Ziele der vorliegenden Promotionsarbeit waren die Etablierung und Evaluation eines ex vivo-Modells der isoliert ventilierten und perfundierten Mauslunge zur Untersuchung der Atemwegsreagibilität bei Allergen-induzierter pulmonaler Inflammation, sowie die Untersuchung der Frage, ob die Allergen-induzierte perivaskuläre Inflammation Einfluss auf die pulmonale Hämodynamik hat. Es konnte gezeigt werden, dass ex vivo perfundierte und ventilierte Lungen von systemisch Allergen-sensibilisierten und pulmonal Allergen-exponierten Mäusen eine signifikante Atemwegshyperreagibilität sowohl gegenüber inhalativer oder intravaskulärer Methacholin-Applikation, als auch gegenüber spezifischer Provokation mit aerosoliertem Allergen aufwiesen. Die Atemwegsreagibilität war an den Tagen 2 und 5 nach Ovalbumin-Exposition erhöht und fiel am Tag 9 auf das Ausgangsniveau zurück. Die Atemwegshyperreagibilität in den isolierten Lungen korrelierte nach inhalativer oder intravaskulärer Methacholin- Applikation sowohl mit der nicht invasiven barometrischen Ganzkörperplethysmographie, als auch mit der invasiven in vivo-Messmethode am intubierten, spontan atmenden Tier. Zur exemplarischen Testung eines therapeutischen Ansatzes erfolgte eine Applikation des Agonisten am Beta(2)-Rezeptor, Fenoterol, der die Bronchokonstriktion dosisabhängig verringerte. Ferner konnte erstmalig gezeigt werden, dass allergische Lungeninflammation in Balb/c Mäusen zu einer eindrucksvollen pulmonalvaskulären Hyperreagibilität führte. Isolierte Lungen von Allergen- sensibilisierten und pulmonal exponierten Mäusen zeigten eine bis zu 5-fach höhere pulmonalarterielle Druckantwort gegenüber Serotonin, im Vergleich zu Lungen naiver Tiere. Der Anstieg des pulmonalarteriellen Druckes wurde über den 5-HT2A-Rezeptor vermittelt. Auf intrazellulärer Signalebene waren sowohl die Phosphatidylcholin-spezifische Phospholipase C und die Proteinkinase C, als auch die Rho Kinase beteiligt, während der Signaltransduktionsweg über Inositoltriphosphat und nachfolgende Calciumfreisetzung von geringerer Bedeutung war. Zusätzlich zu Serotonin verursachten weitere vasoaktive Agenzien wie der Thromboxan-Rezeptor-Agonist U46619, Angiotensin II und Endothelin-1 in Lungen mit allergischer Inflammation eine deutlichere pulmonalarterielle Druckantwort, als in Kontrolllungen. Die gewonnenen Erkenntnisse bieten neue Möglichkeiten, Asthma bronchiale besser untersuchen und neue Interventionsstrategien entwickeln zu können. Darüber hinaus haben die vorliegenden Daten möglicherweise wesentlichen Einfluss auf zukünftige Untersuchungen der bislang unzureichend verstandenen Pathobiologie der pulmonalarteriellen Hypertonie.
The aim of the current studies were the establishment and evaluation of an ex vivo mouse model of isolated ventilated and perfused lungs for improved examination of airway responsiveness in allergen-induced lung inflammation. Furthermore, a potential impact of allergen-induced perivascular inflammation on pulmonary haemodynamics was analyzed. Ex-vivo perfused and ventilated lungs of systemically allergen-sensitized and locally allergen-exposed mice showed significant airway hyperresponsiveness following inhalation or intravascular injection of methacholine or aerosolization of the specific allergen. Airway responsiveness was increased 2 and 5 days after ovalbumin exposition and decreased to baseline level on day 9. Airway hyperresponsiveness in isolated lungs after aerosolization or pulmonary vascular injection of methacholine showed close correlation with non-invasive barometric whole-body plethysmography and with invasive in vivo measurement in intubated spontaneously breathing mice. In a proof of concept therapeutic approach, the Beta(2) receptor agonist Fenoterol decreased bronchoconstriction dose dependently. Moreover it was shown for the first time that allergic lung inflammation in Balb/c mice induced impressive pulmonary vascular hyperresponsiveness. Isolated lungs of allergen-sensitized and -challenged mice revealed a 5-fold higher response in pulmonary arterial pressure following 5-HT exposition as compared to sham treated animals. The increase in pulmonary arterial pressure was mediated by the 5-HT2A receptor. For intracellular signalling, Phosphatidylcholine-specific Phospholipase C and Proteinkinase C, as well as Rho-kinase were involved, whereas signalling via Inositoltriphosphate and Calcium release were of minor importance. Besides Serotonin, further vasoconstrictors including the thomboxane receptor agonist U46619, Angiotensin II and Endothelin-1 induced a considerably increased pulmonary vascular response in allergen-sensitized and -challenged mice, as compared to control lungs.
