Die Forschung untersucht die molekularen Grundlagen der beatmungsbedingten Zwerchfellschwäche

Eine Studie, veröffentlicht in PNAS-Nexuslegt Beweise dafür vor, dass mitochondriale Fragmentierung ein proximaler Mechanismus ist, der der beatmungsinduzierten Zwerchfelldysfunktion (VIDD) zugrunde liegt – und identifiziert ein mögliches Therapeutikum zur Begrenzung der Zwerchfellatrophie während eines Aufenthalts auf der Intensivstation.

Frühere Untersuchungen haben ergeben, dass viele der für VIDD verantwortlichen Zellwege durch oxidativen Stress ausgelöst werden, der auf die Inaktivität des Zwerchfells zurückzuführen ist.

Stefan Matecki und Kollegen untersuchten die molekularen Ursachen dieses oxidativen Stresses bei Mäusen. Nur sechs Stunden mechanischer Beatmung reichten aus, um die Expression des Dynamin-verwandten Proteins 1 (DRP1) zu steigern, das an der Spaltung der Mitochondrienmembran beteiligt ist und mit einer Verringerung der Größe und Interaktion der Mitochondrien einhergeht.

Die mechanische Beatmung führt durch die vollständige Entlastung des Zwerchfells zu einer plötzlichen Reduzierung seines Energiebedarfs. Diese Reduktion veranlasst das Zwerchfell, ein Spaltungsprogramm einzuleiten, um seine überflüssigen Mitochondrien abzubauen, die es zuvor mit Energie in Form von ATP versorgt haben. Durch die mitochondriale Fragmentierung entstehen jedoch im Übermaß reaktive Sauerstoffspezies, die sich negativ auf die Ca2+-Homöostase auswirken, eine Dysregulation an der Wurzel von VIDD.

Die Autoren zeigen, dass VIDD gemildert werden könnte, wenn zu Beginn der mechanischen Beatmung die Mitochondrienspaltung durch ein Molekül wie P110 blockiert würde, das verhindert, dass DRP1 mit der Mitochondrienmembran interagiert. Durch die Begrenzung der mitochondrialen Fragmentierung, die durch mechanische Beatmung verursacht wird, reduziert das Molekül P110 die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies, die der Beeinträchtigung der Kalziumhomöostase und VIDD zugrunde liegen.

Den Autoren zufolge könnten alle pharmakologischen Therapeutika, die die Mitochondrienspaltung zu Beginn der mechanischen Beatmung begrenzen könnten, eine vielversprechende therapeutische Intervention zur Vorbeugung von VIDD sein.