Anpassung des respiratorischen Epithels an eine apikale Volumenerhöhung

Einleitung: Eine wesentliche Aufgabe des respiratorischen Epithels ist es, das Flüssigkeitsvolumen, mit dem die apikale Oberfläche der Atemwege ausgekleidet ist, konstant zu halten. Eine akute pathologische Erhöhung des apikalen Flüssigkeitsvolumens erfordert eine Anpassung der Epithelfunktion, um überschüssiges Volumen zu entfernen. Dies gewährleistet eine ausreichende Lungenfunktion und verhindert weitere Lungenschäden. Diese Anpassung des Epithels an eine apikale Volumenerhöhung wurde in diesem Projekt untersucht.

Methoden: NCI-H441 Epithelien wurden in Analogie zum respiratorischen Epithel mit der Air/Liquid-Technik kultiviert. Ähnlich der in vivo Situation in den Atemwegen, stellte sich ein dünner Flüssigkeitsfilm auf der apikalen Epitheloberfläche ein, der den Übergang zur Gasphase bildete. Durch Zugabe isotoner NaCl-Lösung wurde eine akute apikale Volumenerhöhung simuliert. Anschließend wurden der Elektrolyttransport in Ussing-Kammer Experimenten und der Wassertransport mittels einer D₂O-Verdünnungsmethode über einen Zeitraum von 16h untersucht.

Ergebnisse: Wir konnten zeigen, dass eine Volumenresorption erst 6h nach apikaler Volumenerhöhung stattfindet. Demgegenüber konnte keine Veränderung der Transportfunktion für Elektrolyte beobachtet werden. Eine akute apikale Volumenerhöhung wird demnach nicht durch die Anpassung des Ionentransports korrigiert.

Eine alternative funktionelle Anpassung könnte auch in der Erhöhung der epithelialen Wasserdurchlässigkeit liegen. Um dies zu überprüfen, wurde 1h und 8h nach apikaler Volumenerhöhung ein osmotischer Gradient durch Zugabe von Mannitol zum apikalen (sekretorischer Gradient) oder basolateralen (resorptiver Gradient) Kompartiment erzeugt und die jeweilige Wassertransportkapazität bestimmt. Eine deutliche Erhöhung der Wassertransportkapazität konnte hierbei nur für die Resorption, nicht aber für die Sekretion beobachtet werden.

Diskussion: Die Anpassung des respiratorischen Epithels an eine apikale Volumenerhöhung ist bisher nicht geklärt. Da der Ionentransport den Wassertransport antreibt, erscheint eine Erhöhung des Elektrolyttransports (NaCl-Resorption) eine Möglichkeit, die Wasserresorption im Fall eines Lungenödems zu erhöhen. Unsere Ergebnisse zeigen hingegen, dass die Anpassung der epithelialen Wasserdurchlässigkeit eventuell der wesentliche Mechanismus ist, um z.B. im Fall eines Lungenödems die Atemwege von überschüssigem Volumen zu befreien.