Untersuchungen zur oxidativen Schädigung der Lunge

• Main Author: Jehle, Roswitha
• Other Authors: Rüstow, B.
• Format: Doctoral Thesis
• Language: German
• Published: Humboldt-Universität zu Berlin, Medizinische Fakultät - Universitätsklinikum Charité 2005
• Subjects: Oxidativer Stress; Zellkultur; Lunge; antioxidative Abwehr; Lipidperoxidation; Oxidative Stress; Lung; Cell Culture; Antioxidative Defense; Lipid Peroxidation; 610 Medizin; 33 Medizin; XG 6154; XG 6163; YQ 2404; YQ 2433; ddc:610
• Online Access: http://edoc.hu-berlin.de/18452/15894; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:11-10040967; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:11-10042706; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:11-10042719; http://dx.doi.org/10.18452/15242

Beim neonatalen Atemnotsyndrom ist die Beatmung der Frühgeborenen mit hohen Sauerstoffpartialdrücken eine oft lebensrettende Therapie. Durch diese therapeutische Hyperoxie entstehen allerdings vermehrt reaktive Sauerstoffspezies, die an der Pathogenese verschiedener Lungenerkrankungen beteiligt sind. Ziel dieser Arbeit ist es, Modelle für oxidativen Stress in der Lunge zu entwickeln und die Mechanismen der oxidativen Schädigung näher zu charakterisieren. Folgende Modelle werden untersucht: 1. Untersuchung von isolierten Typ-II-Zellen aus Hyperoxie-exponierten bzw. Kontroll-Ratten (in vivo) und 2. Kultivierung isolierter Typ-II-Zellen in Gegenwart von H2O2 (in vitro). Wir zeigen in dieser Arbeit, das erst die Kultivierung von Typ-II-Zellen unter Basalbedingungen zu einem starken Anstieg der Expression von Hitzeschockproteinen (HSP) führt, wohingegen frisch isolierte Zellen keine HSP exprimieren. In Übereinstimmung mit der neueren Literatur schließen wir daraus, dass allein die basalen Zellkulturbedingungen für die Zellen ein Stressfaktor darstellen können. Unter 44-stündiger Hyperoxie steigt die Konzentration der PAF-ähnlichen Oxidationsprodukte von Phospholipiden (PAF-RC) lediglich im Blutplasma an, bleibt dagegen in der Lungenlavage unverändert. PAF-RC wirken über den Rezeptor des Thrombozyten-aktivierenden Faktors (PAF) proinflammatorisch und werden durch die PAF- Acetylhydrolase (PAF-AH) abgebaut. Unter Hyperoxie ist die PAF-AH-Aktivität im Blutplasma unverändert, in der Lavage jedoch auf ein Drittel vermindert. Wir nehmen daher an, dass die hyperoxische Lungenschädigung weder durch eine verminderte PAF-AH- Aktivität noch durch die direkte Peroxidation von Surfactantlipiden in den Alveolen vermittelt wird. Wahrscheinlich wird die pulmonale Sauerstofftoxizität durch die Lipidperoxidation im Blutgefäßsystem oder –plasma verursacht. Unter H2O2-Stress werden in den Typ-II-Zellen zum einen ungesättigte Surfactantlipide oxidiert, zum anderen wird die Aufnahme von Palmitinsäure in die Zelle und die Synthese von Phosphatidylcholin gehemmt. Der entscheidende Schritt ist dabei vermutlich die oxidative Hemmung eines Schlüsselenzyms der Phospholipidsynthese, der Glycerol-3- Phosphat-Acyltransferase (G3PAT). Die Konzentration der zellulären Antioxidantien Vitamin E und Glutathion ist scheinbar zu gering, um die G3PAT und die zellulären Lipide vor der v.a. initial sehr hohen H2O2-Belastung zu schützen. === Ventilation of preterm babies with infant respiratory distress syndrome (IRDS) using high oxygen pressures is often a life-saving therapy. A severe side effect of this therapeutic hyperoxia though, is the formation of reactive oxygen species that are involved in the pathogenesis of different lung diseases. This thesis is designed to develop models for oxidative stress in the lung and to further characterise the mechanisms of oxidative damage. The following models have been examined: 1. Examination of isolated type II cells from hyperoxia-exposed and control rats (in vivo). 2. Cultivation of isolated type II cells in the presence of H2O2 (in vitro). In this thesis we show that only by cultivating type II cells under basal conditions the expression of heat shock proteins (HSP) is strongly activated, whereas freshly isolated cells do not express HSP. We conclude in accordance with the newer literature, that the basal cell culture conditions alone can represent a stress factor for the cells. Under 44 hours of hyperoxia the concentration of the PAF-like oxidation products of phospholipids (PAF-RC) rises only in blood plasma, but not in the lung lavage. PAF- RC act proinflammatory via the platelet-activating factor (PAF) receptor and are degraded by the PAF-Acetylhydrolase (PAF-AH). Hyperoxia does not affect the PAF- AH-activity in blood plasma, but decreases it to one third in the lavage. According to these findings we assume that neither the decreased PAF-AH activity nor the direct peroxidation of surfactant lipids in the alveoli cause hyperoxic lung injury. More likely the pulmonary surfactant toxicity is caused by the lipid peroxidation in the blood vessel system or blood plasma. Under H2O2 stress unsaturated surfactant lipids in the type II cells are oxidated on the one hand, on the other hand the palmitic acid uptake in the cells as well as the phosphatidylcholine synthesis is inhibited. The oxidative inhibition of glycerol-3- phosphate-acyltransferase (GPAT), the key enzyme of phospholipid synthesis, is supposed to be the crucial step. It seems that the concentration of the antioxidants vitamin E and glutathione is not sufficient enough to protect the GPAT and the cellular lipids from the especially initially high concentrations of H2O2.