Entwicklung des Atemmusters bei der heranwachsenden WKY-Ratte

Einleitung: Bei der Geburt sind die Bronchien der Ratte noch nicht voll entwickelt und für den Gasaustausch stehen „nicht-alveolarisierte“ Sacculi zur Verfügung. Insbesondere zwischen dem 4. und dem 13. Tag nach der Geburt findet die sekundäre Alveolarisation statt. Durch zahlreiches Wachstum von sekundären, immaturen Septen in den Sacculi kommt es zur Ausbildung von Alveolen, wobei elastische Faserringe die Alveolaröffnung markieren. Dieser Gewebsaufbau führt zu einer deutlichen Vergrößerung der alveolären Gassaustauschfläche. Bis zum 21. Tag finden weitere Umwandlungsprozesse statt, so dass dann ein nahezu mature Lunge mit entsprechenden bronchialen und alveolären Strukturen vorliegt. Inwieweit diese morphologische Entwicklung mit einer Veränderung des spontanen Atemmusters und der Atemrhythmik einhergeht, ist Gegenstand dieser Studie, bei der männliche Wistar-Kyoto-Ratten der Altersstufen 7, 14, 21, 35 und 90 Tage untersucht wurden.

Methodik: Mithilfe der „Whole Body Plethysmography“ (Buxco® Elektronics) wurde die Spontanatmung am wachen und unbeeinflussten Tier über 40 Minuten gemessen. Bei den jugendlichen bzw. erwachsenen Ratten beobachtete man nach einer anfänglichen Aktivitätsphase typischerweise Ruhe- bzw. Schlafphasen, so dass die Messungen in Schlaf-, Ruhe- und Aktivitätsphasen unterteilt werden können. Die 7-Tage alte Ratte („Babyratte“) zeigte nur einen „Aktivitätszustand“, der zwischen Ruhe- und Schlafphase einzuordnen ist. Die Kalibrierung des Ganzkörperplethysmographen erlaubt die gemessenen Drucksignale in Atemstromsignale umzurechnen, aus denen folgende, die Atmung charakterisierende Parameter abgeleitet werden: Atemfrequenz (f), Atemzugs- und Atemminutenvolumen (TV, MV), maximale inspiratorische und exspiratorische Stromstärke (PIF, PEF). Man erhält weiterhin Inspirations- und Exspirationszeit, sowie die relative Dauer der Inspirationszeit (Ti/TT).

Ergebnisse: Man erkennt deutlich Ventilationsunterschiede zwischen den Aktivitätsphasen. Vergleicht man z.B. das Minutenvolumen bei der schlafenden, 274,5ml±55,76 (SD) ml/min, bei der ruhenden, 411,2±74,3ml/min und bei der aktiven 90 Tage alten Ratte, 638,7±79,7ml/min ist eine Steigerung um den Faktor 2,5 zu erkennen.

Mit der Lungenentwicklung sinkt die Atemfrequenz von 250,4±15,1 bei der Babyratte (22g) auf 101,1±9,3 Atemzüge pro Minute bei der schlafenden 90 Tage alten Ratte (422g) ab. Parallel hierzu verlängert sich die relative Inspirationsdauer geringgradig von 29±2% auf 33±4%. Mit dem Lungenwachstum steigt das Atemzugsvolumen von 0,15±0,02ml bei der ruhenden Rattenbaby, über 1,53±0,22ml bei der schlafenden Jungratte (35 Tage), auf 2,78±0,66ml bei der schlafenden erwachsenen Ratte an. Entsprechend steigt das Minutenvolumen vom 7. bis zum 90. Tag von 37,6±6,6ml/min über 189,1±30,7ml/min (35 Tage) auf 274,5±55,76ml/min an. Die spezifische Ventilation fällt jedoch von 1,72±0,38ml/min/g über 1,19±0,24ml/min/g auf fast ein Drittel, 0,59±0,24ml/min/g, ab.

Schlussfolgerung: Diese Ergebnisse zeigen deutlich Änderungen der Atmung in der sich entwickelnden und heranwachsenden Rattenlunge. Die Daten können als Grundlage für die Wahl eines passenden Tiermodells herangezogen werden oder per se als Basiswerte für Studien an der juvenilen WKY-Ratte (z.B. Deposition von Teilchen oder Belastungsstudien) bzw. vergleichend zu anderen Rattenstämmen genutzt werden. Ergänzende morphologische und Lungenfunktionsstudien werden zur Zeit durchgeführt.

Korrespondenz: ines.bolle@gsf.de