Endothelabhängige Steuerung von Kaliumkanälen glatter Muskelzellen intakter kleiner Arterien

Abstract

Die Mechanismen der anhaltenden Azetylcholin-induzierten endothelabhängigen Hyperpolarisation in intakten kleinen Mesenterialarterien der Ratte bei Vorstimulation mit Nor-adrenalin (10-6 mol/l) wurden untersucht. Angewendet wurde dabei die Ein-Mikroelektroden-Spannungsklemm-Technik. Die glatten Gefäßmuskelzellen in den untersuchten Präparaten sind elektrisch nicht gekoppelt. Langfristig appliziertes Azetylcholin (10-5 mol/l, > 5 min) hyperpolarisierte die Muskelzellen durch Induktion eines hyperpolarisierenden Stromes. Der Inhibitor der Stickstoffmonoxid-Synthase Nω-Nitro-L-Arginin-Methylester (L-NAME, 10-3 mol/l) blockierte diesen Effekt vollständig. Der Gegenspieler der löslichen Guanylatzyklase Methylenblau (10-4 mol/l) zeigte dagegen keine hemmende Wirkung auf die Azetylcholin-abhängige Strominduzierung. Durch andauernde (> 5 min) intravasale Applikation von Nitroprussid-Natrium (10-6 mol/l, Stickstoffmonoxid-Donator) ließ sich die Induktion des hyperpolarisierenden Stromes in Gefäßen mit zerstörtem Endothel nachahmen. Das Umkehrpotenzial dieses Stromes war von der extrazellulären Kaliumkonzentration abhängig. Der Effekt von Nitroprussid-Natrium wurde durch Methylenblau ebenfalls nicht blockiert. Die Hemmer der ATP-abhängigen bzw. kalziumabhängigen Kaliumkanäle, Glibenclamid (10-5 mol/l) bzw. Charybdotoxin (5x10-8 mol/l), blockierten in den glatten Muskelzellen einen hyperpolarisierenden Strom ähnlich dem Azetylcholin- bzw. Nitroprussid-Natrium-induzier-ten Strom. Glibenclamid bzw. Charybdotoxin verhinderten bei getrennter intravasaler Gabe die Aktivierung des hyperpolarisierenden Stromes durch Nitroprussid-Natrium nicht. Dieser hyperpolarisierende Strom wurde dagegen bei kombinierter Anwendung von Glibenclamid und Charybdotoxin vollständig blockiert. Die Untersuchungen zeigen, dass Azetylcholin in kleinen Mesenterialarterien der Ratte die Muskelzellen langanhaltend hyperpolarisiert. Die Hyperpolarisation vollzieht sich über die Aktivierung sowohl ATP-abhängiger als auch kalziumabhängiger Kaliumströme durch direkte Einwirkung von aus dem Endothel freigesetzten Stickstoffmonoxid.

The mechanism of the sustained acetylcholine-induced endothelium-dependent hyperpolarization (EDH) in intact rat small mesenteric arteries prestimulated with noradrenaline (10-6 mol/l) was investigated by means of the single microelectrode voltage clamp method. The vascular smooth muscle cells (VSMCs) in this preparation are not coupled. Sustained application of acetylcholine (ACh ,10-5 mol/l, > 5 min) hyperpolarized the VSMCs by induction of a hyperpolarizing current. This effect was completely blocked by the inhibitor of the nitric oxide (NO) synthase L-NAME (Nω-nitro-L-arginin-methylester, (10-3 mol/l) but not by the inhibitor of the soluble guanylate cyclase (sGCl), methylene blue (MB, 10-4 mol/l). Application of the NO-donor sodium nitroprusside (SNP, 10-6 mol/l) for more than 5 min mimicked the induction of the endothelium-dependent hyperpolarizing current in vessels with destroyed endothelium. The reversal potential of this current is dependent on the extracellular K+ concentration. The effect of SNP could also not be blocked by MB. The blockers of ATP-dependent and Ca2+-dependent K+ channels, glibenclamide (Glib, 10-5 mol/l) and charybdotoxin (CTX, 5x10-8 mol/l), respectively, blocked a hyperpolarizing current in the VSMCs similar to the ACh- or SNP-induced current. The isolated application of either Glib or CTX did not block the activation of the hyperpolarizing current by SNP. Only the combined administration of Glib and CTX blocked the SNP-induced current completely. Our results suggest that in rat small mesenteric artery, ACh hyperpolarizes the VSMCs tonically by activating both ATP- and Ca2+-dependent K+ currents only via release of NO from the endothelium without need for activation of the sGCl.