Einfluss von Ischämie auf das pulmonale Surfactantsystem und das alveoläre Redoxgleichgewicht in isolierten Kaninchenlungen

Abstract

Die Zunahme freier Radikale scheint eine zentrale Rolle in der Entstehung des pulmonalen Ischämie-Reperfusionsschadens zu spielen, in dem sie zu einer endothelialen-alveolären Schrankenstörung und negativen Beeinflussung des pulmonalen Surfactant führt. Die Fortsetzung der Ventilation während Ischämie bewirkt einen signifikanten Schutz vor Ischämie-Reperfusionsschäden. Die Auswirkung der alveolären Sauerstoffversorgung auf die Lungenschädigung und die Entstehung freier Radikale während der Ischämie war jedoch noch weitestgehend unklar. Wir untersuchten den Einfluss von hyperoxischer und anoxischer Ventilation auf den alveolären antioxidativen Status (Konzentrationen von GSSG, GSH, F2-Isoprostan, Plasmalogenen, den Vitaminen A, C, E und Harnsäure) und die Surfactanteigenschaften (Gesamtphospholipidkonzentration, Phospholipidklassenprofile und Surfactant Apoproteine) während Ischämie in isolierten Kaninchenlungen. Als Kontrollen dienten normoxisch und hyperoxisch ventilierte perfundierte Lungen und native Lungen. Die biochemischen und biophysikalischen Surfactant-Eigenschaften veränderten sich unter den gewählten Versuchsbedingungen nur geringgradig bzw. gar nicht. Marker für oxidativen Stress (GSSG und 8-Isoprostan) waren insbesondere bei hyperoxischer Ischämie signifikant erhöht. Sowohl unter anoxischer als auch unter hyperoxischer Ischämie fand sich eine teilweise signifikante Erhöhung der Antioxidantien, die besonders nach 3h (Anoxie) bzw. 4h (Hyperoxie) ausgeprägt war. Der alveoläre antioxidative Status war sowohl während anoxisch als auch während hyperoxisch ventilierter warmer Ischämie erhöht. Ursache hierfür könnte eine adaptive Antwort auf oxidativen Stress während der Ischämiephase sein. Sowohl in den anoxisch als auch in den hyperoxisch ventilierten ischämischen Lungen, wurden Indikatoren für erhöhten oxidativen Stress im alveolären lining fluid gemessen. Interessanterweise stiegen die alveolären Konzentrationen sowohl von hydrophilen als auch lipophilen Antioxidantien eher an, anstatt unter diese Bedingungen abzusinken. Die Signalübertragungswege, die dieser alveolären antioxidativen Antwort zugrunde liegen bedürfen weiterer Erklärung. Increases in free radicals are believed to play a central role in the development of pulmonary ischemia/reperfusion (I-R) injury, leading to microvascular leakage and deterioration of pulmonary surfactant. Continued ventilation during ischemia offers significant protection against I-R injury, but the impact of alveolar oxygen supply both on lung injury and on radical generation is still unclear. We investigated the influence of hyperoxic and anoxic ventilation during ischemia on alveolar antioxidant status and surfactant properties in isolated rabbit lungs. Normoxic and hyperoxic ventilated, buffer-perfused lungs and native lungs served as controls. As compared with controls, biophysical and biochemical surfactant properties were not altered in anoxic as well as hyperoxic ventilated ischemic (2, 3, and 4 h) lungs. Assessment of several antioxidants (reduced glutathione (GSH), a- tocopherol (vitamin E), retinol (vitamin A), ascorbic acid (vitamin C), uric acid, and plasmalogens (1-O-alkenyl- 2-acyl- phospholipids)) in bronchoalveolar lavage fluid (BAL) revealed a significant increase in antioxidant compounds under anoxic and hyperoxic ventilation, with maximum levels occuring after 3 h of ischemia. We conclude that oxidative stress is increased in the lung alveolar lining layer during ischemia, during both anoxic and hyperoxic ventilation. This is paralleled by an increase rather than a decrease in alveolar antioxidant levels, suggested to reflect an adaptive response to oxidative stress during ischemia.