Die Azidose-induzierte Schwellung und intrazelluläre Azidose von Gliazellen - Bedeutung von Anionen und Kalzium

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.