Hypoxie-bedingte Hemmung der alveolären Flüssigkeitsresorption im Modell der isolierten, ventilierten und perfundierten Kaninchenlunge

Abstract

Eine intakte alveolar-epitheliale Barriere ist für eine ungestörte Gasaustauschfunktion der Lunge von maßgeblicher Bedeutung. Beeinträchtigungen sowohl der passiven wie auch aktiven Barrierefunktion können hier zu einem folgenschweren Organversagen führen. Der Einfluss alveolärer Hypoxie auf aktive Resorptionsmechanismen des alveolären Epithels wurde bisher unzureichend unter physiologischen Bedingungen untersucht.Im vorliegenden ex-vivo Modell der isolierten, perfundierten und ventilierten Kaninchenlunge wurde der Einfluss von Hypoxie und/oder alveolärer Flüssigkeitsbeladung auf die Funktion des alveolären Epithels untersucht. Der das Epithel auskleidende Flüssigkeitsfilm (epithelial lining fluid (ELF)) wird über aktiven und passiven transmembranösen Flüssigkeitstransport(alveolar fluid clearence (AFC)) reguliert. In dem hier verwendeten Modell konnten wir zeigen, dass der alveoläre Natriumtransport die treibende Kraft des AFC darstellt. Der aktive, durch apikale Amilorid-sensitive Natriumkänale (ENaC) und basolateral lokalisierte Na,KATPase von alveolär nach interstitiell/intravasal gerichtete Natriumgradient führt zu einemkonsekutiven Nachströmen von Wasser entlang des Ionengradienten. Die Deposition eines Flüssigkeitsbolus von 2,5 ml per Aerosolierung (engl. excess fluid load) führte im verwendeten Modell zu keiner relevanten Funktionsbeeinträchtigung des isolierten Organs. Es zeigte sich überraschenderweise sogar eine Stimulation des aktiven Natrium- und somit auch Flüssigkeitstransportes, im Sinne einer gesteigerten Ödemresorption. Demgegenüber führte eine alveoläre Hypoxie (zwei Stunden Ventilation mit 3,0 % Sauerstoff) zu einem signifikanten Abfall des AFC und konsekutiver Ödembildung. Ursache hierfür war eine um ca. 60 % reduzierte aktive Natriumresorption mit entsprechender Senkung des Flüssigkeitstransportes. Wir konnten somit erstmals in einem intakten isoliertenLungenmodell (unter Beibehaltung der Ventilation) zeigen, dass alveoläre Hypoxie, nicht jedoch eine iatrogene Flüssigkeitsbeladung des Alveolarraumes zu einer Störung der Ödemresorption der Lunge führt. Diese Beobachtung hat Implikationen für das Verständnis von Krankheitsbildern wie dem akuten Lungenversagen, dem Höhenlungenödem und dem Beinahe-Ertrinken.

Alveolar-capillary barrier function is essential to maintain alveolar fluid balance and adequate gas exchange in the lung. Malfunction of either passive and/or active barrier could resolve in a detrimental organ failure So far the influence of alveolar hypoxia on active barrier function and its underlying machinery has been only inadequately described in a physiological environment.Using the ex-vivo model of the isolated, perfused and ventilated rabbit lung, this experimental study evaluated the influence of hypoxia and/or excess fluid load on alveolar epithelium. The epithelial lining fluid (ELF) is balanced via active and passive transmembrane alveolar fluid clearance (AFC). In the present study using the isolated, perfused and ventilated rabbit lung alveolar sodium transport (AST) was evidenced to be the driving force of the AFC. Sodium isactively pumped out of the alveolar epithelial cells into the interstitium by Na,K-ATPase, located on the basolateral membrane of the epithelium, which in turn drives the sodium uptake by amiloride-sensitive sodium channels (ENaCs), located on the apical membrane of the epithelium. This generates an osmotic gradient that drives water out of the alveolar space.The deposition of 2,5 ml excess fluid load resulted in no relevant barrier dysfunction in our isolated organ model. Surprisingly, we found the active sodium- and therefore fluid transport stimulated, ascribed by enhanced edema resorption. In contrast, alveolar hypoxia (2 hours of ventilation with 3,0 % Oxygen) led to a significant decrease of AFC and consecutive alveolaredema formation. Etiologic was the reduction of active AST by about 60 %, correspondingly resulting in a decreased AFC.Taken together, the deleterious effect of alveolar hypoxia, but not experimental alveolar deposition of excess fluid load, on the edema clearence in the distal lung was proofed for the first time in an intact isolated lung model under perpetuated ventilation. Our results establish ramifications for the disease pattern of acute lung injury (ALI), adult respiratory distresssyndrome (ARDS), high altitude pulmonary edema (HAPE) and near-drowning syndrome.