Einfluss von veränderten pH-Werten auf die Partikeltransportgeschwindigkeit und Zilienschlagfrequenz des Trachealepithels der Maus

Abstract

Der extrazelluläre pH-Wert beeinflusst direkt die reinigende Funktion des Flimmerepithels der unteren Atemwege. Durch die mukoziliäre Clearance wird der Organismus vor pathogenen Keimen und Noxen geschützt. Pathophysiologische Prozesse können zu einem Ungleichgewicht des Säure-Basen-Haushaltes führen, was die Funktion des trachealen Flimmerepithels beeinflusst. Die vorliegende Arbeit untersuchte mit In-Vitro-Mikroskopie, inwiefern saure bzw. basische pH-Werte einen Einfluss auf den ziliären Transport in der Trachea der Maus haben. Die Veränderungen der pH-Werte wurden durch Austausch der jeweiligen Pufferlösungen unter Zuhilfenahme einer Micro-Perfusions-Pumpe erreicht. Durch die Pumpe wurden keine auf die Zilien einwirkenden Scherkräfte entwickelt, die die PTG oder ZSF hätten beeinflussen können. Des Weiteren wurde untersucht, ob die Effekte der pH-Wertänderung reversibel waren. Durch Messung der PTG und der ZSF der Trachea in gepufferten Lösungen konnte gezeigt werden, dass saure pH-Werte im Bereich von 5,0 und 6,0 einen negativen Effekt, im Sinne einer Verlangsamung, auf die PTG und die ZSF hatten. Vergleichend dazu konnte im basischen pH-Bereich bei 8,0 eine Zunahme von PTG und ZSF verzeichnet werden. Sowohl die Effekte im sauren als auch im basischen Bereich waren bei Wiederherstellung des physiologischen pH-Wertes reversibel. Durch Blockade des Natrium-Protonen-Austauschers mit Amilorid oder des Chlorid-Bikarbonat-Austauschers durch DiDs wurde die Regulation des intrazellulären pH-Werts über die veränderte Funktion des Flimmerepithels überprüft. Bei Hemmung des Natrium-Protonen-Austauschers kam es beim Wechsel von pH-Wert 5,0 auf 7,4 zu einer Reduktion der Beschleunigung und einer deutlich langsameren Regeneration der PTG. Ein direkt die PTG reduzierender Effekt durch Amilorid konnte nicht dargestellt werden. Bei der Inhibition des Chlorid-Bikarbonat-Austauschers in Kombination mit NH4Cl in Pufferlösung pH 7,4 konnten keine signifikanten Veränderungen der ZSF registriert werden. Ein Ungleichgewicht im Säure-Basen Haushalt hat sowohl Auswirkungen auf die PTG als auch auf die ZSF. Während ein erhöhter pH-Wert eine Zunahme von PTG und ZSF zur Folge hat, führt ein erniedrigter pH-Wert zu deren Abnahme. The extracellular pH directly affects the cleansing function of the ciliated epithelium of the lower respiratory tract. Against pathogens and toxicants the organism is protected by mucociliary clearance. Pathophysiological processes can lead to an imbalance of acid-base balance, which affects the function of the tracheal epithelium. The present work examined with in vitro microscopy, how acidic or basic pH values have an effect on the ciliary transport in the trachea of the mouse. The changes in the pH values were achieved by exchange of the respective culture media with the aid of a micro perfusion pump. By the pump no shear forces acting on the cilia were developed that could have influenced the particle transport velocity or ciliary beat frequency. Furthermore, it was examined whether the effects of pH change were reversible. By measuring the particle transport velocity and the ciliary beat frequency of the trachea in buffered nutrient solutions, it could be shown that acidic pH values in the range of 5,0 and 6,0 have a negative effect, by showing signs of deceleration on the particle transport speed, as well as on the ciliary beat frequency. For comparison, was recorded in the basic pH range of 8,0, an increase of particle transport rate and ciliary beat frequency. Both effects in the acid, as well as in the basic range were reversible with restoration of the physiological pH. Through blockade of the sodium-proton exchanger with amiloride or the chloride-bicarbonate exchanger by DiDs, the regulation of intracellular pH changes on the function of the ciliated epithelium was reviewed. The inhibition of the sodium-proton exchanger lead to a significantly slower regeneration of the particle transport speed and reduced acceleration during the change from pH 5,0 to 7,4. A direct the PTG reducing effect by amiloride could not be shown. In the inhibition of chloride-bicarbonate exchanger in combination with ammonium chloride in buffered solution with pH 7,4, no significant changes in ciliary beat frequency could be registered. An imbalance in the acid-base balance has an effect on both the particle transport velocity, as well as on the ciliary beat frequency. An increased pH results in an increase of particle transport rate and ciliary beat frequency while a decreased pH is leading to their loss.