Tierärztl. Hochsch., Diss., 2003--Hannover.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit war, die aktuelle Primärliteratur zum Thema Diagnostik der Hypovolämie zu einer Metastudie zusammenzufassen. Darauf aufbauend sollte analysiert werden, ob bereits verlässliche Methoden und Parameter zur Bestimmung des Volumenstatus verfügbar sind. Nach Durchsicht und Analyse der Datenlage zur Diagnostik der Hypovolämie in der aktuellen Primärliteratur im Zeitraum von 1995-2005 zeigte sich, dass die in die Studie eingeschlossenen Arbeiten nicht vergleichbar und nicht als Metastudie zusammenzufassen sind. Gründe hierfür sind die große Heterogenität im Versuchsaufbau, der detaillierten Versuchsdurchführung und der verwendeten Methoden und Parameter zur Bestimmung des Blutvolumens. Die Analyse der Primärliteratur zeigte, dass bisher keine verlässlichen Parameter zur Bestimmung des Blutvolumens und zur frühzeitigen Erkennung einer Hypovolämie existieren. Im klinischen Routinebetrieb erscheint die transpulmonalen Thermodilution (PiCCO) das derzeit sensitivste Verfahren zur Volumenbestimmung zu sein. Auf Grund der mangelnden Spezifität sind Fehleinschätzungen der tatsächlichen Volumensituation auch bei dieser Technik häufig. Die zusätzliche Durchsicht der nach 2005 erschienen Arbeiten machte deutlich, dass die Methoden zur Volumenbestimmung zwar verbessert wurden, trotzdem aber noch etlichen Limitationen unterliegen, die einen verlässlichen Einsatz im klinischen Alltag zur sicheren Bestimmung der Volumenssituation nicht erlauben. Es sind daher weitere experimentelle und klinische Arbeiten auf diesem Gebiet nötig, um verlässliche Parameter und Methoden zur Volumendiagnostik zu schaffen. / The aim of this thesis was to create a meta-analysis by summarizing the primary literature of studies that investigated diagnostic methods to detect hypovolemia. Based on these data, it was tested whether the existing methods and parameters used in the literature are reliable to identify acute blood loss early and sufficiently. Studies in the time range from 1995 to 2005 which investigated diagnostic methods of hypovolemia were analysed. In all these studies a great heterogeneity in experimental setup as well as a large variety of the methods and parameters used for diagnosis of hypovolemia were evident. Therefore, it was not possible to perform a valid metaanalysis from these data. Detailed individual analyses of the data in these studies showed that there are no reliable parameters and methods for early detection of hypovolemia. However, according to the literature the transpulmonary thermodilution (PiCCO) appears to be the most reliable method to estimate blood loss at present. Additional review of the studies beyond 2005 showed that the methods to detect hypovolemia were improved, but still have severe limitations that do not allow reliable and sufficient detection of blood loss in the routine clinical setting. Taken together there is still a need for additional experimental and clinical studies to further improve methods and parameters to reliably estimate the amount of hypovolemia.

Mit dieser Arbeit konnte erstmals gezeigt werden, dass ANP über die Aktivierung der endothelialen Guanylyl Cyklase A (GC-A) akut die Permeabilität für Albumin an postkapillären Venolen stimuliert. Durch diesen Mechanismus ist ANP neben der chronischen auch an der akuten Reduktion des Plasmavolumens und des systolischen arteriellen Blutdrucks beteiligt. Aufgrund der wichtigen extrarenalen endothelialen Effekte stellt ANP das einzige hypovolämische Hormon im Organismus dar und ist somit ein bedeutender physiologischer Regulator der transvaskulären Volumenhomöostase. Jedoch sind diese Effekte deutlich von denen der vasoaktiven Substanzen, wie z. B. Histamin oder Thrombin und anderer diuretisch wirkender Substanzen, wie z. B. Schleifendiuretika, abzugrenzen. Vermutlich wird der permeabilitätssteigernde Effekt von ANP durch die beobachtete gesteigerte PKG- und PKA-abhängige Phosphorylierung von VASP vermittelt, wodurch möglicherweise die parazelluläre Permeabilität selektiv für Albumin gesteigert wird. Den gegenregulatorischen Mechanismus zur endothelialen GC-A stellt der NPR-C dar. Durch diesen erfolgt eine verminderte PKA- und PKG-abhängige Phosphorylierung von VASP, was durch die ANP-Infusion an EC GC-A KO Mäusen beobachtet wurde und zu einer Reduktion der physiologischen Permeabilität für Albumin an den postkapillären Venolen führen könnte. Somit wird wahrscheinlich durch diesen Mechanismus das Plasmavolumen, aber nicht der systolische arterielle Blutdruck in vivo gesteigert und eine übersteigerte Reaktion der GC-A verhindert. Aufgrund der enormen Bedeutung des ANP/GC-A Systems für die Modulation der endothelialen Permeabilität und die akuten sowie chronischen Regulation des Plasmavolumens und arteriellen Blutdrucks besitzt es bei Dysfunktion eine bedeutende klinische Relevanz. Denn durch eine verminderte Sekretion von ANP oder der Dysfunktion des endothelialen GC-A-Rezeptors, durch verschiedene Single Nucleotid Polymorphismen (SNPs) oder Desensitisierung, kann dieses System an der Entstehung der essentiellen Hypertonie oder der Hypervolämie bzw. Hypernatriämie bei herzinsuffizienten Patienten beteiligt sein. / Atrial natriuretic peptide (ANP) regulates arterial blood pressure and volume. Its guanylyl cyclase-A (GC-A) receptor is expressed in vascular endothelium and mediates increases in cGMP, but the functional relevance is controversial. Notably, mice with endothelial-restricted GC-A deletion [EC GC-A knockout (KO) mice] exhibit significant chronic hypervolemic hypertension. The present study aimed to characterize the endothelial effects of ANP and their relevance for the acute regulation of intravascular fluid volume. We studied the effect of ANP on microvascular permeability to fluorescein isothiocyanate-labeled albumin (BSA) using intravital microscopy on mouse dorsal skinfold chambers. Local superfusion of ANP (100 nM) increased microvascular fluorescein isothiocyanate-BSA extravasation in control but notECGC-AKO mice. Intravenous infusion of synthetic ANP (500 ng/kg min) caused immediate increases in hematocrit in control mice, indicating intravascular volume contraction. In EC GC-A KO mice, the hematocrit responses were not only abolished but even reversed. Furthermore, acute vascular volume expansion, which caused release of endogenous cardiac ANP, did not affect resting central venous pressure of control mice but rapidly and significantly increased central venous pressure of EC GC-A KO mice. In cultured lung endothelial cells, ANP provoked cGMP-dependent protein kinase I-mediated phosphorylation of vasodilator-stimulated phosphoprotein. We conclude that ANP, via GC-A, enhances microvascular endothelial macromolecule permeability in vivo. This effect might be mediated by cGMP-dependent protein kinase I-dependent phosphorylation of vasodilator-stimulated phosphoprotein. Modulation of transcapillary protein and fluid transport may represent one of the most important hypovolemic actions of ANP. (Endocrinology 149: 4193–4199, 2008)

The topic of the thesis is the mechanisms of cellular volume regulation in the rat retina. Müller cells as main macroglial cells of the retina are supposed to play important roles in the regulation of the retinal ion- and osmohomeostasis and, thus, in the regulation of the extracellular space volume. In the first part of the thesis, signaling pathways were determined which are involved in the regulation of the volume of Müller glial cells and bipolar cells, the main second-order cells of the retina, in the healthy rat retina. The topic of the second part of the thesis is the evaluation of gliotic alterations of Müller cells in a transgenic rat model of retinal degeneration (CMV-PKD21/703 HA rats), in order to obtain indications for a pathogenic role of reactive glial cells in the development of retinal degeneration and edema. Various methods were used including immunohistochemical stainings, real-time RT-PCR, patch-clamp recordings, and cell swelling experiments. The data suggest that both neurons and reactive Müller cells may contribute to formation of retinal edema. In contrast to Müller cells, bipolar cells are apparently not capable to regulate the extracellular space volume in the healthy retina. However, reactive Müller cells are impaired in their capability to regulate retinal water and ion homeostasis. Impaired regulation of the extracellular space volume may result in neuronal hyperexcitation and degeneration.

The topic of the thesis is the mechanisms of cellular volume regulation in the rat retina. Müller cells as main macroglial cells of the retina are supposed to play important roles in the regulation of the retinal ion- and osmohomeostasis and, thus, in the regulation of the extracellular space volume. In the first part of the thesis, signaling pathways were determined which are involved in the regulation of the volume of Müller glial cells and bipolar cells, the main second-order cells of the retina, in the healthy rat retina. The topic of the second part of the thesis is the evaluation of gliotic alterations of Müller cells in a transgenic rat model of retinal degeneration (CMV-PKD21/703 HA rats), in order to obtain indications for a pathogenic role of reactive glial cells in the development of retinal degeneration and edema. Various methods were used including immunohistochemical stainings, real-time RT-PCR, patch-clamp recordings, and cell swelling experiments. The data suggest that both neurons and reactive Müller cells may contribute to formation of retinal edema. In contrast to Müller cells, bipolar cells are apparently not capable to regulate the extracellular space volume in the healthy retina. However, reactive Müller cells are impaired in their capability to regulate retinal water and ion homeostasis. Impaired regulation of the extracellular space volume may result in neuronal hyperexcitation and degeneration.