4. Diskussion
4.6 Wachstumshemmung oder vorzeitige Alterung
gemessen werden, Aoshiba beschreibt aber auch, dass diese Vergrößerung nach einigen Wochen reversibel war. Dennoch wurde hier von einem Emphysem gesprochen.
So kann auch spekuliert werden, dass bei Stavert, der Ratten über 25 Tage mit 35 ppm NO2
exponiert hatten und keine emphysemtypischen Veränderungen beobachten konnte (Stavert DM et al 1986), der späte Zeitpunkt der Untersuchung, zehn Wochen nach Beendigung der Exposition, für die beobachteten geringen Unterschiede zwischen Versuchstieren und Kontrolltieren in seinen Versuchen verantwortlich ist.
Aus der Beobachtung, dass es nach Erholung zu einer Angleichung des Volumen-gewichteten Alveolarvolumens gekommen ist, können wir schließen, dass der Untersuchungszeitpunkt bei der Feststellung eines Emphysem im Tiermodell maßgeblichen Einfluß hat. Dieses ist bisher aber nur in wenigen Untersuchungen berücksichtigt worden.
Die Untersuchungen wurden meist unmittelbar nach der Schädigung durchgeführt und eine eventuelle Reversibilität nicht berücksichtigt.
Lungen der Versuchstiere, eine Proliferations-Apoptose-Imbalance dennoch für die Vergrößerung verantwortlich sein, da bei geringer Ausprägung eine längere Einflusszeit besteht.
-Wachstumshemmung oder vorzeitige Alterung: Das Volumen-gewichtete Alveolarvolumen vergrößerte sich bei den Versuchstieren gegenüber den Kontrolltieren über die Dauer der Exposition. Da sich beim Volumen-gewichtete Alveolarvolumen zwischen der Versuchsgruppe, die nach 21 Tagen Exposition und nachfolgend 28 Tagen Erholung untersucht wurde und deren altersgleichen Kontrollgruppe nahezu gleiche Werte (21d NO2 ++ 7,15 x 106 ± 0,73 x 106 µm3 vs. 49d Co 6,36 x 106 ± 1,93 x 106 µm3) fanden, kann auch ein beschleunigtes Wachstum bzw. vorzeitige Alterung für diese Vergrößerung verantwortlich gemacht werden, welches sich in der Phase unter Raumluft wieder verlangsamt. Wir gehen hier von einer Annäherung der Werte des Volumen-gewichteten Alveolarvolumens aus. Da zur Charakterisierung etwaiger Wachstumsprozesse auch die Messung der Gesamtalveolaroberfläche und des Septumvolumens nötig ist, um Vergleiche zwischen den einzelnen Gruppen ziehen zu können, kann über eine Beeinflussung eines Wachstumsvorganges durch die Exposition keine genaue Aussage getroffen werden. Da aber eine Erweiterung der gesamten Gasräume ein charakteristisches Merkmal beim Altern der Ratte (Burri PH 1997), aber auch beim Menschen (Pinkerton KE et Green FHY 2004) ist und diese Erweiterung mit Zerstörung oder gar teilweise Verlust der Alveolarwandstruktur einhergeht, wäre die in unseren Versuchen gemessene Vergrößerung am ehesten einer Adaptation oder einer vorzeitige Alterung entsprechend.
So kann man festhalten, dass die Exposition mit NO2 zwar zum Verlust an Gasaustauschfläche führt, dieses aber auch in der Kontrollgruppe auftritt.
Die Gründe dieser strukturellen Veränderungen sind nicht geklärt. So kann die Proliferations-Apoptose-Imbalance nicht nur eine Rolle bei der Emphysemgenese einnehmen, sondern auch bei Adaptations- oder Alterungsvorgängen. So kann vermutet werden, dass Stickstoffdioxid durch Induktion der Apoptose oder auch direkt, durch seine oxidativen Effekte, die vorzeitige Alterung einleitet. Zudem muss berücksichtig werden, dass die Tiere in den Versuchsgruppe, deutlich wenige Gewichtszunahme als die Kontrolltiere hatten und hierdurch Reparaturvorgänge verlangsamt ablaufen können und es dadurch zu Vergrößerungen des Gasraumvolumens kommen kann.
Auch muss berücksichtigt werden, dass es Hinweise gibt, dass es im Rahmen des Alterns der Ratte auch noch fokal zur Neubildung von Alveolen bei ausgewachsenen Tieren kommen kann. Die Bedeutung dieser Neubildung von Alveolen scheint aber gering zu sein (Burri PH 2006).
Unter der Berücksichtung der erhobenen Befunde muss in unserer Untersuchungen
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ausgegangen werden, dass die Exposition mit Stickstoffdioxid nicht zu einen Emphysem geführt hatte, sondern am ehesten zu einer vorzeitigen Alterung geführt hatte.
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Zusammenfassung
Die chronisch obstruktive Lungenerkrankung und das Lungenemphysem werden weltweit mit steigender Tendenz diagnostiziert. Als Hauptursache für die Entwicklung eines Emphysems wird das Zigarettenrauchen verantwortlich gemacht. Doch bisher ist nicht klar, wie der Zigarettenrauch die Lunge schädigt und letztendlich bei nur 15 % der Rauchern zum Emphysem führt. Eine Theorie der Emphysemgenese besagt, dass das gehäufte Vorkommen von Apoptose für den progredienten Verlust an Alveolen mitverantwortlich ist.
Da NO2 als einer der Inhaltstoffe des Zigarettenrauchs in vitro bei Lungenepithelzellen zur Apoptose führt, galt es zu untersuchen, ob sich dies so auch in vivo darstellt. Zusätzlich galt es zu klären, ob neben dem gehäuften Vorkommen von Apoptose auch Proliferation vermehrt auftritt und ob infolge der Exposition ein Emphysem beobachtet werden kann.
Hierzu hatten wir 8-12 Wochen alte männliche Fischer 344 Ratten über 3, 7 und 21 Tage mit 10 ppm NO2 exponiert. Zusätzlich wurde eine Gruppe über 21 Tage exponiert und für 4 Wochen unter Raumluft gehalten. Es wurden jeweils altersgleiche Kontrollgruppen unter Raumluft geführt. Die Lungen wurden standardisiert über die Trachea fixiert und nach immun- bzw. enzymhistochemischer Markierung auf Proliferation (Ki67) bzw. Apoptose (TUNEL) an Paraffinschnitten quantitativ untersucht. Zur Klärung der Frage, welche Zellen der Alveolarwand apoptotisch werden, wurden apoptotische Zellen mittels Doppelmarkierung auf Alveolarepithelzellmarker und Endothelzellmarker untersucht. Die strukturellen Veränderungen des Lungenparenchyms wurden mithilfe des volume-weighted mean volume (volumen-gewichtetes mittleres Alveolarvolumen) an Methacrylat-Schnitten quantifiziert.
Durch die Exposition konnte eine gesteigerte Proliferation und Apoptose in den Versuchgruppen beobachtet werden. Dieser Anteil proliferierender bzw. apoptotischer Zellen reduzierte sich im Verlauf der Expositionsdauer. Mithilfe der Doppelmarkierung konnte gezeigt werden, dass es sich bei den apoptotischen Zellen um Alveolarepithelzellen Typ II handelt.
Das Volumen-gewichtete Alveolarvolumen der exponierten Tiere stieg mit der Dauer der Exposition und ging nach Beendigung der Exposition und Erholung unter Raumluft sogar geringfügig zurück. In den Lungen der Kontrolltieren zeigte sich altersabhängig ebenfalls eine Vergrößerung des Volumen-gewichteten Alveolarvolumens, jedoch erst mit Verspätung gegenüber den Tieren der Versuchsgruppe. Es zeigt sich hierbei kein gehäuftes Vorkommen von Apoptose und Proliferation.
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Durch unsere Versuche konnten wir zwar nachweisen, dass die Exposition mit 10 ppm NO2
zur gehäuften Apoptose von Alveolarepithelzellen führt, jedoch nicht zum Lungenemphysem.
Zudem konnten wir zeigen, dass die strukturellen Veränderungen der Lungenarchitektur auch von der Kontrollgruppe erreicht wurden. So kann nicht ausgeschlossen werden, dass die unter Exposition mit 10 ppm NO2 beobachteten Veränderungen zu einem beschleunigten Wachstums im Sinne einer Adaptation oder sogar zu einem vorzeitigen Alterungsprozess der Lunge geführt haben.
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