Die intradermale Mikrodialyse ist eine minimalinvasive Technik, die zur Untersuchung der mikrovaskulären Funktion bei Gesundheit und Krankheit eingesetzt wird. Sowohl Dosis-Wirkungs- als auch lokale Erwärmungsprotokolle können für diese Technik verwendet werden, um Mechanismen der Vasodilatation und Vasokonstriktion im Hautkreislauf zu untersuchen.
Das Hautgefäßsystem ist ein zugängliches Gewebe, das zur Beurteilung der mikrovaskulären Funktion beim Menschen verwendet werden kann. Die intradermale Mikrodialyse ist eine minimalinvasive Technik, mit der die Mechanismen der glatten Gefäßmuskulatur und der Endothelfunktion im Hautkreislauf untersucht werden. Diese Technik ermöglicht die pharmakologische Analyse der Pathophysiologie der mikrovaskulären endothelialen Dysfunktion, die durch eine verminderte Stickstoffmonoxid-vermittelte Vasodilatation, ein Indikator für das Risiko für die Entwicklung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen, indiziert ist. Bei dieser Technik wird eine Mikrodialysesonde in der Hautschicht platziert und eine lokale Heizeinheit mit einer Laser-Doppler-Durchflusssonde über die Sonde gelegt, um den Fluss der roten Blutkörperchen zu messen. Die lokale Hauttemperatur wird durch direkte Wärmeanwendung geklemmt oder stimuliert, und pharmakologische Wirkstoffe werden durch die Sonde perfundiert, um intrazelluläre Signalwege zu stimulieren oder zu hemmen, um eine Vasodilatation oder Vasokonstriktion zu induzieren oder interessante Mechanismen (Co-Faktoren, Antioxidantien usw.) zu untersuchen. Die kutane vaskuläre Leitfähigkeit wird quantifiziert und die Mechanismen der endothelialen Dysfunktion in Krankheitszuständen können beschrieben werden.
Herz-Kreislauf-Erkrankungen (CVD) sind die häufigste Todesursache in den Vereinigten Staaten1. Bluthochdruck (HTN) ist ein unabhängiger Risikofaktor für Schlaganfall, koronare Herzkrankheit und Herzinsuffizienz und betrifft schätzungsweise mehr als ~50% der Bevölkerung der Vereinigten Staaten2. HTN kann sich als eigenständige kardiovaskuläre Erkrankung (primäre HTN) oder als Folge einer anderen Erkrankung, wie z. B. polyzystischer Nierenerkrankung und/oder endokriner Störungen (sekundäre HTN), entwickeln. Die Breite der Ätiologien der HTN erschwert die Untersuchung der zugrundeliegenden Mechanismen und Endorganschädigungen, die bei HTN beobachtet werden. Vielfältige und neuartige Forschungsansätze zur Pathophysiologie der mit HTN assoziierten Endorganschädigung sind erforderlich.
Eines der frühesten pathologischen Anzeichen einer kardiovaskulären Erkrankung ist eine endotheliale Dysfunktion, die durch eine gestörte Stickstoffmonoxid (NO)-vermittelte Vasodilatation gekennzeichnet ist 3,4,5. Die flussvermittelte Dilatation ist ein gängiger Ansatz zur Quantifizierung der endothelialen Dysfunktion im Zusammenhang mit kardiovaskulärer Erkrankung, aber die endotheliale Dysfunktion in mikrovaskulären Betten kann sowohl unabhängig von der der großen Leitungsarterien als auch eine Vorstufe davon sein 6,7,8. Darüber hinaus werden Resistenzarteriolen direkter vom lokalen Gewebe beeinflusst als Leitungsarterien und haben eine unmittelbarere Kontrolle über die Zufuhr von sauerstoffreichem Blut. Die mikrovaskuläre Funktion ist prädiktiv für ein unerwünschtes kardiovaskuläres ereignisfreies Überleben 9,10,11. Das kutane Mikrogefäßsystem ist ein zugängliches Gefäßbett, mit dem Reaktionen auf physiologische und pharmakologische gefäßverengende oder gefäßerweiternde Reize untersucht werden können. Die intradermale Mikrodialyse ist eine minimalinvasive Technik, deren Ziel es ist, die Mechanismen sowohl der glatten Gefäßmuskulatur als auch der Endothelfunktion im kutanen Mikrogefäßsystem mit gezielter pharmakologischer Dissektion zu untersuchen. Diese Methode steht im Gegensatz zu anderen Techniken, wie z. B. der postokklusiven reaktiven Hyperämie, die keine pharmakologische Dissektion zulässt, und der Iontophorese, die eine pharmakologische Verabreichung ermöglicht, aber in ihrem Wirkmechanismus weniger präzise ist (an anderer Stelle gründlich besprochen12).
Die Gründe für die Entwicklung und den Einsatz dieser Technik werden an anderer Stelle ausführlich behandelt13. Dieser Ansatz wurde ursprünglich für die neurologische Forschung an Nagetieren entwickelt und dann zunächst auf den Menschen angewendet, um die Mechanismen zu untersuchen, die der aktiven Vasodilatation aus thermoregulatorischer Sicht zugrunde liegen. In den späten 1990er Jahren wurden mit dieser Methode sowohl neuronale als auch endotheliale Mechanismen im Hinblick auf die lokale Erwärmung der Haut untersucht. Seitdem wird die Technik eingesetzt, um eine Reihe von neurovaskulären Signalmechanismen in der Haut zu untersuchen.
Mit dieser Technik haben unsere Gruppe und andere die Mechanismen der endothelialen Dysfunktion in den Mikrogefäßen mehrerer klinischer Populationen untersucht, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Dyslipidämie, primäres Altern, Diabetes, chronische Nierenerkrankungen, polyzystisches Ovarialsyndrom, Präeklampsie, schwere depressive Störung 14,15,16,17,18,19 und Bluthochdruck 20,21,22,23,24. Eine frühere Studie ergab beispielsweise, dass normotensive Frauen mit Präeklampsie in der Vorgeschichte, die ein erhöhtes Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen haben, im Vergleich zu Frauen mit einer normotensiven Schwangerschaft in der Vorgeschichte eine reduzierte NO-vermittelte Vasodilatation im Hautkreislauf aufwiesen20. In einer anderen Studie zeigten Erwachsene, bei denen primäres HTN diagnostiziert wurde, eine erhöhte Angiotensin-II-Sensitivität im Mikrogefäßsystem im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen21, und es wurde gezeigt, dass eine chronische Sulfhydryl-spendende antihypertensive Pharmakotherapie bei primären HTN-Patienten den Blutdruck senkt und sowohl die Schwefelwasserstoff- als auch die NO-vermittelte Vasodilatation verbessert22. Wong et al.23 fanden eine beeinträchtigte sensorisch vermittelte und NO-vermittelte Vasodilatation bei prähypertensiven Erwachsenen, was mit unserem Befund eines Fortschreitens der endothelialen Dysfunktion mit zunehmenden HTN-Stadien zusammenfällt, wie in den Leitlinien der American Heart Association und des American College of Cardiology24 aus dem Jahr 2017 kategorisiert.
Die intradermale Mikrodialysetechnik ermöglicht streng kontrollierte mechanistische Untersuchungen der mikrovaskulären Funktion in Gesundheits- und Krankheitszuständen. Daher zielt diese Arbeit darauf ab, die intradermale Mikrodialysetechnik zu beschreiben, wie sie von unserer Gruppe und anderen angewendet wird. Wir beschreiben die Verfahren sowohl für die pharmakologische Stimulation des Endothels mit Acetylcholin (ACh), um die Dosis-Wirkungs-Beziehung zu untersuchen, als auch für die physiologische Stimulation der endogenen NO-Produktion mit einem lokalen Heizreizprotokoll bei 39 °C oder 42 °C. Wir präsentieren repräsentative Ergebnisse für jeden Ansatz und diskutieren die klinischen Implikationen der Erkenntnisse, die sich aus dieser Technik ergeben haben.
Die Technik der intradermalen Mikrodialyse ist ein vielseitiges Werkzeug in der menschlichen Gefäßforschung. Die Forscher können das Protokoll ändern, um seine Anwendungen weiter zu diversifizieren. Zum Beispiel beschreiben wir ein ACh-Dosis-Wirkungs-Protokoll, aber andere Untersuchungen zu den Mechanismen der Vasokonstriktion oder des vasomotorischen Tonus haben anstelle der Vasodilatation allein Noradrenalin- oder Natrium-Nitroprussid-Dosis-Wirkungs-Ansätze verwendet 26,27,28,29,30,31.…
The authors have nothing to disclose.
Nichts.
1 mL syringes | BD Syringes | 302100 | |
Acetlycholine | United States Pharmacopeia | 1424511 | Pilot data collected in our lab indicate drying acetylcholine increases variability of CVC response; do not dry, store in desiccator |
Alcohol swabs | Mckesson | 191089 | |
Baby Bee Syringe Drive | Bioanalytical Systems, Incorporated | MD-1001 | In this study the optional 3-syringe bracket (catalg number MD-1002) was utilized |
CMA 30 Linear Microdialysis Probes | Harvard Apparatus | CMA8010460 | |
Connex Spot Monitor | WelchAllyn | 74CT-B | automated blood pressure monitor |
Hive Syringe Pump Controller | Bioanalytical Systems, Incorporated | MD-1020 | Controls up to 4 Baby Bee Syringe Drives |
LabChart 8 | AD Instruments | **PowerLab hardware and LabChart software must be compatible versions | |
Lactated Ringer's Solution | Avantor (VWR) | 76313-478 | |
Laser Doppler Blood FlowMeter | Moor Instruments | MoorVMS-LDF | |
Laser Doppler probe calibration kit | Moor Instruments | CAL | |
Laser Doppler VP12 probe | Moor Instruments | VP12 | |
Linear Microdialysis Probes | Bioanalytical Systems, Inc. | MD-2000 | |
NG-nitro-l-arginine methyl ester | Sigma Aldrich | 483125-M | L-NAME |
Povidone-iodine / betadine | Dynarex | 1202 | |
PowerLab C Data Acquisition Device | AD Instruments | PLC01 | ** |
PowerLab C Instrument Interface | AD Instruments | PLCI1 | ** |
Probe adhesive discs | Moor Instruments | attach local heating unit to skin | |
Skin Heater Controller | Moor Instruments | moorVMS-HEAT 1.3 | |
Small heating probe | Moor Instruments | VHP2 | |
Sterile drapes | Halyard | 89731 | |
Sterile gauze | Dukal Corporation | 2085 | |
Sterile surgical gloves | Esteem Cardinal Health | 8856N | catalogue number followed by the initials of the glove size, then the letter "B" (e.g., 8856NMB for medium) |
Surgical scissors | Cole-Parmer | UX-06287-26 |