Studie zeigt, dass Blutzellen Stickstoffmonoxid benötigen, um Sauerstoff zu liefern

Neue Erkenntnisse darüber, wie rote Blutkörperchen Sauerstoff von der Lunge in das Gewebe transportieren, können bedeuten, dass es an der Zeit ist, die Lehrbücher darüber neu zu schreiben, wie der Atmungszyklus funktioniert.
Forscher sagen, der Atemzyklus ist ein Drei-Gas-System, das Sauerstoff, Kohlendioxid und Stickstoffmonoxid umfasst.

In dem Proceedings der Nationalen Akademie der WissenschaftenDer Kardiologe Jonathan Stamler, Professor für Medizin an der medizinischen Fakultät der Case Western Reserve Universität in Cleveland, OH, und Kollegen beschreiben, wie sie eine Studie durchgeführt haben, die zeigt, dass der Atemzyklus drei Gase und nicht nur zwei umfasst.

Die derzeitige Konvention beschreibt den Atmungszyklus, bei dem Blut für den Transport von zwei Gasen - Sauerstoff und Kohlendioxid - verwendet wird. Rote Blutkörperchen nehmen frisch eingeatmeten Sauerstoff aus den Lungen und tragen ihn zu Zellen in den Geweben des Körpers und bringen Kohlendioxid - ein Abfallprodukt des Stoffwechsels - zurück, das aus den Lungen ausgeatmet wird.

Aber aufgrund dessen, was sie herausgefunden haben, argumentieren Prof. Stamler und Kollegen, dass der Atmungszyklus auch ein drittes Gas - Stickstoffmonoxid - beinhaltet, das die Freisetzung von Sauerstoff aus den roten Blutkörperchen in die Gewebe steuert, die es brauchen.

In ihrer Studie zeigen sie, dass Hämoglobin - das Protein in roten Blutkörperchen, das Sauerstoff aus der Lunge aufnimmt - auch Stickoxid tragen muss, damit die Blutgefäße sich öffnen und den Sauerstoff dem Gewebe zuführen können.

Prof. Stamler sagt: "Der Blutfluss zu den Geweben ist in den meisten Fällen wichtiger als der Sauerstoffgehalt des Hämoglobins. Der Atemzyklus ist also ein Drei-Gas-System."

Er und seine Kollegen sagen, dass ihre Erkenntnisse unser Verständnis des Atmungszyklus verändern und Leben retten könnten.

Studie zeigt molekulare Grundlagen der Kontrolle des Blutflusses im Atemzyklus

Seit einiger Zeit wissen Ärzte, dass es ein Ungleichgewicht zwischen der Menge an Sauerstoff, die im Blut transportiert wird, und der Menge, die an das Gewebe abgegeben wird, gibt - aber nicht warum.

Prof. Stamler sagt, ihre Studie zeigt, dass sie die molekularen Grundlagen dafür entdeckt haben, was den Blutfluss im Atemzyklus steuert. Das Team glaubt, dass Stickoxid der Schlüssel zur Sauerstoffzufuhr ist - und ohne es kann der Atemzyklus nicht laufen. Prof. Stamler erklärt:

"Es ist in dem Hämoglobin-Protein selbst, das die Fähigkeit hat, das Stickoxid zusammen mit Sauerstoff zu liefern."

In früheren Arbeiten zeigte das Team, dass der Kreislauf mehr war als nur ein Austausch von Kohlendioxid und Sauerstoff. Sie entdeckten, dass rote Blutkörperchen transportiert wurden und auch Stickstoffmonoxid freisetzten, aber die zugrunde liegende Biologie war nicht klar.

In dieser neuen Studie zeigen die Forscher, wie Stickstoffmonoxid den Blutfluss in kleinen Blutgefäßen im Gewebe kontrolliert, was als "Blutflussautoregulation" bekannt ist.

Für ihre Untersuchung verwendeten sie Mäuse, die so konstruiert waren, dass ihnen die Fähigkeit fehlte, Stickstoffoxid in ihren roten Blutgefäßen zu tragen.

Unfähigkeit, Stickstoffoxid in den roten Blutkörperchen zu tragen bedeutet, dass kein Sauerstoff in das Gewebe gelangt

Sie fanden heraus, dass die Mäuse ihr Muskelgewebe nicht mit Sauerstoff anreichern konnten - ihre Blutflussautoregulation funktionierte in Abwesenheit von Stickoxid einfach nicht. Obwohl ihre roten Blutkörperchen in der Lage waren, eine volle Ladung Sauerstoff zu tragen - sie konnten sie einfach nicht entladen.

Und als die Forscher bei den Mäusen einen leichten Sauerstoffmangel (Hypoxie) induzierten, sank der Blutfluss zu ihren Organen stark ab und löste Herzinfarkte und Herzversagen aus.

Bei normalen Mäusen führt der Sauerstoffmangel zu einem Anstieg des Blutflusses, so dass mehr mit Sauerstoff angereichertes Blut Gewebe und Zellen erreicht. Dies geschah nicht bei Mäusen, deren rote Blutkörperchen kein Stickstoffmonoxid aufwiesen.

Prof. Stamler erklärt, wie die Mäuse rote Blutkörperchen hatten, "die bei allen herkömmlichen Maßnahmen völlig normal sind, Sauerstoff zu transportieren und freizusetzen und dann Kohlendioxid aufzunehmen, aber diese Tiere können ihr Gewebe nicht mit Sauerstoff versorgen. Stickstoffmonoxid in roten Blutkörperchen fehlt Sauerstoff Mangel konnte keine Vasodilatation hervorrufen, die für die Aufrechterhaltung des Lebens, wie wir es kennen, wesentlich ist. "

Die Studie zeigt, dass, wenn der Mechanismus, der Stickoxid von der Aminosäure-Bindungsstelle im Hämoglobin freisetzt, funktioniert, die Blutgefäße sich erweitern und sauerstoffreiche rote Blutkörperchen in das Gewebe fließen lassen.

Die Ergebnisse zeigen auch, dass der Blutfluss nicht nur unter der Kontrolle von Blutgefäßen steht - auch rote Blutkörperchen sind beteiligt. Dies wurde bisher nicht gewürdigt, und einige Wissenschaftler stellten stattdessen die Hypothese auf, dass der Mangel an Blutfluss, der Herzinfarkte und Schlaganfälle verursacht, nichts mit roten Blutkörperchen zu tun hat - es geht nur darum, was in Blutgefäßen passiert. Die Autoren schlagen vor, dass diese Sichtweise überarbeitet werden muss, wie Prof. Stamler erklärt:

"In den Geweben bilden die winzigen Gefäße und die roten Blutkörperchen zusammen die kritische Einheit, die den Blutfluss kontrolliert. Die Fehlfunktion roter Blutkörperchen ist wahrscheinlich ein versteckter Beitrag zu Erkrankungen des Herzens, der Lunge und des Blutes wie Herzinfarkt, Herzversagen, Schlaganfall und ischämische Schädigung der Nieren. "

Auswirkungen auf Bluttransfusionen und die Blutversorgung des Landes

Die Studie hat auch Auswirkungen auf Bluttransfusionen. Jüngste Beweise zeigen, dass Bluttransfusionen ohne Stickstoffmonoxid mit einem höheren Risiko für Herzinfarkt, Krankheit und Tod verbunden sind.

Prof. Stamler sagt, dass die in diesen Fällen berichteten Effekte ähnlich sind, wie sie bei den Mäusen beobachtet wurden - der gemeinsame Faktor ist der Mangel an Stickoxid.

"Es reicht nicht aus, den Sauerstoffgehalt des Blutes durch Transfusion zu erhöhen; wenn der Stickoxidmechanismus geschossen wird, kann der Sauerstoff nicht an seinen Bestimmungsort gelangen. Wir wissen, dass Blut in einer Blutbank einen Mangel an Stickoxid hat, so dass Blut infundieren kann Verstopfung von Blutgefäßen im Gewebe, was die Dinge verschlimmert ", bemerkt er und schließt:

"Im Wesentlichen kann der Blutfluss ohne Stickoxid nicht autoregulieren (erhöhen).In Bezug auf die Entwicklung zukünftiger Therapien muss das Ziel die Wiederherstellung der Funktion der roten Blutkörperchen, einschließlich der Fähigkeit zur Abgabe von Stickoxid, sein. Was die Blutversorgung der Nation anbelangt, sollte das Blut mit Stickstoffmonoxid aufgefüllt werden. "

Die Mittel für die Forschung kamen von den National Institutes of Health, der Defense Advanced Research Projects Agency, der Case Western Reserve University School of Medicine und dem University Hospitals Case Medical Center.

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