Temperaturabhängigkeit der Effekte von Schwefelwasserstoff auf die mitochondriale Atmung

Abstract

Frühere Experimente lassen vermuten, dass die durch Schwefelwasserstoff (H2S) vermittelte Hemmung der Cytochrom-C Oxidase (COX) und die toxischen Effekte des Gases bei niedrigen Körpertemperaturen weniger ausgeprägt sind. Da die Wirkung von Schwefelwasserstoff immer noch Grundlage vieler Debatten ist, war die Intention der vorliegenden Arbeit die Auswirkung unterschiedlicher Temperaturen auf die H2S-induzierte Hemmung der mitochondrialen Atmung in Immunzellen zu untersuchen. Als Immunzellen verwendeten wir Alveolarmakrophagen, da diese als zentrale immunregulatorische Zellen der Lunge gelten und somit bei einer möglichen klinischen Verwendung während der Inhalation mit H2S permanent hohen Konzentrationen ausgesetzt sind. Wir untersuchten mit Hilfe der Respirometrie in einer stabilen murinen Alveolarmakrophagenzelllinie (AMJ2-C11) die H2S-vermittelte Hemmung der mitochondrialen Atmung und damit die H2S-induzierte COX-Hemmung in-vitro bei 25 und 37°C. Besondere Aufmerksamkeit lag dabei auf der Kapazität der Zellen exogen-zugeführtes H2S zu metabolisieren und damit zu eliminieren. Für die Inhibition verwendeten wir aufsteigende Konzentrationen des H2S-Donors Natriumsulfid. Für die Untersuchung der Temperaturabhängigkeit der Sulfid:Chinon Oxidoreduktase und der COX-Excess Capacity haben wir die isolierte Inhibition der COX unter physiologischen Bedingungen verglichen mit der schrittweisen Hemmung der gesamten Atmungskette bei maximaler Aktivität. Durch diese zwei Parameter werden durch die Zelle am ehesten die Effekte von exogenem Schwefelwasserstoff moduliert. Um Messungenauigkeiten zu vermeiden und um die COX-Excess Capacity zu erhalten, führten wir bei gleichen Bedingungen Kontroll-Titration mit Natriumazid durch, ein Inhibitor der Cytochrom- C Oxidase der von der Zelle nicht metabolisiert wird. Bei unseren Versuchen fanden wir heraus, dass die AMJ2-C11-Zellen bei niedrigen Titrationsraten eine größere Kapazität haben exogen zugeführtem H2S zu wiederstehen. Dieses Phänomen war bei 25°C deutlich ausgeprägter als bei 37°C. Durch unsere Resultate kamen wir zu der Schlussfolgerung, dass unsere von Makrophagen abgeleitete Zelllinie temperaturabhängig in der Lage ist, H2S zu eliminieren und eine veränderte Toleranzschwelle gegenüber Schwefelwasserstoff aufweist.Durch hypotherme Umgebungsbedingungen kann der Effekt von exogen appliziertem H2S auf Immunzellen so moduliert werden, dass damit längere Expositionen mit H2S-Konzentrationen im Status einer Suspended Animation ohne Schaden überstanden werden könnten. Dieser Zustand geht mit einem reduzierten Sauerstoffverbrauch einher und könnte sich besonders im Schock durch das vorherrschende Missverhältnis zwischen Sauerstoffangebot und -bedarf günstig auf dieses Ungleichgewicht ausüben. Im Hinblick auf eine klinische Anwendung könnte diese Tatsache besonders in der Transplantationschirurgie einen wertvollen Aspekt im Kampf gegen die zeitliche Kritikalität dieser Entität darstellen. Eine Anwendbarkeit im klinischen Alltag wird sich in Zukunft jedoch zeigen müssen.