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Untersuchung über die Beteiligung von nicht-selektiven Kationenkanälen am Ammoniaktransport über das Pansenepithel des Rindes (2014)

Art

Hochschulschrift

Autor

Rosendahl, Julia (WE 2)

Quelle

Berlin: Mensch und Buch Verlag, 2014 — IV, 209 Seiten

ISBN: 978-3-86387-548-0

Verweise

URL (Volltext): https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/842

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Institut für Veterinär-Physiologie

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Abstract / Zusammenfassung

Landwirtschaftliche Nutztiere tragen in erheblichen Umfang zur weltweit wachsenden Stickstoffemission in die Umwelt bei. Insbesondere beim Wiederkäuer führen erhebliche Anteile des eingesetzten Futterproteins nicht wie erwünscht zu mehr Fleischansatz und erhöhter Milchproduktion, sondern werden nach fermentativer Aufspaltung zu Ammoniak über die Epithelien des Gastrointestinaltraktes resorbiert, in der Leber energieaufwendig zu Harnstoff entgiftet und nachfolgend über die Niere in die Umwelt ausgeschieden. Unzählige Versuche, durch ruminale Ansäuerung oder Synchronisation der Verfütterung von Kohlenhydraten und Proteinen eine Reduktion der Stickstoffemission zu erzielen, haben nicht zum Durchbruch geführt. In vitro Versuche am Schafspansen belegen, dass Ammoniak nicht alleine durch physikalische Diffusion der ungeladenen Form (NH3) aus dem Pansen entweicht, sondern dass zusätzlich ein Efflux des protonierten Ammonium-Ions (NH4+) erfolgt. Über die beteiligten Mechanismen ist bisher fast nichts bekannt. Ziel dieser Arbeit war es daher, die Resorptionsmechanismen für Ammoniak über das Pansenepithel des Rindes mittels der Patch-Clamp-Technik, Fluxmessungen in der Ussing-Kammer und Messungen mittels pH-selektiver Mikroelektroden näher zu charakterisieren. Im Einzelnen wurden die folgenden Ergebnisse erzielt: \- Ammoniak induzierte einen positiven Kurzschlussstrom über Pansenepithelien des Rindes in der Ussing-Kammer (10 mmol•l-1; *40 mmol•l-1; *p < 0,05, N/n = 8/40). \- Bei Bestimmung des Ammoniak-Fluxes über das intakte Epithel wurden nach einer Fluxdauer von 150 Minuten bei mukosalem Einsatz von 10 mmol•l-1 NH4+ serosal 3,08 ± 0,17 mmol•l-1 NH4+ nachgewiesen. Bei Einsatz von apikal 40 mmol•l-1 NH4+ erhöhte sich die serosal nachgewiesene Menge auf 8,72 ± 0,65 mmol•l-1 NH4+. Dabei kam es zu keiner Alkalinisierung des serosalen pH-Wertes, wie sie bei überwiegendem Efflux von NH3 in die nur gering gepufferte serosale Lösung zu erwarten gewesen wäre (p = 0,18; N/n = 8/40). \- Bei Mikroelektroden-Messungen führte der Ersatz von 40 mmol•l-1 NMDG+ durch eine äquimolare Menge NH4+ sowohl bei einem mukosalen pH-Wert von 6,4 als auch bei 7,4 zu einer signifikanten Steigerung des transepithelialen und apikalen Potentials (pH 6,4: ΔPDt 2,78 ± 0,37 mV; ΔPDa 2,13 ± 0,5 mV; pH 7,4: ΔPDt 2,53 ± 0,46 mV; ΔPDa 1,0 ± 1,8 mV; N/n = 6/12, p < 0,05). Gleichzeitig konnte unter beiden Versuchsbedingungen ein signifikanter Abfall des pHi gemessen werde (pH 6,4: ΔpHi -0,13 ± 0,02; pH 7,4: ΔpHi -0,16 ± 0,05; N/n = 6/12, p < 0,05). Dieses Ergebnis belegt einen transzellulären Effluxmechanismus und deutet weiterhin darauf hin, dass sowohl bei einem pH-Wert in Höhe von 6,4 als auch 7,4 die apikale elektrogene Aufnahme in Form von NH4+ leicht gegenüber der serosalen Abgabe in dieser Form überwiegt. \- Die Leitfähigkeit für NH4+ wurde durch extrazelluläre divalenten Kationen (Ca2+ und Mg2+) blockiert. Dies konnte sowohl in Patch-Clamp Messungen an isolierten Zellen, die mit einer Na- Glukonat oder K-Glukonat Pipettenlösung gefüllt waren (n = 8, p = 0,008 und n = 7, p = 0,016), als auch an intakten Epithelien (Mikroelektrodentechnik) (N/n = 3/4, p = 0,005) gezeigt werden. Verapamil hatte ebenfalls eine hemmende Wirkung (N/n = 3/7, p = 0,008). \- Verschiedene spezifische Modulatoren der TRP-Kanalfamilie hatten einen Einfluss auf den NH4+ induzierten Kurzschlussstrom. So konnte gezeigt werden, dass Menthol (200 μmol/l; 1 mmol/l) zu einer transienten Steigerung des Isc über das Epithel führte (ΔIsc 5,35 ± 0,97 μA•cm-2; N/n = 4/11, p = 0,02 bzw. ΔIsc 4,53 ± 0,94 μA.cm-2; N/n = 3/12, p = 0,022). Capsaicin (100 μmol•l-1) führte dagegen zu einer signifikanten Hemmung dieses Kurzschlussstroms (ΔIsc -3,25 ± 1,16 μA•cm-2; N/n = 4/6, p = 0,02). Die Applikation von Thymol (100 μmol•l-1 und 1 mmol•l-1) hatte ebenfalls einen deutlichen, wenn auch stark vom individuellen Epithel abhängigen Effekt auf den NH4+ induzierten Kurzschlussstrom (N/n = 2/4 und N/n = 6/9). Eine Applikation von Lösungsmittel ohne Agonist blieb hingegen ohne Effekt (N/n = 3/6). Auch an Epithelien von Schafen waren entsprechende Effekte nachweisbar. \- Da der apikale Ersatz von Chlorid durch Glukonat zu einer Hyperpolarisation des apikalen Potentials führte, dürften die in Zellen des Pansenepithels nachweißbaren Anionenkanäle basolateral exprimiert werden. Eine Beteiligung an den durch TRP-Modulatoren auslösbaren Stromantworten erscheint daher unwahrscheinlich. Zusammenfassend deuten die Ergebnisse auf die Beteiligung von nicht-selektiven Kationenkanälen der TRP-Familie am Efflux von Ammoniak aus dem Pansen hin. Eine mögliche Beteiligung dieser Kanäle am Efflux von Protonen aus dem Pansen im Sinne der intraruminalen pH-Homöostase wird diskutiert. Eine gezielte Beeinflussung des Ammoniumtransportes aus dem Pansen des Rindes durch Züchtung oder dem Einsatz entsprechender Modulatoren erscheint möglich.