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Ringel, Florian (2004): Die Azidose-induzierte Schwellung und intrazelluläre Azidose von Gliazellen - Bedeutung von Anionen und Kalzium. Dissertation, LMU München: Faculty of Medicine
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Abstract

Die vorliegenden Untersuchungen stellen eine Fortsetzung langjähriger Versuche am Institut für Chirurgische Forschung dar, zellbiologische Mechanismen des zytotoxischen Hirnödems zu klären. Bislang konnten in einem in vitro Modell von Gliazellen verschiedene Mediatoren einer Gliazellschwellung im Sinne eines zytotoxischen Hirnödems charakterisiert werden. Darunter unter anderen eine Laktazidose – in Schweregraden wie sie bei Schädel-Hirn-Traumen und zerebralen Ischämien vorkommt. Ursächlich konnten sowohl der Na+/H+-Antiporter wie auch ein Chlorid- und Bikarbonat-abhängiges Transportsystem identifiziert werden die zur Akkumulation osmotisch aktiver Solute (Na+ und Cl-) in der Zelle führen und somit eine Zellschwellung bedingen. In der vorliegenden Arbeit sollten der Azidose-induzierten Schwellung zugrundeliegende Mechanismen, d.h. Membrantransporter und –kanäle weitergehend charakterisiert werden. Dabei wurde ein Schwerpunkt auf Anionentranporter und die Rolle von Kalziumionen gelegt. Die Untersuchungen erfolgten am Modell suspendierter C6 Gliomzellen als Modellzelle für Astrozyten. Durchflusszytometrisch wurde das Zellvolumen bestimmt ebenso der intrazelluläre pH unter Zuhilfenahme des pH-abhängigen Fluoreszenzfarbstoffes BCECF. Die Ergebnisse lassen sich folgendermaßen zusammenfassen: Setzt man C6 Gliomzellen einer Laktazidose von pH 6,2 aus, so kommt es zur prompten Zellschwellung die nach 60 min ihr Maximum bei 125,1 % des Ausgangsvolumens erreicht. Gleichzeitig kommt es zum Absinken des intrazellulären pH (pHi). Analoge Versuche in Chlorid- bzw. Bikarbonat-freiem Medium gingen mit einer deutlichen Hemmung der Azidose-induzierten Schwellung einher. Das Absinken von pHi war ebenfalls geringer ausgeprägt. Ähnliche Ergebnisse ließen sich mit den Inhibitoren des Cl-/HCO3--Antiporters DIDS und Niflumat erzielen. Die Zusammenschau dieser Ergebnisse lässt sie Schlussfolgerung zu, dass im Rahmen der Azidose-induzierten Schwellung der Na+-unabhängige Cl-/HCO3--Antiporter aktiv ist und zur Akkumulation von Chlorid in der Zelle führt und somit zur Zellschwellung beiträgt. Unter physiologischen Bedingungen hingegen ist der Na+-abhängige Cl-/HCO3--Antiporter aktiv und trägt zur Regulierung des ´steady state` pHi bei. In weiteren Versuchen konnte erstmals unter Verwendung der Na+-K+-Cl--Kotransportinhibitoren Bumetanid und Furosemid eine Beteiligung dieses Kotransporters an der Azidose-induzierten Schwellung nachgewiesen werden. Beide Inhibitoren führten zur deutlichen Reduktion der Zellschwellung ohne relevante Einflüsse auf den intrazellulären pH. Die Aktivierung des Transporters in Azidose führt zur Akkumulation der transportierten Ionen Natrium, Kalium und Chlorid in der Zelle, die dort als osmotisch wirksame Teilchen einen Wassereinstrom nach sich ziehen und auf diesem Wege zur Zellschwellung führen. Daneben wurde eine Abhängigkeit der Azidose-induzierten Schwellung von extrazellulären Kalziumionen gefunden. In Kalzium-freiem Medium ist ausschließlich die Zellschwellung deutlich reduziert während der Verlauf des intrazellulärem pH dem der Kontrollgruppe entsprach. Daraus lässt sich schlussfolgern, dass extrazelluläre Kalziumionen für die Aktivierung eines pH-unbeeinflussenden Transporters wie z.B. den Na+-K+-Cl--Kotransport notwendig sind. Die Chelierung intrazellulärer Kalziumionen hatte keinen Effekt auf die Azidose-induzierte Schwellung und den intrazellulären pH. Damit konnten die vorliegenden Untersuchungen die Bedeutung des Cl-/HCO3--Antiporters im Rahmen der Azidose-induzierten Schwellung näher charakterisieren und die Beteiligung des Na+-K+-Cl--Kotransportes erstmals nachweisen. Ebenfalls konnte die Bedeutung extra- nicht jedoch intrazellulärer Kalziumionen für die Azidose-induzierte Schwellung gezeigt werden.