Diskussion
Die wichtigsten Ergebnisse unserer Studie sind, dass L-Arginin konzentrationsabhängig induziert Vasodilatation bei gesunden Menschen. Dieser hämodynamische Effekt wird durch erhöhte Ausscheidungsraten von Nitrat, dem oxidativen Endmetaboliten von NO, und seinem zweiten Botenstoff zyklisches GMP im Urin begleitet. Die pharmakokinetische Analyse zeigte Hinweise auf eine dosisabhängige Kinetik von L-Arginin. Die orale Bioverfügbarkeit von L-Arginin beträgt etwa 70%, und die maximale Plasmakonzentration, die nach oraler Einnahme von L-Arginin erreicht wird, ist aufgrund der verzögerten Resorption aus dem Darmtrakt erheblich niedriger als nach intravenöser Infusion. In der PK / PD-Analyse gibt es Hinweise auf einen direkten Zusammenhang zwischen der vasodilatatorischen Wirkung von L-Arginin und seiner Plasmakonzentration.
Wir und andere haben zuvor gezeigt, dass L-Arginin induziert periphere Vasodilatation während der intravenösen Infusion bei gesunden Menschen . Ähnliche vasoaktive Wirkungen einer einzelnen intravenösen Infusion von L-Arginin wurden auch bei Patienten mit Hypercholesterinämie und koronarer oder generalisierter Atherosklerose beobachtet . In mehreren Studien wurde L-Arginin auch in oraler Darreichungsform bei Patienten mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen eingesetzt. Clarkson et al. gefunden verbesserte Endothel-abhängige Arteria brachialis Vasodilatation nach 4 Wochen 21 g Tag-1 von oralem L-Arginin bei hypercholesterinämischen Probanden. In: Adams et al. verabreicht 21 g l-Arginin Tag-1 für 3 Tage an junge Patienten mit koronarer Herzkrankheit; sie fanden eine verbesserte endothelabhängige Vasodilatation und reduzierte Monozytenadhäsion nach L-Arginin im Vergleich zu Placebo. Rector et al. gab 5,6 bis 12,6 g Tag−1 L-Arginin während 6 Wochen an Patienten mit Herzinsuffizienz und fand signifikant verbesserte Extremität Blutfluss und funktionelle Leistung der Patienten während Belastungstests. Obwohl L-Arginin in diesen und anderen Studien an Patienten intravenös oder oral angewendet wurde, sind die pharmakokinetischen Daten von L-Arginin weitgehend unbekannt. Die Untersuchung der oralen Bioverfügbarkeit von L-Arginin sowie seiner Pharmakokinetik sind eine wichtige Grundlage für weitere klinische Studien.
In der vorliegenden Studie entsprach das zeitliche Muster der L-Arginin-Plasmakonzentration eng dem zeitlichen Muster seiner vasodilatatorischen Wirkung, d. H. Der Verringerung des gesamten peripheren Widerstands und des Blutdrucks. Pharmakokinetische/ pharmakodynamische Modelle zeigten, dass die Wirkung (Verringerung der TPR) direkt mit der L-Arginin-Plasmakonzentration zusammenhängt, alternative Modelle, die eine indirekte Verbindung der Wirkung verwenden, z. zu einem Gewebekompartiment oder unter Verwendung eines separaten Effektkompartiments, das die Daten weniger genau darstellt. Das Vorhandensein eines direkten Zusammenhangs zwischen den Plasmaspiegeln von L-Arginin und seiner hämodynamischen Wirkung wurde durch das Fehlen einer Hysterese im Konzentrations-Wirkungs-Diagramm weiter bestätigt. Eine Hystereseschleife gegen den Uhrzeigersinn wäre zu erwarten gewesen, wenn eine Verzögerung des Gleichgewichts zwischen der Plasma-L-Arginin-Konzentration und ihrer Konzentration am Wirkungsort aufgetreten wäre, wenn ein Metabolit von L-Arginin für die Wirkung verantwortlich wäre oder wenn die Wirkung durch einen indirekten Mechanismus wie die Proteinsynthese vermittelt würde . Zusammen mit der kurzen Äquilibrierungshalbwertszeit zwischen der L-Arginin-Plasmakonzentration und der Wirkung deutet dies auf eine direkte vasodilatatorische Wirkung von L-Arginin im Gefäßsystem hin.
Der Mechanismus, durch den exogenes L-Arginin die Vasodilatation induziert, kann die Stimulation der endogenen endothelialen NO-Bildung beinhalten, wie Studien nahelegen, in denen die Ausscheidungsrate von Nitrat, dem endgültigen oxidativen Metaboliten von NO, im Urin erhöht wurde . Die vorliegende Studie unterstützt diese Hypothese weiter, da wir eine enge lineare Beziehung zwischen den L-Arginin-Plasmaspiegeln und den Nitratausscheidungsraten im Urin gefunden haben. In anderen Studien wurde eine erhöhte Ausatmung von NO als Indikator für eine verstärkte endogene NO-Bildung nach Verabreichung von L-Arginin berichtet . Wir berichten hier, dass die Ausscheidungsraten von Nitrat und cGMP, zwei Indexmolekülen für die endogene NO-Bildung in vivo, nach intravenöser Infusion von L-Arginin dosisabhängig erhöht sind. Die maximale Erhöhung der Nitrat- und cGMP-Ausscheidungsraten im Urin trat innerhalb von 30-60 Minuten nach dem Ende der L-Arginin-Infusion auf . 90 min nach Infusionsende waren diese Indexmetaboliten wieder in den Basalbereich zurückgekehrt.
Die Hypothese, dass L-Arginin KEINE Ausarbeitung durch das Endothel induziert und dadurch eine Vasodilatation verursacht, stimmt mit der vorliegenden Beobachtung eines direkten Zusammenhangs zwischen L-Arginin-Plasmaspiegeln und Vasodilatation überein. Die endotheliale NO-Synthase wird kontinuierlich durch Scherspannung stimuliert, die durch das entlang der Endotheloberfläche strömende Blut induziert wird. NO wird nach der Stimulation fast augenblicklich aus dem Endothel freigesetzt, und NO selbst hat eine sehr kurze biologische Halbwertszeit im Bereich weniger Sekunden . Es wird schnell durch Oxidation zu Nitrit und Nitrat inaktiviert. Diese biochemischen Beobachtungen entsprechen gut den Ergebnissen der biochemischen Messungen, die in der vorliegenden Studie durchgeführt wurden. Wir fanden heraus, dass die Erhöhung der Nitratausscheidung im Urin eng mit dem Zeitmuster der L-Arginin-Plasmaspiegel übereinstimmte, ebenso wie die Veränderung der Ausscheidung des zweiten Botenstoffs im Urin, des zyklischen GMP und der hämodynamischen Reaktion.
Die Tatsache, dass L-Arginin die NO-Freisetzung in vivo erhöht, wurde als ‚L-Arginin-Paradoxon‘ bezeichnet, da im Vergleich zum Km-Wert der endothelialen NO-Synthase (∼2.9 µm ) physiologische Fasten-L-Arginin-Plasmaspiegel sollten hoch genug sein, um das Enzym mit Substrat zu sättigen . Dieses Paradoxon kann durch mehrere Beobachtungen gelöst werden: Erstens wurde der Km-Wert in vitro in einem rohen Enzympräparat bestimmt ; In vivo können sich jedoch Faktoren wie die intrazelluläre Kompartimentierung von L-Arginin und NO-Synthase unterscheiden, was möglicherweise die Verfügbarkeit des Substrats für das Enzym verringert. Darüber hinaus kann die Anwesenheit von endogenen Verbindungen, die mit L-Arginin um die Enzymbindungsstelle konkurrieren, auch eine relative Substratverarmung verursachen. Ein solcher endogener kompetitiver Inhibitor ist asymmetrisches Dimethylarginin (ADMA); Es wurde berichtet, dass es in menschlichem Plasma und in kultivierten menschlichen Endothelzellen vorhanden ist . Ob ADMA bei gesunden Menschen, bei denen die ADMA-Plasmaspiegel niedrig sind, keine Ausarbeitung herunterreguliert , bleibt unbestimmt. Schließlich kann die Aufnahme von L-Arginin ein entscheidender Schritt sein, um die intrazelluläre Verfügbarkeit von L-Arginin in vivo zu begrenzen .
Neben der Stimulierung der NO-Produktion ist bekannt, dass L-Arginin andere Wirkungen ausübt, die zu seinen vasodilatatorischen Eigenschaften beitragen können, wie die Stimulierung der Wachstumshormonsekretion und der Insulinfreisetzung . Der Höhepunkt der Wachstumshormonsekretion nach L-Arginin-Infusion tritt jedoch später auf als der Höhepunkt der Vasodilatation . Interessanterweise können diese endokrinen Wirkungen von L-Arginin auch zu sekundären Erhöhungen der NO-Freisetzung führen: Es wurde gezeigt, dass viele der physiologischen Wirkungen von Wachstumshormon über die lokale Produktion von IGF-1 auftreten , was wiederum eine endothelabhängige Vasodilatation induziert, die durch NO-Synthase-Inhibitoren blockiert werden kann . Wir haben kürzlich gezeigt, dass NO für die hämodynamischen Wirkungen von rekombinantem Wachstumshormon bei Patienten mit erworbenem Wachstumshormonmangel verantwortlich sein kann . Ebenso werden die hämodynamischen Wirkungen von Insulin zumindest teilweise über NO vermittelt. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass eine unspezifische Vasodilatation bei l- oder d-Arginin-Konzentrationen auftritt, die erheblich höher sind als die in der vorliegenden Studie erzielten . Ein verbesserter peripherer Blutfluss selbst, wie er durch (unspezifische) Vasodilatation induziert wird, kann die Freisetzung von endothelialem NO durch Erhöhung der Scherspannung an der Endotheloberfläche erhöhen .
Ein Vergleich der AUC-Werte für die orale oder intravenöse Verabreichung von 6 g l-Arginin zeigte, dass die Bioverfügbarkeit von L-Arginin nach oraler Einnahme ∼70% beträgt. Unter Verwendung von stabil isotopenmarkiertem l-Arginin, Castillo et al. auch unvollständige Bioverfügbarkeit von oral aufgenommenem L-Arginin (∼38%) gefunden. Im Gegensatz dazu haben Matera et al. berichtete vollständige Bioverfügbarkeit von oralem L-Arginin bei gesunden Menschen. Sie verabreichten in einer sehr niedrigen Tagesdosis (100 mg Tag−1), die in einer komplexen Polyaminosäureformulierung enthalten war, die zur Verwendung als orale Ergänzung in der Intensivmedizin für 7 Tage bestimmt war. In derselben Studie berichteten diese Autoren über eine terminale Eliminationshalbwertszeit von ∼ 1,2 h, was mit unseren Ergebnissen übereinstimmt, die mit erheblich höheren Dosen von l-Arginin erhalten wurden. Die Halbwertszeitberechnung in unserer Studie wurde durch das lange Zeitintervall zwischen den Probenahmezeiten bei 210 und 960 min etwas behindert. Dies lag an logistischen Gründen, die es uns nicht erlaubten, die Probanden über Nacht im Labor zu halten. Die Bedeutung der Halbwertszeitberechnungen wurde möglicherweise durch dieses Zeitmuster reduziert, aber es gibt immer noch eine relativ enge Übereinstimmung zwischen unseren Ergebnissen und denen, die von anderen berichtet wurden. In: Noeh et al. untersuchte Gewebeverteilung von L-Arginin bei Ratten nach intraperitonealer Anwendung; sie fanden eine enge Korrelation zwischen dem Anstieg des Plasma-Argininspiegels und den Argininkonzentrationen in NO-erzeugenden Organen wie Aorta, Herz und Hohlvene. In ihrer Studie betrug die L-Arginin-Halbwertszeit ∼1 h im Plasma und 1-2 h in den verschiedenen Geweben.
Die Verwertungsrate von L-Arginin nach Resorption in der splanchnischen Region und die sie beeinflussenden Faktoren sind von erheblichem Interesse, da die Aufnahme und der Metabolismus von L-Arginin in der Leber die systemische Bioverfügbarkeit dieser Aminosäure beeinflussen können. Es gibt Hinweise darauf, dass die Aktivität des l-Arginin-Aufnahmemechanismus (y + -Transporter für basische Aminosäuren) in Hepatozyten im Vergleich zu anderen Zelltypen gering ist . Dementsprechend fand Felig & Wahren im postabsorptiven Zustand keinen Konzentrationsgradienten zwischen Pfortader und Lebervene. Zusammengenommen legen diese Studien nahe, dass der L-Arginin-Metabolismus in der Leber funktionell vom Ganzkörper-L-Arginin-Metabolismus getrennt ist. In: Blanchier et al. zeigte, dass ein kleiner Teil einer oralen L-Arginin-Dosis, die gesunden Ratten verabreicht wurde, von Enterozyten metabolisiert wird. Diese Ergebnisse können erklären, warum der Großteil einer oral verabreichten L-Arginin-Dosis in der vorliegenden Studie systemisch verfügbar war. Auch außerhalb der Leber kann L-Arginin ein Substrat für mehrere Stoffwechselwege sein: Aufgenommenes Arginin kann eine Ornithinquelle im Darm sein ; es kann dazu dienen, Arginin aufzufüllen, das während der hepatischen Harnstoffsynthese verloren geht ; Es kann in der Niere und im Gehirn zu Agmatin decarboxyliert werden oder von der NO-Synthase zur Erzeugung von NO und Citrullin verwendet werden . Castillo et al. zuvor wurde gezeigt, dass ein Teil des oral verabreichten -l-Arginins bei gesunden Menschen in -NO3− im Urin umgewandelt wird, was darauf hindeutet, dass L-Arginin, das aus der splanchnischen Region aufgenommen wurde, als Substrat für die NO-Synthase verwendet wird. Rhodes et al. bestätigte diesen Befund durch den Nachweis einer -Nitrit-Anreicherung im Plasma nach intravenöser Infusion von -l-Arginin bei gesunden Menschen. Obwohl aus ihren Tracer-Studien Leaf et al. berechnet, dass unter 0,1% der verabreichten L-Arginin-Dosis über NO in Nitrat umgewandelt wurden, Rhodes et al. es wird geschätzt, dass etwa 90% des zirkulierenden Nitrits vom L-Arginin: NO-Weg beim nüchternen Menschen stammen. Zusammengenommen bestätigen diese Studien, dass exogenes L-Arginin beim normalen Menschen als Substrat für die NO-Synthese fungiert.
Die in der vorliegenden Studie generierten pharmakokinetischen Daten liefern Hinweise auf eine dosisabhängige Pharmakokinetik von L-Arginin: Mit zunehmender Dosis nahmen sowohl die Eliminationshalbwertszeit als auch das scheinbare Verteilungsvolumen ab. Eine Erklärung für diese Beobachtung könnte eine Sättigung der L-Argininaufnahme in Zellen durch die höchste Dosis (30 g) sein. Extrem hohe Plasmaspiegel von L-Arginin nach dieser Dosis können die renale Schwelle für die L-Arginin-Reabsorption überschritten haben, was zu einem Überlauf von L-Arginin in den Urin führt. Im Gegensatz zur 30-g-Dosis von L-Arginin wurde während der Infusion von 6 g L-Arginin ein Steady State erreicht, wie das Plateau der L-Arginin-Plasmakonzentration während der letzten 10 min der Infusionsperiode zeigt. Daher kann die nach der Infusion von 6 g l-Arginin berechnete Halbwertszeit am ehesten der ‚wahren‘ physiologischen Halbwertszeit dieser Aminosäure entsprechen. Einzeldosen von etwa 6 g l-Arginin, die 2-3 mal täglich verabreicht werden, können ein vernünftiger Ansatz für Langzeitstudien mit dieser Aminosäure bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen sein.
Zusammenfassend liefert unsere vorliegende Studie pharmakokinetische Daten für L-Arginin nach intravenöser und oraler Verabreichung. Wir haben gezeigt, dass die vaskulären Wirkungen von L-Arginin bei gesunden Menschen eng mit seinen Plasmakonzentrationen korrelieren. Diese Daten können eine Grundlage für die Verwendung von L-Arginin bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen bieten.
