Morphologische und histopathologische Untersuchung der sympathischen Innervation der Arteriae renales und Arteriae carotides

Abstract

Hintergrund: Die Reduktion eines erhöhten Blutdrucks kann das Risiko für kardiovaskuläre Komplikationen, wie Herzinsuffizienz, Myokardinfarkt, Schlaganfall und Sterblichkeit senken. Trotzdem erreichen bis zu 40% der Patienten mit arterieller Hypertonie nicht die empfohlenen Zielblutdrucke. Da für die Blutdruckregulation unter anderem das sympathische Nervensystem und die arteriellen Barorezeptoren im Bereich des Karotissinus eine zentrale Rolle spielen, werden zur Behandlung der Hypertonie interventionelle Therapien untersucht, die die renalen sympathischen Nervenfasern veröden oder den Barorezeptorreflex modulieren. Für die Entwicklung von Kathetersystemen und zur Verbesserung der Prozedur sind Kenntnisse über die Verteilung vegetativer Nervenfasern entlang der Arteriae (Aa.) renales und Aa. carotides essenziell. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Dichte und den Verlauf von vegetativen Nerven entlang der Aa. renales und Aa. carotides zu untersuchen. Methoden: Die Aa. renales von zehn und die Aa. carotides von neun Körperspendern wurden im anatomischen Institut der Universität des Saarlandes entnommen. Nach der Thorakotomie und Präparation des Herzens und der Lungen, wurden die Aorta und die abdominellen Organe en-bloc entnommen. Die Aa. renales und abdominelle Gefäße wurden nach Feinpräparation und Markierung abgesetzt. Die Aa. carotides wurden durch einen lateralen Zugang entlang des M. Sternocleidomastoideus präpariert, markiert und an ihrem Austritt aus dem Thorax, sowie auf der Höhe des Eintritts in die Schädelbasis abgesetzt. Die Präparate wurden verarbeitet und mit histologischen Färbungen (Hämatoxylin & Eosin, S100, Tyrosinhydroxylase, Calcitonin gene-related peptide) gefärbt. Die Lokalisation der Nerven entlang der Arterien und das Vorliegen relevanter Strukturen wurde dokumentiert. Weiterhin wurde die Lumen-Nerv-Distanz, der Durchmesser der Nerven und der efferente und afferente Anteil der Nerven bestimmt. Ergebnisse: Insgesamt wurden 6781 Nerven entlang 18 Aa. renales (zwei Patienten mit unilateraler Nephrektomie in der Vorgeschichte) und 3496 Nerven entlang 17 (bei drei Arterien durch starke Beschädigungen keine Analyse möglich) Aa. carotides analysiert. Die mittlere Lumen-Nerv-Distanz der Nervenfasern entlang der linken und rechten Aa. renales betrug 2,32±1,95 mm und 2,29±2,03 mm (p=0,161). Die Lumen-Nerv-Distanz nahm von ostial nach distal ab. Im proximalen Segment lag sie bei 3,7±2,3 mm, im mittleren Segment bei 2,5±2,0 mm, im distalen Segment proximal der Bifurkation der Arterien bei 1,9±1,6 mm und distal der Bifurkation bei 1,3±1,0 mm (p<0,001). Entlang der linken Aa. renales wurden 6,3±8,7 Nerven pro Quadranten und entlang der rechten 7,6±9,7 Nerven pro Quadranten (p=0,889) nachgewiesen. Die Anzahl an Nerven pro Quadranten war im proximalen Gefäßsegment am höchsten (13,7±18,6 Nerven pro Quadranten) und nahm im Verlauf der Aa. renales ab, sodass die niedrigste Anzahl an Nerven pro Quadranten im distalen Segment distal der Bifurkation (4,3±4,0 Nerven pro Quadranten; p<0,001 global) vorlag. In allen Gefäßsegmenten war der größte, von proximal nach distal zunehmende, Anteil der analysierten Nerven „klein“ (Diameter 35-69 μm). Im proximalen Segment wurden die meisten „mittleren“ (Diameter 70-140 μm) und „großen“ Nerven (Diameter >140 μm) registriert. Die Tyrosinhydroxlase-positiv-gefärbte Fläche (efferente Anteile) überwog deutlich der Calcitonin gene-related peptide-positiv- gefärbte Fläche (afferente Anteile). Insgesamt lagen diese bei 95,5±5,9 % und 4,5±5,9 %. Entlang der Aa. carotides war die Lumen-Nerv-Distanz in den Prä-Bulbus-, Bulbus- und Post- Bulbus-Segmenten der Aa. carotides: 2,85±1,4 mm, 2,91±1,38 mm bzw. 2,45±1,48 mm (p<0,001). Die Zahl der Nerven pro Quadranten unterschied sich nicht signifikant zwischen dem Prä-Bulbus- (7,1±7,3 Nerven pro Quadranten), Bulbus- (7,8±7,0 Nerven pro Quadranten) und Post-Bulbus- (7,6±8,7 Nerven pro Quadranten) Segment (p=0,567). Im Gefäßsegment Prä-Bulbus besaß die Nervengröße „groß“ den höchsten Anteil (38,8 %). In allen anderen Segmenten hatten „kleine“ Nerven den größten Anteil. Dieser zeigte sich im arteriellen Verlauf weiter steigend. Die Tyrosinhydroxylase-positiv-gefärbte (efferente) Fläche der Nerven machte den größten Anteil der positiv gefärbten Fläche aus (90,5±11,1 %). Die Calcitonin gene-related peptide-positiv-gefärbte (afferente) Fläche lag bei 9,5±11,1 % der insgesamt positiv gefärbten Fläche. Schlussfolgerung: Die Lumen-Nerv-Distanz der Nerven im perivaskulären Bereich der Aa. renales nahm von proximal nach distal ab. Nerven in den distalen Bereichen waren überwiegend kleiner, efferent und näher am Lumen gelegen. Basierend auf diesen Erkenntnissen könnte die Behandlung von distalen Gefäßabschnitten mittels renaler Denervation eine effektivere Ablation sympathischer Nervenfasern ermöglichen. Die Verteilung der Nerven entlang der Aa. carotides unterschied sich von der der Aa. carotides. Eine sinkende Lumen-Nerv-Distanz mit sinkender Nervengröße im arteriellen Verlauf war ebenfalls vorhanden, jedoch scheint dies zu den Aa. renales geringer ausgeprägt zu sein. Das Überwiegen von efferenten Anteilen der Nerven war hier ebenfalls gegeben, jedoch in geringerem Ausmaß als bei den Aa. renales. Studien zur Nervendistribution in diesem Bereich sind rar, womöglich könnten durch weitere Erkenntnisse Therapieverfahren verbessert werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Vorgehen zur präzisen Entnahme von Gefäßen entwickelt, eine Methodik erarbeitet mit der Nervenverteilungen um verschiedene Gefäße untersucht werden können und Erkenntnisse gewonnen, die wichtige Informationen zum Innervationsmuster der Nieren- und hirnversorgenden Gefäße liefern.

Background: Treatment of arterial hypertension can reduce the risk of cardiovascular morbidity and mortality, including myocardial infarction, heart failure and stroke. The kidney, the sympathetic nervous system, and arterial baroreceptors, particularly along the carotid arteries, play crucial roles in blood pressure regulation. Therefore, interventional procedures, such as renal denervation, carotid body ablation, and baroreceptor stimulation are investigated for treating hypertension. Knowledge of the distribution of nerves along the renal and carotid arteries is essential for developing catheter systems and optimizing procedures. Herein, we aimed to assess the distribution of nerves along the renal and carotid arteries. Methods: The renal arteries of ten and the carotid arteries of nine body donors were explanted and analyzed at the anatomical institute of Saarland University, Homburg (Saar). After thoracotomy and removal of lungs and heart, the aorta and abdominal organs were explanted en bloc. The renal and abdominal vessels were removed after fine dissection and marking. The carotid arteries were prepared via a lateral approach along the sternocleidomastoid muscle, marked, and cut at their exit from the thorax, as well as proximal to their entry into the skull base. The tissue was processed and stained (haematoxylin and eosin, S100, tyrosine hydroxylase, calcitonin gene-related peptide). Digital analysis was used to measure lumen-nerve distance and nerve diameter and register surrounding anatomical structures. The ratio of efferent and afferent nerves was calculated by dividing the area of tyrosine hydroxylase and calcitonin gene-related peptide staining of the same nerves in the same section. Results: A total of 6,781 nerves surrounding 18 renal arteries (two patients with a history of unilateral nephrectomy) and 3,496 nerves surrounding 17 (in three arteries no analysis because of damage) carotid arteries were analyzed. The average lumen-nerve distance of the left renal artery (2.32±1.95 mm) was slightly larger compared to the right renal artery (2.29±2.03 mm; p=0.161). These distances varied in different segments of the arteries: 3.7±2.3 in the proximal, 2.5±2.0 in the middle, 1.9±1.6 in the distal pre-bifurcation, and 1.3±1.0 mm in the distal post-bifurcation segments (p<0.001), respectively. Along the left renal artery, the number of nerves per quadrant was lower in comparison to the right renal artery (6.3±8.7 vs. 7.6±9.7) (p=0.889). The highest number of nerves per quadrant was observed in the proximal segment (13.7±18.6), followed by the middle (9.7±7.9), the distal pre-bifurcation (8.0±7.6), and the distal post-bifurcation segments (4.3±4.0) (p<0.001). In terms of circumferential distribution, the superior quadrant had the highest number of nerves per quadrant (7.8±9.4), followed by the ventral quadrant (7.6±13.1) (p=0.638). In all vessel segments, the largest proportion of nerves, increasing from proximal to distal, was small (diameter 35-69 μm). In the proximal segment, most medium (diameter 70-140 μm) and large nerves (diameter >140 μm) were found. The tyrosine hydroxlase-positive-stained area (efferent) outweighed the calcitonin gene-related peptide-positive-stained area (afferent). Overall, these were 95.5±5.9% and 4.5±5.9%, respectively. The mean distances in the pre-bulbar (n=792), bulbar (n=408) and post-bulbar (n=1714) segments of the carotid artery were: 2.85±1.4 mm, 2.91±1.38 mm and 2.45±1.48 mm (p<0.001). The number of nerves per quadrant was not significantly different between the pre- bulbus (7.1±7.3 nerves per quadrant), bulbus (7.8±7.0 nerves per quadrant) and post-bulbus (7.6±8.7 nerves per quadrant) segments (p=0.567). In the pre-bulbus vascular segment, the nerve size large possessed the highest proportion (38.8%). In all other segments, small nerves had the largest proportion. This was shown to increase further in the arterial course. Tyrosine hydroxylase-positive-stained (efferent) area of nerves accounted for the largest proportion of positively stained area (90.5±11.1%). Calcitonin gene-related peptide-positive-stained (afferent) area was 9.5±11.1% of the total positively stained area. Conclusion: In the distal segments and along branches nerves converge to the lumen of the renal arteries. This results in the fewest number of nerves per quadrant and the shortest lumen- nerve distance in the distal post-bifurcation segments. Predominantly small and efferent nerves occur. Based on these findings, treatment of distal vessel segments by renal denervation may translate into more effective ablation of sympathetic nerve fibers. The distribution of nerves along the carotid arteries differs from that of the renal arteries. The nerves also converge to the carotid arteries, with decreasing nerve size in arterial course, however, to a lesser extent than along renal arteries. Likewise, the predominance of efferent fibers is less pronounced than along renal arteries. Studies on nerve distribution and density may facilitate revision of technique and technology to renal denervation. In the course of this work, a technique for precise sampling of vessels was developed, a methodology was worked out with which nerve distributions around different vessels can be analyzed, and findings were obtained that support existing knowledge but also provide new data on innervation patterns of the kidneys and brain.