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NO reguliert die Atmung

10.09.2001  00:00 Uhr

NO reguliert die Atmung

von Ulrike Wagner, Eschborn

Wenn Sauerstoff knapp wird, atmen Menschen schneller und tiefer ein. Sie erhöhen ihr Atemzeitvolumen, das Produkt aus Atemzugvolumen und Atmungsfrequenz. Dadurch werden die Lungenalveolen besser belüftet. Doch wie misst der Körper Sauerstoffmangel? Bislang war darüber wenig bekannt. Man vermutete als Messgröße die Sauerstoffsättigung der Hämoglobin-Moleküle im Blut. Offensichtlich regelt jedoch eine Gruppe von Abkömmlingen des Stickstoffmonoxids NO das Atemzeitvolumen. Das berichten Benjamin Gaston von der University of Virginia School of Medicine und seine Kollegen in der aktuellen Ausgabe von Nature.

Gaston und sein Team haben herausgefunden, dass S-Nitrosothiole (SNOs) wie Sauerstoff an Hämoglobin binden und die Atmung auf allen Ebenen regulieren. SNOs sorgen für die Weitung von Blutgefäßen und Luftwegen, signalisieren den Sauerstoffbedarf in Geweben und kommunizieren mit Regionen des Gehirns, die an der Regulation der Atmung beteiligt sind. Die Ergebnisse werden in die Physiologie-Lehrbücher eingehen, kommentiert Stuart Lipton vom Burnham Institute in La Jolla, Kalifornien, die Originalarbeit.

In S-Nitrosothiolen liegen NO-Moleküle gekoppelt an Sulphhydryl-Gruppen der Aminosäure Cystein vor. Bislang war bekannt, dass SNOs eine wichtige Rolle bei der Kopplung von Ventilation und Durchblutung der Lunge spielen, indem sie den Durchmesser der Luftwege an den Durchmesser der Blutgefäße der Lunge anpassen. Dies stellt sicher, dass alle Hämoglobinmoleküle im Blut mit Sauerstoff beladen werden.

Zudem sind SNOs an der Kontrolle über die Sauerstoffversorgung von Geweben beteiligt. Die NO-Verbindungen werden in der Lunge zur gleichen Zeit wie der Sauerstoff auf Hämoglobin übertragen. Gibt der Blutfarbstoff den Sauerstoff ab, werden auch die SNOs freigesetzt. Diese sorgen für die Weitung der Blutgefäße, die die Gewebe direkt mit Sauerstoff versorgen.

Gaston und seiner Mitarbeiter zeigen nun, dass die Atmung zumindest teilweise im Zentralen Nervensystem von SNOs reguliert wird. Die NO-Verbindungen erhöhen das Atemzeitvolumen, indem sie auf eine Region im Hirnstamm wirken, den Nucleus tractus solitarius in der Medulla oblongata. Nach den neuen Ergebnissen entfaltet hier ein Abbauprodukt von S-Nitrosoglutathion, S-Nitrosocystenyl-Glycin, seine Wirkung. Es entsteht im Nervengewebe durch das Enzym γ-Glutamyl-Transpeptidase aus S-Nitrosoglutathion.

Die molekularen Zielstrukturen für die SNOs im Hirnstamm sind bislang unbekannt. Allerdings wird die Aktivität einiger Rezeptoren im zentralen Nervensystem durch S-Nitrosylierung reguliert. Dazu zählt auch der NMDA-Subtyp des Rezeptors (NMDA = N-Methyl-D-Aspartat) für den exzitatorischen Neurotransmitter Glutamat, der besonders häufig auf den Neuronen des Nucleus tractus solitarius vorkommt. Aber auch andere Zielstrukturen kommen in Frage, schreibt Lipton. Die SNOs könnten zum Beispiel außerhalb der Gehirns andere Neuronen beeinflussen, zum Beispiel im Glomus caroticum. Dieses sympathische Paraganglion leitet Impulse direkt zum Nucleus tractus solitarius weiter.

Bemerkenswert: Weder die γ-Glutamyl-Transpeptidase noch S-Nitrosoglutathion sind an der Regulation der Atmung in den Blutgefäßen beteiligt. Eine wichtige Entdeckung, denn dadurch könne man die Wirkung der SNOs in den verschiedenen Geweben spezifisch hemmen oder verstärken, meint Lipton. Daraus könnten sich auch neue Behandlungsmöglichkeiten zum Beispiel für Apnoe ergeben, hoffen die Wissenschaftler.

 

Quellen

  • Lipton, A. J., et al., S-Nitrosothiols signal the ventilary response to hypoxia. Nature, Vol. 413 (vom 13. September 2001) 171 - 174.
  • Lipton, S. A. Nitric oxide and respiration. Nature Vol. 413 (vom 13. September 2001) 118-121.

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