Background: Diabetes mellitus type II and arterial hypertension are major risk factors for peripheral arterial disease and have been considered to reduce collateral growth (arteriogenesis). Collateral growth proceeds through different stages. Vascular proliferation and macrophage accumulation are hallmarks of early collateral growth.
Material and methods: We here compare the impact of arterial hypertension and diabetes mellitus type II on collateral proliferation (Brdu incorporation) and macrophage accumulation (ED 2 staining) as well as collateral vessel function (collateral conductance) in a rat model of peripheral vascular disease (femoral artery occlusion), diabetes mellitus type II (Zucker fatty diabetic rats and Zucker lean rat controls) and arterial hypertension (induced via clip placement around the right renal arteriy). We furthermore tested the impact of monocyte chemoattractant protein-1 (MCP‑1) on collateral proliferation and macrophage accumulation in these models
Results: Diabetic animals showed reduced vascular proliferation and macrophage accumulation, which however did not translate into a change of collateral conductance. Hypertensive animals on the contrary had reduced collateral conductances without altered macrophage accumulation and only a marginal reduction in collateral proliferation. Infusion of MCP‑1 only enhanced vascular proliferation in diabetic animals.
Conclusions: These findings illustrate that impaired monocyte/macrophage recruitment is responsible for reduced collateral growth under diabetic conditions but not in arterial hypertension suggesting that diabetes mellitus in particular affects early stages of collateral growth whereas hypertension has its impact on later remodeling stages. Successful pro-arteriogenic treatment strategies in a patient population that presents with diabetes mellitus and arterial hypertension need to address different stages of collateral growth and thus different molecular and cellular targets simultaneously.
Hintergrund: Diabetes mellitus Typ II und arterieller Hypertonus sind die beiden Hauptrisikofaktoren zur Entwicklung einer peripheren arteriellen Verschlusserkrankung und wurden mit einer Reduktion des Kollateralwachstums (Arteriogenese) in Verbindung gebracht. Das Kollateralwachstum kann in verschieden definierte Stadien eingeteilt werden. Vaskuläre Proliferation und Makrophagen Akkumulation kennzeichnen das frühe Stadium der Kollateralentwicklung. Material und Methoden: In dieser Studie vergleichen wir den Einfluss des arteriellen Hypertonus und des Diabetes mellitus Typ II auf die Gefäßproliferation (BrdU Inkorporation) und Makrophagen Akkumulation (ED2 Färbung) sowie die Funktion der Kollateralgefäße (Kollaterale Konduktanz) in einem Rattenmodel der peripheren arteriellen Verschlusserkrankung, Diabetes mellitus Typ II und arteriellen Hypertonus. Ergebnisse: Diabetische Tiere zeigten eine deutlich reduzierte Gefäßproliferation und Makrophagen Akkumulation, was aber nicht zu einer Änderung der Kollateralen Konduktanz führte. Im Gegensatz dazu zeigten hypertensive Tiere eine deutliche Reduktion der Kollateralen Konduktanz ohne ein Veränderung in der Makrophagen Akkumulation und nur eine geringe Reduktion in der Gefäßproliferation. Die Infusion von Monocyte Chemoatractive Protein 1 führte lediglich zu einer verbesserten Gefäßproliferation in diabetischen Tieren. Schlussfolgerungen: Die verminderte Rekrutierung von Monozyten/Makrophagen ist für das reduzierte Kollateralwachstum unter diabetischen Bedingungen, nicht aber beim arteriellen Hypertonus verantwortlich, was darauf hindeutet, dass insbesondere der Diabetes mellitus das frühe Stadium des Kollateralwachstums negativ beeinflusst, während der arterielle Hypertonus auf spätere Umbauprozesse der Kollateralarterien einwirkt. Erfolgreiche Therapiestrategien zur Verstärkung des Kollateralwachstums müssen in einer Patientenpopulation, die zum großen Teil sowohl einen arteriellen Hypertonus als auch einen Diabetes mellitus aufweist, verschiedene Stadien des Kollateralwachstums berücksichtigen und unterschiedliche zelluläre und molekulare Ziele ansteuern.
Keywords: Collateral growth; arterial hypertension; arteriogenesis; diabetes mellitus type II; macrophage accumulation; vascular proliferation.