Die neue Screeningmethode (NIRS-CO2) soll Gefäßschäden nicht nur viel früher als andere Techniken zeigen, sondern es ist laut Forschungsteam der Medizinischen Fakultät der Universität Duisburg-Essen und des Universitätsklinikums Düsseldorf außerdem das bislang einzige nicht-invasive Verfahren, das die Funktion der inneren Gefäßwand (Endothel) und der glatten Gefäßmuskulatur gleichzeitig messen kann. „Das macht NIRS-CO2 besonders interessant für die Früherkennung von Gefäßschäden bei Diabetes und Autoimmunerkrankungen, bei denen sowohl Endothel als auch Muskelschicht betroffen sind“, so Prof. Dr. Hideo Baba, Stellv. Direktor des Instituts für Pathologie am Universitätsklinikum Essen.
Kohlenstoffdioxid wirkt auf drei Arten
CO₂ wird seit über hundert Jahren medizinisch eingesetzt, zum Beispiel in Kurbädern, bei Durchblutungsstörungen und Diabetes sowie in der Intensivmedizin zur Steuerung der Hirndurchblutung nach Verletzungen. Seit Neustem wird CO₂ in sozialen Medien für Hautverjüngung und Narbenbehandlung beworben, ohne dass bislang eine mechanistische Grundlage nachgewiesen war. Die nun veröffentlichte Studie liefert diese Grundlage: Sie zeigt, dass CO₂ drei verschiedene Mechanismen der Gefäßerweiterung gleichzeitig aktiviert.
In Zusammenarbeit mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Universitätsklinikums Düsseldorf konnten die Autoren drei Wirkmechanismen von CO₂ auf die Gefäßwand aufklären:
- CO₂ regt das Endothel dazu an, den körpereigenen Botenstoff Stickstoffmonoxid (NO) freizusetzen, der die glatte Gefäßmuskulatur entspannt.
- CO₂ öffnet spezielle Kaliumkanäle im Endothel (SKCa und IKCa) und wirkt damit wie der endotheliale Hyperpolarisationsfaktor (EDHF).
- CO₂ wirkt direkt auf die glatte Gefäßmuskulatur, indem es dort elektrische Kanäle aktiviert und die Muskelzellen unabhängig vom Endothel entspannt.
Die Wirkung sei an den Gewebestoffwechsel gekoppelt – vermittelt über vaskuläre Carboanhydrasen. Das erkläre zugleich, warum klinisch zugelassene Carboanhydrase-Hemmer bei Glaukom, Höhenkrankheit und Herzinsuffizienz wirksam sind.
Ablauf der Tests
Für die ersten Tests wurde der Unterarm der Probanden für mehrere Minuten in ein 32 °C temperiertes Wasserbad gelegt. Zunächst wird der Ausgangswert ohne zusätzliches CO₂ gemessen, anschließend gegen CO₂-angereichertes Wasser ausgetauscht, das mit einem handelsüblichen Kartuschensystem auf eine Konzentration von etwa 4,2 g CO₂ pro Liter eingestellt wird. Eine NIRS-Sonde am Unterarm erfasst in Echtzeit den Anstieg des oxygenierten Hämoglobins (HbO₂) und den Abfall des desoxygenierten Hämoglobins (HHb) in der Haut. Als Surrogat-Parameter für die Vasodilatationskapazität dient die Time to Intersection (TTI) – also die Zeit bis zum Schnittpunkt beider Kurven. „Je kürzer die TTI, desto schneller steigt der HbO₂-Anteil an und desto besser ist die Gefäßerweiterung. Bei Gefäßerkrankungen ist die TTI deutlich verlängert“, erklärt Prof. Dr. Baba.
„Spiegel der Gesundheit des Gefäßsystems“
Menschen mit Risikofaktoren für Atherosklerose – Rauchen, Bluthochdruck, Diabetes, erhöhtes Cholesterin – sowie Patientinnen und Patienten mit peripherer arterieller Verschlusskrankheit (pAVK) oder koronarer Herzkrankheit (KHK) zeigten in der Studie eine signifikant verlängerte TTI im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen. „Die Geschwindigkeit, mit der die Gefäße auf CO₂ reagieren, ist ein direkter Spiegel der Gesundheit des Gefäßsystems“, so Prof. Baba. „Ein verzögertes Ansprechen ist ein frühes Warnsignal – und zwar bevor Beschwerden auftreten und bevor klassische Verfahren Abweichungen zeigen.“
Im direkten Vergleich mit der Flow-Mediated Dilation (FMD) – dem bisherigen klinischen Goldstandard der nicht-invasiven Gefäßfunktionsdiagnostik – habe sich NIRS-CO₂ überlegen gezeigt: Während FMD ausschließlich die Endothelfunktion prüfe, erfasse NIRS-CO₂ zusätzlich die Funktion der glatten Gefäßmuskulatur. Diese myogene Komponente sei bei Bluthochdruck, Herzinsuffizienz und pulmonaler Hypertonie häufig gestört und war bisher mit keinem nicht-invasiven Verfahren quantifizierbar. „Wir sehen in NIRS-CO₂ ein besonders vielversprechendes Werkzeug für die Früherkennung von Gefäßschäden bei Diabetes und Autoimmunerkrankungen, zwei Erkrankungsbildern, bei denen sowohl das Endothel als auch die glatte Muskelschicht betroffen sind“, so Prof. Baba. Das Team arbeitet derzeit an der Überführung des Laboraufbaus in ein integriertes, bedienerfreundliches Diagnosegerät und an der Vorbereitung einer größeren klinischen Validierungsstudie. Hierfür werden derzeit Fördermittel eingeworben.
Quelle: idw/Universitätsklinikum Essen
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