Microvascular inflammatory response in the skin

Abstract

This thesis examines the microvascular inflammatory response in the skin. The microvascular response includes vasodilatation and plasma exudation. In the first three studies, the combined response was measured in guinea pig skin with a technique based on detection of radiolabelled protein. Transferrin was labelled in vivo by injection of 113mIn and the conversion electrons detected over the skin using a plastic scintillator.



The duration of the microvascular response after histamine and allergen provocation with skin prick test was found to be approximately 20 min, which is considerably shorter than indicated by previous measurements of microvascular perfusion.



The microvascular effects of terbutaline and the NO donor sodium nitroprusside were investigated, as were their effect on the microvascular response to histamine in guinea pig skin. Terbutaline alone showed a small microvascular response interpreted as vasodilatation. The combination of terbutaline and histamine gave a smaller response than histamine alone, indicating an anti-inflammatory effect of terbutaline. Sodium nitroprusside alone showed a substantial microvascular response, which was not different from the combination of sodium nitroprusside and histamine.



The microvascular effect of histamine was examined in two experimental models in the guinea pig, the skin prick test and in the skin window. The microvascular response to saline control was somewhat greater and more variable in the skin widow than in the skin prick test. The response to histamine was comparable. Subtle inflammatory responses may be more difficult to detect with the skin window technique owing to the greater variability.



In the fourth study, the effects of vanilloid receptor agonists were examined in the human skin using laser Doppler perfusion imaging. Anandamide, capsaicin, olvanil and arvanil all caused concentration-dependent increases in skin perfusion after skin prick test. Co-application of capsazepine inhibited the response. The results indicate a role for anandamide as a pararcrine signalling molecule and demonstrates the utility of skin prick test and laser Doppler perfusion imaging as a means of studying local, haemodynamic effects of pharmaceuticals.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

I denna avhandling studeras den akuta inflammatoriska reaktionen i huden. Akut inflammation beskrevs redan under romersk tid av Aulus Cornelius Celsus. Han karakteriserade denna reaktion med rodnad, svullnad, värme och smärta. Fysiologiskt består akut inflammation av vidgning av små blodkärl (vasodilatation) som ger upphov till rodnad samt av läckage av plasmaproteiner (plasmaexsudation) ut ur blodbana via små porer som bildas i kärlväggen och ger upphov till svullnad. Det sammansatta svaret kallade vi för mikrovaskulär reaktion i huden vid inflammation.



Den mikrovaskulära reaktionen kan påvisas i huden med flera olika metoder vid akut inflammation. I vår studie har vi använt oss av ett radioaktivt ämne som fungerar som märkning av plasmaproteinet transferrin. Det radioaktivt märkta proteinet finns initialt bara i blodbanan. Vid inflammation sker ansamling dels i de vidgade kärlen och dels utanför kärlen vid plasmaexsudationen. Metoden mäter således både vasodilatation och plasmaexsudation.



I det första arbetet har vi framkallat en akut inflammatorisk reaktion hos marsvin genom att utföra ett pricktest i huden med histamin och ett protein som djuren gjorts allergiska mot (allergen). Pricktest används både i forskningssammanhang och kliniskt, t ex vid allergiutredningar. Vid pricktest med histamin och allergen kunde vi observera rodnad lokalt i huden samt svullnad som resultat av kärldilatation och plasmaexsudation. Vi kunde exakt mäta tidsförloppet på den inflammatoriska reaktionen som varar ca 20 min vilket är betydligt kortare än vad som tidigare beskrivits från mätningar av blodflödet vid inflammation.



En annan ofta använd metod för inflammatoriska studier i hud är så kallad fönstermetod. Man använder en liten kammare som placeras på huden. Genom att applicera både negativt tryck och värme i kammaren kan man erhålla en vätskefylld blåsa i huden. Därefter plockar man försiktigt bort taket av blåsan och får därmed ett fönster där inflammatoriska processer kan studeras. I vårt andra arbete har vi utfört en jämförelse mellan pricktest och fönstermetoden i huden. Vi misstänkte att det trauma som man få efter uppkomsten av hudblåsan kan ha betydelse för inflammatoriska processer. Vi visade att det traumat är betydligt större än det vi såg vid pricktest. Detta kan innebära att det är svårare att påvisa lindrig inflammation med fönstermetoden än med pricktest.



Syftet med vårt tredje arbete var att studera lokala hudeffekter hos marsvin vid prick test med terbutalin och natriumnitroprussid som är en kväveoxiddonator. Terbutalin är en känd substans som resulterar i vidgning av både luftväggar och blodkärl. Kväveoxid är en kroppsegen substans som vidgar blodkärlen. För oss var det intressant att studera deras effekt på blodkärl då de verkade ensamma eller i kombination med histamin. Terbutalin i kombination med histamin orsakar mindre hudreaktion jämfört med den reaktionen man ser efter enbart histamin. Detta bekräftar terbutalins anti-inflammatoriska egenskaper. Däremot gav kombinationen av natriumnitroprussid och histamin liknande reaktion som enbart histamin eller enbart natriumnitroprussid. Dessa resultat kan antingen betyda att kväveoxid orsakar lika stark kärldilatation som histamin eller att kväveoxid på något sätt förändrar svaret på histamin.



Förutom ovan nämnda metoder som används för att påvisa och studera inflammatorisk reaktion i huden finns laserdopplermetoden. Principen för mätningar med laserdoppler bygger på att en laserstråle som skickas genom yttersta hudlagret stöter på rörliga blodkroppar i kärlen och ändrar därmed sin frekvens. En del av det frekvensförändrade ljuset reflekteras och kan registreras med en mottagare. Genom att analysera det frekvensförskjutna ljuset kan man framställa en bild av blodgenomblödningen i huden både hos djur och människa. Vi använde denna teknik i vårt fjärde arbete när vi ville studera hur aktivering av en särskild receptor påverkar hudens blodflöde. Den receptor vi studerade kallas för vanilloidreceptor och återfinns på sensoriska nervtrådar längs små blodkärl i huden. Det är känt att aktivering av vanilloidreceptorn leder till uppkomst av en inflammatorisk reaktion. Denna receptor kan aktiveras av naturliga substanser som extrakt av chilipeppar och med syntetiskt framställda substanser som arvanil och olvanil. Ett kroppseget ämne, anandamid, kan också aktivera receptorn, vilket tidigare påvisats i djurmodeller. Vårt syfte var att studera effekter av stimulering av vanilloidreceptorn hos människan. Pricktest på underarmens hud hos friska försökspersoner utfördes med anandamid, olvanil, arvanil och capsaicin (substans som finns i chilipeppar). Med hjälp av laserdoppler kunde vi påvisa kraftig ökning av blodflödet i huden på platsen för pricktest med dessa substanser. Inflammationen kunde hämmas genom användning capsazepin, en substans som blockerar vanilloidreceptorn. Studien är den första som visar att stimulering av vanilloidreceptorn ger effekter på kärlen hos människa. Däremot kunde vi inte påvisa någon effekt av anandamid vid direkt administrering i blodbana.

• author: Evilevitch, Vladimir
• supervisor: Per Wollmer
• opponent: Professor Länsimies, Esko, Kuopio University
• organization: Faculty of Medicine
• publishing date: 2005
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Radiology, Nuclear Medicine and Medical Imaging
• keywords: tomografi, medicinsk instrumentering, Physiology, Fysiologi, radiologi, Klinisk fysiologi, medical instrumentation, tomography, radiology, Clinical physics, sodium nitroprusside, terbutaline, anandamide, TRPV1, skin prick test, vanilloid receptor, skin microcirculation, laser Doppler imaging, Plasma exudation, vasodilatation
• pages: 121 pages
• defense location: Malmoe University Hospital Diagnostic Center Entrance 44, 3 fl, room 3007
• defense date: 2005-04-21 09:15:00
• ISBN: 91-85439-18-5
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: Vladimir Evilevitch, T T Wu, L Lindgren, L Greiff, K Norrgren and P Wollmer. 1999. Time course of the inflammatory response to histamine and allergen skin prick test in guinea pigs. Acta Physiol Scand, pp 409-413. Blackwell; Vladimir Evilevitch, K Norrgren, L Greiff and P Wollmer. 2004. Microvascular response in guinea pig skin at histamine challenge with and without application of skin window. Clin Physiol Func Imaging, vol 24 pp 266-269.; Vladimir Evilevitch, L Greiff and P Wollmer. . Modulation of the inflammatory response to histamine by terbutaline and NO in guinea pig skin. Clin Physiol Func Imaging, (submitted); P Movahed, Vladimir Evilevitch, T Andersson, B Jonsson, P Wollmer, P Zygmunt and E Hogestatt. . Local hemodynamic effects of anandamide and N-acylvanillylamines in the human forearm. (submitted) The information about affiliations in this record was updated in December 2015. The record was previously connected to the following departments: Clinical Physiology (013242300), Faculty of Medicine (000022000)
• id: c35417ec-b8c9-4e39-9e2c-8d9da236a4b9 (old id 544420)
• date added to LUP: 2016-04-01 15:54:41
• date last changed: 2018-11-21 20:37:19