Extrarenale Regulation des Natriumhaushalts bei Ratten mit Mineralokortikoidexzess

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2010-02-09
Issue Year
2010
Authors
Bauer, Katharina
Editor
Abstract

Background Sodium as the main extracellular cation of the human organism, as well as potassium as the main intracellular cation, determine by their osmotic activity the body fluid balance. To avoid constant fluidshifts between intra- and extracellular space, special regulatory mechanisms exist, which obtain the so-called iso-osmolality. It is currently anticipated that a high alimentary sodium-uptake leads to an increased extracellular sodium content and body fluid retention and that inevitably leads to volume retention in the extracellular space. Contrary to this doctrine, human- as well as animalstudies showed that a positive sodium balance is possible without excessive water retention. In previous animalstudies we were able to identify the skin as a tissue, where osmotically inactive sodium storage is possible. The aim of this study was to examine whether there exist other tissues which can retain sodium without fluidretention under an exaggerated sodium excess provoked by a treatment with Deoxycorticosteron-Azetat (DOCA), and if there are other mechanisms for water free sodium-retention besides osmotically inactive storage. Methods 40 female Sprague-Dawley rats were observed for five weeks and divided into four groups. Two groups were treated with DOCA, also two groups were given a low salt chow and 1% NaCl drinking water. After five weeks the animals were killed, we took samples of blood, skinned the animals and removed the quadriceps of 20 animals. Skin and carcass were then dried and ashed, we separated the bones from the carcass and dissolved each tissue in nitric acid. Using atomic absorption spectrometry, we were able to determine and analyze the respective electrolyte levels in the dissolved ashes. Results After DOCA-HS treatment the animals retained 4.75 mmol Na+. Physiological conditions with a sodium content of 145 mmol per liter provided, we would expect a fluid retention of about 32 ml. In fact, however, we only observed a fluid retention of 7.75 ml, which corresponds to an amount of 1.16 mmol Na+ as osmotically active osmolytes. The remaining 75-80% of the retained sodium had been saved without water retention. About half of the water-free sodium-retention was osmotically inactive, the other half occurred as osmotically neutral sodium/potassium-exchange. As a tissue, where osmotically inactive sodium-retention happens, we were able to identify the skin. We brought the sum of (Na++ K+) in relation to water, and observed a linear increase of the water content with increasing (Na++ K+) in the skin of the control animals. After DOCA treatment, this ratio was shifted significantly rightwards compared to that of the control animals. Thus, there was no excessive fluid retention in the skin of the DOCA animals and we noticed osmotically inactive sodium storage. In muscle we were not able to induce changes in the relation of (Na++ K+) to water. The observed water-free sodium accumulation happened by osmotically neutral Na+/K+ exchange, without an increase of the effective osmolytes. Conclusion With this experiment we could identify the muscle as a tissue where water-free sodium retention is possible in addition to the skin as a place of osmotically inactive sodium retention. In contrast to the skin sodium retention in muscles occurs as osmotically neutral Na+/K+ exchange.

Abstract

Hintergrund und Ziele Natrium als wichtigstes extrazelluläres Kation des Körpers, sowie Kalium als wichtigstes intrazelluläres Kation, determinieren über ihre osmotische Aktivität den Volumenhaushalt des Organismus. Um ständige Flüssigkeits-verschiebungen zwischen intra- und extrazellulärem Raum zu vermeiden existieren spezielle Regulationsmechanismen im Körper, um die sog. Iso-Osmolalität zu erhalten. Es wird derzeit davon ausgegangen, dass eine hohe alimentäre Kochsalzbelastung zu einer Zunahme des extrazellulären Natriumgehaltes und dadurch zwangsläufig zu Volumenretention im Extrazellulärraum führt. Entgegen dieser Lehrmeinung zeigten human- wie auch tierexperimentelle Studien, dass eine positive Natriumbilanz auch ohne überschießende Wasserretention möglich ist. In früheren Tierstudien konnten wir bereits die Haut als ein Gewebe identifizieren, in dem osmotisch inaktive Natriumspeicherung möglich ist. Ziel dieser Arbeit war es, herauszufinden, ob es unter einem weiteren Natriumexzess durch Behandlung mit Deoxycorticosteron-Azetat (DOCA) weitere Gewebe gibt, in denen wasserfreie Natriumspeicherung stattfinden kann und ob es dafür weitere Mechanismen gibt, außer osmotisch inaktiver Speicherung. Methoden 40 weibliche Sprague-Dawley Ratten wurden fünf Wochen beobachtet und in vier Gruppen eingeteilt. Zwei Gruppen wurden mit DOCA behandelt, ebenfalls zwei Gruppen bekamen Niedrigsalzfutter und 1%iges NaCl-Wasser zu trinken. Nach fünf Wochen wurden die Tiere getötet, wir entnahmen Blut, häuteten die Tiere und entnahmen bei 20 Tieren den Quadrizeps. Haut und Restkarkasse wurden anschließend getrocknet bzw. verascht, wir trennten die Knochen von der Restkarkasse und lösten die einzelnen Gewebe in Salpetersäure. Mittels Atom-Absorptionsspektrometrie konnten wir die jeweiligen Elektrolytgehalte in den gelösten Aschen bestimmen und auswerten. Ergebnisse Unter DOCA-HS-Behandlung speicherten die Tiere 4,75 mmol Na+. Unter physiologischen Bedingungen bei einer Natriumkonzentration von etwa 145 mmol Na+ pro Liter würde man nun eine Wasserretention von etwa 32 ml erwarten. Tatsächlich beobachteten wir aber nur eine Zunahme des Wassergehaltes um 7,75 ml, was einer Menge von 1,16 mmol Na+ als osmotisch aktivem Osmolyt entspricht. Die restlichen 75-80% des retinierten Natriums wurden wasserfrei gespeichert. Etwa die Hälfte der wasserfreien Speicherung fand osmotisch inaktiv, die andere Hälfte osmotisch neutral statt. Als Gewebe, in dem osmotisch inaktive Natriumspeicherung stattfindet, konnten wir die Haut identifizieren. Setzte man die Summe aus (Na+ + K+) in Relation zum Wassergehalt, so beobachteten wir in der Haut der Kontrolltiere eine lineare Zunahme des Wassergehaltes bei steigendem (Na+ + K+)-Gehalt. Nach DOCA-Behandlung war dieses Verhältnis im Vergleich zu den Kontrolltieren deutlich nach rechts verschoben. Es fand somit keine übersteigerte Flüssigkeitsretention in der Haut der DOCA-Tiere statt und wir beobachteten osmotisch inaktive Natriumspeicherung. In der Muskulatur ließ sich keine Veränderung des (Na+ + K+)/Wasser-Quotienten induzieren. Die beobachtete wasserfreie Na-Akkumulation erfolgte demnach durch osmotisch neutralen Na+/K+-Austausch, ohne eine Zunahme der effektiven Osmolyte. Praktische Schlussfolgerung Neben der Haut als Ort der osmotisch inaktiven Natriumspeicherung konnte mit diesem Experiment die Muskulatur als Gewebe identifiziert werden, in dem wasserfreie Natriumretention möglich ist. Im Gegensatz zur Haut findet hier die Natriumretention allerdings in Form eines osmotisch neutralen Na+/K+-Austausches statt.

DOI
Document's Licence
Faculties & Collections
Zugehörige ORCIDs