Neue Tiermodelle für die Indikation Claudicatio intermittens

Abstract

Die periphere arterielle Verschlusskrankheit im Stadium II nach Fontaine, (Claudicatio intermittens) ist eine Erkrankung, die zu einer Einschränkung der Leistungsfähigkeit und der Lebensqualität des Betroffenen führt. Medikamente zur symptomatischen Behandlung sind allerdings nur begrenzt verfügbar. Zur Entwicklung neuer Substanzen stehen aber kaum prädiktive Tiermodelle zur Verfügung. Ziel dieser Arbeit war es daher verschiedene neue Tiermodelle an der Ratte und an der Maus zu entwickeln. Diese sollten die klinische Situation des Patienten genau widerspiegeln. Zur Validierung der neuen Modelle wurde der PDE3 Inhibitor Cilostazol eingesetzt. Cilostazol gilt als der Gold-Standard der symptomatischen Therapie von Claudicatio intermittens. Mittels einer Ligatur der A. iliaca communis wurde bei gesunden und bei diabetischen Ratten eine unilaterale Hinterlaufischämie induziert. Diese führte in der entsprechenden Muskulatur zu chronischen Einschränkungen in der Durchblutung und im Perfusionsdruck, die mit den Einschränkungen beim Patienten mit Claudicatio intermittens zu vergleichen waren. Folgend wurde invasiv und nicht invasiv untersucht, inwieweit diese Einschränkung der Durchblutung in Ruhe unter Belastung zu Funktionsveränderungen der entsprechenden Muskulatur führen. Festgestellt werden konnte, dass der Hinterlauf mit induzierter Ischämie, im Vergleich zum kontralateralen Hinterlauf, innerhalb von zehnminütiger Belastung deutliche Zeichen der Ermüdung zeigte. Die Muskelermüdung war charakterisiert durch eine geringradige Verminderung der Kraft, eine mittelgradige Verminderung der Kontraktionsgeschwindigkeit, eine deutliche Verlängerung der Relaxationszeit und eine starke Verminderung der Relaxationsgeschwindigkeit. Die Behandlung mit Cilostazol führte zu einer signifikanten Verbesserung der belastungsinduzierten Muskelermüdung. Um die Muskelfunktionseinschränkung auch am wachen Tier zu messen, wurden zusätzlich Laufradversuche mit Mäusen entwickelt. Hier zeigten gesunde C57BL/6-Mäusen nach der Induktion einer bilateralen Hinterlaufischämie zunächst deutliche Einschränkungen in der freiwilligen Laufleistung, erreichten aber nach etwa drei Wochen fast wieder ihre Ausgangslaufleistung. Die Behandlung mit Cilostazol zeigte zwar eine Verbesserung, die aber aufgrund der schnellen Erholung der unbehandelten Mäuse nicht dauerhaft herausgestellt werden konnte. Damit war das Fenster zur Messung eines Therapieeffektes zu klein. Im Gegensatz dazu führte die bilaterale Ligatur der A. femoralis bei eNOS-/- Mäusen zu einer chronischen Einschränkung der freiwilligen Laufleistung. Die Behandlung mit Cilostazol führte hier dauerhaft zu einer signifikanten Verbesserung der Laufleistung. Diese Ergebnisse zeigen, dass sich die neuen Modelle zur Testung von Substanzen für die Indikation Claudicatio intermittens eignen könnten. Intermittent claudication is a common disease with limited treatment options. The identification of new drugs is hampered by the lack of predictive animal models. We therefore developed new in vivo models mimicking the situation of patients with intermittent claudication. To validate these models, we studied the effectiveness of the PDE3 inhibitor cilostazol, the current gold standard in the symptomatic therapy of patients with intermittent claudication. Unilateral iliac artery ligation in rats (Zucker Diabetic Fatty rats and lean control rats) led to chronically impaired blood flow and perfusion pressure in the ischemic leg. The perfusion pressure index (ischemic to the non-ischemic control leg) closely resembled the ankle brachial index found in patients with intermittent claudication. This clinically relevant impairment of perfusion pressure at rest led to an exercised induced muscle fatigue in the ischemic leg minutes after the initiation of repetitive muscle contractions. This muscle fatigue was characterized by a slight reduction of contraction force, a moderate reduction of contraction velocity, a marked increase in relaxation time and a strong reduction of relaxation velocity. Cilostazol led to a significant amelioration of the exercise-induced muscle fatigue. Furthermore we established an mouse voluntary running wheel model of bilateral hind limb ischemia. In wild type mice the running ability was reduced during the first 3 weeks after the induction of bilateral hind limb ischemia, but returned to nearly normal levels thereafter. Cilostazol treatment was associated with an improved running distance, however due to the strong recovery of the placebo treated animals the effect was diminished over time. In contrast to this finding the running ability was chronically impaired in eNOS deficient mice, in which we were able to show a positive effect by cilostazol, which even increased over time. Taken together these novel animal models of intermittent claudication will be useful to identify potential drugs for the treatment of this disease.