Transportwege und Regulation des gastrointestinalen Kaliumtransports bei Wiederkäuern
INAUGURAL – DISSERTATION zur Erlangung des Grades einer Doktorin
der Veterinärmedizin - Doctor medicinae veterinariae -
(Dr. med. vet.)
vorgelegt von Nina Katrin Kronshage
Bielefeld
Hannover 2017
1. Gutachter: PD Dr. S. Leonhard-Marek
2. Gutachter: Jun. Prof. Dr. Christian Visscher
Tag der mündlichen Prüfung: 08.05.2017
Diese Arbeit wurde mit finanzieller Hilfe der Deutschen Forschungsgemeinschaft (LE 824/4 und /5) durchgeführt.
Potassium transport across gastrointestinal epithelia of ruminants XIth international symposium on ruminant physiology
3. – 9.September 2009, Clermont-Ferrand, Frankreich Congress Proceedings, S. 248
KRONSHAGE, N. & S. LEONHARD-MAREK (2010)
Pathways and regulation of gastrointestinal potassium transport in ruminants 64. Tagung der Gesellschaft für Ernährungsphysiologie
9. – 11. März, Göttingen
Proc. Soc. Nutr. Physiol. (2010) 19, S. 145
KRONSHAGE, N. & S. LEONHARD-MAREK (2010)
Bestimmung der Kaliumabsorption über Epithelien des Verdauungstraktes von Wiederkäuern
19. Symposium der Fachgruppe Physiologie und Biochemie der Deutschen Veterinärmedizinischen Gesellschaft
14. – 16. Februar 2010, Hannover Congress Proceedings, S. 81
2.1 Der Magendarmtrakt der Wiederkäuer ... 3
2.1.1 Vormagen ... 3
2.1.2 Labmagen ... 3
2.1.3 Darm ... 3
2.2 Labmagenverlagerung ... 4
2.2.1 Ätiologie und Pathogenese ... 4
2.3 Kalium ... 5
2.3.1 Kaliumhaushalt ... 5
2.4 Mögliche Einflussfaktoren auf die Kaliumresorption ... 11
2.4.1 Hypokaliämie ... 11
2.4.2 Stress ... 12
2.5 Hypothese ... 13
3 Material und Methoden ... 15
3.1 Versuchstiere ... 15
3.2 Probenentnahme ... 15
3.3 Elektrophysiologische Untersuchungen ... 15
3.4 Messung der Kaliumresorption ... 16
3.5 Versuchsschemata ... 17
3.5.1 Effekt der mukosalen Kaliumkonzentration auf den transepithelialen Strom ... 17
3.5.2 Effekt von Natrium auf den Kaliumstrom ... 17
3.5.3 Kaliumresorption ... 18
3.5.4 Vergleich von Kalium- und Rubidiumströmen ... 18
3.5.5 Kaliumtransportwege ... 18
3.5.6 Effekt der serosalen Kaliumkonzentration auf den transepithelialen Strom ... 18
3.5.7 Effekt von Stress auf den Kaliumstrom ... 18
3.6 Pufferlösungen ... 20
4.1 Abstract ... 26
4.2 Introduction ... 26
4.3 Methods ... 27
4.3.1 Tissues ... 27
4.3.2 Incubations and electrical measurements ... 27
4.3.3 Measurement of K absorption ... 28
4.3.4 Experimental set-up ... 28
4.3.5 Solutions ... 30
4.3.6 Chemicals ... 30
4.3.7 Statistics ... 30
4.4 Results ... 30
4.4.1 Electrogenic transport ... 30
4.4.2 K versus Rb currents ... 31
4.4.3 K absorption ... 31
4.4.4 Pathways of K transport ... 32
4.5 Discussion ... 33
4.5.1 Effect of Na on the K induced current ... 33
4.5.2 Measurement of K absorption with Rb ... 33
4.5.3 Measurement of K absorption with atomic absorption spectroscopy .... 34
4.5.4 K transport across the rumen ... 34
4.5.5 K transport across abomasum ... 36
4.5.6 K transport across jejunum ... 37
4.5.7 K transport across colon ... 38
4.6 Authors contribution ... 40
4.7 Competing interests ... 40
4.8 Acknowledgements ... 40
4.9 References ... 40
4.10 Figures ... 47
5.3 Methods ... 60
5.3.1 Tissues ... 60
5.3.2 Incubations and electrical measurements ... 60
5.3.3 Experimental set-up ... 61
5.3.4 Solutions ... 62
5.3.5 Chemicals ... 62
5.3.6 Statistics ... 62
5.4 Results ... 63
5.4.1 Effect of the serosal K concentration on the transepithelial current ... 63
5.4.2 Effect of forskolin on the K current ... 63
5.4.3 Effect of Ca2+ and Mg2+ on the K current and the forskolin effect ... 63
5.4.4 Effect of forskolin in the absence or presence of verapamil ... 63
5.4.5 Effect of adrenaline and isoproterenole on the K current ... 63
5.5 Discussion ... 64
5.5.1 Effect of serosal K concentration on transepithelial current ... 64
5.5.2 Effect of stress on the K+ current ... 64
5.6 Conclusion ... 66
5.7 References ... 67
5.8 Figures ... 71
6 Zusammenfassende Diskussion ... 77
6.1 Kaliumresorption... 77
6.1.1 Kaliumtransport am Pansenepithel ... 77
6.1.2 Kaliumtransport am Labmagenepithel ... 79
6.1.3 Kaliumtransport am Epithel des Jejunums ... 80
6.1.4 Kaliumtransport am Epithel des Colons ... 81
6.2 Einfluss einer Hypokaliämie und Stress auf die Kaliumaufnahme ... 81
6.2.1 Effekt der serosalen Kaliumkonzentration auf den Kaliumstrom ... 81
6.2.2 Effekt von Stress auf den Kaliumstrom ... 82
10 Danksagung... 104
[K]0 Kaliumkonzentration vor Inkubation
[K]30 Kaliumkonzentration nach 30-minütiger Inkubation
42K Kalium 42
86Rb Rubidium 86
µA Mikroampère
µeq Mikroequivalent
μg Mikrogramm
μl Mikroliter μmol Mikromol
A Expositionsfläche des Epithels in cm2 AAS Atomabsorptionsspektroskopie
Ag Silber
AgCl Silberchlorid
ATP Adenosin 5'-Triphosphat BaCl2 Bariumchlorid
Ca2+ Kalzium
CaCl2 Kalziumchlorid
cAMP Zyklisches Adenosinmonophosphat cm Zentimeter
cm2 Quadratzentimeter CO2 Kohlenstoffdioxid
d Tag
dest. Destilliert
DMSO Dimethylsulfoxid Fig. Abbildung
g Gramm
Gt Gewebeleitfähigkeit
HCO3-
Bikarbonat H2O Wasser HPO42-
Hydrogenphosphat H2PO4-
Dihydrogenphosphat H2SO4 Schwefelsäure
IBMX Isobutyl-Methyl-Xanthin Isc Kurzschlusstrom
K Kalium
K+ Kalium
KCl Kaliumchlorid KHCO3 Kaliumbikarbonat
kg Kilogramm
l Liter
Mg2+ Magnesium
MgCl2 Magnesiumchlorid min Minute
ml Milliliter mmol Millimol mosmol Milliosmol
n Anzahl der Epithelien N Anzahl der Versuchstiere
Na Natrium
Na+ Natrium
NaCl Natriumchlorid NaHCO3 Natriumbikarbonat
NaH2PO4 Natriumdihydrogenphosphat NMDG N-Methyl-D-Glucamin
Rb Rubidium
Rb+ Rubidium
SEM Standardfehler des Mittelwerts t Zeit in Stunden
TAP Triaminopyrimidin
V Kammervolumen in ml
Vt Transepitheliale Potentialdifferenz
1 Einleitung
Kalium wird mit der Nahrung aufgenommen und hauptsächlich über die Niere ausgeschieden. Es spielt eine wichtige Rolle für die Erregbarkeit von Muskeln und Nerven. Lang andauernde niedrige Kaliumwerte im Blut führen zu Appetitlosigkeit und Gewichtsverlust (DEVLIN et al. 1969), während stark verminderte Kaliumspiegel Lähmungserscheinungen der Gliedmaßenmuskulatur sowie Herzrhythmusstörungen bis hin zum Herzstillstand verursachen (SPERELAKIS et al. 1970; STÖBER 2002).
Eine Reduktion der extrazellulären Kalium-Konzentration senkt zudem die Kontraktilität der Labmagenmuskulatur (TÜRCK u. LEONHARD-MAREK 2010). Die Plasma-Kalium-Konzentration kann durch eine verminderte Futteraufnahme abnehmen (CLABOUGH u. SWANSON 1989), Hormone wie Adrenalin oder Insulin können Kalium von extra- nach intrazellulär verschieben (CLAUSEN u. FLATMAN 1987; HARROP u. BENEDICT 1924) und hohe Aldosteron-Konzentrationen können die renale Exkretion steigern (PEEK et al. 2000).
Zwar gilt der Dünndarm als hauptsächlicher Resorptionsort für Kalium (KUBEL 1982;
PFEFFER et al. 1970; WYLIE et al. 1985), trotzdem konnten in vivo Untersuchungen zeigen, dass bei hohen luminalen Kaliumkonzentrationen auch Vormagen und Magen Kalium resorbieren können (GREENE et al. 1983 b; KHORASANI et al. 1997;
WYLIE et al. 1985). Gras – und daraus resultierend auch Heu – von landwirtschaftlich intensiv genutzten Flächen enthält hohe Kalium-Konzentrationen.
Infolgedessen liegt die Kalium-Aufnahme bei Milchkühen dann mehrfach über dem Bedarf.
Trotz hoher Kaliumgehalte im Futter kann bei vielen an Labmagenverlagerung erkrankten Tieren eine Hypokaliämie beobachtet werden (SAHINDURAN U. KORAY ALBAY 2006; ZADNIK 2003; ZADNIK u. MESARIK 1999). Die Labmagenverlagerung ist eine weit verbreitete Erkrankung hochleistender Milchkühe in der Frühlaktation, die erhebliche wirtschaftliche Schäden verursacht (GEISHAUSER et al. 2000). Die Pathogenese ist bisher nur unzureichend geklärt. Faktoren wie Genetik, Alter, Haltung, Fütterung und Reproduktionsphase scheinen eine Rolle zu spielen (DIRKSEN 2002 a, b). Einige Wissenschaftler gehen davon aus, dass die Hypokaliämie eine Folge der Labmagenverlagerung und einer damit einhergehenden verminderten Kaliumresorption im Darm ist (FUBINI et al. 1991; WARD et al. 1994).
Eine verminderte Kaliumaufnahme im Darm infolge einer Labmagenverlagerung sollte eigentlich durch die präintestinale Kaliumresorption ausgeglichen werden können. Es ist jedoch denkbar, dass peripartaler Stress oder ein Absinken des Serumkaliumspiegels die präintestinale Kaliumabsorption hemmt. Dieses würde zu einer verminderten Kontraktilität der Labmagenmuskulatur führen und eine Labmagenverlagerung begünstigen. Die Regulationsmechanismen der Kaliumaufnahme im Darm sind jedoch weitgehend unbekannt.
RABINOWITZ (1988) postulierte einen Kaliumsensor im Magendarmtrakt zur Regulation der renalen Exkretion. Ein analoger Mechanismus könnte die
gastrointestinale Kaliumresorption regulieren. Niedrige serosale Kaliumkonzentrationen sollten dann eine erhöhte Kaliumresorption bewirken. Die Kaliumleitfähigkeit kann prinzipiell durch niedrige Kaliumkonzentrationen beeinflusst werden. Niedrige extrazelluläre Kaliumkonzentrationen bewirken eine Hyperpolarisation der Zellmembran. Dadurch können sich spannungsabhängige Ionenkanäle öffnen, so zum Beispiel der HCN-Protonen-Kanal im Herzen, der eine Kaliumpräferenz hat (BIEL et al. 2009). Spannungsabhängige Kaliumkanäle kommen vor allem in Nerven und Muskelzellen vor, wurden aber auch schon im Magendarmtrakt beschrieben (GRUNNET et al. 2003; KOTERA et al. 1991).
Peripartaler Stress als weiterer möglicher Verursacher einer verminderten Kaliumresorption erhöht die Ausschüttung von Adrenalin und zyklischem Adenosinmonophosphat (cAMP). cAMP ist ein second messenger diverser epithelialer Transportprozesse (LEVITAN 1985). Auch für Adrenalin kann cAMP als second messenger fungieren (RECHKEMMER et al. 1996) (SMITH et al. 1991).
cAMP-abhängige Kaliumkanäle wurden im Magen, Duodenum und Colon beschrieben (BLEICH et al. 1996; HEITZMANN u. WARTH 2008; LOO u. KAUNITZ 1989; METZGER u. LINDNER 1981; DIENER et al. 1996). Bei Schafen führt eine cAMP-Erhöhung zu einer Veränderung des Kurzschlussstroms (LEONHARD- MAREK et al. 2005; WOLFFRAM et al. 1989), inwieweit hierbei Kaliumkanäle involviert sind, ist unklar. Adrenalin kann zum einen Kalium von extra- nach intrazellulär verschieben, zum anderen hat es einen direkten Effekt auf den Kaliumtransport im Gastrointestinaltrakt. Im Colon beeinflusst Adrenalin den Kaliumtransport, wobei bei Ratten und Kaninchen eine verstärkte Kaliumsekretion beobachtet wurde (HÖRGER et al. 1998; SMITH u. MC CABE 1986), bei Meerschweinchen hingegen eine Kaliumaufnahme (DEL CASTILLO et al. 1999).
Pansen und Colon gelten als funktionell vergleichbar (KHORASANI et al. 1997).
Adrenalin hemmt die Pansenmotilität (HEITZMANN u. WARTH 2008). Außerdem beeinflusst es die ruminale Absorption (ASCHENBACH et al. 2002), wobei der Effekt auf Kalium bisher nicht untersucht wurde.
Da unser Wissen über die Mechanismen gastrointestinaler Kaliumresorption bei Wiederkäuern sehr begrenzt ist, sollten diese in der vorliegenden Arbeit näher untersucht werden. Zudem sollte ein potentieller Effekt der serosalen Kaliumkonzentration und von Stress auf den elektrogenen Kaliumtransport untersucht werden.
2 Literaturübersicht
2.1 Der Magendarmtrakt der Wiederkäuer 2.1.1 Vormagen
Der Vormagen nimmt den gesamten linken Bauchraum vom Zwerchfell bis zur Beckenhöhle ein. Er setzt sich aus Haube (Reticulum), Pansen (Rumen) und Psalter (Omasum) zusammen (VOLLMERHAUS 2004). Die Vormagenschleimhaut besteht aus einem mehrschichtigen, verhornten Plattenepithel, wobei die Schleimhautoberfläche insbesondere im ventralen Pansensack und im Pansenvorhof durch Zotten stark vergrößert ist (LIEBICH 2009). Haube und Pansen bilden eine funktionelle Einheit. Hier finden die mikrobiellen Fermentationsvorgänge statt. Der Pansen teilt sich auf in Pansenvorhof, dorsalen und ventralen Pansensack sowie den dorsalen und ventralen Blindsack. Trotz des verhornten und mehrschichtigen Epithels werden in Pansen und Haube diverse Substrate resorbiert. Der Psalter hat eine runde Form und liegt medial der Haube. Die zahlreichen Schleimhautfalten und Papillen führen zu einer starken Vergrößerung der Schleimhautoberfläche (VOLLMERHAUS 2004). Hier werden erhebliche Mengen von Substrat und vor allem Wasser resorbiert (KASKE 2005).
2.1.2 Labmagen
Der Labmagen liegt als gebogener, birnenförmiger Sack auf dem Bauchhöhlenboden. Der Corpus liegt größtenteils links der Medianen und der Pylorusteil rechts der Medianen. Er umrundet den Psalter und wendet sich entlang des rechten Rippenbogens nach dorsal. Dort geht er in den Dünndarm über (VOLLMERHAUS u. ROOS 1999). Der Labmagen entspricht funktionell dem Monogastriermagen (KASKE 2005). Er ist mit einschichtigem, hochprismatischem Drüsenepithel ausgekleidet, welches den Magensaft produziert (LIEBICH 2009).
Auch der Labmagen hat eine Resorptionsfunktion, insbesondere schwache Säuren werden effektiv resorbiert (SCHARRER u. WOLFFRAM 2005).
2.1.3 Darm
Der Darm befindet sich bei den Hauswiederkäuern im rechten dorsalen Quadranten der Bauchhöhle. Er ordnet sich zu einem scheibenförmigen Darmkonvolut, der Darmscheibe (VOLLMERHAUS 2004). Den weitaus längsten Teil macht mit 80 % (Schaf, Ziege), beziehungsweise 81 % (Rind) der gesamten Darmlänge der Dünndarm aus (KARARLI 1995). Der Dünndarm gliedert sich in Duodenum, Jejunum und Ileum. Der Dickdarm gliedert sich in Caecum, Colon und Rectum. Der gesamte Darm ist mit einschichtigem hochprismatischem Drüsenepithel ausgekleidet (LIEBICH 2009). Da die Untersuchungen in der vorliegenden Arbeit am Jejunum und Colon durchgeführt wurden, werden diese Abschnitte hier näher beschrieben.
2.1.3.1 Jejunum
Das englumige, sehr lange Jejunum ist am freien Ende einer Gekröseplatte befestigt.
Es liegt in zahlreichen, engen Schlingen und umfasst bogenförmig von kranial, ventral und kaudal die Colonspirale. Kranial schieben sich die Jejunumschlingen bis in den intrathorakalen Teil der Bauchhöhle, kaudal können sie je nach Füllungszustand bis in die Beckenhöhle reichen oder um den Pansen herum die Medianebene überschreiten (VOLLMERHAUS 2004). Der Dünndarm ist der Hauptresorptionsort für die meisten Nahrungsbestandteile, so auch von Kalium (SCHARRER u. WOLFFRAM 2005).
2.1.3.2 Colon
Das Colon besteht aus drei Abschnitten, dem langen Colon ascendens, dem Colon transversum und dem Colon descendens. Das Colon ascendens bildet die Colonspirale. Die Colonspirale liegt dem Gekröse von links auf. Die Darmschlingen drehen sich zur Mitte hin spiralförmig ein, dort schlagen sie an der Flexura centralis um und drehen sich parallel zu den eindrehenden Windungen wieder aus (VOLLMERHAUS 2004). Auch der Wiederkäuerdickdarm ist mikrobiell besiedelt.
Nicht resorbierte Nährstoffe werden – ähnlich wie im Pansen – mikrobiell zersetzt.
Die gebildeten kurzkettigen Fettsäuren werden resorbiert (LEBZIEN et al. 2007).
Eine wichtige Rolle spielt der Dickdarm aber eher bei der Resorption von Wasser und Elektrolyten (BREVES u. DIENER 2005).
2.2 Labmagenverlagerung
Die linksseitige Labmagenverlagerung tritt weitaus häufiger auf als die rechtsseitige (CONSTABLE et al. 1992, ZADNIK 2003). Hierbei verlagert sich der gasgefüllte und erweiterte Labmagen zwischen Pansen und linker Bauchwand nach kaudodorsal (DIRKSEN 2002 a). Bei einer Verlagerung nach rechts, zwischen der rechten Bauchwand und der Darmscheibe kann es zu einer Drehung des Labmagens bis über 360° mit einhergehendem akuten Krankheitsgeschehen (DIRKSEN 2002 b) kommen. Die Labmagenverlagerung ist eine Erkrankung der Milchkuh in den ersten Wochen der Laktation (CONSTABLE et al. 1992). Seitdem Labmagenverlagerungen erstmals in den fünfziger Jahren in größerer Zahl auftauchten, hat ihre Häufigkeit beständig zugenommen (DOLL 2007). Die Inzidenz liegt bei 1,6% in norddeutschen Betrieben (WOLF 2001), wobei die Inzidenz zwischen einzelnen Herden deutlich variieren kann, DOLL (2007) beobachtete Erkrankungsraten zwischen 0% und 8,9%.
Konservative Behandlungsmethoden sind möglich, ihr Erfolg jedoch fraglich (DIRKSEN 2006 a; DIRKSEN 2006 b). Der krankheitsbedingte Leistungsabfall sowie die Tierarztkosten führen zu erheblichen wirtschaftlichen Verlusten.
2.2.1 Ätiologie und Pathogenese
Für die Entwicklung der Labmagenverlagerung gibt es eine Reihe von Risikofaktoren, doch die eigentliche Ursache ist nach wie vor unbekannt. Die abomasale Aufgasung ist auf eine Hypo- oder Atonie der Labmagenmuskulatur zurückzuführen (DIRKSEN 1961 a; DIRKSEN 1961 b). Das aus dem Vormageninhalt
entstehende oder mit diesem eintretende Gas sammelt sich im Fundus an und kann durch die Hypomotilität des Labmagens nicht entweichen. Es sammelt sich vermehrt Gas und lässt den Labmagen aufsteigen.
Man geht von einem multifaktoriellen Geschehen aus. Hierzu zählen die Fütterung (COPPOCK 1974; DAWSON et al. 1992; MARKUSFELD 1987), die Rasse und hier auch einzelne Familien (DOLL 2007; RICKEN 2003; WOLF 2001), das Alter (COPPOCK 1974; MARKUSFELD 1987) und möglicherweise eine hohe Milchleistung (COPPOCK 1974; DIRKSEN 1961 a), wobei neuere Studien Letzteres nicht bestätigen konnten (DOLL 2007; MARKUSFELD 1987; WOLF 2001). Zu diesen kommen Belastungssituationen wie Rangordnungsprobleme, ungünstige Haltungsbedingungen und die Abkalbung (HULTGREN u. PEHRSON 1996) oder die Geburt von Mehrlingen und Totgeburten (MARKUSFELD 1987). Verringerte Blut- Kalziumspiegel scheinen Labmagenverlagerungen zu begünstigen (MADISON u.
TROUTT 1988). Zudem werden Hyperketonämien (ROHRBACH et al. 1999) und Hyperglykämien (HOLTENIUS et al. 2000), sowie hohe Konzentrationen freier Fettsäuren (LE BLANC et al. 2005; ZADNIK, 2003; THEBILLE, 2008) beobachtet.
Auch eine vermehrte Adrenalin-Freisetzung scheint eine Rolle zu spielen (EHRLEIN 1970). Hohe Plasmaglucosespiegel werden im Zuge von Insulinresistenzen diskutiert (HOLTENIUS u. TRAVÉN 1990; MEIRHAEGHE et al. 1988; PRAVETTONI et al.
2004). Häufig werden auch niedrige Kaliumkonzentrationen im Blut beobachtet (SAHINDURAN u. KORAY ALBAY 2006; ZADNIK u. MESARIK 1999, ZADNIK, 2003). So wurden Plasma-Kalium-Spiegel von 2.81 mmol∙l-1 (SAHINDURAN u.
KORAY ALBAY 2006), beziehungsweise 3.49 mmol∙l-1 (ZADNIK, 2003) gemessen.
Ein physiologischer Plasma-Kalium-Spiegel liegt zwischen 3.5 und 5 mmol∙l-1 (SEJERSTED u. SJOGAARD 2000), beziehungsweise zwischen 4.0 und 5 mmol∙l-1 (STÖBER u. GLÜNDER 1990). Die niedrigen Kaliumspiegel werden auf eine reduzierte Nahrungsaufnahme (RABINOWITZ 1988), hohe Insulinkonzentrationen (MEIRHAEGHE et al. 1988) oder abomasalen Reflux mit folgender Alkalose (ROSSOW 1995) zurückgeführt. FUBINI et al. (FUBINI 1991) und WARD et al.
(WARD et al. 1994) postulieren eine sekundäre Hypokaliämie infolge einer Labmagenverlagerung. Eine primäre Hypokaliämie mit daraus resultierender Labmagenatonie (TÜRCK u. LEONHARD-MAREK 2010) und Labmagenverlagerung ist allerdings ebenso denkbar.
2.3 Kalium
2.3.1 Kaliumhaushalt
Kalium liegt in wässriger Lösung vollständig ionisiert vor. Als wichtigstes intrazelluläres Kation ist Kalium ein wesentlicher Träger des Membranpotentials der Zelle. Es trägt zur neuromuskulären Erregbarkeit bei und spielt eine wichtige Rolle für die physiologische Funktion des Herzens (SHIEH et al. 2000; TAMARGO et al.
2004). Der überwiegende Teil des körpereigenen Kaliums befindet sich intrazellulär, vor allem in den Skelettmuskelzellen, wo Kaliumkonzentrationen von 120-140 mmol∙l-
1 vorliegen (SEJERSTED u. SJOGAARD 2000). Die Konzentration von Kalium im Plasma wird also durch die äußere (Differenz zwischen Aufnahme und Elimination)
und die innere Kaliumbalance (Verlagerung der Ionen zwischen Intra- und Extrazellulärflüssigkeit) bestimmt (BROBST 1986). Sowohl erhöhte wie verminderte Kaliumkonzentrationen im Plasma können zu Herzarrhythmien, Muskelschwäche und Paralyse führen (ANDREWS u. GRINDEM 2000). Bereits eine Verschiebung von nur 1 % bis 2 % des intrazellulären Kaliums in das extrazelluläre Flüssigkeitskompartiment kann einen potentiell tödlichen Anstieg der Plasma-Kalium- Konzentration zur Folge haben (MUTO 2001). Aus diesem Grund wird der Kaliumhaushalt streng reguliert.
2.3.1.1 Aufnahme
Kalium wird mit der Nahrung aufgenommen. Bei laktierenden Kühen werden 74 bis 97 % des aufgenommenen Kaliums im Gastrointestinaltrakt resorbiert (GREENE et al. 1983 b; KHORASANI et al. 1997). Der Gehalt im Futter sollte bei laktierenden Kühen 0.8 % und bei güsten Tieren 0.5 % in der Trockenmasse betragen (TÜRCK 2009). Aufgrund der stark kaliumreichen Grünlanddüngung wird aber in der Regel das Mehrfache des Bedarfs aufgenommen. Der Dünndarm gilt als Hauptresorptionsort für Kalium (KUBEL 1982; PFEFFER et al. 1970; WYLIE et al.
1985).
WYLIE et al. (1985) zeigten eine präintestinale Kaliumsekretion bei Schafen bei niedriger Kaliumaufnahme (4.31 g∙d-1). Auch bei Kühen wurde bei einer Kaliumaufnahme von 200 g/Tag eine präduodenale Kaliumsekretion von 18 g/Tag beobachtet (KHORASANI et al. 1997). Lämmer zeigten eine präduodenale Kaliumsekretion von 0.72 g/Tag bei einer Aufnahme von 5.5 g/Tag (GREENE et al.1983 a).
In vivo -Studien konnten jedoch ebenfalls zeigen, dass auch das Vormagensystem und der Labmagen bei erhöhten luminalen Kaliumkonzentrationen in der Lage sind, Kalium zu resorbieren (GREENE et al. 1983 b; KHORASANI et al. 1997; WYLIE et al. 1985). Eine Erhöhung der Kaliumkonzentration in der Futterration von Bullen von 15.29 auf 169.48 g/d erhöhte die präintestinale Kaliumresorption um 81.49 g/d (GREENE et al. 1983 b). Eine Erhöhung der Kaliumaufnahme von 4.31 g/d auf 41.85 g/d führte zu einem Resorptionsanstieg von 6.36 g/d bei Schafen (WYLIE et al.
1985). Eine Studie bei Kühen zeigte einen Anstieg der präintestinalen Resorption von 72.3 g/d nach Steigerung der Kaliumzufuhr von 200 auf 360 g/d (KHORASANI et al. 1997). KHORASANI et al. (1997) postulieren einen positiv linearen Zusammenhang zwischen Kaliumaufnahme und Kaliumresorption in Vormagen und Labmagen.
2.3.1.1.1 Kaliumtransport am Pansenepithel
Für Bullen wurden ruminale Kaliumkonzentrationen von 50.3 mmol∙l-1 beschrieben (MORRIS u. GARTNER 1975). BAILEY (1961) fand Kaliumkonzentrationen im Pansen zwischen 24 und 85 mmol∙l-1. SCOTT (1966) zufolge wird bei Schafen bei ruminalen Kaliumkonzentrationen oberhalb von 10.6 mmol∙l-1 Kalium resorbiert. In einer weiteren Studie zeigt SCOTT (1967), dass der Pansen bei einem Anstieg der ruminalen Kaliumkonzentration auf das Dreifache der Plasma-Kalium-Konzentration
beginnt, Kalium zu resorbieren. Nach Erhöhung der luminalen Kaliumkonzentration von 35 auf 100 mmol∙l-1 stieg die ruminale Kaliumresorption linear an (SCOTT 1967).
SCOTT (1966) stellte hierfür die folgende Formel auf: Kaliumresorption (mmol/Tag) = 5.1 ∙ (ruminale Kaliumkonzentration) – 54. KHORASANI et al. (1997) stellten für Milchkühe folgende Formel für die präintestinale Kalium-Nettoresorption (Y) auf:
Y = 104.2 + 0.43X, p < 0.01, r2 = 0.41, X = Kaliumaufnahme. Diese Formel deckt sich auch mit den Ergebnissen an Bullen von GREENE et al. (1983 b). Im Gegensatz dazu errechneten WARNER u. STACY (1972) erst ab ruminalen Kaliumkonzentrationen von 100 mmol∙l-1 eine Netto-Kaliumresorption.
In vitro-Studien wurden bisher nur in Abwesenheit eines transepithelialen Kaliumgradienten durchgeführt. Hierbei zeigte sich in Isotopenstudien am Pansenepithel eine 42K-Sekretion im Pansen (FERREIRA et al. 1972; LEONHARD- MAREK u. MARTENS, 1996; LEONHARD, 1990).
PARTHASARATHY u. PHILLIPSON (1953) vermuten einen passiven Kaliumtransport aufgrund der Umkehrbarkeit der Kaliumflussrichtung in Abhängigkeit des Konzentrationsverhältnisses entlang der Pansenwand. Die transzelluläre Komponente bei niedriger mukosaler Kaliumkonzentration scheint nach folgendem Transportmodel abzulaufen (LEONHARD, 1990; LEONHARD-MAREK et al. 2010):
basolateral wird Kalium über die Na-K-Pumpe aufgenommen und anschließend via basolateraler Kaliumkanäle recycelt oder über luminale Kaliumkanäle in das Pansenlumen sezerniert. In Abwesenheit eines Kaliumgradienten führte die Zugabe eines Kaliumkanalblockers mukosal zu einer verminderten Kaliumsekretion, während eine serosale Zugabe zu einer erhöhten Kaliumsekretion führte (LEONHARD, 1990).
Die Existenz von Kaliumkanälen im Pansenepithel wurde in mehreren Patch Clamp- Experimenten nachgewiesen (ABDOUN et al. 2005; LEONHARD-MAREK et al.
2005; STUMPFF et al. 2007). Zudem könnten luminale nicht-selektive Kationenkanäle zum Kaliumtransport über das Pansenepithel beitragen. So vermuten LEONHARD-MAREK (2002) und LEONHARD-MAREK et al. (2005) einen nicht-selektiven Kationenkanal im Pansenepithel von Schafen. Hierbei scheint es sich um einen divalent-sensitiven TRP-Kanal zu handeln (ROSENDAHL et al. 2016), der im Pansenepithel von Rindern ebenfalls nachzuweisen ist (ROSENDAHL et al.
2016).
2.3.1.1.2 Kaliumtransport am Labmagenepithel
Der Labmagen ist anatomisch und histologisch mit dem Monogastriermagen vergleichbar (HILL, 1960). Im Gegensatz zu diesem sind die Drüsen des Labmagens nicht zu spontaner Sekretion fähig, sondern zeigen eine kontinuierliche sekretorische Aktivität (HILL, 1955), eine Anpassung an den beständigen Zufluss von Ingesta. Im Monogastriermagen spielt Kalium eine entscheidende Rolle bei der Salzsäure- Sekretion. Die Protonen-Kalium-Pumpe sezerniert H+ gegen den Konzentrationsgradienten, während Kalium im Gegenzug aufgenommen wird (SCHARRER u. WOLFFRAM 2005). Um das Vorhandensein von luminalem Kalium sicherzustellen, verfügt das Magenepithel über Kaliumkanäle, die ein Kaliumrecycling ermöglichen. Bei Mäusen sind verschiedene Kaliumkanäle in den Parietalzellen
beschrieben. Der KCNQ1-Kanal, eine spannungsabhängiger Kaliumkanal ist hierbei offenbar für das Kaliumrecycling verantwortlich (DEDEK u. WALDEGGER 2001) (LEE et al. 2000). Die Funktionen anderer Kaliumkanäle in der apikalen Membran sind hingegen noch nicht geklärt (HEITZMANN u. WARTH 2008). Basolaterale Kaliumkanäle sind bei Fröschen (MIENO u. KAJIYAMA, 1991), Kaninchen (SAKAI et al. 1989) und Meerschweinchen (KOTERA et al. 1991) beschrieben. REENSTRA et al. (1986) zeigten eine gastrale Kaliumresorption bei Fröschen von 0.07 µeq∙cm-2∙h-1 in vitro. Eine in vivo-Studie mit Hunden zeigte eine gastrale Kaliumresorption von 0.11 % des infundierten Kaliums (CODE et al.1963). Beide Studien wurden in Abwesenheit eines Kaliumgradienten durchgeführt. Nach Blockade der Protonen- Kalium-Pumpe wurde in der Untersuchung von REENSTRA et al. (1986) nicht mehr resorbiert, sondern sezerniert, während eine Blockade der Natrium-Kalium-Pumpe zu einer erhöhten Kaliumresorption führte. Dies spricht für die Existenz von luminalen Kaliumkanälen. In einer Studie mit Labmagentaschen von Schafen wurde bei luminalen Kaliumkonzentrationen von 13.7 bis 48.0 meq∙l-1 keine Kaliumresorption beobachtet (CARE u. VAN'T KLOOSTER 1965). V. ENGELHARDT et al. (1968) beobachteten eine Kaliumsekretion im Labmagen von Ziegen.
2.3.1.1.3 Kaliumtransport am Epithel des Jejunums
Der Dünndarm gilt als Hauptresorptionsort für Kalium (KUBEL 1982; PFEFFER et al.
1970; WYLIE et al. 1985). Die Kaliumresorption scheint bei Wiederkäuern und Nicht- Wiederkäuern vergleichbar zu sein (SMITH 1969). Abhängig vom Kaliumangebot werden bis zu 100 % des Kaliums im Jejunum resorbiert (WYLIE et al. 1985). Eine in vivo-Studie am Jejunum von Schafen zeigte eine Nettoresorption von 0.64 meq∙h-1 bei mucosaler Kaliumkonzentration von 15.7 meq∙l-1 (CARE u. VAN'T KLOOSTER 1965 – das Jejunum wird von den Autoren hier als „mid-ileum“ bezeichnet). Im Allgemeinen wird für den Dünndarm ein passiver Kaliumtransport postuliert (DENNHARDT u. HABERICH 1973) (GILMAN et al. 1963) (PHILLIPS u. CODE 1966). Er soll parazellulär via solvent drag ablaufen, die zonulae occludentes haben hier eine hohe Durchlässigkeit (SCHARRER u. WOLFFRAM 2005). INAGAKI et al.
(2002) vermuteten allerdings eine transzelluläre Komponente bei der Kaliumresorption im Mäusedünndarm. WOODARD et al. (1993) zeigten außerdem eine aktive Kaliumresorption im Jejunum des Ferkels. CERMAK et al. (1999) beschrieben einen zellulären Weg der jejunalen Kaliumresorption sowohl in Ratten, als auch in Lämmern (CERMAK u. SCHARRER 1997). BINDER u. MURER (1986) beschrieben einen Kalium-Protonen-Austauscher in Bürstensaummembran-Vesikeln vom Ileum der Ratte. Untersuchungen am Mäusedünndarm zeigten bei mukosaler Kaliumkonzentration von 5.4 mmol∙l-1 Kalium einen Kurzschlussstrom von 0.7 µeq∙cm-2∙h-1 (INAGAKI et al. 2002), bei Ferkeln betrug der Kurschlussstrom bei einer mukosalen Kaliumkonzentration von 5.2 mmol∙l-1 2.24 µeq∙cm-2∙h-1 (WOODARD et al. 1993). Im Jejunum werden verschiedene Kaliumkanäle vermutet.
So konnte bei Ratten ein Effekt des Kaliumkanalblockers Barium nachgewiesen werden (CERMAK et al 1999). Die Autoren vermuten allerdings, dass es sich hierbei um basolaterale Kaliumkanäle handelt. HEITZMANN u. WARTH (2008) hingegen gehen von der Existenz diverser luminaler Kaliumkanäle aus. In wieweit diese jedoch eine relevante Rolle beim Kaliumtransport spielen, ist fraglich. WARTH (2003)
zufolge könnten diese Kaliumkanäle eine Rolle bei der Aufrechterhaltung der Triebkraft für die natriumgekoppelten Transportsysteme spielen.
2.3.1.1.4 Kaliumtransport am Epithel des Colons
Das Colonepithel kann Kalium sowohl aktiv resorbieren, als auch sezernieren.
Resorption oder Sekretion sind abhängig vom Kaliumangebot und können so zur Aufrechterhaltung der Kaliumhomöostase beitragen (BREVES u. DIENER 2005;
KUNZELMANN u. MALL 2002). Studien an Hunden lassen einen aktiven Kaliumtransport im Colon vermuten, da der Kaliumtransport über das Epithel nicht dem Konzentrationsgradienten folgte (PHILLIPS u. CODE, 1966). In vivo- Untersuchungen von KUBEL (1982) im Dickdarm des Schafes zeigten niedrige Resorptionsraten, die linear mit der Kaliumaufnahme anstiegen. PFEFFER et al.
(1970) verzeichneten Kaliumresorptionsraten von 1.51 g/Tag oder 7.9 % des mit dem Futter aufgenommenen Kaliums bei Schafen. ARGENZIO et al. (1975) zeigten eine Kaliumresorption im Dickdarm von Ziegen. Die gemessenen Kaliumkonzentrationen im Dickdarm des Schafes variieren zwischen 17 meq∙l-1/kg Wasser (GOODALL u.
KAY, 1965) und 43.5 mmol∙l-1 in der Digesta (LEE 1977). Die Kaliumkonzentration ist besonders in der Region der Flexura centralis des Colons mit 80 meq∙kg-1 hoch (HECKER u. GROVUM 1971). HECKER u. GROVUM (1971) zeigten eine Kaliumresorptionsrate zwischen -5 und +5 µeq ∙ 100 cm-2 ∙ min-1 bei Schafen mit Kaliumsekretion im Caecum und Resorptionsraten vom proximalen Colon bis zum Rectum. Insgesamt könnte der Dickdarm aufgrund seiner Länge ein höheres Resorptionsvermögen haben als der Pansen (HECKER u. GROVUM 1971).
Unter den Kaliumkanälen des Dickdarms werden im Colon der Ratte bariumsensitive Kanäle, sowie tetraethylammoniumchlorid-, quinidin- und Ca2+-sensitive Kaliumkanäle beschrieben (BINDER et al. 1989; BUTTERFIELD et al. 1997). Die meisten dieser Kaliumkanäle gelten allerdings als verantwortlich für die Kaliumsekretion (BINDER et al. 1989, BUTTERFIELD et al. 1997, FOSTER et al.
1986). SCHULTZ u. DUBINSKY (2001) beschrieben einen Anstieg der Kaliumleitfähigkeit der basolateralen Membran bei einem Anstieg der transzellulären Natriumresorption. Dies spricht für die Existenz basolateraler Kaliumkanäle.
Entsprechende Studien zu Kaliumkanälen im Colon von Wiederkäuern liegen nicht vor. Im Colon von Kaninchen und Meerschweinchen wurde eine apikaler Kalium- Protonen-Pumpe beschrieben (DÖRGE et al. 1998, KAUNITZ u. SACHS 1986).
SWEIRY u. BINDER (1990), sowie DEL CASTILLO et al. (1991) vermuteten dagegen bei Ratten die Existenz einer apikalen Kaliumpumpe mit Eigenschaften, die eher einer Natriumkaliumpumpe ähneln als der Kalium-Protonen-Pumpe des Magens.
2.3.1.2 Ausscheidung
Kalium wird zum größten Teil über die Niere (75 – 90 %), zu einem geringen Teil über den Kot ausgeschieden (DEWHURST et a. 1968, YOUN u. MC DONOUGH 2009). In der Laktation wird ca. 12 % des Kaliums über die Milch ausgeschieden (WARD 1966). Die Kaliumausscheidung wird wahrscheinlich über zwei Kontrollmechanismen reguliert. Zum einen über einen „Feedback“-Mechanismus, der
die Kaliumausscheidung in der Niere erhöht, sobald erhöhte Konzentrationen im Extrazellulärraum wahrgenommen werden. Aldosteron führt zu einer erhöhten Kaliumsekretion in den Zellen des kortikalen Sammelrohres in der Niere (GIEBISCH et al. 2003). Zum anderen über eine „Feedforward“-Kontrolle: RABINOWITZ (1988), sowie YOUN et al. (2009) vermuten einen Sensormechanismus im Gastrointestinaltrakt, der die Kaliumaufnahme registriert und die Niere zur Kaliumexkretion anregt.
In der Niere wird Kalium in den Glomerula filtriert und der größte Teil im proximalen Tubulus und der Henle-Schleife wieder resorbiert, um schließlich in die Lumina der distalen Tubuli und der Sammelgänge sezerniert zu werden. Die Exkretion ist ein aktiver ATP-abhängiger Austausch gegen Natrium bzw. Wasserstoff (SWEENEY 1999).
2.3.1.3 Imbalancen im Kaliumhaushalt
Störungen im Gleichgewicht zwischen Aufnahme und Ausscheidung von Kalium und zwischen Intra- und Extrazellularraum können zu Hypo- und Hyperkaliämien führen.
2.3.1.3.1 Hypokaliämie
Eine Hypokaliämie kann einerseits durch eine verminderte Kaliumaufnahme und andererseits durch eine forcierte Kaliumausscheidung entstehen. Aufgrund der hohen Kaliumkonzentrationen im Grundfutter liegt das Kaliumangebot im Futter in der Regel bei einem Mehrfachen des täglichen Bedarfs. Eine zu geringe Kaliumkonzentration im Futter ist bei einer sehr konzentratreichen Fütterung denkbar (WARD 1966). Weit häufiger sind niedrige Blutkaliumwerte im Zusammenhang mit unzureichender Futteraufnahme (z. B. durch Krankheit) zu beobachten.
Insbesondere Tiere, die an kaliumreiche Nahrung adaptiert sind, können bei plötzlich ausbleibender Kaliumaufnahme die Ausscheidung nicht schnell und weit genug herunterregulieren, so dass es zur Entstehung einer Hypokaliämie kommen kann.
Eine reduzierte Kaliumaufnahme mit dem Futter kann zu einer um 0.6 meq∙l-1 reduzierten Plasma-Kalium-Konzentration um 0.6 meq∙l-1 führen (CLABOUGH u.
SWANSON, 1989). Im Zusammenhang mit Labmagenverlagerungen lassen sich regelmäßig zum Teil schwere Hypokaliämien mit Plasma-Kaliumkonzentrationen von 2.81 mmol∙l-1 beobachten (SAHINDURAN u. KORAY ALBAY 2006). In weiteren Studien wurden Plasma-Kalium-Konzentrationen von 3.1 mmol∙l-1 (ROUSSEL et al.
2000), beziehungsweise 3.49 mmol∙l-1 (ZADNIK, 2003) gemessen. Zum einen kann es sekundär zu einer reduzierten Kaliumresorption im Darm und daraus resultierend zu einer Hypokaliämie kommen (SMITH et al. 1991, WARD et al. 1994). Zum anderen kann eine primäre Hypokaliämie über eine verminderte Kontraktilität der Labmagenmuskulatur (TÜRCK u. LEONHARD-MAREK 2010) eine Labmagenverlagerung zumindest begünstigen. Hormone wie Adrenalin oder Insulin können Kalium von extra- nach intrazellulär umverteilen (CLAUSEN u. FLATMAN 1987, HARROP u. BENEDICT 1924), hohe Aldosteronkonzentrationen oder das Kortikosteroid Isoflupredon-21-Acetat wiederum können die renale Kaliumausscheidung erhöhen (PEEK et al. 2000). Im Zuge von metabolischen Alkalosen kommt es durch eine verstärkte Aufnahme von Kalium in die Zelle
ebenfalls zu einem Absinken der Kaliumspiegel im Blut (WARD et al. 1994).
Außerdem haben metabolische Alkalosen eine direkte stimulierende Wirkung auf die Kaliumsekretion im distalen Tubulus (MUTO 2001). Auf zellulärer Ebene haben geringe Kaliumspiegel im Plasma und der extrazellulären Flüssigkeit ein vermehrtes Ausströmen von Kalium aus der Zelle zur Folge, so dass die Zelle hyperpolarisiert.
Die Erregbarkeit von Nerven-, sowie von glatten und Skelettmuskelzellen ist damit herabgesetzt (PETRIDES 1997). Klinisch äußert sich eine Hypokaliämie demzufolge in erster Linie in Herzrhythmusstörungen und Skelettmuskelschwäche, die letztlich zum Festliegen in autauskultatorischer Haltung führen kann (SIELMAN et al. 1997).
2.3.1.3.2 Hyperkaliämie
Bei ausreichender Wasseraufnahme, funktionstüchtigen Nieren und entsprechender Adaptation wird die Plasma-Kalium-Konzentration sehr gut über die Niere und Kaliumverschiebung nach intrazellulär reguliert. Daher liegen in den meisten Fällen hoher Kaliumkonzentrationen im Blut eine eingeschränkte Nierentätigkeit oder eine verminderte Aufnahme von Kalium in die Zellen vor. Durch eine hohe extrazelluläre Kaliumkonzentration wird das Membranpotential positiver, so dass spannungsabhängige Kanäle ihr Schwellenpotential eher erreichen (PETRIDES 1997). Bedingt durch die Refraktärzeit der spannungsabhängigen Natrium-, beziehungsweise Kalziumkanäle ähneln sich Hypo- und Hyperkaliämien letztendlich in ihrem klinischen Bild. Bradykarde Herzrhythmusstörungen stehen bei der Hypokaliämie zunächst im Vordergrund (SWEENEY 1999). Bei Kühen führte eine experimentelle orale Applikation von 238 g (WARD 1966), beziehungsweise 340 g Kalium zum Tod der Tiere (DENNIS u. HARBAUGH 1948), während bei entsprechender Adaptation auch eine Gabe von 400 g ohne klinische Symptomatik blieb (WARD 1966).
2.4 Mögliche Einflussfaktoren auf die Kaliumresorption
Bei einer Verlagerung des Labmagens kann der Darm und im Speziellen das Jejunum aufgrund der unterbrochenen Ingestapassage kein Kalium mehr resorbieren. Bei ausreichend hohem Kaliumangebot sollte der Pansen dieses Defizit jedoch ausgleichen können. Peripartaler Stress oder eine beginnende Abnahme der Plasma-Kalium-Konzentration könnten sich jedoch negativ auf die ruminalen Kaliumkanäle auswirken und dadurch die Kaliumresorption hemmen.
2.4.1 Hypokaliämie
Niedrige extrazelluläre Kaliumkonzentrationen führen zu einer Hyperpolarisation der Zellmembran. Hierdurch können spannungsabhängige Ionenkanäle geöffnet werden, wie der HCN-Protonen-Kanal des Herzens, der vorrangig Kalium transportiert (BIEL et al. 2009). Spannungsabhängige Kaliumkanäle finden sich vor allem in erregbaren Zellen, man findet sie aber auch in nicht-erregbaren Zellen, wie im Epithel des Gastrointestinaltraktes. In den Parietalzellen des Meerschweinchenmagens konnten KOTERA et al. (1991) Kaliumkanäle nachweisen, die durch Hyperpolarisation aktiviert werden. Im Colon von Kaninchen wurde der spannungsabhängige Kaliumkanal Kv1.3 nachgewiesen (GRUNNET et al. 2003).
2.4.2 Stress
Auch peripartaler Stress kommt als hemmender Faktor der Kaliumresorption in Frage. In Stresssituationen kommt es unter anderem zu einem Anstieg von Adrenalin am Epithel und von intrazellulärem cAMP, die beide auf epitheliale Transportprozesse einwirken können.
2.4.2.1 cAMP
cAMP ist ein Second Messenger für diverse epitheliale Transportprozesse (LEVITAN 1985). cAMP-abhängige Kaliumkanäle sind im humanen und murinen Magen, sowie im humanen Duodenum beschrieben (HEITZMANN u. WARTH 2008). Loo und Kaunitz (1989) fanden einen 130 pS-Kaliumkanal im distalen Colon des Kaninchens, der nach Aktivierung durch cAMP eine um das 20-fache erhöhte Offen- Wahrscheinlichkeit hatte. Im Gegensatz dazu wurde ein kleiner 16 pS-Kaliumkanal im Rattencolon durch cAMP inaktiviert (BLEICH et al. 1996). In der gleichen Studie fanden die Autoren einen sehr kleinen Kaliumkanal (< 3 pS), der wiederum durch cAMP aktiviert wurde. In den Studien wurde cAMP entweder direkt zugegeben, oder die intrazelluläre cAMP-Konzentration wurde durch Theophillin- oder Forskolin- Zugabe erhöht (METZGER u. LINDNER 1981). DIENER et al. (1996) beobachteten am Epithel des distalen Colons von Ratten nach Zugabe von Forskolin einen Anstieg des Kurzschlussstroms von 5.1 µeq∙cm-2∙h-1. Dies führten sie auf einen Anstieg des Kaliumtransports zurück. Am Pansenepithel des Schafes bewirkte eine erhöhte cAMP-Konzentration in vorangegangenen Studien entweder einen Anstieg oder einen Abfall des Kurzschlussstroms (LEONHARD-MAREK et al. 2005; WOLFFRAM et al. 1989). LEONHARD-MAREK et al. (2005) postulierten die Beteiligung eines nichtselektiven Kationenkanals am stimulierenden cAMP-Effekt auf den Kurzschlussstrom. Einen vergleichbaren Mechanismus beobachteten SIEMER und GÖGELEIN (1993) im Colon der Ratte. Der hemmende Effekt von cAMP auf den Kurzschlussstrom wird dagegen durch eine Hemmung des apikalen Natrium- Protonen-Austauschers verbunden mit einer reduzierten elektrogenen Na Abgabe via Na+/K+ATPase erklärt, da cAMP den Natrium-Transport von mucosal nach serosal ebenso wie den Kurzschlussstrom hemmte (GÄBEL et al. 1999; LEONHARD- MAREK et al. 2005). Zum Effekt von Forskolin auf den Kaliumstrom, besonders in Anwesenheit eines transepithelialen Kaliumgradienten, gibt es bisher keine Untersuchungen.
2.4.2.2 Adrenalin
Adrenalin hat einen regulatorischen Effekt auf den Kaliumtransport. Es kann Kalium über eine Aktivierung der Na+/K+ATPase von extra- nach intrazellulär verschieben (CLAUSEN u. FLATMAN 1987, HARROP u. BENEDICT 1924). Zudem wirkt es auf dem Kaliumtransport im Gastrointestinaltrakt. Im Colon des Kaninchens erhöht Adrenalin die Kaliumsekretion (SMITH u. MC CABE 1986). Die Autoren postulieren einen Anstieg der apikalen Kaliumleitfähigkeit und einen Anstieg der basolateralen Natrium-Kalium-Pumpe und daraus resultierend eine Erhöhung der Kaliumsekretion.
Im distalen Colon von Meerschweinchen führte 5 µmol·l-1 Adrenalin zu einer Stimulation der Kaliumsekretion um 2.2 µeq∙cm-2∙h 1 (RECHKEMMER et al. 1996). In
derselben Studie erhöhte eine Forskolin-Zugabe die Kaliumsekretion um 1.5 µeq∙cm-
2∙h-1. DEL CASTILLO et al. (1999) dagegen beobachteten einen Adrenalin-, beziehungsweise ß-Agonist-stimulierten Kaliumeinstrom in isolierten Zellen aus den Darmkrypten von Meerschweinchen und keinerlei Effekt auf den Kaliumausstrom. Im Rattencolon stimuliert Adrenalin die Kaliumsekretion, wobei der Mechanismus im proximalen Colon ein anderer zu sein scheint, als im distalen Colon (HÖRGER 1998). Während Adrenalin im proximalen Colon direkt über α2-Rezeptoren wirkt - vermutlich mit Ca2+ als Second Messenger – wirkt es im distalen Colon indirekt über ß2-Rezeptoren und das enterische Nervensystem. Funktionell soll das Colon dem Pansen sehr ähnlich sein (KHORASANI et al. 1997). Im Pansen hemmt Adrenalin die Pansenmotorik (HEITZMANN u. WARTH 2008). Außerdem beeinflusst es die ruminale Resorption. Adrenalin stimuliert die Glukose-Resorption über ß2- Adrenozeptoren, wobei hier cAMP als second messenger fungiert (ASCHENBACH et al. 2002). In einer weiteren Studie beobachteten ASCHENBACH et al (2005) einen Stromanstieg nach Zugabe von Adrenalin (0.2 µeq∙cm-2∙h-1). Der α2-Agonist Clonidin wirkte ebenfalls stimulierend, während der ß-Agonist Isoproterenol und der α1- Agonist Methoxamin den Kurzschlussstrom senkten. Offenbar verfügt das Pansenepithel über adrenerge α1-, α2- und ß-Rezeptoren. Die verschiedenen Rezeptoren agieren mit unterschiedlichen Second Messengern und möglicherweise über unterschiedliche Ionentransporter. Parallel zum Anstieg des Kurzschlussstroms nach Adrenalin-Zugabe stieg der Netto-Natriumfluss an (ASCHENBACH et al. 2005).
Kaliumflussraten wurden nicht gemessen. Da der Natriumtransport mit dem Kaliumtransport gekoppelt ist (Natrium-Kalium-Pumpe) ist jedoch ein Effekt von Adrenalin auf den Kaliumtransport naheliegend. Die Adrenalin-Effekte sind zum Teil cAMP-vermittelt (RECHKEMMER et al. 1996; SMITH et al. 1991).
2.5 Hypothese
Ziel dieser Arbeit war es die Fähigkeit zur Kaliumresorption der Epithelien in den verschiedenen Abschnitten des Verdauungstraktes der Wiederkäuer zu untersuchen, sowie eine mögliche Beeinflussung derselben durch eine Hypokaliämie oder Stress.
Dazu ergaben sich folgende Fragen:
In welchen Abschnitten des Gastrointestinaltraktes wird beim Wiederkäuer Kalium aufgenommen?
Welches sind die zugrundeliegenden Resorptionsmechanismen?
Beeinflusst ein serosaler Kaliummangel die Kaliumresorption?
Beeinflusst Stress die Kaliumresorption?
Bisher wurden in vitro-Untersuchungen zum gastrointestinalen Kaliumtransport in Abwesenheit eines elektrochemischen Gradienten durchgeführt. Unter einem
üblichen Fütterungsregime sind die Kaliumkonzentrationen luminal in der Regel aber deutlich höher als serosal. Deshalb wurden die Versuche mit verschiedenen transepithelialen Kaliumgradienten durchgeführt. Hierbei wurden Kurzschlussströme und Kaliumresorptionsraten erhoben. Im zweiten Schritt sollten die Transportmechanismen mit Hilfe von 2,4,6-Triaminopyrimidin als potentiellem Blocker der parazellulären Leitfähigkeit, sowie von Barium und Verapamil als potentielle Kaliumkanalblocker näher untersucht werden. Da eine Hypokaliämie über ihre hemmende Wirkung auf die glatte Muskulatur eine Rolle bei der Entstehung gastrointestinaler Störungen spielen kann, wurde anschließend ein potentieller Einfluss verminderter serosaler Kaliumkonzentrationen auf die Kaliumresorption untersucht. Der Einfluss von Stress auf die Kaliumresorption am Pansenepithel wurde mit Hilfe von Adrenalin, dem ß-Agonisten Isoproterenol und cAMP untersucht.
3 Material und Methoden 3.1 Versuchstiere
Für die Versuche konnte Material von je 20 Ziegen und Schafen verwendet werden, die im Rahmen anderer Studien im Physiologischen Institut der Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover geschlachtet wurden. Diese Tiere wurden per Bolzenschuss betäubt und anschließend durch Blutentzug getötet. Zusätzlich wurde Gewebe von Rindern und Schafen im Schlachthof Hannover gewonnen. Die Betäubung der Schafe erfolgte elektrisch, die der Rinder per Bolzenschuss. Beide Tierarten wurden direkt im Anschluss durch Blutentzug getötet.
3.2 Probenentnahme
Die Probenentnahme erfolgte bei den Schafen und Ziegen ca. 10 Minuten und bei den Rindern ca. 20 - 25 Minuten nach der Tötung durch Blutentzug. Diese zeitlichen Unterschiede ergaben sich aus den Abläufen im Schlachthof. Es wurde Gewebe aus dem ventralen Pansensack, der großen Kurvatur des Labmagens, des mittleren Jejunums und der Umschlagstelle des proximalen Colons entnommen. Anschließend wurde das Gewebe mit Standard-Pufferlösung (Kap. 3.6) gereinigt und anschließend in Standard-Pufferlösung inkubiert. Für die Epithelien von Labmagen, Jejunum und Colon wurde in Eiswasser gekühlte Pufferlösung verwendet, für das Pansenepithel wurde die Pufferlösung auf 38°C erwärmt, beide Pufferlösungen waren mit 95 % O2
und 5 % CO2 begast. Für die anschließende Untersuchung in Ussing-Kammern wurde die Mukosa nach Eintreffen im Labor von den darunter liegenden Muskelschichten und der Serosa abgelöst.
3.3 Elektrophysiologische Untersuchungen
Die Messungen wurden mit dem Ussing-Kammer-Verfahren durchgeführt. Bei diesem Verfahren werden direkt nach der Schlachtung entnommene und präparierte Epithelien in eine mit Silikonringen abgedichtete Plexiglaskammer eingespannt.
Dadurch entstehen zwei voneinander getrennte Kompartimente, die der ehemals serosalen und der mukosalen Gewebeseite entsprechen. Die Kammern waren über Agar-Pufferbrücken mit je zwei gewebenahen Kalomelelektroden und zwei gewebefernen Silber/Silberchlorid-Elektrodenpaaren verbunden und an eine computergesteuerte Strom-Spannungsklemmeinrichtung (Epithelial Voltage Clamp Model EC 825, Warner Instrument Corp., Hamden, USA) angeschlossen. Jeweils 10, beziehungsweise 13 ml Pufferlösung wurden über ein Gasliftsystem mit 95 % O2 und 5 % CO2 begast und bei 38°C gehalten. Der pH-Wert der Inkubationspuffer stellte sich nach 20minütiger Begasung auf pH 7,4 ein. Die Osmolarität betrug 300 mosmol∙l-1. Die Expositionsfläche betrug 1 cm2 oder 3.14 cm2. Mit Hilfe der verwendeten Silikonringe konnte eine randständige Gewebezerstörung minimiert werden. Die transepitheliale Potentialdifferenz wurde über die Agar-Pufferbrücken und Kalomelelektroden in Bezug zur mukosalen Pufferlösung gemessen. Zudem wurden über die anderen beiden Elektroden definierte Stromimpulse von 100 µA·cm-² von 500 ms Dauer auf das Epithel gegeben, die eine vorübergehende Änderung der
Potenzialdifferenz bewirkten. Hierüber konnte die Gewebeleitfähigkeit bestimmt werden. Bevor das Epithelgewebe in die Kammern eingespannt wurde, wurden der Flüssigkeitswiderstand und das Eigenpotential der Elektroden bestimmt und entsprechend korrigiert. Der Versuchsaufbau lässt sich für verschiedene Verfahren nutzen. Unter Open-Circuit-Bedingungen werden die sich spontan ausbildende Potenzialdifferenz und die Gewebeleitfähigkeit bestimmt. Im hier verwendeten Short- Circuit-Verfahren wird über die beiden gewebefernen Elektroden ein Strom angelegt, der dem durch elektrogenen Netto-Ionentransport vom Gewebe selbst generierten Strom entspricht. Diesen Strom nennt man Kurzschlussstrom. Die resultierende Potenzialdifferenz ist demzufolge 0 mV, es besteht kein elektrischer Gradient mehr.
Der Kurzschlussstrom wird in Ionenäquivalent als Ladungstransfer pro Zeit und Gewebefläche [μeq·cm-2·h-1] angegeben. Durch den Fluss eines positiven Ionenstroms von der mukosalen zur serosalen Seite erhält der Kurzschlussstrom ein positives Vorzeichen, was einer Kationenresorption und/oder Anionensekretion entspricht. Alle Epithelien wurden mindestens 10 Minuten an die Versuchsbedingungen adaptiert. Während dieser Phase wurden die Messwerte auf ihre Plausibilität geprüft. Epithelien, die mit ungewöhnlich hohen Werten auffielen, wurden als mutmaßlich beschädigt eingestuft und durch frisch präparierte ersetzt.
3.4 Messung der Kaliumresorption
Die Kaliumresorptionsraten wurden mit Hilfe der Atom-Absorptions-Spektroskopie bestimmt. Die Nutzung dieses Verfahrens zur Bestimmung der Kaliumresorptionsraten wurde von INAGAKI et al. (2002) beschrieben. Die Atom- Absorptions-Spektroskopie basiert auf der Schwächung (Absorption) einer Strahlung durch Wechselwirkung mit freien Atomen. Da jedes chemische Element ein charakteristisches Linienspektrum besitzt, können über die Auswertung des Differenzspektrums zu einer Referenzmessung ohne Probe Aussagen über die Menge des in der Probe enthaltenen Kaliums getroffen werden. Die Kaliumkonzentration in den hier vorliegenden Proben wurde mit Hilfe des Atom- Absorptions-Spektrometers Unicam Solaar 969 (Fa. Unicam, Kassel, Germany) bestimmt. Um Proben zu gewinnen, wurden Epithelien in Ussing-Kammern gespannt und mit Pufferlösung einer definierten Kaliumkonzentration inkubiert. Hierfür wurden die größeren Ussing-Kammern mit einer Expositionsfläche von 3.14 cm2 genutzt.
Nach 30 Minuten Inkubation wurde jeweils das komplette mukosale und serosale Volumen der Ussing-Kammern als Proben genommen und durch frischen Puffer ersetzt. Diese Inkubationsperiode wurde noch einmal wiederholt. Anschließend wurde mukosal ein anderer Puffer mit einer anderen Kaliumkonzentration verwendet und auch hier wurden in 2 Inkubationsperioden jeweils die kompletten Volumina als Proben genommen. Um die initiale Kaliumkonzentration zu bestimmen, wurden die nicht-inkubierten Puffer beprobt. Zur Bestimmung der Kaliumkonzentration mittels Atomabsorptionsspektroskopie wurden alle Proben verdünnt. Hierzu wurden 100 ml Cäsiumchlorid-Aluminiumnitrat-Pufferlösung mit 2 ml System-Leerwertlösung vermischt und mit aqua tridest. auf 1000 ml aufgefüllt. Die entnommenen Proben wurden mit dieser Lösung im Verhältnis 1:50 (bei Kaliumkonzentrationen um 4 mmol·l-1), beziehungsweise 1:500 (bei Kaliumkonzentrationen um 100 mmol·l-1) verdünnt.
Die Netto-Kaliumresorption von der mukosalen zur serosalen Seite wurde aus der Differenz zwischen der serosalen Kaliumkonzentration vor Inkubation und der Kaliumkonzentration nach Inkubation berechnet.
Kaliumresorption (µeq∙cm-²∙h-1) = [([K]30 - [K]0) ∙ V] / (A ∙ t)
[K]30 = Kaliumkonzentration nach Inkubation (t = 30 Minuten) in µmol∙ml-1 [K]0 = Kaliumkonzentration vor Inkubation (t = 0 Minuten) in µmol∙ml-1 V = Kammervolumen in ml (13 ml)
A = Expositionsfläche des Gewebes in cm2 (3.14 cm²) t = Zeit in Stunden
Zuerst wurden die mukosalen und serosalen Änderungen der Kaliumkonzentration verglichen, um zu untersuchen, ob ein Anstieg der Kaliumkonzentration auf der einen Seite mit einer Abnahme auf der anderen Seite einhergeht. Um eine mögliche Beeinflussung der Kaliumkonzentration durch Zelldetritus einschätzen zu können, wurden jeweils zwei aufeinander folgende Inkubationsmethoden miteinander verglichen. Der Anstieg der Kaliumresorption aufgrund einer mukosalen Kaliumkonzentrationsänderung von 4 auf 100 mmol l-1 wurde aus der serosalen Kaliumkonzentrationsänderung unter diesen Bedingungen berechnet.
3.5 Versuchsschemata
3.5.1 Effekt der mukosalen Kaliumkonzentration auf den transepithelialen Strom
Isolierte Epithelien von Pansen, Labmagen, Jejunum und Colon von Ziegen und Schafen und Pansenepithel von Rindern wurde serosal mit Standardpufferlösung inkubiert. Die Standardpufferlösung enthielt Natrium. Mukosal wurde mit natriumfreier Pufferlösung inkubiert. Zunächst wurden die Kurzschlussströme bei einer mukosalen Kaliumkonzentration von 4 und 100 mmol∙l-1 gemessen. Für eine mögliche Korrelation von Kaliumkonzentration und Strom wurden zusätzlich an Ziegenepithel Kurzschlussströme bei mukosalen Kaliumkonzentrationen von 4, 25, 50 und 100 mmol∙l-1 untersucht.
3.5.2 Effekt von Natrium auf den Kaliumstrom
Hierfür wurden Epithelien von Pansen, Labmagen, Jejunum und Colon von Ziegen und Pansenepithel von Rindern mukosal mit natriumhaltiger und natriumfreier Pufferlösung inkubiert. Die Kaliumkonzentration betrug 4 oder 50 mmol·l-1. Serosal wurde mit Standardpufferlösung inkubiert.
3.5.3 Kaliumresorption
Die Kaliumresorption wurde mit Epithelien von Pansen, Labmagen, Jejunum und Colon vom Schaf untersucht. Mukosal wurde mit natriumfreier Pufferlösung und Kaliumkonzentrationen von 4 und 100 mmol l-1 inkubiert. Serosal wurde mit Standardpufferlösung inkubiert.
3.5.4 Vergleich von Kalium- und Rubidiumströmen
Nachdem im Pansen und Colon vergleichbare Effekte der mukosalen Kaliumkonzentration auf Kurzschlussstrom und Kaliumresorption beobachtet werden konnten (siehe Kapitel 4.4.3), sollte die Eignung von Rubidium als Marker für den Kaliumtransport im Gastrointestinaltrakt von Wiederkäuern untersucht werden.
Kalium- und Rubidiumströme wurden an Epithelien aus dem Rinder- und Schafpansen, sowie an Colonepithel vom Schaf untersucht. Die mukosale, natriumfreie Pufferlösung enthielt entweder Kalium oder Rubidium, jeweils mit Konzentrationen von 4 und 100 mmol l-1. Serosal wurde mit Standardpufferlösung inkubiert. Die Kurzschlussströme in kalium- und rubidiumhaltigen Pufferlösungen wurden jeweils am gleichen Epithel gemessen und miteinander verglichen.
3.5.5 Kaliumtransportwege
Um zwischen parazellulären und transzellulären Transportwegen zu unterscheiden, wurde 2,4,6-Triaminopyrimidin als potentieller Blocker des parazellulären Transportweges (BALABAN et al.1979; BOWMAN et al. 1978) mit einer Konzentration von 10 mmol·l–1, gelöst in 2μl Dimethyl-Sulfoxid, mukosal und serosal hinzugegeben. In Parallelansätzen konnte gezeigt werden, dass Dimethyl-Sulfoxid allein keinen Effekt auf den Kurzschlussstrom hatte. Zur Blockade möglicher Kaliumkanäle wurde Bariumchlorid als potentieller Blocker der meisten Kaliumkanäle (LATORRE u. MILLER, 1983; VAN DRIESSCHE u. ZEISKE 1985) in einer Konzentration von 3 mmol·l-1 und Verapamil als potentieller Kaliumkanalblocker im Pansen (LEONHARD-MAREK u. MARTENS 1996) in einer Konzentration von 100 µmol·l-1 hinzugegeben. Die Epithelien stammten vom Pansen, Labmagen, Jejunum und Colon von Schafen, sowie vom Rinderpansen. Die mukosale Pufferlösung war natriumfrei, bei einer Kaliumkonzentration von 100 mmol·l-1. Serosal wurde die Standardpufferlösung verwendet.
3.5.6 Effekt der serosalen Kaliumkonzentration auf den transepithelialen Strom
Epithelien von Pansen, Labmagen, Jejunum und Colon der Ziege wurden serosal mit Standardpufferlösung und mukosal mit natriumfreier Pufferlösung inkubiert. Die mukosale Kaliumkonzentration betrug 100 mmol∙l-1. Die serosale Kaliumkonzentration betrug 4 oder 2 mmol∙l-1, um eine hypokaliämische Situation zu simulieren.
3.5.7 Effekt von Stress auf den Kaliumstrom
Da der Pansen grundsätzlich in der Lage ist, Kalium aufzunehmen und so in der Lage sein sollte, Minderaufnahmen im Darm aufgrund von Passagestörungen (zum
Beispiel bedingt durch eine Labmagenverlagerung) auszugleichen, sollte untersucht werden, inwieweit Stress die Kaliumresorption im Pansen beeinflusst. Die folgenden Untersuchungen wurden deshalb ausschließlich mit Pansenepithel durchgeführt.
Serosal wurde mit Standardpufferlösung inkubiert, die mukosale Pufferlösung war natriumfrei.
3.5.7.1 Effekt von Forskolin auf den Kaliumstrom
Epithelien vom Schaf wurden mukosal mit Pufferlösung einer Kaliumkonzentration von 4 oder 100 mmol·l-1 inkubiert. Epithelien vom Rind wurden zusätzlich mit 50 mmol·l-1-Kalium-haltiger Pufferlösung inkubiert, um auszuschließen, dass ein Stromanstieg nach Forskolingabe nicht mehr sichtbar ist, da der maximal mögliche transepitheliale Strom in Anwesenheit von 100 mmol·l-1 Kalium mukosal eventuell bereits erreicht ist. Bei jeder mukosalen Kaliumkonzentration wurde ein potentieller Forskolineffekt durch die mukosale und serosale Zugabe von 10 µmol∙l-1 Forskolin untersucht. Als Stimulator der Adenylatcyclase (SEAMON et al. 1981) erhöht Forskolin das intrazelluläre cAMP-Level. Durch Bindung von cAMP an die Proteinkinase A wird diese aktiviert. In der Folge kann Proteinkinase A auf die Aktivität von Transportproteinen wirken. Um den Feedback-Kontrollmechanismus der Proteinkinase A auszuschalten, wurde parallel zur Forskolingabe 10 µmol∙l-1 Isobutyl- Methyl-Xanthin hinzugegeben. Durch die Proteinkinase A wird eine Phosphodiesterase aktiviert, die aktivierte Phosphodiesterase hydrolysiert cAMP zu AMP (BLUM 2005). Isobutyl-Methyl-Xanthin blockiert die Phosphodiesterase (PARSONS et al. 1988). Außerdem enthielten alle Pufferlösungen 1 µmol∙l-1 Indomethacin, um die endogene Prostaglandin-Produktion zu hemmen, welche das intrazelluläre cAMP-Niveau ebenfalls beeinflussen würde (CRAVEN u.
DERUBERTIS 1983).
3.5.7.2 Effekt von Kalzium und Magnesium auf den Kaliumstrom
Um eine mögliche Beteiligung des unspezifischen Kationenkanals am Forskolineffekt (LEONHARD-MAREK et al. 2005; SIEMER u. GÖGELEIN 1993) zu untersuchen, wurden Schafepithelien mukosal mit magnesiumfreier und magnesium- und kalziumfreier Pufferlösung inkubiert. Der Versuchsansatz fand parallel statt. Forskolin wurde mukosal und serosal zugegeben, die mukosale Kaliumkonzentration betrug hierbei 100 mmol∙l-1. Anschließend wurde mukosal 2 mmol∙l-1 Kalzium hinzugegeben, um die Reversibilität zu überprüfen.
3.5.7.3 Effekt von Verapamil auf den Forskolineffekt
Verapamil als potentieller Kaliumkanalblocker im Pansen wurde mukosal in einer Konzentration von 100 µmol·l-1 vor und nach Forskolingabe hinzugegeben. Hierfür wurden Epithelien vom Schaf verwendet. Die mukosale Kaliumkonzentration betrug 100 mmol∙l-1.
3.5.7.4 Effekt von Adrenalin und Isoproterenol auf den Kaliumstrom
Epithelien von Schaf und Rind wurden mukosal mit Pufferlösung einer Kaliumkonzentration von 50 mmol·l-1 inkubiert. Adrenalin und Isoproterenol wurden serosal zugegeben. Adrenalin wurde in 1-, 10- und 100 µmol∙l-1-Schritten zugegeben, oder direkt mit der höchsten Konzentration von 100 µmol∙l-1. Isoproterenol wurde in Konzentrationen von 1 oder 100 µmol∙l-1 zugegeben.
3.5.7.5 Zeiteffekte
Um auszuschließen, dass sich Effekte zeigen, die sich durch die Versuchsdauer oder eine Epithelschädigung nach Pufferlösungswechsel bedingen, wurde die Reihenfolge der Kaliumkonzentrationen beziehungsweise Zugaben gewechselt. Außerdem wurden gleiche Pufferlösungen wiederholt gewechselt, um eventuelle Effekte durch den Puffertausch selbst auszuschließen.
3.6 Pufferlösungen
Natriumhaltige Pufferlösungen Standardpuffer-
lösung 50 mmol∙l-1 K mmol∙l-1 mmol∙l-1
NaCl 115,0 69,0
KCl 4,0 50,0
CaCl2 x 2H2O 1,2 1,2
MgCl2 x 6H2O 1,2 1,2
HCl 0,2 0,2
NaH2PO4 x H2O 0,6 0,6 Na2HPO4 x 2 H2O 2,4 2,4
Glucose 10,0 10,0
Mannit 19,8 19,8
NaHCO3 21,0 21,0
natriumfreie Pufferlösungen mit unterschiedlichen Kaliumkonzentrationen 4 mmol∙l-1 K 100 mmol∙l-1 K
mmol∙l-1 mmol∙l-1
KCl 1,0 76,0
CaCl2 x 2H2O 1,2 1,2
MgCl2 x 6H2O 1,2 1,2
HCl 118,2 42,2
NMDG (HCl) 120,4 45,4
KH2PO4 3,0 3,0
Glucose 10,0 10,0
Mannit 19,8 19,8
NMDG (HCO3) 21,0 -
KHCO3 - 21,0
Die Pufferlösungen mit Kaliumkonzentrationen von 25 mmol∙l-1 K, beziehungsweise 50 mmol∙l-1 K wurden gemischt.
780 ml 4 mmol∙l-1 K – haltige Pufferlösung + 220 ml 100 mmol∙l-1 K – haltige Pufferlösung = 1000 ml 25 mmol∙l-1 K – haltige Pufferlösung
und
520 ml 4 mmol∙l-1 K – haltige Pufferlösung + 480 ml 100 mmol∙l-1 K – haltige Pufferlösung = 1000 ml 50 mmol∙l-1 K – haltige Pufferlösung.
Rubidiumpufferlösungen
serosal mucosal
4 mmol∙l-1 Rb 100 mmol∙l-1 Rb mmol∙l-1 mmol∙l-1 mmol∙l-1
NaCl 115,0
RbCl 4,0 4,0 100,0
CaCl2 x 2H2O 1,2 1,2 1,2
MgCl2 x 6H2O 1,2 1,2 1,2
HCl 0,2 116,2 40,2
NMDG - 120,4 21,4
NaH2PO4 3,0 - -
H3PO4 3,0 3,0
Glucose 10,0 10,0 10,0
Mannit 19,8 19,8 19,8
NaHCO3 21,0
NMDG (HCO3) 21,0 21,0
NaOH 2,2 - -
