Hypoxie- und Reoxygenierungseffekte auf den Ionentransport am Kolonepithel der Ratte

Abstract

Eine Ischämie des Gastrointestinaltraktes führt zu schwerwiegenden Schäden. Daher war es Ziel dieser Arbeit, herauszufinden wie sich die Barriere- und Transportfunktionen des intestinalen Epithels bei einer Hypoxie mit anschließender Reoxygenierung verändern. Die Hypoxie induzierte eine triphasische Veränderung im Kurzschlussstrom (Isc): einen initialen Abfall (Dec1), einen deutlichen Anstieg (Peak) und schließlich einen lang-anhaltenden Abfall (Dec2) bis weit unter die initiale Basallinie. Während der Reoxygenierungsphase stieg der Isc wieder langsam an und erreichte nahezu den Ausgangswert vor der hypoxischen Phase. In der Gewebeleitfähigkeit (Gt) war ein biphasischer Anstieg zu beobachten, sowohl während der Hypoxie- als auch der Reoxygenierungsphase. Unter chloridfreien Bedingungen oder einer Vorbehandlung der Gewebe mit Inhibitoren von Cl--Transportern, offenbarte sich eine Cl--Abhängigkeit dieser Veränderungen im Isc. Eine Inkubation des Gewebes mit dem Radikalfänger Trolox C reduzierte deutlich die Hypoxie-Antwort, konnte aber nicht den Anstieg während der Reoxygenierungsphase unterdrücken. Darüber hinaus waren alle Änderungen des Isc Ca2+-abhängig. Fura-2 Experimente an isolierten Krypten zeigten einen leichten Anstieg der zytosolischen Ca2+-Konzentration während der Hypoxie/Reoxygenierung, welche v. a. durch einen extrazellulären Ca2+-Einstrom verursacht wurde. Überraschenderweise konnten keine sichtbaren Veränderungen im Fluoreszenzsignal mit dem Superoxid-Anion-sensitiven Farbstoff MitoSOX , bzw. dem Thiol-sensitiven Farbstoff ThiolTracker festgestellt werden, was vermuten lässt, dass im Kolonepithel nur eine moderate Radikalbildung während einer Hypoxie/Reoxygenierung stattfindet (bereits unter physiologischen Bedingungen hat das Gewebe nur einen geringen pO2). So könnte die Cl--Sekretion einen Schutzmechanismus der Epithelzellen darstellen, da sie regelmäßig schädigenden Stimuli ausgesetzt sind - z.B. eine Entzündung infolge einer Hypoxie - welche oftmals assoziiert ist mit einer klinischen Diarrhoe. Das Ziel dieser Sekretion könnte also sein, Pathogene vom Epithel abzuschwemmen, um eine mikrobielle Invasion zu vermeiden. Ischemia causes severe damage in the gastrointestinal tract. Therefore, it was interesting to study how the barrier and transport functions of intestinal epithelium change under hypoxia and subsequent reoxygenation. Experimental hypoxia induced a triphasic change in short-circuit current (Isc): a transient decrease, a strong increase and finally a long-lasting fall below the initial baseline. During the reoxygenation phase, Isc slightly rose to values above the initial baseline. Tissue conductance (Gt) showed a biphasic increase during both the hypoxia and the reoxygenation phases. Omission of Cl- or preincubation of the tissue with transport inhibitors revealed that the observed changes in Isc represented changes in Cl- secretion. The radical scavenger trolox C reduced the Isc response during hypoxia, but failed to prevent the rise of Isc during reoxygenation. All changes in Isc were Ca2+-dependent. Fura-2 experiments at isolated colonic crypts revealed a slow increase of the cytosolic Ca2+ concentration during hypoxia and the reoxygenation phase, mainly caused by an influx of extracellular Ca2+. Surprisingly, no changes could be detected in the fluorescence of the superoxide anion-sensitive dye MitoSOX or the thiol-sensitive dye thiol tracker, suggesting there is only a moderate radical production during hypoxia/reoxygenation (with its low O2 partial pressure even under physiological conditions). Thus chloride secretion may be a priming consequence of epithelial cells which are regularly exposed to stimuli like inflammation correlated with hypoxia, which often is associated clinically with diarrhea. The goal of this secretion could be flushing pathogens from the epithelium as if a microbial assault was running.