Pathophysiology of chronic limb ischemia
- PMID: 29950791
- PMCID: PMC5997105
- DOI: 10.1007/s00772-018-0380-1
Pathophysiology of chronic limb ischemia
Abstract
Chronic ischemia of the lower extremities is an everyday problem in vascular surgery clinics. In Germany, approximately 3% of all hospitalizations are due to peripheral artery disease (PAD), with critical limb ischemia (CLI) in particular showing a rapid increase. The consequences of chronic undersupply range from reduced walking distance to loss of limbs. At the beginning there are stress factors, such as hyperlipidemia (LDL), free radicals, arterial hypertension, infections or subclinical inflammation that interfere with endothelial homeostasis and cause endothelial dysfunction with increased permeability. Cells of the immune system are attracted and migrate into the vascular wall, where they lead to the degradation of matrix components and destabilization of the plaque. By changing the phenotype of smooth muscle cells and macrophages towards osteoclast-like cells, bone-like hardening of the vessel wall takes place. Above a vessel wall thickness of approximately 100 µm, hypoxia-induced factor (HIF-1α) is intensified by the lack of oxygen, which leads to an increase in growth factors, such as vascular endothelial growth factor (VEGF). This promotes angiogenesis, but it is not sufficient to compensate for a stenosed artery. Arteriogenesis refers to the growth of existing collateral vessels. The driving forces are the pressure gradient before and after the stenosis and the shear forces acting on the vessel walls. In the case of progressive stenosis, the compensatory capacities can be overtaxed and a manifest hypoxia in the tissue with regression of the obtained vascular structures and tissue atrophy occurs.
Die chronisch arterielle Ischämie der unteren Extremitäten stellt ein alltägliches Problem in gefäßchirurgischen Kliniken dar. In Deutschland sind etwa 3 % aller Hospitalisierungen auf eine periphere arterielle Verschlusskrankheit (PAVK) zurückzuführen, wobei vor allem die kritischen Ischämien stark zunehmen. Die Folgen der chronischen Ischämie reichen von eingeschränkter Gehstrecke bis hin zum Verlust der Extremität. Am Anfang stehen Stressfaktoren wie Hyperlipidämie (LDL), freie Radikale, arterielle Hypertonie, Infektionen oder subklinische Entzündungen, die die Endothelhomöostase stören. Es kommt zu einer Dysfunktion des Endothels mit erhöhter Durchlässigkeit. Zellen des Immunsystems werden angelockt und wandern in die Gefäßwand ein, wo sie zum Abbau von Matrixkomponenten und zur Destabilisierung des Plaques führen. Durch Änderung des Phänotyps von glatten Muskelzellen und Makrophagen entstehen osteoklastenähnliche Zellen, die zu Verhärtungen in der Gefäßwand führen. Ab einer Gefäßwandstärke von etwa 100 μm wird durch den Sauerstoffmangel Hypoxie induzierter Faktor (HIF-1α) verstärkt exprimiert, was zu einem Anstieg an Wachstumsfaktoren wie VEGF („vascular endothelial growth factor“) führt. Dadurch wird die Angiogenese als Kapillarenbildner gefördert, reicht aber nicht aus, um eine stenosierte Arterie zu kompensieren. Arteriogenese bezeichnet das Wachstum von bereits vorhandenen Kollateralgefäßen. Die treibenden Kräfte sind der Druckgradient vor und hinter der Stenose sowie die Scherkräfte, die auf die Gefäßwände einwirken. Bei voranschreitender Stenosierung können die Kompensationsfähigkeiten überfordert werden und es kommt zu einer manifesten Hypoxie im Gewebe mit Rückbildung der gewonnenen Gefäßstrukturen/Kollateralkreisläufen und Gewebsatrophie.
Keywords: Angiogenesis; Arteriogenesis; Chronic ischemia; Collaterals; Pathophysiology.
Conflict of interest statement
Compliance with ethical guidelinesF. Simon, A. Oberhuber, N. Floros, P. Düppers, H. Schelzig and M. Duran declare that they have no competing interests. This article does not contain any studies with human participants or animals performed by any of the authors. The supplement containing this article is not sponsored by industry.
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