welcher eine Relaxation der glatten Gefäßmuskulatur vermittelt (Furchgott und Zawadzki 1980). Dieser Endothelium-Derived-Relaxing-Factor (EDRF) wurde später als Stickstoffmonoxid (Nitric Oxide, NO) identifiziert (Ignarro et al. 1987b; Ignarro et al. 1987a; Palmer et al. 1987). Stickstoffmonoxid wird im Körper durch das Enzym NO-Synthase synthetisiert. Hiervon gibt es drei Isoformen:
die konstitutiv exprimierte neuronale NO-Synthase I (nNOS)
die induzierbare NO-Synthase II (iNOS)
die konstitutiv exprimierte endotheliale NO-Synthase III (eNOS)
Von allen drei Isoformen hat die endotheliale NO-Synthase den bedeutendsten Einfluss auf das kardiovaskuläre System (Li und Förstermann 2000). Die Synthese von NO erfolgt aus L-Arginin (Palmer et al. 1988). Alle NO-Synthasen synthetisieren NO aus L-Arginin, Sauerstoff (O₂) und Nikotinamid-Adenin-Dinucleotid-Phosphat (NADPH), mithilfe der Cofaktoren Flavin-Adenin-Dinucleotid (FAD), Flavin-Mononucleotid (FMN), (6R-)5,6,7,8-Tetrahydrobiopterin (BH₄) und Eisen-Protoporphyrin (Häm). Die NO-Synthase ist ein Homodimer, welcher Elektronen von NADPH an der carboxyterminalen Reduktionsstelle über FAD und FMN zur Häm-Bindungsstelle an der aminoterminalen Oxidationsstelle transferiert. Dort wird die Reaktion von O₂, L-Arginin und NADPH zu NO, L-Citrullin und NADP katalysiert (Alderton et al. 2001). Die Aktivität der eNOS und die NO-Bildung wird
wird durch eine Erhöhung der Kalziumkonzentration in die Zelle zur Bindung aktiviert (Abu-Soud und Stuehr 1993). Ein weiterer Regulationsmechanismus ist erhöhter Scherstress, welcher eine Phosphorylierung des Enzyms und damit eine erhöhte Aktivität hervorruft. Phosphorylierungen an verschiedenen Stellen erfolgen ebenfalls durch Östrogen, Vascular-Endothelial-Growth-Factor, Insulin und Bradykinin (Fleming und Busse 2003). Die Synthese von NO ist in Abbildung 2 schematisch dargestellt.
Abbildung 2 NO-Synthese (Alderton et al. 2001)
Elektronen fließen von NADPH über FAD und FMN von der Reduktionsstelle zur Oxidationsstelle der NO-Synthase. Hier interagieren sie mit dem Häm-Eisen und BH₄ am aktiven Zentrum und es wird die Bildung von NO und Citrullin aus Arginin und O₂ katalysiert. Für den Elektronenfluss durch die Reduktionsstelle wird die Bindung von Ca2+ / Calmodulin benötigt.
1.4.2 Effekte von Stickstoffmonoxid
Das in den Endothelzellen synthetisierte NO hat verschiedene Effekte und Zielproteine. Von sehr großer Bedeutung ist die Regulierung des Vasotonus. Die endothelabhängige Vasodilatation wird durch die Bildung von zyklischem Guanosinmonophosphat (cGMP) in den glatten Gefäßmuskelzellen vermittelt (Rapoport und Murad 1983). NO aktiviert die Guanulatzyklase und führt so zur Bildung von cGMP (Arnold et al. 1977). Das entstandene cGMP aktiviert die cGMP-abhängige Proteinkinase (PKG), welche den Kalziumfluss in der Zelle reguliert und zu einer Verminderung der Kalziumkonzentration führt (Andriantsitohaina et al. 1995; Collins et al. 1986). Zusätzlich führt die aktivierte
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PKG zu einer Verminderung der Kalziumsensitivität der kontraktilen Elemente (Sauzeau et al. 2000). Insgesamt bewirkt die PKG damit eine verminderte Kontraktilität und senkt den Vasotonus (Klinger 2007). Das Endothel reagiert auf Scherstress und Flussbelastungen mit einer Phosphorylierung der eNOS. Dies führt zu deren erhöhter Aktivität und einer vermehrten NO-Synthese und somit einer Vasodilatation (Dimmeler et al. 1999). So können sich Arterien an wechselnden Scherstress und Fluss anpassen (Gonzalez und Selwyn 2003). Die gefäßdilatierende Wirkung ist nicht der einzige Effekt von NO. Es verhindert weiterhin die Plättchenaggregation und -adhäsion an die Gefäßwand und kann somit thrombotischen Gefäßverschlüssen vorbeugen (Alheid et al. 1987; Radomski et al. 1987; Graaf et al. 1992). Das vaskuläre Remodeling wird ebenfalls durch NO moduliert. Bei Remodeling-Stimuli wird durch dieses die Proliferation von glatten Gefäßmuskelzellen gehemmt (Cornwell et al. 1994). Ist die Synthese von NO jedoch beeinträchtigt kommt es hingegen durch eine Hyperplasie zu einer paradoxen Erhöhung der Gefäßwanddicke. Dies könnte pathologische Veränderungen der Gefäßmorphologie bei Erkrankungen wie arterieller Hypertonie und Arteriosklerose erleichtern (Rudic et al. 1998). NO hat zusätzlich Effekte auf die vaskuläre Entzündung, denn es reguliert die mikrovaskuläre Leukozyten-Endothel-Interaktion, indem es das Rolling und die Adhäsion von Leukozyten durch eine verminderte Expression von Adhäsionsmolekülen senkt (Gauthier et al. 1995). NO hat weiterhin eine Wirkung auf die Expression von Genen, die mit Arteriosklerose in Verbindung stehen. Es vermindert unter anderem die Expression eines chemotaktischen Zytokins, welches für die Monozytenrekrutierung zuständig ist. Einer der ersten Schritte in der Pathogenese von Arteriosklerose ist die Migration von Monozyten in die Gefäßwand. NO hat somit einen präventiven Effekt bei der frühen Entstehung von Arteriosklerose (Zeiher et al. 1995). Zusätzlich verringert NO die Apoptose von Endothelzellen. Diese wird durch proinflammatorische und proarteriosklerotische Moleküle wie reaktive Sauerstoffspezies und Angiotensin II initiiert. Eine Apoptose der Endothelzellen ist in der Entstehung von Arteriosklerose ein weiterer proinflammatorischer Stimulus (Dimmeler und Zeiher 1999). Eine Angiogenese mit der Bildung von Kollateralen und einer größeren Kapillardichte sind wichtige kompensatorische Antworten auf eine Gewebeischämie. Die eNOS ist ein
die Angiogenese von Patienten mit Arteriosklerose reduzieren. So zeigte sich, dass eine diätische Erhöhung von L-Arginin die endogene NO-Produktion und die Bildung von Kollateralen bei ischämischen Kaninchenhinterbeinen signifikant erhöhte. Patienten mit ischämischer Herzkrankheit und verminderter NO-Bioaktivität zeigen eine verminderte Regeneration (Murohara et al. 1998; Aicher et al. 2003).
1.5 Endotheliale Dysfunktion
1.5.1 Endotheliale Dysfunktion und oxidativer Stress
Durch eine Verletzung oder Aktivierung des Endothels kann es zur endothelialen Dysfunktion kommen. Hierbei entsteht ein unausgewogenes Verhältnis von Faktoren, welche den Vasotonus, die Thrombogenität und das Wachstum des Endothels regulieren. Es kommt zu Vasospasmen, Thrombusbildung und Arteriosklerose (Rubanyi 1993). Die endotheliale Dysfunktion ist definiert als Funktionsstörung des Gefäßendothels mit gestörtem Gleichgewicht zwischen endothelial sezernierten vasodilatatorisch (z.B. EDRF) und vasokonstriktorisch (z.B. Endothelin) wirksamen Autakoiden, wobei die vasokonstriktorischen überwiegen (Pschyrembel Klinisches Wörterbuch online (2004) 2011b–2013). Dies bedeutet, dass das Endothel keine ausreichenden Mengen von aktivem NO bildet, um eine NO-abhängige Vasodilatation hervorzurufen (Förstermann und Sessa 2012). Eine Ursache für die Endotheldysfunktion ist oxidativer Stress, der durch die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies gekennzeichnet ist. Diese beinhalten freie Radikale, Sauerstoffanionen und Peroxide. Oxidativer Stress entsteht, wenn die Konzentration von reaktiven Sauerstoffspezies diejenige von antioxidativen Abwehrmechanismen übersteigt (Förstermann 2008). Reaktive Sauerstoffspezies können durch verschiedene Enzyme entstehen. Hierzu gehören unter anderem die NADPH-Oxidase, die eNOS und die Xanthinoxidase (Mueller et al. 2005). Die NADPH-Oxidase kann durch Angiotensin II aktiviert werden und die vaskuläre Produktion von Superoxiden (O₂¯) erhöhen. Hierdurch wiederum kann es zur Entkopplung der eNOS und somit zu einer gestörten NO-Synthese und endothelialer Dysfunktion kommen (Mollnau et al. 2002). Aus Superoxid kann durch die Superoxiddismutase Wasserstoffperoxid (H₂O₂) entstehen. Dieses erhöht die eNOS-Expression durch transkriptionale und posttranskriptionale
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Mechanismen und ist so an der Regulation der eNOS-Expression beteiligt (Drummond et al. 2000). Superoxid kann mit NO zum potenten Oxidans Peroxynitrit reagieren. Peroxynitrit wiederum oxidiert Tetrahydrobiopterin, den essentiellen Cofaktor der eNOS zum biologisch inaktiven 7,8-dihydropterin (Milstien und Katusic 1999). In Abwesenheit von Tetrahydrobiopterin wird die eNOS entkoppelt und produziert nun reaktive Sauerstoffspezies anstelle von NO. Da nicht die komplette eNOS entkoppelt wird, werden sowohl NO als auch ROS produziert. Hieraus entsteht wiederum Peroxynitrit, welches dann erneut eine Oxidation von Tetrahydrobiopterin bewirken kann. Somit wird die Entkopplung der eNOS aufrechterhalten und es kommt zu einer andauernden Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies durch das Endothel selbst (Landmesser et al. 2003). Eine weitere Quelle von Superoxid ist über eine Aktivierung der Xanthinoxidase des Endothels bei Hypercholesterinämie (Ohara et al. 1993). Freie Sauerstoffradikale können NO direkt inaktivieren und auch auf diese Weise zur endothelialen Dysfunktion beitragen. Die Enzymaktivität der Superoxiddismutase, einem Enzym der Gefäßwand, welches antioxidative Effekte hat, ist bei Patienten mit koronarer Herzerkrankung vermindert. Die Enzymaktivität korreliert mit der endothelabhängigen Vasodilatation, sodass vermutet werden kann, dass eine reduzierte Aktivität der Superoxiddismutase ebenfalls zur endothelialen Dysfunktion beiträgt (Landmesser et al. 2000).
1.5.2 Flow-mediated-Dilation
Die Flow-mediated-Dilation (FMD, Fluss-abhängige Vasodilatation) der Arteria (A.) brachialis wurde zuerst von Celermajer et al. beschrieben. Es handelt sich um eine nichtinvasive Methode zur Bestimmung von Veränderungen der vaskulären Physiologie. Mit hochauflösendem Ultraschall werden der Durchmesser der Arteria brachialis in Ruhe und dessen Veränderungen bei reaktiver Hyperämie gemessen. Die reaktive Hyperämie vermittelt über einen erhöhten Fluss eine endothelabhängige Dilatation. Bei gesundem Endothel vermittelt ein erhöhter Fluss die Ausschüttung von EDRF. Bei der endothelialen Dysfunktion ist das Endothel unfähig EDRF auszuschütten. Eine nach der Applikation von sublingualem Glyceroltrinitrat gemessene Dilatation ist ein Maß für die endothelunabhängige Dilatation (Celermajer et al. 1992). Um einen Flussstimulus zu vermitteln wird eine Blutdruckmanschette für einen definierten Zeitraum
aufgepumpt und die Arterie okkludiert. Hierdurch entsteht eine Ischämie in den peripheren Widerstandsgefäßen, die durch autoregulative Mechanismen eine Vasodilatation vermittelt. Wird die Blutdruckmanschette wieder abgelassen, entsteht eine reaktive Hyperämie in den dilatierten Widerstandsgefäßen. Der nun entstehende Scherstress ist ein Stimulus für die Freisetzung von NO aus dem Endothel und erklärt die Fluss-abhängige Dilatation des Gefäßes. Das Ausmaß der Vasodilatation kann dann als Ausdruck der vasomotorischen Funktion abgebildet und quantifiziert werden (Corretti et al. 2002).
1.5.3 Kardiovaskuläre Risikofaktoren und Medikamente als Einflussfaktoren auf die endotheliale Dysfunktion
Risikofaktoren für kardiovaskuläre Erkrankungen wie die arterielle Hypertonie, die Hypercholesterinämie und der Diabetes mellitus können die Konzentration von reaktiven Sauerstoffspezies in der Gefäßwand dramatisch erhöhen (Li et al. 2006; Hink et al. 2001; Warnholtz et al. 1999). Auch die endotheliale Dysfunktion ist mit den Risikofaktoren arterielle Hypertonie, Dyslipidämie, Diabetes mellitus, Alter und Nikotinkonsum assoziiert (Flammer et al. 2012). Eine Endotheldysfunktion findet sich bereits bei Kindern mit Hypercholesterinämie ab sieben Jahren (Sorensen et al. 1994). Bei Patienten mit Hypercholesterinämie ist die endothelabhängige Vasodilatation auch ohne den Nachweis von epikardialen arteriosklerotischen Läsionen im Vergleich zu Personen mit einem normwertigen Cholesterin vermindert (Chowienczyk et al. 1992; Zeiher et al. 1993). Die Therapie mit dem 3-Hydroxy-3-Methylglutaryl-Coenzym-A (HMG-CoA)-Reduktasehemmer Simvastatin führte bei Patienten mit erhöhten Serumcholersterinwerten und einer Angina Pectoris oder einem Myokardinfakt in der Vorgeschichte zu einer Senkung des Gesamtcholesterins und des LDL-Cholesterins, sowie zu einer Erhöhung des HDL-Cholesterins. Es kam zu einem verbesserten Überleben und zu weniger kardialen Events wie Myokardinfarkt und Herzstillstand (Scandinavian Simvastatin Survival Study 1994). Durch die Therapie mit HMG-CoA-Reduktasehemmern konnte ebenfalls eine Verbesserung der Endothelfunktion gezeigt werden (Anderson et al. 1995b; O'Driscoll et al. 1997). Diese besteht zusätzlich zur cholesterinsenkenden Wirkung. Liu et al. verglichen die Wirkungen einer Hochdosistherapie mit Simvastatin mit einer Niedrigdosistherapie mit Simvastatin plus Ezetimib. Hierbei zeigte sich, dass es bei einer gleichen Reduktion der
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Cholesterinwerte nur durch die Hochdosistherapie mit Simvastatin zu einer Verbesserung der Flow-mediated-Dilation kam, bei einer Niedrigdosistherapie mit Simvastatin in Kombination mit Ezetimib jedoch nicht. Somit lässt sich vermuten, dass Statine einen über die cholesterinsenkende Wirkung hinausgehenden Benefit haben (Liu et al. 2009). Patienten mit essentieller Hypertonie zeigen eine signifikant niedrigere endothelabhängige Vasodilatation der Arteria brachialis im Vergleich zu einer normotensiven Kontrollgruppe (Panza et al. 1990). Auch die acetylcholinabhängige Vasodilatation ist bei Patienten mit essentieller Hypertonie vermindert (Linder et al. 1990). Bei der arteriellen Hypertonie kommt es durch Angiotensin II zur vermehrten Aktivität der NADPH-Oxidase, einer hierdurch induzierten Superoxidproduktion und einer eNOS-Entkopplung mit einer hieraus resultierenden endothelialen Dysfunktion (Mollnau et al. 2002; Griendling et al. 1994). Angiotensin-Converting-Enzyme (ACE)-Hemmer und Angiotensin-II-Typ-I-Rezeptor (AT1)-Antagonisten können also indirekte antioxidative Effekte haben, indem sie die Aktivierung der NADPH-Oxidase verhindern (Förstermann 2008). Durch eine 4-wöchige Therapie mit sowohl ACE-Hemmern als auch AT1-Antagonisten zeigte sich bei Patienten mit koronarer Herzerkrankung eine in ähnlicher Größenordnung verbesserte Endothelfunktion durch eine Erhöhung der NO-Bioverfügbarkeit (Hornig et al. 2001). Auch bei Patienten mit essentieller Hypertonie zeigte eine Therapie mit dem AT1-Rezeptorantagonisten Valsartan unabhänging von der Blutdrucksenkung eine verbesserte basale NO-Produktion (Klingbeil et al. 2003). Klinische Daten zeigen, dass ebenfalls mit einer Hypercholesterinämie eine Hochregulierung des AT1-Rezeptors, eine verminderte endotheliale Vasodilation und eine erhöhte NADPH-abhängige Superoxidproduktion assoziiert ist. Durch eine Therapie mit AT1-Rezeptorantagonisten konnte die Endothelfunktion verbessert und die Superoxidproduktion vermindert werden (Warnholtz et al. 1999). ACE-Hemmer verbessern die Endothelfunktion signifikant im Vergleich zu Betablockern und Kalziumkanalblockern, jedoch gleichermaßen wie AT1-Rezeptor-Antagonisten (Shahin et al. 2011). Eine Therapie mit Kalziumkanalblockern (Frielingsdorf et al. 1996; Verhaar et al. 1999) oder Betablockern (Münzel und Gori 2009; Ritter 2001; Matsuda et al. 2000) führt jedoch ebenfalls zu einer Verbesserung der Endothelfunktion.
1.5.4 Endotheliale Dysfunktion als Prädiktor für kardiovaskuläre Ereignisse
Um zu untersuchen, ob mittels der endothelialen Dysfunktion auch prognostische Aussagen über das Risiko für ischämische Ereignisse zu treffen sind, untersuchten Heitzer et al. das Auftreten zukünftiger kardiovaskulärer Ereignisse wie plötzlichem Herztod, Myokardinfarkt, Schlaganfall, koronare Angioplastie und koronarer oder peripherer Bypass-Operation bei Patienten mit einer koronaren Herzerkrankung über einen Zeitraum von 4,5 Jahren. Es zeigte sich, dass die endotheliale Dysfunktion ein unabhängiger Prädiktor für das Auftreten von zukünftigen kardiovaskulären Ereignissen ist (Heitzer et al. 2001). Dies zeigte sich ebenfalls in einer Untersuchung von Halcox et al., in der sich die koronare endotheliale Dysfunktion als ein unabhängiger Prädiktor für das Auftreten zukünftiger kardiovaskulärer Ereignisse sowohl bei Patienten mit als auch ohne koronare Herzerkrankung erwies (Halcox et al. 2002). Eine Therapie zur Senkung des kardiovaskulären Risikoprofils durch eine optimale Blutdruckeinstellung bei postmenopausalen Frauen mit Hypertonie zeigte eine Verbesserung der Endothelfunktion bei einem Großteil der Patientinnen. Ein Nichtansprechen der Endothelfunktion auf die Therapie war mit einem erhöhten Risiko für kardiovaskuläre Ereignisse behaftet (Modena et al. 2002). Auch die Bestimmung der Endothelfunktion mittels peripher am Unterarm gemessener Flow-mediated-Dilation war ein unabhängiger Prädiktor für zukünftige kardiovaskuläre Ereignisse (Karatzis et al. 2006; Ras et al. 2012; Neunteufl et al. 2000). Diese korreliert mit der koronaren endothelabhängigen Vasodilatation (Anderson et al. 1995a). Die Flow-mediated-Dilation ist nicht nur ein Prädiktor für kardiovaskuläre Ereignisse, sondern korreliert ebenfalls mit dem Krankheitsprogress und kann als Prädiktor für die Krankheitsentwicklung herangezogen werden. Halcox et al. untersuchten die Intima-Media-Dicke der Arteria carotis und die Endothelfunktion mittels Flow-mediated-Dilation in einer prospektiven Studie bei Probanden ohne kardiovaskuläre Erkrankungen mit einem niedrigen bis mittleren Risikoprofil. Die Endothelfunktion war mit dem Progress einer präklinischen Karotisverdickung über sechs Jahre assoziiert. Konventionelle Risikofaktoren waren nicht signifikant mit dem Progress assoziiert. Dies zeigt, dass die endotheliale Dysfunktion wahrscheinlich nicht nur bei bestehender Arteriosklerose, sondern auch bei der initialen Entstehung eine Rolle spielt (Halcox et al. 2009) und zusätzlich am weiteren Progress kardiovaskulärer Erkrankungen beteiligt ist (Vita 2011).
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1.6 Thrombozyten und Thrombozytenaggregationshemmung
1.6.1 Thrombozytenaktivierung und Thrombenentstehung
Unter physiologischen Bedingungen sind Thrombozyten an der Hämostase nach traumatischen Gefäßverletzungen beteiligt. Die Funktion der Thrombozyten setzt sich aus Adhäsion, Aktivierung und Aggregation zusammen (Ruggeri 2002). Die Plättchen binden und aggregieren an Stellen von Gefäßverletzungen. Die initiale Plättchenadhäsion und -aktivierung wird von subendothelialem Kollagen und dem Von-Willebrand-Faktor vermittelt (Savage et al. 1998; Kulkarni et al. 2000). Nach der initialen Adhäsion der Thrombozyten kommt es zur autokrinen und parakrinen Antwort durch die Plättchenaktivatoren ADP, Thromboxan-A2 und Thrombin. Sie erhalten die Adhäsion aufrecht, verstärken sie und rekrutieren weitere zirkulierende Thrombozyten, um einen hämostatischen Thrombus zu bilden (Davì und Patrono 2007; Andre et al. 2003; Kahn et al. 1999; Thomas et al. 1998). Zur stabilen und irreversiblen Aggregation wird dann mittels Fibrinogen und Von-Willebrand-Faktor über den Glykoprotein (GP)-IIb / IIIa-Rezeptor eine Quervernetzung der Thrombozyten vermittelt (Offermanns 2006; Savage et al. 1998; Kulkarni et al. 2000). Der Tissue-Factor ist ein essentieller Cofaktor für die Aktivierung der Gerinnungskaskade. Thrombozyten können diesen infolge einer Aktivierung synthetisieren und tragen auch auf diese Weise zur Vergrößerung und Stabilisierung des Thrombus bei (Schwertz et al. 2006). Auch Endothelzellen können Einfluss auf die Plättchenfunktion und Plättchenaggregation nehmen, da das durch sie sezernierte NO inhibitorisch auf Thrombozyten wirkt (Durante et al. 1992). In krankhaft veränderten Blutgefäßen kann es ebenfalls zur Thrombusbildung und zum Gefäßverschluss mit verminderter Durchblutung und Gewebeischämie kommen (Ruggeri 2002). Die Plättchenaggregation ist sowohl für die Bildung eines physiologischen hämostatischen Verschlusses bei Gefäßverletzungen, als auch für die Thrombusbildung bei rupturierten arteriosklerotischen Plaques verantwortlich (Kulkarni et al. 2000). Bei einer endothelialen Erosion und einer Plaqueruptur werden Matrixkomponenten der Gefäßwand wie Kollagene und der Von-Willebrand-Faktor dem Blutstrom exponiert, um dann eine Thrombozytenadhäsion, Thrombozytenaktivierung und Thrombozytenaggregation auszulösen und durch einen Thrombus zur klinischen
1.6.2 Thrombozyten und Inflammation
Thrombozyten spielen nicht nur bei der Hämostase eine Rolle, ihnen scheint auch ein entscheidender Anteil im Krankheitsgeschehen der Arteriosklerose als Initiator des Entzündungsprozesses der Gefäßwand zuzukommen. Infolge einer Aktivierung schütten die Thrombozyten proinflammatorische Moleküle aus, welche wiederum eine inflammatorische Antwort der Endothelzellen bewirken. Somit sorgen die Thrombozyten für die Sezernierung von chemotaktisch wirkenden Zytokinen und der Migration von Neutrophilen und Monozyten (Kroczek et al. 1998).
1.6.3 Thrombozytenaggregationshemmung
Der Thrombozyteninhibition wird nicht nur ein antithrombotischer, sondern auch ein plaquestabilisierender Effekt zugesprochen (Viles-Gonzalez et al. 2005). Es gibt Hinweise dafür, dass die Inhibition der Plättchenfunktion die Aktivität von inflammatorischen Markern modulieren kann. Der Mechanismus des antiinflammatorischen Effekts von Thrombozytenhemmern ist bisher nicht bekannt. Es gibt hierzu zwei wesentliche Hypothesen, die jeweils direkte oder indirekte Wirkungen von Thrombozytenhemmern vermuten. Die Hypothese der direkten Wirkung beruht darauf, dass die Thrombozytenhemmer direkte Effekte auf die inflammatorischen Mediatoren ausüben. Bei der Hypothese der indirekten Wirkung wird vermutet, dass die antiinflammatorischen Effekte sekundär aus der niedrigeren Thrombozytenaktivität resultieren. Die Frage, welcher Mechanismus hauptsächlich ursächlich ist, lässt sich anhand des aktuellen Forschungsstands nicht beantworten (Muhlestein 2010).
Acetylsalicylsäure war der erste Thrombozytenaggregationshemmer, der zur Primär- und Sekundärprophylaxe von kardiovaskulären Ereignissen eingesetzt wurde (Muhlestein 2010). Metaanalysen haben gezeigt, dass ASS kardiovaskuläre Todesfälle bei Hochrisikopatienten um 15 % und nicht-letale kardiovaskuläre Ereignisse um 30 % vermindert. Thrombozyten synthetisierien Thromboxan-A2 mittels der Cyclooxygenase aus Arachidonsäure. Es fungiert als Autakoid und vermittelt eine Hämostase, Vasokonstriktion und Plättchenaggregation (Thomas et al. 1998). ASS wirkt über eine Inhibition der Cyclooxygenase und verhindert so die Entstehung von Thromboxan-A2 und eine hierdurch vermittelte
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Thrombozytenaggregation und Vasokonstriktion (Patrono et al. 2004). ASS werden ebenfalls zusätzliche antiinflammatorische Effekte zugesprochen, da klinische Studien zeigen konnten, dass es inflammatorische Marker reduziert (Ikonomidis et al. 1999; Solheim et al. 2003).
Durch die Inhibition der Plättchenfunktion mit einem Glykoprotein-IIb / IIIa-Inhibitor konnte die Aktivität von inflammatorischen Markern vermindert werden (Neumann et al. 1999). Heitzer et al. untersuchten die Effekte von Glykoprotein-IIb / IIIa-Inhibitoren und konnten zeigen, dass diese ebenfalls die endotheliale Bioverfügbarkeit von NO bei Patienten mit koronarer Herzerkrankung verbesserten (Heitzer et al. 2003).
ADP wird in hoher Konzentration in den Granula der Thrombozyten gespeichert und bei deren Aktvierung ausgeschüttet (Offermanns 2006). Es wird von geschädigten Endothelzellen, Erythrozyten und aktivierten Thrombozyten sezerniert, führt zur Plättchenaggregation und potenziert die Wirkungen verschiedener Plättchenaktivatoren (Hollopeter et al. 2001). ADP vermittelt seine Wirkung auf Thrombozyten über den P2Y1-Rezeptor und den P2Y12-Rezeptor. Eine Hemmung des P2Y12-Rezeptors durch Antagonisten hat sich als eine wichtige therapeutische Maßnahme herausgestellt, da sich diese effektiv in der Prävention von Myokardinfarkten und ischämischen Ereignissen zeigt (Dorsam und Kunapuli 2004). Der P2Y12-Rezeptor kann durch die Thienopyridine Ticlopidin, Clopidogrel und Prasugrel gehemmt werden (Wallentin 2009).
1.6.4 Clopidogrel
Clopidogrel gehört zur Gruppe der Thienopyridine. Es blockiert die Plättchenaktivierung durch eine selektive und irreversible Inhibierung der Bindung von ADP an den ADP-Rezeptor von Thrombozyten und beeinflusst dadurch die Aktivierung des GP-IIb / IIIa-Komplexes. Dieser ist der Hauptrezeptor für Fibrinogen auf der Thrombozytenoberfläche (CAPRIE Steering Committee 1996). Clopidogrel ist ein Prodrug und inaktiv in vitro. In vivo wird es in der Leber über den Cytochrom-P-450 (CYP)-Metabolismus in den aktiven Metaboliten umgewandelt. Dies wird hauptsächlich durch die Cytochrom-P-450-Isoenzyme 3A4 und 1A2 reguliert. Die individuelle Plättchenhemmung durch Clopidogrel
Matetzky et al. 2004), ist variabel und normalverteilt (Gurbel et al. 2003). Es gibt eine interindividuelle Variabilität der plättchenhemmenden Wirkung von Clopidogrel und in verschiedenen Studien fand sich ein Anteil von 5-34 % von Patienten mit einer verminderten Antwort auf Clopidogrel (Semi- und Non-Responder) (Jernberg 2005; Müller et al. 2003; Gurbel et al. 2003). Bei gesunden Probanden mit einer Loss-of-Function-Variante der Cytochrom P-450-Enzyme CYP-2C19 und CYP-2C9 zeigte sich eine signifikant niedrigere Plasmakonzentration des aktiven Metaboliten von Clopidogrel sowie eine geringere Plättcheninhibierung und ein Low-Responder-Status (Brandt et al. 2007).
Klinische Studien haben gezeigt, dass eine Clopidogrel-Monotherapie und auch die Kombination mit ASS das Risiko für kardiovaskuläre Ereignisse bei Patienten mit einer symptomatischen ischämischen Gefäßerkrankung im Vergleich zu einer Monotherapie mit ASS signifikant vermindert (CAPRIE Steering Committee 1996; Yusuf et al. 2001; Steinhubl et al. 2002). Ein signifikanter Anteil von Patienten mit einem Myokardinfarkt gehört zur Gruppe der Non-Responder auf Clopidogrel. Der Non-Responder-Status ist mit einem erhöhten Risiko für wiederkehrende kardiovaskuläre Ereignisse assoziiert (Matetzky et al. 2004). Zusätzlich zum klinischen Benefit konnte gezeigt werden, dass eine Therapie mit Clopidogrel ebenfalls antiinflammatorische Effekte auf ischämische Koronarien ausübt (Molero et al. 2005). Weiterhin führte eine zusätzliche Therapie mit Clopidogrel bei Patienten mit einer symptomatischen koronaren Herzerkrankung und einer Langzeittherapie mit Acetylsalicylsäure zu einer signifikanten Verbesserung der endothelialen Bioverfügbarkeit von NO. Auch hier zeigte sich eine Reduzierung von Markern für Inflammation und oxidativen Stress nur bei einer zusätzlichen Gabe von Clopidogrel (Heitzer et al. 2006). Auch eine alleinige Therapie mit Clopidogrel bei Ratten mit Herzinsuffizienz führte zu einer signifikanten Verbesserung der endothelvermittelten, NO-abhängigen Vasodilatation (Schäfer et al. 2011).
1.6.5 Prasugrel
Wie Clopidogrel gehört auch Prasugrel zur Gruppe der Thienopyridine. Es führt zu einer irreversibeln, selektiven Blockade des P2Y12-Adenosin-Diphosphat-Rezeptors auf den Thrombozyten. Und wie Clopidogrel ist auch Prasugrel ein
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biologisch inaktives Prodrug und wird in vivo in einen aktiven Metaboliten umgewandelt (Niitsu et al. 2005; Serebruany 2006). Die Biotransformation von Prasugrel in seinen aktiven Metaboliten erfolgt zunächst über im Körper weit verbreitete Carboxylesterasen. Hieraufhin kommt es durch das Cytochrom-P-450-System zur Umwandlung in den aktiven Metaboliten. Diese Transformation kann durch verschiedene CYP-Enzyme katalysiert werden (Williams et al. 2008; Rehmel et al. 2006). Patienten mit einer koronaren Herzerkrankung und einer reduzierten Funktion des CYP-2C19-Enzyms zeigten eine verminderte Antwort auf Clopidogrel mit einer geringeren Generierung des aktiven Metaboliten und einer geringeren P2Y12-Inhibition, nicht jedoch auf Prasugrel (Varenhorst et al. 2009). Auch bei gesunden Probanden fand sich eine verminderte Antwort bei CYP-2C19- und CYP-2C9-Polymorphismen nur auf Clopidogrel und nicht auf Prasugrel. Möglicherweise wird die verminderte Aktivität in einem CYP-Enzym durch die verbleibende Aktivität anderer CYP-Enzyme kompensiert (Brandt et al. 2007). Prasugrel führt ebenfalls zu einer schnelleren, stärkeren und weniger variablen Plättcheninhibierung als Clopidogrel (Payne et al. 2007; Weerakkody et al. 2007). Auch bei einer hohen Loading-Dose und einer hohen Erhaltungsdosis von Clopidogrel zeigt Prasugrel eine stärkere Plättcheninhibition als Clopidogrel (Wiviott et al. 2007b). Es gibt ebenfalls eine geringere Rate von pharmakodynamischen Non-Respondern im Vergleich zu Clopidogrel (Jernberg 2005). In einer Teiluntersuchung der JUMBO-Study zeigte Prasugrel eine potentere Plättchenhemmung als Clopidogrel und zeigte im Gegensatz zu Clopidogrel keine Reaktivierung der Thrombozyten nach 24 Stunden. Zusätzlich zeigte sich ein geringeres interindividuelles Ansprechen als bei Clopidogrel (Serebruany 2006). Die maximale Plasmakonzentration des aktiven Metaboliten von Clopidogrel ist nach circa einer Stunde erreicht (Lins et al. 1999), die des aktiven Metaboliten von Prasugrel nach einer halben Stunde (Williams et al. 2008). In einer Studie mit 110 Probanden erbrachte Prasugrel signifikant geringere Thrombozyten-Aktivitäts-Marker im Vergleich zu Clopidogrel (Braun et al. 2008). In der TRITON-TIMI-38-Studie mit über 13000 Patienten mit akutem Koronarsyndrom führte Prasugrel (Loading-Dose 60 Milligramm (mg), Erhaltungsdosis 10mg / Tag) zu einem signifikant geringeren Auftreten ischämischer Events inklusive Stentthrombose als Clopidogrel (Loading-Dose 300mg, Erhaltungsdosis 75mg / Tag). Es bestand jedoch ein erhöhtes Risiko für
Blutungen. Die Gesamtmortalität war zwischen den beiden Behandlungsgruppen nicht signifikant verschieden. Keinen klinischen Vorteil von Prasugrel hatten Patienten mit einem Schlaganfall oder einer transitorischen ischämischen Attacke in der Vorgeschichte, Patienten mit einem Alter ≥ 75 Jahren und Patienten mit einem Körpergewicht < 60 Kilogramm (kg), da häufiger Blutungen und eine geringere klinische Efficacy als in der Gesamtkohorte auftraten. Patienten ohne diese Risikofaktoren hatten einen signifikanten klinischen Benefit von Prasugrel (Wiviott et al. 2007a). Es konnte zusätzlich gezeigt werden, dass durch die Inhibition der Plättchenfunktion mit Prasugrel ebenfalls die Aktivität von inflammatorischen Markern reduziert werden konnte (Frelinger et al. 2007; Totani et al. 2012). Zusätzlich zur signifikant ausgeprägteren Plättcheninhibierung von Prasugrel könnte eine ebenso stärkere antiinflammatorische Komponente an der Risikoreduktion für thrombotische Events bei Patienten mit akutem Koronarsyndrom und PCI beteiligt sein (Muhlestein 2010).
1.6.6 Weitere ADP-Rezeptor-Antagonisten
Weitere neue, direkt aktive, selektive und kompetetiv wirkende ADP-Rezeptor-Antagonisten sind Cangrelor und Ticagrelor. Cangrelor wird intravenös verabreicht und inhibiert konzentrationsabhängig die Plättchenaggregation. Durch seine kurze Halbwertszeit von 2,6 Minuten führt ein Absetzten von Cangrelor zu einer schnellen Beendigung der Plättcheninhibierung und des Effekts auf Blutungen (van Giezen und Humphries 2005). Ticagrelor ist der erste orale, reversible ADP-Rezeptor-Antagonist. Es gehört nicht zur Gruppe der Thienopyridine sondern zur Gruppe der Cyclopentyltriazolpyrimidine. Im Gegensatz zu den Thienopyridinen ist es direkt aktiv und bedarf keiner metabolischen Aktivierung in vivo. Es inhibiert den ADP-Rezeptor fast komplett. Ein in vivo zu einem Drittel entstehender Metabolit hat eine vergleichbare Aktivität wie Ticagrelor selbst und trägt zur plättcheninhibierenden Wirkung bei (Husted et al. 2006). Eine maximale Plasmakonzentration und maximale Plättcheninhibierung durch Ticagrelor wird nach 1-3 Stunden erreicht. Die Halbwertszeit beträgt 6-13 Stunden, sodass eine zweimal tägliche Gabe erforderlich ist (Wallentin 2009). In der PLATO-Studie zeigte Ticagrelor eine Überlegenheit gegenüber Clopidogrel bezüglich kardiovaskulärer Ereignisse und kardiovaskulärer Mortalität, nicht jedoch bezüglich cerebrovaskulärer Ereignisse. Es zeigte sich außerdem eine signifikant
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geringere Gesamtmortalität. Die generelle Rate von schweren Blutungen zeigte keinen Unterschied zwischen den beiden Gruppen (Cannon et al. 2010). In einer Meta-Analyse bei Patienten mit akutem Koronarsyndrom und PCI senkten alle neuen P2Y12-Inhibitoren (Prasugrel, Cangrelor, Ticagrelor, Elinogrel) die allgemeine Mortalität, Tod durch kardiovaskuläre Ursachen und kardiovaskuläre Ereignisse signifikant ausgeprägter im Vergleich zu Clopidogrel. Es zeigte sich kein Unterschied bezüglich cerebrovaskulärer Ereignisse. Bei den neuen P2Y12-Inhibitoren zeigte sich eine Steigerung des Auftretens von Blutungen im Vergleich zu Clopidogrel (Bellemain-Appaix et al. 2010). Der Vergleich von Prasugrel und Ticagrelor in Meta-Analysen zeigte keinen signifikanten Unterschied in der allgemeinen Mortalitätsrate, Myokardinfarkt oder Schlaganfall zwischen den beiden Präparaten. Während unter einer Therapie mit Ticagrelor ein im Vergleich niedrigeres Risiko für das Auftreten von Blutungen bestand als unter Prasugrel, zeigte dieses ein geringeres Risiko für Stentthrombosen (Biondi-Zoccai et al. 2011). Abbildung 3 zeigt die verschiedenen Strukturformeln, Metabolisierungswege und Wirkungsweisen von Clopidogrel, Prasugrel und Ticagrelor.
Abbildung 3 Biotransformation von Clopidogrel, Prasugrel und Ticagrelor (Schömig 2009) Die verschiedenen Strukturformeln von Clopidogrel, Prasugrel und Ticagrelor sind dargestellt. Clopidogrel und Prasugrel sind Prodrugs, deren aktiver Metabolit irreversibel an den ADP-P2Y12-Rezeptor der Thrombozyten bindet. Nach intestinaler Absorption wird Clopidogrel hauptsächlich in der Leber über zwei CYP-abhängige Oxidationsschritte in seinen aktiven Metaboliten umgewandelt. Prasugrel wird nach intestinaler Absorption schnell über Esterasen in einen intermediären Metaboliten hydrolisiert und wird in einem CYP-abhängigen Schritt in den aktiven Metaboliten umgewandelt. Die für diese Schritte relevanten CYP-Isoenzyme sind dargestellt. Genetische Polymorphismen können deren Aktivität beeinflussen. Im Gegensatz zu Clopidogrel und Prasugrel benötigt Ticagrelor keine Biotransformation zur Aktivierung. Es ist direkt aktiv und bindet nach intestinaler Absorption reversibel an den P2Y12-Rezeptor. Es hat eine Halbwertszeit von 7-8 Stunden.
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1.7 Ziele der Studie und Arbeitshypothese
Das Ziel dieser Studie war es, den Einfluss einer Dauertherapie mit Prasugrel 10 mg auf die Endothelfunkion und auf die Thrombozyteninhibition im Vergleich zu Clopdidogrel 75 mg bei Patienten mit koronarer Herzerkrankung zu evaluieren. Hierzu wurde eine prospektive klinische Doppelblindstudie bei Patienten mit instabiler Angina Pectoris, die eine perkutane, koronare Intervention erhielten, durchgeführt.
Die Endothelfunktion ist ein Parameter, der Rückschlüsse auf die endotheliale Bioverfügbarkeit von NO schließen lässt (Corretti et al. 2002) und mit dem Risiko für kardiovaskuläre Ereignisse assoziiert ist (Heitzer et al. 2001; Karatzis et al. 2006; Ras et al. 2012). Therapien zur Senkung des kardiovaskulären Risikoprofils verbessern die Endothelfunktion und ein Nichtansprechen der Endothelfunktion auf die Therapie ist mit einem erhöhten Risiko behaftet. Es liegt also die Vermutung nahe, dass die endotheliale Dysfunktion am Progress kardiovaskulärer Erkrankungen beteiligt ist (Vita 2011).
Der Thrombozytenaggregationshemmung wird zusätzlich zur antithrombotischen eine plaquestabilisierende Wirkung zugesprochen. Es gibt Hinweise darauf, dass die Inhibition der Plättchenfunktion die Aktivität von inflammatorischen Markern modulieren kann (Muhlestein 2010). Heitzer et al. konnten bei Patienten mit einer symptomatischen koronaren Herzerkrankung eine signifikante Verbesserung der Endothelfunktion und reduzierte inflammatorische Marker für eine zusätzliche Therapie mit Clopidogrel zu Acetylsalicylsäure zeigen (Heitzer et al. 2006).
Prasugrel zeigte ein signifikant geringeres Auftreten ischämischer Events (Wiviott et al. 2007a) und führte zu einer schnelleren, länger und konsistenter andauernden und potenteren Inhibierung von P2Y12-Rezeptoren (Niitsu et al. 2005; Braun et al. 2008) mit einer geringeren Rate von pharmakodynamischen Non-Respondern im Vergleich zu Clopidogrel (Jernberg 2005). Unter einer Therapie mit Prasugrel fanden sich signifikant geringere Thrombozyten-Aktivitäts-Marker, als unter einer Therapie mit Clopidogrel (Braun et al. 2008). Bisher wurde der Effekt von Prasugrel auf die Endothelfunktion bei Patienten mit instabiler Angina Pectoris nicht untersucht.
Die potentere und konsistentere Plättcheninhibierung und geringere Thrombozyten-Aktivitäts-Marker unter einer Therapie mit Prasugrel im Vergleich zu Clopidogrel lassen vermuten, dass Prasugrel ebenfalls zu einer vermehrten endothelialen Bioverfügbarkeit von NO, im Vergleich zu Clopidogrel, führt. In dieser Studie wurde erstmals die Wirkung von Prasugrel auf die Endothelfunktion bei Patienten mit instabiler Angina Pectoris evaluiert.
Primärer Endpunkt dieser Studie war die Veränderung der Endothelfunktion vor und unter einer Dauertherapie mit Prasugrel oder Clopidogrel. Diese wurde mittels Flow-mediated-Dilation der Arteria brachialis bestimmt.
Sekundäre Endpunkte waren die Veränderung der Thrombozytenfunktion, welche mittels Platelet-Adhesion-Assay bestimmt wurde und die Veränderung der Gewebeoxygenierung und des mikrovaskulären Blutflusses, welche durch das Gerät Oxygen-To-See bestimmt wurden.
Material und Methoden
2 Material und Methoden
2.1 Studiendesign
2.1.1 Studienaufbau
Im Rahmen dieser Doktorarbeit konnten 21 Patienten zwischen Januar 2011 und Juli 2012 in die Studie eingeschlossen werden. Die Studie wurde von der Ethikkommission der Ärztekammer Hamburg geprüft und genehmigt und beim Bundesinstitut für Arzneimittel und Medizinprodukte (BfArM) registriert (EudraCT (European Union Drug Regulating Authorities Clinical Trials)-Nummer: 2009-015406-19). Alle Patienten gaben vor Beginn und nach mündlicher und schriftlicher Aufklärung über die Studie eine schriftliche Einverständniserklärung zur Teilnahme.
Die Patienten wurden in einer monozentrischen, prospektiven, randomisierten, parallelisierten, doppelblinden, doppel-dummy Studie untersucht. Es wurden 21 stationäre Patienten des Universitätsklinikums Hamburg-Eppendorf (UKE) mit instabiler Angina Pectoris und einem hochsensitiven Troponin T < 50 Pikogramm pro Milliliter (pg / ml) (Normalwert im Zentrallabor des UKE < 14 pg / ml) in die Studie eingeschlossen. Die Patienten erhielten eine perkutane koronare Intervention und bekamen infolgedessen eine duale Plättchenhemmung mit Acetylsalicylsäure und einem ADP-Rezeptor-Antagonisten für mindestens drei Monate. Die Patienten wurden randomisiert und doppelblind einer von zwei Behandlungsgruppen zugeteilt. Die Randomisierung der Studienmedikation zur Studien-ID erfolgte durch die Apotheke des UKE. Verglichen wurden die Wirkungen der ADP-Rezeptor-Antagonisten Clopidogrel und Prasugrel. Eine Gruppe erhielt das Testpräparat Prasugrel 10 mg / Tag, die andere Gruppe erhielt das Vergleichspräparat Clopidogrel 75 mg / Tag (die Standardmedikation nach erfolgter PCI bei Patienten mit instabiler Angina Pectoris im UKE). Jeder Studienteilnehmer erhielt, falls bisher noch nicht verabreicht, initial eine Loading-Dose Clopidogrel 600 mg und alle Patienten bekamen während des gesamten Klinikaufenthaltes inklusive der Baseline-Untersuchung Clopidogrel 75 mg / Tag. Die Therapie mit der verblindeten Studienmedikation begann erst ab der stationären Entlassung. Je nach Randomisierungsgruppe erhielten die Patienten
in Doppel-Dummy-Technik doppelt verblindet entweder jeweils 90 Tabletten Prasugrel 10 mg + Clopidogrel Placebo oder Prasugrel Placebo + Clopidogrel 75 mg ausgehändigt. Diese waren zur täglichen Einnahme für die Zeit von drei Monaten bestimmt.
Die Baseline Erhebung aller Messdaten erfolgte während des Klinikaufenthaltes nach erfolgter perkutaner koronarer Intervention, jedoch vor Beginn der Studienmedikation. Eine weitere Untersuchung erfolgte ambulant nach drei Monaten und vor Beendigung der Einnahme der Studienmedikation. Mit dieser Visite war die Einnahme der Studienmedikation beendet. Mit einem weiteren telefonischen klinischen Monitoring der Patienten vier Wochen nach Beendigung der Studienmedikation war die Studienteilnahme beendet.
Alle Patienten erhielten zusätzlich routinemäßig, handelsübliche Acetysalicylsäure 100 mg / Tag und nahmen ihre gesamte Dauermedikation während der Studiendauer uneingeschränkt weiter.
Material und Methoden
2.1.2 Einschlusskriterien
Instabile Angina Pectoris
Perkutane koronare Intervention
Vorliegen der schriftlichen Einverständniserklärung der Versuchsperson
2.1.3 Ausschlusskriterien
Alter < 18 Jahren oder ≥ 75 Jahren
Gewicht < 60 kg
ST-Hebungsinfarkt, NSTEMI
Kardiogener Schock zum Zeitpunkt der Randomisierung
Herzinsuffizienz (Stadium IV nach Klassifikation der New York Heart Association)
Erhöhtes Blutungsrisiko
Interne Blutungen oder Blutungsananmnese in der Vorgeschichte
Bekannte transitorische ischämische Attacke, ischämischer oder hämorrhagischer Schlaganfall
Intrakranielle Neoplasien, Aneurysmen oder arteriovenöse Malformationen
International Normalized Ratio (INR) > 1,5
Thrombozyten < 100 000 / Milliliter (ml)
Hämoglobin < 10 Gramm pro Deziliter (g / dl)
Thienopyridineinnahme innerhalb der letzten fünf Tage vor PCI
Orale Antikoagulation, welche für die Dauer der Studie nicht sicher unterbrochen werden kann
Behandlung innerhalb der letzten 30 Tage mit einem Prüfpräparat oder aktuell Teilnahme einer anderen Medikamentenstudie
Schwangerschaft, ≤ 90 Tage nach Entbindung, Stillzeit
Begleiterkrankungen, die aus Sicht des Untersuchers mit verringerter Überlebenswahrscheinlichkeit während der erwarteten Studiendauer assoziiert sind
Schwere Lebererkrankungen
Jegliche Erkrankung, die mit geringer Behandlungscompliance assoziiert ist, inklusive Alkoholabhängigkeit, psychischen Erkrankungen und
Drogenabhängigkeit
Unverträglichkeit von Aspirin, Ticlopidin oder Clopidogrel
2.1.4 Durchgeführte Untersuchungen
Bei beiden Studienvisiten erfolgten eine Blutdruckmessung nach Riva-Rocci und die Messung der Herzfrequenz. Hieraufhin wurden die Messung der Endothelfunktion, die Messung mit dem Oxygen-To-See-Gerät und eine venöse Blutentnahme durchgeführt.
Bei der Baseline Untersuchung wurde zusätzlich eine Krankheits- und Medikamentenanamnese erhoben, die Körpergröße in Zentimeter (cm) und das
Material und Methoden
Gewicht in kg erfragt, sowie eine Messung des Taillen- und Hüftumfangs in cm durchgeführt.
2.2 Messung der Endothelfunktion mittels
Flow-mediated-Dilation
2.2.1 Flow-mediated-Dilation
Die Messung der Endothelfunktion wurde entsprechend der Leitlinienempfehlung des American College of Cardiology (Corretti et al. 2002) durchgeführt.
Die Endothelfunktion kann durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden. Die Patienten wurden in einem ruhigen, temperierten Raum in Ruhe auf dem Rücken liegend mit leicht erhöhtem Oberkörper untersucht. Sie waren mindestens 8 Stunden nüchtern und hatten mindestens 6 Stunden nicht geraucht und kein Koffein zu sich genommen.
Mittels hochauflösendem Ultraschall (Sonoline G50, Siemens, 12 Megahertz (MHz) Schallkopf VF13-5) wurde der Durchmesser der rechten Arteria brachialis oberhalb der Fossa antecubitalis im longitudinalen Verlauf im B-Mode über eine Sequenz von einigen Sekunden bestimmt. Hieraufhin wurde der Blutfluss in Milliliter pro Minute (ml / min) mittels Dopplersonographie gemessen. Nachfolgend wurde proximal dieser Stelle eine Druckmanschette (Hokanson® Tycos® SC5, Bellevue, WA, USA) auf suprasystolische Werte, mindestens jedoch 50 Millimeter Quecksilbersäule (mmHg) über dem vorher bestimmten systolischen Blutdruck, aufgepumpt. Nach einer fünfminütigen Ischämiezeit erfolgte ein schnelles Ablassen der Druckmanschette und direkt hiernach wurde der Blutfluss mittels Dopplersonographie erneut bestimmt. Der Durchmesser der Arteria brachialis wurde eine Minute nach dem Ablassen der Druckmanschette erneut im B-Mode bestimmt.
Nach einer Ischämiezeit in einem Blutgefäß reagiert der Körper hierauf mit einer Zunahme des Blutflusses. Das Blutgefäß reagiert insbesondere auf nun entstehenden Scherstress mit einer Dilatation. Der Scherstress ist ein Stimulus für die Freisetzung von NO aus dem Endothel und erklärt die Fluss-abhängige Dilatation des Gefäßes (Corretti et al. 2002).
2.2.2 Auswertung der Messung
Die aufgenommenen Sequenzen wurden mit dem Programm Brachial Tools ausgewertet (Brachial Analyser, Brachial Tools, Medical Imaging Applications LLC). Dieses erkennt die Endothel-Media-Grenze und ermittelt den mittleren Durchmesser der Arteria brachialis über den Zeitraum der Videosequenz. Abbildung 5 zeigt die Methodik des Auswerteprogramms. Aus dem Blutfluss vor und nach der Ischämiezeit wurde die Fluss-Differenz in Prozent bestimmt.
Abbildung 5 Messung des Durchmessers der Arteria brachialis
Der Durchmesser der Arteria brachialis wurde mit dem Programm Brachial Tools bestimmt. Die Endothel-Media-Grenze ist in der Ultraschallaufnahme in dem umrahmten Kasten durch die violetten Linien markiert. Während des Abspielens der Videosequenz wird so in jedem Bild die Endothel-Media-Grenze des pulsierenden Gefäßes erkannt und der Durchmesser bestimmt. Rechts im Bild werden die verschiedenen Messwerte graphisch und in Zahlen mit Standardabweichung und Konfidenzintervall dargestellt. Es erfolgte die Einstellung, dass alle Werte bis zu einem Konfidenzintervall von 70% und einer Standardabweichung von 1 mit in die Messung einbezogen wurden (hier nicht dargestellt). Der mittlere Durchmesser wurde vom Programm errechnet und ist rechts im Bild dargestellt.
Material und Methoden
2.3 Platelet-Adhesion-Assay
Der Platelet-Adhesion-Assay (PADA) ist ein Verfahren zur Bestimmung der Thrombozytenaktivität. Die Untersuchung wurde gemäß der Anwendungs-bestimmungen des HaemoSys – PADA Platelet-Adhesion-Assay, der Firma JenAffin GmbH, Jena durchgeführt.
Durch eine venöse Punktion wurde eine Monovette Citratblut (Sarstedt Monovette®, Coagulation, 3ml) gefüllt. Die Blutprobe wurde nach einer Ruhezeit von 40-60 Minuten weiterverarbeitet. In das Probenröhrchen wurden 200 Mikroliter (µl) Citratplasma und 10 µl einer Polymersuspension mit speziellen Polymerpartikeln gegeben. Gleichzeitig wurde eine Kontrolle durchgeführt. Hierfür wurden ebenfalls 200 µl Citratplasma, sowie 10 µl der Kontrollsuspension (0,9 % Natriumchloridlösung) in ein Probenröhrchen gegeben. Die speziellen Polymerpartikel lagern sich an bluteigenes Fibrinogen an. Dies führt zur Adhäsion von aktiven Thrombozyten. Durch eine fünfminütige Schüttelinkubationsphase auf einem kalibrierten Schüttelgerät (IKA® Works MS2, Inc. Wilmington, NC, USA) wurde eine definierte Scherspannung erreicht und die Adhäsion an die Polymerpartikel ausgelöst. Das Ausmaß der Adhäsion spiegelt den Aktivitätszustand der Thrombozyten wider. Hiernach wurde die Zahl der freien, nicht an die Polymerpartikel adhärierten Blutplättchen durch einen vollautomatischen Hämatologieanalysator (Sysmex KX21, Sysmex GmbH. Munelein, IL, USA) bestimmt. Je mehr aktive Thrombozyten in der Blutprobe waren, desto weniger freie Thrombozyten wurden nach der Inkubationszeit detektiert. Die Kontrollprobe ohne Partikelzusatz wurde als Vergleichswert für die Gesamtzahl der untersuchten Thrombozyten mitgeführt. Dies war die Rechengrundlage für die Bestimmung des Adhäsionsindex (AI). Der Adhäsionsindex, welcher den Anteil der funktionstüchtigen Thrombozyten angibt, wurde folgendermaßen bestimmt:
AI = ((Plättchenzahl der Kontrollprobe – Plättchenzahl der Messprobe) / Plättchenzahl der Kontrollprobe) x 100
AI-Normwert nach den Anwendungsbestimmungen des HaemoSys-PADA-Systems: 50 ± 20 (Mittelwert ± 2x Standardabweichung)
Die Ergebnisse des Platelet-Adhesion-Assay werden durch das Geschlecht, das Alter, die Plättchenzahl, die Zeit oder die Jahreszeit nicht beeinflusst. Ein Hämatokrit zwischen 44-25 % hat ebenfalls keinen Einfluss auf den AI. Im Langzeitverlauf von 2 Jahren zeigte sich der AI bei gesunden Probanden um ± 5 % konstant (Nowak et al. 2005).
2.4 Oxygen-To-See (Micro-Lightguide-Spectrometer)
2.4.1 Oxygen-To-See
Das Oxygen-To-See (O2C) der Lea Medizintechnik GmbH ist ein Gerät, welches gleichzeitig die Sauerstoffsättigung des Hämoglobins am venösen Ende der Kapillaren (der sogenannten letzten Wiese), die relative Hämoglobinmenge, die Geschwindigkeit des Blutes und den Blutfluss in der Mikrozirkulation misst. Die Messungen beruhen auf zwei physikalischen Prinzipien, welche in einer Sonde, die gleichzeitig Weißlicht der Wellenlänge 500-800 Nanometer (nm) und Laserlicht der Wellenlänge NIR (nahes Infrarot) in das Gewebe einbringt, kombiniert werden. Die Methode wird bezeichnet als Gewebe-Photospektrometrie (LEA Medizintechnik GmbH 2007; Krug 2006).
2.4.2 Weißlichtspektrometrie
Weißlicht wird in das Gewebe ausgesendet. Sauerstoffreiches Blut besitzt eine hellrote, sauerstoffarmes Blut eine dunkelrote Farbe. Die Farbe wird von der Sonde detektiert und so der Grad der Sauerstoffsättigung berechnet. Bei einem Wert > 10 % ist das Gewebe nicht hypoxisch. Je nachdem, wie viel Hämoglobin sich im Gewebe befindet, misst die Sonde unterschiedliche Lichtmengen. Das ins Gewebe eingebrachte weiße Licht wird umso stärker rot eingefärbt, je mehr Hämoglobin im Gewebe ist. Hieraus kann man die relative Hämoglobinmenge pro beleuchtetem Gewebevolumen berechnen. Die relative Hämoglobinmenge spiegelt die venuläre Füllung der Gefäße wider. Je ausgeprägter die venulären Gefäße gefüllt sind, desto weniger Wasser aus dem Gewebe kann resorbiert werden und es kann zum Ödem kommen. Ein rHb-Wert größer 90 Arbitrary Units (AU) spricht für eine venöse Stauung. Bei einer arteriellen Stenose hingegen ist die venuläre Füllung vermindert. Arbitrary Units ist eine willkürlich gewählte Einheit, da hierfür keine SI-Einheiten existieren (Krug 2006).
Material und Methoden
2.4.3 Laser-Doppler-Spektroskopie
Anhand der Bewegung der Erythrozyten kann man die Blutflussgeschwindigkeit bestimmen. Es wird eine Doppler-Frequenzverschiebung im detektierten Laserlicht hervorgerufen. Aus der geänderten Frequenz wird die Geschwindigkeit der Erythrozyten, aus der Höhe der Lichtintensität die Anzahl der Erythrozyten und aus diesen Parametern der Blutfluss berechnet (Krug 2006).
2.4.4 Normalwerte der Messung
Die Normalwerte weisen eine starke inter- und intraindividuelle Streubreite auf, da der Sympathikus und die Temperatur die Hautdurchblutung beeinflußen. Es ergeben sich folgende Normalwerte bei einer Messung an der Fingerkuppe:
Blutfluss: 100 AU; kritischer Wert: 10 AU
Sauerstoffsättigung: 75 %; kritischer Wert: 10 %
Relative Hämoglobinmenge: 50 AU; kritischer Wert: 90 AU (Krug 2006)
Die Methodik des O2C ist in Abbildung 6 schematisch dargestellt.
2.4.5 Durchführung der Messung
Die Messung wurde mit dem Gerätetyp „O2C Type LW1212, Sn. 103-049-08, Version: 2“ durchgeführt. Es wurde die Flachsonde LF-2 genutzt. Diese ist speziell für stabile Messungen durch die Haut entwickelt worden (LEA Medizintechnik GmbH 2007) und wurde für die Messung mit einem speziellen Tape (Lea Medizintechnik, double-sided adhesive tape transparent, Item no.: LTDT-001) auf der Fingerinnenseite fixiert. Die Messung wurde in Ruhe im Liegen bei folgenden Einstellungen durchgeführt: Traditional, without protocol; Lightguide Separation P1S 2000 Mikrometer (µm); Wavelengthrange P1S: 500-630 [nm]; Wavelengthseparation: 1 [nm]; Laser Wavelength: 830 [nm].
Abbildung 6 Methodik des O2C (Krug 2006)
Die Methodik des O2C ist in a schematisch dargestellt. Laserlicht und Weißlicht werden gemeinsam in das Gewebe ausgesandt. Das Laserlicht wird an den Mitochondrien der Erythrozyten in den mikrovaskulären Blutgefäßen gestreut. Da diese in Bewegung sind, wird eine Frequenzveränderung verursacht. Weißlicht wird in Farbe und Intensität durch die Erythrozyten verändert. Das farbige Licht und das Laserlicht werden von der optischen Sonde auf dem Weg aus dem Gewebe wieder detektiert. Aus der Veränderung der Lichtwerte können die Sauerstoffsättigung, die relative Hämoglobinmenge, die Geschwindigkeit und der Blutfluss berechnet werden. Es können Messungen in verschiedener Tiefe, z.B. oberflächennahe Messungen in der Haut oder Messungen in der Tiefe im Skelettmuskel durchgeführt werden. In b sind die verschiedenen Möglichkeiten dargestellt.
