Blutdruckregler in der Leber entdeckt

Foto: Blutdruckregulation

Osmorezeptoren registrieren das
Absinken der Osmolalität, dem
körpereigenen Maß für den
Wasserhaushalt, unter den Sollwert
und wandeln diese Information
in ein elektrisches Signal um;
© Dr. Stefan Lechner/ MDC

Vor mehr als zehn Jahren beobachtete der Mediziner Professor Jens Jordan eher zufällig zuerst mit Kollegen von der Vanderbilt University, Nashville, USA, später an der damaligen Franz-Volhard-Klinik der Charité in Berlin-Buch bei Patienten mit geschädigtem Nervensystem, dass sich der Blutdruck um bis zu 50 mm Hg erhöhen kann, wenn diese in einem Zug einen halben Liter Leitungswasser tranken.

„Bei jungen Menschen, deren vegetatives Nervensystem durch Medikamente stimuliert wurde, löste Wassertrinken ebenfalls eine Blutdruckerhöhung aus“, berichtete Professor Friedrich C. Luft vom des Zentrums für experimentelle und klinische Forschung (ECRC) von MDC. „Auch in gesunden älteren Menschen setzte das Trinken von Leitungswasser einen Regler für den Blutdruck in Gang.“

Seit 60 Jahren vermutet die Forschung, dass es auch außerhalb des Gehirns eine Schaltzentrale zur Selbstregulation des Körpers geben muss. Angeregt vor allem durch die Ergebnisse jüngerer Studien suchten die Forscher in Berlin-Buch im Rahmen ihres Projektes daher gezielt in Organen außerhalb des Zentralnervensystems nach Sensoren, die durch Wasseraufnahme erzeugte Veränderungen im Körper anzeigen und dadurch einen Regler aktivieren können, der in kranken und älteren Menschen den Blutdruck erhöht und bei gesunden, jüngeren Menschen den Stoffwechsel anregt.

„In diesem ganzen Prozess spielt die Osmolalität eine Schlüsselrolle“, erklärt Doktor Stefan Lechner. „Sie ist das körpereigene Maß für den Wasserhaushalt. Und sie gibt an, wie viele Moleküle in einem Liter Flüssigkeit gelöst sind. Für jede Spezies existiert ein charakteristischer Sollwert für die Osmolalität, der stark vom unmittelbaren Lebensumfeld abhängt. Wir wollten nun wissen, wie können Abweichungen der Osmolalität einen Regler aktivieren.“

Die Forscher beobachteten im Mausmodell, dass bestimmte Nervenzellen in der Leber aktiv auf Wasserzufuhr reagieren. Das von den Mäusen aufgenommene Wasser wird im Dünndarm resorbiert und gelangt über die Leber in das Blutsystem. Durch die plötzliche Wasserzufuhr sinkt die Osmolalität in den Blutgefäßen der Leber unter ihren Sollwert. Diese Abweichung wird von Sensoren in der Leber, den so genannten Osmorezeptoren, registriert, wie die Forscher jetzt nachweisen konnten. Sie stellten fest, dass die Osmorezeptoren die Information in ein elektrisches Signal umwandeln, dass dann wiederum einen Reflex auslöst und die Leberblutgefäße anregt, den Blutdruck zu erhöhen.

Um die Aktivierung der Osmorezeptoren unter realistischen physiologischen Bedingungen zu studieren, markierten die Wissenschaftler diese neu entdeckte Gruppe von Osmorezeptoren in der Leber mit einem Farbstoff. In ihren Experimenten konnten sie so zeigen, dass nach Aufnahme von Wasser bereits kleinste Verschiebungen der Osmolalität im Blut, das durch die Leber fließt, Nervenfasern in der Leber aktivieren und Ionenströme fließen lassen.

Die Ionenströme ähnelten denen, die auch bei einem Ionenkanal gemessen werden, der sich sowohl im Zentralnervensystem als auch den inneren Organen (Herz, Leber, Niere, Hoden, Speicheldrüse) befindet. Dieser Ionenkanal, kurz TRPV4 genannt, reagiert sehr empfindlich auf Veränderungen und fungiert quasi als Osmorezeptor.

„Der Ionenkanal TRPV4 öffnet sich in wenigen hundert Millisekunden wie das Objektiv einer Kamera, um das elektrische Signal hindurchzulassen und dadurch einen Regler in Gang zu setzen“, erläutert Lechner. „Was uns nun interessierte war, ist es der Ionenkanal TRPV4 allein oder benötigt er noch andere Hilfsuntereinheiten und wie funktioniert das Ganze mechanistisch?“

Um die Rolle und die Funktion des TRPV4 in diesem Regulationsprozess aufzuklären, benutzten die Forscher in weiteren Experimenten Mäuse, in denen das Gen für den Ionenkanal TRPV4 ausgeschaltet wurde. Nachdem sie diesen Knockout-Mäusen Wasser zu trinken gegeben hatten, konnten sie keine Aktivierung der Osmorezeptoren in der Leber beobachten. Es flossen auch keine Ionenströme und es wurde demzufolge auch kein Reflex ausgelöst. Die Forscher schlussfolgerten, dass die durch Wasseraufnahme hervorgerufene Erhöhung des Blutdrucks an das Vorhandensein des TRPV4 Ionenkanals gebunden sein muss.

„Wir können jetzt die Eigenschaften einer ganz neuen Gruppe von Osmorezeptoren in der Leber auf molekularer Ebene beschreiben, die im Menschen möglicherweise den ‚verlängerten Arm’ eines sehr wichtigen regulierenden Reflexes bilden“, sagt Professor Lewin. „Die Forschungsergebnisse verbessern nicht nur unser Verständnis für die physiologische Rolle der Osmorezeptoren bei der Steuerung des Blutdrucks, des Stoffwechsels und der osmolalen Selbstregulation, sondern könnten langfristig auch zu neuen therapeutischen Ansätzen für die Behandlung von Erkrankungen führen, deren Ursache das fehlende Gen für das TRPV4 Kanalprotein ist.“

MEDICA.de; Quelle: Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC)