Dissertation
Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

 

Mareike Kristina Budack

 

Untersuchungen zur Blutdruckregulation bei Mäusen mit genetischer Inaktivierung der β1-Untereinheit des Ca2+-aktivierten Kaliumkanals

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-88294

title (engl.)

Regulation of blood pressure in mice with genetic inactivation of the b1 subunit of the Ca2+ activated potassium channel

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2004

text

/dissertations/budackm_ss04.pdf

abstract (deutsch)

Eine chronische Erhöhung des Blutdrucks gehört zu den häufigsten Erkrankungen der westlichen Welt. Nahezu 50 % der über Fünfzigjährigen weisen eine Hypertonie auf. Durch die Anwendung genetischer Methoden haben sich für die Analyse von Faktoren, die an der Entstehung einer Hypertonie beteiligt sind, zahlreiche neue Perspektiven eröffnet. So ist das in dieser Arbeit untersuchte Mausmodell das einzige bis heute beschriebene Tiermodell, in dem durch eine genetische Mutation ein Hypertonus nicht-renaler Genese ausgelöst werden soll. Nach dem aktuellen Wissensstand wird davon ausgegangen, dass durch die genetische Inaktivierung der b1-Untereinheit des Ca2+-aktivierten Kaliumkanals eine Erhöhung des Tonus der glatten Gefäßmuskelzellen in arteriellen Widerstandsgefäßen erfolgt, wodurch eine Steigerung des arteriellen Bluthochdrucks induziert wird. Die starke Expression von BK-Kanälen in der Zona glomerulosa der Nebennieren macht jedoch eine alternative Erklärung für die Hypertonie vorstellbar. So besteht die Möglichkeit, dass aus einer veränderten Calciumsensitivität der Zona glomerulosa-Zellen infolge der Inaktivierung der b1-Untereinheit eine veränderte Aldosteronsekretion resultiert. Aus dieser Hypothese könnte geschlossen werden, dass erhöhte Aldosteronkonzentrationen im Blut ursächlich für die Hypertonie der BKb1-/- Mäuse verantwortlich sind.

Vor diesem Hintergrund war das Ziel dieser Arbeit zu klären, ob durch eine veränderte BK-Kanalaktivität die Aldosteronsekretion beeinflusst wird und bei den BKb1-/- Mäusen ein Hyperaldosteronismus festzustellen ist. Bei Bestätigung dieser Hypothese sollte des Weiteren die Pathogenese des Hyperaldosteronismus und seine Rolle bei der Entwicklung der Hypertonie bei BKb1-/- Mäusen untersucht werden.

Hierzu wurden in 3 Versuchsserien an adulten männlichen BKb1-/- Mäusen und BKb1+/+ Mäusen (jeweils n=13) sowie in einer 4. Versuchsserie an isolierten Nebennieren von adulten männlichen BKb1-/- Mäusen und BKb1+/+ Mäusen (jeweils n=10) folgende Untersuchungen durchgeführt:

Messung des mittleren arteriellen Blutdrucks und der Herzfrequenz an wachen und ungestressten Mäusen über einen chronischen arteriellen Katheter am 2. und 3. postoperativen Tag.

Entnahme von Blutproben über den arteriellen Katheter mit anschließender Bestimmung der Plasmakonzentrationen von Natrium, Kalium, Chlorid, Kreatinin, Aldosteron und zirkulierendem Renin.

Entnahme der Herzen mit Bestimmung des Herzgewichts sowie des Gewichts des linken und rechten Ventrikels. Anschließende Berechnung des Verhältnisses von Herzgewicht bzw. Gewicht des linken Ventrikels zum Körpergewicht als Index einer myokardialen Hypertrophie.

Behandlung der Tiere über drei Wochen mit dem Mineralocorticoidrezeptor-Antagonisten Spironolacton mittels subkutan implantierter Time Release Pellets (200 mg/kg KGW/Tag).

Messung des mittleren arteriellen Blutdrucks und der Herzfrequenz nach 18 Tagen Spironolactonbehandlung an wachen und ungestressten Mäusen über den chronischen arteriellen Katheter und Entnahme der Herzen mit Bestimmung des Verhältnisses von Herzgewicht bzw. Gewicht des linken Ventrikels zum Körpergewicht zur Beurteilung der Entwicklung der myokardialen Hypertrophie.

In vitro Untersuchung der Aldosteronsekretion an isolierten Nebennieren unter Stimulation mit Kalium, ANG II und ACTH. Bestimmung der Aldosteronkonzentration in den Inkubationsproben mittels Radioimmunoassays.

Die Ergebnisse dieser Arbeit lassen sich wie folgt zusammenfassen:

1.        Bei den hypertensiven BKb1-/- Mäusen konnte ein klinisch manifestierter Hyperaldosteronismus nachgewiesen werden. So war bei den BKb1-/- Mäusen die Plasmaaldosteronkonzentration signifikant erhöht und es konnte eine Hypokaliämie sowie eine Hypernatriämie nachgewiesen werden. Die Befunde der morphometrischen Untersuchungen ergaben Hinweise auf eine myokardiale Hypertrophie der BKb1-/- Mäuse.

2.        Durch die Spironolactonbehandlung normalisierte sich der Blutdruck der BKb1-/- Mäuse und die myokardiale Hypertrophie bildete sich innerhalb von 2 Wochen nahezu vollständig zurück.

3.        Die isolierten Nebennieren der BKb1-/- Mäuse setzten unter ANG II-Stimulation signifikant mehr Aldosteron frei. Ebenso war die relative Aldosteronsekretion unter Kalium- und ACTH-Stimulation tendenziell bei den BKb1-/- Mäusen gesteigert. Diese Befunde lassen Spekulationen über eine adrenale Pathogenese des Hyperaldosteronismus zu.

4.        Die Plasmareninaktivität der BKb1-/- Mäuse war tendenziell erhöht, was als Evidenz für einen sekundären Hyperaldosteronismus bewertet werden kann.

Zusammenfassend konnte durch die Untersuchungen gezeigt werden, dass der Hypertonus der BKb1-/- Mäuse durch einen Hyperaldosteronismus verursacht wird. Durch Aufklärung der zellulären Mechanismen, die den Hyperaldosteronismus verursachen, können wichtige Erkenntnisse über die Bedeutung des Renin-Angiotensin-Aldosteron-Systems bei der Pathogenese des essentiellen Bluthochdrucks beim Menschen gewonnen werden.

 

 

abstract (englisch)

The mouse model used in this work has up to now been the only animal model in which hypertension of non renal genesis is assumed to be induced by genetic mutation. Coming from the current opinion it is believed that genetic inactivation of the b1 subunit of the Ca2+ activated potassium channel causes an increase in smooth muscle vascular cell tone of arterial vessels, inducing a rise in arterial blood pressure. Since the presence of BK channels in the Zona glomerulosa of adrenal glands has been established there might be an alternative explanation for the development of hypertension. That is, as a result of the inactivation of the b1 subunit the calcium sensitivity of the Zona glomerulosa cells is modified and causes a change in the secretion of aldosterone. This mechanism would allow the conclusion that elevated plasma aldosterone could be the reason for hypertension in BKb1-/- mice.

Against that background the aim of this study was to clarify if hypertension in BKb1-/- mice is originating from hyperaldosteronism. In case the hypothesis would be confirmed the pathogenesis of hyperaldosteronism should be investigated.

For this, 3 experimental series were done on adult male BKb1-/- mice (with n=13 for each series) and a 4th experimental series on isolated adrenal glands from adult male BKb1-/- and BKb1+/+ mice (with n=10 for each genotype) with the following investigations:

Measurement of the mean arterial blood pressure and heart rate of conscious and unstrained mice by a chronic arterial catheter on day 2 and 3 after surgery.

Extraction of blood samples through the arterial catheter to measure the concentrations of sodium, potassium, chloride, creatinine, aldosterone, and circulating renin.

Removal of the heart to determine heart weight and mass of the left and right ventricle for calculation of heart to body weight ratio and weight of the left ventricle to body weight ratio as indices for myocardial hypertrophy.

Treatment of animals for three weeks with subcutaneously implanted Time Release Pellets (200 mg/kg BW/day) of spironolactone, an antagonist to mineralocorticoid receptors.

Measurement of the mean arterial blood pressure and heart rate of conscious and unstrained mice after 18 days of treatment with spironolactone through a chronic arterial catheter, and removal of the heart to determine the ratios of heart weight and mass of left ventricle to body weight to assess the development of myocardial hypertrophy.

In vitro investigation of aldosterone secretion in isolated adrenal glands under stimulation by potassium, ANG II, and ACTH, respectively. Measurement of aldosterone concentration by radioimmunoassay.

The results of this work can be summarized as follows:

In hypertensive BKb1-/- mice a clinically manifest hyperaldosteronism has been established, i.e. concentration of plasmaaldosterone was significantly elevated and hypokalemia as well as hypernatremia could be demonstrated. Besides that, the results of the morphometric examinations pointed towards myocardial hypertrophy in
BKb1-/- mice.

The blood pressure of BKb1-/- mice developed towards and became normal under treatment with spironolactone and myocardial hypertrophy completely regressed, which contradicts a sole myogenetic etiology of hypertension.

Isolated adrenal glands of BKb1-/- mice stimulated by ANG II released more aldosterone than wild types. Furthermore, the relative secretion of aldosterone showed a tendency to higher levels in BKb1-/- mice stimulated by potassium and ACTH as well. These results allow speculation about an adrenal pathogenesis of hyperaldosteronism.

Plasma renin activity in BKb1-/- mice was tendentiously elevated which can be interpreted as evidence for a secondary hyperaldosteronism.

To summarize, the investigations have shown that hypertension of BKb1-/- mice is linked to hyperaldosteronism. By solution of cellular mechanisms that lead to hyperaldosteronism important insights could be gained regarding the relevance of the renin-angiotensin-aldosterone system in the pathogenesis of essential hypertension in man.

 

 

keywords

aldosterone, blood pressure, Ca2+ activated potassium channel, adrenal gland

kb

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