Vasodilatation ist das Ergebnis einer Entspannung der glatten Muskulatur, die die Blutgefäße umgibt. Diese Entspannung wiederum beruht auf dem Wegfall des Stimulus für die Kontraktion, die von der intrazellulären Kalziumionenkonzentration abhängt und eng mit der Phosphorylierung der leichten Kette des kontraktilen Proteins Myosin verbunden ist. Somit wirkt die Vasodilatation hauptsächlich entweder durch die Senkung der intrazellulären Kalziumkonzentration oder durch die Dephosphorylierung (eigentlich die Substitution von ATP durch ADP) von Myosin. Die Dephosphorylierung durch die Myosin-Leichtkettenphosphatase und die Induktion von Kalzium-Symportern und -Antiportern, die Kalzium-Ionen aus dem intrazellulären Kompartiment pumpen, tragen beide zur Entspannung der glatten Muskelzellen und damit zur Vasodilatation bei. Dies geschieht durch Wiederaufnahme von Ionen in das sarkoplasmatische Retikulum über Austauscher und Ausstoß über die Plasmamembran. Es gibt drei wesentliche intrazelluläre Stimuli, die zu einer Vasodilatation von Blutgefäßen führen können. Die spezifischen Mechanismen zur Erzielung dieser Effekte variieren von Vasodilatator zu Vasodilatator.
| Klasse | Beschreibung | Beispiel |
|---|---|---|
| Hyperpolarisations-vermittelt (Calciumkanalblocker) | Änderungen des Ruhemembranpotentials der Zelle beeinflussen den intrazellulären Calciumspiegel durch Modulation spannungsempfindlicher Calciumkanäle in der Plasmamembran. | Adenosin |
| cAMP-vermittelt | Adrenerge Stimulation führt zu erhöhten Spiegeln von cAMP und Proteinkinase A, was zu einem erhöhten Kalziumabbau aus dem Zytoplasma führt. | Prostazyklin |
| cGMP-vermittelt (Nitrovasodilator) | Durch Stimulation der Proteinkinase G. | Stickstoffmonoxid |
PDE5-Inhibitoren und Kaliumkanalöffner können ebenfalls ähnliche Ergebnisse erzielen.
Wirkstoffe, die die oben genannten Mechanismen vermitteln, können in endogene und exogene eingeteilt werden.
Endogen
| Vasodilatoren | Rezeptor ( = öffnet. ↓ = schließt) Auf vaskulären glatten Muskelzellen, wenn nicht anders angegeben |
Transduktion ( = erhöht. ↓ = erniedrigt) |
|
|---|---|---|---|
| EDHF | ? | Hyperpolarisation → ↓VDCC → ↓intrazelluläres Ca2+ | |
PKG-Aktivität →
|
|||
| NO-Rezeptor am Endothel | ↓endothelin-Synthese | ||
| Epinephrin (Adrenalin) | β-2-Adrenozeptor | Gs-Aktivität → AC-Aktivität → cAMP → PKA-Aktivität → Phosphorylierung von MLCK → ↓MLCK-Aktivität → Dephosphorylierung von MLC | |
| Histamin | Histamin H2-Rezeptor | ||
| Prostacyclin | IP-Rezeptor | ||
| Prostaglandin D2 | DP-Rezeptor | ||
| Prostaglandin E2 | EP-Rezeptor | ||
| VIP | VIP-Rezeptor | Gs Aktivität → AC-Aktivität → cAMP → PKA-Aktivität →
|
|
| (extrazelluläres) Adenosin | A1, A2a und A2b Adenosinrezeptoren | ATP-sensitiver K+-Kanal → Hyperpolarisation → VDCC schließen → ↓intrazelluläres Ca2+ | |
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P2Y-Rezeptor | aktiviert Gq → PLC-Aktivität → intrazelluläres Ca2+ → NOS-Aktivität → NO → (siehe Stickstoffmonoxid) | |
| L-.Arginin | Imidazolin und α-2-Rezeptor? | Gi → ↓cAMP → Aktivierung der Na+/K+-ATPase → ↓intrazelluläre Na+ → Na+/Ca2+-Austauscher-Aktivität → ↓intrazelluläres Ca2+ | |
| Bradykinin | Bradykinin-Rezeptor | ||
| Substanz P | |||
| Niacin (nur als Nikotinsäure) | |||
| Plättchen-aktivierenden Faktor (PAF) | |||
| CO2 | – | ↓interstitieller pH → ? | |
| interstitielle Milchsäure (wahrscheinlich) | – | ||
| Muskelarbeit | – |
|
|
|
verschiedene Rezeptoren am Endothel | ↓Endothelin-Synthese |
Die gefäßerweiternde Wirkung der Aktivierung von Beta-2-Rezeptoren (z. B. durch Adrenalin) scheint endothelunabhängig zu sein.
Sympathikus-Vasodilatation
Obwohl es anerkannt ist, dass der Sympathikus eine wichtige Rolle bei der Vasodilatation spielt, ist er nur einer der Mechanismen, durch die eine Vasodilatation erreicht werden kann. Das Rückenmark besitzt sowohl vasodilatatorische als auch vasokonstriktorische Nerven. Die Neuronen, die die vaskuläre Vasodilatation steuern, haben ihren Ursprung im Hypothalamus. Ein Teil der sympathischen Stimulation von Arteriolen im Skelettmuskel wird durch Epinephrin vermittelt, das auf β-adrenerge Rezeptoren der arteriolären glatten Muskulatur wirkt, was, wie oben beschrieben, durch cAMP-Signalwege vermittelt würde. Es hat sich jedoch gezeigt, dass das Ausschalten dieser sympathischen Stimulation wenig oder gar keine Rolle dabei spielt, ob die Skelettmuskulatur auch bei hoher Anstrengung ausreichend Sauerstoff erhält, so dass man annimmt, dass diese spezielle Methode der Vasodilatation für die menschliche Physiologie von geringer Bedeutung ist.
In Fällen von emotionalem Stress kann dieses System aktiviert werden, was zu einer Ohnmacht aufgrund des verminderten Blutdrucks durch die Vasodilatation führt, was als vasovagale Synkope bezeichnet wird.
Kälteinduzierte Vasodilatation
Die kälteinduzierte Vasodilatation (CIVD) tritt nach Kälteexposition auf, möglicherweise um das Verletzungsrisiko zu verringern. Sie kann an verschiedenen Stellen im menschlichen Körper stattfinden, wird aber am häufigsten an den Extremitäten beobachtet. Die Finger sind besonders häufig betroffen, da sie am häufigsten exponiert sind.
Wenn die Finger der Kälte ausgesetzt werden, tritt zuerst eine Vasokonstriktion auf, um den Wärmeverlust zu reduzieren, was zu einer starken Abkühlung der Finger führt. Ungefähr fünf bis zehn Minuten nach Beginn der Kälteexposition der Hand kommt es zu einer plötzlichen Vasodilatation der Blutgefäße in den Fingerspitzen. Dies wird wahrscheinlich durch eine plötzliche Abnahme der Freisetzung von Neurotransmittern aus den Sympathikusnerven in den Muskelmantel der arteriovenösen Anastomosen aufgrund der lokalen Kälte verursacht. Die CIVD erhöht den Blutfluss und damit die Temperatur der Finger. Dies kann schmerzhaft sein und wird manchmal als „heißer Schmerz“ bezeichnet, der so schmerzhaft sein kann, dass er zum Erbrechen führt.
Auf die Vasodilatation folgt eine neue Phase der Vasokonstriktion, nach der sich der Prozess wiederholt. Dies wird als Hunting-Reaktion bezeichnet. Experimente haben gezeigt, dass drei weitere Gefäßreaktionen auf das Eintauchen des Fingers in kaltes Wasser möglich sind: ein kontinuierlicher Zustand der Vasokonstriktion; eine langsame, stetige und kontinuierliche Wiedererwärmung; und eine proportionale Regelungsform, bei der der Gefäßdurchmesser nach einer anfänglichen Phase der Vasokonstriktion konstant bleibt. Die überwiegende Mehrheit der Reaktionen kann jedoch der Jagdreaktion zugeordnet werden.
Andere Mechanismen der Vasodilatation
Andere vorgeschlagene Vasodilatatoren oder vasodilatierende Faktoren sind:
- Abwesenheit von hohem Umgebungslärm
- Abwesenheit von hoher Beleuchtung
- Adenosin – Adenosin-Agonist, der vor allem als Antiarrhythmikum eingesetzt wird
- Alphablocker (blockieren die gefäßverengende Wirkung von Adrenalin)
- Amylnitrit und andere Nitrite werden oft in der Freizeit als Vasodilatator eingesetzt,
- atriales natriuretisches Peptid (ANP) – ein schwacher Vasodilatator
- Capsaicin (Chili)
- Ethanol (Alkohol)
- Histamininduktoren
- Die Komplementproteine C3a, C4a und C5a wirken, indem sie die Histaminfreisetzung aus Mastzellen und basophilen Granulozyten auslösen.
- Stickoxidinduktoren
- L-Arginin (eine wichtige Aminosäure)
- Glyceryltrinitrat (allgemein bekannt als Nitroglycerin)
- Isosorbidmononitrat und Isosorbiddinitrat
- Pentaerythrittetranitrat (PETN)
- Natriumnitroprussid
- PDE5-Hemmer: Diese Wirkstoffe verstärken indirekt die Wirkung von Stickstoffmonoxid
- Sildenafil (Viagra)
- Tadalafil (Cialis)
- Vardenafil (Levitra)
- Tetrahydrocannabinol (THC)
- Theobromin
- Minoxidil
- Papaverin, ein Alkaloid aus dem Schlafmohn Papaver somniferum
- Östrogen
- Apigenin: In den kleinen Mesenterialarterien der Ratte wirkt Apigenin auf TRPV4 in Endothelzellen, um eine EDHF-vermittelte Gefäßerweiterung zu induzieren (Br J Pharmacol 2011 Nov 3)
Therapeutische Anwendungen
Vasodilatatoren werden zur Behandlung von Erkrankungen wie Bluthochdruck eingesetzt, bei denen der Patient einen abnorm hohen Blutdruck hat, sowie Angina pectoris, kongestive Herzinsuffizienz und erektile Dysfunktion, und bei denen die Aufrechterhaltung eines niedrigeren Blutdrucks das Risiko des Patienten für die Entwicklung anderer kardialer Probleme reduziert.Flushing kann eine physiologische Reaktion auf Vasodilatatoren sein. Einige Phosphodiesterase-Hemmer, wie Sildenafil, Vardenafil und Tadalafil, erhöhen den Blutfluss im Penis durch Vasodilatation. Sie können auch zur Behandlung der pulmonalen arteriellen Hypertonie (PAH) eingesetzt werden.
Antihypertensiva, die durch die Öffnung der Blutgefäße wirken
Diese Medikamente können dafür sorgen, dass die Gefäße geöffnet bleiben oder helfen, dass die Gefäße nicht verengt werden.
- Angiotensin-II-Rezeptorblocker
- ACE-Hemmer
- Kalziumkanalblocker
Medikamente, die anscheinend durch die Aktivierung der α2A-Rezeptoren im Gehirn wirken und dadurch die Aktivität des sympathischen Nervensystems verringern.
- Methyldopa
Laut American Heart Association kann Alpha-Methyldopa eine orthostatische Synkope verursachen, da es eine stärkere blutdrucksenkende Wirkung ausübt, wenn man aufrecht steht, was zu Schwächegefühlen oder Ohnmacht führen kann, wenn der Blutdruck zu weit gesenkt wurde. Zu den bekannten Nebenwirkungen von Methyldopa gehören Schläfrigkeit oder Trägheit, Mundtrockenheit, Fieber oder Anämie. Zusätzlich dazu kann es bei männlichen Patienten zu Impotenz kommen.
- Clonidinhydrochlorid
- Guanabenzacetat
- Guanfacinhydrochlorid
Clonidin, Guanabenz oder Guanfacin können zu starker Mundtrockenheit, Verstopfung oder Schläfrigkeit führen. Bei abrupter Beendigung der Einnahme kann der Blutdruck schnell auf gefährlich hohe Werte ansteigen. Sie entspannen direkt die Muskulatur in den Wänden der Blutgefäße (vor allem der Arteriolen), wodurch sich das Gefäß erweitern (dilatieren) kann.
- Hydralazin
- Minoxidil
Hydralazin kann Kopfschmerzen, Schwellungen um die Augen, Herzklopfen oder Schmerzen in den Gelenken verursachen. Im klinischen Bereich wird Hydralazin normalerweise nicht allein verwendet. Minoxidil ist ein potenter direkter Vasodilatator, der nur bei resistentem schweren Bluthochdruck oder bei Nierenversagen eingesetzt wird. Als unerwünschte Wirkungen sind Flüssigkeitsretention (deutliche Gewichtszunahme) und übermäßiger Haarwuchs bekannt.