Piechatzek, Lena Anna:

Wirkungen subtyp-spezifischer Inhibitoren des Natrium-Protonen-Austauschers auf den Atemrhythmus : Studien an einem In-situ-Modell der Ratte

Duisburg, Essen (2007), 89 Bl.
Dissertation / Fach: Medizin
Medizinische Fakultät » Universitätsklinikum Essen » Institut für Physiologie
Wiemann, Martin (Doktorvater, Betreuerin)
Bajanowski, Th. (GutachterIn)
Dissertation
Abstract:
Eine Hemmung des Natrium-Protonen-Austauschers Subtyp 3 (NHE3) mit den NHE3-Inhibitoren S1611 und S3226 steigerte die Aktionspotential-Frequenz von chemo-sensitiven Neuronen der ventrolateralen Medulla oblongata in vitro. Der NHE3-Inhibitor S8218 erhöhte die Atemfrequenz in Kaninchen und verschob ihre Apnoe-Schwelle hin zu niedrigeren CO2-Werten. In der vDPrliegenden Studie wurde die hirngängige Substanz S11599, ein Enantiomer von S8218, auf die Beeinflussung des Atemrhythmus untersucht. S11599 hemmt den NHE3 bereits mit einem IC50-Wert von 0,52 µM. Andere NHE-Subtypen werden durch diese Substanz erst bei etwa 10mal höherer Konzentration gehemmt. Da Nebeneffekte auf andere NHE-Subtypen nicht ausgeschlossen werden können, wurde die Wirkung von S11599 auf den Atemrhythmus mit der Wirkung des selektiven NHE1-Inhibitor HOE642 verglichen. Die Versuche wurden an dem Modell der „working heart-brainstem preparation“ (WHBP) an jungen Ratten (70 – 90 g) durchgeführt. Bei diesem in situ-Modell wird keine Narkose eingesetzt. Die Einflüsse von Anästhetika auf den Atemrhythmus entfielen somit. Entladungen des Nervus phrenicus wurden mit Saugelektroden aus dem rechten Nervus phrenicus aufgenommen. Die Parameter Frequenz (BPM), Burst-Dauer (BD), Dauer eines Atemzyklus und integrierte Phrenicus-Aktivität (∫PNA) wurden ausgewertet. Die WHBPs wurden mit hyperoxygenierter Lösung perfundiert, der S11599 und/oder HOE642 zugesetzt wurde. Zum Vergleich wurden CO2-Antworten unter Kontrollbedingungen bzw. unter Substanzgabe getestet. Der hyperkapnische Reiz (∆pH: -0,1) steigerte die BPM reversibel um 67 % und verminderte die BD um 23%. Die Applikation von 0,1 µM S11599 steigerte die BPM in 4 von 6 Fällen, hatte aber keine signifikanten Effekte auf ∫PNA. In Gegenwart von 0,3 µM S11599 nahm die BPM in 9 von 10 Versuchen zu. Nach 30 min war BPM um 83 % gestiegen und ∫PNA um 24 %, während sich die Burst-Dauer um 15 % verkürzte. Diese Veränderungen unter 0,3 µM S11599 schienen dem Effekt von Hyperkapnie (12 % CO2) vergleichbar. Weitere Erhöhung der S11599 Konzentration auf 0,9 µM steigerte BPM nur in 3 von 9 Versuchen und zeigte einen weniger stimulierenden Effekt auf den Atemrhythmus als 0,3 µM S11599. Da dieses Ergebnis auf der Akkumulation von S11599 und der dadurch begründeten Inhibition von NHE1 beruhen könnte, wurde HOE642 mit einer Konzentration von 0,9 µM appliziert. HOE642 führte in 6 von 6 Versuchen zur reversiblen Verringerung von BPM. Insgesamt zeigte sich der NHE3-Inhibitor S11599 in engen Grenzen als geeignet, den Atemrhythmus zu steigern. Inhibition of Sodium-Proton-Exchanger Type 3 (NHE3) by NHE3-inhibitors S1611 and S3226 augments actionpotential-frequency of chemosensitive neurons from the medulla oblongata in vitro. NHE3-Inhibitor S8218 augments breathing frequency in rabbits and lowers the apneic threshold. In this study the effect of brainpermanent NHE3-Inhibitor S11599, a S8218 enantiomer, upon breathing rhythm was investigated. S11599 inhibitis NHE3 with IC50 of 0,52 µM. Other NHE-subtypes need approximately 10-fold higher concentrations of S11599 to be inhibited. As side-effects of S11599 on other NHE-subtypes cannot be excluded, the effects of S11599 on breathing rhythm is compared to the effects of NHE1-selective inhibitor HOE642. Experiments were carried out using the working-heart-brainstem-preparation (WHBP) on young rats (70-90 g). In this in situ model there is no need of anesthesia. Influence of anesthesics on breathing rhythm can be avoided. Activity of phrenic nerve was recorded via an aCSF filled suction electrode. PN frequency (BPM), burst duration (BD), duration of breathing cycles and integrated PN activity (∫PNA) were analyzed. WHBP was perfused with an oxygenated ringer solution, S11599 and/or HOE642 were added. Effects of hypercapnia were tested under control conditions and under application of testing substances. Hypercapnia (∆pH: -0,1) reversibly increased BPM by 67 % and decreased BD by 23 %. Application of 0,1 µM S11599 increased BPM in 4 out of 6 cases, but had no significant effects on ∫PNA. 0,3µM S11599 increased BPM in 9 of 10 cases. After 30 min BPM increased by 83 % and ∫PNA by 24 %, while BD was reduced by 15 %. These changes upon 0,3 µM S11599 were similar to the upon mentioned effect of hypercapnia (12 % CO2). Higher concentrations of 0,9 µM S11599 increased BPM only in 3 of 9 experiments and had a less stimulating effect on the breathing rhythm than 0,3 µM S11599. This effect might be due to the accumulation of S11599 in brain tissue and inhibition of less affine NHE1. For comparision HOE642 (0,9 µM) was applied. HOE642 decreased BPM in 6 out of 6 experiments reversibly. As a whole, we conclude that an inhibition of sodium-proton-exchange by brain permanent drugs as a strategy to increase central respiratory drive demands careful dosing of S11599 to achieve selective inhibition of NHE3.