Richard Erhard Staudt
Dr. med.
Über den chronischen Einfluß von Nikotin auf die Glukosetransporterdichte, den
Glukosemetabolismus und die kinetischen Glukosetransportraten im Rattenhirn
Geboren am 20.07.1969 in Heidelberg
Reifeprüfung am 12.05.1989 in Neckargemünd
Studiengang der Fachrichtung Medizin vom WS 1990/91 bis SS 1998
Physikum am 15.09.1992
Klinisches Studium in Heidelberg
Praktisches Jahr in Sinsheim
Staatsexamen am 06.05.1998 an der Universität Heidelberg
Promotionsfach: Physiologie
Doktorvater: Prof. Dr. med. Wolfgang Kuschinsky
Glukose wird aus dem Blut durch erleichterte Diffusion in das Gehirn transportiert. Hierbei
sind zwei Glykoproteine, Glut1 und Glut3, die häufigsten und wesentlichen
Glukosetransporter. Durch die Blut-Hirn-Schranke wird Glukose mittels Glut1 in den
Extrazellulärraum des Gehirns transportiert, von dort gelangt Glukose mit Hilfe von Glut3 in
die Neurone.
In der vorliegenden Arbeit sollte die Frage geklärt werden, ob ein längerdauernder erhöhter
Glukosestoffwechsel im Gehirn zu einer Änderung der Glukosetransporterdichte führt. Hierzu
wurde eine unbehandelte Kontrollgruppe von Ratten mit Ratten einer zweiten Gruppe
verglichen, denen durch eine implantierte osmotische Minipumpe sieben Tage lang
kontinuierlich Nikotin infundiert wurde. Es war aus früheren Untersuchungen bekannt, daß
chronische Nikotinzufuhr zu einem erhöhten lokalen Glukosestoffwechsel in einigen
Strukturen des Gehirns führt. Neben der lokalen Transporterdichte sollte die lokale
Kapillardichte sowie die lokale Glukosetransportrate bestimmt werden.
Die Glukosetransporter Glut1 und Glut3 wurden immunautoradiographisch quantifiziert
und lokalisiert. Die Dichte der Kapillaren wurde mittels Fibronektinfärbung bestimmt.
Fibronektin ist ein Marker der extrazellulären Matrix, welcher als Kapillarmarker
hervorragend geeignet ist. Die Transportraten K1 und k2 wurden mit der 3-O-
Methylglukosemethode bestimmt. 3-O-Methylglukose ist ein Glukose-Analog, welches mit
Hilfe des Glukosetransporters Glut1 über die Blut-Hirn-Schranke transportiert wird, aber nicht
verstoffwechselt werden kann. Es ist daher für Messungen des Glukosetransports sehr gut
geeignet. Die Werte des lokalen Glukosestoffwechsels wurden aus einer früheren Arbeit
(Grünwald et al., 1987) mit Hilfe einer weiterenwickelten Analysenmethode gewonnen. Diese
Untersuchung war unter den gleichen Bedingungen wie die gegenwärtige Untersuchung
vorgenommen worden.
Die Glukosetransporterdichte in den 27 untersuchten Strukturen erhöhte sich für Glut1 in
16 Strukturen signifikant und für Glut3 in 14 Strukturen. In diesen Strukturen war auch die
lokale Glukoseutilisation erhöht.
Die Dichte der Kapillaren änderte sich nach der chronischen Gabe von Nikotin in keiner
der untersuchten Strukturen signifikant gegenüber der Kontrollgruppe. Es kann daher
gefolgert werden, daß es während der einwöchigen Nikotinstimulation trotz erhöhtem lokalen
Stoffechselwerten zu keiner Zunahme der Kapillardichte kommt. Es nimmt jedoch die Zahl
der Glukosetransporter pro Kapillare in den Hirnstrukturen mit einer erhöhten
Glukosetransporterdichte zu.
Die lokalen Transportraten von 3-O-Methylglukose sanken unter der chronischen Gabe von
Nikotin in 45 der 46 untersuchten Strukturen auf etwa 60% der Kontrollgruppe ab. Es ergab
sich somit der überraschende Befund, daß der Transfer des Glukoseanalogs 3-O-
Methylglukose trotz erhöhtem Glukosestoffwechsel vermindert war.
Zwischen den lokalen Transportraten und der Glukosetransporterdichte von Glut1 und
Glut3 bestand unter Kontrollbedingungen und bei chronischer Nikotingabe eine enge
Korrelation.
Die Ergebnisse zeigen, daß ein durch chronische Nikotininfusion erhöhter
Glukosestoffwechsel im Gehirn zu einem Anstieg der Dichte der Glukosetransporter Glut1
und Glut3 führt. Die Erhöhung der Transporterdichte könnte entweder mit dem erhöhten
Glukosestoffwechsel oder mit der unter Nikotin verminderten Glukosetransportraten erklärt
werden. Insgesamt bleibt die enge lokale Kopplung zwischen Glukosestoffwechsel,
Transporterdichten von Glut1 und Glut3 und lokaler Glukosetransportrate bei chronischer
Nikotingabe erhalten.
