Wirkung von Kalium in Anwesenheit von Insulin

Weder bei der Ziege noch beim Rind konnten signifikante Unterschiede zwischen einer Kalium-Dosiswirkungskurve in An- oder Abwesenheit von Insulin an der circulären Corpusmuskulatur festgestellt werden. Gleichzeitig reagierten alle Präparate nur schwach auf die steigende extrazelluläre Kaliumkonzentration.

Letzteres ist auf die Konzeption des Versuchsprotokolls zurückzuführen (Anhang 10.1.1), da die Aktivität und Ansprechbarkeit der Präparate auf äußere Reize über die Zeit abnahm (Ergebnisse 4.1.2.2). Die Gründe für das Fehlen von Unterschieden zwischen den Kurven könnten auf einem Zusammenspiel von Na⁺/K⁺-ATPase und Kaliumleitfähigkeit beruhen.

Wie oben beschrieben ist Insulin in der Lage, Muskelzellen durch Stimulierung von Na⁺/K⁺-ATPasen zu hyperpolarisieren. Sowohl die durch Insulin stimulierte Aktivität (MARUNAKA u. KITASATO 1985; MARUNAKA et al. 1986 b) als auch die basale Aktivität der Na⁺/K⁺-Pumpe (MARUNAKA u. KITASATO 1985; MARUNAKA et al.

1986 a; MARUNAKA 1988) erhöht sich mit steigenden extrazellulären Kaliumkonzentrationen. Dies würde für sich betrachtet bedeuten, dass Kaliumgaben die Hyperpolarisation der Zellmembran in Anwesenheit von Insulin nicht verändern oder verstärken. Allerdings ist das Ausmaß dieser Insulin-bedingten Hyperpolarisation bei hohen Kaliumspiegeln vermindert (MARUNAKA 1987). Dies ist

in erster Linie darauf zurückzuführen, dass Kalium über eine Vielzahl von Kanälen in Abhängigkeit des elektro-chemischen Gradienten über die Zellmembran diffundieren kann. Der Beitrag der Kaliumleitfähigkeit zur Aktivität der Muskulatur überdeckt also den hemmenden Einfluss der möglicherweise vorhandenen Insulin-bedingten Stimulierung der Na⁺/K⁺-ATPase.

Eine durch Insulin hervorgerufene erhöhte Aktivität oder Offenwahrscheinlichkeit von Kaliumkanälen müsste die Muskelzelle sensitiver werden lassen, insbesondere gegenüber niedrigen extrazellulären Kaliumkonzentrationen. Bei einer Vielzahl von geöffneten Kanälen ist die Wahrscheinlichkeit größer, dass lokale Diffusionsgradienten für Kalium entstehen, es so vermehrt aus der Zelle austreten kann und das Membranpotential (noch) negativer wird.

Dies spiegelt sich in den vorliegenden Ergebnissen nicht wider. Verschiedene Gründe kommen dafür in Betracht. Zum Einen besteht die Möglichkeit, dass Insulin weder die Na⁺/K⁺-ATPase noch die Kaliumkanäle beeinflusst, so dass keine Unterschiede zwischen den Kurven festzustellen sind. Zum Anderen könnte es sein, dass Insulin auf beide Komponenten einwirkt: Die Na⁺/K⁺-Pumpe erhöht und die Aktivierung der Kanäle erniedrigt die intrazelluläre Kaliumkonzentration. Möglich ist ferner, dass die Auswirkungen des Insulins auf die Muskulatur überlagert werden, da auch die nervale Komponente und die ICC durch Kalium beeinflusst werden (s. 5.1).

5.1.2.4.2 Wirkung von Insulin in Anwesenheit von Barium

Durch die Gabe von Barium können die meisten Kaliumkanäle nicht-selektiv geblockt werden (BERWECK et al. 1993). Im Zuge dessen kam es an der glatten Muskulatur des Labmagens zu einer signifikanten Steigerung von Amplitude und Kontraktionsaktivität, die nach ca. 30 Minuten ein neues Plateau erreichte. Diese Aktivitätszunahme beruht auf einem Anstieg des Membranpotentials, das auf den unterbundenen Kaliumausstrom zurückzuführen ist. Der Effekt auf die Muskulatur war allerdings unterschiedlich stark ausgeprägt. Die Höhe des Plateaus der einzelnen Präparate variierte dabei in etwa zwischen 2 und 1000 mN/min. Worauf diese enormen Unterschiede in der Reaktionsstärke beruhen ist unklar. Denkbar

wären Unterschiede in der Ansprechbarkeit der Gewebe (s. 5.1) oder in der Anzahl an Kaliumkanälen.

Nach Vorinkubation mit 80 mU Insulin/l, wodurch sich Amplitude und Kontraktionsaktivität verringerten, kam es zu einer nominellen Verstärkung des Bariumeffektes. Im Gegenzug hatte Insulin in Anwesenheit von Barium keinen Einfluss mehr auf die Muskulatur. Diese Ergebnisse deuten auf eine Insulinwirkung an den Kaliumkanälen hin. Auch BERWECK et al. (1993) konnten in ihrer Arbeit zeigen, dass die durch Insulin induzierte Hyperpolarisation der Zellmembran boviner retinaler Pericyten durch Bariumzugaben verhindert werden konnte und dass umgekehrt Insulin in Anwesenheit des Kaliumkanalblockers keine Wirkung mehr zeigte.

5.1.2.4.3 Wirkung von Insulin in Anwesenheit von Glybenclamid

Um die wahrscheinlich vorhandene Insulinwirkung auf die Kaliumkanäle zu spezifizieren, wurden mittels 0,05 mmol Glybenclamid/l ATP-sensitive Kanäle geblockt (BERWECK et al. 1993; TRICARICO et al. 1998; YASUI et al. 2007). Der die myogene Kontraktion stimulierende Effekt war deutlich geringer ausgeprägt als bei Barium, was auf die unvollständige Blockade der Kaliumkanalpopulation zurückzuführen ist. Auch die Höhe der Plateaus variierte, vermutlich aufgrund dessen, nicht so stark. Wie auch schon in Kombination mit Barium gezeigt, konnte die Insulin-bedingte Hemmung von Amplitude und Kontraktionsaktivität durch Glybenclamid aufgehoben werden. Insulin hatte zusätzlich in Anwesenheit von Glybenclamid keinen Einfluss mehr auf die Muskulatur, was wiederum auf eine mögliche Insulinwirkung an Glybenclamid-sensitiven Kaliumkanälen spricht.

Während BERWECK et al. (1993) die Insulin-induzierte Hyperpolarisation der Zellen nicht durch Glybenclamid aufheben konnten, gelang dieses YASUI et al. (2007) hingegen an Gefäßmuskelzellen von Rattenembryonen. Sie wiesen so erstmalig eine Insulin-bedingte erhöhte Offenwahrscheinlichkeit ATP-abhängiger Kaliumkanäle nach.

5.1.2.4.4 Wirkung von Insulin in Anwesenheit von Ouabain

In einem weiteren Ansatz wurde die Na⁺/K⁺-ATPase mittels 0,001 mmol Ouabain/l gehemmt. Dabei kam es zunächst zu einem nominellen Anstieg, im weiteren Verlauf jedoch zu einer Abnahme von Amplitude und Kontraktionsaktivität. VANHEEL und BREYNE (2004) konnten am Endothel kleiner Magenarterien zeigen, dass es unter Einwirkung von Ouabain initial durch Hemmung des Pumpenstroms zu einer Depolarisation kam. Im Folgenden konnte jedoch eine Hyperpolarisation der Muskelzellmembranen beobachtet werden. Diese könnte darauf zurückzuführen sein, dass die bei der Blockade der Na⁺/K⁺-ATPase ansteigende intrazelluläre Natriumkonzentration die Aktivität des Na⁺/Ca²⁺-Austauschers beeinflusst, so dass sich Kalzium in der Zelle anreichert. Die Konsequenz daraus ist zum einen die Kontraktion der Muskelzelle und zum anderen könnte es sein, dass Kalzium-abhängige Kaliumkanäle öffnen (LEBRUN et al. 1993). Eine daraus entstehende erhöhte Kaliumleitfähigkeit könnte die in der Arbeit von VANHEEL und BREYNE (2004) gemessene Hyperpolarisation und die in der vorliegenden Arbeit gezeigte sekundäre Abnahme der Motilitätsparameter erklären.

Durch die Gabe von 80 mU Insulin/l konnte in diesem Versuchsansatz keine signifikante Abnahme von Amplitude und Kontraktionsaktivität festgestellt werden.

Die Gründe hierfür sind unklar, da die Insulinlösung aus derselben Charge stammte, die auch in den vorherigen Versuchen eingesetzt wurde. Nach Vorinkubation mit Insulin konnte zwar eine weniger ausgeprägte Ouabain-bedingte Stimulation der Muskulatur nachgewiesen werden, die Unterschiede zu der Ouabainkontrolle waren jedoch nicht signifikant. Nach Blockade der Na⁺/K⁺-ATPase hatte Insulin keine Wirkung mehr auf die Labmagenpräparate. Die Insulinwirkung auf die circuläre Corpusmuskulatur konnte somit durch Ouabain aufgehoben werden.