Pulmonale Fibroblasten, mikrovaskuläre Endothelien und alveoläre Epithelzellen zeigen eine unterschiedliche Empfindlichkeit gegenüber mechanischer Belastung

Bei akuter Lungenschädigung existieren gleichzeitig konsolidierte, nicht ventilierte und noch ventilierte Lungenareale. Bei einer solchen inhomogenen Lungenschädigung kann es trotz Anwendung protektiver Beatmungsstrategien zur Überdehnung der verbliebenen gesunden Areale kommen. Überdehnung alveolarer Strukturen kann mechanisch induzierte Apoptose auslösen.

Diese Studie vergleicht das Ausmaß mechanisch induzierter Schädigung an Zelltypen der Lunge: alveoläre Typ 2-Zellen (AT2-Zellen) der Ratte, humane pulmonale microvaskuläre Endothelzellen (HPMEC), humane A549 Zellen und humane pulmonale Fibroblasten (HPF). Die Zellen wurden 24h zyklischer Dehnung ausgesetzt. Die Dehnungsmuster (Frequenz/Amplitude) wurden gewählt, um physiologische Atmung (P) und die Effekte von hoher Frequenz (hF), hoher Amplitude (hA) sowie hoher Frequenz und Amplitude (hFA) zu simulieren. Statische Kulturen dienten als Kontrolle. LDH-Freisetzung, der Anteil apoptotischer und nekrotischer Zellen (Annexin-V Bindung/Propidiumiodid-Färbung) sowie die zelluläre PI3K Aktivität (gemessen als phospho-Akt) wurden gemessen.

Zyklische Dehnung führte in allen Zelltypen zu LDH-Freisetzung. Dieser Effekt war abhängig vom Dehnungsmuster und nahm von hF über hA zu hFA zu. Der Anteil lebender HPMEC und AT2-Zellen verringerte sich drastisch unter zyklischer Dehnung mit einem Minimum und HFA- und hA-Dehnung. Dies war vor allem mechanisch induzierter Apoptose geschuldet. Bei A549 Zellen kam es unter zyklischer Dehnung nur zu einer geringen Verringerung vitaler Zellen mit einem geringen Anstieg apoptotischer und nekrotischer Zellen. Bei den HPF kam es nicht zu einer Verringerung vitaler Zellen und insbesondere nicht zu mechanisch induzierter Apoptose.

Unter zyklischer Dehnung kam es in HPMEC und AT2-Zellen parallel zur mechanisch induzierten Apoptose zu einer Verringerung der zellulären PI3K-Aktivität. In A549-Zellen war die PI3K-Aktivität unter Dehnung unverändert und in den HPF erhöht.

Im Gegensatz zu pulmonalen Epithel- und Endothelzellen zeigen pulmonale Fibroblasten auch unter Dehnung mit hoher Amplitude und Frequenz keine mechanisch induzierte Apoptose. Nach akuter Lungenschädigung könnten Fibroblasten daher erhalten bleiben und für die Regeneration der alveolären Strukturen das Gerüst bilden.