title: The effect of chronic intermittent hypoxia on myocardial vascularization, inflammation and mitchondrial integrity in a mouse model
title: Der Effekt von chronisch-intermittierender Hypoxie auf myokardiale Vaskularisation, Entzündung und mitochondriale Integrität im Mausmodell
Creators: name: Büttner, Franziska
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2017
Subjects: Hypoxie
Myokard
OSAS
Medical sciences, Medicine
Medizin, Gesundheit

description: Obstructive sleep apnea syndrome
      (OSAS) is the most common sleep related breathing disorder
      and goes along with a decreased tone of the pharyngeal
      muscles leading to a partial or complete collapse of the
      upper airway during sleep which reduces the breath flow up to
      apnoea. It can take a minute or longer and causes a decline
      of the partial pressure of oxygen and oxygen saturation as
      well as an increase of the partial pressure of carbon
      dioxide. The sleep apnea is terminated by an arousal because
      of activation of sympathetic nervous system. The affected
      patients complain about daytime fatigue and show an enhanced
      risk for cardiovascular diseases like arterial hypertension,
      coronary heart disease and congestive heart failure.
      Considering the increasing incidence of the main risk factor
      obesity, prevalence of OSAS raises as well. That is the
      reason why we have to focus on this disease pattern and the
      underlying pathomechanisms. This dissertation's aim is the
      examination of histomorphological and molecular biological
      alterations of the leftventricular myocard promoting the
      development of cardial hypertrophy and ventricular
      dysfunction. We used a mouse model of chronic intermittend
      hypoxia (CIH) (male C57BL/6J mouses) and compared a normoxic
      control group KON (n=11) with a treatment group CIH (n=10).
      To imitate a severe OSAS, the treatment group has been
      exposed to a minute-by-minute change of normoxia (21% oxygen)
      and hypoxia (6-7% oxygen) eight hours a day for six weeks. To
      examine leftventricular tissue samples concerning
      angiogenesis, inflammation, apoptosis and mitochondrial
      integrity, we used (immuno-)histochemistry, qRT-PCR and
      electron microscopy. The angiogenic markers VEGF-A, VEGF-B,
      KDR and Notch1 appeared increased as a response to the
      insufficient oxygen supply of the tissue caused by CIH. The
      angiogenic signals were not followed by a significant
      capillary growth. They seem to be ineffective which might be
      caused by the CIH associated inflammation. The
      pro-inflammatory markers TNF-α, COX-2 and IL1-β showed a
      significant increase of RNA-levels as well as positive cells
      in immunohistochemistry. TNF-α and IL1-β are able to
      influence the pro-angiogenic Notch1 signaling pathway which
      appears cardioprotective via inhibition of fibrosis and
      hypertrophy. This may be one reason for the missing
      leftventricular hypertrophy. Another one can be the
      upregulation of PMCA4b which was associated with less
      hypertrophy and fibrosis in literature. Furthermore, the
      RNA-level of SOCS3 was increased, too. The protein is linked
      to inflammation, fibrosis and mitochondrial damage. Fitting
      to this, we detected a disruption of the mitochondrial
      integrity which might contribute to the ventricular
      dysfunction caused by CIH and might have a clinical impact on
      congestive heart failure linked to OSAS.
description: Das Syndrom der obstruktiven
      Schlafapnoe (OSAS) ist die häufigste schlafbezogene
      Atemstörung, bei der ein verminderter Muskeltonus der
      Rachenmuskulatur zu einem partiellen oder vollständigen
      Kollaps der Atemwege im Schlaf führt. In der Folge reduziert
      sich der Atemfluss bis hin zur Apnoe, welche mitunter eine
      Minute und darüber hinaus andauern kann. Der konsekutive
      Abfall des Sauerstoffpartialdrucks und die Ausbildung einer
      Hyperkapnie resultieren letztlich über eine
      Sympathikusaktivierung in einer Weckreaktion. Die betroffenen
      Patienten berichten von ausgeprägter Tagesmüdigkeit und
      weisen ein erhöhtes Risiko auf, Begleiterkrankungen wie
      arterielle Hypertonie, KHK und Herzinsuffizienz zu
      entwickeln. In Anbetracht der steigenden Inzidenz des
      Hauptrisikofaktors Adipositas erhöht sich ebenso die
      Prävalenz des OSAS, weshalb dem Krankheitsbild und den
      zugrundeliegenden Pathomechanismen verstärkt Bedeutung
      beigemessen wird. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die
      histomorphologische und molekularbiologische Untersuchung
      linksventrikulärer Myokardveränderungen, welche im Rahmen des
      OSAS die Entwicklung einer kardialen Hypertrophie und
      ventrikulären Dysfunktion begünstigen. Dazu diente ein
      Maus-Modell der chronisch intermittierenden Hypoxie (CIH)
      (männliche C57BL/6J-Mäuse), im Rahmen dessen eine
      Versuchsgruppe CIH (n=10) zur Imitation eines schweren OSAS
      sechs Wochen lang für acht Stunden pro Tag einem minütlichen
      Wechsel aus Normoxie (21% O2) und Hypoxie (6-7% O2)
      ausgesetzt und mit einer normoxischen Kontrollgruppe KON
      (n=11) verglichen wurde. Die linksventrikulären Myokardproben
      wurden mittels (Immun-)Histochemie, qRT-PCR und
      Elektronenmikroskopie hinsichtlich Angiogenese, Inflammation,
      Apoptose und mitochondrialer Integrität untersucht. Dabei
      zeigten sich die angiogenetischen Marker VEGF-A, VEGF-B, KDR
      und Notch1 auf RNA-Ebene erhöht, was als Antwort auf die
      unzureichende Sauerstoffversorgung des Gewebes unter CIH
      angesehen werden kann. Diesen angiogenetischen Signalen folgt
      jedoch offenbar histochemisch keine nachweisbare signifikante
      Kapillarneubildung. Sie scheinen im vorliegenden Modell
      ineffektiv zu sein, was durch die CIH-assoziierte
      Inflammation bedingt sein kann. So zeigten sich die
      pro-inflammatorischen Marker TNF-α, COX-2 und IL-1β auf
      molekularbiologischer und zum Teil auch auf
      immunhistochemischer Ebene signifikant erhöht, wobei vor
      allem TNF-α und IL-1β zu einer Störung des pro-angiogenetisch
      wirksamen Notch1-Signalweges führen können. Notch1 wirkt über
      eine Hemmung von Fibrosierungs- und
      Hypertrophierungsprozessen außerdem kardioprotektiv, was als
      Erklärung für den im vorliegenden Maus-Modell geringen
      myokardialen Kollagengehalt und die fehlende
      linksventrikuläre Hypertrophie angesehen werden kann. Es kann
      jedoch auch mit der PMCA4b-Hochregulation assoziiert sein,
      welche in der Literatur bereits mit einer Verminderung von
      Hypertrophie und Fibrose in Verbindung gebracht werden
      konnte. Auch die Expression von SOCS3 zeigte sich stark
      erhöht. Dieses Protein wird mit gesteigerter Inflammation,
      Fibrose und mitochondrialer Schädigung in Zusammenhang
      gebracht, wobei in der vorliegenden Arbeit mittels
      Elektronenmikroskopie eine Störung der mitochondrialen
      Integrität detektiert werden konnte. Diese vermehrten
      Mitochondrien-Defekte könnten zur ventrikulären Dysfunktion
      infolge CIH beitragen und klinisch eine Rolle bei der
      Herzinsuffizienz bei OSAS spielen.