Menschliche Nebennieren sezernieren Vitamin C als Reaktion auf adrenocorticotropes Hormon

ABSTRACT

Hintergrund: Wenn Vitamin C über die Nahrung aufgenommen wird, überschreiten die Nüchternplasmakonzentrationen nicht 80 μmol/L. Wir vermuteten, dass eine solch enge Kontrolle eine parakrine Funktion von Vitamin C ermöglicht.

Zielsetzung: Ziel dieser Studie war es, festzustellen, ob eine parakrine Sekretion von Vitamin C aus den Nebennieren stattfindet.

Design: Während der diagnostischen Untersuchung von 26 Patienten mit Hyperaldosteronismus verabreichten wir intravenös adrenocorticotropes Hormon und maßen Vitamin C und Cortisol in Nebennieren- und peripheren Venen.

Ergebnisse: Die Vitamin-C-Konzentrationen in den Nebennierenvenen stiegen in allen Fällen an und erreichten nach 1-4 Minuten einen Spitzenwert von 176 ± 71 μmol/L, während die entsprechenden Vitamin-C-Konzentrationen in den peripheren Venen bei 35 ± 15 μmol/L lagen (P < 0,0001). Die mittlere Vitamin-C-Konzentration in den Nebennierenvenen stieg von 39 ± 15 μmol/L bei 0 Minuten auf 162 ± 101 μmol/L bei 2 Minuten und ging bei 15 Minuten auf 55 ± 16 μmol/L zurück. Die Freisetzung von Vitamin C in den Nebennierenvenen ging der Freisetzung von Cortisol in den Nebennierenvenen voraus, das von 1923 ± 2806 nmol/L bei 0 min auf 27 191 ± 16 161 nmol/L bei 15 min anstieg (P < 0,0001). Das periphere Plasmacortisol stieg von 250 ± 119 nmol/L bei 0 min auf 506 ± 189 nmol/L bei 15 min (P < 0,0001).

Schlussfolgerungen: Die Stimulation mit adrenocorticotrophem Hormon erhöht die Vitamin-C-Konzentration in den Nebennierenvenen, nicht aber in den peripheren Venen. Diese Daten sind die ersten beim Menschen, die zeigen, dass die Vitaminsekretion durch Hormone reguliert wird und dass die parakrine Vitamin-C-Sekretion der Nebenniere Teil der Stressreaktion ist. Eine strenge Kontrolle der peripheren Vitamin-C-Konzentration ermöglicht höhere lokale Konzentrationen, die möglicherweise parakrine Funktionen haben.

EINFÜHRUNG

Die physiologische Reaktion auf Stress wird von der Hypophyse koordiniert, die trophische Hormone als Reaktion auf den Input des zentralen Nervensystems aus dem Hypothalamus absondert. Das wichtige adrenocorticotrophe Hormon (ACTH), das von der Hypophyse ausgeschüttet wird, regt die Nebennieren zur Synthese und Ausschüttung von Cortisol an. Bei Tieren verursacht ACTH auch den Verlust von Vitamin C aus den Nebennieren (1-3). Die Nebennieren sind reich an Vitamin C, mit Konzentrationen von bis zu 10 mmol/L (4). Aus diesen Gründen werden Vitamin C und Stress beim Menschen seit langem in Verbindung gebracht, obwohl es keine direkten Beweise für einen solchen Zusammenhang gibt. Es gibt keine Daten für den Menschen, und bei Tieren gibt es keine eindeutigen Hinweise auf eine Verwertung in den Nebennieren oder eine Freisetzung aus den Nebennieren, die die Vitamin-C-Konzentration in den lokalen oder systemischen Venen erhöhen könnte (4).

Im Gegensatz zu den meisten Tieren kann der Mensch Vitamin C nicht synthetisieren, sondern muss es über die Nahrung aufnehmen. Gesunde Menschen, die 200-300 mg Vitamin C pro Tag zu sich nehmen, eine Menge, die aus Lebensmitteln wie Obst und Gemüse, in denen das Vitamin reichlich enthalten ist, gewonnen werden kann, halten stationäre Nüchternplasmakonzentrationen von 70 bis 80 μmol/L (5, 6). Die streng kontrollierten Plasma-Vitamin-C-Konzentrationen werden bei oralen Dosen von ≥1 g in Mengen, die nur aus Nahrungsergänzungsmitteln und nicht aus Lebensmitteln erhältlich sind, vorübergehend überschritten. Konzentrationen, die durch Ergänzungsdosen von ≥500 mg erzeugt werden, würden in der Natur nicht vorkommen (7). In anderen Geweben als den roten Blutkörperchen werden die intrazellulären Vitamin-C-Konzentrationen in der Regel im millimolaren Bereich gehalten, im Gegensatz zum mikromolaren Bereich im Plasma (8, 9). Die beobachtete enge Kontrolle der Vitamin-C-Plasma- und -Gewebekonzentrationen wird durch die gastrointestinale Absorption, den zellulären Transport sowie die renale Reabsorption und Ausscheidung vermittelt. Die besonders enge Kontrolle der Plasmakonzentrationen, die sich aus der Aufnahme von Vitamin C-Mengen in Lebensmitteln (5-7) ergibt, könnte parakrine Wirkungen des Vitamins erleichtern, wenn die lokalen Konzentrationen höher sind. Wir stellten die Hypothese auf, dass die Nebennieren nach simuliertem Stress Vitamin C sezernieren und dass eine enge Kontrolle der Vitamin-C-Plasmakonzentrationen es ermöglichen würde, dass die intraadrenalen Vitamin-C-Konzentrationen weitaus höher wären als die in den peripheren Venen. Um dies zu prüfen, untersuchten wir Patienten mit Hyperaldosteronismus, bei denen eine Nebennierenvenenentnahme zur spezifischen Diagnose durchgeführt wurde. Bei diesen Patienten haben wir die Vitamin-C- und Cortisol-Konzentrationen in der Nebenniere und in den peripheren Venen nach Verabreichung von ACTH gemessen.

Teilnehmer und Methoden

Probanden

Wir untersuchten 16 Männer und 10 Frauen im Alter von 52,3 ± 8,6 Jahren (Spanne: 32-68 Jahre), bei denen an den National Institutes of Health eine bilaterale Nebennieren-Venenentnahme durchgeführt wurde. Die Probanden wiesen klinische und biochemische Merkmale eines Hyperaldosteronismus auf und wurden zur Entnahme von Nebennierenvenenproben überwiesen, um zwischen einem Aldosteron sezernierenden Nebennierenadenom und einer Hyperplasie als Ursache des Hyperaldosteronismus zu unterscheiden.

Alle Patienten gaben eine schriftliche Einverständniserklärung ab. Das Studienprotokoll wurde vom Institutional Review Board der National Institutes of Health genehmigt.

Nebennierenvenenentnahme

Die Nebennierenvenenentnahme wurde am Morgen nach einer nächtlichen Nüchternheit durchgeführt. Die Patienten erhielten zu Beginn des Eingriffs 2 mg Midazolam intravenös verabreicht. Es wurden zwei periphere Venenkanülen gelegt, eine für die Blutentnahme und die andere für die Medikamenteninfusion. Beide Nebennierenvenen wurden über die Vena femoralis kanüliert, und die Kanülierung wurde durch digitale Subtraktionsangiographie (10) gesteuert. Zum Zeitpunkt 0 wurden Blutproben aus jeder Nebennierenvene und der peripheren Vene entnommen. Ein 250-μg-Bolus von ACTH wurde intravenös verabreicht, und anschließend wurden 250 μg ACTH in 250 ml normaler Kochsalzlösung mit einer Geschwindigkeit von 200 ml/h intravenös infundiert. Blutproben wurden nach 0, 2, 4, 6, 8, 10 und 15 Minuten entnommen.

Untersuchungen

Alle Proben wurden auf die Konzentrationen von Vitamin C und Cortisol untersucht. Die Blutproben wurden bis zum Ende der Probenahme auf Eis gelagert. Das Plasma wurde bei 4 °C für die Vitamin-C- und Cortisol-Analysen aufbereitet, wie zuvor beschrieben (5, 11). Kurz gesagt: 1-5 ml heparinisiertes Vollblut wurden bei 1000 × g für 10 Minuten bei 4 °C zentrifugiert. Das Plasma (Überstand) wurde abgenommen, 1:5 mit 90 % Methanol/Wasser, das 1 mmol EDTA/L enthielt, verdünnt und 10 s lang kräftig mit dem Vortex gemischt. Das ausgefällte Protein wurde durch Zentrifugation bei 25 000 × g für 20 min bei 4 °C entfernt. Die Überstände wurden bis zur Analyse bei -80 °C gelagert. Für Ascorbinsäure wurden alle Proben desselben Patienten gemeinsam mittels HPLC mit coulometrischer elektrochemischer Detektion untersucht (12, 13). Der Intraassay- und Interassay-Variationskoeffizient betrug <1% bzw. <3%. Plasma-Cortisol wurde mit dem Immulite 2000 Cortisol Immunoassay gemessen. Der Intraassay-Variationskoeffizient und der Interassay-Variationskoeffizient betrugen 6 % bzw. 9 %.

Statistische Analyse

Die Ergebnisse wurden mit Hilfe von gepaarten t-Tests oder Varianzanalysen mit wiederholten Messungen (ANOVA), gegebenenfalls mit Bonferroni-Posttest, verglichen, und es wurden zweiseitige P-Werte berechnet. Die aus der rechten und linken Nebenniere entnommenen Nebennierenvenenproben waren miteinander verwandt, da sie vom selben Patienten stammten. Dennoch gab es Abweichungen zwischen den rechten und linken Werten aufgrund von Unterschieden in der Katheterposition, der Venenanatomie oder möglicherweise anderen lokalen Faktoren. Da nicht alle der 47 verfügbaren Vitamin-C- und Cortisol-Messpaare statistisch unabhängig waren (sie stammten von 26 Probanden, von denen die meisten zwei Messpaare beisteuerten), verwendeten wir eine angepasste Berechnung, um die Signifikanz der beobachteten Stichprobenkorrelation zu ermitteln. Diese Berechnung berücksichtigt diese Clusterbildung (die Beobachtungen sind zwischen den Clustern unabhängig, können aber innerhalb eines Clusters abhängig sein) und verwendet eine robuste Varianzberechnung (den Huber-White-Sandwich-Schätzer der Varianz) in der Statistiksoftware STATA (Version 8.2; Stata Corporation, College Station, TX).

ERGEBNISSE

Bei der Venenkatheterisierung der Nebennieren wurden bei 21 Patienten erfolgreich Blutproben aus beiden Nebennieren und bei 5 Patienten aus einer Nebenniere gewonnen. Einundzwanzig Patienten hatten ein unilaterales Nebennierenadenom und 5 eine bilaterale Nebennierenhyperplasie. Für diese Studie wurden die Proben auf Vitamin C und Cortisol untersucht. Nach ACTH-Stimulation stiegen die Vitamin-C-Konzentrationen in jeder Nebennierenvene an (Abbildung 1). Die höchsten Werte, mittlere ± SD-Konzentrationen von 176 ± 71 μmol/L, wurden zwischen 1 und 4 Minuten erreicht und waren signifikant (P < 0,0001) höher als die entsprechenden peripheren Vitamin-C-Konzentrationen im Plasma von 35 ± 15 μmol/L. Die ANOVA mit wiederholten Messungen der Vitamin-C-Konzentrationen in der Nebennierenvene ergab einen Huynh-Feldt-korrigierten P-Wert von <0,0001. Der mittlere Vitamin-C-Spiegel in den Nebennierenvenen stieg von 39 ± 15 μmol/L bei 0 Minuten auf 162 ± 101 μmol/L bei 2 Minuten und ging bei 15 Minuten auf 55 ± 16 μmol/L zurück (Abbildung 2). Die Bonferroni-bereinigten Vitamin-C-Konzentrationen in den Nebennierenvenen waren nach 2 Minuten signifikant höher als nach 0, 6, 8, 10 und 15 Minuten. Die Vitamin-C-Konzentrationen in den peripheren Venen zeigten eine signifikante Veränderung (P = 0,002 durch ANOVA mit wiederholten Messungen und Huynh-Feldt-Korrektur), aber die Richtung der Veränderung war uneinheitlich und ihr Ausmaß war gering (Bereich: 32-37 μmol/L). Die Cortisolkonzentration in der Nebennierenvene stieg von 1923 ± 2806 nmol/L bei 0 Minuten auf 27 191 ± 16 161 nmol/L bei 15 Minuten (P < 0,0001). Das periphere Plasmacortisol stieg von 250 ± 119 nmol/L bei 0 min auf 506 ± 189 nmol/L bei 15 min (P < 0,0001) (Abbildung 3).

Da es sich bei der Katheterisierung der Nebennierenvenen um einen invasiven Eingriff mit einem geringen Risiko für schwerwiegende Komplikationen handelt, wurde die Vitamin-C-Sekretion bei gesunden Personen nicht untersucht. Um herauszufinden, ob normale Nebennieren Vitamin C absondern und, falls ja, ob sie sich in Bezug auf die Vitamin-C-Sekretion von abnormen Nebennieren unterscheiden, verglichen wir die Ascorbinsäuresekretion der 21 Patienten mit einseitigen Nebennierenadenomen mit den kontralateralen normalen Nebennieren derselben Patienten (Abbildung 3). Die Daten zeigen, dass sich die Ascorbinsäuresekretion nicht signifikant unterscheidet, je nachdem, ob ein Nebennierenadenom vorhanden war oder nicht. Die Spitzenwerte von Vitamin C in den Nebennierenvenen und die Kortisolkonzentrationen waren in allen Nebennieren stark korreliert (r2 = 0,35, P < 0,001; Abbildung 4). Dargestellt sind die Korrelationen zwischen dem Spitzenwert von Vitamin C in den Nebennierenvenen und Cortisol für normale Nebennieren, für Nebennieren mit Adenom und für hyperplastische Nebennieren. Die Analyse der Kovarianz mit Interaktion, um zu prüfen, ob die drei Steigungen gleich sind, ergab keinen signifikanten Unterschied zwischen den drei Steigungen.

DISKUSSION

Diese Daten sind die erste Beschreibung von gleichzeitigen Konzentrationen von Vitamin C in der Nebennierenvene und in der Peripherie nach ACTH-Stimulation bei einer Spezies und die ersten, die darauf hinweisen, dass die vermutete Funktion von sezerniertem Vitamin C eher lokal als systemisch sein muss. Nach der ACTH-Stimulation waren die Spitzenkonzentrationen von Vitamin C in der Nebenniere (176 ± 71 μmol/L) signifikant (P < 0,0001) höher als die entsprechenden Vitamin-C-Konzentrationen in den peripheren Venen (35 ± 15 μmol/L). Dabei handelte es sich nicht um einen anhaltenden Anstieg, sondern eher um eine Sekretionsspitze, und der höchste Mittelwert bei 2 Minuten war signifikant höher als die Werte bei 0, 6, 8, 10 und 15 Minuten. Eine solche Spitze trat nicht in der peripheren Vene auf und konnte nur eine lokale Wirkung in der Nebenniere haben. Der Cortisolfreisetzung ging eindeutig eine Vitamin-C-Freisetzung voraus, die mit zunehmender Cortisolfreisetzung abnahm. Die kleinen Schwankungen der Vitamin-C-Konzentration in den peripheren Venen waren in ihrer Richtung uneinheitlich und in ihrer Größenordnung viel geringer als die Schwankungen nach normalen Mahlzeiten. Daher ist es unwahrscheinlich, dass diese Schwankungen eine physiologische Bedeutung haben.

Der rasche Anstieg der Vitamin-C-Konzentrationen in den Nebennierenvenen, nicht aber in den peripheren Venen, liefert mehrere neue Erkenntnisse. Eine Erkenntnis ist, dass die Vitamin-C-Sekretion in der Nebenniere beim Menschen ein wesentlicher Bestandteil der Stressreaktion ist. Die Funktion von freigesetztem Vitamin C bei der Stressreaktion ist nicht bekannt, aber sie könnte die Löschung von Oxidantien, die während der Steroidogenese freigesetzt werden (14), den Schutz oder die Synthese von Stickstoffmonoxid zur Förderung der Cortisolfreisetzung (15) oder eine lokale Vasodilatation, die die Cortisolfreisetzung in das Mark, die Hohlvene oder beides erhöhen kann, oder die Veränderung der ACTH-Rezeptorempfindlichkeit umfassen. Darüber hinaus stammt ein Teil des medullären Blutes aus der Nebennierenrinde und ist mit Cortisol und Vitamin C angereichert, das von der Nebennierenrinde sezerniert wird. Vitamin C ist ein notwendiger Kofaktor für die Synthese von Noradrenalin, das im Nebennierenmark lokalisiert ist, während Cortisol die Biosynthese von Epinephrin aus Noradrenalin im Nebennierenmark durch Hochregulieren der Phenylethanolamin-N-Methyltransferase steigert. Die lokalen medullären Vitamin-C-Konzentrationen, die sich aus der ACTH-induzierten Vitamin-C-Freisetzung ergeben, können sicherstellen, dass die Noradrenalin-Synthese stets mit maximaler Geschwindigkeit (V̇max) abläuft (16, 17). Da Noradrenalin das Substrat für die Epinephrin-Synthese ist und da lokales Cortisol die Phenylethanolamin-N-Methyltransferase hochregulieren kann, könnte die kombinierte Wirkung von Vitamin C und mit Cortisol angereichertem Blut aus der Nebennierenrinde ebenfalls sicherstellen, dass die Epinephrin-Synthese im Nebennierenmark mit V̇max abläuft (4, 18).

Eine weitere Erkenntnis, die durch die hier vorgestellten neuen Daten gestützt wird, ist das Konzept, dass ein Zweck der strengen Kontrolle der Plasma-Vitamin-C-Konzentrationen darin besteht, dass vorübergehend viel höhere lokale intraadrenale Konzentrationen auftreten können. Wenn Vitamin C aus Lebensmitteln gewonnen wird, übersteigen die Vitamin-C-Konzentrationen im Nüchternzustand beim Menschen trotz unterschiedlicher Nahrungsaufnahme nicht 70-80 μmol/L (5-7). Eine weitere Erkenntnis ist, dass die Funktion des freigesetzten Vitamin C, wie hier gezeigt, eher lokal, in den Nebennieren, als systemisch ist. Darüber hinaus unterschätzen die gemessenen Konzentrationen aufgrund der begrenzten Möglichkeiten der Blutentnahme höchstwahrscheinlich die tatsächlichen intraadrenalen Konzentrationen. Das entnommene Blut spiegelt die Verdünnung des Abflusses aus den Nebennierenvenen wider, die auf die Platzierung des Katheters zurückzuführen ist. Das in der Nebenniere freigesetzte Ascorbat wird durch das zunehmende venöse Blutvolumen verdünnt, bevor es den Katheter erreicht. Eine strenge Kontrolle der peripheren Plasma-Vitamin-C-Konzentration kann daher das Auftreten wesentlich höherer Konzentrationen des lokal freigesetzten Vitamins ermöglichen, und solche Konzentrationen können besondere Funktionen haben. Diese Daten zeigen, dass eine Substanz, die ein essentieller Nährstoff ist, auch unerwartete parakrine oder lokale hormonähnliche Eigenschaften haben kann.

Die Katheterisierung der Nebennierenvenen ist ein technisch anspruchsvolles Verfahren, das durch Variationen im Abfluss der Nebennierenvenen zusätzlich erschwert wird. Es ist oft unklar, ob niedrige Cortisolkonzentrationen im Nebennierenvenenblut auf eine Katheterverschiebung oder eine andere Ursache zurückzuführen sind. Die Messung der Vitamin-C-Konzentration in der Nebennierenvene ist als zusätzliches Maß für die Platzierung des Katheters nützlich und wird in unserer Einrichtung jetzt so verwendet. Derzeit wird an der Entwicklung eines schnellen Vitamin-C-Tests gearbeitet, der eine Antwort liefert, während der Patient noch auf dem Tisch liegt, d. h. bevor die Katheterisierung beendet ist.

Wenn die Vitamin-C-Sekretion der Nebenniere physiologische Folgen hat, sollte eine Vitamin-C-Zufuhr in Erwägung gezogen werden, die über das hinausgeht, was allein über die Nahrung möglich ist. Vitamin-C-Präparate von 1 g, die zweimal täglich als Nahrungsergänzungsmittel eingenommen werden, können vorübergehende Plasmaspitzenkonzentrationen von ≈140 μmol/L erzeugen. Höhere Dosen, die häufiger eingenommen werden – z. B. alle 4-6 Stunden – können vorübergehende Plasmaspitzenkonzentrationen von annähernd 200 μmol/L erzeugen, und die durchschnittlichen Konzentrationen wären nur geringfügig niedriger (7). Diese Konzentrationen sind nur bei oraler Einnahme von Nahrungsergänzungsmitteln oder intravenöser Injektion möglich; es ist zu erwarten, dass sie gleichmäßig im Plasma, einschließlich der Nebennierenvenen, verteilt sind, und sie simulieren einige Konzentrationen, die in dieser Studie in Nebennierenvenenproben gemessen wurden. Diese Konzentrationen spiegeln jedoch nicht die höheren intraadrenalen Konzentrationen wider, die bei einer ACTH-induzierten Vitamin-C-Freisetzung erwartet werden. Es ist nicht bekannt, ob solche durch Nahrungsergänzungsmittel erzeugten Konzentrationen ungewollte parakrine Signalwirkungen haben. Schließlich können wir anhand der hier vorgestellten Daten nicht feststellen, ob die Vitamin-C-Sekretion während der episodischen ACTH-Sekretion durch die Hypophyse erfolgt.

Wir danken Mark E. Ruddel für die Durchführung der Cortisol-Analysen, Anthony Lafferty für Beiträge zur Patientenbetreuung und Robert Wesley für statistische Beratung.

Die Verantwortlichkeiten der Autoren sind wie folgt: JLD, JG und ML: Studienkonzept und -design; SJP, JLD, RC, WY, DAP und ML: Datenerhebung und -analyse und Interpretation der Ergebnisse; SJP und ML: Verfassen des Manuskripts; und alle Autoren (außer JLD, der verstorben ist) haben das endgültige Manuskript geprüft. Der Geldgeber hatte keinen Einfluss auf das Studiendesign, die Datenerhebung, -analyse und -interpretation, das Verfassen des Manuskripts oder die Einreichung der Arbeit zur Veröffentlichung. Keiner der Autoren hatte einen persönlichen oder finanziellen Interessenkonflikt.

FOOTNOTES

Autorenhinweise