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AG Lunge

Mitarbeiter

Wiss. Mitarbeiterin

Med.-techn. Assistenten/-innen

In den Alveolen der Lunge erfolgt der Gasaustausch zwischen Atemluft und dem Blut. Ein verringerter O2-Partialdruck in der Atemluft (z.B. in großen Höhen) beeinträchtigt die O2-Diffusion. Außerdem bestimmt die Dicke der Alveolarwand die Diffusionsgeschwindigkeit. Lungenödeme (intestitiell, alveolär) beeinträchtigen daher die Gasdiffusion, was zu einer Hypoxämie führen kann. Lungenödeme entstehen durch verstärkte Filtration bei einem erhöhten hydrostatischen Druck in den alveolären Kapillaren (z.B. Linksherzversagen, pulmonale Hypertonie), durch eine erhöhte Permeabilität des alveolären Endothels und Epithels (z.B. durch Entzündung, Sepsis, Inhalation von aggressiven Substanzen), und durch Hemmung der alveolären Flüssigkeitsresorption (O2-Mangel, Inflammation). Normalerweise halten sich die Filtration und Resorption von Flüssigkeit über die Alveolarwand die Waage.

Ödemflüssigkeit wird von Epithelzellen, welche die Wand der Alveolen auf der Luft-zugewandten Seite auskleiden, aktiv aus dem Alveolarraum in das Blut resorbiert. Die Flüssigkeitsresorption ist an den aktiven Transport von Na gekoppelt: Na wird über apikale epitheliale Na-Kanäle (ENaC) in die Zelle aufgenommen und basolateral durch die Na/K-ATPase aus der Zelle ins Blut transportiert. Chlorid folgt dem elektro-chemischen Gradienten. Der so entstandene osmotische Gradient treibt die Wasser-Resorption.

Die Aktivität der alveolären Resorption wird durch Hormone wie Gluko- und Kortikosteroide und Catecholamine stimuliert. Hypoxie (große Höhe, Atemdepression, alveoläre Ödeme), pro-inflammatorische Zytokine (ALI, ARDS, Pneumonie), Sauerstoffradikale (Hyperoxie) und NO (Inflammation) hemmen die Resorption.

Da Lungenödeme selbst zur Hypoxie der Alveolarepithelzellen führen, untersuchen wir, wie Hypoxie stimulierende und hemmende Regelmechanismen der alveolären Resorption beeinflusst. Diese Erkenntnisse können zu einem besseren Verständnis der Vorgänge an der Alveole und so zu einer besseren Behandlung von Patienten mit Lungenödemen beitragen.

Methoden

Untersuchungen werden an kultivierten Alveolarepithelzellen (primäre A2-Zellen der Ratten- und menschenlunge, Lungenendothelzellen, etablierte Zellinien), an der isoliert-perfundierten Rattenlunge, und an in-situ-Tiermodellen durchgeführt. Dabei werden die Aktivität und Expression von Ionentransportern (Na/K-ATPase, ENaC), die Flüssigkeitsresorption und Mechanismen der Signaltransduktion (Hormone und ihre Rezeptoren, freie Radikale), sowie Parameter des Zellstoffwechsels und der Funktion von Mitochondrien bestimmt.

Dazu bestimmen wir die Wasser- und Na-Resorption in der Lunge nach Flüssigkeitsinstillation, und über Monolayer kultivierter Alveolarepithelzellen in der Ussing Kammer. Freie Radikale werden mittels ESR und mit chemischen Ansätzen gemessen. Die Expression von Proteinen messen wir mittels quantitativer RT-PCR und mit Western Blots. Mikro-Respirometrie misst die zelluläre und mitochondriale Stoffwechselaktivität. Rezeptor-Liganden-Bindung, G-Protein-Interaktionen, Messung von Ca, cAMP und cGMP, sowie Protein-Phosphorylierung dient der Bestimmung der Funktion der Signaltransduktion.

​​​​​​​Projekte

  • Signaltransduktion in Hypoxie: Glukokortikoide, G-Protein gekoppelte Rezeptoren
  • Hypoxische Hemmung der alveolären Resorption; die Rolle Hypoxie-induzierter Faktoren (HIF)
  • Einfluss von Inflammation auf die alveoläre Na-Resorption; die Rolle aktivierter Makrophagen
  • Zellstoffwechsel und Mitochondrienfunktion in Hypoxie
  • Interaktion zwischen Lungenkrebszellen und gesundem Alveolarepithel
  • Das Alveolarepithel, die hypoxische pulmonal-arterielle Vasokonstriktion und das hypoxische Lungenödem (Höhenlungenödem): Die Rolle des Na-Transports

​​​​​​​Ausgewählte Publikationen

Papen M, Wodopia R, Bärtsch P and Mairbäurl H. Hypoxia-effects on Cai-signaling and ion transport activity of lung alveolar epithelial cells. Cell Physiol Biochem 11: 187-196, 2001.

Mairbäurl H, Mayer K, Kim KJ, Borok Z, Bärtsch P and Crandall ED. Hypoxia decreases active Na transport across primary rat alveolar epithelial cell monolayers. Am J Physiol 282: L659-L665, 2002.

Karle C, Gehrig T, Wodopia R, Höschele S, Kreye VAW, Katus HA, Bärtsch P and Mairbäurl H. Hypoxia-induced inhibition of whole cell membrane currents and ion transport of A549 cells. Am J Physiol 286: L1154-L1160, 2004.

Heerlein K, Schulze A, Hotz L, Bärtsch P and Mairbäurl H. Hypoxia decreases cellular ATP-demand and inhibits mitochondrial respiration of A549 cells. Am J Respir Cell Molec Biol 32: 44-51, 2005.

Dehler M, E Zessin, P Bärtsch, H Mairbäurl. Hypoxia causes permeability edema in the constant pressure perfused rat lung. Eur.Respir.J., 270:600-606, 2006

Maggiorini M, HP Brunner-La Rocca, S Peth, M Fischler, T Böhm, A Bernheim, S Kiencke, KE Bloch, Ch Dehnert, R Naeije, T Lehmann, P Bärtsch, H Mairbäurl. Both Tadalafil and Dexamethasone May Reduce the Incidence of High Altitude Pulmonary Edema: a Randomized Placebo Controlled Trial. Annals of Internal Medicine 145:497-506, 2006

Guney S, A Schuler, A Ott, S Höschele, E Baloğlu, P Bärtsch and H Mairbäurl. Dexamethasone prevents transport inhibition by hypoxia in rat lung and alveolar epithelial cells by stimulating activity and expression of Na/K-ATPase and ENaC. Am.J.Physiol. 293:L1332-L1338, 2007

Baloğlu E, Ke A, Abu-Taha IH, Bärtsch P, Mairbäurl H. In vitro hypoxia impairs beta 2 adrenergic receptor signaling in primary rat alveolar epithelial cells. Am.J.Physiol.  296:L500-9. 2009

Löh B, Baloglu E, Ke A, Bärtsch P, and H Mairbäurl. β2-adrenergic stimulation blunts inhibition of epithelial ion-transport by hypoxia of rat primary alveolar epithelial cells. Cell. Physiol. Biochem. 25:123-134, 2010

Faoro V, Fink V, Taudorf S, Dehnert C, Berger MM, Swenson ER, Bailey DM, Bärtsch P, and Mairbäurl H. Effects of acute and high altitude hypoxia on leukocyte oxygen consumption and ROS production. Amer.J.Physiol. 300:R32-R39; 2011

Baloğlu E, Reingruber T, Bärtsch P, and Mairbäurl H. β2-adrenergics in hypoxia desensitize receptors but blunt inhibition of reabsorption in rat lung. Am.J.Respir.Cell.Molec.Biol., 45:1059-1068, 2011

Mairbäurl,H. and Weber,R. Blood oxygen transport. Comprehensive Physiology - Respiratory Physiology (formerly: Handbook of Physiology). 2:1463-1489, 2012