Effekte einer intermittierenden Hyperoxie auf die mitochondriale Atmung in Alveolarmakrophagen

Abstract

In der vorliegenden Studie wurde zum einem untersucht, ob es Unterschiede in der respiratorischen Kapazität bei hyperoxygenen Bedingungen zwischen aus der Lunge stammenden (Alveolarmakrophagen, LAMs) und ubiquitär im Körper vorkommenden Zellen (RAW-Makrophagen) gibt. Zum anderen wurde untersucht, ob eine kurze Hyperoxiephase von zwei Stunden den nachfolgenden Schaden einer länger andauernden Hyperoxieexposition von 24 Stunden verringern kann. Es wurde also analysiert, ob eine kurze Hyperoxieexposition zu einer Adaptation gegenüber der schädigenden Wirkung von Sauerstoffradikalen in den Mitochondrien führt. Zur Konkretisierung des Schadens in der Atmungskette durch die Sauerstoffradikale wurden zudem die Kapazitäten der einzelnen Komplexe unter den verschiedenen Versuchsbedingungen in beiden Zellreihen untersucht. Um die mitochondriale Aktivität der Zellen zu beurteilen, wurde deren respiratorische Kapazität mit Hilfe der High Resolution Respirometrie durch den Oroboros Oxygraphen 2K dargestellt und analysiert. Hierbei wurde das Hauptaugenmerk auf die respiratorische Gesamtkapazität, nach maximaler Aktivierung aller Komplexe der Atmungskette, gelegt. Die statistische Analyse wurde mit Hilfe des Kruskal Wallis Testes durchgeführt. Es ergaben sich folgende Ergebnisse: die RAW Makrophagen konnten sich einer Exposition gegenüber hyperoxygenen Bedingungen von 95% Sauerstoff und 5% CO2 besser adaptieren als die Alveolarmakrophagen. Bei den RAW Makrophagen war keine signifikante Abnahme der mitochondrialen Aktivität unter diesen oxidativen Umgebungsbedingungen zu verzeichnen. Eine kurze Hyperoxieexpostion von zwei Stunden vor der eigentlichen 24 Stunden Exposition konnte die respiratorische Aktivität beider Zellreihen nicht verbessern. Es fand keine Adaptation an den oxidativen Stress statt. Im Gegenteil, die respiratorische Kapazität schien sich durch die vorangehende Sauerstoffexposition tendenziell sogar zu verschlechtern. Die schädigende Wirkung der Sauerstoffradikale betraf vor allem den Komplex I und II, hier konnte bei den Alveolarmakropahgen eine signifikante Abnahme der respiratorischen Kapazität unter hyperoxygenen Bedingungen festgestellt werden. Zusammenfassend ist festzuhalten, wider unseren Erwartungen scheinen aus der Lunge stammende Zellen nicht zwangsläufig besser mit hohen Sauerstoffkonzentrationen zurecht zu kommen als Zellen, die niedrigere Sauerstoffpartialdrücke gewöhnt sind. Eine kurze Gewöhnung der Zellen von zwei Stunden an hyperoxygene Bedingungen ist nicht ausreichend um den Schaden einer folgenden lang andauernden Hyperoxie von 24 Stunden zu vermindern.